串行-并行接口

串行接口
串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM 接口），是采用串行通信方式的扩展接口。

中文名
串行接口
外文名
Serial Interface
简称
串口
别称
通常指COM接口
串行接口 (Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送，其特点
串行接口
是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。

一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。

串行通讯的特点是：数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。

串行通讯的距离可以从几米
到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

2由来
串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps～230kbps。

串口出现的初期
串行接口连接器(4张)
是为了实现连接计算机外设的目的，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。

串口也可以应用于两台计算机（或设备）之间的互联及数据传输。

由于串口（COM）不支持热插拔及传输速率较低，目前部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口。

目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。

3接口划分标准
总述
串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。

同步串行是指SPI（Serial Peripheral interface）的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。

SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM450是SPI 接口。

异步串行是指UART（Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。

UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。

UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。

TTL电平是3.3V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平，MDS2710、MDS SD4、EL805等是RS232接口，EL806有TTL接口。

串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。

RS-232
也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。

它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。

它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9），现在应用中25芯插头座已很少采用。

RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。

由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。

RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。

所以RS-232适合本地设备之间的通信。

RS-422
标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。

典型的RS-422是四线接口。

实际上还有一根信号地线，共5根线。

其DB9连接器引脚定义。

由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。

即一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。

接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。

RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。

RS-422的最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mb/s。

其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。

只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。

一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-485
是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。

如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。

RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12kΩ、RS-422是4kΩ；由于RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以在RS-422网络中应用。

RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。

平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。

只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。

一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。

4与并口区别
串口形容一下就是一条车道，而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。

但是并不是说并口快，由于8位通道之间的互相干扰（串扰），传输时速度就受到了限制，传输容易出错。

串口没有互相干扰。

并口同时发送的数据量大，但要比串口慢。

串口硬盘就是这样被人们重视的。

5应用
交换机的串口
交换机的串口的英文就是trunk;是用来做下一跳路由转换用的。

每个VLAN只有通过与TRUNK的路由指向后才能上外网。

引脚说明：
Pin Name Dir Description
1 CD Carrier Detect
2 RXD Receive Data
3 TXD Transmit Data
4 DTR Data Terminal Ready
5 GND System Ground
6 DSR Data Set Ready
7 RTS Request to Send
8 CTS Clear to Send
9 RI Ring Indicator
目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时(<12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口
(RS422,RS485较远)，若距离较远，需附加调制解调器（MODEM）或其他相关设备。

最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，下面涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。

（1）DB9和DB25的常用信号脚说明
DB9 | DB25
pin function name pin function name
1 数据载波检测DCD 8 数据载波检测DCD
2 接收数据RXD
3 接收数据RXD
3 发送数据TXD 2 发送数据TXD
4 数据终端准备DTR 20 数据终端准备DTR
5 信号地GND 7 信号地GND
6数据设备准备好DSR 6 数据设备准备好DSR
7 请求发送RTS 4 请求发送RTS
8 清除发送 CTS 5 清除发送CTS
9 振铃指示RI 22 振铃指示RI
（2）RS232C串口通信接线方法（三线制）
首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连
同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连
两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）
串口连机线
DB9-DB9
2-3,3-2,5-5
DB25-DB25
2-3,3-2,7-7
DB9-DB25
2-3,3-2,5-7
DB9-DB25串口转接线
2-3,3-2,5-7
上面是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS 数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接。

3.串口调试中要注意的几点：
不同编码机制不能混接，如RS232C不能直接与RS422接口相连，市面上专门的各种转换器卖，必须通过转换器才能连接
串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果；
强烈建议不要带电插拨串口，否则串口易损坏。

对于大型的工控和测量设备，建议使用光电耦合器来隔离设备，具体的耐压值根据实际需求来确定。

电脑主板串口
进行串行传输的接口，它一次只能传输1Bit。

串行端口可以用于连接外置调制解调器、绘图仪或串行打印机。

它也可以控制台连接的方式连接网络设备，例如路由器和交换机，主要用来配置它们。

并行接口
并行接口，指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。

从最简单的一个并行数据寄存器或专用接口集成电路芯片如8255、6820等，一直至较复杂的SCSI或IDE并行接口，种类有数十种。

一个并行接口的接口特性可以从两个方面加以描述：1. 以并行方式传输的数据通道的宽度，也称接口传输的位数；2. 用于协调并行数据传输的额外接口控制线或称交互信号的特性。

