毕业设计（论文）-串行口与并行口的实时通讯

串行口与并行口的实时通讯摘要随着科学技术的发展，通信技术显得越来越重要，目前计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通信和并行通信两种通信方式。本文从理论角度对两种通信方式的原理、主要通信标准进行了分析，同时借助于Visual Basic所附的通信控件MSCOMM在Windows平台下对其进行了具体实现。关键词：串行，并行，MSComm 通信控件，Visual Basic 6. 0Serial and parallel port of real-time communicationsAbstractWith the development of science and technology, Communication technologies become increasingly important, computers and computer terminals or computer and data transmission between the serial communications and can use two parallel communication means of communication. From the perspective of the two means of communication theory, the main communication standards were analyzed, and the help of Visual Basic MSCOMM attached to the communication control in the Windows platform under a concrete realization.Keywords: Serial, parallel, MSCOMM, Visual Basic 6. 0- 41 -第1章 引言1.1 数据通信的定义和特点数据通信是在两点或多点之间传送数字信息（通常以二进制形式）的过程。信息被定义为知识或情报。被处理、组织和存储的信息称为数据。数据实质上可以是字母、数字或符号并由下列任何一个或一个组合组成：二进制编码的字母/数字符号、微机处理的操作代码、控制代码、用户地址、程序数据或数据库信息等。在信源和信宿中，数据是以数字形式存在的；但在传输期间，数据可以是数字形式也可以是模拟形式。这些字母、数字和符号在传输时，可以用离散的数字信号逐一准确地表达出来，例如可以用不同极性的电压、电流或脉冲来代表。将这样的数字信号加到数据传输信道上进行传输，到达接收地点后再正确地恢复出原始发送的数据信息1。我们知道计算机的输入输出都是数字信号，而数据通信就是以传输数据为业务的一种通信方式，所以说数据通信是计算机技术和通信技术相结合的产物。一般情况下，数据通信是指计算机与计算机，计算机与终端以及终端与终端之间的通信，它是按照某种协议连接信息处理装置和数据传输装置，并进行数据的传输及处理。计算机技术与通信技术相结合，克服了时间和空间上的限制，使人们可以利用终端在远距离共同使用计算机，提高了计算机的利用率，使计算机的应用范围扩大到社会生活的各个领域，从而使信息化社会进一步向前推进。数据通信和电报、电话通信相比，具有如下特点： （1）数据通信是人机或机机通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征； （2）数据传输的准确性和可靠性要求高； （3）传输速率高，要求网络时延小和传输响应时间快； （4）通信持续时间差异大。1.2 数据通信系统的构成一般来说，一个数据通信系统是由终端、数据电路和计算机系统三种类型的设备组成。远端的数据终端设备（DTE）通过数据电路与计算机系统相连。数据电路由传输信道和数据电路通信设备（DCE）组成。如果传输信道是模拟信道，DCE的作用就是把DTE送来的数字信号变换为模拟信号再送往信道，或者反过来，把信道送来的模拟信号变换成数字信号再送到DTE。如果信道是数字的，DCE的作用就是实现信号码型与电平的转换、信道特性的均衡、收发时钟的形成与供给以及线路控制等。数据通信和传统的电话通信的重要区别之一是，电话通信必须有人直接参与，摘机拨号，接通线路，双方都确认后才开始通话。在通话过程中有听不清楚的地方还可要求对方再讲一遍，等等。在数据通信中也必须解决类似的问题，才能进行有效的通信。但由于数据通信没有人直接参加，就必须对传输过程按一定的规程进行控制，以便使双方能协调可靠地工作，包括通信线路的连接，收发双方的同步，工作方式的选择，传输差错的检测与校正，数据流的控制，数据交换过程中可能出现的异常情况的检测和恢复，这些都是按双方事先约定的传输控制规程来完成的，具体由传输控制器和通信控制器来完成。