串口通信原理及操作流程
串口通信的原理
串口通信的原理1. 什么是串口通信串口通信是计算机与外部设备之间进行数据传输的一种方式。
它通过串行传输数据，即一位接着一位地传输，与并行传输相对。
串口通信常用于连接计算机与外围设备，如打印机、调制解调器、传感器等。
2. 串口通信的基本原理串口通信的基本原理是通过发送和接收数据来实现信息的交流。
串口通信需要两个主要的组件：发送端和接收端。
发送端将要发送的数据转换为电信号，通过串口线传输给接收端，接收端将接收到的电信号转换为数据。
串口通信的基本原理包括以下几个方面：2.1 串口线串口通信使用的是串口线（Serial Cable），它是一根将发送端和接收端连接起来的线缆。
串口线中包含多个引脚，其中最常用的是发送引脚（TX）和接收引脚（RX），它们分别用于发送和接收数据。
2.2 串口通信协议串口通信需要使用一种协议来规定数据的传输格式和规则。
常见的串口通信协议有RS-232、RS-485等。
这些协议规定了数据的位数、校验方式、波特率等参数。
发送端和接收端必须使用相同的协议才能正常进行通信。
2.3 数据帧数据在串口通信中以数据帧的形式进行传输。
数据帧包括起始位、数据位、校验位和停止位等组成部分。
起始位用于标识数据帧的开始，停止位用于标识数据帧的结束，数据位用于存放传输的数据，校验位用于检测数据的正确性。
2.4 波特率波特率（Baud Rate）是衡量串口通信速度的单位，表示每秒传输的位数。
波特率越高，传输速度越快。
发送端和接收端必须使用相同的波特率才能正常进行通信。
3. 串口通信的工作流程串口通信的工作流程包括以下几个步骤：3.1 配置串口参数在进行串口通信之前，需要配置串口的参数，包括波特率、数据位、停止位、校验位等。
发送端和接收端必须使用相同的参数才能正常进行通信。
3.2 发送数据发送端将要发送的数据转换为电信号，通过串口线发送给接收端。
发送数据时，需要按照数据帧的格式进行封装，包括起始位、数据位、校验位和停止位。
串口通讯原理
串口通讯原理串口通讯是一种常见的数据传输方式，它通过串行传输数据，将数据一位一位地发送和接收。
串口通讯常用于计算机与外部设备之间的数据传输，例如打印机、调制解调器、传感器等。
本文将介绍串口通讯的原理和工作方式。
一、串口通讯的基本原理串口通讯使用两根信号线进行数据传输，分别是发送线（TX）和接收线（RX）。
发送线用于将数据从发送端发送到接收端，接收线则用于将数据从接收端传输到发送端。
这两根信号线通过一对电缆连接在一起。
在串口通讯中，数据是按照一定的格式进行传输的。
常见的格式包括起始位、数据位、校验位和停止位。
起始位用于标识数据传输的开始，数据位用于传输实际的数据，校验位用于检测数据传输的准确性，停止位用于标译数据传输的结束。
二、串口通讯的工作方式串口通讯的工作方式可以分为同步和异步两种。
同步传输是指发送端和接收端的时钟信号保持同步，数据按照时钟信号的边沿进行传输。
异步传输则是指发送端和接收端的时钟信号不同步，数据通过起始位和停止位进行同步。
在同步传输中，发送端和接收端需要事先约定好时钟信号的频率和相位，以确保数据的准确传输。
而在异步传输中，发送端和接收端只需要约定好数据的格式，不需要同步时钟信号，因此更加灵活。
三、串口通讯的优缺点串口通讯具有以下优点：1. 简单易用：串口通讯的硬件接口简单，使用方便。
2. 跨平台性：串口通讯可以在不同的操作系统和设备之间进行数据传输。
3. 可靠性高：串口通讯的传输稳定可靠，不容易出错。
然而，串口通讯也存在一些缺点：1. 传输速率较低：串口通讯的传输速率相对较低，无法满足高速数据传输的需求。
2. 连接距离有限：串口通讯的连接距离较短，一般不超过几十米。
3. 线路复杂：串口通讯需要使用专用的串口线缆，线路较为复杂。
四、串口通讯的应用领域串口通讯广泛应用于各个领域，包括工业自动化、通信设备、医疗设备等。
例如，在工业自动化领域，串口通讯常用于PLC（可编程逻辑控制器）和外部设备之间的数据传输；在通信设备领域，串口通讯常用于调制解调器和计算机之间的数据传输。
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模拟 电子开
关
模拟 电子开
关
合成
频带信 号输出
1 01
1.5串行通信的错误校验
1、奇偶校验 在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。 奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应 为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个 数之和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若 发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。 2、代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或）， 产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接 收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字 节异或），将所得结果与发送方的“校验和”进行比较，相 符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。 3、循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的 循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区完整性校验等 。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。
