異步串行通信

異步串行通信（Asynchronous Serial Communication）是一種基于時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)傳輸方式，用于在計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它通過(guò)逐位地傳輸數(shù)據(jù)，使用起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等組成的幀結(jié)構(gòu)來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠性。異步串行通信被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、傳感器通信等。

1.什么是異步串行通信

異步串行通信是一種按照時(shí)間間隔傳輸數(shù)據(jù)的通信方式。在異步串行通信中，數(shù)據(jù)被分割為一個(gè)個(gè)位(bit)進(jìn)行傳輸。每個(gè)數(shù)據(jù)位之間使用固定的時(shí)間間隔，在接收端根據(jù)這些時(shí)間間隔重新組合數(shù)據(jù)。相對(duì)于并行通信，異步串行通信只需要較少的物理線路和引腳，因此在資源受限的環(huán)境下更為常見(jiàn)。

異步串行通信的數(shù)據(jù)傳輸采用了特殊的幀結(jié)構(gòu)。每個(gè)數(shù)據(jù)幀由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位組成。起始位標(biāo)識(shí)著數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始，停止位表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束，數(shù)據(jù)位存儲(chǔ)實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而校驗(yàn)位用于檢測(cè)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。

2.異步串行通信的原理

異步串行通信的原理基于時(shí)間間隔和幀結(jié)構(gòu)。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)被劃分為一個(gè)個(gè)位(bit)，并按照特定的時(shí)間間隔進(jìn)行傳輸。發(fā)送端根據(jù)設(shè)定的波特率（即傳輸速率）確定每個(gè)位的持續(xù)時(shí)間。起始位用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始，發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)表示邏輯1。接下來(lái)是數(shù)據(jù)位，按照從最高位到最低位的順序傳輸實(shí)際數(shù)據(jù)。校驗(yàn)位用于檢測(cè)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，可以采用奇偶校驗(yàn)或循環(huán)冗余校驗(yàn)等方式。最后是停止位，發(fā)出一個(gè)高電平信號(hào)表示邏輯0，表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。

在接收端，根據(jù)事先協(xié)商好的波特率和幀結(jié)構(gòu)，接收器將連續(xù)的位組合成數(shù)據(jù)幀。通過(guò)檢測(cè)起始位、解析數(shù)據(jù)位、驗(yàn)證校驗(yàn)位和檢測(cè)停止位，接收端可以正確地獲取發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。如果校驗(yàn)位檢測(cè)到錯(cuò)誤，接收端可以請(qǐng)求重傳或進(jìn)行其他錯(cuò)誤處理。

3.異步串行通信和同步串行通信的區(qū)別

異步串行通信與同步串行通信是兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。它們之間存在以下區(qū)別：

3.1 傳輸時(shí)鐘

在異步串行通信中，數(shù)據(jù)傳輸不需要外部的傳輸時(shí)鐘。每個(gè)數(shù)據(jù)幀都包含了起始位、數(shù)據(jù)位和停止位，通過(guò)時(shí)間間隔來(lái)確定數(shù)據(jù)的傳輸速率。而同步串行通信則需要一個(gè)外部的傳輸時(shí)鐘來(lái)同步發(fā)送端和接收端的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 幀結(jié)構(gòu)

異步串行通信和同步串行通信也在幀結(jié)構(gòu)上有所不同。異步串行通信使用起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位組成的幀結(jié)構(gòu)，用于標(biāo)識(shí)和保護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸。而同步串行通信通常使用固定長(zhǎng)度的幀結(jié)構(gòu)，例如以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸。

3.3 適用范圍

由于其簡(jiǎn)單性和較低的成本，異步串行通信適用于較短距離和較低速率的數(shù)據(jù)傳輸。它常見(jiàn)于計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換，如串口通信、鍵盤(pán)輸入等。而同步串行通信更適用于較長(zhǎng)距離和高速率的數(shù)據(jù)傳輸，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。

3.4 同步性能

由于需要外部傳輸時(shí)鐘的支持，同步串行通信在數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性上通常比異步串行通信更好。同步串行通信通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)保持發(fā)送端和接收端的同步，并確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。而異步串行通信則受到時(shí)間間隔的影響，可能存在傳輸誤差或數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 使用場(chǎng)景

異步串行通信適用于一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景，例如傳感器數(shù)據(jù)采集、控制信號(hào)傳輸?shù)?。它可以在資源有限的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)交換。而同步串行通信更適用于復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景，如高速數(shù)據(jù)傳輸、多節(jié)點(diǎn)通信等，可以提供更高的帶寬和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

綜上所述，異步串行通信是一種基于時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)傳輸方式，使用起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等幀結(jié)構(gòu)來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠性。它不需要外部傳輸時(shí)鐘，適用于較短距離和較低速率的數(shù)據(jù)傳輸。與同步串行通信相比，異步串行通信具有簡(jiǎn)單性和低成本等優(yōu)勢(shì)，但在穩(wěn)定性和傳輸速率上可能存在一定的局限性。根據(jù)實(shí)際需求和場(chǎng)景，選擇合適的串行通信方式可以提高數(shù)據(jù)交換的效率和可靠性。