第九章串行通信接口

第九章串行通信接口第一页，共四十九页，2022年，8月28日二、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）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式:1.全双工(FullDuplex）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刻进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。第二页，共四十九页，2022年，8月28日

特点：①每一端都有发送器和接收器②有二条传送线应用：交互式应用，远程监测控制发送器接收器接收器发送器A站B站图9.1全双工方式示意图第三页，共四十九页，2022年，8月28日2.半双工（HalfDuplex）使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同收送数据，这样的传送方式就是半双工（HalfDuplex）制，如图9.2所示。发送器接收器发送器接收器A站B站图9.2半双工方式示意图特点：①每端需有一个收/发切换电子开关②因有切换，会产生时间延迟应用：打印机串口，单向传送设备，发送器→接收器

第四页，共四十九页，2022年，8月28日三、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300～3400Hz，不适合于数据信号。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CRT101010101010图9.3调制电话线第五页，共四十九页，2022年，8月28日1.什么叫调制?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。2.作用:

调制器(Modulator)是一个波形变换器,它将基带数字的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,将模拟信号恢复成原来的数字信号。

调制器解调器010010010010第六页，共四十九页，2022年，8月28日最基本的调制方法有以下几种：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化.“1”对应有载波“0”对应无载波3.调制方法:（2）调频（FM）参见图9.4即载波频率随数字信号而变化“0”对应”f1”“1”对应“f2”(3)调相（PM）即载波初始相位随基带数字信号而变化.“0”对应相位0度“1”对应相位180度f1f2FMAM0100110度180度PM第七页，共四十九页，2022年，8月28日四、信息的检错与纠错串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。

检错：如何发现传输中的错误，称为检错。纠错：如何消除错误，称为纠错例：奇偶校验检错方阵码检错循环冗余码（CRC）检错

方阵码检错技术：采用奇偶校验与“检验和”的综合。①7位编码后附加1位奇偶位。第八页，共四十九页，2022年，8月28日②若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向接位相加产生一个单字节检验和附加到数据块未尾。110100100100000110101010111100111100001100001001五、传输速率1.波特率：是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的二进制脉冲的数目。用波特率表示：即1波特=bit/s（位/秒）奇偶位第九页，共四十九页，2022年，8月28日常用的标准波特率：110，300，1K，1.2K，2.4K，4.8K，9.6K，19.2K，56K2.字符速率：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：

1个字符：1个起始位+8个数据位+1个偶数位+2个终止位=12位如果波特率：12000则字符速率：12000/12=1000字符/s第十页，共四十九页，2022年，8月28日3.发送和接受时钟在串行传送过程中，发送时钟的作用（1）对数字波形定时发送和接受（2）对数据传输进行同步控制在发送数据时，发送器在发送时钟下降沿作用下将发送移位寄存器按位串行移位输出在接受数据时，发送器在发送时钟上升沿作用下将数据按位移入移位寄存器另外，在数据传输过程中，收方进行同步检测的角度来看，接受时钟成为保证数据接受正确的依据。4.波特因子发送/接受1位数据所需的时钟脉冲个数时钟频率＝n×波特率第十一页，共四十九页，2022年，8月28日六、串行通信的基本方式（1）异步式通信方式以字符为单位进行传送。一个字符可以随机的出现在数据流中，接受端并不知道，故称为异步通信。（2）同步串行通信以数据块为信息传送单位，一旦数据传送开始，字符和字符之间是同步的。第十二页，共四十九页，2022年，8月28日9.2串行通信的数据格式(自学）通信协议：是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同步方式，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。第十三页，共四十九页，2022年，8月28日同步协议异步协议分类面向字符（characterOriented）面向比特（Bit）面向字节计数ISO（InternationalStandardOrganization）国际标准化组织。OSI（OpenSystemInterconnection）开放系统互连参考模型。一、起止式异步通信数据格式1.格式①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位（“1”）结束。第十四页，共四十九页，2022年，8月28日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②字符之间没有时间间隔要求③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二、面向字符的同步通信格式1.功能：是一次传送若干个字符组成的数据块，并且规定了10个特殊第十五页，共四十九页，2022年，8月28日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。2.数据格式（一帧）SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验3.特定字符的定义：SYN：同步字符（Synchronous），表示一帧的开始；SOH：序始字符（StartofHeader），表示标题的开始；标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息；STX：文始字符（StartofText），表示正文开始。FTB/ETX：组终/文终字符（EndofText）ETB（EndofTransmissionBlock）第十六页，共四十九页，2022年，8月28日特点：①一次传送是一个数据块，传输效率提高了；②采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；③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DLE，以示区别。这种方式称为“字符填充”。三、面向比特的同步通信数据格式(自学）1.最有代表性的是：①IBM的SDLC（SynchronousDataLinkControl），同步数据链路控制规程。②ANSI的ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）。第十七页，共四十九页，2022年，8月28日③ISO的HDLC（HighLevelDatalinkControl）高级数据链路控制规程。④DEC公司DDCMP（DigitalDataCommunicationMessageprotocol）。2.协议的特点：1）所传输的一帧（frame）数据（或称数据包）可以是任意二进制位。2）通过约定的位组合模式（标志字节）来标志帧的开始和结束。注意：①HDLC作为国际标准ISO3309；②ADCCP作为美国国家标准；③我国相应国家标准GB-7496，这几个协议均大同小异。第十八页，共四十九页，2022年，8月28日3.HDLC格式：01111110AC1FC01111110开始标志地址场控制场信息场校验场结束标志8位8位8位16位8位≥0位（1）标志场：

