CN103491032B

CN103491032B - 串行通信装置、串行通信系统以及串行通信方法

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Publication number: CN103491032B
Application number: CN201310223965.2A
Authority: CN
Inventors: 横内保行; 加藤康司; 园田大辅
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2033-06-06
Also published as: JP2013255088A; CN103491032A; JP6035511B2

Abstract

提供串行通信装置、串行通信系统以及串行通信方法。本发明的串行通信装置具备通信部，该通信部经由通信线或无线与其它的串行通信装置之间通过基于异步式的串行信号进行通信。通信部将从包含在串行信号中的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后几位固定为规定的逻辑电平来进行发送。通过设为这样的结构，能够在使用廉价的CR振荡电路实现成本降低的同时正常地进行通信。

Description

串行通信装置、串行通信系统以及串行通信方法

技术领域

本发明涉及一种通过串行通信来发送接收数据的串行通信装置、串行通信系统以及串行通信方法。

背景技术

以往，这种串行通信装置分为主装置(master)和从装置(slave)，主装置和从装置通过串行通信进行连接。作为其通信方式，选择了异步方式(調歩同期方式)。在异步方式中，在主装置和从装置这双方都设置产生固定频率的脉冲的振荡电路，由此获取定时来进行通信。

图11是包括以往的串行通信装置的串行通信系统的概要结构图。主装置70经由通信线路40与从装置80进行通信。主装置70、从装置80分别通过CPU71、CPU81进行通信。而且，在它们中设置有振荡电路75、85，分别产生固定频率的脉冲。

图12是表示从主装置70向从装置80、或从从装置80向主装置70发送数据时的通信格式的图。在通信速度是4800bps的情况下，1位(bit)的时间为1÷4800≈208.3μs。即，每隔208.3μs依次输出起始位(固定为“L”)、数据位D₀～D7、停止位(固定为“H”)。

图13是表示以往的串行通信装置所接收到的串行信号的采样定时的图。在接收数据时，如图13所示那样在检测出起始位的下降沿之后，为了排除由于噪声等的影响而暂时变为“L”的情况，而在经过了208.3μs的1/2、即104.15μs的时刻检查起始位是否变为“L”。之后，每隔208.3μs取入数据位D₀～D₇，最后如果停止位是“H”，则作为正确的数据进行处理。

可是，由于主装置和从装置分别使用不同的振荡电路，因此，如果从振荡电路输出的脉冲存在时间上的误差，则无法正常地进行通信。如果上述脉冲的时间上的误差超过约±2.5%，则采样的定时发生偏移，从而无法建立通信。例如在从装置的振荡电路中使用廉价的CR振荡电路的情况下，CR振荡电路受到周围温度等的影响而振荡频率发生较大变动，因此通信速度相比规定值发生变化，主装置与从装置之间无法进行通信的可能性变大。

或许认为通过减慢通信速度来能够正常地进行通信，但是作为通信的基础的振荡频率的变动是主要因素，因此即使将通信速度减慢至2400bps也不会有改善。

图14是表示在以往的串行通信装置中提出的通信格式的图。在图14中，准备2位的起始位，之后输出数据位D₀～D₇、停止位。在由从装置接收从主装置基于这样的通信格式发送的数据时，CPU对接收到的起始位1的边沿间隔进行测量，根据该间隔对CR振荡进行修正，从而使得能够进行通信(例如参照日本专利申请、特开平11-120424号公报)。

然而，在该以往的方式中，存在以下问题：由于需要测量起始位1的间隔，因此需要使用装载有用于测量该间隔的特殊功能的CPU。另外，在普通的CPU的功能中，非同步通信的格式是已经决定的，起始位是1位，数据位是7位或8位，奇偶校验位无或是1位(偶校验、奇校验)，停止位是1位或2位(例如广泛普及的被称为RS-232C的通信标准也是这样的格式)。因此，通过普通的通用CPU无法将起始位设为2位，因此需要特殊的CPU，存在CPU变得昂贵这样的问题。

