串口通信系统开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 两台计算机不同波特率串口通信系统 学 院： 计算机与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学号： 指导教师： 2010年 4 月9日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用a4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一 串口通信的概述一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。如图1所示为串行通信的一般过程。由于cpu与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有“接收移位寄存器”（串并）和“发送移位寄存器”（并串）。典型的串行接口的结构如下图所示。 图1 串行接口结构图在数据输入过程中，数据1位1位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”，当“接收移位寄存器”中已接收完1个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。cpu从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符。（并行读取，即d7d0同时被读至累加器中）。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。 在数据输出过程中，cpu把要输出的字符（并行地）送入“数据输出寄存器”，“数据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”，然后由“发送移位寄存器”移位，把数据1位1位地送到外设。“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。 接口中的“控制寄存器”用来容纳cpu送给此接口的各种控制信息，这些控制信息决定接口的工作方式。 “状态寄存器”的各位称为“状态位”，每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种错误。例如，用状态寄存器的d5位为“1”表示“数据输出寄存器”空，用d0位表示“数据输入寄存器满”，用d2位表示“奇偶检验错”等。 能够完成上述“串并”转换功能的电路，通常称为“通用异步收发器”（uart：universal asynchronous receiver and transmitter）,典型的芯片有：intel 8250/8251,16550。 1 串口通信的帧结构简述：波特率 9600 bit/s，8bit，位停止，无校验位 格式0ebh，地址，命令，长度（），数据1，-数据，冗余 说明：0ebh为帧起始位 长度小于输出端口数 冗余=地址+命令+长度+数1+-+数 如果冗余=0ebh，为防止与帧起始位相同，则发送反码，即冗余=14h当接收正确时 在命令1，2，5，6时，回送 0ebh，地址，命令，01h，0fah，冗余，并执行命令。 在命令3，4，7时，回送相应信息。当接收不正确时 地址正确，冗余不正确，回送0ebh，地址，命令，01h，0f5h，冗余。 地址不正确，不回送任何信息。2串口通信的应用：计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。因此串口通信在很多领域有广泛的应用，如用于计算机之间的通信、计算机与单片机之间的通信、单片机之间的通信。二 串口通信实现的重难点1、发送与接收时钟在串行传输过程中，二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现的，如何对这些数字波形定时发送出去或接收进来，以及如何对发收双方之间的数据传输进行同步控制的问题就引出了发送接收时钟的应用。在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）作用下将发送移位寄存器的数据按串行移位输出；在接收数据时，接收器在接收时钟（上升沿）作用下对来自通信线上串行数据按位串行移入移位寄存器。可见，发送接收时钟是对数字波形的每一位进行移位操作，因此，从这个意义上来讲，发送接收时钟又可叫做移位时钟脉冲。另外，从数据传输过程中，收方进行同步检测的角度来看，接收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具。为此，接收器采用比波特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力。在波特率指定后，输入移位寄存器/输出移位寄存器在接收时钟/发送时钟控制下，按指定的波特率速度进行移位。一般几个时钟脉冲移位一次。要求：接收时钟/发送时钟是波特率的16、32或64倍。波特率因子就是发送接收1个数据（1个数据位）所需要的时钟脉冲个数，其单位是个位。如波特率因子为16，则16个时钟脉冲移位1次。例如：波特率=9600bps，波特率因子=32，则接收时钟和发送时钟频率=960032=297200hz。2、与程序设计有关的 rs232串口通信协议：所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。同步串行通信协议采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样字符可以一个接一个地传输，但是在每组信息（通常称为帧）的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应58位。当然，对同一个传输过程，所有字符对应同样的数位，比如说n位。这样，传输时，按每n位划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。同步传输时，一个信息帧中包含许多字符，每个信息帧用同步字符作为开始，一般将同步字符和空字符用同一个代码。