專利名稱：用于借助同步串行接口進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分用于單向異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
在微型計(jì)算機(jī)之間或在微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)設(shè)備之間的通信或數(shù)據(jù)傳輸或者并行或者串行地進(jìn)行，在并行的情況下，數(shù)據(jù)按每個(gè)數(shù)據(jù)單元分別被并行地接收和發(fā)送。在串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，在同步串行方法與異步串行方法之間是不同的，在同步串行方法中用于發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間同步的時(shí)間過程或時(shí)間控制借助于由發(fā)送側(cè)提供的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在異步串行方法中數(shù)據(jù)傳輸無時(shí)鐘信號(hào)地發(fā)生。串行數(shù)據(jù)傳輸-例如根據(jù)SPI (Serial Peripheral Interface)協(xié)議-通過
三根導(dǎo)線進(jìn)行，亦即通過發(fā)送導(dǎo)線(M0SI)、接收導(dǎo)線(MISO)以及時(shí)鐘導(dǎo)線(SCLK)。除這三根導(dǎo)線外，對(duì)于每個(gè)從設(shè)備還需要一根被稱為從選擇(SS)亦或片選擇(CS)的導(dǎo)線，發(fā)送單元作為主設(shè)備通過該導(dǎo)線選擇從設(shè)備用于當(dāng)前通信。異步串行數(shù)據(jù)格式表示一種面向字符的數(shù)據(jù)格式，其中每個(gè)數(shù)據(jù)字在傳輸之前設(shè)有如起始位、停止位和/或奇偶校驗(yàn)位的控制和安全標(biāo)記，并且被添加到相同的字符幀。兩個(gè)相繼的字符幀之間的時(shí)間間隔可以是任意的，因?yàn)槊總€(gè)這樣添加的數(shù)據(jù)字自成一體并且每個(gè)新的字符幀都進(jìn)行格式化(同步)。對(duì)于根據(jù)這樣的異步串行數(shù)據(jù)格式一一例如根據(jù)UART (通用異步接收/發(fā)送器)標(biāo)準(zhǔn)——傳輸數(shù)據(jù)字，為待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字在開始處添加一個(gè)起始位而在末尾處添加一個(gè)停止位作為控制符。該起始位指示，接收器應(yīng)該傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)字并且接收器可以針對(duì)該數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行同步。對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)而言，根據(jù)該UART標(biāo)準(zhǔn)傳輸一個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位以及I到2個(gè)停止位。如果發(fā)送器比接收器略快，第二個(gè)停止位根據(jù)UART接口的實(shí)施是需要的。UART標(biāo)準(zhǔn)的最重要的應(yīng)用是如RS232或RS485的接口。例如，使用UART標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸也在壓力或液位測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域中的各設(shè)備之間或內(nèi)部應(yīng)用，例如在傳感器、執(zhí)行器、現(xiàn)場設(shè)備、測量設(shè)備、分析設(shè)備、通信設(shè)備或操作設(shè)備中。為了執(zhí)行異步串行數(shù)據(jù)傳輸——例如通過RS232接口，目前需要將與UART接口連接的微處理器安裝到設(shè)備中或者使用包含具有UART能力的串行接口的微控制器。此時(shí)，待傳輸?shù)腄個(gè)數(shù)據(jù)位作為數(shù)據(jù)字寫入發(fā)送寄存器中，然后由硬件單元自動(dòng)為其添加F個(gè)幀劃分位(framing-bits)并且以確定的時(shí)間順序一起作為N位經(jīng)由移位寄存器發(fā)送。如果不存在UART接口，可選地可以利用軟件逐位地執(zhí)行異步串行數(shù)據(jù)傳輸，也就是說在通過異步硬件協(xié)議確定的時(shí)間點(diǎn)對(duì)具有待發(fā)送的N個(gè)位狀態(tài)的輸出導(dǎo)線進(jìn)行控制，也稱為“位拆裂”。具有“位拆裂”的軟件解決方案的缺點(diǎn)在于在提高對(duì)可靠性的要求的情況下的額外的程序存儲(chǔ)需求、額外需要的處理器計(jì)算功率以及額外的軟件錯(cuò)誤源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種開始所述方式的用于單向異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ洳恍枰哂蠻ART接口的數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備并且只需要有限的軟件耗費(fèi)用于其實(shí)現(xiàn)。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法解決。這樣一種用于在數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備的發(fā)送接口與帶有具有異步串行數(shù)據(jù)輸入端的串行接收接口的數(shù)據(jù)接收設(shè)備之間以帶有F個(gè)幀劃分位的異步數(shù)據(jù)格式進(jìn)行單向異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，發(fā)送接口構(gòu)造為具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)線的同步串行接口，其中數(shù)據(jù)導(dǎo)線與接收接口的異步串行數(shù)據(jù)輸入端連接，此外為待由數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備傳送的具有D個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)字添加F個(gè)幀劃分位用于生成符合異步數(shù)據(jù)格式的格式，并且隨后將添加有幀劃分位的數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)到發(fā)送寄存器中用于傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備。