在数据通信系统中，数据电路加上传输控制规程就是数据链路。实际上，通信双方要真正有效地进行数据传输，必须在建立数据链路之后。正是由于数据链路要遵循严格的传输控制规程，使得它所提供的数据传输质量要比单独数据电路所提供的数据传输质量好得多。1.3 数据传输方式1（1）并行传输与串行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。常用的就是将构成一个字符代码的几位二进制码，分别在几个并行信道上进行传输。例如，采用8单位代码的字符，可以用8个信道并行传输。一次传送一个字符，因此收、发双方不存在字符的同步问题，不需要另加“起”、“止”信号或其它同步信号来实现收、发双方的字符同步，这是并行传输的一个主要优点。但是，并行传输必须有并行信道，这往往带来了设备上或实施条件上的限制，因此，实际应用受限。串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。一个字符的8位二进制代码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起来形成串行数据流传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种传输方式。但是串行传输存在一个收、发双方如何保持码组或字符同步的问题，这个问题不解决，接收方就不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个字符来，因而传输将失去意义。如何解决码组或字符的同步问题，目前有两种不同的解决办法，即异步传输方式和同步传输方式。 （2）异步传输与同步传输异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每一字符代码时，前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元，极性为“0”，即空号的极性；字符代码后面均加上一个“止”信号，其长度为1或2个码元，极性皆为“1”，即与信号极性相同，加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”，也就是实现串行传输收、发双方码组或字符的同步。这种传输方式的特点是同步实现简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步。缺点是对每一字符都需加入“起、止”码元，使传输效率降低，故适用于1200bit/s以下的低速数据传输。同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的（即同步的）。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。数据的发送一般以组（或称帧）为单位，同步通信时一个数据帧中通常包含同步码、数据码和校验码。在同步方式下，所有的码元都是等宽的。这种信号形式的差异使同步方式可以采用高效率的调制，只要有良好的电气接口，速率可以达到很高。 第2章 串行口与并行口介绍2.1 并行口技术介绍2.1.1 并行口技术简介并行接口最初是作为简单的打印机接口使用的，现在已经发展成为用户只要通过简单的插入操作，就能将所有需要使用的外设连接到电脑上的一种设备。并行接口的发展源于其广泛的用途，我们可以用它实现数据输入、数据输出或双向数据通信，并口的这种通用性使它成为每一台PC机的标准配置。并行口自诞生之日起，一直是计算机与外设之间数据通信的主要传输途径，到目前为止还是个人计算机的标准配置。并行口的工作模式也在实际应用过程中发生了较大的变化，经历了SPP（Standard Parallel Port）模式、PS2模式、EPP（Enhanced Parallel Port）模式、ECP（Extended Capabilities Port）模式及混合模式等。其中EPP模式首次使并行口能够与外设进行双向高速的数据传输，大大提高了并行口的实用性。而ECP模式为并行口的快速数据传输提供了另一种途径，与EPP模式一样，ECP传输可以在ISA（Industry Standard Architecture）总线周期完成，对于更高速的传输来说，ECP还可以使用数据压缩方法，将信息压缩到更少的字节中，并且允许使用DMA（Direct Memory Access）方式。2.1.2 PC机实现并行通信的几种方法4并行通信是计算机通信技术的一个重要分支，它具有通信速率高、软硬件实现比较容易等特点。计算机系统之间实现并行通信的方法有多种，我们归纳出以下五种方案：（1）采用打印机接口实现并行通信；（2）采用HP-IB总线接口及其专用接口电路构成通信电路；（3）采用双端口RAM构成并行通信通道；（4）采用8255可编程接口构成通信电路；（5）采用简单芯片，如74LS373构成通信电路。