第8章 串行通信与串行接口
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• 串行通信有两种基本方式：
– 异步串行通信 异步串行通信协议 – 同步串行通信 同步串行通信协议
2020/3/22
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• 异步串行通信和同步串行通信特点：
异步串行通信
同步串行通信
在通信的数据流中，字符间异步 在通信的数据流中，字符与字
，字符内各位间同步。
符之间以及字符内部的位与位
之间都必须保持同步。
2020/3/22
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8.1.4 信号调制解调
• 计算机之间通信是数字通信，传送的是数字信号，在串 行通信的数据线上表现为方波。为了使数据在传送中不 产生畸变，要求传输线具有很宽的频带。
• 当利用电话线远距离通信时，不可能有这样宽的频带。 若直接用数字信号通信，经过长距离传输，信号必将畸 变，以至于接收方无法正确识别，因此需要把数字信号 转换为模拟信号。
–位周期：数据传输速率的另一种表示，它是 波特率的倒数。
–国际上规定了一个标准波特率系列：300、 600、1200、1800、2400、4800、9600、 19200、38400、57600和115200。（单位： b/s）
• 收/发时钟：
–收/发时钟指串行接口内时钟频率（串行接
口内时钟频率与数据传输速率不同）。
信息传送单位（1帧数据）为1个 信息传送单位（1帧数据）为数
字符，即1帧数据中只包括1个字 据块（字符块），即1帧数据中
符的有效数据。字符与字符之间 包括1个或多个字符的有效数据
通信没有严格定时要求。
。
• 异步通信和同步通信必须共同遵守一些协 定。
息，所以同一时刻只能单向传送； • 全双工：采用两条通道，可以同时发送和接收信息。如计
算机之间的通信。
T
R
（a）单工
2020/3/22
T
ຫໍສະໝຸດ Baidu
T
R
R
（a）半双工
T
R
R
T
（a）全双工
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8.1.3 波特率和收/发时钟
• 波特率：
–是衡量数据在线路上传输速率的单位。
–指每秒钟传输的二进制位数，以位/秒（b/s ）表示。也称为数据位率（b/s）。
通信距 离
通信速 率
抗干扰 性
转换
串行通信
并行通信
适于远距离传输（几米到几公里 适于近距离传输（一
）
般<30米）
长距离通信时速率高
短距离通信时速率高
强
弱
需要并/串转换和串/并转换
不需要转换
（通过移位寄存器或软件实现）
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8.1.2数据传送方式
按照数据流的方向，串行通信分成三种方式： • 单工：只能单方向传送信息。如键盘与主机之间。 • 半双工：可以双向传送信息；由于通过同一个通道传送信
– 调频FSK(Frequency Shift Keying)：用两个固定频率来表示0、1
– 调相PSK(Phase Shift Keying)：用频率振幅相同但相位不同的两 个信号来表示0、1
数字信号
10
1
0
1
数字信号
计算机
信号地 RS-232C接口
(DTE)
MODEM 1
模拟信号
电话线
MODEM
误码率=2/2000=0.1%
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• 常用检错、纠错方法：
– 奇偶校验：
• 主要用于对1个字符的传送过程进行检验。 • 发送时（一般是最低位D0先发送），在每个字符最
高位之后加入1位“1”（或“0”），使发送的字 符中“1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验 ） • 例：字符‘A’（ASCII码为41H）发送时：
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8.1.1 串行通信
• 串行通信：数据通过一条数据线，一位一位地传输， 通常是先传数据的低位，再传高位，每1位数据都占据 一个固定的时间长度 。
• 并行通信：8位或16位数据通过多条数据线同时传送
计算机
计算机 或外设
计算机
计算机 或外设
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并行通信
串行通信
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• 串行通信与并行通信比较：
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8.1.5 差错控制
• 数据通信中，由于系统软/硬件故障或外 界干扰，数据传送过程中将会出现错误 ，因而接收方必须进行错误检测和纠正 。
• 误码率：
– 定义：数据经传输后，发生错误的位数与总 传输位数之比，称为误码率。
– 例：某通信系统传输一帧信息共2000位，传 输过程中有2位发生错误，则其
1 0 0 0 0 0 1 0 1 奇校验
