第7章串行通訊接口主講老師：張偉民本章概述串行接口為外部設備提供了能使信息串行逐位傳送的輸入輸出端口，廣泛應用于微機與外部設備之間的遠距離通信。本章將介紹串行接口的基本結構、功能及工作原理，并通過一些串行接口的設計實例，介紹串行接口電路的基本設計方法。教學目標1.理解全雙工方式和半雙工方式。2.能敘述同步方式和異步方式的區別。3.了解串行通訊的接口標準。4.了解串行通信接口的任務及組成。學習內容1.串行通信的概念及協議

2.串行接口標準串行通訊的接口標準重點難點§7.1串行傳送的基本概念§7.2串行通信的數據格式

§7.3串行通訊的接口標準§7.4串行通信接口的任務及組成學習方法結合并行通信接口的特點來比較學習串行通訊，總結其特點及應用。7.1串行傳送的基本概念串行通信的特點：只須一對傳送線，較并行傳送節省傳輸線，特別是位數多、距離遠時，此優點更顯著，可借用現有的通訊線路。有固定的數據傳輸協議。線上的通信信號一般不是TTL電平，因此與CPU通信必需進行電平轉換。傳送信息的速率要求雙方約定。缺點：傳送速度比并行慢，并行需時間T，則串行為NT（位）。7.1串行傳送的基本概念（續1）計算機計算機或外設發送10010010串行送的特點7.1串行傳送的基本概念（續2）串行通信中，數據通常是在二個站（點對點）之間進行傳送，將數據從一個地方傳送到另一個地方，須使用通信線路，數據在通信線路的兩端，即兩工作站之間傳送，按其通信方式，可將數據傳輸線路分成3種：單工(SingleDuplex）

半雙工(HalfDuplex)

全雙工(FullDuplex)串行數據傳送的方向發送接收特點：信息只能沿一個方向傳送，使用一根傳輸線。應用：電視發射臺7.1串行傳送的基本概念（續3）1.單工(SingleDuplex）發送器接收器發送器接收器A站B站圖9.2半雙工方式示意圖7.1串行傳送的基本概念（續4）2.半雙工（HalfDuplex）使用同一根傳輸線，既可發送數據又可接收數據，但不能同時。如圖9.2所示：特點：①通信雙方各有一個收/發切換電子開關，雙方均可進行數據的接收和發送。②只需要一根傳輸線。

③因有切換，會產生時間延遲應用：打印機串口，單向傳送設備，發送器→接收器7.1串行傳送的基本概念（續5）發送接收圖9.3調制電話線特點：①每一端都有發送器和接收器②有二條傳送線應用：交互式應用，遠程監測控制7.1串行傳送的基本概念（續6）

3.全雙工（FullDuplex）7.1串行傳送的基本概念（續7）計算機的通信是要求傳送數字信號，而在進行遠程數據通信時，線路往往是借用現有的公用電話網，但是，電話網是為音頻模擬信號的設計的。一般為300～3400Hz，不適合于數據信號。MODEMMODEM模擬信號數字信號數字信號CRT10101010

10

10信號的調制和解調因此需要對二進制信號進行調制，以適合在電話網上傳輸相應的音頻信號，在接收時，需要進行解調，還原成數字信號。

1.發送采用調制器（Modulator）把數字信號轉換為模擬信號，送到通信鏈路上。

2.接收器再通過解調器（Demodulator）把模擬信號轉換為數字信號。7.1串行傳送的基本概念（續8）7.1串行傳送的基本概念（續9）調制器的類型：調頻和調相1）振幅鍵控（ASK）2）頻移鍵控（FSK）3）相移鍵控（PSK）

－＋輸出（FSK)S1S21頻率1頻率2PATA頻移鍵控調制原理圖7.1串行傳送的基本概念（續10）7.1串行傳送的基本概念（續11）信息的檢錯與糾錯由于干擾而引起誤碼是難免的，這直接影響通信系統的可靠性，對通信中的檢/糾錯能力是衡量一個通信系統的重要內容。如何發現傳輸中的錯誤－－檢錯發現錯誤之后，如何消除錯誤－－糾錯常用檢錯方法：