在整个系统中，由一个统一的时钟控制发送端的发送和空字符用同一个代码。接收端当然是应该能识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，把此后的数位作为实际传输信息来处理。a、面向字符的同步协议该协议规定了10个特殊字符（称为控制字符）作为信息传输的标志，其格式为：syn：同步字符（synchronous character），每帧可加1个（单同步）或2个（双同步）同步字符。 soh：标题开始（start of header）。标题：header，包含源地址（发送方地址）、目的地址（接收方地址）、路由指示。stx：正文开始（start of text）。数据块：正文（text），由多个字符组成。etb:块传输结束（end of transmission block）， 标识本数据块结束。etx：全文结束（end of text），（全文分为若干块传输）。块校验：对从soh开始，直到etb/etx字段的检验码。b、面向比特的同步协议一帧信息可以是任意位，用位组合标识帧的开始与结束，帧格式为：f场：标志场;作为一帧的开始和结束，标志字符为8位，01111110。a场：地址场，规定接收方地址，可为8的整倍位。接收方检查每个地址字节的第1位，如果为“0”，则后边跟着另一个地址字节。若为“1”，则该字节为最后一个地址字节。c场：控制场。指示信息场的类型，8位或16位。若第1字节的第1位为0，则还有第2个字节也是控制场。i场：信息场。要传送的数据。fc场：帧校验场。16位循环冗余校验码crc。除f场和自动插入的“0”位外，均参加crc计算。3、串行通信接口的基本任务a、实现数据格式化：因为来自cpu的是普通的并行数据，所以，接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的数据块前加上同步字符。b、进行串并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转换为并行数据才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。c、控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特率进行选择和控制的能力。d、进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传送错误。e、进行ttl与eia电平转换：cpu和终端均采用ttl电平及正逻辑，它们与eia采用的电平及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。f、提供eia-rs-232c接口标准所要求的信号线：远距离通信采用modem时，需要9根信号线；近距离零modem方式，只需要3根信号线。这些信号线由接口电路提供，以便与modem或终端进行联络与控制。三 参考文献1 （美）eric brierley,anthony prince,david rinaldi,王建华，陈一飞等译. visual basic 6.0开发人员指南m.北京：机械工业出版社，1999年 2 林永，张乐强编著. visual basic 6.0用户编程手册m.北京：人民邮电出版社，20023 范逸之著visual basic与rs232串行通讯控制m.中国青年出版社，20014 张筠莉，刘书智 等 visual c+实践与提高串口通信与工程应用篇m.中国铁道出版社，20065李长林，高洁等 visual c+串口通信技术与典型实例m.清华大学出版社，20066 李现勇 ，visual c+串口通信技术与工程实践m.人民邮电出版社，20027 龚建伟熊光明，visualc+/turboc串口通信编程实践m.上海交通大学出版社，20048 李江全张丽岑红蕾 visual basic串口通信与测控应用技术实战详解m.人民邮电出版社，20079 谢瑞和串行技术大全m北京：清华大学出版社200310 李朝青pc机及单片机数据通信技术m北京：北京航空航天大学出版社， 200011李现勇visual c+串口通信技术与工程实践m北京：人民邮电出版社，2002毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施开 题 报 告一、课题的目的与意义当前，计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。通常情况下, 接收方必须知道发送方的发速率, 接收方采用相同的速率进行接收, 才能保证接收到正确信息;接收方还必须知道串口通信信息的帧结构, 如信息位的个数, 是否有校验位, 如果有校验位则是何种形式等内容, 这样才能在接收到正确信息的基础上进行校验, 并把起始位、结束位、校验位剔除掉, 将有用的数据信息识别出来。在不知道发送方通信速率的情况下, 主机无法采用传统的方法进行串口通信信号的正确接收和数据提取。本系统解决了这个问题，当两台计算机进行通信时，即使传输速率不同也能正常完成传递信息的功能。这给现在用户通信带来很大便利。它根据串口通信信号的有限速率特性及其帧结构特点,按照rs232协议标准，通过quartusii4.0软件编程，实现不同波特率的串口通信。 提供了一种在两台计算机之间传输信息的方法，提高了信息传递的效率。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。r5232一c接口是目前最常用的一种串行通讯接口，它是“数据终端设备(dte)和数据通讯设备(dce)之间串行二进制数据交换接口的技术标准。利用windows api串口通信函数编写通信类，使用面比较广，在应用于不同场合时根据自己的需要稍加改动便可使代码得到重用。工程实践证明，编写串口通信类的方法，利用了面向对象技术，增加了代码重用率，增强了程序的健壮性，最终提高了工作效率。二、课题发展现状和前景展望随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要。