本发明用于解决这种以往的问题，其目的在于在使用虽然振荡精度低但是廉价的CR振荡电路和普通的CPU来实现成本的降低的同时使主装置与从装置之间的通信正常进行。

发明内容

本发明的串行通信装置是如下串行通信装置：具备通信部，该通信部经由通信线或无线与其它的串行通信装置之间通过基于异步式的串行信号进行通信。本串行通信装置的特征在于，将从传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后几位固定为规定的逻辑电平来进行发送。

另外，本发明的串行通信系统的特征在于，具有多个上述本发明的串行通信装置，在串行通信装置之间通过串行信号彼此进行串行通信。

另外，本发明的串行通信方法的特征在于，作为发送侧的一方的串行通信装置将从包含在串行信号中的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后几位固定为规定的逻辑电平，并将上述传送数据分割到未固定为规定的逻辑电平的前几位来进行发送。而且，作为接收侧的另一方的串行通信装置将分割来发送的传送数据接收所分割的次数，基于前几位还原出原始的传送数据。

根据这样的结构，使用廉价的CR振荡电路来实现成本降低，并且，即使在振荡频率发生较大变动而无法在停止位和靠近停止位的数据位处进行正常的采样，也能够将预先决定的后几位识别为停止位，因此能够正常地进行通信。

这样，根据本发明的串行通信装置、串行通信系统以及串行通信方法，即使使用廉价但振荡频率的变动大的CR振荡电路也能够正常地进行通信。

附图说明

图1是包括本发明的实施方式1的串行通信装置的串行通信系统的概要结构图。

图2是表示该串行通信系统中的通信格式的图。

图3是表示该串行通信系统中的接收到的串行信号的采样定时(samplingtiming)的图。

图4是表示该串行通信系统中的发送的传送数据的图。

图5是表示该串行通信系统中的实际的串行信号的一例的图。

图6是表示该串行通信系统中基于串行通信方法对传送数据进行传送的处理的流程的时序图。

图7是表示在该串行通信系统中主装置的振荡频率发生变化时的从装置的采样的定时的图。

图8是表示在该串行通信系统中空闲状态的逻辑电平为“L”时的串行信号的一例的图。

图9是包括本发明的实施方式2的串行通信装置的串行通信系统的概要结构图。

图10是表示该串行通信系统中的CR振荡电路的温度与振荡频率的振荡精度的关系的一例的图。

图11是包括以往的串行通信装置的串行通信系统的概要图。

图12是表示该串行通信系统中的通信格式的图。

图13是表示该串行通信系统中的接收到的串行信号的采样定时的图。

图14是表示以往的其它串行通信装置的通信格式的图。

具体实施方式

本发明的串行通信装置是具备经由通信线或无线与其它的串行通信装置之间通过基于异步式的串行信号进行通信的通信部的串行通信装置。本串行通信装置的通信部的特征在于，将从包含在串行信号中的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后几位固定为规定的逻辑电平来进行发送。

期望本串行通信装置的通信部将传送数据分割到未固定为规定的逻辑电平的前几位来进行发送。

另外，期望本串行通信装置的通信部将分割传送数据来发送的串行信号接收所分割的次数，基于前几位还原出原始的数据。

通过这样，使用廉价的CR振荡电路实现成本降低，并且，即使在振荡频率发生较大变动而无法在停止位和靠近停止位的数据位处进行正常的采样，也能够将预先决定的后几位识别为停止位，因此能够正常地进行通信。

另外，本串行通信装置具备：CPU，其具有通信部；振荡电路，其用于向CPU提供振荡频率的信号；以及温度检测元件，其用于测量振荡电路周围的温度。而且，期望根据由温度检测元件检测出的温度对振荡电路的振荡精度进行校正，由此校正通信速度。

