串行接口及应用

• 在通信产品中有一个标准波特率系列，即最常用的波特率，标准波特 率系列为110、300、600、1 200、1 800、2 400、4 800、9 600、 19 200、38 400、57 600、115 200。波特率提高后，数据传输的速 度加快，但是信号传输的距离则相应地缩短。
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• 在串行异步通信格式中，可以灵活设定一些参数。例如，一个字符的 数据位个数、是否有奇偶校验位、停止位的个数等。通信双方必须采 用同样的格式，否则就会发生传输错误。除此之外，双方还必须约定 采取相同的数据传输速率，即波特率。
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8.1 串行接口及应用
• （2）波特率与比特率 • 在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输
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8.1 串行接口及应用
• 全双工方式下，通信双方均具有发送器和接收器，并且通信双方有两 根传输线连接，分别承担两个方向的数据传送，发送数据和接收数据 可以同时进行。全双工设备如电话机，通信双方同时进行发送和接收。
• 2. 异步串行通信协议 • （1）串行异步信息帧的格式 • 串行异步通信信息帧的格式如图8 -3 所示。信息帧包括起始位、数据
பைடு நூலகம்
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• （3）时钟误差 • 串行异步通信的发送方和接收方没有一个统一的时钟信号，发送方和
接收方的时钟频率可能存在一定的误差。只要双方的时钟的误差范围 不超过一定的限度，双方仍然可以正确地通信。异步通信是按字符传 输的，通信格式中包含了起始位和停止位，每传送一个字符，就用起 始位来通知收方，以此来重新核对收发双方同步，同时，由于采样时 钟的频率远远高于波特率，因此，在一定的时钟误差范围内，仍然能 够可靠地传输数据。 • 假设时钟频率为fc，而波特率为fd。fc 往往是fd 的整数倍，即
• 1. 数据传送方式
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• 在串行通信中，数据的发送和接收要通过通信通路，这个通信通路就 是传输线。根据通信通路的不同连接方式，可以将串行通信分成单工 、半双工和全双工3 种，如图8 -2 所示。在单工方式下，只使用一根 传输线，数据传输是单向的，传输一方有发送器，另一方只有接收器 ，只允许从A 传送到B。单工方式如无线电广播、电台等，只管发送 信号，收音机只管接收信号。半双工方式也只有一根传输线，通信双 方都具有发送器和接收器，数据传输可以双向，但是每个时刻只能进 行一个方向的传输。半双工设备如对讲机，数据可以分时地从A传送 到B，或者从B 传送到A，但不能同时进行。
位、奇偶校验位和停止位。一个信息帧中只能包含一个字符，每个字 符的数据位可以是5～8 个二进制位。在发送字符的数据位之前，首 先要传送一位起始位，起始位总是逻辑“0”。
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• 在一帧信息传送之前，传输线在逻辑上处于“1”状态，其状态一旦 由1 跳变为0，表示一帧信息的开始。5～8 位的数据位是从低到高顺 序排列的，先传送字符的最低位。在数据位的后面，有一个可选的奇 偶校验位，校验位可有可无。最后是停止位，停止位总是逻辑“1” ，停止位可以是1 个、1.5个或2 个。起始位表示一个信息帧的开始， 而停止位表示它的结束。每一帧字符是用起始位和停止位同步的。
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• 8.1.1 串行通信概述
• 在串行通信中，信息在一个方向上传输只占用一根通信线，这根线既 作数据线，又作联络线，也就是说，在一根传输线上既传送数据信息 ，又传送联络控制信息。因此，串行通信的双方必须遵循一致的约定 （协议），根据约定能识别出在一根线上串行传送的信息流中，哪一 部分是联络信号，哪一部分是数据信号。串行通信的信息格式分为异 步和同步信息格式两类，即异步通信和同步通信。
的二进制代码的有效位（bit）数来表示，其单位为每秒比特数（bit per second，b/s）、每秒千比特数（Kb/s）或每秒兆比特数（ Mb/s）来表示（此处K 和M 分别为1 000 和1 000 000，而不是涉及 计算机存储器容量时的210 和220）。 • 波特率指每秒传输的符号数，指数据信号对载波的调制速率，它用单 位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特（Baud）。 • 波特率与比特率的关系为：比特率 = 波特率 × 单个调制状态对应的 二进制位数。
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• 根据公式可知两相调制（单个调制状态对应1 个二进制位）的比特率 等于波特率；四相调制（单个调制状态对应2 个二进制位）的比特率 为波特率的两倍；八相调制（单个调制状态对应3 个二进制位）的比 特率为波特率的三倍；依此类推。在计算机通信中采用两相调制，每 个符号所含的信息为1 位，因此常将比特率称为波特率，即1Baud= 1 b/s，本书不加区分。
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• 在图8 -4 中，波特率因子等于16。在进行通信时，接收端以频率为fc 的时钟为基准，不断采样传输线状态，在检测到其逻辑电平由1 到0 跳变以后，连续采样传输信号，当采样到8 个低电平以后，继续对输 入信号再次采样，如仍为低电平，便确认这就是起始位，而不是干扰 信号。此后，接收端每隔16 个时钟脉冲对输入信号采样一次，确定 信息位的状态，获取各个数据位、校验位及停止位。采样到规定数目 的停止位以后，表示当前帧结束。然后，接收端继续监视输入信号的 下一次跳变（由1 到0），重新开始采样新一帧数据。
第8 章 接口技术
• 8.1 串行接口及应用 • 8.2 定时与计数技术 • 8.3 红外 • 8.4 Wi − Fi
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• 串行通信是计算机系统中常用的通信机制之一。使用串行通信的计算 机或外设，都需要使用串行通信接口。通过串行接口，数据发送方将 并行数据转换成按照二进制数据位排列的串行形式的数据送到传输线 上。数据接收方的串行接口接收到这些二进制位后，再将它们转换成 字节形式的并行数据。值得注意的是，串行接口和并行接口的定义指 的是接口和外设侧的数据传送，接口和外设之间串行传输叫作串行接 口，接口和外设之间并行传输叫作并行接口，接口和CPU 侧的数据 传送总是并行的。串行接口如图8 -1 所示。