? 典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
? 同步通信的特点是以特定的位组合“01111110”作为帧 的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以 传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。
1.3 串行通信的传输方向
①单工
? RS-422A传输速率（90Kbps）时，传输距离可达1200米。
2.3 RS-485 接口
? RS-485是RS-422A的变型
：RS-422A用于全双工，而
RS-485则还可用于半双工。
RS-485是一种多发送器标准
，在通信线路上最多可以使用
TTL
TTL 32 对差分驱动器/接收器。
串口通信原理及操作流程
串口通信原理及操作流程串口通信是一种通过串行连接来传输数据的通信方式。
相对于并行通信而言，串口通信只需要一条数据线来传输数据，因此更节省空间和成本。
串口通信常用于计算机与外设之间的数据传输，如打印机、调制解调器、传感器等。
串口通信的原理主要是通过发送和接收数据的方式来实现通信。
在串口通信中，发送方将要传输的数据按照一定的协议进行封装，然后逐位地通过数据线发送给接收方。
接收方在接收到数据后，根据协议进行解封，得到传输的数据。
串口通信的操作流程如下：1.配置串口参数：在进行串口通信之前，需要先对串口进行初始化和配置。
配置包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验等。
波特率表示每秒钟传输的位数，不同设备之间的串口通信需要保持一致。
2.打开串口：打开串口可以通过编程语言的串口操作函数来实现。
打开串口时，应该确保该串口没有被其他程序占用。
3.发送数据：发送数据时，需要将待发送的数据封装成符合协议要求的数据包。
一般情况下，数据包开头会有起始符和目标地址、源地址等标识信息，以便接收方识别数据包。
4.接收数据：接收数据时，需要通过串口接收缓冲区来获取接收到的数据。
一般情况下，接收方会设置一个数据接收完成的标志位，用于通知上层应用程序接收到了数据。
5.解析数据：接收到的数据包需要进行解析，以获取有效的数据。
解析的方式根据协议的不同而不同，可以是根据提前约定的规则进行解析，或者是根据协议中的标志位进行解析。
6.处理数据：经过解析后得到的数据可以进行相应的处理。
处理的方式根据具体的应用场景来确定，例如将数据显示在界面上、存储到文件中等。
7.关闭串口：通信结束后，需要关闭串口以释放相关资源，并防止其他应用程序对串口的访问。
需要注意的是，串口通信的可靠性和稳定性对于一些实时性要求较高的应用来说是非常重要的。
在进行串口通信时，应该合理选择合适的串口参数，确保数据的正确传输和解析。
此外，在编程时应该进行异常处理，防止因异常情况导致的数据丢失或通信中断。
串口通信原理及操作流程
串口通信原理及操作流程串口通信是计算机与外部设备之间进行数据传输的一种通信方式。
串口通信有很多应用领域，比如打印机、调制解调器、传感器、嵌入式系统等等。
本文将介绍串口通信的原理及操作流程。
一、串口通信原理串口通信是通过串行传输来传送数据的。
串行传输是指将数据位按序列发送，每个数据位连续的传输。
串口通信涉及两个主要部分，即发送端和接收端。
发送端将原始数据转换为串行数据流进行发送，接收端则接受数据流并将其转换为原始数据。
串口通信需要两根线缆来进行传输，分别是数据线和控制线。
数据线用于传输数据位，而控制线用于传输控制信号。
串口通信使用的数据传输格式通常是异步串行传输。
异步传输是指数据位之间没有时间关系，每个数据位之间通过起始位和停止位来进行区分。
起始位用于表示数据传输的开始，而停止位则表示数据传输的结束。
此外，数据位的长度和奇偶校验位的设置也是串口通信中需要注意的参数。
二、串口通信操作流程串口通信的操作流程可以分为以下几步：1.打开串口用户需要先打开串口才能进行通信。
打开串口的过程可能需要设置串口的参数，比如波特率、数据位长度、奇偶校验位等等。
2.发送数据一旦串口打开，用户可以通过向串口写入数据来进行发送。
数据可以是任何形式的，比如字符串、二进制数据等等。
3.接收数据接收数据的过程与发送数据的过程相反，用户可以从串口读取数据。
读取到的数据可以进一步处理或者显示。
4.关闭串口通信结束后，用户需要关闭串口以释放相关资源。
以上是串口通信的基本操作流程。
在实际应用中，可能还需要进行更多的操作，比如设置超时时间、错误处理等等。
三、串口通信的注意事项在进行串口通信时1.波特率的设置需要与外部设备保持一致，否则可能无法正常通信。
2.数据位长度、奇偶校验位以及停止位的设置也需要与外部设备保持一致。
3.在进行数据传输之前，最好先进行握手协议以确保通信的可靠性。
4.在进行数据传输时，需要保证发送端和接收端的数据格式是一致的，否则可能会引发数据解析错误。
串口通信流程
串口通信流程串口通信是指通过串行接口进行的数据传输，它是一种广泛应用于各种设备之间数据交换的方式。
在嵌入式系统、传感器网络、工业控制等领域，串口通信都扮演着重要的角色。
本文将介绍串口通信的基本流程，包括串口通信的基本原理、串口通信的硬件连接、串口通信的软件实现等内容。
首先，我们来了解一下串口通信的基本原理。
串口通信是通过串行接口进行数据传输的一种通信方式。
在串口通信中，数据是以位的形式逐个传输的，因此在传输过程中需要保证发送端和接收端的时钟同步，以确保数据的准确传输。
