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1、串 行 通 信,第9章,教学重点难点,1.串行通信的特点、串行通信传输方式、信息的检错与纠错、 传输速率与传送距离、串行通信协议、EIA RS232C接口标准、 串行通信接口设计 2. 8251的基本性能、在微机系统中的基本任务和作用、编程控制、具体应用。,串行通信的基本概念,串行通信的特点 并行通信中，传输线数目没有限制，除了数据线之外还应设置有通信联络控制线。但是，当多微机系统中的各台微机相距比较远时，一般不能使用并行通信，其原因是基于以下两点； 1.是通信线路费用昂贵； 2.容易发生线路故障，降低了整个通信系统的可靠性。,串行通信：采用两条线，即一条通信线加上一条地线来进行通信，传送的信
2、息（数据信息和控制信息）按位逐位传送，我们将这种方式称为串行通信。显然，串行通信的速度要比并行通信慢得多, 但在线路上的开销却省得多。 一般来说，串行通信有以下一些特点； （1）既传输数据信息又传送控制联络信息，这就需要串行通信中的一系列约定，从而来识别在一根线上传送的信息流中，哪一部分是联络信号，哪一部分是数据信号。,（2）串行通信的信息格式有异步和 同步信息格式，与此对应，有异步 串行通信和同步串行通信两种方式。 （3）串行通信中的信息逻辑定义与TTL不兼容，故需要逻辑电平转换。 （4）利用现有的信道(如电话信道等)，配备以适当的通信接口，便可在任何两点实现串行通信。,串行通信传输方式,
3、调制器:在计算机中的调制器是将数字信号“转换”成模拟信号的器件。 解调器:在计算机中,解调器是将载有数字信息的模拟信号还原成数字信号的器件。 调制解调器(MODEM):是将调制器和解调器做在一起的器件。, 串行通信时为什么需要调制解调器: 计算机在进行远距离的数据通信时，通信线路通常是用已有的公用电话网。由于电话通信线路频带约为3003300HZ，显然在电话线路上传送二进制数字信号是不适当的。,为此: 在发送时: 要对二进制数字信号进行调制, 把数字信号变换成适合在电话线上传输的相应的模拟信号。 在接收时，还必须对音频信号进行解调将其还原成数字信号。 因此,通信双方必须各接入一个专门设备调制解
4、调器（MODEM），将数字信号调制成模拟信号在电话线上传输，并在接收端将模拟信号还原成数字信号，如图9-1所示。,图9-1 调制与解调示意图,电话线的用途仅是通话，其带宽有限， 为使不同频率下的数字波形都能变换成 在电话线上传输而不受影响的模拟波形，显然正弦波是最理想的。因为任何一个波形都具有三个特性，即幅度、频率和相位: 电信号可以用解析式表示为： A sin(t+ ) 其中：A 为振幅；t为频率；为相位 故有三种对应的信号调制技术和类型较多的调制解调器，如幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。数字波形 与三种调制载波的示意图如图9-2所示。,图 9-2 数字信号与三种
5、调制载波,图9-3 频移键控调制原理,(2) 线路传输方式,在串行通信中，数据通常是在两个站（如微 机、终端等）之间进行传送，按照数据流的方向及对线路的使用方式可分为如下几种基本传输方式。 单工传输方式 在传输线路上，数据只能按一个固定的方向传送。其示意图如图9-4所示。这种单向连接的用途较窄，仅适用于一些简单的通信或数据传送的场合。,图9-4 单工方式, 半双工传输方式 当使用同一根传输线既作输入又作输出时， 虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这种传输方式就是半双工传输方式，如图9-5所示。通信系统的每一端的发送器和接收器，通过收发开关接到通信线上，利用收发切换开关进
6、行通信方向的切换。,图 9-5 半双工方式,发送器,接收器, 全双工传输方式 当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线 传输时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，即相当于将两个方向相反的单工传输方式组合在一起，这样的传输方式就是全双工传输方式，如图9-6所示。 图 9-6全双工方式,发送器,接收器,（4）多工传输方式 上述三种传输方式的共同点是基于在一条线路 上传输一种信号频率。如果使用多路复用器或多路集中器专用通信设备，这些设备通过将一个信道（即传输信号的线路）划分为若干个频带或时间片的复用技术，从而使多路信号同时共享信道，这就是多工传输方式，如图9-7所示。使用复用器和集中器可以降