利用這種根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備——例如微型計(jì)算機(jī)——的發(fā)送能力來說省去了設(shè)置具有異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布涌?，如果取而代之地存在具有同步串行?shù)據(jù)傳輸?shù)挠布涌?。因此存在使用微型?jì)算機(jī)或微控制器作為數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備的可能性——其不具有異步串行發(fā)送接口、例如UART接口并因而成本更低或具有其他不可缺少的特性，而不必借助軟件(“位拆裂”)沿發(fā)送方向進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)傳輸。在這種根據(jù)本發(fā)明的方法中，由同步串行接口生成的時(shí)鐘信號(hào)不被需要因而可用于替代的任務(wù)。因此，這種根據(jù)本發(fā)明的方法以更小的復(fù)雜性需要更少地軟件耗費(fèi)，從而產(chǎn)生了更少的錯(cuò)誤源，因此測試這種更簡單的軟件(SIL，安全完整性等級(jí))也更便宜。因此，實(shí)施該根據(jù)本發(fā)明的方法也具有計(jì)算功率更小和程序存儲(chǔ)需求更小的優(yōu)點(diǎn)。最后，應(yīng)用這種根據(jù)本發(fā)明的方法可以使得利用微型計(jì)算機(jī)或微控制器進(jìn)行任務(wù)設(shè)置是可執(zhí)行的，否則微型計(jì)算機(jī)或微控制器由于其有限的硬件資源而不能勝任這些任務(wù)。在本發(fā)明的一種有利的設(shè)計(jì)方案中設(shè)定，在以異步數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)字之后在數(shù)據(jù)導(dǎo)線上維持對(duì)應(yīng)于該數(shù)據(jù)字的最后一位的邏輯電平直到下一個(gè)數(shù)據(jù)字以異步數(shù)據(jù)格式被傳輸，以便確保明確和可靠地針對(duì)數(shù)據(jù)接收設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行同步。根據(jù)本發(fā)明的一種改進(jìn)特別有利的是，如果同步串行接口可以與該接口的發(fā)送時(shí)鐘同步地傳輸具有N位、例如N= 10 (I字節(jié))的串行數(shù)據(jù)傳輸，從而為了以數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備的異步的數(shù)據(jù)格式——例如具有D = 8個(gè)數(shù)據(jù)位和F個(gè)幀劃分位——傳輸數(shù)據(jù)字產(chǎn)生N個(gè)待傳輸?shù)奈?。有利地，F(xiàn) = 2時(shí)在待傳送的數(shù)據(jù)字的開始處設(shè)置一個(gè)起始位并且在待傳送的數(shù)據(jù)字的末尾處設(shè)置一個(gè)停止位作為幀劃分位。根據(jù)改進(jìn)，F(xiàn) = 3時(shí)該待傳送的數(shù)據(jù)字除了起始位和停止位之外還可以額外地添加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，這樣為此需要具有D = 11的同步串行接口的串行數(shù)據(jù)傳輸能力。根據(jù)改進(jìn)，適于將同步串行接口構(gòu)成為SPI (串行外設(shè)接口)接口，因?yàn)槠鋺?yīng)用廣泛。如果在此根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)——其從最低位(LSB)開始數(shù)據(jù)傳輸——構(gòu)造該同步串行接口用于異步串行數(shù)據(jù)傳輸，那么可以放棄對(duì)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字根據(jù)軟件進(jìn)行反映(Spiegeln)，因?yàn)楦鶕?jù)UART標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸一直從最低位(LSB)開始。


以下根據(jù)實(shí)施例參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。其中:圖1示出了用于根據(jù)本發(fā)明的方法異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送器一接收器裝置的示意圖；圖2示出了用于生成符合UART標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字的流程圖的示意圖；圖3示出了根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)的待傳輸數(shù)據(jù)字的時(shí)間一電平圖以及相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)。