常见的串口通信协议有RS-232、RS-485、TTL等，它们在电气特性、传输距离、传输速率等方面有所不同，但基本的数据传输原理是相似的。
接下来，我们将介绍串口通信的硬件连接。
在串口通信中，需要使用串口线缆将发送端和接收端连接起来。
通常情况下，串口线缆包括TX（发送端）、RX（接收端）、GND（地线）等引脚，通过这些引脚的连接，实现了数据的发送和接收。
在实际应用中，还需要注意串口线缆的长度、传输速率、数据位、校验位等参数的设置，以确保数据的可靠传输。
除了硬件连接，串口通信的软件实现也是非常重要的。
在嵌入式系统中，通常会使用串口通信进行设备之间的数据交换，因此需要在软件中实现串口通信的功能。
在实际开发中，可以使用C/C++、Python等编程语言编写串口通信的程序，通过串口库函数来实现数据的发送和接收。
在编写串口通信程序时，需要注意数据的打包和解包、数据的校验和错误处理等问题，以确保数据的可靠传输。
总结一下，串口通信是一种重要的数据传输方式，它在各种领域都有着广泛的应用。
在实际应用中，需要了解串口通信的基本原理、硬件连接和软件实现，以确保数据的可靠传输。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解串口通信的流程，为实际应用提供帮助。
串口通信原理及操作流程概要课件
工业自动化控制：如 PLC、DCS等系统中 的设备间通信。
嵌入式系统之间的通 信：如智能仪表、传 感器等。
02
串口通信原理
串口通信协议
RS-232协议
一种标准化的串口通信协 议，定义了数据传输的电 压范围、数据位、停止位 等参数。
RS-485协议
RS-232的扩展，支持多点 通信，通过差分信号传输 数据，具有更强的抗干扰 能力。
USB协议
通用串行总线协议，用于 连接计算机和外部设备， 支持高速数据传输。
数据传输方式
异步传输
数据传输以字符为单位，每个字 符前有一个起始位，后有一个或 两个停止位，用于同步。
同步传输
数据传输以数据块为单位，通过 时钟信号同步，适用于高速数据 传输。
数据编码方式
曼彻斯特编码
将数据位和时钟位合并，通过电 压跳变表示0和1。
循环冗余校验，通过多项式算法计算 数据的校验码，用于检测错误。
03
串口通信操作流程
串口通信参数设置
01
02
03
04
波特率
设置串口通信的速率，常用的 波特率有9600、19200、 115200等。
数据位
设置数据传输的位数，常用的 数据位有5、6、7、8位。
停止位
设置数据传输的停止位数，常 用的停止位有1、1.5、2位。
异常处理
当串口通信出现异常时，如数据传输 错误、连接断开等，需要进行异常处 理，如重新连接、数据重传等。
04
串口通入您的内容
05
常见问题与解决方案
串口通信常见问题
数据传输错误
在串口通信过程中，数 据传输可能会出现错误 ，导致接收端无法正确
解析数据。
uart串口通信协议
uart串口通信协议UART串口通信协议。
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用的异步串行通信接口，广泛应用于各种嵌入式系统和外设设备之间的通信。
在本文中，我们将介绍UART串口通信协议的基本原理、通信流程以及常见问题解决方法。
1. 基本原理。
UART串口通信是一种点对点的通信方式，由发送端和接收端组成。
通信的基本单位是一个字节（8位），包括起始位、数据位、校验位和停止位。
在通信开始之前，发送端和接收端必须约定好通信的波特率、数据位、校验位和停止位等参数，以确保通信的准确性和稳定性。
2. 通信流程。
UART串口通信的流程一般包括以下几个步骤：a. 发送端准备好要发送的数据，并将数据写入UART发送缓冲区。
b. UART发送端根据约定的参数，将数据以一定的波特率发送出去，包括起始位、数据位、校验位和停止位。
c. 数据经过传输介质（如串口线）传输到接收端。
d. UART接收端接收到数据后，将数据读取到接收缓冲区。
e. 接收端根据约定的参数，对接收到的数据进行解析和处理。
3. 常见问题解决方法。
在实际应用中，UART串口通信可能会遇到一些常见问题，如数据丢失、波特率不匹配、数据格式错误等。
针对这些问题，我们可以采取一些解决方法：a. 数据丢失，可以通过增加数据缓冲区的大小、提高处理数据的速度等方式来解决。
b. 波特率不匹配，发送端和接收端的波特率必须一致，否则会导致数据传输错误，可以通过修改通信参数来解决。
c. 数据格式错误，检查数据位、校验位和停止位等参数是否设置正确，确保发送端和接收端的参数一致。
总结。
通过本文的介绍，我们了解了UART串口通信协议的基本原理、通信流程以及常见问题解决方法。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景来合理选择通信参数，并严格遵守通信协议，以确保通信的稳定和可靠。
希望本文能对您有所帮助，谢谢阅读！。
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由于M进制的一个码元可以用 log2 M个二进制码 元去表示，因而在保证信息速率不变的情况下， M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之 间有以下转换关系： 信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它 表示单位时间内传递的平均信息量或比特数， 单位是比特/秒，可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。
同步通信
