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中文摘要 p c 系列机串行通信机制的分析与研究 摘要 随着现代微机的发展，串行通信机制也有了很大程度的发展。尤其是串行 接口通信速率有了很大提高，并且在异步接收发送器中增加了f i f o 控制寄存器， 设置了先进先出缓冲区，使得整体性能得到较大改善，目前，国内参考书几乎 没有关于这方面的详细介绍，因此，有必要对其进入比较深入的阐述和了解。 串行通信编程在工业自动化控制领域，远程通信等方面有着较为广泛的应用， 在掌握现代微机串行通信机制基础上，了解一些串口编程的基本方法，对今后 致力于此方面的工程项目开发也是很有必要的。 本文首先介绍了与串行通信相关的一些基本概念，并详细分析了r s - - 2 3 2 c 串行总线的各种特性，功能以及连接方法。其次，在此基础之上，对早期的p c x t 机中使用串行通信芯片i n s 8 2 5 0 的内部结构，引脚功能和内部寄存器做了一个 简单的介绍。接着，针对现代微机中广泛使用的n s l 6 5 5 0 通用异步接收发送器 ( u a r t ) ，对它的特性，引脚功能以及内部可编程寄存器进行了介绍。把分析 的重点放在了新增的f i f o 控制寄存器，逐个介绍了该寄存器的每个数据位的作 用，并详细阐明了f i f o 中断模式操作和f i f o 查询模式操作，从理论上分析了 其主要优点。文章还通过几个编程实例从三种不同的环境和语言对串口通信编 程的基本方法做了一些介绍。一是在d o s 环境下的t u b r oc 进行异步通信功能 调用；二是在w i n d o w s 环境下v c 6 0 的a p i 函数编写一个双机互联程序；三是 在用v b 6 0 的串行通信控件编写双机互联程序，文章最后还介绍了如何在v c 6 0 和v b 6 0 环境下编写支持多线程的串口通信程序。 关键字： i n s 8 2 5 0n s l 6 5 5 0f i f o 串口编程多线程 a b s t r a c t a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fp c ss e r i a l c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e mm i c r o c o m p u t e r , s e r i a lc o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s mh a dd e e pd e g r e ed e v e l o p m e n tt o o e s p e c i a l l yt h ec o m m u n i c a t i o ns p e e do f t h es e r i a li n t e r f a c ew a sm o r ef a s t e r i nu a r ti ta d d e df 1 f o sc o n t r o lr e g i s t e ra n d s e t u p e df i f ob u f f e r , a l lt h e s ei m p r o v e dt h ew h o l ep e r f o r m a n c eo ft h e i n t e r f a c e p r e s e n t l y , n o n eo fr e f e r e n c eb o o ki no u rc o u n t r yi n t r o d u c et h ec o r r e l a t i v e d e t a i l s s oi ti sn e c e s s a r yt oe x p a t i a t ea n dr e a l i z et h e mi nd e e pd e g r e e t h et e c h n o l o g y o fs e r i a lc o m m u n a t i o nh a v ea w i d e l ya p p l i c a t i o n i nt h ef i e l do f i n d u s t r y a u t o m a t i z a t i o nc o n t r o la n dt e k e c o m m u n i c a t i o n s i nt h eb a s eo fp r e d o m i n a t es e r i a l c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ，t h a tu n d e r s t a n ds o m eb a s i cm e t h o do fs e r i a l c o m m u n i c a t i o ni s v e r yn e c e s s a l y t ot a k eu p 、i t l l e x p l o i t a t i o n o fs e r i a l c o m m u n i c a t i o np r o j e c t i nt h ed i s s e r