这五种并行通信实现方案各有其优点和不足之处。采用可编程接口芯片和利用简单芯片构成通信电路，具有编程简单、容易实现等特点；利用计算机系统所带的打印机接口来实现并行通信方便且又实用，编程也容易，但这三种实现方案功能上比较简单。HP-IB总线结构是一种国际通信标准，功能强大，但其软件硬件成本较高。双端口RAM是近年来发展起来的新型器件，利用双端口RAM来实现并行通信，通信效率高，效果好，但其价格也高。1利用PC机打印接口实现PC机并行通信一个标准的PC机打印接口，应符合美国通用的CENTRONIC标准。它由25芯的D形连接器提供TTL输入、输出信号，这种接口为我们提供了PC机并行通信的可能。但是PC机的并行打印机接口并非通用的并行传输接口，而是专用的单向输出接口，其并行口数据仅作输出使用，不支持输入操作。利用打印机接口进行双向并行通信也是可行的，其基本方法就是利用打印机输入线进行传输。分析CENTRONIC并行打印口的引脚定义可知，对于指定的并行打印机接口，总共有12根输出线和5根输入线，其中输入线为状态输入线，自然能进行数据输入操作，从而实现数据的输入、输出操作，即双向并行数据传输。硬件连接方案如图2.1所示。在下图中，ERR、SLCT、PE、ACK和BUSY五个端口为状态输入端口，其中ERR表示打印机出错、SLCT高电平表示打印机处于待命状态、PE表示打印机没纸、ACK低电平表示最后一个字符接收完毕、BUSY高电平表示打印机处于忙碌状态。五个状态端口作为输入端口与DATA0DATA4数据端口相连。. DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4ERRSLCTPEACKBUSYERRSLECTPEACKBUSYDATA0DATA1DATA2DATA3DATA4主机打印口输出端口输入端口输入端口输出端口从机打印口图2.1 利用打印机实现PC机之间并行通信的硬件连接2采用HP-IB总线结构及其专用接口构成并行通信电路HP-IB总线是国际上公认的一种并行接口标准。它具有位并行、字节串行的总线结构特性，多台设备无需中介单位可以直接挂在一起通信。HP-IB总线最早由美国HP公司提出，后来被美国电气与电子工程学会（IEEE）和国际电工委员会（IEC）采纳，确定为IEEE-488标准和IEC-625标准，并作为并行接口的国际标准。它有多个名称，如HP-IB、GP-IB、IEEE-488及IEC-IB等，在美国称为HP-IB或IEEE-488接口，在欧洲称为GP-IB或IEC- IB接口。IEEE-488标准和IEC-IB标准在结构上略有差别，前者是24芯连接器，后者是25芯连接器。HP-IB接口卡是构成HP-IB并行通信系统的基本部件。该接口卡插在PC机内工作，能支持微机作为控制者、发送者或接收者。接口卡以mPD7210芯片为核心，通过总线收发器连至HP-IB总线；与CPU之间需加数据缓冲器、地址译码器和DMA通道选择器。接口的硬件构成如图2.2所示。在下图中，HP-IB接口卡主要由地址译码、数据缓冲、中断选择、DMA通道选择和总线收发器构成。微机的最低三位地址A2 A0直接与mPD7210相连，它与IOR#和IOW#结合用于选通mPD7210内部的16个读写寄存器。高7位地址A9A3采用可选式译码电路进行译码，译码输出信号作为mPD7210的片选CS#和数据缓冲器的输入。数据缓冲采用74LS245三态总线缓冲器，使能受CS#控制，传送方向由IOR#和IOW#控制。考虑到接口卡的通用性，mPD7210的中断请求信号INT和DMA通道选择信号DREQ通过开关选通接入扩展槽内某一空余的中断号IRO和DMA通道。总线收发器采用75160和75162或采用MC3447。3采用双端口RAM构成双向并行通信通道IDT7024是由美国IDT公司推出的一种典型的双端口RAM，下面以它为例介绍双端口RAM工作原理及由它构成的并行通信接口。IDT7024是4K16位双口RAM。它是真正的双口RAM，允许两个端口同时读写数据，每个端口具有自己独立的控制信号线、地址线和数据线。它允许数据高速存取，最快存取时间为25ns，可与大多数高速处理器配合使用，无需插入等待状态。它具有Master/Slaver#控制端，在存储容量和数据位宽上能方便地扩展，其数据保存电压为2V，便于用电池完成数据的掉电保护。IDT7024除了具有双端口存储功能外，还具有中断功能和标识器功能，在数据传送时可构成多种接口形式。D7-D0DAV#NRFD#NDAC#ATN#IFC#REN#SRQ#EOI#T/R1T/R2T/R3总线收发器mPD7210数据缓冲地址译码DMA通道选择中断选择 CS#RD#WR#D7-D0A9-A0AENIOR#IOW#CLKRESETPC机总线扩槽图2.2 HP-IB接口卡的硬件构成及连接IDT7024的核心部分是存储器阵列，用于数据存储，为左右两个端口共用。