数据的宽度可以从1～128位或者更宽，最常用的是8位，可通过接口一次传送8个数据位。

在计算机领域最常用的并行接口是通常所说的LPT接口。

1概述
通常所说的并行接口一般称为Centronics接口，也称IEEE1284，最早由Centronics Data Computer Corporation公司在20世纪60年代中期制定。

Centronics公司当初是为点阵行式打印机设计的并行接口，1981年被IBM公司采用，后来成为IBM PC计算机的标准配置。

它采用了当时已成为主流的TTL电平，每次单向并行传输1字节（8-bit）数据，速度高于当时的串行接口（每次只能传输1bit），获得广泛应用，成为打印机的接口标准。

1991年，Lexmark、IBM、Texas instruments等公司为扩大其应用范围而与其他接口竞争，改进了Centronics接口，使它实现更高速的双向通信，以便能连接磁盘机、磁带机、光盘机、网络设备等计算机外部设备（简称外设），最终形成了IEEE1284-1994标准，全称为"Standard Signaling Method for a Bi-directional Parallel Peripheral Interface for Personal Computers"，数据率从10KB/s提高到可达2MB/s（16Mbit/s）。

但事实上这种双向并行通信并没有获得广泛使用，并行接口仍主要用于打印机和绘图仪，其他方面只有的少量设备应用，这种接口一般被称为打印接口或LPT接口。

2通信原理
并行接口通信原理[2]
并行接口中各位数据都是并行传送的，它通常是以字节（8位）或字节（16位）为单位进行数据传输。

如附图所示，图中的并行接口是一个双通道的接口，能完成数据的输入和输出。

其中，数据的输入/输出是由输入/输出缓冲器来实现的，状态寄存器提供状态信息供CPU查询，控制寄存器接收来自CPU的各种控制命令。

在数据输入过程中：输入设备将数据送给接口同时使“数据输入准备好”
有效。

接口把数据送给输入缓冲寄存器时，使“数据输入回答”信号有效，当外设收到应答信号后，就撤消“数据输入准备好”和数据信号。

同时，状态寄存器中的相应位（“数据输入准备好”）有效，以供CPU查询。

当然，也可采用中断方式，向CPU发出中断请求。

CPU在读取数据后，接口会自动将状态寄存器中的“数据输入准备好”位复位。

然后，CPU进入下一个输入过程。

在数据输出过程中：当CPU输出的数据送到数据输出缓冲寄存器后，接口会自动清除状态寄存器中的“输出准备好”状态位，并且把数据送给输出设备，输出设备收到数据后，向接口发一个应答信号，告诉接口数据已收到，接口收到信号后，将状态寄存器中的“输出准备好”状态位置“1”。

然后，CPU进入下一个输出过程。

[3]
3主要特点
并行接口是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，就导致通信线路复杂且成本提高。

[4]
4串、并口
串口形容一下就是：一条车道，而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。

但是并不是并口快。

由于8位通道之间的互相干扰，传输时速度就受到了限制。

而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。

而串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了，所以要比并口快。

串口硬盘就是这样被人们重视的。

[4]
5分类
在IEEE1284标准中定义了多种并行接口模式，常用的有以下三种：SPP（Standard Parallel Port）标准并行接口
EPP（Enhanced Parallel Port）增强并行接口
ECP（Extended Capabilities Port）扩展功能并行接口
这几种模式因硬件和编程方式的不同，传输速度可以从50K Bits/秒到2MB/秒不等。

一般用以从主机传输数据到打印机、绘图仪或其它数字化仪器的接口，是一种叫Centronics的36脚弹簧式接口（通常主机上是25针D型接口，打印机上是36针Centronics接口）。

6连接器
IEEE1284接口连接器[5]
并行接口，通常主机上是25针D型接口，打印机上是36针弹簧式接口（Centronics接口）。

IEEE1284标准规定了3种连接器，分别称为A、B、C型：[1]
A型
DB-25孔型插座（母头）[6]
25PIN DB-25连接器，只用于主机端。

DB-25孔型插座（也称FEMALE或母头），用于PC机上，外形如附图：
这种A型的DB-25针型插头（也称
DB-25针形电缆插头（公头）
MALE或公头），因为尺寸较小，也有少数小型打印机（如POS机打印机等）使用（非标准使用），但电缆要短。

[1]
B型
36PIN Centronics电缆插头[7] 36PIN 0.085inch间距的Champ连接器，带卡紧装置，也称Centronics 连接器，只用于外设。