SDLC/HDLC规定所有信息传输必须以一个标志字节开始中，且以同一个字节结束，这个字节为01111110，二个标志字节之间构成一个完整的信息单位，称为一帧（frame）（2）地址场：（AddressField）A场用来规定与之通信的次站的地址。第十九页，共四十九页，2022年，8月28日A场的宽度：8（SDLC规定）任意长度HDLC（3）控制场（ControlField）用来规定若干命令。（8位：SDLC16位：HDLC）（4）信息场（InformationField）包含有要传送的数据，当上场为0时，则这一帧主要是控制命令。帧校验场（FC，FrameCheck）3.实际应用时的两个技术问题（1）“0”位插入/删除技术存在问题的提出：如上所述，标志字节：以01111110，但在为了把它们区别开，采用了“0”位插入和删除技术。第二十页，共四十九页，2022年，8月28日方法：遇到连续5个“1”就自动插入一个“0”。

如：原始插入后删除后

011111100111110100111111011111111111110111 111111112.SDLC/HDLC异常结束若在发送过程中出现错误，则用异常结束符（A60H）结束。

如：HDLC规定：7个连续“1”为失效字符；SDLC规定：8个连续“1”为失效字符；第二十一页，共四十九页，2022年，8月28日

9.3串行接口标准一、EIA-RS-232接口标准RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的，1969年公布的通信协议，适合的数据传输率：0～20Kbps。1.电气特性RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。逻辑“1”=-3V～-15V“0”=+3V～+15V与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如MC1488，MC1489IC。第二十二页，共四十九页，2022年，8月28日MC1488MC1489RS-232TTLEIA电平+15V+15VTTL+15V

采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。另外，MAX232省电可连接二对收/发线，只用单电源。2.机械特性1）连接器（Connector）

常用二种：①DB-25型，25脚，只用9个信号（2个数据线，6个控制线，1个地址），如下图所示。第二十三页，共四十九页，2022年，8月28日1234DB-25型连接器5678911132522201814发送电流（-）发送电流（+）DCDGNDDSRCTSRTSRXDTXD（-）接收电流（+）接收电流

②DB-9型9针，9针全用，如下图。123456789DSRRTSCTSRIDCDRXDTXDDTRGNDDB-9型连接器第二十四页，共四十九页，2022年，8月28日2.电缆长度RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率<20Kbps。3.RS-232C接口信号的定义。见书216表9.2。25线：数据线4条（2，3，14，16）控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）定时信号线3条（15，17，24）地线2条（1，7）备用5条（9，10，11，18，25）未定义4.信号线的连接1）近距离连接（<15m）只用3条线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）第二十五页，共四十九页，2022年，8月28日TXDRXDTXDRXDA机B机77223345620456202.远距离连接（>15m）1）需用MODEM和专用电话线2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）计算机接口调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR终端专用电话线2┇┇2采用MODEM时RS-232信号线的使用第二十六页，共四十九页，2022年，8月28日二、RS-422/RS-423接口标准（自学）1.特点：

