第10章 串行通信接口

图 10-7 串行数据传送方式
4．串行 I／O协定 串行通信数据传输协议由通信双方决定，它包括定时、控 制、格式化和数据的表示法等。
10.2.5 校验方式和接收错误
1．校验方式 （1）奇偶校验 （2）CRC（Cyclic Redundancy Check）校验 2．接收错误 （1）奇偶校验错 （2）帧错 （3）溢出错
3．集成电路电平转换器TC232/MAX232 它即能将RS－232C电平转换成TTL电平，也能将TTL电 平转换成RS－232C电平，而且只需要单+5V电源。 10.3.4 RS－422、RS－423和RS－485接口标准 1．RS－422标准 RS－422标准是一种以平衡方式传输的标准。所谓平衡， 是指双端发送和双端接收，所以，传送信号要用两条线AA’和 BB’，发送端和接收端分别采用平衡发送器和差分接收器，如图 10－13所示。
10.2.6 同步串行通信与异步串行通信
1．异步串行通信 异步串行通信是指数据传送以字符为单位，字符与字符 间的传送是完全异步的（通信中两个字符间的时间间隔是不固 定的），位与位之间的传送基本上是同步的（在同一个字符中 的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的）。 异步串行通信协议字符格式如图10-8所示。规定有起始 位、数据位、奇偶校验位、停止位等，其中各位的意义如下：
表10-2 同步与异步串行通信的比较表
方面 帧格式 编码效率 传输距离 速度 发送接收 同步 费用
同步通信 同步字符﹝+同步字符﹞+字 符块+校验符串
异步通信
起始位+5～8位数据 位﹝校验位﹞+终止位 ﹝+终止位﹞
较长（可达几千公里） 较慢，字符间可能有 间隔，以字符为单位 发送和接收 较容易处理，双方可 使用独立时钟信号 较低
图10-15 典型的RS－485共线配置
10.3.5 RS－422和RS－423接口电平调整
1．RS－422接口电平调整
图10-16 RS-422 接口信号电平调整电路
2．RS－423接口电平调整
图10-17 RS-423 接口信号电平调整电路
10.4 可编程串行通信接口芯片8251A 10.4.1 通用可编程串行通信接口芯片8251A
源
目的
源
目的
10-1 (a) 并行 10-1 (b) 串行 图10-1 并行与串行通信示意图
3．并行与串行通信的比较 并行与串行通信的比较如表10-1所示。
表 10-1并行与串行通信的比较表
并行数据传送
原理 优点 缺点 传输距 离 应用场 合 各数据位同时传送 传送速度快、效率高 传输线根数多、成本高 很短（几米内）
第十章 串行通信接口
10.1 概述 10.1.1 并行和串行传输
1．并行数据传输 数据在多根并行1位宽的传输线上同时由源传到目的地。例如， 1字节的数据采用8根并行传输线同时由 源传到目的地。如图 10-1（a）所示。 2．串行数据传输 数据在单根1位宽的传输线上，一比特一比特地按顺序传送。 例如，1字节的数据采用串行传输方式由源传到目的地。则1字 节数据要通过同一根传输线分8次由低位到高位按顺序一位一 位传输。如图10-1（b）所示。
图10－10 不用Modem的RS－232C接口
10.3.3 RS－232C电平转换
1．接口信号特性 RS－232C信号线提供15米以内单端线路的单向数据传 输，最大数据传输速率为20Kb/s。逻辑0电平必须超过5 V，但 不能高于15 V，逻辑1电平必须低于－5V，但不能低于－15 V。 而TTL正逻辑：“0”： 0 —2.4V；“1”： 3.6V—+5V；高阻： 2.4V—3.6V。TTL电平直接传输距离一般不超过1.5米。 2．集成电路电平转换器MC1488、MC1489 MC1488用于将TTL电平转换成RS－232C电平；集成电 路MC1489用于将RS－232C电平转换成TTL电平。
图 10-8
异步串行通信协议字符格式
① 起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。 ② 数据位：紧接在起始位之后。数据位的位数可以是5位、6 位、7位或8位。构成一个字符，通常采用ASCII码。从最低位 开始传送，靠时钟定位。 ③ 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶 数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。 也可以无校验位。 ④ 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5 位或2位的高电平。 ⑤ 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。 其长度不定。 由于一个字符中的比特位长度有限，所以需要的接收时钟和发 送时钟只要相近就可以。这种方式对硬件要求较宽松，电路简 单，但传输效率不高。
串行数据传送
数据位按位顺序进行 传送 最少只需一根传输线 即可完成、成本低 速度慢 很长（可达几千公里）
内部总线、系统总线、主 用于计算机与终端、 机箱中设备间、计算机与 终端与终端间、计算 外设（打印机）、计算机 机与外设（键盘、鼠 之间 标显示器等）
10.1.2
同步通信和异步通信
同步通信与异步通信是串行通信的两种方式。它们的 区别主要如表10-2所示。
