第六章 串行通信接口
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数据流
接 收 器
发 送 器
数据流
接 收 器
3、全双工传送方式 当数据的接收和发送分流，分别由两根不同的传输 线传送时，通信双方都能在同一刻时行发送和接收 数据
发 送 器
数据流
接 收 器
示例
6、1、3 串行通信的调制解调
调制（Modulating） 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调（Demodulating） 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件合制在一个装置
例1 某一串行接口电路的发送器时钟频率为19200Hz， 波特率因子的值为16，则发送波特率
Fd = Ftxc/Kt = 19200/16 = 1200（bps）
例2 要完成从A站到B站的串行数据通信，A站的发送器 时钟频率Ftxc为38400Hz，波特率因子为16；B站的接 收器电路规定波特率因子为64，则B站的接收器时钟频 率应为多少？ 根据A点的发送器电路规定，数据传输的波特率： Fd = Ftxc/Kt = 38400/16 = 2400 （bps）
1．2同步传送方式
同步传送是以许多字符或许多比特组织成的数据块 为传输单位，它是一种连续传送数据的方式。 在通信开始以后，发送端连续发送字符，接收端也 连续接收字符，直到一个数据块传送结束。同步传 送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和 停止位，仅在数据块开始时用同步字符SYNC来指示。
6、1、1．串行通信的分类
按照串行数据的同步方式，串行通信可分为异步传 送和同步传送两类。 同步通信是靠识别同步字符来实现数据的发送和接 收的，而异步通信是一种利用字符的再同步技术的 通信方式。
1．1 异步传送方式
异步传送的特点是数据在线路上的传送是不连续。 数据以一个字(或称字符)为单位来传送。异步传 送时，各个字符间可以是连续传送的．也可以是间 断传送的，这完全由发送方根据需要来决定。 异步传送时，同步时钟脉冲并不发送到接收方，即 双方各用自己的时钟源来控制发送和接收。 字符的发送是随机进行的，因此，对于接收方来说 就有一个判别何时有字符达到，何时是新的一 个 字符开始的问题。因此，在异步通信时，对字符必 须规定一定的格式。
DSR 6:数传机就绪 表明Modem处于可使用的状态 SG 7：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 DCD 8：数据载体检出 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号 时，该引脚向数据终端设备提供有效信号 DTR 20：数据终端就绪 数据终端可使用。 RI 22：振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该 引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效
波特率
波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数，其 单位是bps（位/秒），简称波特。波特率是衡量 串行通信数据速度快慢的一个技术指标。有时也用 “位周期”来表示传输速率，位周期是波特率的倒 数。 最常用的标准波特率是110、300、600、1200、 2400、4800、9600和19200bps。 并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节来表 示。 串行通信中，传输速率是以波特率来表示
6、2 串行通信接口标准
6.2.1 RS-232C接口标准 美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 1962年公布，1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D 设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据 通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层
1、RS-232C的电气特性
232C接口采用EIA电平 高电平为＋3V～＋15V 低电平为－3V～－15V 实际常用±12V或±15V
相互转换
标准TTL电平
高电平：＋2.4V～＋5V 低电平：0V～0.4V
1.机械特性
（1）连接器（Connector）常用二种：
13
25
22
11
起止式异步通信数据格式 ①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位 （“1”）结束。 ②字符之间没有时间间隔要求 ③字符后一位校验位（可没有）
1 0 1 0 0 起始位 0 低 数据位 高 0 1 0 1 停 止 位 校验位 空 闲 位 1 0 0 0 1
2.特点：是一个字符一个字符传输
2 同步串行接口
组成
