微机第12章串行通信和串行接口

12.1.3 RS-232C标准 RS-232C是目前广泛应用于计算机通信的一种串行通信标 准。目前常用的串行通信标准有RS-232C、RS-422、RS-485等 等，但它们的基础是RS-232C。RS-232C标准对串行通信接口各 信号线的功能、电气特性等都有明确的规定，它适用于数据传 输率比较低（低于20000bit/s)的通信。RS-232C标准的主要特点 如下： 1）RS-232C具有25条不同功能的信号线，并对其中的20条作了 定义；计算机通信只使用其中的9条。 2） RS-232C支持全双工方式。 3） RS-232C支持标准的数据传输率：50, 75, 110、150, 300、 600, 1200、2400、4800, 19200bit/s 。 4) RS-232C采用负逻辑，以负电平（-3～-25V）作逻辑“1” 以正电平（+3V～＋25V）作逻辑“0"，提高了信号的抗干扰 能力。 5) RS-232C支持近距离（15m）通信，当远程通信时支持 Modem。
1)起始一停止位。起始位和停止位作用是同步。起始位，1位， 低电平有效。当信息传输线由空闲（高电平）变为低电平，而 且低电平维持时间大于1/2位时，才被确认为起始位而不是干扰 信号。接收方接收到起始信号后准备接收。停止位可选择1位、 1.5位和2位，通常使用1位，高电平有效。停止位标志一个字符 传送结束，同样也是1帧的结束。 2)数据位。数据位又称信息位。传送的字符使用不同的编码 方法时，其数据位不同，如5、6, 7, 8位；通常采用ASCII码，其 数据位为7位。数据位接在起始位后面，依次按D0、D1、D2、 D3、D4、D5、D6进行传送。 3）校验位。校验位是数据位的奇偶校验码，1位。发送时由 数据位形成奇偶校验码作为校验位；接收时将接收到的数据形 成校验码，并与接收到的校验位进行比较，称之为奇偶校验。
【学习指导】学习本章要注意几点： ①从串行通信的基本知识入手学习串行接口； ②要注意和82C55A进行比较； ③本章难点在双机通信工作原理：假设A机发送B机接收，A机 8251A和A机CPU之间用发送中断，B机8251A和B机CPU之间用 接收中断，掌握A机和B机之间通信； ④若8251A的TXC和RxC由82C54提供，发送中断和接收中断都 通过82C59进行，则建立了CPU-8251A-82C54-82C59A之间的系 统联系。
12.1串行通信 计算机与计算机之间、计算机与外部设备之间的数据传 送统称为数据通信。 通信方式主要分为两类：并行通信和串行通信。与并行通 信比较，串行通信有以下几个不同的特点： 1)串行通信是在1条传输线上将n位信息进行分时（串行）传 送。设n=8，串行通信是将8位信息分成8次，每次传送1位信 息。 2)串行通信时，通信的双方都必须使用串行接口电路连接。 3)由于主机内部用并行传送，串行通信时用串行传送，因此 串行接口需要进行数据类型转换，即并一串数据转换。 4)由于串行接口使用TTL电平，若串行传送使用RS-232C电平， 两者之间需要进行逻辑电平转换。 5)在远距离串行通信时，为了防止干扰，需要外加Modem， 也就是说需要进行数字和模拟转换，用模拟信号进行通信，用 数字信号进行处理。 6)串行通信容易出错，因此需要进行出错控制。
12.1.1串行通信基础 1.串行通信规程 随着计算机网络技术和计算机通信的不断发展，为了正确进 行串行通信，于是制定出一些规定和程式，其实就是标准，称 之为数据通信控制规程，在计算机网络中称之为协议。 规程的内容大致有以下几点： 1)信息编码，串行传输使用何种字符编码，传送双方应该相 同。 2)同步方式，传送双方采用什么方式进行同步，传送双方应 该相同。 3)信息格式，传送双方应该选用相同的信息格式。 4）波特率，传送双方应该选用相同的波特率。 5)同步字符，若采用同步传送，采用什么同步字符，传送双 方应该相同。 6)校验码，采用何种校验码，传送双方应该相同。
