通信方式

通信系统的分类

1、按信道信号特征分类：模拟通信和数字通信
2、按传输媒质分类：有线通信和无线通信
3、按传输方式分类：基带传输和带通传输
4、按通信业务分类：电话通信、数据通信、图像通信和遥控通信等
5、按工作波段分类：长波通信、短波通信、微波通信和光通信等
6、按复用方式分类：频分复用、码分复用和时分复用等

通信方式的分类

• 参考资料：https://blog.csdn.net/m0_69455439/article/details/132515313

串行通信和并行通信

根据数据传输的位不同可以分为串行通信和并行通信
串行通信：所谓串行通信就是按一条数据线字节为单位，一位一位的传输；
并行通信：可想而知，并行通信就是多条数据线将数据的各个位可同时传输。

• 特点：

串行通信：通常是点对点的通信，通信线路简单，成本低，适合于长距离传送。
并行通信：特点是传输速度快，适合于短距离传送。

同步通信和异步通信

根据数据的时钟频率（比特流）可以分为同步通信和异步通信：
同步通信：就是数据的传输都在一条时钟线上，要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端往往发送连续的比特流；
异步通信：通讯双方约定同一个时钟频率或波特率，数据被划分有严格的起始位，数据为，结束标志位；同时不再要求接收端时钟和发送端时钟频率同步，只要波特率在相同的条件下就可以通信，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。

• 特点：

同步通信效率高；异步通信效率较低。
同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。
同步通信可用于点对多点；异步通信只适用于点对点。

串行通信的分类

在串行通信里，也有一定的划分方式：也就是通俗的单工、半双工、全双工通信

单工通信（Simplex Communication）：

指消息只能单方向传输的工作方式。在单工通信中，通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。基于这种情况，数据信号从一端传送到另外一端，信号流是单方向的。
比如：广播站播放广播听众接收信息，而听众无法通过广播频道反馈信息给广播站

半双工通信（Half-duplex Communication）

可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。在这种工作方式下，发送端可以转变为接收端；相应地，接收端也可以转变为发送端。但是在同一个时刻，信息只能在一个方向上传输。因此，也可以将半双工通信理解为一种切换方向的单工通信。
比如：典型的对讲机，只能A说话传递信息，B接收信息；B传递信息时，A只能接收信息。不能同时进行。

全双工通信（Full duplex Communication）

指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。 全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2根数据线传送数据信号。（可能还需要控制线和状态线，以及地线）。
比如：必须选用双绞线的网络缆线才可以全双工传输，而且中间所接的集线器（HUB），也要能全双工传输；最后，所采用的网络操作系统也得支持全双工作业，如此才能真正发挥全双工传输的威力。

串口通信

串口通信是一种通过数据信号线、地线、控制线等，按位（bit）进行传输数据的通信方式。串口通信通常是指串行通信。它是一种简单而经典的通信协议，常用于外设和计算机之间的通信，如打印机、键盘、鼠标等。串口通信可以通过单一的数据线传输信息，这使得它在远距离通信中非常有用，因为需要的线路数量较少。RS232和RS485通信都属于串口通信

串口通信采用的是TTL**（Transistor-Transistor Logic）**电平标准逻辑。通信主要使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
通信主要使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。其中硬件上的RX和TX（TX是Transmission的缩写，表示数据的发送端，也就是从计算机或其他数据源输出的数据。RX是Reception的缩写，表示数据的接收端，也就是数据的目的地。需要交叉相连

由于串口通信是异步通信，实现串口通信还需要约定一个波特率，也就是说通讯双方约定同一个时钟频率或波特率，数据被划分有严格的起始位，数据为，结束标志位。

波特率

串口异步通信中由于没有时钟信号，所以通讯双方需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码。常见的波特率有4800、9600、115200等。这是一个衡量符号传输速率的参数。指的是信号被调制以后在单位时间内的变化。
即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。
波特率和比特率波特率和比特率是通信系统中用来衡量数据传输速度的两个重要概念。
比特率（Bit rate）：

• 定义：在通信和计算机领域，比特率是单位时间内传输或处理的比特的位数。或者指信号（用数字二进制位表示）通过系统（设备、无线电波或导线）处理或传送的速率，即单位时间内处理或传输的数据量。
• 单位：通常单位为“位每秒”（bit/s, b/s），也写作bps (bit per second)。“b”应该总是小写，以避免与“字节每秒”（Bytes/s, B/s）混淆。

