電子秤的串口通訊與通信協(xié)議

所謂電子秤通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定,。約定包括對數(shù)據(jù)格式,、同步方式、傳送速度,、傳送步驟,、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守,。因此,，也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程,，它屬于ISO'S OSI七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層,。

目前，采用的通信協(xié)議有兩類：異步協(xié)議和同步協(xié)議,。同步協(xié)議又有面向字符和面向比特以及面向字節(jié)計數(shù)三種,。其中，面向字節(jié)計數(shù)的同步協(xié)議主要用于DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中,。

一,、物理接口標準

1.電子秤串行通信接口的基本任務(wù)

(1)實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因為來自CPU的是普通的并行數(shù)據(jù)，所以,，接口電路應(yīng)具有實現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù),。在異步通信方式下,，接口自動生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在面向字符的同步方式下,，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符,。

(2)進行串-并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的,，而計算機處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù),。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計算機送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計算機處理,。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù),。

(3)控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對數(shù)據(jù)傳輸速率——波特率進行選擇和控制的能力。

(4)進行錯誤檢測：在發(fā)送時接口電路對傳送的字符數(shù)據(jù)自動生成奇偶校驗位或其他校驗碼,。在接收時,，接口電路檢查字符的奇偶校驗或其他校驗碼，確定是否發(fā)生傳送錯誤,。

(5)進行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換：CPU和終端均采用TTL電平及正邏輯,，它們與EIA采用的電平及負邏輯不兼容，需在接口電路中進行轉(zhuǎn)換,。

(6)提供EIA-RS-232C接口標準所要求的信號線：遠距離通信采用MODEM時,，需要9根信號線;近距離零MODEM方式，只需要3根信號線,。這些信號線由接口電路提供,，以便與MODEM或終端進行聯(lián)絡(luò)與控制。

2,、電子秤串行通信接口電路的組成

為了完成上述串行接口的任務(wù),，串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器,、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成,。其中，串行接口芯片,，隨著大規(guī)模繼承電路技術(shù)的發(fā)展,，通用的同步(USRT)和異步(UART)接口芯片種類越來越多，如下表所示,。它們的基本功能是類似的,，都能實現(xiàn)上面提出的串行通信接口基本任務(wù)的大部分工作，且都是可編程的,。才用這些芯片作為串行通信接口電路的核心芯片,，會使電路結(jié)構(gòu)比較簡單。

3.有關(guān)電子秤串行通信的物理標準

為使計算機,、以及其他通信設(shè)備互相溝通,，現(xiàn)在,，已經(jīng)對串行通信建立了幾個一致的概念和標準，這些概念和標準屬于三個方面：傳輸率,，電特性,，信號名稱和接口標準。

(1),、傳輸率：所謂傳輸率就是指每秒傳輸多少位，傳輸率也常叫波特率,。國際上規(guī)定了一個標準波特率系列,，標準波特率也是zui常用的波特率，標準波特率系列為110,、300,、600、1200,、4800,、9600和19200。大多數(shù)CRT終端都能夠按110到9600范圍中的任何一種波特率工作,。打印機由于機械速度比較慢而使傳輸波特率受到限制,，所以，一般的串行打印機工作在110波特率,，點針式打印機由于其內(nèi)部有較大的行緩沖區(qū),，所以可以按高達2400波特的速度接收打印信息。大多數(shù)接口的接收波特率和發(fā)送波特率可以分別設(shè)置,，而且,，可以通過編程來指定。

(2),、RS-232-C標準：RS-232-C標準對兩個方面作了規(guī)定,，即信號電平標準和控制信號線的定義。RS-232-C采用負邏輯規(guī)定邏輯電平,，信號電平與通常的TTL電平也不兼容,，RS-232-C將-5V～-15V規(guī)定為“1”，+5V～+15V規(guī)定為“0”,。

二,、軟件協(xié)議

1.OSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議

(1)OSI協(xié)議

OSI七層參考模型不是通訊標準，它只給出一個不會由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型,，使有關(guān)標準和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開發(fā)和相互配合,。

一般的通訊協(xié)議只符合OSI七層模型的某幾層，如： EIA-RS-232-C：實現(xiàn)了物理層,。 IBM的SDLC(同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程)：數(shù)據(jù)鏈路層,。ANSI的ADCCP(先進數(shù)據(jù)通訊規(guī)程)：數(shù)據(jù)鏈路層IBM的BSC(二進制同步通訊協(xié)議)：數(shù)據(jù)鏈路層,。應(yīng)用層的電子郵件協(xié)議SMTP只負責(zé)寄信、POP3只負責(zé)收信,。