t a t i o n ，f i r s to fa l l ，w ei n t r o d u c es o m eb a s i cc o n c e p t i o no fs e r i a l c o m m u n i c a t i o n ，a n dp a r t i c u l a r l ya n a l y s e d a l lk i n d so ff e a t u r e s ，h m c t i o na n d c o n n e c t i o nm e t h o d so fr s 2 3 2 cs e r i a l b u s s e c o n d l y , i n t h i sb a s e ，w e s i m p l y i n t r o d u c e dt h ei n s i d es w a c t u r e , p i nf u n c i t o na n di n s i d er e g i s t e ro fi n s 8 2 5 0 ，s e r i a l c o m m u n i c a t i o nc h i pt h a ti tw a su s e di n e a r l yp c x tm i c r oc o m p u t e r n e x t c o n t r a p o s en s l 6 5 5 0u n i v e r a s la s y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t c r ( u a r t ) t h a tw a s w i d e l yu s e di n m o d e mm i c r o c o m p u t e r , w ei n l x o d u c e dt h ei n s i d e s t r u c t u r e ，p i n f u n e i t o na n di n s i d er e g i s t e rt o o t h ee m p h a s i st h a tw ea n a l y s ei sa d d e df i f oc o n t r o l r e g i s t e r , i n t r o d u c et h ef u n c t i o no fe v e r yd a t ab i to ft h er e g i s t e ro n eb y eo n e a n d p a r t i c u l a r l yc l a r i f i e df i f oi n t e r r u p tm o d eo p e r a t i o na n df i f op o l l e dm o d eo p e r a t i o n ， a n a l y s e dm a i nm e r i to ft h e s em o d ef r o me x o t e r i c a w ei n t r o d u c es o m eb a s i cm e t h o d o fp r o g r a m m e ds e r i a lc o m m u n i c a t i o nf r o mt h r e ed e f f e r e n tc o n d i t i o n sa n d i i a b s t r a c t l a n g u a g e s f i r s t ，i n t r o d u c t i o ni st h a tt r a n s f e ra s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n 谢廿1 t u b r o _ ci n d o sc o n d i t i o n ；s e c o n d ，w ec o m p i l e da p r o g r a m mt h a t t w o c o m p u t e r sw a sc o n n e c t e df r o ms e r i a li n t e r f a c ew i t l la p if i m c t i o no fv c 6 0i n w i n d o w sc o n d i t i o n s l a s tc o n t e n ti st h a tc o m p i l e dap r o g r a m mt h a tt w oc o m p u t e r s w a sc o n n e c t e df r o ms e r i a li n t e r f a c ew i t l ls e r i a lc o m m u n i c a t i o nc o n t r o lo f v b 6 0 l a s t o fa l l ，w ei n t r o d u c e dh o wt oc o m p i l es e r i a lc o m m u n i c a t i o np r o g r a m m et h a ts u s t a i n m u l t i t h r e a d i n gi nv c 