第八章 串行通信接口

并行传输与串行传输
并行传输： 数据代码的每一位各占一条传输线，在两个数据部 件之间一次并行传输n位数据。适合近距离高速传输。 例：计算机内CPU与主存之间的数据传输。 串行传输 ：
数据代码的所有位顺序串行排列成数据流，在一条 线缆上逐位传输。适宜远距离数据传输 例：①通信网中服务器与站点之间及各站点间的数 据传输。 ② 键盘到主机键盘接口电路的按键扫描码传送、 ③USB接口
0110000111
2．面向字符的同步协议
特点：
① 一次传送由若干个字符组成的数据块， ② 规定了10个特殊字符作为这个数据块的开 头与结束标志以及整个传输过程的控制信 息，它们也叫做通信控制字。 最有代表性的面向字符的协议： IBM公司的二进制同步通信协议（BSC）
面向字符同步协议的帧格式
SYN：同步字符（Synchrunous Character），表示一 帧的开始 SOH：序始字符（Start OF Header），表示标题的开 始。 标题：包括源地址、目标地址和路由指示等信息。
8.1.1 串行通信的特点
串行通信特点：
① 信息在一个方向上传输，只占用一根通信 线，因此在这根传输线上既传送数据信息 又传送联络控制信息；
② 信息格式有固定的要求；
③ 需要进行逻辑电平转换。
8.1.2 数据通信方式
串行通信中，数据通常是在两个站（如终 端和微机）之间进行传送，按照同一时刻 数据流的方向可分成三种基本传送模式
8.1.7 串行接口的基本结构 和基本功能
基本功能：
1、实现串行与并行数据之间的相互变换 2、根据串行通信协议完成串行数据的格式化 3、具有出错检测电路
1．异步串行通信接口
异步通信接口基本结构图
发送移位寄存器及发送控制逻辑：发送数据 寄存器的数据并行送入发送移位寄存器， 然后在发送时钟控制下，将装配好的数据 逐位发送出去。 接收移位寄存器及接收控制逻辑：在接收时 钟控制下，将串行数据输入线上的串行数 据逐位接收并移入接收移位寄存器。当移 位寄存器接收到规定的数据位后，将数据 并行送往接收数据寄存器。
8.2.1 EIA-RS-232C接口标准
RS-232C标准（协议） 是美国EIA（电子工业协会）于1969年公布的 通信协议。 适合数据传输速率0~20000bit/s范围内的通信。
1．电气特性
(1)电平规定 数据发送TxD和数据接收RxD的信号电平： 逻辑1（MARK）= -3 ～ -15V，典型值为-12V； 逻辑0（SPACE）= +3 ～ +15V，典型值为+12V。 RTS、CTS、DTR和DCD控制和状态信号电平： 信号有效（接通，ON状态）= +3 ～ +15V，典型
2．同步串行通信的接口Fra bibliotek同步通信端口基本结构图
FIFO（先进先出缓冲器）：它是由多个寄存器组成， 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一次连续取出几个字符。 发送FIFO：它接收CPU数据总线送来的并行数据。 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。 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。
面向比特同步协议的帧格式
标志字符: 01111110 地址场(A): 与之通信的次站的地址 控制场(C): 可规定若干个命令
注： SDLC规定A场和C场的宽度为8位或16 位。接收方必须检查每个地址字节的第一 位，如果为“0”，则后边跟着另一个地址字 节；若为“1”，则该字节就是最后一个地址 字节。同样，如果控制场第一个字节的第 一位为“0”，则还有第二个控制场字节，否 则就只有一个字节。
2．循环冗余码校验CRC
CRC码:
又称(n,k)循环码，此编码共n位，前k位为数 据位，后(n-k)=r位为冗余位，冗余位是原数据代 码模2除某个r位二进制数得到的余数。 CRC校验过程 将发送帧看成是一长串的二进制位流，在发 送的同时连续模2除一个二进制数（即生成多项 式），数据位发送完毕再接着发送模2相除所得到 的余数；接收方将接收到的二进制位流（包括余 数）模2相除同一个生成多项式，若能除尽则认为 传输无误，若除不尽肯定出错。
值:+12V； 信号无效（断开，OFF状态 = -3 ～ -15V，典型 值:-12V。
1．电气特性
(2)电平转换
必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进 行电平和逻辑关系的转换。
1．电气特性
(3)传输距离及通信速率
转义字符DLE
数据透明: 将特定字符作为普通数据处理的能力 实现方法： 协议中设置转义字符DLE（Data Link Escape 注： DLE本身也是特定字符，当它出现在数据 块中时，也要在它前面再加上另一个DLE。 这种方法叫字符填充。
3．面向比特的同步协议
特点： ① 所传输的一帧数据可以是任意位； ② 靠约定的位组合模式标志帧的开始和结束。 最有代表性的面向比特的协议：