建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使 双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距 离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不 留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。
计 算 机 甲
0 1 1 0 1
数据 时钟
时钟
计 算 机 乙
计 算 机 甲
数据
0 1 1 0 1
数据+时钟
计 算 机 乙
1.5串行通信的错误校验
1、奇偶校验 在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。 奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应 为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个 数之和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验， 若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。 2、代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或）， 产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接 收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字 节异或），将所得结果与发送方的“校验和”进行比较，相 符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。 3、循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的 循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区完整性校验等 。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。
RS-232 & RS-422 & RS-485 比较
类型 信号类型 通讯方式 距离 RS-232 单端 全双工 15M@9600bps TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND 高 (8 线) 两台 弱 容易 RS-422 差分 全双工 1.2KM@9600bps TxA, TxB, RxA, RxB, GND 中等 (5 线) 两台 或 十台 强 难 RS-485 4线 差分 全双工 1.2KM@9600bps TxA, TxB, RxA, RxB, GND 中等 (5 线) 32台 强 难 RS-485 2线 差分 半双工 1.2KM@9600bps
串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距 离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输 线使用每0.3m（约1英尺）有50PF电容的非平 衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而 减小。当比特率超过1000 bps 时，最大传输距 离迅速下降，如9600 bps 时最大距离下降到只 有76m（约250英尺）。
RS-232信号传输及信号波形
功能特性
X=213 -N
X=216 -N
X=213 -N
X=213 -N
X=216 -N
过程特性
过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正 确地接收和发送数据 。
TXD 计 算 机 RXD RTS DSR M O D E M M O D E M TXD RXD RTS DSR 计 算 机
1.6 传输速率与传输距离
码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等 。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是 波特（Baud），记为B。
• 例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。
数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率 与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:
1 RB = ( B) T
第六讲串口通信原理及操作流程
曾铁军
主要内容
1 2
串行通信基础知识
串行通信总线标准及其接口
3 4
MCS-51的串行接口
51单片机串口应用举例
实例1
信息编码：文字 信息载体：文字、 纸张 信息传送方式： 邮递员
实例2
第一步 第二步 提问 说出同学A的名字或学号
课堂上老师先让同学A、 再让同学B回答问题的 过程？
典型应用: PC + 直连电缆 + Modem
TXD 计 RXD 算 机 甲
TXD RXD 计 算 机 乙
计 算 机 甲
TXD RXD 4 5 6 20
TXD RXD 4 计 5 算 6 机 20 乙
近程通信连接
RS-232C接口存在的问题
1
23ຫໍສະໝຸດ 传输距离短 ，传输速率 低
有电平偏移
抗干扰能力 差
TTL 电平
双向仅需2条线
TTL 电平