具體實(shí)施例方式數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備10構(gòu)造為微型計(jì)算機(jī)并且具有SPI接口 11作為串行接口，其在主設(shè)備模式下經(jīng)由數(shù)據(jù)導(dǎo)線12與作為數(shù)據(jù)接收設(shè)備20的另一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)連接用于根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該微型計(jì)算機(jī)20具有帶有數(shù)據(jù)輸入端22的UART接口 21作為接□。在最簡單的情況下，SPI接口 11包括至少一個(gè)移位寄存器Ila作為發(fā)送寄存器并且具有與數(shù)據(jù)導(dǎo)線12連接的數(shù)據(jù)輸出端MOSI (也稱為SD0)，其中未示出通常為第二數(shù)據(jù)導(dǎo)線設(shè)置的數(shù)據(jù)輸入端MIS0。此外示出了該SPI接口 11的兩個(gè)控制導(dǎo)線13和14，其對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘導(dǎo)線CLK和從選擇(SS)—也稱為片選擇(CS)。這兩個(gè)控制導(dǎo)線13和14不與數(shù)據(jù)接收設(shè)備20的UART接口 21連接。該SPI接口 11允許伴隨其發(fā)送時(shí)鐘CLK進(jìn)行至少N = 10個(gè)數(shù)據(jù)位的同步串行數(shù)據(jù)傳輸。接下來結(jié)合圖2闡述經(jīng)由數(shù)據(jù)導(dǎo)線12將根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)的異步數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)字傳輸?shù)轿⑿陀?jì)算機(jī)20的UART接口 21。在SPI接口 11的軟件模塊S中，由具有D = 8個(gè)數(shù)據(jù)字X (O)、".Χ (D_l)的待傳輸數(shù)據(jù)字X生成以異步UA RT數(shù)據(jù)格式的二進(jìn)制數(shù)據(jù)字。根據(jù)圖2在軟件模塊S中示出兩個(gè)通道PFl和PF2。因?yàn)樵赨ART標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)傳輸總是從最低位(LSB)開始，必要時(shí)必須將數(shù)據(jù)字X根據(jù)通道PFl反映為具有8個(gè)數(shù)據(jù)位Yl
(O)、…Yl (D-1)的數(shù)據(jù)字Y1。如果數(shù)據(jù)字X已經(jīng)以正確的順序存在，那么其作為具有8個(gè)數(shù)據(jù)位Y (O)、-Y (D-1)的數(shù)據(jù)字Y被接受。在接著的步驟中，在兩個(gè)通道PFl和PF2中添加分別具有作為新的最后一位的值為O的位O (BitO)的數(shù)據(jù)字Yl或Y，這對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)字Yl或Y與2相乘:Z1 = 2*Y1或Z =2*Υ。這個(gè)過程對(duì)應(yīng)于在移位寄存器中將數(shù)據(jù)字Yl或Y左移。隨后，這兩個(gè)數(shù)據(jù)字Zl和Z通過與具有兩個(gè)幀劃分位一一個(gè)起始位SO和一個(gè)停止位Pl——的位掩碼M結(jié)合而被補(bǔ)充，從而待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字El或E以異步串行UART數(shù)據(jù)格式存在，其中起始位SO的位值總是數(shù)值O而停止位Pl的位值總是數(shù)值I。該數(shù)據(jù)字El或E被移到移位寄存器Ila中，從其中作為SPI接口 11的發(fā)送寄存器讀出該數(shù)據(jù)字以便經(jīng)由數(shù)據(jù)導(dǎo)線12串行地以SPI接口的發(fā)送時(shí)鐘傳送到微型計(jì)算機(jī)20的UART接口 21。以2400Hz的發(fā)送時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)2400波特的比特率。該發(fā)送時(shí)鐘也可以如此選擇，使得產(chǎn)生1200或4800的波特率。如此構(gòu)成SPI接口 11，使得在數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的電平在傳輸數(shù)據(jù)字El或E之后維持在最后傳輸?shù)奈坏碾娖缴稀⒁嗉淳哂形恢礗的停止位上，也就是只有隨著下一個(gè)數(shù)據(jù)字的傳輸才切換到具有位值O的起始位的電平值上。作為替換地，這也可以利用微控制器10實(shí)現(xiàn)，其方法是微控制器經(jīng)由數(shù)據(jù)導(dǎo)線12接受控制，從而在一次數(shù)據(jù)傳輸后直到下一次數(shù)據(jù)傳輸保持對(duì)應(yīng)于電平值I的靜止?fàn)顟B(tài)。圖3示出了具有數(shù)據(jù)位d0、…d7的根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)添加有一個(gè)起始位SO和一個(gè)停止位Pl的數(shù)據(jù)字E或El在數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的示例性電平曲線TXD以及相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)CLK，從而數(shù)據(jù)傳輸從最低位(LSB)開始。特別地從該圖可看到，在靜止?fàn)顟B(tài)下數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的電平位于對(duì)應(yīng)于停止位Pl的電平值I上。在上面闡述的實(shí)施例中為了生成異步數(shù)據(jù)格式只將一個(gè)起始位和一個(gè)停止位添加到待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字。相應(yīng)地也可以將一個(gè)奇偶校驗(yàn)位添加給待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字，該奇偶校驗(yàn)位被添加在停止位之前。在這種情況下，為了添加F = 3個(gè)幀劃分位必須如此設(shè)計(jì)用于傳輸具有D = 8個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)字的SPI接口 11，使得能夠無中斷地串行發(fā)送N = 11個(gè)位。如果硬件為此被設(shè)置，那么用于另外的數(shù)據(jù)導(dǎo)線MISO (SDI)和控制導(dǎo)線CLK和SS(從選擇，也稱為CS:片選擇)的、在根據(jù)UART標(biāo)準(zhǔn)異步串行數(shù)據(jù)傳輸中不需要的接口可以用于備選的任務(wù)。附圖標(biāo)記:10 數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、微型計(jì)算機(jī)11 發(fā)送接口、SPI 接口Ila 移位寄存器、發(fā)送接口 11的發(fā)送寄存器12 數(shù)據(jù)導(dǎo)線13 控制導(dǎo)線、時(shí)鐘導(dǎo)線13a 時(shí)鐘輸出端`14 控制導(dǎo)線、從選擇導(dǎo)線20 數(shù)據(jù)接收設(shè)備、微型計(jì)算機(jī)21 接收接口、UART 接口22接收接口 21的數(shù)據(jù)輸入端M位掩碼E數(shù)據(jù)字El數(shù)據(jù)字X數(shù)據(jù)字Y數(shù)據(jù)字Yl數(shù)據(jù)字Z數(shù)據(jù)字Zl數(shù)據(jù)字