7、低成本，提高通信网的传输效率。 图9-7 多工方式,信息的检错与纠错,串行通信的最终目的是将发送端要发送的 数据正确无误地传送到接收端，由于突发性干扰（电气干扰、天电干扰等），而引起误码是难免的，这将直接影响通信系统的可靠性,所以，对通信差错控制能力是衡量一个通信系统的重要指标。通常，把如何发现传输中的错误，叫检错。发现错误之后，如何消除和纠正错误，叫纠错。在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以反馈重发方式纠错。在高级通信控制规程中一般采用循环冗余码CRC（Cycle Redundacy Code）检验，以自动纠错 方式来纠错。,传输速率与传送距离,(l) 波特率:衡量串行信号传输速
8、率的量度 单位1波特=1b/s,是发送到通信线路上的电脉冲速率。 注意:在并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节（Bs）来表示。 常用的标准被特率是110、300、1200、2400、4800、9600、19200波特等。CRT 终端能处理9600波特的传输，而点阵打印机通常以2400波特来接收信号。,(2) 发送接收时钟:作用是控制发 送接收数据信号的每一位的时钟 在串行通信中，二进制数据系列是以数字信号波形的形式出现的，对这些连续的数字波形的定时发送和接收是在发送接收时钟的控制下进行的。 在发送数据时，发送器在发送时钟的有效沿（下降沿）作用下将移位寄存器的数据按位移位串行输出；在接收数据
9、时，接收器在接收时钟的有效沿（上升沿）作用下对接收数据按位采样，并按位串行移入移位寄存器。而发送接收时钟的快慢将直接影响通信设备发送接收数据的速度。 发送接收时钟频率与波特率的关系如下： 发送接收时钟频率n发送接收波特率,发送接收时钟频率 发送接收波特率 n 表达式中的 n = 1,16, 64。 例如，要求传输速率为1200波特，则： 当 n = l时，发送接收时钟频率=l.2kHz。 当选择 n = 16时，发送接收时钟频率=19.2kHz。 当选择 n = 64时，发送接收时钟频率=76.8kHz。 在应用中,可根据所要求传输波特率和所选择的倍数n来确定发送接收时钟频率。,(3) 传输距
10、离与传输速率的关系,传输距离与速率是反比关系。,串行通信协议,所谓通信协议是指通信双方的一种约定。 在约定中包括了数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等作出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于ISOS OSI（国际标准化组织提出的开放系统互连参考模型）七层参考模型中的数据链路层。,目前，采用的串行通信协议有两类：异步通信和同步通信。同步协议又有面向字符、面向比特和面向字节计数三种。由于面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体系结构中，在此不作介绍。,异步通信协议,(1) 特点及传输格式 异步传输格式亦称起止式异
11、步协议，其特点是通信双方以一个字符（包括特定附加位）作为数据传输单位，且发送方传送字符的间隔时间是不定的。在传输一个字符时总是以起始位开始，以停止位结束。异步通信传输格式如图9-8所示。,图9-8 异步通信字符传输帧格式,止,由图9-8可知，一帧传送1个字符。 (1) 字符格式： 1.1个起始位,低电平 2.58个数据位（如:ASCII码,从低开始传送） 3.1个奇偶校验位(用于检错) 4.12个终止位(停止位)高电平 异步通信协议还规定：信号1（低电压状态）称为传号（或称为标志状态MARK），信号0（高电平状态）为空号（或称间隔状态 SPACE）。,异步通信的一帧传输经历以下步骤： 无传输