6.数据传输率 （1)波特率 所谓数据传输率是指串行通信时每秒所能传输的字符数，即 字符／秒。若以字符的位为单位，则每秒所能传输的（二进制 位的）位数，称为波特率，其单位即 位／秒，简写为bit/s。 例如，当异步串行通信的数据传输率为120字符／秒时，其波特 率为1200bit/s。（其实这是在满足一定条件的情况下才可以这 么说的。） 在串行通信中，要采用标准的波特率系列，如110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200bit/s等。 位时间用Tb表示，即传送一个二进制位（位字符）所需要的 时间，它是波特率的倒数。假设异步串行通信使用1200bit/s， 则Tb=I(秒）=1200（位／秒）=0. 833ms。在信息格式中，一位 须用0. 833 ms时间传送。
串行通信中常见的三种错误
1)奇偶校验出错。在接收方接收到数据时，要进行读出校 验，统计信息位中“1”的个数是偶数还是奇数，再与奇偶校 验位进行比较，若两者不符即说明奇偶校验出错。
2)溢出错误。又称为超越错误或覆盖错误。当发送方的传 输速率大于接收方传输速率时会造成数据覆盖，即数据丢失。 这通常是由收发双方的波特率不匹配而引起的。 3）帧格式出错。当接收方收到的信息与约定的信息格式不 符从而引起错误。这种错误大多是由于双方信息格式不一致 造成的。
(2)发送／接收时钟 在串行通信传送过程中，信息的发送／接收是在专门的发送 ／接收时钟控制下进行的。因此，发送／接收时钟的作用是用 来控制数据的发送和接收。发送时，发送器在发送时钟TxC的控 制下，将发送移位寄存器的数据按位串行移位输出，即完成并-串转换，送到通信线（TxD）上。接收时，接收器在接收时钟脉 冲RxC的控制下，对来自通信线（RxD）上的串行数据，按位串 行输人至接收移位寄存器，即完成串--并转换。此时，发送／接 收时钟脉冲起移位脉冲的作用。 (3）波特率因子 发送／接收时钟的频率，一般都设置为波特率的整数倍，如1, 16, 32, 64倍。这个波特率的倍数叫做波特率因子（Factor)，或波 特率系数。三者之间的关系如下： 发送／接收时钟频率（F）=波特率x波特率因子 或写成： 波特率因子=发送／接收时钟频率（F）÷ 波特率
(2）同步通信信息格式 同步通信控制规程可分为两类：面向字符型和面向位型 （或称面向比特型），因此同步通信信息格式也分为两类。
1)面向字符型信息格式。面向字符型信息格式有三种：单同步、 双同步和外同步。双同步通信信息格式是由2个字节同步字符、 数据块、2个字节循环冗余校验码（CRC）组成。同步字符由通 信双方约定，用来进行同步。数据块由一组被传送的字符组成， 它含有若干字节，如256B, 512B, 1024B, 2048B等。循环冗余校验 码用来对传送的数据块进行循环冗余校验，目的是检错和纠错。 单同步通信信息格式与双同步相比，只是减少了1个字节的同步 字符。外同步通信信息格式与双同步相比，没有了同步字符， 但是增加了外同步信号。 2）面向位型信息格式。面向位型控制规程的概念是IBM公司 最先提出的，其代表性的规程是SDLC和HDLC, SDLC/HDLC信 息格式是双同步的发展。SDLC/HDLC一帧信息是由若干场 (Field)组成的，标志字符也称标志场。地址场用来规定与之通信 的次站的地址，又称为A场。控制场又称为C场，C场可规定若 干命令。I场是信息场。详细内容请参看网络通信的相关书籍。
2．串行通信分类 串行通信中的双方通常是两台计算机，而且各自独立工作， 因此最重要问题就是双方同步问题。所谓同步也就是接收方 （B方）用来判断发送方（A方）数据何时开始传送，如何接 收数据，何时结束传送等，以使接收方和发送方同步工作。
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按解决同步问题的方案不同，可将串行通信进行下述分类。 （1)同步通信 当通信的双方用共同的同步字符或者同步脉冲进行同步，称 为同步通信。按同步脉冲进行同步称为外同步，因为同步脉冲 是从外部加给接口。按同步字符进行同步称为内同步，因为同 步字符在信息格式内部。 在信息格式中只使用一个字节作为同步字符，称为单同步； 当使用两个字节作为同步字符，称为双同步。HDLC和SDLC是 双同步的进一步发展，它用一个同步字符作为 开始标志，用另一个同步字符作为结束标志，称为标志域；另 外又增加了地址域和控制域等。 同步通信是以数据块（字符块）为单位传输的，每个数据 块可以是256B一2KB或更大，并按照同步信息格式形成一帧数 据，再将一帧作为一个整体进行发送与接收。同步通信方式在 传送时，字符与字符之间的传输是同步的。（传送每一个字符 所用的时间是完全相同的。）