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(10)的發(fā)送接口(11)與帶有具有異步串行數(shù)據(jù)輸入端的串行接收接口(21)的數(shù)據(jù)接收設(shè)備(20)之間以帶有F (F e N)個(gè)幀劃分位的異步數(shù)據(jù)格式進(jìn)行單向異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟冢? 發(fā)送接口構(gòu)造為具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)的同步串行接口(11)，其中數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)與所述接收接口(21)的異步串行數(shù)據(jù)輸入端連接， 為待由數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(10)傳送的具有D (D e N)個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)字添加F個(gè)幀劃分位用于生成符合異步數(shù)據(jù)格式的格式，并且 將添加有幀劃分位的數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)到發(fā)送寄存器(Ila)中用于傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在以異步數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)字之后在數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)上維持對(duì)應(yīng)于該數(shù)據(jù)字的最后一位的邏輯電平直到以異步數(shù)據(jù)格式傳輸下一個(gè)數(shù)據(jù)字。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，構(gòu)造同步串行接口(11 )，與該接口( 11)的發(fā)送時(shí)鐘同步地傳輸N位的串行數(shù)據(jù)傳輸，其中為了以D個(gè)數(shù)據(jù)位和F個(gè)幀劃分位的異步數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)字產(chǎn)生N個(gè)待傳輸?shù)奈弧?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，在待傳送的數(shù)據(jù)字的開始處設(shè)置一個(gè)起始位并且在待傳送的數(shù)據(jù)字的末尾處設(shè)置一個(gè)或多個(gè)停止位作為幀劃分位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，除了起始位和一個(gè)或多個(gè)停止位之外，待傳送的數(shù)據(jù)字還添加有一個(gè)奇偶校驗(yàn)位 。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述同步串行接口構(gòu)造為SPI(串行外設(shè)接口)接口(11)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，構(gòu)造所述同步串行接口(11)，使得數(shù)據(jù)傳輸從最低位(LSB)開始。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，編排待傳送的數(shù)據(jù)字，使得數(shù)據(jù)傳輸從最低位(LSB)開始。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，異步數(shù)據(jù)格式符合UART(通用異步接收/發(fā)送器)標(biāo)準(zhǔn)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用在傳感器或執(zhí)行器或現(xiàn)場設(shè)備或測量設(shè)備或分析設(shè)備或操作設(shè)備或通信設(shè)備中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(10)的發(fā)送接口(11)與帶有具有異步串行數(shù)據(jù)輸入端的串行接收接口(21)的數(shù)據(jù)接收設(shè)備(20)之間以帶有F(F∈N)個(gè)幀劃分位的異步數(shù)據(jù)格式進(jìn)行單向異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?；根?jù)本發(fā)明設(shè)定，發(fā)送接口構(gòu)造為具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)的同步串行接口(11)，其中數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)與接收接口(21)的異步串行數(shù)據(jù)輸入端相連接，為待由數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(10)傳送的具有D(D∈N)個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)字添加F個(gè)幀劃分位用于生成符合異步數(shù)據(jù)格式的格式，并且將添加有幀劃分位的數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)到發(fā)送寄存器(11a)中用于傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備(20)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK103116562SQ20121027267
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
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