FIFO(先入先出缓冲器)：它是由多个寄存器组成的，因此发送时，cPu一次 可以将几个字符预先装入。接收时，允许cPu—次连续取出几个字符。 输出移位寄存器：它从发送FIFO取得并行数据，以发送时钟的速率串行发送 数据信息。 输入移位寄存器：它从串行输入线上以时钟分离器提取出来的时钟速率接收 串行数据流，每接收完—’个字符数据将其送往接收FIFO。 CRC发生器：它从发送数据流信息中获得CRC校验码。 CRC校验器：它从接收数据流信息中提取cRc校验码，并与接收到的校验码相 比较。 总线缓冲器：它是CPU与 FIFO(发送和接收)交换数据的双向缓冲器，用来传 送cPu对端口的控制信息和端口返回给cPu的状态信息。 时钟分离器和锁相环：用来从串行输入数据中提取时钟信号以保证接收时钟 与发送时钟的同频同相。
异步传输方式中的每个字符由4个部分组成：起始 位、数据位、奇偶校验位和停止位。一个字符由起 始位开始，停止位结束。 ①起始位：1位，低电平； ②数据位：5~8位，低位在前，高位在后； ③校验位：1位，对数据进行校验，奇校验和偶校 验； ④停止位：1~2位，高电平。 停止位后不定长度的高电平部分称为空闲位，多少 不限。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑1）， 这样就能保证起始位开始处一定有一个下降沿，指 出一个字符的开始。
6、1、2 串行通信的制式
按照数据流的方式可分为单工、半双工和全双工三种 基本传送方式 1、单工传送方式 在接收器和发送器之间只有一条传 输线，只能进行单一方向的传输
2、半双工传送方式 当使用同一根传输线既作输入 又作输出时，虽然数据可以在 两个方向上传送，但通信双方 不能同时进行收发数据
发 送 器
不使用联络信号的3线相连方式 为了交换信息，TxD和RxD应当交叉连接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不应检测CTS和DSR是否有效
2）具有MODEM设备的远距离通信
微机 MODEM MODEM 微机
2 3 4 5 6 7 8 20 22
DSR
3
4
RTS
CTS
5
RI
DB-9型连接器
2、主要引脚的功能
3、RS-232C标准信号线说明
“发送”和“接收”都 TxD 2：发送数据 是站在DTE立场上 串行数据的发送端 RxD 3：接收数据 串行数据的接收端 RTS 4：请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信 号，用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS 5：清除发送（允许发送） 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据 时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据 发送的联络信号
收发双方应该使用相同的波特率，接收器时钟频率应为：
Frxc = Fd × Kr = 2400×64 = 153600 （Hz）
异步通信中，收发双方的约定
在异步通信中。收发双方必须事先约定两件事： 一是规定字符格式 即规定字符各部分所占的位数，是否采用奇偶校验，以 及校验的方式(偶校验还是奇校验)。 二是规定所采用的波特率以及时钟频率和波特率间的 比例关系。 异步传送由于不传送同步时钟脉冲，所以设备比较 简单，实现起来方便。它还可根据需要连续地或有间 隙地传送数据，对各字符间的间隙长度没有限制。 缺点：是在数据字符串中要加上起同步作用的起始位 和停让位，降低了有效数据位的传送速率，仅适合于 低速通信的场合。
2. 同步通信
以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2 个同步字符，最后以校验字符结束 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比 较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议HDLC
~ ~
同步字符
数据
数据 ~ ~
数据
校验字符
同步通信可以分为单同步字符方式和双同步字符方式。 同步字符可以由用户约定，当然也可以采用用ASCII码 中规定的SYN代码，即16H。 按同步方式通信时，在发送时要插入同步字符，接收方 检测到同步字符时，即准备开始接收，因此，在硬件设 备上需要有插入同步字符和相应的检测手段，设备较复 杂。 在同步传送时，无论接收或发送，都要求统一时钟．即 时钟频率和波特率一致。为了保证接收正确无误，发送 方除了传送数据外，还要把时钟信号同时传送出去。 同步传送的优点是传送速率较高，可达56K波特或更高。
假如每传送一个8位字符，共有12位格式（其中有1 个起始位，8个数据位，1个校验位，2个停止位）， 如果波特率是1200bps。 则每秒钟传送的字符数是1200/12=100个。
波特率和时钟频率
在串行通信时，接口电路的发送端需要用一个 时钟来决定每一位对应的时间长度，同样接收 端也需要由一个时钟确定每一位数据所对应的 时间长度。为了实现这一目的，通常串行接口 电路各有一个独立的时钟信号，发送器时钟和 接收器时钟。 收/发时钟频率与波特率之间的关系： 收/发时钟频率=波特率×波特因子 一般n取1, 16, 32和64等。对于异步通信，常 采用n=16；对于同步通信，则必须取n =1。