12.1 ．2串行通信工作方式 在串行通信中，数据通常是在A和B双方之间进行信息传送， 一方称之为发送方，一方称之为接收方。按照信息传送的方 式可分成三种基本的传送方式（制式）：全双工、半双工和 单工方式。如图12-3所示。这三种方式虽然有很多不同，但是 数据发送和接收的基本原理是相同的。
1．单工方式 单工方式即单向工作方式。通信时双方只能进行一个方向 的传输。当A为发送方时，B只能为接收方，或者相反。单工 方式的优点是线路简单，由图12-3a可见只有一条数据传输线。 这是一种单向单线方式。 2. 全双工方式 通信双方都能同时时行双向工作,即能同时实现A方发送-B方 接收, B方发送A方接收。由图12-3C可见，这需要二条的数据 线。这是一种双向双线方式。 3. 半双工方式介于单工方式和全双工方式之间，这是一种双向 单线方式。半双工只设置一条数据传输线，可看成是分时双 工方式，即双方都可发送／接收，但不能在同一时刻发送／ 接收。当A方用于发送时，就不能接收；而用于接收时，就 不能发送，如图12-3b所示。在半双工通信过程中，需要进行 接收／发送方向的切换。 目前，数字寻呼系统采用单工方式，计算机通信采用双工方 式，主-从数字系统采用半双工方式。
4．串行通信校验码 在串行通信中，由于是长距离传送，又由于外界电磁干 扰，系统本身的硬件、软件故障等，传送的信息会出现错误， 其出错的概率远大于内存出错的概率。因此要求串行通信进 行差错控制，或者说要能检错和纠错。 在计算机应用中，常用的校验方法有奇偶校验、交叉奇 偶校验、海明码校验、循环冗余码校验(CRC)等。在串行通信 中，异步串行通信常用奇偶校验；同步串行通信常用循环冗 余码校验。 异步串行通信过程中常见的错误有奇偶校验出错、溢出 错误和帧格式出错。这些出错状态标志存放在接口电路的状 态寄存器中，以供CPU进行分析和处理。
目前采用的串行通信规程分为两类：异步通信控制规程 和同步通信控制规程。 同步通信控制规程又分为两类： 一类称为面向字符型（character- oriented）规程； 另一类是面向位型（bit- oriented)规程，其中常用的是高 级数据链路通信（HDLG)规程和同步数据链路通信（SDLC） 规程。
(2)异步通信 当通信的双方既没有共同的同步字符，也没有使用同步脉冲 进行同步，而是用起始一停止信号实现同步的称为异步通信。 异步通信是以字符为单位传输的，每个字符通常用ASCII 码，按照异步信息格式形成一帧数据，以后作为一个整体进行 发送与接收。异步通信方式在传送时，字符与字符之间传送没 有严格的定时要求。 异步通信方式的传输速率低，传输设备简单；同步通信方 式的传输速率高，传输设备复杂，技术要求高。因此，异步串 行通信一般应用于传送数据不连续、数据量较小和数据传输速 率较低的情况；同步串行通信则应用于要求快速、连续、大量 传送数据的情况。 3．串行通信编码 在串行通信时，传送的字符都是以编码形式出现的，常用的 编码有两种：EBCDIC，即扩展的BCD码，是8位编码；ASCII 码，即美国标准信息交换码，是7位编码。
第12章 串行通信和串行接口
【内容提要】本章主要讲两个问题。一个是串行通信的基本 知识，它包括几个方面： ①串行通信的特点、规程、异步和同步、信息格式等； ②串行通信工作方式； ③ RS- 232 C标准；（美国电子工业协会EIA制定的远程通信标 准） ④Modem。 另一个是串行接口8251A，要求： ①从硬件角度掌握8251A组成和工作原理，掌握发送器和接收 器的工作过程； ②从编程角度掌握8251A控制字及其初始化； ③掌握双机通信的工作过程。 这些内容都是重点。
5.申行通信信息格式 （1)异步通信信息格式 信息格式又称数据格式或字符格式。异步通信每次传输一个 字符，通常字符用ASCII码，采用1位奇偶校验位。在每个字符 的前面加1位起始位，后面加1位（或加1.5位、或是2位）停止 位，这样就形成了一个完整的字符帧格式。一般情况，一帧包 含10个字符位。在异步通信时，当传送字符时即传送1帧信息 格式；不传送时称为空闲，用高电平（逻辑1)表示。异步通信 信息格式如图12-1所示。