图10－14 RS－423标准传输线的连接
3．RS－485接口标准 RS－485是一种平衡传输方式的串行接口标准，它和RS－ 422兼容，并已扩展了RS－422的功能。两者主要差别是：RS －422只允许电路中有一个发送器，而RS－485标准允许有多 个发送器。RS－485是一个多发送器的标准，并且允许一个发 送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器 或收发器组合单元。RS－485的共线电路结构是在一对平衡传 输线的两端都配置终端电阻，其发送器、接收器、组合收发器 可挂在平衡传输线上的任何位置，实现在数据传输中多个驱动 器和接收器共用同一条传输线的多点应用，其配置如图10－15 所示。
2．同步串行通信 同步串行通信是指数据传送是以数据块（一组字符）为单 位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步，即，每个 字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的 时间间隔也是固定的。 同步串行通信协议有面向比特(bit)型及面向字符型。面向 比特型同步串行通信的帧格式如图10-9所示。
10.4.2 8251A的内部结构和引脚
8251A 的引脚如图10-18所示，内部结构如图10-19所示。
（2）接收时钟 串行数据的接收由接收时钟检测，接收过程 就是将串行数据序列，逐位移入移位寄存器而装配成为并行 数据序列的过程。即，传输线送来的串行数据序列由接收时 钟作为输入移位寄存器的触发脉冲，逐位打入移位寄存器。 2．比特率 比特率是指每秒传输的二进制数位数，以位/秒（bps或bit/s 简称b/s）为单位。 3．波特率 波特率是指每秒传送的符号（码元）数。若每个符号所含的 信息量为1比特（或码元是二进制码元），则波特率等于比特 率。波特率通常简称波特，用符号Baud或B表示。 4．波特率因子 接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：F = n × B 这 里F 是发送时钟或接收时钟的频率；B 是数据传输的波特率； n 称为波特率因子。
其基本性能如下： （1）通过编程，可以工作在同步方式，也可以工作在异步方式； 在同步方式下，波特率为0～64KBaud，在异步方式下，波特 率为0～19.2KBaud。 （2）在同步方式时，可以用5位、6位、7位或8位来代表1个字 符，并且内部能自动检测同步字符，从而实现同步。此外， 8251A还允许在同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。 （3）在异步方式时，可以用5位、6位、7位或8位来代表1个字 符，用位作奇偶校验。此外，能根据编程为每个字符设置1个、 1.5个或2个停止位。 （4）全双工双缓冲的接收/发送器。 （5）具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。 （6）所有的输入输出电路都与TTL电平兼容。
图 10-9
同步串行通信帧格式
10．3 异步串行接口标准 10.3.1 RS－232C的引脚定义
表 10-3 RS－232C的引脚
10.3. 2 RS－232C的连接
数据终端设备与数据通信设备（如微机与调制解调器） 通过RS－232C接口连接，就是对应引脚直接相连。两台微机 进行短距离通信可以不使用调制解调器，而直接利用RS－ 232C接口连接，如图10－10所示，被称为零调制解调器 （Null Modem）连接。
图10－13 RS－422标准传输线的连接
2．RS－423标准 RS－423 标准是非平衡方式传输的，即单端线传送信号， 规定信号参考电平为地，这一点与RS－232C兼容。该标准规 定电路中只允许有1个单端发送器，但可有多个接收器。因此， 允许在发送器和接收器之间有一个电位差，如图10－14所示。
10.2.4．串行通信数据连通方法和I／O协定
串行通信按照同一时刻数据流的方向可分成三种基本传 送方式：全双工、半双工和单工传送。如图10-7所示。 1．单工方式 在单工通信方式中，信号只能向同一个方向传输（由于通信信 道只有一条），且任何时候都不能改变信号的传送方向，即， 一方只能作为发送方，另一方只能作为接收方（如电视信号）。 2．半双工方式 在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但同一个时刻只能 向一个方向传送数据（由于通信信道只有一条），即，某一时 刻只能有一个发送方和一个接收方，通过换向，才可以将接收 方改为发送方，发送方改为接收方（如对讲机）。 3．全双工方式 在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送（由于通信信道 有两条），即，通信双方都能同时进行发送和接收（如上网）。 全双工通信信道也可以用于单工通信或半双工通信。 在计算机串行通讯中主要使用半双工和全双工方式。
高（设1KB字符块可达1024） 低（最高为8/(8+1+1） 较短（几千米内） 较快，字符块连续不断发送 或接收，以字符块为单位发 送或接收 较难处理，双方必须用同一 同步时钟信号 较高
10.2 RS－232串行接口技术 10.2.1 异步串行通信的信号形式