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1 0 0 0 0 0 1 0 0 偶校验
字符数据位（41H） 校验位
2020/–3/22循环冗余（CRC）校验：主要用于对数据块（11
8.2 串行通信协议
• 通信协议：指通信双方对数据传送控制的 一种约定。约定中包括对数据格式、同步 方式、传送速率、传送步骤、检纠错方式 以及控制字符定义等问题作统一规定，通 信双方必须共同遵守。
01 0 1
信号地
RS-232C接口
(DCE)
(DCE)
图8.3 调制和解调示意图
计算机 或外设
(DTE)
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数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）
• DTE (Data Terminal Equipment) ：指使用数据的设备， 可以是计算机或外设，它负责对数据通信进行控制， 包括数据收/发、差错控制、同步和识别通信站点等。
• 将数字信号转换为模拟信号的方法称为调制(Modulate) 。接收方收到这个模拟信号后，再把它转换成数字信号 ，称为解调（Demodulate）。进行调制和解调的设备称 为调制解调器,又称为MODEM，它既可以实现调制，又可 以实现解调 。
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• 调制方式分为三种：
– 调幅ASK(Amplitude Shift Keying)：用两种振幅来代表0、1
第8章 串行通信和串行接口
8.1 串行通信基本概念 8.2 串行通信协议 8.3 串行接口标准 8.4 可编程串行接口8251A
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8.1 串行通信基本概念
8.1.1 串行通信 8.1.2 数据传送方式 8.1.3 波特率和收/发时钟 8.1.4 信号调制与解调 8.1.5 差错控制
• DCE (Data Communication Equipment）：指数据通信 设备，一般是MODEM，或其它一些通信外设。它负 责在实际的数据链路上进行通信控制 ，包括链路的建 立、维持、终止、数据信号变换与编码等。
• DTE之间的通信：近距离通信时可以直接互连；远距离 通信时通常要通过DCE的连接来实现。
– 异步串行通信 异步串行通信协议 – 同步串行通信 同步串行通信协议
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• 异步串行通信和同步串行通信特点：
异步串行通信
同步串行通信
在通信的数据流中，字符间异步 在通信的数据流中，字符与字
，字符内各位间同步。
符之间以及字符内部的位与位
之间都必须保持同步。
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8.1.4 信号调制解调
• 计算机之间通信是数字通信，传送的是数字信号，在串 行通信的数据线上表现为方波。为了使数据在传送中不 产生畸变，要求传输线具有很宽的频带。
• 当利用电话线远距离通信时，不可能有这样宽的频带。 若直接用数字信号通信，经过长距离传输，信号必将畸 变，以至于接收方无法正确识别，因此需要把数字信号 转换为模拟信号。
–位周期：数据传输速率的另一种表示，它是 波特率的倒数。
–国际上规定了一个标准波特率系列：300、 600、1200、1800、2400、4800、9600、 19200、38400、57600和115200。（单位： b/s）
• 收/发时钟：
–收/发时钟指串行接口内时钟频率（串行接
口内时钟频率与数据传输速率不同）。
信息传送单位（1帧数据）为1个 信息传送单位（1帧数据）为数
字符，即1帧数据中只包括1个字 据块（字符块），即1帧数据中
符的有效数据。字符与字符之间 包括1个或多个字符的有效数据
通信没有严格定时要求。
。
• 异步通信和同步通信必须共同遵守一些协 定。
息，所以同一时刻只能单向传送； • 全双工：采用两条通道，可以同时发送和接收信息。如计
算机之间的通信。
T
R
（a）单工
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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（a）半双工
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（a）全双工
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8.1.3 波特率和收/发时钟
• 波特率：
–是衡量数据在线路上传输速率的单位。
–指每秒钟传输的二进制位数，以位/秒（b/s ）表示。也称为数据位率（b/s）。
通信距 离
通信速 率
抗干扰 性
转换
串行通信
并行通信
适于远距离传输（几米到几公里 适于近距离传输（一
）
般<30米）
长距离通信时速率高
短距离通信时速率高
强
弱
需要并/串转换和串/并转换
不需要转换
（通过移位寄存器或软件实现）