4、 RS-232C总线接口的常用接法
微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。 这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调 制解调器（Null Modem）连接
微机利用232C接口连接调制解调器，用于实 现通过电话线路的远距离通信
1）近距离通信的连接
微机A TxD RxD GND TxD RxD 微机B
异步通信的时钟定时方法
发送方利用发送时钟来决定发送每个位的时刻 接收方检测起始位的下降沿，并用它来同步接收时 钟，然后利用接收时钟从每一位的中间接收该位 接收/发送 时钟 数据 （62H）
0 0 1 0 0 0 1 1 0 0/1 1 1
LSB
异步传输先发送低位(LSB)
起始位
MSB
奇偶 校验位
停止位
示例
数据终端设备DTE——数据源和目的地
数据通信设备DCE——使数据符合线路要求
6、1、4 串行口的基本功能和硬件支持
1、异步串行通信接口
也称为通用异步接受器/发送器UART。
硬件由3部分组成：接收部分、发送部分和控 制部分
Leabharlann Baidu
2）错误校验
奇偶校验是最常用的一种校验数据传送错误的方法。 UART常设置3种出错标志： ①奇偶校验错：接收方式在进行奇偶校验时发现的错误，即 “1”的个数不符合规定，则为奇偶校验错； ②帧格式错：接收方在收到字符时发现字符格式不符合规定， 如缺少停止位，则说明帧格式出错。 ③溢出错：接收方在接收数据时，要将串行数据转换为并行 数据供CPU读取。若接收方已经接收了第二个字符，但CPU 还没有将前一个字符取走，于是出现数据丢失，这就是溢出 错。
9 8 7 6 5 4 3 2 1
①DB-25型，25脚，只用 9个信号（2个数据线，6 个控制线，1个地址）， 如图所示。
DCD GND DSR CTS RTS R XD T XD
20
18
14
DB-25型连接器
②DB-9型
9针，9针全用，如下图。
DCD R XD T XD DTR GND
1 2
6 7 8 9
第六章 串行通信接口
串行通信的基本概念 串行通信接口标准 INTEL 8251的功能及应用编程 微型计算机串行通信程序的编制
6、1 串行通信的基本概念
计算机的CPU与其外部设备之间常常要进行信息的 交换， 一台计算机与其他的计算机之间有时也要交 换信息。所有这些信息交换均可称为“通信”。 通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。 并行通信是指数据的各位同时进行传送的通信方式。 串行通信是指数据是一位一位地按顺序传送的通信 方式。
接 收 器
发 送 器
数据流
接 收 器
3、全双工传送方式 当数据的接收和发送分流，分别由两根不同的传输 线传送时，通信双方都能在同一刻时行发送和接收 数据
发 送 器
数据流
接 收 器
示例
6、1、3 串行通信的调制解调
调制（Modulating） 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调（Demodulating） 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件合制在一个装置
例1 某一串行接口电路的发送器时钟频率为19200Hz， 波特率因子的值为16，则发送波特率
Fd = Ftxc/Kt = 19200/16 = 1200（bps）
例2 要完成从A站到B站的串行数据通信，A站的发送器 时钟频率Ftxc为38400Hz，波特率因子为16；B站的接 收器电路规定波特率因子为64，则B站的接收器时钟频 率应为多少？ 根据A点的发送器电路规定，数据传输的波特率： Fd = Ftxc/Kt = 38400/16 = 2400 （bps）
1．2同步传送方式
同步传送是以许多字符或许多比特组织成的数据块 为传输单位，它是一种连续传送数据的方式。 在通信开始以后，发送端连续发送字符，接收端也 连续接收字符，直到一个数据块传送结束。同步传 送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和 停止位，仅在数据块开始时用同步字符SYNC来指示。
6、1、1．串行通信的分类
按照串行数据的同步方式，串行通信可分为异步传 送和同步传送两类。 同步通信是靠识别同步字符来实现数据的发送和接 收的，而异步通信是一种利用字符的再同步技术的 通信方式。
1．1 异步传送方式
异步传送的特点是数据在线路上的传送是不连续。 数据以一个字(或称字符)为单位来传送。异步传 送时，各个字符间可以是连续传送的．也可以是间 断传送的，这完全由发送方根据需要来决定。 异步传送时，同步时钟脉冲并不发送到接收方，即 双方各用自己的时钟源来控制发送和接收。 字符的发送是随机进行的，因此，对于接收方来说 就有一个判别何时有字符达到，何时是新的一 个 字符开始的问题。因此，在异步通信时，对字符必 须规定一定的格式。