另外，期望本串行通信装置将由温度检测元件检测出的温度与振荡电路的振荡精度之间的关联制作成表格并保持在CPU内部，根据温度对振荡电路的振荡精度进行校正，由此校正通信速度。

另外，本发明的串行通信系统具有多个上述本发明的串行通信装置，在串行通信装置之间通过串行信号彼此进行串行通信。

下面，根据附图详细说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是包括本发明的实施方式1的串行通信装置的串行通信系统的概要结构图。在图1中示出在本串行通信系统中具备作为主控制部的主装置10以及作为终端部的从装置20的一例。下面，列举这些主装置10和从装置20作为本发明的串行通信装置发挥功能的一例进行说明。主装置10和从装置20根据上述的异步方式，经由作为通信线的通信线路40进行彼此间的通信。主装置10和从装置20例如具备作为微计算机(微控制器)等的CPU(中央处理单元)11、21、CR振荡电路12、22以及缓冲器(buffer)13、23。并且，CPU11、21为了进行通信而具备具有串行通信的通信功能的通信部15、25。另外，CR振荡电路12、22是利用电容器、电阻器等构成的振荡电路，生成规定的频率的脉冲信号，将所生成的脉冲信号提供给CPU11、21。CPU11、21以所提供的脉冲信号为时钟来执行处理，或者通信部15、25使用该脉冲信号生成用于进行串行通信的串行信号。例如，由主装置10的CPU11生成的串行信号经由缓冲器13发送到通信线路40，经由通信线路40被传送到从装置20。然后，从主装置10传送的串行信号在从装置20中由CPU21经由缓冲器23进行接收。相反地，由从装置20生成的串行信号经由通信线路40进行传送，由主装置10接收该串行信号。由此进行主装置10与从装置20之间的通信。

图2是表示本实施方式的通信格式的图。在本实施方式中，列举以8位(即，1字节)为传送单位的一例。如图2所示，本实施方式中的通信格式与图12中说明的以往的通信格式相同。即，起始位ST为1位，数据位D₀～D₇为8位，停止位SP(固定为逻辑电平“H”)为1位。根据这样的通信格式，按照以起始位ST为开头、其后的数据位D₀～D₇、停止位SP的顺序，作为串行信号而串行传送这些各位。在此，想要在主装置10与从装置20之间传送的1字节的传送数据被叠加在配置于起始位ST与停止位SP之间的数据位D₀～D₇的期间。另外，作为不通信的期间的通信空闲时设为逻辑电平“H”。另外，图3是表示在本实施方式中通信速度为4800bps时所接收到的串行信号的采样定时的图，接收的采样定时也与图13中所说明的以往的情况相同。

根据以上内容，在本实施方式中，基于图2所示的通信格式，在将串行信号的传送期间和通信空闲期间重复的同时，传送期望的字节数的传送数据，通过这样来执行主装置10与从装置20之间的通信。

此外，具体地说，图2所示的通信格式例如是基于广泛普及的被称为RS-232C的通信标准的通信格式，作为标准功能而被配备在很多通用的CPU或CPU外围IC等中。因此，作为CPU11、21，不需要具备特殊的通信功能，能够利用通用的CPU。另外，在主装置10、从装置20中使用与晶体振荡电路等相比廉价的CR振荡电路12、22。作为更具体的例子，只要构成为如下结构即可：在主装置10、从装置20中使用具备RS-232C的通信功能的通用CPU作为CPU11、21，由CR振荡电路提供时钟。在本实施方式中，通过像这样构成，实现了串行通信系统的成本降低。

接着，针对本实施方式的更详细的结构进行说明。

图4是表示从主装置10或从装置20发送时的8位的传送数据30的图。另外，图5是表示基于图2所示的通信格式实际发送传送数据30时的串行信号的一例的图。在通信中，针对传送数据30，从通信格式中的最小位、即数据位D₀开始依次进行发送。而且，本实施方式的特征在于，如图5所示，数据位D₄～D₇固定为逻辑电平“H”来执行通信。

