第 串行通信接口PPT学习教案

1、会计学1第第 串行通信接口串行通信接口三、传送编码： 计算机中，数和字符都是以编码形式表示， 常用的主要有： 扩展的BCD交换码EBCDIC，这是一种8位编码， 常用于同步通信中。 美国标准信息交换码ASCLL码，这是用于表 示字符最常用的代码，ASCLL码采用7位二 进制数码，可表示128个字符。 第1页/共68页四、串行通信中许解决的问题 首要问题：如何识别在一根线上既传送数据又 传送联络信号。 传送信号的格式有固定要求。 传送过程中的电平转换。 通信双方必须约定传输速率。第2页/共68页 9.2 串行传送的基本方式串行传送的基本方式 一、几个基本概念 比特同步 波特率 按收/发送时钟 按

2、收/发送时钟频率与波特率的关系 字符同步 下面逐一进行阐述第3页/共68页 比特同步比特同步：即信源设备和接收设备均以同一时钟节拍发 送，接收信息，当数据信息从发送端传出;接收端能准确无误地逐位接收，这种情况下称收、发双方取得了比特同步。波特率（波特率（Baud rate）：是衡量数据传输通道频宽的指标，反映数据信号的传送速率单位时间内传送的信息（位数），以每秒传送的位数表示（Bits）。 “波特波特”表示的是信息传送表示的是信息传送速率的单位 1 1波特波特=1=1位位/ /秒秒 例：数据传送的速率是960个字符/秒，每个字符有10个数据位，则传送 波特率为： 10*960=9600波特波特

3、 第4页/共68页接收接收/发送时钟发送时钟：无论是接收还是发送数据，都是在时钟的作用下进行的。二进制数据序列在串行传送过程中是以数字信号波形形式出现， 无论是接收还是发送，都由对传送数 据进行定位，定位方法如下：发送时钟数据位1数据位接收时钟1发送端在发送时钟的下降沿将数据串行移位输出接收端在接收时钟的上升沿对数据位进行采样第5页/共68页接收/发送时钟频率与波特率的关系： 收/发时钟频率= n收/发波特率 或收/发波特率=收/发时钟频率 /n=1/TC / n波特率因子 n=1，16，64 （同步取n=1，异步常取n=16，64） 1 / 波特率=Td（位宽）， n=1，16，64 的实质

4、含义为： 每个数据位的每个数据位的位宽（位周期）是外部时钟周期的1，16，64倍。 已知收已知收/ 发发时钟周期为Tc，则传送数据位之位宽 Td（位宽）=n * Tc第6页/共68页数据位接收时钟1n=16时，是在第8个时钟对数据位定位第7页/共68页字符同步字符同步 当取 了比特同步之后，就要考虑字符同步问题，即由哪些比特组成了一个字，进而即考虑决定哪一个 比特是一个字符的第一位。 识别一个字的第一位有二种方法，即： 串行同步通信方式 串行异步通信方式第8页/共68页二、异步通信二、异步通信 在异步通信中，CPU与数据接收端有两个约定：字符同步和比特同步 字符格式：即字符的编码形式和规定，如

5、ASCLL 码规定，每个串行字符由以下4个部分 组成。 一个起始位 58个数据位 1个奇偶校验位 12个终止位第9页/共68页10 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 0 0/1 MARK起始位 7 位有效信息位位有效信息位奇/偶校验停止位串行异步通信字符格式如下：第10页/共68页a.以一个字符为单位传送。b.传送时对每个被传送字符有一定的格式要求(如:起始位,终止位等)。C.被传送字符的每一位位宽恒定，各位之间无间隔。而各字符之间的时间间隔可任意改变。（间隔时间用空闲位填充）。d.是一种不规则的随机传送，常常用于不规则产生数据的设备中或者不规则的远程通信

