单片机通信性能分析和评价方法

文章摘要：通信息的物理特性还与通信介质和连接状态有关。图3是通信接口电路和驱动电路之间的待效电路图。当数据传输速率远小于电路电压跟踪速度时，可认为每一位数据的电平保护足够长的时间。根据图3可以得到输出和输入信号的阶段响应：u=U(1-e -at) （1）式中，u是数字信号高电平，a=1/[R（C1+C2）]是上升时间常数。图4是数字信号受到分布参数影响后的波形。根据式（1）可知，在5V电源电压条件下，通信信号电平幅度上升到判别电压幅度（TTL高电平或CMOS高电平）所需时间是T=-R(C1+C2)ln0.46(对TTL电路)或T=-R(C1+C2)ln0.72（对CMOS电路）。如果信号的波特率

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通信息的物理特性还与通信介质和连接状态有关。图3是通信接口电路和驱动电路之间的待效电路图。

当数据传输速率远小于电路电压跟踪速度时，可认为每一位数据的电平保护足够长的时间。根据图3可以得到输出和输入信号的阶段响应：

u=U(1-e -at) （1）

式中，u是数字信号高电平，a=1/[R（C1+C2）]是上升时间常数。图4是数字信号受到分布参数影响后的波形。

根据式（1）可知，在5V电源电压条件下，通信信号电平幅度上升到判别电压幅度（TTL高电平或CMOS高电平）所需时间是T=-R(C1+C2)ln0.46(对TTL电路)或T=-R(C1+C2)ln0.72（对CMOS电路）。如果信号的波特率为fb，为确保正确接收，信号上升时间应当为信号脉冲宽度的1/4～1/10。

由此，当数字信号为TTL电平时，要求单片机接口电路的分布参数范围是

当数字系统为CMOS电平时，要求单片机接口电路的分布参数范围是

如果单片机的物理分布参数已经确定，则式（2）和式（3）就是最高通信速率的限制条件。

通过以上分析可以看出，单片机通信接口的物理特性对通信性能直接影响，主要反映在接口电路分布参数对数字信号波形的影响，进而引起接口电平判别失误。

二、单片机串行通信接口的固件特性

所谓单片机串行通信接口的固件特性，是指单片机串行通信接口的控制和支持硬件在串行通信时所具有技术特性。固件特性包括两个方面问题，一个方面是软件行为对硬件的要求条件，另一个是硬件电路所能提供的结构和功能特性。

1.单片机通信接口功能的控制方式

单片机串行通信接口功能的控制是在单片机内部硬件结构支持下的软件操作。单片机是面向寄存器的工作方式，因此，对于通信接口的控制是通过一系列的寄存器操作实现的。基本控制步骤如下：

（1）设置必要参数（如通信速率、时钟源、终端方式等）；

（2）设置数据结构（对于异步通信口）；

（3）通过向发送寄存器写入数据，启动发送/接收——读取数据。

每一次通信（发送一个字节）都需要重复最后一个步骤。

由此可知，单片机串行通信接口寄存器的操作会直接影响通信接口的功能和性能。由于单片机的每一步骤操作都是执行1条指令，所以，单片机串行通信的真正发送时间，是向发送寄存器写数据指令结束的时刻。

2.单片机串行通信接口基本固件特性

单片机串行通信接口一般包括发送数据、接收数据、发送时钟、接收时钟、线路监测、碰撞处理、波特率设置、帧结构设备等。这些固件的特性有一个共同的特点，就是全部以寄存器为操作对象，并在每一个操作指令结束时执行寄存器操作，通过寄存器的输出电路实现相应的功能。由此可知，寄存器操作的特性，就是单片机串行通信接口固件的特性。

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