在具有这样的特征的本实施方式中，列举将主装置10作为发送侧、将从装置20作为接收侧并从主装置10向从装置20发送传送数据30的情况为例进行说明。图6是表示在这种情况下基于本串行通信系统中的串行通信方法对传送数据30进行传送的处理流程的时序图。如图6所示，主装置10在发送传送数据30时，将传送数据30按照高4位、低4位的顺序分两次进行发送。

即，最初，主装置10提取传送数据30的高4位A₇～A₄(步骤S100)。然后，形成将所提取的高4位A₇～A₄放入通信格式的数据位D₃～D₀中、将数据位D₇～D₄固定为逻辑电平“H”的串行信号进行发送(步骤S102)。从装置20丢弃所接收到的串行信号中的数据位D₇～D₄，将数据位D₃～D₀设置为8位的缓冲存储器的高4位(步骤S104)。

接着，主装置10提取传送数据30的低4位A₃～A₀(步骤S110)。然后，形成将所提取的低4位A₃～A₀放入通信格式的数据位D₃～D₀中、将数据位D₇～D₄固定为逻辑电平“H”的串行信号进行发送(步骤S112)。从装置20丢弃所接收到的串行信号中的数据位D₇～D4，将数据位D₃～D₀设置为上述8位的缓冲存储器的低4位(步骤S114)。这样，从装置20能够从主装置10接收两次传送数据30。此外，使用图6说明从主装置10向从装置20发送传送数据30的情况，但是在从从装置20向主装置10发送传送数据30的情况下也同样地按照高4位、低4位的顺序分两次进行发送。另外，在主装置10与从装置20之间的传送中，也可以设为将传送数据30按照低4位、高4位的顺序分两次进行发送的结构。总之，只要将传送数据的各位分多次并将剩余的数据位固定为规定的逻辑电平的同时以串行信号的形式多次进行传送即可。此时，使规定的逻辑电平与通信空闲时的逻辑电平一致。

换句话说，只要在串行通信装置之间利用基于异步的串行信号来执行如下的串行通信方法即可。即，将从包含在串行信号中来传送的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的数据位的后几位固定为规定的逻辑电平来进行发送。然后，将传送的传送数据分割到未固定为规定的逻辑电平的数据位的前几位来进行发送。另外，作为接收侧，只要将像这样分割来发送的传送数据接收所分割的次数，并基于数据位的前几位还原出传送源的传送数据即可。

图7是表示在实施方式1中主装置10的振荡频率发生变化时的从装置20的采样的定时的图。在此，为了简化说明而设从装置的振荡频率正常。在图7中，(a)是主装置10的振荡频率正常的情况，(b)是主装置10的振荡频率低于正常值的情况，(c)是主装置10的振荡频率高于正常值的情况。

在通信速度为4800bps的情况下从装置20的采样定时是在箭头所示的定时进行采样。将在从装置20中执行的起始位ST的采样定时设为时刻T_START，将数据位D₀～D₇的采样定时分别设为时刻T₀～T₇，将停止位SP的采样定时设为时刻T_STOP。

在图7的(a)的情况下，能够在数据位D₀～D₇以及停止位SP的中央进行采样。在图7的(b)的情况下，不在停止位SP的接收定时进行采样，而在数据位D₇中进行两次在时刻T₇和时刻T_STOP的采样。在这种情况下，由于数据位D₇是“H”，因此虽然不是本来的停止位SP的采样，但是在从装置20中被正常地识别为停止位。这样，如果发送侧的振荡频率低，则导致在接收侧停止位SP的采样的时刻T_STOP发生偏移而在数据位D₇的接收定时实施采样。可是，根据本实施方式，由于数据位D₄～D₇固定为“H”，因此正常地识别出停止位，从而能够正常地接收数据。

