同步和異步通信協議介紹

　　你可能聽說過同步和異步通信協議（比如UART——通用異步收發器），但你知道這些術語是什么意思嗎？如果沒有，請不要擔心，因為我們將在本文中討論它們。

　　在數字通信中，當我們想要將數據從一個器件發送到另一個器件時，我們可以將通信數據線驅動至高電平（1）或低電平（0）。這是所有的選擇。假設我們想從一個設備向另一個設備發送數據“Hello ”：使用ASCII編碼（其中字母表中的每個字母都被分配了一個數字，因為計算機內部處理數字），這將由數字序列表示

　　72 101 108 108 111或者二進制

　　01001000 01100101 01101100 01101100 01101111

　　如果我們只有一條數據線（大多數流行的通信協議都是如此），那么我們可以根據所傳輸的位值將數據線驅動為高電平或低電平，從而一個接一個地發送每一位。傳輸“Hello”的信號將如下所示（為方便起見，添加了顏色，二進制數據顯然沒有顏色），首先傳輸LSB（最低有效位）數據（稍后將詳細介紹）。

　　二進制Hello（使用ASCII編碼），先傳輸LSB（最低有效位）。

　　解釋數據

　　如果傳輸的數據總是1和0的交替序列，那么就很容易解釋：

　　但顯然這種情況幾乎從未出現過。如果我們有一個4 x 1后跟4 x 0的序列（11110000）會怎么樣？

　　如果沒有額外的信息，接收機如何辨別這個信號是10、1100、111000還是11110000（或者1111100000等等）？顯然，需要更多的東西來澄清溝通。

　　同步或異步

　　這可以通過使用額外的通信線路來指示數據線上每個比特的時序，或者通過接收器內部知道數據線上每個比特持續多長時間來解決。前一種方法是使用一條額外的通信線路來指示每個位的時序，這種方法稱為同步通信。同步通信中的附加線路稱為時鐘線路（因為時鐘是用來計時的）。后一種選擇稱為異步通信，接收器在內部知道數據線上的每一位持續多長時間。對于異步通信，接收器和發送器都需要精確的內部時鐘來保持時間。顯然，為了成功通信，接收機和發射機也必須設置為使用相同的速度/定時（波特率）。

　　因此，同步與異步傳輸歸結為時鐘是外部的（同步）還是內部的（異步）。異步協議的一些例子包括UART、USB、CAN和以太網。同步協議的一些例子包括SPI、I2C和DDR。

　　利弊

　　同步協議的一個優點是，它們不要求設備具有高度精確的內部時鐘（通信越快，內部時鐘就需要越精確）。因此，同步通信協議通常用于小型低成本外設，如傳感器。同步協議的另一個優點是通信雙方不需要預先知道數據速率（定時）是多少。一些同步協議甚至具有可變的數據速率，和/或可以通過保持時鐘線直到它們準備好接收新數據（這是I2C的一個特征）來使用時鐘線指示它們何時仍然忙碌；異步協議需要額外的通信線路來實現這一功能（如UART中的CTS/RTS線路）。

　　異步協議的一個優點是它們需要更少的通信線路，因此產生的電磁噪聲也更少

　　由于異步協議很難使兩端的時鐘完全相同，因此它們通常需要至少一次數據線轉換，以便重新調整內部時鐘。這可以是協議幀的一部分（例如利用UART），或者可以通過命令在一定數量的相同極性的連續比特之后插入相反極性的填充比特來實現（當協議被解碼時，填充比特被丟棄，例如利用CAN協議）。