36PIN Centronics插座[8]
36PIN Centronics插座（SOCKET或FEMALE），用于打印机上。

[1] C型
Mini-Centronics 36PIN插座[9]
新增加的Mini-Centronics 36PIN连接器，也称为half-pitch Centronics
36 connector （HPCN36），也有称MDR36，36PIN 0.050inch间距，
带夹紧装置，既可用于主机，也可用于外设，应用还不够普遍，因有竞争力的新的接口标准的不断出现，普及应用很难。

新接口还增加了两个信号线Peripheral Logic High和Host Logic High，用于通过电缆能检测到另一端是否打开电源。

[1]
7接口电缆编辑
性能要求
并行接口电缆[10]
最早的Centronics并口电缆长度为2米，且只能支持10KB/s的数据率传输，对性能要求不高。

为了把数据率提高到2MB/s以上，对IEEE1284电缆提出许多特殊要求：
1）因为是并行数据，为避免传输时各BIT数据间的串扰，每条数据线都需要配合一条地线，形成双绞线结构；
2）每对信号和返回地线间的不平衡特性阻抗为62欧±6欧（在频带4M-16MHz上）；
3）线间串扰不超过10%；
4）电缆有屏蔽层，并与接头的屏蔽壳连接，使用360度包裹。

[1]
典型电缆
典型的IEEE1284 电缆有如下6种，标准长度为10、20、30英尺（约
3、7、10米）：
AMAM ：Type A Male to Type A Male（一般用于计算机间互联）
AMAF ：Type A Male to Type A Female（一般用于延长线或连接A 型口并行打印机）
AB ：Type A Male to Type B Plug（一般用于连接计算机和普通B型口打印机）
AC ：Type A Male to Type C Plug
BC ：Type B Plug to Type C Plug
CC ：Type C Plug to Type C Plug
其中前3种为常用的电缆，后3种是与新增加的C型接口相关的电缆。

[1]
8链式连接编辑
依照IEEE 1284链式连接规格书，一个并口最多可以连接8个设备，而每个链式连接设备拥有2个并口连接器，1个主连接器（host connector）和一个直通连接器（pass through connector）。

主机连到第一个设备的主连接器，其直通连接器连接下一个设备的主连接器，依次连接。

而不支持链式连接的设备可接在最后1个设备的直通连接器上。

不过常见的都是一对一连接，很少能见到这种设备。

[1]
9发展困境编辑
电脑中的接口是主机与外部设备间传送数据的“大动脉”，随着处理器速度的节节攀升，接口的数据传输速度也需要逐步提高，否则就会成为电脑发展的瓶颈。

并行数据传输技术向来是提高数据传输率的重要手段，但是，进一步发展却遇到了障碍。

首先，由于并行传送方式的前提是用同一时序传播信号，用同一时序接收信号，而过分提升时钟频率将难以让数据传送的时序与时钟合拍，布线长度稍有差异，数据就会以与时钟不同的时序送达，另外，提升时钟频率还容易引起信号线间的相互干扰，导致传输错误。

因此，并行方式难以实现高速化。

从制造成本的角度来说，增加位宽无疑会导致主板和扩充板上的布线数目随之增加，成本随之攀升。

在外部接口方面，IEEE 1284并行口的速率可达300kBps，传输图形数据时采用压缩技术可以提高到2MBps，而RS-232C标准串行口的数据传输率通常只有20kbps，并行口的数据传输率无疑要胜出一筹。

因此并行口一直是打印机首选的连接方式。

对于仅传输文本的针式打印机来说，IEEE 1284并行口的传输速度可以说是绰绰有余的。

但是，对于一再提速的激光打印机来说，情况发生了变化。

笔者使用爱普生6200L在打印2MB 图片时，速度差异不甚明显，但在打印7.5MB大小的图片文件时，从点击“打印”到最终出纸，使用USB接口用了18秒，而使用并行口时，用了33秒。

这一测试结果说明，现行的并行口对于时下流行的激光打印机来说，已经力难胜任了。

不过，“在相同频率下并行通信速度更高”这个基本的道理是永远不会错的，通过增加位宽来提高数据传输率的并行策略仍将发挥重要作用。

技术进步周而复始，以至无穷，没有一项技术能够永远适用。

电脑技术将来跨入THz时代后，对信号传输速度的要求会更高，USB和FireWire 等新串行接口所使用的差分传输技术是否还能满足未来要求，是否需要另一种更好的技术来完成频率的另一次突破，这些都需要人们共同关注。

[11]。