第9章 串行通信及串行接口-2

1、第第9章章 串行通信與串行接口串行通信與串行接口9.1 串行通信的基本概念計算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。通信的兩種基本方式：并行通信和串行通信。并行通信并行通信：數(shù)據(jù)各位同時在多根傳輸線上進(jìn)行傳數(shù)據(jù)各位同時在多根傳輸線上進(jìn)行傳送的通信方式。送的通信方式。串行通信：串行通信：就是數(shù)據(jù)在一根傳輸線上一位一位的就是數(shù)據(jù)在一根傳輸線上一位一位的按順序傳送的通信方式按順序傳送的通信方式。并行通信的特點：并行通信的特點：傳送速度快，需要多條數(shù)據(jù)線，造價高；適合于短距離傳送。串行通信的特點：串行通信的特點：僅需要一條傳輸線傳輸信息，傳送速度較低，成本低，適合遠(yuǎn)距離的信息傳輸。串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型串行數(shù)據(jù)通

2、信系統(tǒng)模型計算機(jī)MODEM 信道信道(傳輸線路傳輸線路)MODEM計算機(jī)計算機(jī) 或終端或終端2.2.半雙工通信：半雙工通信：每次只有一個站發(fā)送，即只能由每次只有一個站發(fā)送，即只能由A A發(fā)送發(fā)送到到B B ，或由，或由B B發(fā)送到發(fā)送到 A A ，不能，不能A A和和B B同時發(fā)送。同時發(fā)送。3. 3. 全雙工通信：全雙工通信： 同時兩個站都能發(fā)送。同時兩個站都能發(fā)送。站站A A站站B B站站A A站站B B（一）（一） 數(shù)據(jù)的傳送方向數(shù)據(jù)的傳送方向 通常數(shù)據(jù)傳送可分為：通常數(shù)據(jù)傳送可分為： 1.1.單工通信：單工通信： 只允許一個方向傳輸數(shù)據(jù)。只允許一個方向傳輸數(shù)據(jù)。站站A A站站B B2.

3、 信道的帶寬信道的帶寬 信道是電信號通過的路徑，信道是電信號通過的路徑，信道傳輸信號的頻率范圍稱信道傳輸信號的頻率范圍稱為信道的帶寬（為信道的帶寬（Bandwidth）。）。 信道的帶寬由信道的帶寬由 傳輸媒體；傳輸媒體； 有關(guān)的附加設(shè)備；有關(guān)的附加設(shè)備； 共同決定共同決定 信號的頻率；信號的頻率； 帶寬的衡量帶寬的衡量 通常用一個信道的截止頻率來衡量。通常用一個信道的截止頻率來衡量。 截止頻率：截止頻率：當(dāng)一些頻率信號通過時當(dāng)一些頻率信號通過時,對某個頻率信號產(chǎn)生對某個頻率信號產(chǎn)生較大衰減的頻率。較大衰減的頻率。 1. 信道信道信號傳輸?shù)耐ǖ溃▊鬏斆襟w及有關(guān)信號傳輸?shù)耐ǖ?，包括傳輸媒體及

4、有關(guān)的中間通信設(shè)備。的中間通信設(shè)備。 有線信道的傳輸媒體有架空線、有線信道的傳輸媒體有架空線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維等，考慮到傳輸同軸電纜、光導(dǎo)纖維等，考慮到傳輸 時信號產(chǎn)生時信號產(chǎn)生衰減，每隔一定距離要設(shè)置中繼器等放大設(shè)備。衰減，每隔一定距離要設(shè)置中繼器等放大設(shè)備。（二）（二） 信道的帶寬和傳輸速率信道的帶寬和傳輸速率3. 傳輸速率傳輸速率 指一個信道每秒鐘傳送的二進(jìn)制的位數(shù)。指一個信道每秒鐘傳送的二進(jìn)制的位數(shù)。 （bit per second bps） 波特率波特率 信道的最大傳輸速率受信道的帶寬的限制。異步信道的最大傳輸速率受信道的帶寬的限制。異步通信傳輸速率為通信傳輸速率為 50 9600

