串口通信技术
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计算机测控系统
—— 串行通信
李江全
石河子大学机电学院电气工程系 2008年12月
串行通信的基本概念
数据通信
终端与其他设备(例如其他终端、计算机和外部设备)通 过数据传输进行通信。
在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上 的电流或电压变化实现的。
数据可以通过两种方式进行传输：并行传输和串行传输。
半双工通信中每端需有一个收／发切换电子开关，通过切换来决定数据 向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟。信息传输效率低 些。但是对于像打印机这样单方向传输的外围设备，只用此半双工方式 就能满足要求了，不必采用全双工方式，可省一根传输线。
全双工形式
CPU通过串行接口和外围设备相接。串行接口和外围设备间除公共 地线外，有二根数据传输线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算 机可同时发送和接收数据，这种串行传送方式就称为全双工方式。
与并行通信相比，串行通信的优势
• 传输距离长，可达到数千公里
• 长距离内串行数据传送速率会比并行数据传 送速率快，串行通信的通信时钟频率较并行 通信容易提高。
• 抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰 完全可以忽略。
• 费用低。
常见的串行接口有符合IEEE国际电气化标 准的RS-422、RS-485、RS-232 C等；
半双工形式
CPU通过串行接口和外围设备相接。二者之间除公共地线外， 只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送，这称 半双工方式。
半双工(Half-duplex)通信使用同一根传输线，既可发送数据又 可接收数据，但不能同时发送和接收。在任何时刻只能由其中 的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工形式既可以使 用一条数据线，也可以使用两条数据线。
全双工(Full—duplex)数据分别由两根可以在两个不同 的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能 在同一时刻进行发送和接收操作。
在全双工方式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传送线， 可在交互式应用和远程监控系统中使用。信息传输效率较高。
串行通信的传输方式
异步传输与同步传输
为了保证接收端能够正确地区分数据流中的每个数据 位，收发双方必须通过某种方法建立起同步的时钟。 可以在发送器和接收器之间提供一条独立的时钟线路， 由线路的一端（发送器或者接收器）定期地在每个比 特时间中向线路发送一个短脉冲信号，另一端则将这 些有规律的脉冲作为时钟。
断续的串行数据传送是指在一帧结束之后维持数 据线的“空闲”状态，新的起始位可在任何时刻 开始。一旦传送开始，组成这个字符的各个数据 位将被连续发送，并且每个数据位持续的时间是 相等的。接收端根据这个特点与数据发送端保持 同步，从而正确地恢复数据。收/发双方则以预 先约定的传输速率，在时钟的作用下，传送这个 字符中的每一位。
在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各 位间同步。
异步通信方式的“异步”主要体现在字符 与字符之间通信没有严格的定时要求。然而， 一旦传送开始，收/发双方则以预先约定的传 输速率，在时钟的作用下，传送这个字符中的 每一位。
2）同步传输
在同步传输方式中，比特块以稳定的比特流 的形式传输，数据被封装成更大的传输单位， 称为帧。每个帧中含有多个字符代码，而且 字符代码与字符代码之间没有间隙以及起始 位和停止位。和异步传输相比，数据传输单 位的加长容易引起时钟漂移。
并行通信
在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上的电流 或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时 被传送，这种传输被称为并行通信。 具有8条通道的并行传输工作情况如图所示。
采用并行方式传送二进制信息时，每个数 据位都需要一条单独的传输线。信息由多 少个二进制位组成，机器就需要有多少条 传输线，从而让二进制信息(0或1)在不同 的线上同时进行传送。
并行数据传送的特点是：
各数据位同时传送，传送速度快、效率高，多用在实时、 快速的场合。并行传送的数据宽度可以是1位一128位，甚 至更宽。但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传 送的成本高。在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部 件之间、同一机箱内各插件板之间的数据传送都是并行的。 并行数据传送的距离通常小于30m。
发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接 收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。
串行数据传送的特点是：
数据传送按位顺序进行，最少只需要一根传输线即可完 成，节省传输线。与并行通信相比，串行通信还有较为 显著的优点：传输距离长，可达到数千公里；在长距离 内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快；串行通 信的通信时钟频率容易提高；串行通信的抗干扰能力十 分强，其信号间的互相干扰完全可以忽略。但是串行通 信传送速度比并行通信传送速度慢，并行通信时间为T， 则串行时间为nT。
在IBM PC系列的计算机中使用的是符合 RS-232C串行传输协议的RS-232C串行接口。
串行通信的工作模式
单工形式
单工(Simplex)形式的数据传送是单向的。通信双方中， 一方固定为发送端，另一方则固定为接收端。信息只能沿一 个方向传送，使用一根传输线。如图所示。
单工形式一般用在只向一个方向传送数 据的场合。例如计算机与打印机之间的通信 是单工形式，因为只有计算机向打印机传送 数据，而没有相反的数据传送。还有在某些 通信信道中，如单工无线发送等。
1）异步传输
异步传输方式中，字符是数据传输单位。在通信的数 据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。异步通 信方式的“异步”主要体现在字符与字符之间通信没 有严格的定时要求。异步传送中，字符可以是连续地、 一个个地发送，也可以是不连续地，随机地进行单独 发送。在一个字符格式的停止位之后，立即发送下一 个字符的起始位，开始一个新的字符的传输，这叫做 连续的串行数据发送，即帧与帧之间是连续的。
Biblioteka Baidu
打印机
串行通信
串行通信是数据通过一根传输线逐位传送。 当信息以串行方式传送时，只使用一条传输 线， 且用脉冲传送。具体地说，是在传输线上 按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉冲 信号，每次一位。 通常第一个脉冲信号表示数码的最低有效位， 最后一个脉冲信号表示数码的最高有效位。
串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单 条1位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次 传输一个二进制位。