6、中。e.联络信号附加于被传送的字符中。异步通信特点：异步通信特点：第11页/共68页 波特率波特率 收/发波特率=收/发时钟频率 /n 波特率因子 n取值16，64。当当n值选定情况下，值选定情况下，可通可通 过改变过改变收/发时钟频率 来决定串行通信的来决定串行通信的波特率。“异步异步”主要体现在通信过程中字符与字符之间没有主要体现在通信过程中字符与字符之间没有严格的定时要求，通信双方是严格的定时要求，通信双方是 通过通过收/发双方事先约定的收/发波特率和字符格式、且在收/发时钟信号作用下，实现被传送字符的位同步的。第12页/共68页 注意：因每个因每个ASCLL码字符只占码字符只占7位，其

7、余位，其余3位为辅助位为辅助 位。所以实际信息传速率是低于传输波特位。所以实际信息传速率是低于传输波特率的。 为了提高数据传送速率，就要考虑去掉被传送字 符中的辅助位，于是有了同步传送方式。第13页/共68页 三、同步通信三、同步通信 特点：特点：以数据流为单位进行传送，每个数据流（即 每帧）中有成百上千个字符。 以同步字符作为传送的开始，同步字符 可由用户确定。 每位占用时间相等。 数据流之间不允许有空隙，当线路空 闲或无数据可发时，发送同步字符。 收/发时钟频率=收/发波特率。第14页/共68页SYN字符1SYN字符2数据具体格式如下：“同步同步“通信过程中，要求字符与字符之间以及字符内部

8、的位与位之间都必须同步。为达到这一目的，要求收、发双方必须使用同一时钟对被传输信息定位。第15页/共68页（一）、面向字符的同步通信数据格式 1.功能： 是一次传送由若干个字符组成的数据块，并且规定了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,即控制字。第16页/共68页SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验2.数据格式（一帧）3.特定字符的定义 见书P213第17页/共68页 4.4.特点：特点：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；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. _数

9、据透明:协议具有将特定字符作为普通数据处 理的能力，即数据透明 _数据透明的实现:协议中设置了转义字符DLE, ,将特定字符作为普通数据处理时,在它的前面加DLE ;当DLE出现在数据中时,同样要在其前面加DLE . 第18页/共68页（二）、面向比特的同步通信数据格式 (P.214) 1.1.特点：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。3) 一帧之内不允许出现数据间隔,帧与帧之间可用连续的标志字符或是高电平填充.第19页/共68页结束标志结束标志校验场校验场信息场信息场控制场控制场地址场地址场开始标

10、志开始标志01111110FC1CA011111108位位8位位8位位16位位8位位0位位2. HDLC2. HDLC格式：格式：各“位组合模式”具体含义如下：第20页/共68页（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，且以同一个字节结束，这个字节为0111111001111110，二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：（Address Field） A场用来规定与之通信的次站的地址。 A场的宽度：8（SDLC规定） 任意长度（HDLC规定）第21页/共68页（3）控制场（Control Field） 用来规定若干命令。（8

11、位：SDLC 16位：HDLC）（4）信息场（Information Field） 包含有要传送的数据，当此场为0时，则这一帧主要是控制命令。第22页/共68页3.3.实际应用时的两个技术问题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：HDLC协议规定,以 0111111001111110为标志字 符，但信息场中也可能出现同样模式的字符,为了把它们区 别开，采用了“0”位插入和删除技术。 方法：方法：发送信息时遇到连续5个“1”就自动插入一个“0”。 如：如： 原始 插入后 删除后 01111110 01111101111110 0111110 010 0111111

12、010 01111110 11111111 11111 11111111 111110 0111111 11111111 11111111（2）. 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。第23页/共68页一、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）之间进行传送， 将数据从一个地方传送到另一个地方，须使 用通信线路，数据在通信线路的两端，即两工作 站之间传送，按其通信方式，可将数据传输线路分成3种： 单工(Single Duplex） 半双工(Half Duplex) 全双工(Full Duplex)9.3 9.