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8.1.2数据传送方式
按照数据流的方向，串行通信分成三种方式： • 单工：只能单方向传送信息。如键盘与主机之间。 • 半双工：可以双向传送信息；由于通过同一个通道传送信
– 调频FSK(Frequency Shift Keying)：用两个固定频率来表示0、1
– 调相PSK(Phase Shift Keying)：用频率振幅相同但相位不同的两 个信号来表示0、1
数字信号
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0
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数字信号
计算机
信号地 RS-232C接口
(DTE)
MODEM 1
模拟信号
电话线
MODEM
误码率=2/2000=0.1%
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• 常用检错、纠错方法：
– 奇偶校验：
• 主要用于对1个字符的传送过程进行检验。 • 发送时（一般是最低位D0先发送），在每个字符最
高位之后加入1位“1”（或“0”），使发送的字 符中“1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验 ） • 例：字符‘A’（ASCII码为41H）发送时：
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8.1.1 串行通信
• 串行通信：数据通过一条数据线，一位一位地传输， 通常是先传数据的低位，再传高位，每1位数据都占据 一个固定的时间长度 。
• 并行通信：8位或16位数据通过多条数据线同时传送
计算机
计算机 或外设
计算机
计算机 或外设
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并行通信
串行通信
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• 串行通信与并行通信比较：
2020/3/22
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8.1.5 差错控制
• 数据通信中，由于系统软/硬件故障或外 界干扰，数据传送过程中将会出现错误 ，因而接收方必须进行错误检测和纠正 。
• 误码率：
– 定义：数据经传输后，发生错误的位数与总 传输位数之比，称为误码率。
– 例：某通信系统传输一帧信息共2000位，传 输过程中有2位发生错误，则其
1 0 0 0 0 0 1 0 1 奇校验
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1 0 0 0 0 0 1 0 0 偶校验
字符数据位（41H） 校验位
2020/–3/22循环冗余（CRC）校验：主要用于对数据块（11
8.2 串行通信协议
• 通信协议：指通信双方对数据传送控制的 一种约定。约定中包括对数据格式、同步 方式、传送速率、传送步骤、检纠错方式 以及控制字符定义等问题作统一规定，通 信双方必须共同遵守。
01 0 1
信号地
RS-232C接口
(DCE)
(DCE)
图8.3 调制和解调示意图
计算机 或外设
(DTE)
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数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）
• DTE (Data Terminal Equipment) ：指使用数据的设备， 可以是计算机或外设，它负责对数据通信进行控制， 包括数据收/发、差错控制、同步和识别通信站点等。
• 将数字信号转换为模拟信号的方法称为调制(Modulate) 。接收方收到这个模拟信号后，再把它转换成数字信号 ，称为解调（Demodulate）。进行调制和解调的设备称 为调制解调器,又称为MODEM，它既可以实现调制，又可 以实现解调 。
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• 调制方式分为三种：
– 调幅ASK(Amplitude Shift Keying)：用两种振幅来代表0、1
第8章 串行通信和串行接口
8.1 串行通信基本概念 8.2 串行通信协议 8.3 串行接口标准 8.4 可编程串行接口8251A
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8.1 串行通信基本概念
8.1.1 串行通信 8.1.2 数据传送方式 8.1.3 波特率和收/发时钟 8.1.4 信号调制与解调 8.1.5 差错控制
• DCE (Data Communication Equipment）：指数据通信 设备，一般是MODEM，或其它一些通信外设。它负 责在实际的数据链路上进行通信控制 ，包括链路的建 立、维持、终止、数据信号变换与编码等。
• DTE之间的通信：近距离通信时可以直接互连；远距离 通信时通常要通过DCE的连接来实现。