(2)TCP/IP協(xié)議

實現(xiàn)了五層協(xié)議,。

(1)物理層：對應(yīng)OSI的物理層。

(2)網(wǎng)絡(luò)接口層：類似于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層,。

(3)Internet層：OSI模型在Internet網(wǎng)使用前提出,，未考慮網(wǎng)間連接。

(4)傳輸層：對應(yīng)OSI的傳輸層,。

(5)應(yīng)用層：對應(yīng)OSI的表示層和應(yīng)用層,。

2.串行通信協(xié)議

串行通信協(xié)議分同步協(xié)議和異步協(xié)議。

(1)異步通信協(xié)議的實例——起止式異步協(xié)議

特點與格式：

起止式異步協(xié)議的特點是一個字符一個字符傳輸,，并且傳送一個字符總是以起始位開始,，以停止位結(jié)束，字符之間沒有固定的時間間隔要求,。每一個字符的前面都有一位起始位(低電平,，邏輯值0)，字符本身有5～7位數(shù)據(jù)位組成,，接著字符后面是一位校驗位(也可以沒有校驗位),，zui后是一位，或意味半,，或二位停止位,，停止位后面是不定長度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平(邏輯值),，這樣就保證起始位開始處一定有一個下跳沿,。

起/止位的作用：起始位實際上是作為聯(lián)絡(luò)信號附加進來的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r,，告訴收方傳送開始,。它的到來，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來了,，要準備接收,。而停止位標志一個字符的結(jié)束，它的出現(xiàn),，表示一個字符傳送完畢,。這樣就為通信雙方提供了何時開始收發(fā)，何時結(jié)束的標志,。傳送開始前,，發(fā)收雙方把所采用的起止式格式(包括字符的數(shù)據(jù)位長度，停止位位數(shù)，有無校驗位以及是奇校驗還是偶校驗等)和數(shù)據(jù)傳輸速率作統(tǒng)一規(guī)定,。傳送開始后,，接收設(shè)備不斷地檢測傳輸線，看是否有起始位到來,。當(dāng)收到一系列的“1”(停止位或空閑位)之后,，檢測到一個下跳沿，說明起始位出現(xiàn),，起始位經(jīng)確認后,，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位以及停止位。經(jīng)過處理將停止位去掉,，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個并行字節(jié),，并且經(jīng)校驗后，無奇偶錯才算正確的接收一個字符,。一個字符接收完畢,，接收設(shè)備有繼續(xù)測試傳輸線,，監(jiān)視“0”電平的到來和下一個字符的開始，直到全部數(shù)據(jù)傳送完畢,。

由上述工作過程可看到,，異步通信是按字符傳輸?shù)模�每傳輸一個字符,，就用起始位來通知收方,，以此來重新核對收發(fā)雙方同步。若接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備兩者的時鐘頻率略有偏差,，這也不會因偏差的累積而導(dǎo)致錯位,，加之字符之間的空閑位也為這種偏差提供一種緩沖，所以異步串行通信的可靠性高,。但由于要在每個字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位,，使得傳輸效率變低了，只有約80%,。因此,，起止協(xié)議一般用在數(shù)據(jù)速率較慢的場合(小于19.2kbit/s)。在高速傳送時,，一般要采用同步協(xié)議,。

(2)面向字符的同步協(xié)議

特點與格式：這種協(xié)議的典型代表是IBM公司的二進制同步通信協(xié)議(BSC)。它的特點是一次傳送由若干個字符組成的數(shù)據(jù)塊,，而不是只傳送一個字符,，并規(guī)定了10個字符作為這個數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標志以及整個傳輸過程的控制信息，它們也叫做通信控制字,。由于被傳送的數(shù)據(jù)塊是由字符組成,，故被稱作面向字符的協(xié)議,。

特定字符(控制字符)的定義：由上面的格式可以看出，數(shù)據(jù)塊的前后都加了幾個特定字符,。SYN是同步字符(synchronous Character),，每一幀開始處都有SYN，加一個SYN的稱單同步,，加兩個SYN的稱雙同步設(shè)置同步字符是起聯(lián)絡(luò)作用,傳送數(shù)據(jù)時,接收端不斷檢測,一旦出現(xiàn)同步字符,就知道是一幀開始了,。接著的SOH是序始字符(Start Of Header)，它表示標題的開始,。標題中包括院地址,、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(Start Of Text),，它標志著傳送的正文(數(shù)據(jù)塊)開始,。數(shù)據(jù)塊就是被傳送的正文內(nèi)容，由多個字符組成,。數(shù)據(jù)塊后面是組終字符ETB(End Of Transmission Block)或文終字符ETX(End Of Text),，其中ETB用在正文很長、需要分成若干個分數(shù)據(jù)塊,、分別在不同幀中發(fā)送的場合,，這時在每個分數(shù)據(jù)塊后面用文終字符ETX。一幀的zui后是校驗碼,，它對從SOH開始到ETX(或ETB)字段進行校驗,，校驗方式可以是縱橫奇偶校驗或CRC。另外,，在面向字符協(xié)議中還采用了一些其他通信控制字,。