另外，在图7的(c)的情况下，不在停止位SP的接收定时进行采样，而在空闲状态下进行采样。在这种情况下，由于在空闲状态下是“H”，因此虽然不是本来的停止位SP的采样，但是被正常地识别为停止位。这样，如果发送侧的振荡频率高，则导致在接收侧停止位SP的采样的时刻T_STOP发生偏移而在空闲状态下实施采样。可是，由于在空闲状态下固定为“H”，因此正常地识别出停止位，从而能够正常地接收数据。

在接收侧的振荡频率正常、且如本实施方式那样数据位D₄～D₇固定为“H”的情况下，在接收侧能够正常地接收数据的发送侧的振荡频率的允许误差为±4.5%，能够与上述以往的通信格式的允许误差±2.5%相比更大范围地允许振荡频率的误差。另外，当将数据位D₁～D₇的7位固定为“H”时，振荡频率的允许误差能够扩大到±8.9%。这样，当使数据位的进行发送时固定为“H”的后方的位数增加时，所能够允许的振荡频率的误差扩大。

此外，在本实施方式1中，列举将数据位D₄～D₇固定为“H”的例子进行了说明，但是也可以根据CR振荡电路的偏移量改变固定为“H”的位数。当使固定为“H”的位数增加时，允许振荡的偏移的量增加。即，在传送8位的传送数据30时，将数据位D₁～D₇固定为“H”的同时将传送数据30的各位A₇～A₀依次保存到数据位D₀中，以此分8次进行传送，由此振荡的偏移的允许量变得最大。另外，虽然允许量会变小，但是也可以设为对本实施方式进行变形得到的如下结构等：将数据位D₂～D₇固定为“H”，将传送数据30每两位地依次保存到数据位D₀～D₁中，以此分4次进行传送。

另外，在本实施方式1中，将从装置设为一个，但是从装置也可以是多个。

另外，在本实施方式1中，将数据位D₄～D₇固定为“H”，但是如图8所示那样，在空闲状态的逻辑电平为“L”的情况下将数据位D₄～D₇固定为“L”。总之，只要在设定为固定的逻辑电平的数据位中设定空闲状态的逻辑电平即可。

另外，在本实施方式1中，列举传送数据30的位长为8位的例子进行了说明，但是传送数据的位长也可以是7位。在传送数据的位长是7位的情况下，固定为“H”或“L”的位长设为6位以下。

(实施方式2)

图9是包括本发明的实施方式2的串行通信装置的串行通信系统的概要结构图。在图9中，针对与图1相同的结构要素附加相同的附图标记，并省略它们的详细说明。如图9所示，主装置10和从装置20分别具备热敏电阻14、24作为用于检测CR振荡电路12、22周围的温度的温度检测元件。热敏电阻14、24在电源线与GND(接地线)之间与电阻串联连接。其连接部与CPU11、21的AD(模拟-数字)变换器的AD输入端AD相连接。由此，CPU11、21能够检测连接部的电压，因此能够检测与该电压相应的温度。

在本实施方式中，CPU11、21像这样利用热敏电阻14、24检测温度，根据检测出的温度校正CR振荡电路12、22的振荡精度，由此校正串行通信系统的通信速度。

图10是表示CR振荡电路12、22中的温度与振荡频率的振荡精度之间的关系的一例的图。在本实施方式中，将该信息制作成表格并保持在CPU11、21的内部。

当检测温度为100℃时，CR振荡电路12、22的振荡频率增加10%。因此，在未校正的情况下，即使CPU11、21的通信速度设定为4800bps，实际也会变为4848bps。针对这样的变动，在本实施方式中，通过设置热敏电阻14、24，来检测CR振荡电路12、22周围的温度，校正通信速度的变动。例如，在检测出100℃的情况下，对通信速度的设定进行校正以将其设定为4800(bps)÷(100+10)[%]=4364bps。通过这样的校正，实际的通信速度变为4800bps，从而能够正常地进行通信。