6 0a n dv b 6 0c o n d i t i o n s k e y w o r d s ： i n s 8 2 5 0 p c i 6 5 5 2f i f o s e r i a l _ i n t e r f a c e _ p r o g r a m m em u l t i t h r e a d i n g 1 1 1 v 8 0 8 1 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的e p 届, j 本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下 内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) 秘密l o 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 机密2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月 日 第1 章绪论 第一章绪论 随着多微机系统的应用和微机网络的发展，通信功能越来越显得重要。这 里所说的通信既包括计算机与外部设备之间，也包括计算机和计算机之间的信 息交换。基本的通信方式有串行通信和并行通信两种。 串行通信是将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方 式。由于串行通信是把组成信息的各个码位在同一根传输线上，从低位到高位， 逐位地、顺序地进行传送的通信方式，所用的传输线少，因此在远距离通信时 可以极大地降低成本。另外，它还可以借助现成的电话网进行信息传送，因此， 特别适合于远距离传送。相对并行通信方式，串行通信速度较慢，所以它更适 合于距离比较远，速度要求不很高的情况。在实时控制和管理方面，采用多台 微处理机组成分级分布控制系统中，各c p u 之间的通信一般都是串行方式。所 以串行接口是微机应用系统常用的接口。 串行端口在现代微机中是一个标准接口，微型计算机从最初的p c x t 机到 a t 机，再逐步发展到现在的各类高档微机，其串行通信机制也有了很大程度的 发展。从最初使用的i n s 8 2 5 0 芯片，到现在微机中广泛使用的n s l 6 5 5 0 t n s l 6 5 5 2 d ， 1 6 c 6 5 0 ，1 6 c 7 5 0 以及1 6 c 8 5 0 芯片，其通信速率有了极大提高，在使用了f i f o 缓存之后，使得它可以工作在f i f o 模式之下，减少了c p u 处理中断的次数，从 1 6 c 6 5 0 之后，它又做到了硬件握手技术的内部实现，使得性能有了很大提高， 并从最大程度上减轻c p u 的负担，极大地提高了通信效率。 目前国内的各种参考文献关于串行通信机制的介绍仍旧停留在i n s 8 2 5 0 阶 段。对最新的串行通信芯片都没有涉及到，或者仅仅只是一笔带过，因此，本 文在系统介绍了i n s 2 8 5 0 芯片的内部结构，引脚信号以及内部寄存器的基础之 上，对n s l 6 5 5 0 的先进先出模式做了详尽细致的分析和阐述。并对n s l 6 5 5 0 的 子代产品做了些简单介绍。 基于目前串口编程在远程监控，工业自动化领域以及电话、传真和控制等 方面的广泛应用，本文将分别从d o s 环境下的t u r b oc 调用异步通信功能， w i n d o w s 环境下v c 6 0 的a p i 函数，以及w i n d o w s 环境v b 6 0 的m s c o m m 控件编 程等三个方面详细介绍了串口编程的基本思路和基本方法。 第1 章绪论 在很多工业控制系统中，通过一个串口连接台外设的情况比较少见，大 部分情况都是通过扩展串口连接多个外设，并且备外设发送数据的频率也不一 定相同，因此，就要求后台能实时处理各端口数据，要做到这一点，就必须引 入串口通信的多线程编程，基于此，本文还分别介绍了v c 6 0 和v b 6 0 这两种 高级语言环境下编写支持多线程串口通信程序的一些基本方法。 本文共分六章。下面简要介绍一下各章节的主要内容。 第一章是绪论部分，简要概括了本文的研究背景以及研究内容。 第二章的主要内容是串行接口标准。在介绍串行接口标准之前，首先阐述 了串行通信相关的一些重要的基本概念。在此基础之上，重点介绍了目前应用 最广泛的一种串行总线标准r s 2 3 2 c ，文章从电气特性，连接器，接口信号以及 信号线的连接等四个方面对该总线做了详细的分析介绍。 第三章主要介绍了i n s 8 2 5 0 以及n s l 6 5 5 0 这两种通用异步接收发送器。分 别从内部结构，引脚信号以及内部寄存器等三个方面做了详尽阐述，本章在着 重介绍了1 6 5 5 0 的f i f o 控制寄存器的功能之后，又重点分析了它在f i f o 模式 下的中断操作以及查询操作方式。最后还简要介绍了n s l 6 5 5 0 的几个子代产品。 第四章主要研究了串口通信编程的一些基本方法，共分三节，第一节首先 介绍的是d o s 环境下t u r b oc 调用异步通信功能的基本方法；第二节是通过一 个双机互联程序实例介绍了如何在v c 6 0 环境下利用通信a p i 函数进行串口编 程；本章的最后一节，同样也是通过一个双机互联程序实例分析了在v b 6 0 环 境下使用m s c o m m 控件编写串行通信程序的基本方法。 