这样，位于两个端口的左右处理单元就可共享一个存储器。当两个端口对双口RAM存取时，存在以下四种读写情况：（1）两个端口不同时对同一地址单元存取数据；（2）两个端口同时对同一地址单元读出数据；（3）两个端口同时对同一地址单元写入数据；（4）两个端口同时对同一地址单元，一个写入数据，一个读出数据。第一、二种情况，两个端口的存取不会出现错误，第三种情况会出现写入错误，第四种情况会出现写入和读出错误。为避免第三、四种情况的出现，IDT7024芯片设计有硬件“BUSY”功能输出，其工作原理如下：当左右端口不对同一地址单元存取时，BUSYR#和BUSYL#端输入高电平H，即当BUSYR#=H和BUSYL#=H时，可以正常存储。当左右端口对同一地址单元存取时，有一端口的BUSY#=L，禁止数据的存取。此时，两个端口中，哪个存取请求信号出现在前，则其对应的BUSY#=H，允许存取；哪个存取请求信号出现在后，则其对应的BUSY#=L，禁止其写入数据。需要注意：两端口间的存取请求信号出现时间要相差5ns以上，否则仲裁逻辑无法判定哪一个端口的存取请求信号在前。在无法判断哪一个端口的存取请求信号时，控制线BUSYR#和BUSYL#只有一个为低电平，不会同时为低电平，这样就能保证一个对应于BUSY#=H的端口能进行正常存取，对应BUSY#=L的端口不存取，避免双端口存取出现错误。图2.3是由双端口RAM IDT7024构成的PC机与单片机之间的通信接口电路框图。该系统结构简单、可靠性高，但是价格也高。地址译码器数据缓冲器地址译码器数据缓冲器单片机系统RD#WR#REDAYIOR#IOW#READYPC机总线CEL#CER#双口RAMIDT7024OEL#R/W#LBUSY#LOER#R/W#RBUSY#R图2.3由双端口RAM IDT7024构成的PC机与单片机之间的通信接口4采用8255可编程接口构成通信电路8255A有4个端口是通过芯片上的端口选择信号A1、A0的不同电平来区分的。当A1A0 为00 时，选中A口；为01时，选中B口；为10时，选中C口；为11时，选中控制口。8255A有3种工作方式：基本输入输出，选通输入输出，选通双向输入输出。通过对8255A 内部控制寄存器装入不同的方式控制字，来决定其3种不同的工作方式。选用其选通输入输出方式，设置A口工作于输出方式，B口工作于输入方式，C口的四位口线作为控制联络信号。并行接口的连接方案：PC机打印口的8位输出方向的数据线，与8255A的输入口（B口）相连，4位输入方向的状态信息线，与8255A的输出口（A口）连接。因8255A 的输出口为8位口线，所以主机的输入口与8255A的输出口之间加入数据选择器74LS157，数选器的控制端与打印口一根输出方向的控制线相连，主机通过给该控制端输出不同信号，控制选择器的高4位或低4位分别输入主机。2.2 串行接口技术介绍2串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。一个字符的8位二进制代码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起来形成串行数据流传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种传输方式。串行通信有字符形式和二进制形式两种传输形式。字符形式：通常以小于ASCII128的字符码传递，通常用于传送指令；二进制形式：将数据以二进制编码的方式传送，它可能含有ASCII128以上的字符码，通常用来传送数据，以节省时间。2.2.1 串行口技术简介近年来，随着计算机技术和外围设备技术的飞速发展，计算机与外围设备之间的通信就显得越来越重要。串行传输是数据通过一根传输线逐位传送，数据传送按位顺序进行，只需要一根传输线即可完成，节省传输线。由于串行通信方式使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。同时由于其具有硬件设计简单、控制方便、成本低廉、传输距离远等优点被广泛应用在智能化的前端仪器仪表、测量和测试网络以及自动控制领域中，实现系统之间、系统与外设之间的数据传输和控制。虽然串口通信技术已经很成熟，但随着传输数据量的增大和一些工程的客观要求，如：实时性要求。所以能否设计一种可靠、有效的串口通讯解决方案已成为一项工程中迫切需要解决的任务。在串口通信技术中以RS - 485和RS - 232串口技术的应用最为广泛。计算机串行通信在数据传输过程中，所传输的数据是一位一位进行传输的，传输过程中的每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行通信的数据传输方式又可以分为同步方式和异步方式。同步方式比较复杂，但传输速率较异步方式高。异步方式技术简单，应用场合较多。现在的PC机一般都提供两个符合RS-232标准的串行口COM1和COM2。