（1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提高了抗共模干扰的能力。因为是两条传输线的电位差决定逻辑电平AA´-BD´<-2V，表示“1”AA´-BD´>+2V，表示“0”（2）传输速率10Mbps（<15m时）90Kbps（<1200m时）2.连接MC3487MC3486BTTLRS-422A电平平衡发送器差动接收器B´AA´第二十七页，共四十九页，2022年，8月28日2）RS-4231.连接：2.特点：①采用单端发送器和差动接收器，由于是差动接收器，提高了抗共模干扰能力。②数传率：100Kbps/90m时1Kbps/1200m时③逻辑“1”，4V～6V逻辑“0”，-4V～-6VTTLRS-423A电平单端发送器差动接收器+-第二十八页，共四十九页，2022年，8月28日三、RS-485接口标准（自学）1.特点：（1）兼容RS-422A，扩展RS-422A的功能；（2）允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个接收器，多达32个收/发器；（3）搞干扰能力强，传送距离远，传输速率高。数传率：100Kbps<1.2Km不用MODEM9.6Kbps<15Km10Mbps<15m四、几种标准的比较见书224，表9.5列出，RS-232，423，422，485几种标准的工作方式，直接传输最大距离，最大数传率等参数。第二十九页，共四十九页，2022年，8月28日9.4串行通信接口任务一、串口的基本任务（1）实现串行数据格式化（2）进行串，并转换（3）控制数据传输率（4）可靠性检验（5）进行电平转换（6）提供符合EIA－RS－232接口标准所要求的信号线二、串口电路的组成（P225)可编程串行接口芯片，波特率发生器，电平转换器，地址译码器第三十页，共四十九页，2022年，8月28日9.5用8251A组成的串行接口一、8251A的内部逻辑与外部信号1.结构框图

8251A是通用同步异步接收/发送器（USART:UniversalSynchronous/AsynchronousReceiverandTransmitter）第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日功能：异步起止协议同步面向字符协议组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线缓冲器数据总线缓冲器读/写控制逻辑调制控制发送缓冲器发送控制接收缓冲器接收控制TXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYSYNDET/BDRXCDTRDSRRTSCTSRESETCLKC/DRDWRCS第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日1.发送器①TXRDY：发送器准备好，高电平有效②TXE：发送器空，状态线，高有效③TXD：发送数据线④TXC：发送器输入时钟2.接收器①RXD：接收数据线②RXRDY：接收器准备好③TXEMPTY：接收器空④TXC：接收器输入时钟3.与调制器的接口接号①DTR：数据终端准备好②RTS：请求发送第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日③DSR：数据装置准备好④CTS：清除传送二、8251的控制字与状态字1.工作方式字约定双方的通信方式，数据格式，传送速率a.作用：对8251A工作方式进行选择，是异步方式还是同步方式b.格式：S1S0EPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D0停止位奇偶校验字符长度波特因子（同步）（异步）×0=内同步00=不用×1=外同步01=1位0×=双同步10=1.5位1×=单同步11=2位×0=无校验01=奇校验11=偶校验00=5位01=6位10=7位11=8位00=同步01=×1异步10=×16－11=×64－第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步字符，内同步方式，奇校验，波特率因数是16，则工作字是：11011110B=DEHMOVDX，309H；8251命令口MOVAL，0DEH；异步工作方式字OUTDX，AL

例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步字符，内同步方式，奇校验，则工作字是：00011100B=1CH。MOVDX，309H；8251命令口MOVAL，1CH；同步工作方式字OUTDX，AL2.工作命令字a.作用：是确定8251A的实际操作，迫使8251A进行某种操作或工作状态，以便接收或发送数据。

第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日b.格式：EHIRRTSERSBRKRXEDIRTXEND7D6D5D4D3D2D1D0进入搜索方式内部复位发送请求错误标志复位发中止字符接收允许数据终端准备好发送允许D7=1有效D6=1有效D5=1有效D4=1复位ERD3=1,发中止字符（空号）=0，正常操作D2=1,允许接收=0，禁止接收D0=1,允许发送=0，禁止发送D1=1,已准备好=0，正常操作例3：使8251内部复位，并且允许接收，又允许发送，则程序段为：第三十六页，共四十九页，2022年，8月28日MOVDX，309H；8251命令口MOVAL，01000000B；置D6=1，使内部复位OUTDX，ALMOVAL，00000101B；置D0=1，D2=1，允许接收和发送