第五章的内容是串口通信多线程编程的一些基本方法。在第四章的双机互 联程序基础之上，分别介绍了在v c 6 0 和v b 6 0 环境中，如何实现串口的多线 程通信。 第六章是结束语部分。 第2 章串行接口标准 第二章串行接口标准 在分析阐述微机串行接口标准之前，先用一定的篇幅介绍几个与串行通信 相关的基本概念，之后，重点介绍一下目前使用最为广泛的一种串行接口标准， r s - 2 3 2 c 串行接口标准。 第一节基本概念 与串行通信相关的概念和内容比较多，这一节主要介绍以下几个比较重要 的基本概念。 2 ，1 1 同步通信和异步通信 异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止式异步通信协议， 异步通信传输的每个字符都有一个起始位作为开始传送的标志，起始位采用逻 辑0 。紧跟其后的就是要传送的数据，这个数据可以由5 个二进制位组成，但 总是低位先传送。数据位传送完成后可以选择一个奇偶检验位，用于校验是否 正确传送了数据；可以选择奇检验，也可以选择偶检验，当然，还可以不传送 检验位。最后必须有停止位，以表示这个字符的传送结束；停止位采用逻辑1 电平，可选择其长度为1 位、1 5 位或2 位。一个字符传输结束，可以接着传输 下一个字符，也可以停一段空闲时间再传输下一个字符，空闲位为逻辑1 电平。 异步通信由于要在每个数据前后附加起始位和停止位，就有约2 0 的冗余时 间，因此传输效率不高。同步通信在每个数据不加起始和停止位，而是将数据 顺序连接起来，以一个数据块为传输单位，每个数据块附加1 个或2 个同步字 符，最后以校验字符结束；检验字符同时起到校验传输是否正确的作用。 从通信效率的角度看，同步传输方式接收方不必对每个字符进行开始和停 止的操作，因此同步传输通信效率高，异步传输效率低。异步传输简单，双方 时钟允许存在一定误差。同步传输较复杂，双方时钟的允许误差较小。异步传 输只适用于点到点的数据传输，而同步传输可用于点和多点之间的数据传输。 第2 章串行接口标准 2 1 2 数据传送方式 串行通信中，数据通常是在两个站( 如终端和微机) 之间进行传送，按照 数据流的方向可分成三种基本的传送模式，这就是全双工、半双工和单工。单 工目前已很少采用，下面介绍一下全双工和半双工两种模式。 全双工是指当数据的发送和接收分为两套独立的资源同时进行，分别由两 根不同的传输线同时传送时，通信双方都能在同时刻进行发送和接收操作， 这样的传送方式就是全双工制，如图2 1 所示。在全双工方式下，通信系统的 每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。 全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟( 一 般为毫秒级) ，这对那些不能有时间延误的交互式应用( 例如远程监测和控制系 统) 十分有利。 a 站 b 站 网 司 剖 h _ - _ _ 一 一坚垄登l 图2 1 全双工 半双工是指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，但显然通信双方不能同时收发数据，即它们只能依赖分时切换 方向实现互相收发数据。这样的传送方式就是半双工制，如图2 2 所示。采用 半双工时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收发开关接到通信线上， 进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。收发开关实际上是由软件控制的电 子开关。 4 第2 章串行接口标准 a 赔b 蚺 司、 一一 一。- - 一圃 剜陶 图2 2 半双工 在实际使用时，有时并不需要通信双方同时既发送又接收，像打印机这类 的单向传送设备，半双工就能胜任，也无需倒向。 2 ，1 3 波特率 并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节( b s ) 来表示。而串行通信 中，用“波特率”来描述数据的传输速率。所谓波特率，即每秒钟传送的二进 制位数( b i t s ) 。因此，l 波特= 1 位秒。它是衡量串行数据传输速度快慢的 重要指标。 通信线上所传输的字符数据是按位传送的，1 个字符由若干位组成，因此每 秒钟所传输的字符数字符速率和波特率是两种概念。在串行通信中，所说的 传输速率是指波特率，而不是指字符速率，两者的关系是：假如在某异步串行 通信中传送1 个字符，包括1 个起始位，8 个数据位，1 个偶校验位，2 个停止 位，若传输速率是1 2 0 0 波特，那么，每秒所能传送的字符数是1 2 0 0 ( 1 + 8 + 1 + 2 ) = 1 0 0 个。 2 1 4 调制与解调 计算机输入输出的数据是数字信号，它的频率范围很宽，常从0 到若干m h z ， 在传输线上传输时要求线路的频带也很宽，不然就会产生严重的信号失真。 