2.2.2 串行口技术的发展在过去的20年中，并行端口技术得到了广泛应用。随着对数据高速传输应用需求的不断增加，两种主要的并行端口技术ATA和SCSI逐渐现出不足来。由于ATA和SCSI技术采用并行总线接口，传输数据和信号的总线是复用的，因此传输速率会受到一定的限制。如果要提高传输的速率，那么传输的数据和信号往往会产生干扰，从而导致错误。串行端口技术SATA和SAS是一种全新的总线架构。串行端口在数据传输的过程中，数据线和信号线独立使用，并且传输的时钟频率保持独立，因此同以往的并行端口技术相比，SATA和SAS串行端口的传输速率得到了很大的提高。串行端口通讯技术的应用无处不在，如电脑的串口与Modem的通讯。另外，手机、PDA、USB鼠标、键盘等都是以串行通讯的方式与电脑连接，应用更为广泛的领域像多串口卡，各种具有串口通讯接口的检测、测量仪器，串口通讯的网络设备等。2.2.3 串行接口器件数据的传输有串行传送和并行传送2种方式。早期生产的器件大部分是并行传送方式，随着集成电路制造工艺的提高，器件的运行速度也随之大大提高。因此，近年来许多公司开发了各种带串行接口的电路，与并行接口的集成电路相比，具有引线少，芯片体积小，接口线少等优点。基于以上优点，使得串行接口电路在PCB板布线时方便，占用面积小，容易用低成本的单面板实现。在需要进行光电隔离的场合，很容易用光电藕合器实现隔离。因此，串行接口器件越来越受到人们的重视。目前，市面上常见的带串行接口的器件分两大类：一是串行外围接口SPI（serial periphery interface），二是I2C总线接口（Inter IC BUS）。下面我们分别说明这两种串行接口方式。1SPI 是一种同步串行接口，这种通讯接口采用单独3根信号线（CIK，DI，DO）传送数据及同步时钟，可以实现全双工通信；由CS片选线实现多机通信或扩展多片SPI电路。在启动1次传送时由主机产生9个脉冲传送给从机(或接口芯片)作为同步时钟，数据由DO移出，DI移入，典型的时序如图2.4所示。图中是一个上升沿有效的同步串行方式，上升沿正对应数据码元的正中间，其中引起数据线和采样数据线变化的CLK与电路有关。MOTOROLA、NS 、ATMEL、MAXIM等国际半导体公司生产了大量带SPI接口的电路，既有微处理器类又有A/D类、D/A类、显示驱动类器件、串行I/0接口等。CSCLKMSBD6D5D4D3D2D1LSBDI/DO图2.4 同 步 串 行 接 口 时 序 图2I2C总线串行扩展总线在单片机系统中的应用是目前单片机技术发展的一种趋势。在目前比较流行的几种串行扩展总线中，I2C总线以其严格的规范和众多带I2C接口的外围器件而获得广泛的应用。日前应用最广泛的是24系列EEPROM。I2C总线是PHILIPS公司推出的电路间串行传输总线。它以1根串行数据线（SDA）和1根串行时钟（SCL）实现全双工的同步数据传输。随着I2C总线研究的深人，它已经广泛应用于视频、音频、IC卡行业和一些家电产品中，在智能仪器、仪表和工业测控领域也越来越多地得到应用。I2C总线的广泛应用是同它卓越的性能和简便的操作方法分不开的。I2C总线的主要特点表现在以下几个方面6：（1）硬件结构具有相同的硬件接口界面。I2C总线系统中，任何一个I2C总线接口的外围器件，不论其功能差别有多大，都是通过数据线和时钟线连接到I2C总线上。这一特点给用户在设计应用系统时带来极大的方便。用户不必理解每一个I2C总线器件的功能如何，只要将器件的引脚SDA和引脚SCL连到I2C总线上，然后对该器件模块进行独立的电路设计，从而简化系统设计的复杂性，提高系统的抗干扰能力，符合EMC（Electromagnetic Compatibility）设计原则。（2）器件地址的特殊性。I2C总线接口系统中的主器件一般为单片机，每个I2C总线上的从器件都有唯一的从地址，1路I2C总线可以接多个从器件。I2C总线中的2根线，1个为数据线、1个为时钟线，没有专用的地址线，因此，只能通过启动信号之后的几个字节来传送器件的地址、器件内RAM地址和读写控制命令。每个I2C器件的接口电路具有唯一的器件地址，由于不能发出串行时钟信号而只能作为从器件使用。各个器件之间互不干扰，相互之间不能进行通信，各个器件可以单独供电。MCU与I2C器件之间的通信是通过独一无二的地址来实现的。（3）软件操作的一致性。任何器件通过I2C器件与MCU进行数据传输的方式基本是一样的，这就决定了I2C总线软件编写的一致性，极大地方便了I2C总线设计的模块化和规范化，伴随而来的是用户在使用I2C总线时的“傻瓜”化。2.3 数字信号传输规范发展的新趋势传统的并行传输技术，因其无法克服的线间串扰和外部电磁干扰，已逐渐淡出高速传输技术领域，串行传输技术已经趁机步入。