1、奇偶校驗

2、方陣碼

3、CRC循環冗余7.1串行傳送的基本概念（續12）（1）串行傳輸速率串行傳輸速率也稱波特率（BaudRate）每秒傳輸的二進制位數bps字符中每個二進制位持續的時間長度都一樣，為數據傳輸速率的倒數過去，串行異步通信的數據傳輸速率限制在50bps到9600bps之間。現在，可以達到115200bps或更高波特率與收發時鐘7.1串行傳送的基本概念（續13）字符速率：每秒鐘傳輸的字符數。波特率：指單位時間內傳送二進制數據的位數。單位為：b/s例１:異步傳輸過程設每個字符對應1個起始位、7個信息位、1個奇偶校驗位和1個停止位，如果波特率為1200bps，那么，每秒鐘能傳輸的最大字符數為1200/10＝120個。字符速率與波特率兩者的關系7.1串行傳送的基本概念（續14）例2:同步傳輸用1200bps的波特率工作，用4個同步字符作為信息幀頭部，但不用奇偶校驗，那么，傳輸100個字符所用的時間為7(100+4)/1200＝0.6067s，這就是說，每秒鐘能傳輸的字符數可達到100/0.6067＝165個。 可見，在同樣的傳輸率下，同步傳輸時實際字符傳輸率要比異步傳輸時高。7.1串行傳送的基本概念（續15）發送/接收時鐘頻率與波特率之間的關系為：發送/接收時鐘頻率=n發送/接收波特率其中n稱為波特因子，一般n=1，16，32，64例：要求傳輸速率為1200bps

當選擇n=16時，表明一位數字信號中有16個時鐘脈沖，故發送/接收時鐘頻率為：

120016=19.2kHz（2）發送/接收時鐘7.1串行傳送的基本概念（續16）在串行通信中，有兩種最基本的通信方式：同步通信（SynchronousDataCommunication）異步通信（AsynchronousDataCommunication）串行通信的兩種基本方式通信協議：是指通信雙方的一種約定，為使數據通信能夠順利進行，而在通信雙方間就如何交換信息而建立的一些規定和過程，稱為數據通信控制規程或稱傳輸控制規程，在計算機網絡中稱為協定。數據通信控制規程包括對數據格式、同步方式，傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式等問題作出統一規定。7.1串行傳送的基本概念（續17）串行通信的規程7.1串行傳送的基本概念（續18）③ISO的HDLC（HighLevelDatalinkControl）高級數據鏈路控制規程。④DEC公司DDCMP（DigitalDataCommunicationMessageprotocol）。面向比特的同步通信規程最有代表性的是：①IBM的SDLC（SynchronousDataLinkControl），同步數據鏈路控制規程。②ANSI的ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）。7.1串行傳送的基本概念（續19）異步通信以一個字符為傳輸單位，用起始位表示字符的開始，用停止位表示字符結束。（1）異步通信及其協議7.1串行傳送的基本概念（續20）串行通信時的數據、控制和狀態信息都使用同一根信號線傳送。收發雙方必須遵守共同的通信協議（通信規程），才能解決傳送速率、信息格式、位同步、字符同步、數據校驗等問題。串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其通信協議是起止式異步通信協議。7.1串行傳送的基本概念（續21）