5、 bps。（三）（三） 信號的調(diào)制與解調(diào)信號的調(diào)制與解調(diào) 計算機(jī)的通信是要求傳送數(shù)字信號，而在進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，線路往往是借用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)，但是，電話網(wǎng)是為音頻模擬信號的設(shè)計的。一般為3003400Hz，不適合于數(shù)字信號。因此需要對二進(jìn)制信號進(jìn)行調(diào)制調(diào)制，以適合在電話網(wǎng)上傳輸相應(yīng)的音頻信號，在接收時，需要進(jìn)行解調(diào)解調(diào)，還原成數(shù)字信號。調(diào)制：調(diào)制：所調(diào)調(diào)制就是進(jìn)行波形變換?；蛘哒f進(jìn)行頻譜變換，所調(diào)調(diào)制就是進(jìn)行波形變換?；蛘哒f進(jìn)行頻譜變換，就是將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合于在模擬信道中傳輸就是將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。的頻譜。解調(diào)：解調(diào)： 將已經(jīng)調(diào)制的信號恢復(fù)

6、成原來的數(shù)字信號的過程。將已經(jīng)調(diào)制的信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號的過程。作用作用: :調(diào)制器調(diào)制器(Modulator)(Modulator)是一個波形變換器,它將基帶數(shù)字的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。解調(diào)器（解調(diào)器（DemodulatorDemodulator）是一個波形識別器,將模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。調(diào)制器解調(diào)器010010010010調(diào)制方法調(diào)制方法: :最基本的調(diào)制方法有以下幾種：（1 1）調(diào)幅（）調(diào)幅（AMAM）即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化. “1”對應(yīng)有載波 “0” 對應(yīng)無載波（2 2）調(diào)頻（）調(diào)頻（FMFM） 即載波頻率隨數(shù)字信號而變化 “0”對應(yīng)”f1” “1”

7、對應(yīng)“f2”(3)(3)調(diào)相（調(diào)相（PMPM） 即載波初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化. “ 0”對應(yīng)相位0度 “1”對應(yīng)相位180度f1f2FMAM0 1 0 0 1 10度180度PM(四四) 串行通信的串行通信的類型類型 在數(shù)據(jù)通信中，傳輸?shù)膶ο笫且幌盗械脑跀?shù)據(jù)通信中，傳輸?shù)膶ο笫且幌盗械?0，1 ，這些，這些 0，1 在不同的位置有不同的在不同的位置有不同的 含義，這含義，這些含義都要事先約定好。些含義都要事先約定好。 在串行通信中，有兩種最基本的通信方式在串行通信中，有兩種最基本的通信方式 ： 異步通信方式異步通信方式 同步通信方式同步通信方式1. 異步串行通信異步串行通信 在發(fā)送一個字

8、符時，包含一個起始位，若干數(shù)據(jù)在發(fā)送一個字符時，包含一個起始位，若干數(shù)據(jù)位，一個奇偶校驗位，位，一個奇偶校驗位，12位停止位。位停止位。00/1 0/10/11 1 1起始位起始位 1位位 數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位 5、6、7、8位不等位不等校驗位校驗位 1位位 停止位停止位 1、1.5、2 位不等位不等空閑位空閑位一個幀結(jié)構(gòu)一個幀結(jié)構(gòu) 起始位：起始位：用來通知接收器已經(jīng)開始字符傳送。接收器收到這用來通知接收器已經(jīng)開始字符傳送。接收器收到這個信號后，開始裝配一個字符。個信號后，開始裝配一個字符。 目的目的 是接收器和發(fā)送器能夠同步工作。是接收器和發(fā)送器能夠同步工作。 終止位：終止位：保證下一個字符的起始位

9、在通信線路上能夠同步工作。保證下一個字符的起始位在通信線路上能夠同步工作。 奇偶校驗位：奇偶校驗位：檢驗數(shù)據(jù)的正確性。檢驗數(shù)據(jù)的正確性。低位低位高位高位例如：例如： 傳送一個字符傳送一個字符 “E” ，（，（ASCASC碼為：碼為：1000101B = 45H1000101B = 45H） 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位校驗位校驗位停止位停止位空閑位空閑位停止位停止位異步通信方式異步通信方式是按是按字符字符傳輸?shù)?，傳輸?shù)?，每每個字符包含一個個字符包含一個起始位，若干數(shù)據(jù)位，一個奇偶校驗位，起始位，若干數(shù)據(jù)位，一個奇偶校驗位，12位停止位停止位