如果仔细观察周围事物一定会发现，目前带并行接口的电脑外部设备已悄悄地离去，代之而来的带串口的外部设备已慢慢占据了半壁江山，用USB接口的打印机、扫描仪、数码相机已比比皆是，连高速硬盘也开始采用Serial ATA 150的串行接口，这是为什么呢？ 1硬盘接口的发展内、外存储器一直是计算机系统的瓶颈，几十年来，人们坚持不懈地在努力克服此瓶颈。其中，硬盘的接口速率从3.3Mb/s提高到目前的133Mb/s进步不小。但这种速度的提升并非是革命性的，因为它们在一直沿用传统的并行传输模式。在低速传送时，多位并行传送技术明显高于每次只传送一位的串行技术，但当传送速率提高时并行传送线的线间串扰和外部电磁干扰变得难于忍受，以至使传输无法进行。虽然在ATA60时代采用80P数据线（即在两根并行传输线间加进地线）以减少干扰，但只是治标不治本的无奈之举。2新型的串行传输技术按人之常理，一次传送8位的并行技术，其传输速率总是大于一次只传送一位的串行技术，但这句话只是在传送速率较低的情况下是正确的。目前，串行技术再次浮出水面，但这并不是旧戏重演，关键在于它的传送速率已远远高于原先的传送速率。放眼当前的数字信号传送规范领域，串行技术取代传统并行技术已是大势所趋。USB2.0、现IEEE1394、Hyper Transport及Mutiol等高速总线在设计时，全部或部分地采用了串行通信技术的原理，由干串行通信几乎不存在信号串扰的问题，因此这种设计构想可保证高频率下的稳定工作，从而获得超过并行技术的高速度，而高频率和串行传输模式也就成为现代高速总线的共同特征，新发展起来的Serial ATA也是如此。第3章 常见接口标准3.1常见的串行通信接口标准8在通讯系统中，数据通讯、计算机网络及过程控制系统经常通过各自配备的标准串行通讯接口，再加上合适的通讯电缆实现相互通讯。串行通讯接口是连接计算机、终端、通讯控制器等设备之间的物理接口，它的作用是把用户设备连接到通讯线路上去，从而实现设备之间的正常通讯。目前，常见的串行通讯接口标准主要有：RS-232C接口、 RS-422A/RS-449接口、RS-485接口以及20mA电流环接口。 RS-422引脚图 RS-232引脚图 RS-485引脚图图3.1接口引脚说明3.1.1 RS-232、RS-422与RS-485的由来RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作为前缀称谓。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、Odetis协议是公开的，而ProLINK则是基于Profile上的。3.1.2 RS-232C通讯接口RS-232C通讯接口是一种标准化的串行接口，是为远程通讯连接数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）与数据通讯设备DCE（Data Communication Equipment）定义的物理接口。现普遍用于计算机之间和计算机与外设之间，符合EIA（电子工业协会）规格要求，在国际上得到广泛应用。其特点是信号少，使用简单，方便。1 电气特性EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了明确规定：在TXD和RXD引脚上电平定义：逻辑1（MARK）=-3-15V逻辑0（SPACE）=+3+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上电平定义：信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3-15V以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”的传输的电平为-3-15，逻辑“0”传输的电平为+3+15V；对于控制信号：接通状态（ON）即信号有效的电平为+3+15V，断开状态（OFF）即信号无效的电平为-3-15V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效检查出来；而介于-3+3V之间的电压即处于模糊区电位，此部分电压将使得计算机无法准确判断传输信号的意义，可能会得到0，也可能会得到1，如此得到的结果是不可信的，在通信时候体现的是会出现大量误码，造成通信失败。因此，实际工作时，应保证传输的电平在（315）V之间。2RS-232接口定义及连线RS-232接口又称之为RS-232口、串口、异步口或一个COM（通信）口。“RS-232”是其最明确的名称。在计算机世界中，大量的接口是串口或异步口，但并不一定符合RS-232标准，但我们也通常认为它是RS-232口。严格地讲RS-232接口是DTE（数据终端设备）和DCE（数据通信设备）之间的一个接口，DTE包括计算机、终端、串口打印机等设备。DCE通常只有调制解调器（MODEM）和某些交换机COM口是DCE。