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1、1第八章 串行通信接口8.1 8.1 接口功能与数据传输方式接口功能与数据传输方式8.2 8.2 串行传送的几个问题串行传送的几个问题8.3 8.3 串行通信的数据格式串行通信的数据格式8.4 8.4 串行接口标准串行接口标准8.5 8.5 串行通信接口任务串行通信接口任务8.6 8.6 用用8251A8251A组成的串行接口组成的串行接口28.1 8.1 接口功能与数据传输方式接口功能与数据传输方式一、接口功能一、接口功能 接口的功能是在系统总线和接口的功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提设备之间传输信号，提供缓冲，满足接口两边时序要求。供缓冲，满足接口两边时序要求。寻址功能寻址功能
2、输入输出功能输入输出功能数据转换功能数据转换功能联络功能联络功能中断管理功能中断管理功能复位功能复位功能可编程功能可编程功能错误检测功能错误检测功能3二、数据传送的方式二、数据传送的方式数字信号的传输有并行传输和串行传输数字信号的传输有并行传输和串行传输 并行传输并行传输是多位二进制数据可以同时传输，提高数据传输的是多位二进制数据可以同时传输，提高数据传输的效率。通常以效率。通常以8 8位、位、16 16 位或位或3232位的数据宽度同时进行传输。位的数据宽度同时进行传输。每一位都要有自己的数据传输线和发送接收器件，在时钟脉每一位都要有自己的数据传输线和发送接收器件，在时钟脉冲的作用下数据从一
3、端送往另一端。冲的作用下数据从一端送往另一端。 串行通信串行通信是指在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送，是指在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送，特别适合于远距离传送。对于离计算机较近的外部设备如鼠特别适合于远距离传送。对于离计算机较近的外部设备如鼠标、绘图仪、终端等，也常常采用串行方式交换数据。标、绘图仪、终端等，也常常采用串行方式交换数据。 4 一、串行数据传送方向一、串行数据传送方向 串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式: :全双工、半双全
4、双工、半双工、单工工、单工1.1.全双工全双工(Full Duplex(Full Duplex） 数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同数据的发送和接收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，选择的传送方式称为全双工制。进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。8.2 8.2 串行传送的几个问题串行传送的几个问题5 特点：特点：每一端都有发送器和接收器每一端都有发送器和接收器 有二条传送线有二条传送线 应用：应用：交互式应用，远程监测控制交互式应用，远程监测控制2
5、.2.半双工（半双工（Half DuplexHalf Duplex） 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，但不能同时发送器接收器接收器发送器A站B站图8.1 全双工方式示意图6收送数据，这样的传送方式就是半双工（收送数据，这样的传送方式就是半双工（Half DuplexHalf Duplex）制，）制，如图如图8.28.2所示。所示。发送器接收器发送器接收器A站B站图8.2 半双工方式示意图特点：特点：每端需有一个收每端需有一个收/ /发切换电子开关发切换电子开关 因有切换，会产生时间延迟因有切换，会产生时间延迟应用：应用：打印机串
6、口，单向传送设备，发送器打印机串口，单向传送设备，发送器接收器接收器 7二、信号的调制和解调二、信号的调制和解调 计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为音频模拟信号的设计的。一般为音频模拟信号的设计的。一般为3003003400Hz3400Hz，不适合于数据，不适合于数据信号。信号。 因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原
7、成数字信号。相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。计算机MODEMMODEM模拟信号数字信号数字信号CRT1 0 1 010 10 10 10图8.3 调制电话线81. 1. 什么叫调制什么叫调制? ? 所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的频谱。频谱。2. 作用作用: : 调制器调制器(Modulator)(Modulator)是一个波形变换器是一个波形变换器, ,它将基带数字的它将基带数字的波形变换成适合于模拟信
8、道传输的波形。波形变换成适合于模拟信道传输的波形。 解调器是一个波形识别器解调器是一个波形识别器, ,将模拟信号恢复成原来的数将模拟信号恢复成原来的数字信号。字信号。 调制器解调器0100100100109最基本的调制方法有以下几种：最基本的调制方法有以下几种：（1 1）调幅（）调幅（AMAM）即载波的即载波的振幅振幅随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化. . “1” “1”对应有载波对应有载波 “ “0” 0” 对应无载波对应无载波3. 3. 调制方法调制方法: :（2 2）调频（）调频（FMFM） 即载波即载波频率频率随数字信号而变化随数字信号而变化 “ “0”0”对应对应”f1”f1
9、” “1” “1”对应对应“f2”f2”(3)(3)调相（调相（PMPM） 即载波初始相位随基带数字信号即载波初始相位随基带数字信号而变化而变化. . “ 0” “ 0”对应相位对应相位0 0度度 “ “1”1”对应相位对应相位180180度度f1f2FMAM0 1 0 0 1 10度180度PM10三、信息的检错与纠错三、信息的检错与纠错 串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误 码是难免的，码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。一个通信系统的重要内