數(shù)據(jù)透明的實現(xiàn)：面向字符的同步協(xié)議，不象異步起止協(xié)議那樣,，需要在每個字符前后附加起始和停止位,，因此，傳輸效率提高了,。同時,，由于采用了一些傳輸控制字，故增強了通信控制能力和校驗功能,。但也存在一些問題,，例如，如何區(qū)別數(shù)據(jù)字符代碼和特定字符代碼的問題,，因為在數(shù)據(jù)塊中完全有可能出現(xiàn)與特定字符代碼相同的數(shù)據(jù)字符,，這就會發(fā)生誤解。比如正文有個與文終字符ETX的代碼相同的數(shù)據(jù)字符，接收端就不會把它當(dāng)作為普通數(shù)據(jù)處理,，而誤認為是正文結(jié)束,，因而產(chǎn)生差錯。因此,，協(xié)議應(yīng)具有將特定字符作為普通數(shù)據(jù)處理的能力,，這種能力叫做“數(shù)據(jù)透明”。為此,，協(xié)議中設(shè)置了轉(zhuǎn)移字符DLE(Data Link Escape),。當(dāng)把一個特定字符看成數(shù)據(jù)時，在它前面要加一個DLE,，這樣接收器收到一個DLE就可預(yù)知下一個字符是數(shù)據(jù)字符,，而不會把它當(dāng)作控制字符來處理了。DLE本身也是特定字符,，當(dāng)它出現(xiàn)在數(shù)據(jù)塊中時,，也要在它前面加上另一個DLE。這種方法叫字符填充,。字符填充實現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩,，且依賴于字符的編碼。正是由于以上的缺點,，故又產(chǎn)生了新的面向比特的同步協(xié)議。

(3)面向比特的同步協(xié)議

特點與格式：面向比特的協(xié)議中zui具有代表性的是IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC(Synchronous Data Link Control),國際標準化組織ISO(International Standard Organization)的數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC(High Level Data link Control),美國國家標準協(xié)會(Americal National Standard Institute)的先進數(shù)據(jù)通信規(guī)程ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure),。這些協(xié)議的特點是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位,，而且它是靠約定的位組合模式，而不是靠特定字符來標志幀的開始和結(jié)束,，故稱“面向比特”的協(xié)議,。

幀信息的分段：SDLC/HDLC的一幀信息包括以下幾個場(Filed)，所有場都是從有效位開始傳送,。

(1)SDLC/HDLC標志字符：SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定,，所有信息傳輸必須以一個標志字符開始，且以同一個字符結(jié)束,。這個標志字符是　01111110,，稱標志場(F)。從開始標志到結(jié)束標志之間構(gòu)成一個完整的信息單位,，稱為一幀(Frame),。所有的信息是以幀的形傳輸?shù)模�而標志字符提供了每一幀的邊��,。接收端可以通過搜索“01111110”來探知幀的開頭和結(jié)束,，以此建立幀同步。

(2)地址場和控制場：在標志場之后，可以有一個地址場A(Address)和一個控制場C(Control),。地址場用來規(guī)定與之通信的次站的地址,。控制場可規(guī)定若干個命令,。SDLC規(guī)定A場和C場的寬度為8位或16位,。接收方必須檢查每個地址字節(jié)的*位，如果為“0”,，則后面跟著另一個地址字節(jié);若為“1”,，則該字節(jié)就是zui后一個地址字節(jié)。同理,，如果控制場*個字節(jié)的*位為為“0”,，則還有第二個控制場字節(jié)，否則就只有一個字節(jié),。

(3)信息場：跟在控制場之后的是信息場I(Information),。I場包含有要傳送的數(shù)據(jù)，并不是每一幀都必須有信息場,。即數(shù)據(jù)場可以為0,，當(dāng)它為0時，則這一幀主要是控制命令,。

(4)幀校驗信息：緊跟在信息場之后的是兩字節(jié)的爭校驗,，幀校驗場稱為FC(Frame Check)場或稱為幀校驗序列FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC均采用16位循環(huán)冗余校驗碼CRC(Cyclic Redundancy Code),。除了標志場和自動插入的“0”以外,，所有的信息都參加CRC計算。

實際應(yīng)用時的兩個技術(shù)問題：

(1)“0”位插入/刪除：如上所述,，SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定以01111110為標志字節(jié),，但在信息場中也完全有可能有同一種模式的字符，為了把它與標志區(qū)分開來,，所以采取了“0”位插入和刪除技術(shù),。具體作法是發(fā)送端在發(fā)送所有信息(除標志字節(jié)外)時，只要遇到連續(xù)5個“1”,，就自動插入一個“0”,，當(dāng)接收端在接收數(shù)據(jù)時(除標志字節(jié))如果連續(xù)收到5個“1”，就自動將其后的一個“0”刪除是,，以恢復(fù)信息的原有形式,。這種“0”位的插入和刪除過程是由硬件自動完成的。

(2)SDLC/HDLC異常結(jié)束：若在發(fā)送過程中出現(xiàn)錯誤,，則SDLC/HDLC協(xié)議常用異常結(jié)束(Abort)字符,，或稱為失效序列使本幀作廢,。在HDLC規(guī)程中，7個連續(xù)的“1”被作為失效字符,，而在SDLC中失效字符是8個連續(xù)的“1”,。當(dāng)然在試銷序列中不使用“0”位插入/刪除技術(shù)。SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定,，在一幀之內(nèi)不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)間隔,。在兩幀之間，發(fā)送器可以連續(xù)輸出標志字符序列,，也可以輸出連續(xù)的高電平,，它被稱為空閑(Idle)信號。