标准指出DTE应该拥有一个插头（针输出），DCE拥有一个插座（孔输出）。这经常被制造商忽视（如：WYSE终端就是孔输出DTE串口）但影响不大，只要搞清楚DCE、DTE就行了，然后按照标准接线图接线就不会错。RS-232引脚定义见表3.1表3.1RS-232引脚定义9针RS-232串口（DB9）25针RS-232串口（DB25）引脚简写功能说明引脚简写功能说明1CD载波侦测（Carrier Detect）8CD载波侦测（Carrier Detect）2RXD接收数据（Receive）3RXD接收数据（Receive）3TXD发送数据（Transmit）2TXD发送数据 （Transmit）4DTR数据终端准备（Data Terminal Ready）20DTR数据终端准备 （Data Terminal Ready）5GND地线（Ground）7GND地线（Ground）6DSR数据准备好（Data Set Ready）6DSR数据准备好（Data Set Ready）7RTS请求发送（Request To Send）4RTS请求发送 （Request To Send）8CTS清除发送（Clear To Send）5CTS清除发送（Clear To Send）9RI振铃指示（Ring Indicator）22RI振铃指示（Ring Indicator）RS-232规定了信号之间的时序关系，以便正确地发送和接收数据。为实现远程数据通讯的需要，通常采用调制解调器（Modem）连接数据终端设备与数据通讯系统，如图3.2所示。在短距离的数据传输中，计算机与设备的互联采用交叉跳线连接信号线的方法“零Modem”连接方法实现通讯。“零Modem”连接方法如图3.3所示。在设备终端始终处于准备好的场合，不需要握手信号进行联络，通常只使用“信号地”、“发送数据”和“接收数据”等信号线来建立信息传输，如图3.4所示3。ModemModemPGNDTXDRTSRXDCTSDSRCDDTRRISGNDRS-232电话线PGNDTXDRTSRXDCTSDSRCDDTRRISGNDRS-2322计算机或终端计算机或终端图 3.2 经Modem 进行双向串行通讯接口连接PGNDTXDRXDRTSCTSDSRDTRSGNDPGNDTXDRXDRTSCTSDSRDTRSGND图3.3“零Modem”连接方法 3.1.3 其它串行口介绍1RS-422A通讯接口为了扩大传输距离，提高通讯速率，增强抗干扰能力，在RS-232C的基础上，制定了新的串行通讯标准RS-422A, 它是以一种平衡方式来传输信息的。所谓平衡方式，是指双 SGNDTXDRXD数据终端设备数据终端设备图3.4三线双向接口连接端发送和双端接收。RS-422A可称为双端口电气标准。当采用RS-422A标准电信号时，与RS-232C相比有如下不同之处：（1）在RS-232C的基础上对信号线做了调整：删除了RS-232C中的保护地以及用于测试的两个信号，新定义了本地环测试和远程环测试模式、检修终端信号、频率选择信号及发送公共端和接收公共端等十个信号及功能；（2）对信号的功能做了改变；（3）RS-422A标准插针数为37根；（4）传速率可达10Mb/S；（5）接收器输入灵敏度为200mV；（6）驱动器输出电平为2V（带负载）或1V（无负载），接收器输入电平可低到200mV。2RS-485通讯接口RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通讯。在发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常采用双绞线，同时又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输率和最大传输距离也大大提高。如果以10Mbps速率传输数据，最大传输距离为12m，而用100Kbps传输数据，传输距离可达1.2Km；如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。用RS-485可实现多点互联，最多可达32台驱动器和32台接收器，不仅可以实现半双工通讯，而且还可以实现全双工通讯。320mA电流环接口20mA电流环是一种未经正式颁布的电流控制的串行通讯标准，其具有抗干扰能力强，传输距离远的优点，在计算机远距离通讯中应用较广。20mA电流环标准对逻辑数据的规定是：回路中有20mA 电流通过表示逻辑“1”；无电流表示逻辑“0”。若要同时发送和接收，则需要四根线构成输出电流回路和输入电流回路。由于20mA电流环是一种异步串行接口标准，在每次发送数据时，须以无电流的状态作为每一个字符的起始位，接收端检测到起始位时便开始接收字符数据。常见的串行通讯接口标准见表3.2。从表中可以看出RS-232C标准可用于近距离传输数据，接线方式灵活、简单；RS-485适用于远距离，多点间通讯，常用于工业现场采集和控制信号的传输。