计算杌的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信时，通信线路往 往是借用现成的公用电话网，但是，电诺网是为3 0 0 3 4 0 0 h z 间的音频模拟信 号设计的，频带宽度有限，这对二进制数据的传输会引起高次谐波的严重衰减， 第2 章串行接口标准 致使二进制数据信号严重失真，为此在发送时需要对二进制信号进行调制，使 其成为适合在电话网上传输的音频信号。在接收时，需要进行解调将音频信号 还原成数字信号 采用调制器( m o d u l a t o r ) 把数字信号转换为模拟信号，送到通信链路上去， 而用解调器( d e m o d u l a t o r ) 再把从通信链路上收到的模拟信号转换成数字信号。 大多数情况下，通信是双向的，调制器和解调器合在一个装置中，这就是调制 解调器( m o d e m ) ，其工作示意图如图2 3 所示。可见调制器和解调器是进行数 据通信所需的设备，因此把它叫做数据通信设备d c e 或数传机( d a t as e t ) 。一 般，通信链路是电话线，它可以是专设线或者是交换线。 图2 3 调制与解调示意图 调翻解调器的类型比较多，大致分为振幅键控( a s k ) ，频移键控( f s k ) 和相移键控( p s k ) 这三类，这里就不一一介绍了。 2 1 5 通信协议 所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定中包括对数据格式、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问题作出统一规定， 通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，它属于i s o 的o s i 七层 参考模型中的数据链路层。 目前，普遍采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。同步协议又有 面向字符( c h a r a c t e ro r i e n t e d ) 和面向比特( b i t - o r i e n t e d ) 以及面向字节 ( b y t e o r i e n t e d ) 三种。 第2 章串行接口标准 2 1 6 流控制 流控制是串行通信的重要部分。两台计算机相连时，经常出现一端不能继 续接收输入数据的情况，例如，在输入缓冲区快满时，或不能进行数据处理时。 如果计算机出现这类情况，接下来输入的数据就很容易丢失。流控制就可以解 决这样的问题，常用的流控制方法有硬件流控制和软件流控制等等。 硬件流控制常用的方法之一就是r t s c t s 。计算机或其他d t e 设备使用r t s 来起始和停止来自调制解调器或其他d c e 设备的数据流。调制解调器则使用c t s 来起始和停止来自计算机的数据流。从理论上来说，这种流控制方法更容易应 用。调制解调器输入缓冲区的大小是有限的。每读入一个新字符，调制解调器 中的处理器就检测一下缓冲区的充满情况，缓冲区充满到一定程度，即达到“高 水位标志”时，处理器让u a r t 给c t s 送逻辑0 ，从而关断c t s 线。d t e 一旦检 测到c t s 线为低，就停止输送数据。控制线掉线并且d t e 设备停止传输后，调 制解调器仍能从它的输入缓冲区中提取数据并迸行处理。最后，调制解调器使 输入缓冲区中的数据量低于所设定的“低水位标志”时，这样，调制解调器就 可以再次设置c t s 线，重新开始传输字符。 软件流控制一般是通过x o n x o f f 协议来实现。一般的做法是，当接收端的 输入缓冲区的数据超过事先设定的“高水位标志”时，它会给远端发出x o f f 字 符( 十进制的1 9 ) ，远端接收到这个字符后就知道另一端要求停止传输，并立即 执行。当接收器的输入缓冲区的数据低于设定的“低水位标志”时，接收端给 另一端发出字符x o n ( 十进制的1 7 ) 。远端收到这个字符后，便可以再次进行传 输了。 第二节r s 2 3 2 c 串行接口标准 r s 一2 3 2 c 标准( 协议) 是美国e i a ( 电子工业联合会) 与b e l l 等公司一起 开发的通信协议，它于1 9 6 9 年公布。适合于数据传输速率在o 2 0 0 0 0 b i t s 范 围内的通信。它最初是为远程通信连接数据终端设备d t e ( d a t at e r m i n a l e q u i p m e n t ) 与数据通信设备d c e ( d a t ac o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t ) 而制定的。 但目前已广泛用于计算机( 更准确地说，是计算机接口) 与终端或外设之间的 近端连接。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都 作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与r s 一2 3 2 c 制式兼容的通信设备，因 第2 章串行接口标准 此，它作为一种标准，已在目前微机串行通信接口中广泛采用。 