a.以一個字符為單位傳送。

b.傳送時對每個被傳送字符有一定的格式要求(如:起始位,終止位等)。

c.被傳送字符的每一位位寬恒定，各位之間無間隔。而各字符之間的時間間隔可任意改變。（間隔時間用空閑位填充）。

d.是一種不規則的隨機傳送，常常用于不規則產生數據的設備中或者不規則的遠程通信中。e.聯絡信號附加于被傳送的字符中。（1）異步通信特點（總結）“異步”——主要體現在通信過程中字符與字符之間沒有嚴格的定時要求，通信雙方是通過收/發雙方事先約定的收/發波特率和字符格式、且在收/發時鐘信號作用下，實現被傳送字符的位同步的。7.1串行傳送的基本概念（續22）注意：因每個ASCLL碼字符只占7位，其余3位為輔助位。所以實際信息傳速率是低于傳輸波特率的。為了提高數據傳送速率，就要考慮去掉被傳送字符中的輔助位，于是有了同步傳送方式。7.1串行傳送的基本概念（續23）同步通信是以數據塊（字符塊）為單位傳送的，每個數據塊經過格式化之后，形成一幀數據，作為一個整體進行發送與接收，因此，傳送一旦開始，要求每幀數據內部的每一位都要同步。……………SYN字符1SYN字符2數據具體格式如下：“同步“——通信過程中，要求字符與字符之間以及字符內部的位與位之間都必須同步。為達到這一目的，要求收、發雙方必須使用同一時鐘對被傳輸信息定位。（2）同步通信及其協議7.1串行傳送的基本概念（續24）特點：①以數據流為單位進行傳送，每個數據流（即每幀）中有成百上千個字符。②以同步字符作為傳送的開始，同步字符可由用戶確定。③每位占用時間相等。④數據流之間不允許有空隙，當線路空閑或無數據可發時，發送同步字符。⑤收/發時鐘頻率=收/發波特率。7.2異步通信的數據格式（一）面向字符的同步通信數據格式1.功能：是一次傳送由若干個字符組成的數據塊，并且規定了10個特殊字符作為這個數據塊的開頭與結束標志,以及整個傳輸過程的控制信息,即控制字。SYNSYNSOH標題STX數據塊ETB/ETX塊校驗2.數據格式（一幀）3.特定字符的定義見書P2137.2異步通信的數據格式（續1）

4.特點：①一次傳送是一個數據塊，傳輸效率提高了；②采用了一些傳輸控制字，增加了通信控制能力和校驗能力；③存在問題：由于數據字符與特定字符可能代碼相同，發生誤解.數據透明:協議具有將特定字符作為普通數據處理的能力，即數據透明。數據透明的實現:協議中設置了轉義字符DLE,將特定字符作為普通數據處理時,在它的前面加DLE;當DLE出現在數據中時,同樣要在其前面加DLE。7.2異步通信的數據格式（續2）1.特點：

1）所傳輸的一幀（frame）數據（或稱數據包）可以是任意二進制位。

2）通過約定的位組合模式（標志字節）來標志幀的開始和結束。

3）一幀之內不允許出現數據間隔,幀與幀之間可用連續的標志字符或是高電平填充。（二）面向比特的同步通信數據格式（P.214）7.2異步通信的數據格式（續3）結束標志校驗場信息場控制場地址場開始標志01111110FC1CA011111108位8位8位16位8位≥0位2.HDLC格式：各“位組合模式”具體含義如下：（1）標志場：

SDLC/HDLC規定所有信息傳輸必須以一個標志字節開始，且以同一個字節結束，這個字節為01111110，二個標志字節之間構成一個完整的信息單位，稱為一幀（frame）。（2）地址場：（AddressField）

A場用來規定與之通信的次站的地址。

A場的寬度：8（SDLC規定）任意長度（HDLC規定）7.2異步通信的數據格式（續4）（3）控制場（ControlField）

用來規定若干命令。（8位：SDLC16位：HDLC）（4）信息場（InformationField）

包含有要傳送的數據，當此場為0時，則這一幀主要是控制命令。7.2異步通信的數據格式（續5）3.實際應用時的兩個技術問題（1）“0”位插入/刪除技術存在問題的提出：HDLC協議規定,以01111110為標志字符，但信息場中也可能出現同樣模式的字符,為了把它們區別開，采用了“0”位插入和刪除技術。方法：發送信息時遇到連續5個“1”就自動插入一個“0”。如：原始插入后刪除后