这里所说的通信是指计算机与外界的信息交换.因此,通信既包括计算机与外部设备之间,也包括计算机和计算机之间的信息交换。由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行信息传送,因此,特别适合于远距离传输.对于那些与计算机相距不远的人机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等,采用串行方式交换数据也很普遍.在实时控制和管理方面,采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中,各 cpu 之间的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。许多外设和计算机按串行方式进行通信,这里所说的串行方式,是指外设与接口电路之间的信息传送方式,实际上, cpu 与接口之间仍按并行方式工作。在现代这个信息社会，信息传递显得非常普遍又非常重要。计算机与计算机或其它终端的主要通信方式就是串口通信，在进行通信时，远距离或近距离都可以进行数据的传输。但计算机种类如此多，内部结构不同。每台计算机传输数据时速率也就不一定相同，这时就要考虑怎样如何把速率调整到相同，这样才能保证接收到的信息正确。否则接收的信息就会产生错误，或接收不到信息。给我们传递信息带来不便。本课题就解决了这个问题，它利用微处理器拥有的uart(通用异步接收发进)端口实现双机或多机通信是一种较为通用的办法。选择max202e作为驱动芯片，简捷地搭建接口电路。选用quartursii4.0软件，用vhdl语言编程，完成调整速率的目的。三、课题主要内容与要求要求：一台计算机的传输波特率为9600，另一端的计算机以4800的波特率进行接收。使这两台计算机正常通信。主要内容：图2 两台计算机不同波特率串口通信系统框图框图说明：其中一台计算机以9600的波特率发送数据（可以由“串口精灵”软件发送数据）。通过max202接口电路将信号转换为ttl电平。然后，将ttl电平的计算机串口数据送入到fpga由串口数据收发程序将串行数据变换为并行数据（由fpga编程实现）。接着，再由串口数据收发程序以4800的波特率发送出串口数据，经过max202接口电路将ttl电平转换为rs232的接口电平，发送给另一台计算机。这里其中的一台计算机的传输速率大于另一台计算机的接收速率，即发送方发送能力大于接收方接收能力。如果直接传送数据，计算机在接收时就会丢失数据。通信失败。这里采用了移位寄存器。它既能存储数据，又能对所存数据在时钟节拍作用下按位向高位（或低位）顺移。把暂时不能发送出去的数据存储起来，等下一个时钟周期到来时再发送出去，使数据不会出现丢失或重复。此系统采用同步通信方式。把若干个字符组成一个数据块进行传送，每一个字符的最后一位结束后，紧接着下一个字符的第一位，中间没有间隙。发送方与接收方的时钟严格保持一致，共用一个时钟。收发双方取得同步的方法是在数据块的开头和结尾处加控制信息。起始位的判断：当没有数据传输时，使其始终位于高电平，当电平变为低电平时，即是传送数据的起始位。关于采样，一般使采样频率为时钟频率的8倍，否则会造成数据的丢失。上述框图中的控制程序需用vhdl语言编写，在quartusii4.0软件中，实现图形绘制，电路仿真。完成软件测试后，把程序下载到芯片中，再进行硬件测试。而硬件测试则需要在光纤实验箱中完成。四、研究方法、步骤和措施研究方法：1、硬件介绍（1）光纤实验箱 这个实验箱包括十四个小模块。1、1310nm光发模块、2、1550nm光发模块、3、1310nm光收模块、4、1550nm光收模块、5、数字信号源及固定速率时分复用模块、6、数字信号源终端及解固定速率时分复用模块、7、2m接口模块一和2m接口模块二、8、计算机接口模块、9、pcm编译码模块、10、电话模块甲、乙模块 、11、电话控制模块、12、fpga程序下载模块、13、电端fpga、14、光端fpga。本系统主要用到第八、十二、十三、十四模块。第八模块的作用是提供八个计算机rs232接口，其中dout表示计算机输出的数据，din表示输入到计算机的数据。第十二模块的作用主要是完成程序下载，程序编写所用到的软件是quartusii4.0。后两个模块则主要完成变速率时分复用、hdb3编解码、hdb3编译码、解变速时分复用、位时钟提取、同步提取信号等功能。（2）rs232eia-rs-232c对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在txd和rxd上：逻辑1（mark）=3v15v逻辑0（space）=3v15v在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制线上：信号有效（接通，on状态，正电压）3v15v信号无效（断开，off状态，负电压）=3v15v以上规定说明了rs-232c标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于3v，逻辑“0”（空号）的电平告语3v；对于控制信号；接通状态（on）即信号有效的电平高于3v，断开状态(off)即信号无效的电平低于3v，也就是当传输电平的绝对值大于3v时，电路可以有效地检查出来，介于3v3v之间的电压无意义，低于15v或高于15v的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(315)v之间。eia-rs-232c与ttl转换：eia-rs-232c是用正负电压来表示逻辑状态，与ttl以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的ttl器件连接，必须在eia-rs-232c与ttl电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如美信（maxim）公司的max232cpe等。（3）max202它是一种双组rs-232驱动器/接收器，片内含有一个电容型电压发生器以便在单5v供电时提供eia/tia-232-e电平。每个接收器将eia/tia-232-e电平输入转换为5v