2 2 1 电气特性 r s 一2 3 2 c 对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在t x d 和r x d 数据上： 逻辑1 = 一3 一1 5 v 逻辑0 = + 3 + 1 5 v 在r t $ 、c t s 、d s r 、d t r 和d c d 等控制线上： 信号有效( 接通，o n 状态，正电压) = + 3 + 1 5 v 信号无效( 断开，o f f 状态，负电压) = 一3 一1 5 v 以上规定说明了r s 一2 3 2 c 标准对逻辑电平的定义。对于数据：逻辑i的 电平低于一3 v ，逻辑“0 ”的电平高于+ 3 v ；对于控制信号：接通状态( o n ) 即 信号有效的电平高于+ 3 v ，断开状态( o f f ) 即信号无效的电平低于一3 v ，也就 是当传输电平的绝对值大于3 v 时，电路可以有效地检查出来，介于一3 + 3 v 之 间的电压无意义，低予一1 5 v 或高于+ 1 5 v 的电压也认为无意义，因此，实际工 作时，应保证电平在( 5 1 5 ) v 之间。般采用1 2 v 。 以上所规定的各种信号传输的逻辑电平，称做e i a 电平，它与计算机采用的 t t l ( t r a n s i s t o r t r a n s i s t o rl o g i c ) 电平不兼容，t t l 标准是：用+ 5 v 表示逻 辑“1 ”；用o v 表示逻辑“0 ”。因此，在r s - 2 3 2 c 与计算机连接时，必须进行e i a 电平与t t l 电平之间的转换。常用的电平转换芯片有m c l 4 8 8 m c l 4 8 9 和 s n 7 5 1 5 0 s n 7 5 1 5 4 。 2 2 2 连接器 由于r s - 2 3 2 c 未定义连接器的物理特性，因此出现了d b 一2 5 ，d b 1 5 和d b 一9 各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，使用时要特别注意。下面介 绍两种连接器。 1 、d b 一2 5 型连接器。 这是p c x t 机采用的连接器，虽然r s - 2 3 2 c 定义了2 5 脚信号标准，但实际 进行异步通信时，只需9 个电压信号；2 个数据信号，6 个控制信号，1 个信号 地线。由于p c x t 机除了支持e i a 电压接口外还支持2 0 m a 电流环接口，另需4 个电流信号，故它们采用d b 一2 5 型连接器作为d t e 与d c e 之间通讯电缆的连接。 8 第2 章串行接口标准 d b 一2 5 型连接器的外形及信号分配如图2 4 所示。 2 、采用o b - 9 型连接器。 这是a t 机采用的连接器，由于a t 机串行口取消了电流环接口。故采用d b 9 型连接器，其引脚及信号分配如图2 5 所示。 发送电 发送咀 f - 凇收i 毡豫 砌 胤 + ) 接毂瞧瓣 图2 4p c x t 配接d b 一2 5 型连接器 m 、 0 - 1 i , , - o 卜 - 0 o _ - - 0 叼 阀 d s r r t s c t s r i 图2 5a t 配接d b 一9 型连接器 从图2 5 可知，a _ r 机的d b 一9 型连接器的引脚信号分配与d b 2 5 型引脚信号 完全不同。因此，若与配接d b 一2 5 型连接器的d c e 设备连接，必须使用专门的 9 第2 章串行接口标准 电缆线，其对应关系如图2 6 所示 裁波梭瓣 梭收数据 发遴数橱 数擀终端就绪 信号地线 数据设备就绪 请求发送 清豫发送 振铃指示 图2 6d b 一9 型( d t e ) 与d b 一2 5 型( d c e ) 之间的连接 2 2 3r s - 2 3 2 0 的接口信号 r s - 2 3 2 c 标准规定了在串行通信时，数据终端设备( b t e ) 和数据通信设备 ( d c e ) 之间的接口信号。所谓“发送”和“接收”是从数据终端设备的立场来定 义的。r s 一2 3 2 c 标准接口有2 5 条线，4 条数据线，l l 条控制线，3 条定时线，7 条备用和未定义线，常用的只有9 根，下面分别对他们进行介绍。 1 联络控制信号线 ( 1 ) 数据装置准备好( d a t as e tr e a d y d s r ) 一有效时( o n 状态) ，表明m o d e m 处于可以使用的状态。 ( 2 ) 数据终端准备好( d a t as e tr e a d y - o t r ) 有效时( o n 状态) ，表明数 据终端可以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。目前有些r s 一2 3 2 c 接口 甚至省去了用以指示设备是否准备好进行发送或接收数据的这类信号，认为设 备是始终都准备好的。可见这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用， 并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的控制信 号决定。 这对r t s c t s 请求应答联络信号是用于半双工m o d e m 系统中作发送方式和 l o 第2 章串行接口标准 接收方式之间的切换，在全双工系统中，因配置双向通道，故不需r t s c t s 联 络信号。 ( 3 ) 请求发送( r e q u e s tt os e n d - r t s ) 一用来表示d t e 请求d c e 发送数据， 即当终端要发送数据时，使该信号有效( o n 状态) ，向m o d e m 请求发送。它用来 控制m o d e m 是否要进入发送状态。 ( 4 ) 允许发送( c l e a rt os e n d - c t s ) 一用来表示d c e 准备好接收d t e 发来的 数据，是对请求发送信号r t s 的响应信号。当m o d e m 己准备好接收终端传来的 数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线t x d 发送数 据。 ( 5 ) 接收线信号检测( r e c e i v e dl i n es i g n a ld e t e c t i o n r l s d ) 一用来表示 d c e 己接通通信链路，告知d t e 准备接收数据、当本地的m o d e m 收到由通信链路 另一端( 远地) 的m o d e m 送来的载波信号时，使r l s d 信号有效，通知终端准备 接收，并且由m o d e m 将接收下来的载波信号解调成数字量数据后，沿接收数据 线入口送到终端，此线也叫数据载波检测( d a t ac a r r i e rd e t e c t i o n d c d ) 线。 ( 6 ) 振铃指示( r i n g i n g r i ) 当m o d e m 收到交换台送来的振铃呼叫信号时， 使该信号有效( o n 状态) ，通知终端，已被呼叫。 2 数据发送与接收线 ( 1 ) 发送数据( t r a n s m i t t e dd a t a - t x d ) 通过t x d 终端将串行数据发送到 m o d e m ，( d t e d c e ) 。 ( 2 ) 接收数据( r e c e i v e dd a t a - r x d ) 一通过r x d 终端接收从m o d e m 发来的串 行数据，( d c e - d t e ) 3 地线 两根地线s g 、p g - 一信号地和保护地信号线，无方向。 上述控制信号线有效及无效的时间顺序表示了接口信号的传送过程。例如， 只有当d s r 和d t r 都处于有效( o n ) 状态时，才能在d t e 和d c e 之间进行传送 操作。若d t e 要发送数据，则预先将r t s 线置成有效( o n ) 状态，等c t s 线上 收到有效( o n ) 状态的回答后，才能在t x d 线上发送串行数据。这种顺序的规 定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信线路进行双向传送时，有 一个换向问题，只有当收到d c e 的c t s 线为有效( o n ) 状态后，才髓确定d c e 已由接收方向改为发送方向了，这时线路才能开始发送。 第2 章串行接口标准 2 2 4 信号线的连接 r s 一2 3 2 c 的连接方式有很多种，下面分远距离和近距离两种情况来简要介绍 其连接方式的不同。所谓远距离是指传输距离大于1 5 m 的通信，近距离是指传 输距离小于1 5 m 的通信。他们所使用的信号线是不同的。 1 、远距离通信。在1 5 m 以上的远距离通信时，一般要加调制解调器m o d e m ， 故所使用的信号线较多。此时，若在通信双方的m o d e m 之间采用专用电话线进 行通信，则只要使用2 8 号信号线进行联络与控制，如图2 7 所示。 l u l u 计 _ r x d 谰调 r x d 2 搂 终 产弋 r 下s 剡 涮 诺r s _ 算w ； c t s 解 专用电话线 解 c t s ： d s r d s r 谓调 m s gs g j ； 机 d c d 器 器 d c d l 8 图2 7采用m o d e m 和专用电话线通信时信号线的连接 若在双方m o d e m 之间采用普通电话交换线进行通信，则还要增加r i ( 2 2 号) 和d t r ( 2 0 号) 两个信号线进行联络，如图2 8 所示。 1 x 量) 2 - r 0 调调 r x d 一 耐s 电 电 l l = i 晖 按 描 制 缝 c t s 谣 话e t s h ! ： 嚣 d s r 解 分 分 懈蹒r 广一 机 机 s g s g 调调 机 f 1 口 d c d 电话嘲 d c d r 瞒 隔t；| ； 器 d r r 2 0 2 0 2 2 r j f u 丝 第2 章串行接口标准 图2 8 采用m o d e m 和电话网通信时信号线的连接 2 、近距离通信。不采用调制解调器m o d e m ( 称零m o d e m 方式) ，通信双方 可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。 最简单的情况，在通信中根本不要r s - 2 3 2 c 的控制联络信号，只需使用3 根线( 发送线、接收线、信号地线) 便可实现全双工异步串行通信，如图2 9 所示。图中的2 号线与3 号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当 作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一 方，只要请求发送r t s 有效和数据终端准备好d t r 有效就能开始发送和接收。 