01111110011111010011111101111111111111011111111111

（2）SDLC/HDLC異常結束若在發送過程中出現錯誤，則用異常結束符（A60H）結束。7.2異步通信的數據格式（續6）7.3串行接口標準數據通信的整個過程可視作是通過一系列串行接口和傳輸信道將信息傳送到目的地的過程。為使現這一過程的規范化及準確無誤，有了許多接口的“標準”和接口信號的“推薦做法‘。接口標準主要有：

RS—232、RS—422、RS—485、X·21、X·25它們都是根據不同的推薦標準而設計出來的接口標準。各接口標準均包含4個方面內容：①接口的機械性能②接口間的電氣特性③接口各信號的功能④具體應用時接口信號的連接7.3串行接口標準（續1）串行接口標準一、EIA-RS-232接口標準

RS-232標準是美國EIA（電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的，1969年公布的通信協議，適合的數傳率：0～20Kbps

RS—232的確切定義是：“數據DTE終端設備與數據通信設備采用串行二進制數據交換的接口。”

RS—232標準接口的電氣特性定義了有關電壓、電流一些特殊的電氣信號以及接口間的信號類型等標準。7.3串行接口標準（續2）7.3串行接口標準（續3）⒈電氣特①邏輯信號電平：（負邏輯！）在TXD和RXD線上傳送的信號。“1”（MARK）：－3V～－15V“0”（SPACE）：+3V～+15V

兩者在TXD和RXD線上傳送。1.電氣特性與TTL邏輯電平不一樣，可用TTL/EIA電平轉換器進行，如MC1488，MC1489IC。②控制信號電平：（正邏輯！）有效（接通ON狀態）：+3V+15V無效（斷開OFF狀態）：－3V～—15V在RTS、CTS、DSR、DTR、DCD線上傳送7.3串行接口標準（續4）

圖9。13是內部邏輯框圖，從圖可知道，一個MAX232芯片了連接兩對收/發線。MAX232把UASRT的TxD和RxD端TTL/CMOS電平（0～5V）轉換成RS---232的電平（+10~~~+10）。7.3串行接口標準（續5）RS---232T1OUTT2OUTRS---232R1INQ2INT1INT2INR1OUTR2OUTTTL/CMOSTTL/CMOS+5V+5VC1++5V~+10VC1-倍增器V+C2+變換器V-C2-+10V~-10V+5V7.3串行接口標準（續6）

2.機械特性——包括信號對引腳的分配、插頭的類型，來規定插頭的形狀及引腳安排。（1）連接器分為：扁平電纜——DB—25針多芯片電纜——DB—9針只用9個信號（2個數據線，6個控制線，1個地址如下圖所示。7.3串行接口標準（續7）1234DB-25型連接器5678911132522201814發送電流（-）發送電流（+）DCDGNDDSRCTSRTSRXDTXD（-）接收電流（+）接收電流123456789DSRRTSCTSRIDCDRXDTXDDTRGNDDB-9型連接器7.3串行接口標準（續8）②DB-9型9針，9針全用，如下圖。

（2）電纜長度

RS-232直接連接的最大物理距離15M，通信速率<20Kbps。

3.RS-232C接口信號的定義25線。見書216表9.2。數據線4條（2，3，14，16）控制線11條（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）定時信號線3條（15，17，24）地線2條（1，7）備用5條（9，10，11，18，25）未定義7.3串行接口標準（續9）TXDRXDTXDRXDA機B機77223345620456202.遠距離連接（>15m）1）需用MODEM和專用電話線2）需用2～9條信號線（在接口與MODEM之間）4.信號線的連接1）近距離連接（<15m）只用3條線（發送線TXD，接收線RXD，信號地線）7.3串行接口標準（續10）