10、。位。從一個字符到下一個字符之間，沒有固定的時從一個字符到下一個字符之間，沒有固定的時間間隔，故稱之為間間隔，故稱之為異步傳輸方式異步傳輸方式。 它的傳輸，靠起它的傳輸，靠起始位的起始信號，使發(fā)、收雙方在一個字符的傳輸始位的起始信號，使發(fā)、收雙方在一個字符的傳輸時間內(nèi)保持同步，以保證正確接收。時間內(nèi)保持同步，以保證正確接收。 2. 同步通信同步通信方式方式 在異步通信中，每一個字符要用起始位和停止位標(biāo)在異步通信中，每一個字符要用起始位和停止位標(biāo)志字符傳輸?shù)拈_始與結(jié)束，占用了時間。志字符傳輸?shù)拈_始與結(jié)束，占用了時間。 在同步傳輸中，去掉這些控制位，把字符順序地連在同步傳輸中，去掉這些控制位，把字

11、符順序地連接起來，組成一個數(shù)據(jù)塊，這樣的數(shù)據(jù)塊稱為一個記錄。接起來，組成一個數(shù)據(jù)塊，這樣的數(shù)據(jù)塊稱為一個記錄。 在紀(jì)錄的開始加同步字符，在紀(jì)錄的末尾加出錯校驗字在紀(jì)錄的開始加同步字符，在紀(jì)錄的末尾加出錯校驗字符，形成符，形成幀幀。同步字符同步字符同步字符同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗碼校驗碼 校驗碼校驗碼同步字符的格式和個數(shù)根據(jù)需要而定。同步字符的格式和個數(shù)根據(jù)需要而定。 在同步方式中，接收器接收數(shù)據(jù)時，首先搜索同在同步方式中，接收器接收數(shù)據(jù)時，首先搜索同步字符，在得到同步字符后，才開始裝配數(shù)據(jù)。步字符，在得到同步字符后，才開始裝配數(shù)據(jù)。同步傳送的速度高于異步，但它要求用同同步傳送的速度

12、高于異步，但它要求用同步時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的同步時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的同步，故硬件復(fù)雜。步，故硬件復(fù)雜。 同步方式常用于：同步方式常用于： 計算機(jī)到計算機(jī)之間的通信；計算機(jī)到計算機(jī)之間的通信； 計算機(jī)到計算機(jī)到CRT/CRT/外設(shè)之間的通信。外設(shè)之間的通信。 同步通信方式是以幀幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在幀的開始加同步字符，在幀的末尾加出錯校驗字符，它要求用同步時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的同步，故稱之為同步傳輸方式。（五）（五） 串行通信的校驗方法串行通信的校驗方法 串行通信主要適用于遠(yuǎn)距離通信，因而噪聲和干擾較串行通信主要適用于遠(yuǎn)距離通信，因而噪聲和干擾較大，為了保證高效而

13、無差錯地傳送數(shù)據(jù)，對傳送的數(shù)大，為了保證高效而無差錯地傳送數(shù)據(jù)，對傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗就成了串行通信中必不可少的重要環(huán)節(jié)。據(jù)進(jìn)行校驗就成了串行通信中必不可少的重要環(huán)節(jié)。 常用的校驗方法有：常用的校驗方法有：奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（CRCCRC）發(fā)送時：在每一個字符的最高位后都附加一個奇偶校驗位；發(fā)送時：在每一個字符的最高位后都附加一個奇偶校驗位；接收時：檢查所接收的字符連同奇偶校驗位，若接收時：檢查所接收的字符連同奇偶校驗位，若“1” 1” 的個的個數(shù)不符合規(guī)定，則傳輸錯，由數(shù)不符合規(guī)定，則傳輸錯，由CPUCPU進(jìn)行處理。進(jìn)行處理。1.1.奇偶校驗奇偶校驗奇校驗：奇校驗：

14、當(dāng)實際數(shù)據(jù)中當(dāng)實際數(shù)據(jù)中“1”1”的個數(shù)為偶數(shù)的時候的個數(shù)為偶數(shù)的時候，這個校驗位就是，這個校驗位就是“1”1”，否則這個校驗位就是，否則這個校驗位就是“0”0”。偶校驗：偶校驗：當(dāng)實際數(shù)據(jù)中當(dāng)實際數(shù)據(jù)中“1”1”的個數(shù)為偶數(shù)的時候的個數(shù)為偶數(shù)的時候，這個校驗位就是，這個校驗位就是“0”0”，否則這個校驗位就是，否則這個校驗位就是“1”1”。2. 2. 循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRCCRC） 它對一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗，主要用于同步方式。它對一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗，主要用于同步方式。 計算機(jī)計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)計算機(jī) 或終端或終端 信道（傳輸線路）信道（傳輸線路）串行接口串行接口串行接