另外，当检测温度为-50℃时，CR振荡电路12、22的振荡频率减少5%。因此，在未校正的情况下，即使CPU11、21的通信速度设定为4800bps，实际也会变为4560bps。在这种情况下，在本实施方式中，对通信速度的设定进行校正以将其设定为4800(bps)÷(100-5)[%]=5053bps。通过这样的校正，实际的通信速度变为4800bps，从而能够正常地进行通信。

此外，CR振荡电路12、22、如热敏电阻14、24那样的温度检测元件也可以位于CPU11、21内部。

另外，在实施方式1和实施方式2中，列举CPU11、21具备通信部15、25的一例进行了说明，但是也可以是将通信部15、25作为例如串行通信接口IC等而设置在CPU11、21的外部的结构。

另外，在实施方式1和实施方式2中，列举CPU11、21经由通信线路40进行通信的一例进行了说明，但是也可以是通过基于图2所示的通信格式的无线进行通信的结构。

另外，在实施方式1和2中，列举将从装置设为一个的例子进行了说明，但是只要是具有多个在实施方式1、2中所说明的串行通信装置、并在这些串行通信装置之间通过串行信号彼此进行串行通信的结构即可。

Claims

1.一种串行通信装置，经由通信线或无线与其它的串行通信装置之间通过基于异步式的串行信号进行通信，该串行通信装置的特征在于，具备：

CR振荡电路，其利用使用了电容器和电阻器的振荡电路，来生成脉冲信号；以及

通信部，其使用上述CR振荡电路生成的上述脉冲信号，来生成上述串行信号，

其中，上述通信部将作为不通信的期间的通信空闲时的逻辑电平与停止位的逻辑电平设为相互一致的规定的逻辑电平，

上述通信部将从包含在上述串行信号中的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后面的至少一位固定为上述规定的逻辑电平来进行发送。

2.根据权利要求1所述的串行通信装置，其特征在于，

上述通信部将上述传送数据分割到未固定为上述规定的逻辑电平的前面的至少一位来进行发送。

3.根据权利要求2所述的串行通信装置，其特征在于，

上述通信部将其它的串行通信装置通过将传送数据分割到未固定为上述规定的逻辑电平的前面的至少一位来发送的串行信号按所分割的次数来接收，基于该前面的至少一位还原出原始的数据。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的串行通信装置，其特征在于，具备：

CPU，其具有上述通信部；

上述CR振荡电路，其用于向上述CPU提供振荡频率的上述脉冲信号；以及

温度检测元件，其用于测量上述CR振荡电路周围的温度，

其中，根据由上述温度检测元件检测出的温度对上述CR振荡电路的振荡精度进行校正，由此校正通信速度。

5.根据权利要求4所述的串行通信装置，其特征在于，

将由上述温度检测元件检测出的温度与上述CR振荡电路的振荡精度之间的关联制作成表格并保持在上述CPU内部。

6.一种串行通信系统，其特征在于，

具有多个根据权利要求1～5中的任一项所述的串行通信装置，在上述串行通信装置之间通过上述串行信号彼此进行串行通信。

7.一种串行通信方法，用于经由通信线或无线在串行通信装置之间通过基于异步式的串行信号进行通信，该串行通信装置具备：CR振荡电路，其利用使用了电容器和电阻器的振荡电路，来生成脉冲信号；以及通信部，其使用上述CR振荡电路生成的上述脉冲信号，来生成上述串行信号，该串行通信方法的特征在于，

将作为不通信的期间的通信空闲时的逻辑电平与停止位的逻辑电平设为相互一致的规定的逻辑电平，

作为发送侧的一方的上述串行通信装置将从包含在上述串行信号中的传送数据的数据长度减去1位所得的位数以下的后面的至少一位固定为上述规定的逻辑电平，并将上述传送数据分割到未固定为上述规定的逻辑电平的前面的至少一位来进行发送，

作为接收侧的另一方的上述串行通信装置将分割来发送的上述传送数据按所分割的次数来接收，基于上述前面的至少一位还原出原始的传送数据。