10. 数据通信

一、数据通信方式

  按 数据通信方式 分类，可分为 串行通信 和 并行通信 两种。串行和并行的对比如下图所示：

  串行通信 的基本特征是 数据逐位顺序依次传输，优点是传输线少、布线成本低、灵活度高等优点，一般用于近距离人机交互，特殊处理后也可以用于远距离，缺点就是传输速率低。

  而 并行通信 是 数据各位可以通过多条线同时传输，优点是传输速率高，缺点就是布线成本高，抗干扰能力差，适用于短距离、高速率的通信。

二、数据传输方向

  根据 数据传输方向，通信又可分为 全双工、半双工 和 单工通信。全双工、半双工和单工通信的比较如下图所示：

• 单工 是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反方向传输，如校园广播。
• 半双工 是指数据传输可以沿着两个方向，但是需要分时进行，如对讲机。
• 全双工 是指数据可以同时进行双向传输，日常的打电话属于这种情形。

这里注意全双工和半双工通信的区别：半双工通信是共用一条线路实现双向通信，而全双工是利用两条线路，一条用于发送数据，另一条用于接收数据。

三、数据同步方式

  根据 数据同步方式，通信又可分为 同步通信 和 异步通信。同步通信和异步通信比较如下图所示：

  同步通信要求通信双方共用同一时钟信号，在总线上保持统一的时序和周期完成信息传输。优点：可以实现高速率、大容量的数据传输，以及点对多点传输。缺点：要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，收发双方时钟允许的误差较小，同时硬件复杂。

  异步通信不需要时钟信号，而是在数据信号中加入开始位和停止位等一些同步信号，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来，某些通信中还需要双方约定传输速率。优点：没有时钟信号硬件简单，双方时钟可允许一定误差。缺点：通信速率较低，只适用点对点传输。

四、通信速率

  在数字通信系统中，通信速率（传输速率）指 数据在信道中传输的速度，它分为两种：传信率 和 传码率。

• 传信率：每秒钟传输的信息量，即每秒钟传输的二进制位数，单位为 bit/s（即比特每秒），因而又称为比特率。
• 传码率：每秒钟传输的码元个数，单位为 Baud（即波特每秒），因而又称为波特率。

  波特率被传输的是码元，码元是信号被调制后的概念，每个码元都可以表示一定 bit 的数据信息量。举个例子，在 TTL 电平标准的通信中，用 0V 表示逻辑 0，5V 表示逻辑 1，这时候这个码元就可以表示两种状态。如果电平信号 0V、2V、4V 和 6V 分别表示二进制数 00、01、10、11，这时候每一个码元就可以表示四种状态。

  由上述可以看出，码元携带一定的比特信息，所以比特率和波特率也是有一定的关系的。比特率和波特率的关系可以用以下式子表示：

\[比特率 = 波特率 * log_2M \]

五、常见的串行通信接口

通信接口	接口引脚	数据同步方式	数据传输方向
UART	TXD：发送端 RXD：接收端 GND：公共地	异步通信	全双工
1-wrie	DQ：发送/接收端	异步通信	半双工
I2C	SCL：同步时钟 SDA：数据输入/输出端	同步通信	半双工
SPI	SCK：同步时钟 MISO：主机输入，从机输出 MOSI：主机输出，从机输入 CS：片选信号	同步通信	全双工