15、口串行接口要進(jìn)行串行通信，還要解決一個問題：計算機(jī)與要進(jìn)行串行通信，還要解決一個問題：計算機(jī)與MODEM怎樣連接？怎樣連接？ 通過串行接口電路連接。通過串行接口電路連接。 為了使不同的計算機(jī)、外部設(shè)備都能正確連接，這為了使不同的計算機(jī)、外部設(shè)備都能正確連接，這個接口的：個接口的： 機(jī)械特性、電氣特性、功能特性機(jī)械特性、電氣特性、功能特性 都都要遵循一定的規(guī)范，也就是要有一個標(biāo)準(zhǔn)。要遵循一定的規(guī)范，也就是要有一個標(biāo)準(zhǔn)。 目前常用的標(biāo)準(zhǔn)是目前常用的標(biāo)準(zhǔn)是 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，另外還有標(biāo)準(zhǔn)，另外還有 RS-422、RS-423、RS-449等標(biāo)準(zhǔn)。等標(biāo)準(zhǔn)。 （七）（七） RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口

16、標(biāo)準(zhǔn) RS-232C最初是為了使用最初是為了使用公用電話網(wǎng)公用電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。制定的標(biāo)準(zhǔn)。 在發(fā)送端：通過調(diào)制解調(diào)器將表示為在發(fā)送端：通過調(diào)制解調(diào)器將表示為“1”、“0”的高低的高低電平，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高低電平，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高低 頻率的模擬信號，發(fā)送到頻率的模擬信號，發(fā)送到公用電話網(wǎng)。公用電話網(wǎng)。 在接受端：通過調(diào)制解調(diào)器，將公用電話網(wǎng)上的高低在接受端：通過調(diào)制解調(diào)器，將公用電話網(wǎng)上的高低 頻率的模擬信號，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的表示為頻率的模擬信號，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的表示為“1”、“0” 高高低電平，發(fā)送到終端。低電平，發(fā)送到終端。 RS-232C提供了一個利用電話網(wǎng)通過提供了一個

17、利用電話網(wǎng)通過MODEM把遠(yuǎn)距把遠(yuǎn)距離設(shè)備連接在一起完成通信的技術(shù)規(guī)范。離設(shè)備連接在一起完成通信的技術(shù)規(guī)范。 計算機(jī)計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)計算機(jī) 或終端或終端 信道（傳輸線路）信道（傳輸線路）RS-232CRS-232C 隨著計算機(jī)的發(fā)展，除了上述連接，隨著計算機(jī)的發(fā)展，除了上述連接，也可用也可用 RS-232C 使計算機(jī)與終端直接相連。使計算機(jī)與終端直接相連。計算機(jī)計算機(jī)終端終端RS-232C RS-232C 提出了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（提出了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTC）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間串行）之間串行 傳輸數(shù)據(jù)的接口規(guī)范，對接口的機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的接口規(guī)范，對接口的機(jī)械特性

18、、電器特性、功能特性做了規(guī)定。械特性、電器特性、功能特性做了規(guī)定。 機(jī)械特性：機(jī)械特性：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用一個25針標(biāo)準(zhǔn)連接器（插頭針標(biāo)準(zhǔn)連接器（插頭座），或座），或9針標(biāo)準(zhǔn)連接器（插頭座），并對連接器的尺針標(biāo)準(zhǔn)連接器（插頭座），并對連接器的尺寸寸, 每個針的排列位置做了明確規(guī)定。每個針的排列位置做了明確規(guī)定。 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14l圖9-1 DB-25型連接器 電氣特性：電氣特性：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用負(fù)邏輯采用負(fù)邏輯 邏輯邏輯“1”信號，電平在信號，電平在 3V -15V 之間；之間； 邏輯邏輯“0”信號，電平在信號，電平在 +3V +15V 之間；之間； 因此，使用因此，使用RS-232C與微機(jī)接口時，需要將與微機(jī)接口時，需要將TTL電平電平（0 5V）與）與RS-232C電平（電平（EIA電平）進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？呻娖剑┻M(jìn)行轉(zhuǎn)換?？捎矛F(xiàn)成的轉(zhuǎn)換芯片（如用現(xiàn)成的轉(zhuǎn)換芯片（如MC1488、MC1489等）轉(zhuǎn)換。等）轉(zhuǎn)換。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了RS-232C能連接的最大距離為能