采用何种串行通讯标准要根据实际的要求来确定。表3.2常见串行通信接口标准比较特性参数RS-232CRS-422ARS-485传输线上允许的驱动器数目1132传输线上允许的接收器数目11032最大电缆长度15m1.2Km（90Kbps）1.2 Km（100Kbps）最大数据传输速率20Kbps10Mbps（12m）10Mbps（15m）驱动器输出最大电压值25V6V-7V+12V驱动器输出信号电平5V（带负载）15V（未带负载）2V（带负载）6V（未带负载）1.5V（带负载）5V（未带负载）驱动器负载阻抗37K10054驱动器电源开路电流（高组态）V/300100100接收器输入电压范围15V12V-7V+12V接收器输入灵敏度3V200mV200mV接收器输入阻抗27K4K（最小值）12K（最小值）工作模式单工双工双工3.2 并行口工作模式3.2.1 工作模式分类早期的微型计算机的并行口是专为打印机而设计的，其功能主要是向打印机输出数据，这就是目前并行口的SPP模式。增强并行口EPP（Enhanced Parallel Port）是Intel公司等为了在外设间进行双向通信而开发的，1991年它开始用在笔记本电脑上，在586以后的主板上被普遍使用。除上述两种模式外，Microsoft公司也开发了一种具有DMA（Direct Memory Access）功能的双向并行口并被称为扩展并行口ECP（Extended Capabilities Port），目前这3种模式已经成为微型机的标准9。并行口的工作模式也在实际应用过程中发生了较大的变化，经历了SPP(Standard Parallel Port)模式、PS2模式、EPP（Enhanced Parallel Port）模式、ECP（Extended Capabilities Port）模式及混合模式等。其中EPP模式首次使并行口能够与外设进行双向高速的数据传输，大大提高了并行口的实用性。而ECP模式为并行口的快速数据传输提供了另一种途径。常见的计算机并口模式可分为兼容模式（Compatibility Mode）、半字节模式（Nibble Mode）、字节模式（Byte Mode），增强模式EPP（Enhanced Parallel Port）和扩展模式ECP（Extended Capabilities Port）。其中，EPP模式和ECP模式适用于较高速率的数据通信，同时它们也兼容标准打印口的操作。在计算机的CMOS设置里通常按照以下模式区分：标准模式、双向模式、EPP模式、ECP模式等。3.2.2 SPP和EPP模式1标准并行口SPP工作模式SPP 模式中，并口分为三个端口：数据端口、状态端口和控制端口。（1）数据端口或数据寄存器的地址即为基地址378H，这个寄存器通常只能写数据；（2）状态端口是一个只读端口，其地址为基地址+1，任何向这个端口写的数据将会被忽略；（3）状态口由5根输入线（第10，11，12，13，15 脚），1个IRQ寄存器和两个保留位组成。控制口是一个可读可写的端口，其地址为基地址+2。第6、7位没有被使用，当一个外部设备与并口相连时，4个“控制位”被使用，它们是低4位Strobe，Auto Linefeed，Initialize和Select Printer，除Initialize脚，其它三个脚都被硬件反相了。SPP模式下各引脚信号定义见表3.32EPP模式表3.3 SPP模式下各引脚信号定义端口DB25SPP名称I/O功能数据29D0D7输出在SPP指令下输出数据控制1nSTROBE输出低电平有效，表明数据在数据线上有效到达14AUTOFEED输出低电平有效，打印机遇回车符自动换行16nINIT输出低电平有效，对打印机进行复位17nSELECTIN输出低电平有效，表明已经选中的打印机状态10nACK输入以插入低电平表明最后一个字符接收完毕11BUSY输入以插入高电平表明打印机处于忙状态12PE输入没有打印纸13SELECT输入以插入高电平表明打印机处于待命状态15nERROR输入表明打印机出错18251825接地EPP（Enhanced Parallel Port）是一种与标准并行口兼容且能完成双向数据传输的外围接口模式。EPP所对应的I/O端口不仅使用与SPP同样的基地址，而且还占用了后面的五个端口作为附加端口，EPP实际上是由8个地址连续的硬件端口组成的。EPP提供了以下4种数据传送周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期一般用于主机和外设间的数据传输，地址周期一般用于传送地址、通道、命令和控制等信息。这些周期也可看成两种不同的数据周期。设计者可以灵活应用这些地址/数据信息以满足各自的特殊需求。由于在EPP模式下数据的收发均由数据口完成，并且对口的操作用单步指令完成，大大提高了工作速率。EPP协议是一种与标准并行口兼容且能完