DSR 6:数传机就绪 表明Modem处于可使用的状态 SG 7：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 DCD 8：数据载体检出 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号 时，该引脚向数据终端设备提供有效信号 DTR 20：数据终端就绪 数据终端可使用。 RI 22：振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该 引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效
波特率
波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数，其 单位是bps（位/秒），简称波特。波特率是衡量 串行通信数据速度快慢的一个技术指标。有时也用 “位周期”来表示传输速率，位周期是波特率的倒 数。 最常用的标准波特率是110、300、600、1200、 2400、4800、9600和19200bps。 并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节来表 示。 串行通信中，传输速率是以波特率来表示
6、2 串行通信接口标准
6.2.1 RS-232C接口标准 美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 1962年公布，1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D 设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据 通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层
1、RS-232C的电气特性
232C接口采用EIA电平 高电平为＋3V～＋15V 低电平为－3V～－15V 实际常用±12V或±15V
相互转换
标准TTL电平
高电平：＋2.4V～＋5V 低电平：0V～0.4V
1.机械特性
（1）连接器（Connector）常用二种：
13
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11
起止式异步通信数据格式 ①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位 （“1”）结束。 ②字符之间没有时间间隔要求 ③字符后一位校验位（可没有）
1 0 1 0 0 起始位 0 低 数据位 高 0 1 0 1 停 止 位 校验位 空 闲 位 1 0 0 0 1
2.特点：是一个字符一个字符传输
2 同步串行接口
组成
FIFO(先入先出缓冲器)：它是由多个寄存器组成的，因此发送时，cPu一次 可以将几个字符预先装入。接收时，允许cPu—次连续取出几个字符。 输出移位寄存器：它从发送FIFO取得并行数据，以发送时钟的速率串行发送 数据信息。 输入移位寄存器：它从串行输入线上以时钟分离器提取出来的时钟速率接收 串行数据流，每接收完—’个字符数据将其送往接收FIFO。 CRC发生器：它从发送数据流信息中获得CRC校验码。 CRC校验器：它从接收数据流信息中提取cRc校验码，并与接收到的校验码相 比较。 总线缓冲器：它是CPU与 FIFO(发送和接收)交换数据的双向缓冲器，用来传 送cPu对端口的控制信息和端口返回给cPu的状态信息。 时钟分离器和锁相环：用来从串行输入数据中提取时钟信号以保证接收时钟 与发送时钟的同频同相。
异步传输方式中的每个字符由4个部分组成：起始 位、数据位、奇偶校验位和停止位。一个字符由起 始位开始，停止位结束。 ①起始位：1位，低电平； ②数据位：5~8位，低位在前，高位在后； ③校验位：1位，对数据进行校验，奇校验和偶校 验； ④停止位：1~2位，高电平。 停止位后不定长度的高电平部分称为空闲位，多少 不限。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑1）， 这样就能保证起始位开始处一定有一个下降沿，指 出一个字符的开始。
6、1、2 串行通信的制式
按照数据流的方式可分为单工、半双工和全双工三种 基本传送方式 1、单工传送方式 在接收器和发送器之间只有一条传 输线，只能进行单一方向的传输
2、半双工传送方式 当使用同一根传输线既作输入 又作输出时，虽然数据可以在 两个方向上传送，但通信双方 不能同时进行收发数据
发 送 器
不使用联络信号的3线相连方式 为了交换信息，TxD和RxD应当交叉连接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不应检测CTS和DSR是否有效
2）具有MODEM设备的远距离通信
微机 MODEM MODEM 微机
2 3 4 5 6 7 8 20 22
DSR
3
4
RTS
CTS
5
RI
DB-9型连接器
2、主要引脚的功能
3、RS-232C标准信号线说明
“发送”和“接收”都 TxD 2：发送数据 是站在DTE立场上 串行数据的发送端 RxD 3：接收数据 串行数据的接收端 RTS 4：请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信 号，用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS 5：清除发送（允许发送） 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据 时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据 发送的联络信号