10、容。 检错：检错：如何发现传输中的错误，称为检错。如何发现传输中的错误，称为检错。 纠错：纠错：如何消除错误，称为纠错如何消除错误，称为纠错例：例：奇偶校验检错奇偶校验检错 方阵码检错方阵码检错 循环冗余码（循环冗余码（CRC）检错）检错 方阵码检错技术：方阵码检错技术： 采用奇偶校验与采用奇偶校验与“检验和检验和”的综合。的综合。 7位编码后附加位编码后附加1位奇偶位。位奇偶位。11 若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向按位相加产生若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向按位相加产生一个单字节检验和附加到数据块未尾。一个单字节检验和附加到数据块未尾。 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1
11、0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1四、传输速率四、传输速率1. 波特率：波特率： 是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的二进制脉冲的数目。二进制脉冲的数目。 用波特率表示：即用波特率表示：即1波特波特=bit/s （位（位/秒）秒）奇偶位12 常用的标准波特率：常用的标准波特率：110110，300300，1K1K，1.2K1.2K，2.4K2.4K，4.8K4.8K，9.6K9.6K，19.2K19.2K，56K
12、56K2.2.字符速率：字符速率： 是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。 字符速率与波特率的关系：字符速率与波特率的关系： 1 1个字符：个字符：1 1个起始位个起始位+8+8个数据位个数据位+1+1个偶数位个偶数位+2+2个终止位个终止位=12=12位位 如果波特率：如果波特率：12000 12000 则字符速率：则字符速率：12000/12=100012000/12=1000字符字符/s/s138.3 8.3 串行通信的数据格式串行通信的数据格式通信协议：通信协议： 是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同是指通信双方的一种约定，包括对数据格式
13、、同步方式，传送速度、传送步骤、检纠错方式等问题作出统一步方式，传送速度、传送步骤、检纠错方式等问题作出统一规定。也称通信控制规程。规定。也称通信控制规程。同步协议同步协议异步协议异步协议分类分类面向字符（面向字符（character Oriented） 面向比特（面向比特（Bit）面向字节计数面向字节计数ISO（Inter national Standard Organization）国际标准化组织。）国际标准化组织。OSI（Open System Interconnection）开放系统互连参考模型。）开放系统互连参考模型。14一、起止式异步通信数据格式一、起止式异步通信数据格式1.1.格
14、式格式11000010111000空闲位起始位数据位0低高校验位停止位应用：早期电传机每个字符总是以起始位开始（每个字符总是以起始位开始（“0”0”），以停止位（），以停止位（“1”1”）结）结束。束。字符之间没有时间间隔要求字符之间没有时间间隔要求字符后一位校验位（可没有）字符后一位校验位（可没有）2.特点：是一个字符一个字符传输特点：是一个字符一个字符传输15二、面向字符的同步通信格式二、面向字符的同步通信格式 1.1.功能：功能： 是一次传送若干个字符组成的数据块，并且规定了是一次传送若干个字符组成的数据块，并且规定了1010个特殊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
15、的控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。制信息。2.2.数据格式（一帧）数据格式（一帧）SYN SYN SOH 标题标题STX数据块数据块 ETB/ETX块校验块校验163.3.特定字符的定义：特定字符的定义：SYNSYN：同步字符（同步字符（SynchronousSynchronous），表示一帧的开始；），表示一帧的开始；SOHSOH：序起字符（序起字符（Start of HeaderStart of Header），表示标题的开始；），表示标题的开始；标题：标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息；包括原地址，目的地址，路由指示等信息；STXSTX：文始字符（
16、文始字符（Start of TextStart of Text），表示正文开始。），表示正文开始。FTB/ETXFTB/ETX：组终组终/ /文终字符（文终字符（End of TextEnd of Text） ETBETB（End of Transmission BlockEnd of Transmission Block） 特点：特点：一次传送是一个数据块，传输效率提高了；一次传送是一个数据块，传输效率提高了；采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；存在问题：由于数据字符与特定字符可能代码相同，发生误存在问题：由于数据字符与特定字符可能代码相同，发生误解，因此，在数据字符前插入转义字符解，因此，在数据字符前插入转义字符DLEDLE，以示区别。这种，以示区别。这种方式称为方式称为“字符填充字符填充”。17三、面向比特的同步通信数据格式三、面向比特的同步通信数据格式1.1.最有代表性的是：最有代表性的是：IBMIBM的的SDLCSDLC（Synchronous Data Link ControlSynchronous Dat