3.状态字a.作用：8251A执行命令进行数据传送后的状态字存放在状态寄存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的操作。b.格式：DSRSYNDETTEOEPETXERXRDYTXRDYD7D6D5D4D3D2D1D0数传机就绪同步检出格式错溢出错奇偶错发送器空接收准备好发送准备好第三十七页，共四十九页，2022年，8月28日

例4：若查询8251A接收器是否准备好，则用下列程序段：MOVDX，309H；状态口MOVAL，DX；读状态字ANDAL，02H；查D1=1？（RXRDY=1?）JZL；未准备好，则等待MOVDX，308H；数据口

例5：检查出错信息，则用下列程序段MOVDX，309H；状态口INAL，DXTESTAL，38H；检查D5D4D3三位（FE，OE，PE）JNZERROR；若其中有一位为1，则出错第三十八页，共四十九页，2022年，8月28日【例8-5】编写一段程序，通过8251采用查询方式接收数据的程序。要求8251A定义为异步传输方式，波特率系数为64，采用偶校验，1位停止位，7位数据位。设8251的数据端口地址为308H，控制/状态寄存器端口地址为309H。程序如下：MOVDX,309HMOVAL,7BH；写工作方式字OUTDX,ALMOVAL,14HOUTDX,AL；写操作命令字LP:INAL,DX；读状态控制字ANDAL,02H；检查RxRDY是否为1JZLPMOVDX,308HINAL,DX第三十九页，共四十九页，2022年，8月28日4.8251A的方式字和命令的使用（1）方式字：约定双方通信的方式，数据格式，传送速率等参数。命令字：规定是发送数据，还是接收数据。状态字：何时发/收、取决于状态字。（2）使用的顺序：复位→方式字→命令字1→命令字2……三、8251A应用举例1.要求在甲乙二台PC之间进行串行通信，甲发送乙接收，要求把甲机上开发应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。

第四十页，共四十九页，2022年，8月28日采用：①起止式异步方式，②字符长度为8位，③2位停止位，④波特率因子为64，无校验，⑤波特率为4800，⑥CPU与8251A之间用查询方式交换数据口地址分配是：309H为状态命令/状态口，308H为数据口2.分析

由于是近距离传输，可以不设MODEM，直接互连，同时，是采用查询I/O方式，故收/发程序中只需检查发/收准备好的状态是否置位，即可收发1个字节。第四十一页，共四十九页，2022年，8月28日3.设计1）硬件连接

DTE（DataTerminalEquipment）根据以上分析把二台PC机都当作数据终端设备DTE，它们之间只需TXD，RXD和SG三根线连接就能通信。主要电路：①8251串行口②TTL/EIA变换器③波特率发生器④地址译码电路2）软件编程①发送程序：包括初始化，状态查询，I/O第四十二页，共四十九页，2022年，8月28日CSEGSEGMENTASSUMECS：CSEG，DS：CSEGTRAPROCFARSTART：MOVDX，309H；命令口MOVAL，00H；空操作，向命令口送任意数OUTDX，ALMOVAL，40H；内部复位（使D6=1）OUTDX，ALNOPMOVAL，0CFH；方式命令字（异小，2位停止位，字符长度为8位，无校验，波特率因子为64个/位）OUTDX，AL第四十三页，共四十九页，2022年，8月28日MOVAL，37H；工作命令字（RTS、ER、RXE、DTR、TXEN均置1）OUTDX，ALMOVCX，2DH；传送字节数MOVSI，300H；发送区首址L1：MOVDX，309H；状态口INAL，DX；查状态位D0（TXRDY）=1?ANDAL，01HJZL1MOVDX，308H；发送未准备好，则等待MOVAL，[SI]；数据口OUTDX，ALINCSI；内存地址加1第四十四页，共四十九页，2022年，8月28日 DECCX ；字节数减1JNZL1；未发送完，继续MOVAX，4C00H；已送完，