收发双方应该使用相同的波特率，接收器时钟频率应为：
Frxc = Fd × Kr = 2400×64 = 153600 （Hz）
异步通信中，收发双方的约定
在异步通信中。收发双方必须事先约定两件事： 一是规定字符格式 即规定字符各部分所占的位数，是否采用奇偶校验，以 及校验的方式(偶校验还是奇校验)。 二是规定所采用的波特率以及时钟频率和波特率间的 比例关系。 异步传送由于不传送同步时钟脉冲，所以设备比较 简单，实现起来方便。它还可根据需要连续地或有间 隙地传送数据，对各字符间的间隙长度没有限制。 缺点：是在数据字符串中要加上起同步作用的起始位 和停让位，降低了有效数据位的传送速率，仅适合于 低速通信的场合。
2. 同步通信
以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2 个同步字符，最后以校验字符结束 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比 较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议HDLC
~ ~
同步字符
数据
数据 ~ ~
数据
校验字符
同步通信可以分为单同步字符方式和双同步字符方式。 同步字符可以由用户约定，当然也可以采用用ASCII码 中规定的SYN代码，即16H。 按同步方式通信时，在发送时要插入同步字符，接收方 检测到同步字符时，即准备开始接收，因此，在硬件设 备上需要有插入同步字符和相应的检测手段，设备较复 杂。 在同步传送时，无论接收或发送，都要求统一时钟．即 时钟频率和波特率一致。为了保证接收正确无误，发送 方除了传送数据外，还要把时钟信号同时传送出去。 同步传送的优点是传送速率较高，可达56K波特或更高。
假如每传送一个8位字符，共有12位格式（其中有1 个起始位，8个数据位，1个校验位，2个停止位）， 如果波特率是1200bps。 则每秒钟传送的字符数是1200/12=100个。
波特率和时钟频率
在串行通信时，接口电路的发送端需要用一个 时钟来决定每一位对应的时间长度，同样接收 端也需要由一个时钟确定每一位数据所对应的 时间长度。为了实现这一目的，通常串行接口 电路各有一个独立的时钟信号，发送器时钟和 接收器时钟。 收/发时钟频率与波特率之间的关系： 收/发时钟频率=波特率×波特因子 一般n取1, 16, 32和64等。对于异步通信，常 采用n=16；对于同步通信，则必须取n =1。
4、 RS-232C总线接口的常用接法
微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。 这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调 制解调器（Null Modem）连接
微机利用232C接口连接调制解调器，用于实 现通过电话线路的远距离通信
1）近距离通信的连接
微机A TxD RxD GND TxD RxD 微机B
异步通信的时钟定时方法
发送方利用发送时钟来决定发送每个位的时刻 接收方检测起始位的下降沿，并用它来同步接收时 钟，然后利用接收时钟从每一位的中间接收该位 接收/发送 时钟 数据 （62H）
0 0 1 0 0 0 1 1 0 0/1 1 1
LSB
异步传输先发送低位(LSB)
起始位
MSB
奇偶 校验位
停止位
示例
数据终端设备DTE——数据源和目的地
数据通信设备DCE——使数据符合线路要求
6、1、4 串行口的基本功能和硬件支持
1、异步串行通信接口
也称为通用异步接受器/发送器UART。
硬件由3部分组成：接收部分、发送部分和控 制部分
Leabharlann Baidu
2）错误校验
奇偶校验是最常用的一种校验数据传送错误的方法。 UART常设置3种出错标志： ①奇偶校验错：接收方式在进行奇偶校验时发现的错误，即 “1”的个数不符合规定，则为奇偶校验错； ②帧格式错：接收方在收到字符时发现字符格式不符合规定， 如缺少停止位，则说明帧格式出错。 ③溢出错：接收方在接收数据时，要将串行数据转换为并行 数据供CPU读取。若接收方已经接收了第二个字符，但CPU 还没有将前一个字符取走，于是出现数据丢失，这就是溢出 错。
9 8 7 6 5 4 3 2 1
①DB-25型，25脚，只用 9个信号（2个数据线，6 个控制线，1个地址）， 如图所示。
DCD GND DSR CTS RTS R XD T XD
20
18
14
DB-25型连接器
②DB-9型
9针，9针全用，如下图。
DCD R XD T XD DTR GND
1 2
6 7 8 9
第六章 串行通信接口
串行通信的基本概念 串行通信接口标准 INTEL 8251的功能及应用编程 微型计算机串行通信程序的编制
6、1 串行通信的基本概念
计算机的CPU与其外部设备之间常常要进行信息的 交换， 一台计算机与其他的计算机之间有时也要交 换信息。所有这些信息交换均可称为“通信”。 通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。 并行通信是指数据的各位同时进行传送的通信方式。 串行通信是指数据是一位一位地按顺序传送的通信 方式。