计 2 2 终 jx 算 j 端 4 厂 4 或 机 一-5 5 或7 1计 终 6 广6 算 端2 0 - j l 一 2 0 机 图2 9零m o d e m 方式的最简单连接 如果想在直接连接时，而又考虑r s - 2 3 2 c 的控制信号则采用零m o d e m 方式 的标准连接方法，其通信双方信号线的安排如图2 1 0 所示。 笺! 蔓皇堑堡旦堡堡 【h e1 1 e t x d 一一r x l ) 3 = 二= = 一r 煳 r x n r t s 上= h r s 5) 一阱r c t s 一一 6 一d 1 ) s r s ( ； 、 d c d 旦 一， 、l上d c o 2 0= 2 0 阱k 一 一d t r r l 墨 一础 _ 一一 图2 1 0零m o d e m 方式的标准信号连接 双方握手信号关系如下( 注：甲方乙方并未在图中标出) ： ( 1 )甲方的数据终端准备好( d t r ) 和乙方的数据设备准备好( d s r ) 及振 铃信号( 髓) 两个信号互连。这时，一旦甲方的d t r 有效，乙方的r i 就立即有 效，产生呼叫，井应答响应，同时又使乙方的d s r 有效。这意味着只要一方 的d t e 准备好，便同时为对方的d c e 准备好，尽管实际上对方d c e 并不存在。 ( 2 )甲方的请求发送( r t s ) 及清除发送( c t s ) 自连，并与乙方的数据载 波检测( d c d ) 互连，这时，一旦甲方请求发送( 矾s 有效) ，便立即得到发送允 许( c i s 有效) ，同时使乙方的d c d 有效，即检测到载波信号，表明数据通信链 路己接通。这意味着只在一方的d t e 请求发送，同时也为对方的d c e 准备好接 收( 即允许发送) ，尽管实际上对方d c e 并不存在。 ( 3 )双方的发送数据( t x d ) 和接收数据( r x d ) 互连，这意味着双方都是 数据终端设备( d t e ) ，只要上述的握手关系一经建立，双方即可进行全双工传 输或半双工传输 r s 一2 3 2 c 总线为计算机与设备之间以及计算机与计算机之间的串行通信提 供了方便，但也存在一些缺点。其中最主要的是：只能一对一遗通信，不借驹 子m o d e m 时数据传输距离仅1 5 米。究其原因，是因为采用的接口电路是单端驱 动，单端接收，当距离增大时，两端的信号地将存在电位差，从而引起共模干 第2 章串行接口标准 扰。而单端输入的接收电路没有任何抗共模干扰能力，所以只有通过抬高信号 电平幅度来保证传输的可靠性。为了克服r s 一2 3 2 c 的这些缺点，后来又提出了 r s 一4 2 2 和r s 一4 8 5 总线。这两种总线一般应用于测量和控制领域，对于这两种串 行总线标准，这里就不详细介绍了。 第3 章通用异步接收发送器 第三章通用异步接收发送器 为了用硬件实现串行通信，许多电子器件生产厂家设计了通用串行通信接口 电路，称作通用异步接收发送器u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t e r ) 或通用同步异步接收发送器u s a r t ( u n i v e r s a ls y n c h r o n o u s a s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s m i t t e r ) 。本文主要讨论的是u a r t ，目前的u a r t 与二十年前相比，结构基本相似。但随着p c 机的发展，u a r t 技术也有了较大的 发展。 先简单介绍一下u a r t 的发展历史，最早是在1 9 8 1 年，在i b mp c 机主板 上用8 2 5 0u a r t 与m o d e m 或串行打印机进行了通信，由于8 2 5 0 的应用包含了对 p c 机中的b i o s 的支持，因而确定了它的结构和特性。之后，出现了1 6 4 5 0 ，它 是8 2 5 0 的直接扩展，在功能上并没有大的改进和突破，只是通信速率得到了一 定提高，可支持1 1 5 k 和2 3 0 k 的速率。但即使以这样的速度，p c 机的中断和软 件响应时间仍显不够。下一个发展阶段就是在u a r t 中增加硬件缓存，如其代表 性产品1 6 5 5 0 在功能上比8 2 5 0 多1 6 字节的接收和发送f i f o ，后来1 6 c 6 5 0 将 f i f o 增加到了3 2 字节，现在的1 6 c 7 5 0 和1 6 c 8 5 0 又分别将f i f o 增加到了6 4 字 节和1 2 8 字节。大容量的f i f o 减少了c p u 中断响应次数，提高了速度。现在有 些器件包括多个u a r t ，如1 6 c 5 5 2 ，包含两个u a r t ，1 6 c 5 5 4 ，包含四个u a r t 。 本章介绍的重点是i n s 8 2 5 0 和n s l 6 5 5 0 这两种u a r t 。 第一节i n s 8 2 5 0 通用异步接收发送器 最早的p c x t 机采用的u a r t 是由i n t e l 公司生产的i n