—— 串行通信
李江全
石河子大学机电学院电气工程系 2008年12月
串行通信的基本概念
数据通信
终端与其他设备(例如其他终端、计算机和外部设备)通 过数据传输进行通信。
在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上 的电流或电压变化实现的。
数据可以通过两种方式进行传输：并行传输和串行传输。
半双工通信中每端需有一个收／发切换电子开关，通过切换来决定数据 向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟。信息传输效率低 些。但是对于像打印机这样单方向传输的外围设备，只用此半双工方式 就能满足要求了，不必采用全双工方式，可省一根传输线。
全双工形式
CPU通过串行接口和外围设备相接。串行接口和外围设备间除公共 地线外，有二根数据传输线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算 机可同时发送和接收数据，这种串行传送方式就称为全双工方式。
与并行通信相比，串行通信的优势
• 传输距离长，可达到数千公里
• 长距离内串行数据传送速率会比并行数据传 送速率快，串行通信的通信时钟频率较并行 通信容易提高。
• 抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰 完全可以忽略。
• 费用低。
常见的串行接口有符合IEEE国际电气化标 准的RS-422、RS-485、RS-232 C等；
半双工形式
CPU通过串行接口和外围设备相接。二者之间除公共地线外， 只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送，这称 半双工方式。
半双工(Half-duplex)通信使用同一根传输线，既可发送数据又 可接收数据，但不能同时发送和接收。在任何时刻只能由其中 的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工形式既可以使 用一条数据线，也可以使用两条数据线。
全双工(Full—duplex)数据分别由两根可以在两个不同 的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能 在同一时刻进行发送和接收操作。
在全双工方式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传送线， 可在交互式应用和远程监控系统中使用。信息传输效率较高。
串行通信的传输方式
异步传输与同步传输
为了保证接收端能够正确地区分数据流中的每个数据 位，收发双方必须通过某种方法建立起同步的时钟。 可以在发送器和接收器之间提供一条独立的时钟线路， 由线路的一端（发送器或者接收器）定期地在每个比 特时间中向线路发送一个短脉冲信号，另一端则将这 些有规律的脉冲作为时钟。
断续的串行数据传送是指在一帧结束之后维持数 据线的“空闲”状态，新的起始位可在任何时刻 开始。一旦传送开始，组成这个字符的各个数据 位将被连续发送，并且每个数据位持续的时间是 相等的。接收端根据这个特点与数据发送端保持 同步，从而正确地恢复数据。收/发双方则以预 先约定的传输速率，在时钟的作用下，传送这个 字符中的每一位。
在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各 位间同步。
异步通信方式的“异步”主要体现在字符 与字符之间通信没有严格的定时要求。然而， 一旦传送开始，收/发双方则以预先约定的传 输速率，在时钟的作用下，传送这个字符中的 每一位。
2）同步传输
在同步传输方式中，比特块以稳定的比特流 的形式传输，数据被封装成更大的传输单位， 称为帧。每个帧中含有多个字符代码，而且 字符代码与字符代码之间没有间隙以及起始 位和停止位。和异步传输相比，数据传输单 位的加长容易引起时钟漂移。
并行通信
在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上的电流 或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时 被传送，这种传输被称为并行通信。 具有8条通道的并行传输工作情况如图所示。
采用并行方式传送二进制信息时，每个数 据位都需要一条单独的传输线。信息由多 少个二进制位组成，机器就需要有多少条 传输线，从而让二进制信息(0或1)在不同 的线上同时进行传送。
并行数据传送的特点是：
各数据位同时传送，传送速度快、效率高，多用在实时、 快速的场合。并行传送的数据宽度可以是1位一128位，甚 至更宽。但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传 送的成本高。在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部 件之间、同一机箱内各插件板之间的数据传送都是并行的。 并行数据传送的距离通常小于30m。
发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接 收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。
串行数据传送的特点是：
数据传送按位顺序进行，最少只需要一根传输线即可完 成，节省传输线。与并行通信相比，串行通信还有较为 显著的优点：传输距离长，可达到数千公里；在长距离 内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快；串行通 信的通信时钟频率容易提高；串行通信的抗干扰能力十 分强，其信号间的互相干扰完全可以忽略。但是串行通 信传送速度比并行通信传送速度慢，并行通信时间为T， 则串行时间为nT。
在IBM PC系列的计算机中使用的是符合 RS-232C串行传输协议的RS-232C串行接口。
串行通信的工作模式
单工形式
单工(Simplex)形式的数据传送是单向的。通信双方中， 一方固定为发送端，另一方则固定为接收端。信息只能沿一 个方向传送，使用一根传输线。如图所示。
单工形式一般用在只向一个方向传送数 据的场合。例如计算机与打印机之间的通信 是单工形式，因为只有计算机向打印机传送 数据，而没有相反的数据传送。还有在某些 通信信道中，如单工无线发送等。
1）异步传输
异步传输方式中，字符是数据传输单位。在通信的数 据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。异步通 信方式的“异步”主要体现在字符与字符之间通信没 有严格的定时要求。异步传送中，字符可以是连续地、 一个个地发送，也可以是不连续地，随机地进行单独 发送。在一个字符格式的停止位之后，立即发送下一 个字符的起始位，开始一个新的字符的传输，这叫做 连续的串行数据发送，即帧与帧之间是连续的。
Biblioteka Baidu
打印机
串行通信
串行通信是数据通过一根传输线逐位传送。 当信息以串行方式传送时，只使用一条传输 线， 且用脉冲传送。具体地说，是在传输线上 按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉冲 信号，每次一位。 通常第一个脉冲信号表示数码的最低有效位， 最后一个脉冲信号表示数码的最高有效位。
串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单 条1位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次 传输一个二进制位。