12、发送方连续发送传号，处于信息1状态，表明通信双方无数据传输。 开始传输 发送方在任何时刻将传号变为空号（由1变为0），并持续1位时间表明发送方开始传输。与此同时，接受方收到空号后，开始与发送方同步，并期望收到随后的数据。, 数据传输 数据位的长度可由双方事先确定,可选择58位。数据传输规定最低位在前,最高位在后。 奇偶校验 数据传输之后是可供选择的奇偶校验位发送和接收。奇偶位的状态取决于选择的奇偶校验类型。如果选择奇校验，则该字符数据中为1的位数与校验位相加，结果应为奇数。, 停止传输 在奇偶位（选择有奇偶校验）或数据位（选择无奇偶校验）之后发送或接收的停止位，其状态恒为1。停止位的长度可在1
13、，1.5或2位三者中选择。 两种方式发送一帧字符： a. 连续发送 即在上一帧停止位之后立即发送下一帧的起始位。 b. 随机发送 即在上一帧停止位之后仍然保持传号状态，直至开始发送下一帧时再变为空号。,例如，我们选择数据位长度为7位，选择奇校验，停止位为1位，采用连续发送方式，则传送一个字符E的ASCll码的波形如图9-9所示。,图9-9 字符E（45H）的传送波形,45H: 1000101B,(2) 异步传输的错误检测, 奇偶错 在通信线路上因噪声干扰而引起的某些数据位的改变，则会引起奇偶检验错。一般，接收方检测到奇偶错时，则要求发送方重新发送。, 溢出错 在上一个字符还未被处理器读出之前，
14、本次又接受到了一个字符，则会引起溢出错。如果处理器周期检测“接收数据就绪”的速率小于串行接口从通信线上接收字符的速率，就会引起溢出错。通常，接收方检测到溢出错时，可提高处理器周期检测的速率或者接收和发送双方重新修改数据传输速率。溢出错也称为超越错。, 帧格式错 若接收方在停止位的位置上检测到一个空号（信息0），则会引起一个帧格式错。一般来说，帧格式错的原因较复杂，可能是双方协议的数据格式不匹配；或线路噪声改变了停止位的状态；因时钟不匹配或不稳未能按照协议装配成一个完整的字符帧等等。,同步通信协议,(1) 面向字符的同步协议 特点与格式 它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一
15、个字符，并规定了10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的控制信息，它们也叫通信控制字。由于被传送的数据块是由一序列字符组成的，故被称作面向字符的协议。协议的一帧数据格式如图9-10所示。,图9-10 面向字符同步协议的帧格式,同步字符,序始字符,文始字符,组终/文终字符,数据帧,表9-1 通信控制字符,面向字符的同步通信有别于异步通信的特点 是，它允许连续发送一序列字符，而每个字符的数据位数都相同，且没有起始位和停止位。 通常，一个数据帧内包含成百甚至上千个字符，而附加的控制信息仅几个字符。这样，使附加信息只占1。然而在异步传输中，一个字符帧内附加位约占 20，因此，面向
16、字符的同步传输效率要比异步传输高得多。,由于在面向字符的同步通信协议中采用了一些传输控制字，从而增强了通信控制能力和校验功能，但也出现了一些问题，例如如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题，如果在数据块出现与特定的通信控制字符代码完全相同的数据字符，这就会发生误解。,为此，协议中设置了转义定符DLE（Data Link Escape）。当把一个字符看成是数据时，就要在它前面加一个DLE，每当接收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符。 但是，由于DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块时，也要在它前面再加上另一个DLE。这种方法称为字符填充，而字符的填充与字符的编码有关，故实现起来相当麻烦。为了克服以上的缺点，故又提出新的面向比特的同步协议。,(2) 面向比特的同步协议, 特点与格式 面向比特的同步传输又称作二进制同步传输。 协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位, 并且它是靠约定的位