RS-485是一点对多点的通信接口，一般采用双绞 线的结构。 普通的PC机一般不带RS485接口，因此要使用 RS-232C/RS-485转换器。对于单片机可以 通过芯片MAX485来完成TTL/RS-485的电平 转换。 在计算机和单片机组成的RS-485通信系统中， 下位机由单片机系统组成，上位机为普通的PC机， 负责监视下位机的运行状态，并对其状态信息进 行集中处理，以图文方式显示下位机的工作状态 以及工业现场被控设备的工作状况。系统中各节 点（包括上位机）的识别是通过设置不同的站地 址来实现的。
RS-232 信号传输
D0 D7
……
UAR T
StopParity Start Data
Data
Start
StopParity
Data
Start
收发器
Parity Stop Start Data Parity Stop
5V
+12V
并行
TTL
0V
RS-232
-12V
+12或者-12V?
RS-232信号传输及信号波形
串行通信与并行通信
在计算机系统中，CPU和外部通信有两种通信方式：并行通 信和串行通信。 并行通信，即数据的各位同时传送；串行通信，即数据一位一 位顺序传送。
发送
GND (a)
…
计算 机1
计算 机2 或外 设 GND
计算 机1 GND
接收
计算 机2 或外 设 GND
(b)
并行通信
串行通信
串行通信 通信距离 远
外同步
自同步
同步通信
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
SOH（01H）：表示标题的开始 标题：中包含源地址、目标地址和路由指示等信息 STX（02H），表示传送的数据块开始 组终字符ETB（17H）或文终字符ETX（03H）。 校验码 典型的面向字符的同步规程:IBM的二进制同步规程BSC
面向位的同步格式 ：
8位 01111110 8位 地址场 8位 控制场 ≥0位 信息场 16位 校验场 8位 01111110
将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始和结 束标志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起 的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的1 就插入一个附加的0；接收方则每检测到5个连续的1并且其 后有一个0时，就删除该0。 典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。 同步通信的特点是以特定的位组合“01111110”作为 帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所 以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。
RS-232C RS-232C
电话网 DTE DCE DCE DTE
调制解调的方式有多种，这里调频为例： 通过数字信号对二个不同频率的正弦载波信号的键 控和信号的合成实现。
高频 正弦 信号 模拟 电子开 关 频带信 号输出 低频 正弦 信号 数字信号 10101010 模拟 电子开 关 合成
1
0
1
发 送 0 11100110 设 备
：
步通信的数据格异式
一个字符帧 空 闲 起 始 位 数据位
中断的概念
校 验 位
停 止 位
空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致， 实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位 用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。
RS-422A接口
SN75174 +5V SN75175
TTL 电平
+5V
双向需4条线
TTL 电平
SN75175
SN75174
RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条线为逻辑 “1”状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端不平衡驱动对电压 的放大倍数大一倍。 差分电路能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨 200mV以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放 大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地 线干扰和电磁干扰的影响。 RS-422A传输速率（90Kbps）时，传输距离可达1200米。
C51串口通信时一个比特是一个码元，所以波特率 等同于比特率，即每秒钟传输二进制代码的位数 ，单位是：位／秒（bps）。
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)， 这时的比特率为： 10位×240个/秒 = 2400 bps
传输距离与传输速率的关系
并行通信 近
抗干扰能力
传输速度 成本
高
慢 低
低
快 高
异步通信与同步通信
1.异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使 用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。 为使双方的收发协调，要求发送和接收设 备的时钟尽可能一致。
间隙任意 接 收 10100100 设 备
1 0 10100100 1 0 11100110 1
1
13
1