波特率（Baud rate）：

• 定义：在电子通信领域，波特率即调制速率，指的是有效数据信号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个符号，而通过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息。
• 单位：它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特 (Baud)。单个调制状态对应的二进制位数会根据调制方式而有所不同。

比特率是指每秒传输的二进制位数，而波特率是指每秒传输的符号数。如果每个符号都只能传输一个二进制位，则波特率等于比特率。但如果一个符号可以传输多个二进-binary bits，则波特率会小于比特率。
例如，在串口通信中，如果使用了一种调制方式使得每个符号可以同时传输两个二进制位，则每秒传输两个符号（2 Baud），但实际上是传输四个二进制位（4 bits），因此比特率将是2倍于波特率。

数据格式

起始位、停止位：

数据包从起始位开始，到停止位结束。起始信号用逻辑0的数据位表示，停止信号由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。

有效数据：

起始位之后便是传输的主体数据内容了，也称为有效数据，其长度一般被约定为5、6、7或8位长。

奇偶效验位：

由于在通讯过程中易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，所以在有效数据之后加上校验位解决。校验方法有奇校验（odd）、偶校验（even）、0校验（space）、1校验（mark）及无校验（noparity）。奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个8位长的有效数据为：01101001，此时共有4个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的是8位有效数据加1位校验位，共9位。偶校验刚好相反，要求有效数据和校验位的“1”数量为偶数，则此时为达到偶校验效果，校验位为“0”。而0校验则无论有效数据中是什么数据内容，校验位总是为“0”，1校验校验位总是为“1”。

TTL（Transistor-Transistor Logic）

逻辑电平范围（0-5V）、抗干扰能力弱、传输距离近
（TTL电平信号规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”(采用二进制来表示数据时)。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。）
TTL电平标准最小高电平输出为2.4V，最大低电平是0.4V；而我们通常情况下，串口通信都是认为以高电平为5V，低电平为0V进行通信工作，那么这就使得该电平很容易受到外界信号的干扰，比如，此时突然外界施加一段静电，干扰数据位的某一位突然拉高，所以使得此段的通信距离很短，这里就证明了TTL电平标准逻辑下的通信容易受外界干扰，传输的距离就很短。

RS232标准

RS-232总线规定了25条线或9条线（常用），包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线（接收线、发送线和信号线）就能实现简单的全双工通信过程。

RS232标准是采用的负逻辑传输，规定逻辑“1”的电平为-3V~ -15 V，逻辑“0”的电平为+3 V～+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离。
RS -232的噪声容限为2V，接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”，将低到-3 V的信号作为逻辑“1”。**(噪声容限是指：在前一级输出为最坏的情况下，为保证后一级正常工作，所允许的最大噪声幅度；数电中：噪声容限越大说明容许的噪声越大，电路的抗干扰性越好。)
结合RS232负逻辑传输的特性，当我们由TTL给MAX232芯片一个5V电压，则MAX232输出一个-12V；当MAX232收到的是0V，则输出+12V，

RS485标准

EIA-485（过去叫做RS-485或者RS485）是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为2线、半双工、平衡传输线多点通信的标准，也可以透过用四条线达到全双工。是由电信行业协会（TIA）及电子工业联盟（EIA）联合发布的标准。
RS-485与RS-232不一样，485数据信号采用的差分传输方式，也称作平衡传输。
RS485和EIA-422一样使用双绞线进行高电压差分平衡传输，多采用屏蔽双绞线传输，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点，也就是通俗的主从机模式通信。

差分信号的逻辑关系，当A为高电平，B为低电平时，表示逻辑"0"，反之，当A为低电平，B为高电平时，表示逻辑"1"。
差分信号的优势就是抗干扰能力强，因为输出的信号是由A、B两根线共同决定的，A、B差值表示逻辑”0/1“，而且采用双绞线的方式缠绕在一起，即使受到了干扰也是两根线同时受到干扰，这样它们的电压差值也可以基本保持不变。如图所示


此外RS485还有另一个特性，就是概念里提到的，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点，也就是通俗的主从机模式通信。
而TTL和RS232接口，只能实现点对点的通信方式，不能实现组网功能，RS485则可以实现一主多从的组网通讯。也就是可以与多台设备通信。

相关链接：
https://blog.csdn.net/m0_69455439/article/details/132515313
https://blog.csdn.net/m0_56936436/article/details/128279808