面向比特同步协议的帧格式
信息场（I）:要传送的数据
校验场（FC）:16位循环冗余校验码CRC。其 生成多项式为CCITT多项式X16+X12+X5+1。 除了标志场和自动插入的“0”位外，所有的 信息都参加CRC计算。
“0”位插入和删除技术
“0”位插入和删除技术：
为了把信息场中同标志字节相同的字符与标 志区分开。 具体作法： 发送端在发送所有信息（除标志字节外）时， 只要遇到连续5个“1”，就自动插入一个“0”；当 接收端在接收数据时（除标志字节外），如果连 续接收到5个“1”，就自动将其后的一个“0”删除， 以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删 除过程是由硬件自动完成的。
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 一个字符数据将其送往接收FIFO。 接收FIFO：接收输入移位寄存器送来的并行输入数 据，CPU从它取走接收数据。 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，用来传递CPU端口的控制信 息、字符数据和向CPU提供状态信息。 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。
发送/接收时钟频率与波特率的关系：
发/接时钟频率 =N * 发/收波特
例：
N=16，传输速度为1200波特，则 发送/接收时钟频率 = 19.2KHZ
8.1.6 信号的调制与解调
调制: 将二进制信号变换成适合电话网传输的模拟信 号 解调: 将在电话网上传输的音频模拟信号进行还原 成原来的数字信号
调制解调器按照调制技术分为： ① 振幅键控（ASK） ② 频移键控（FSK） ③ 相移键控（PSK）
第8章 串行通信接口
本章目录：
8.1 串行通信的基本概念
8.2 串行接口标准
8.3 异步通信接口 8.4 通信接口的BIOS调用及DOS调用 习题与思考题
8.1 串行通信的基本概念
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6 8.1.7 串行通信的特点 数据通信方式 串行通信方式 信息的校验方式 传输速率与传送距离 信号的调制与解调 串行接口的基本结构和基本功能
在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿） 作用下将移位寄存器中的数据按位串行移位输出， 数据位的时间间隔取决于发送时钟周期。 在接收数据时，接收器在接收时钟（上升沿） 作用下对接收数据位采样，并按位串行移入接收 移位寄存器，最后装配成并行数据。
波特率系数：
时钟个数N,异步通信时N可取值1、16、32、64 等。同步通信时N只能取1
面向字符同步协议的帧格式
STX：文始字符（Start Of Text）,标志着传送正文的 开始。 ETB：组终字符（End of Trandmission Block）,用于 每个分数据块后面 ETX：文终字符（End of Text） ，用于最后一个分 数据块后面。 校验码：对从SOH开始直到ETX（或ETB）字段进行 校验，校验方式可以是奇偶校验或CRC校验。
8.1.4 信息的校验方式
检错：
发现传输中的错误。
纠错：
发现错误之后，如何消除错误。
常用的校验方式：
奇偶校验；
循环冗余（CRC）校验。
1．奇偶校验（Parity check）
发送时，在每个字符的数据最高有效位之后 都附加一个奇偶校验位，这个校验位可为“1”或 为“0”，以便保证整个字符（包括校验位）中“1” 的个数为偶数（偶校验）或为奇数（奇校验）。 接收时，接收方采用与发送方相同的通信格式， 使用同样的奇偶校验，对接收到的每个字符进行 校验。
8.1.3 串行通信方式
根据时钟控制方式可分为:
异步通信方式
通信的发送设备与接收设备使用各自的时钟 控制工作，要求双方的时钟尽量一致，但接收端 的时钟完全独立于发送端，由自己内部的时钟发 生器产生，所以实际频率总是有差异的。
同步通信方式
通信的双方使用同一个时钟控制数据的发送 和接收，发送端与接收端的时钟必须严格一致。
串行通信协议
通信协议: 通信双方的一种约定。约定中包括对数 据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、 纠错方式以及控制字符定义等问题作出统 一规定，通信双方必须共同遵守。因此， 也叫做通信控制规程，或称传输控制规程
串行通信协议分类
异步协议
通信协议
面向字符 同步协议
面向比特
1．起止式异步协议
特点:
① 按字符传输；
② 靠起始位和停止位来实现字符的界定或同 步； ③ 字符之间没有固定的时间间隔要求；
④ 可靠性高；
⑤ 附加位，降低了传输效率。
异步传输模式的字符格式
1位起始位，5～8位数据 1位校验位（可无） 1位、1.5位或2位的停止位