13、3 串行通信基本技术串行通信基本技术第24页/共68页发送接收特点：信息只能沿一个方向传送，使用一根传 输线。应用： 电视发射台第25页/共68页发送器接收器发送器接收器A站B站图9.2 半双工方式示意图第26页/共68页特点：特点：通信双方各有一个收/发切换电子开关，双方均可进 行数据的接收和发送。 只需要一根传输线。 因有切换，会产生时间延迟应用：应用：打印机串口，单向传送设备，发送器接收器 第27页/共68页发送接收图9.3 调制电话线 特点：特点：每一端都有发送器和接收器 有二条传送线 应用：应用：交互式应用，远程监测控制第28页/共68页第29页/共68页计算机的通信是要求传送数字信

14、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3003400Hz，不适合于数据信号。计算机MODEMMODEM模拟信号数字信号数字信号CRT1 0 1 010 10 10 10二、信号的调制和解调二、信号的调制和解调第30页/共68页 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。1.发送采用调制器发送采用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，送到通信链路上。2.接收器再通过解调器接收器再通过解调器（Demodulator）把模拟信号转换为数字信号。第31页/共

15、68页第32页/共68页 输出输出（FSK)S1S21频率频率1频率频率2PATA0 1 0 1 0频移键控调制原理图频移键控调制原理图第33页/共68页第34页/共68页四、串行通信的规程四、串行通信的规程通信协议： 是指通信双方的一种约定， 为使数据通信能够顺利进行，而在通信双方间就如何交换信息而建立的一些规定和过程，称为数据通信控制规程或称传输控制规程，在计算机网络中称为协定。 数据通信控制规程包括对数据格式、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。第35页/共68页ISO的HDLC（High Level Data link Control）高级数据链路控制规程。DE

16、C公司DDCMP（Digital Data Communication Message protocol）。第36页/共68页 9.4 9.4 串行接口标准串行接口标准 数据通信的整个过程可视作是通过一系列串行接口 和传输信道将信息传送到目的地的过程。 为使现这一过程的规范化及准确无误，有了许多接 口的“标准”和接口信号的“推荐做法。接口标准主要有： RS232、 RS422、 RS485、 X21、X25它们都是根据不同的推荐标准而设计出来的接口标准。第37页/共68页 各接口标准均包含4个方面内容： 接口的机械性能 接口间的电气特性 接口各信号的功能 具体应用时接口信号的连接 第38页/共

17、68页一、一、EIA-RS-232接口标准接口标准 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，适合的数传率：020Kbps RS232的确切定义是：“数据DTE终端设备与数据通信设备采用串行二进制数据交换的接口。” RS232标准接口的电气特性定义了有关电压、电流一些特殊的电气信号以及接口间的信号类型等标准。 第39页/共68页 电气特电气特 逻辑信号电平： （负逻辑！）在TXD和RXD线上传送的信号。 “1” （MARK）：3V15V “0” （SPACE）：+3V+15V 两者在TXD和RXD线上传送。 1. .电气特性电气特性 与

18、TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如 MC1488，MC1489IC。第40页/共68页 控制信号电平： （正逻辑！）有效（接通ON状态）：+3V+15V无效（断开OFF状态）：3V15V在RTS、CTS、DSR、DTR、DCD线上传送第41页/共68页图9。13是内部逻辑框图，从图可知道，一个MAX232芯片了连接连接两对收/发线。MAX232把UASRT的TxD和RxD端TTL/CMOS电平（05V）转换成RS-232的电平（+10+10).第42页/共68页RS-232T1OUTT2OUTRS-232R1INQ2INT1INT2INR1OUTR2OUTTTL/CMO

19、STTL/CMOS+5V+5VC1+ +5V +10VC1- 倍增器倍增器 V+C2+ 变换器变换器 V-C2 - +10V -10V+5V第43页/共68页 2. 2.机械特性机械特性 包括信号对引脚的分配、插头的类型，来规 定插头的形状及引脚安排。 (1) 连接器分为：扁平电缆 DB25针 多芯片电缆 DB9针 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44页/共68页1 12 23 34 4DB-25DB-25型连接器型连接器5 56 67 78 89 91111131325252222202018181414发送电流（发送电流（- -）发送电流（发送电流（+ +）D

20、CDDCDGNDGNDDSRDSRCTSCTSRTSRTSR RX XD DT TX XD D（- -）接收电流）接收电流（+ +）接收电流）接收电流1 12 23 34 45 56 67 78 89 9DSRDSRRTSRTSCTSCTSRIRIDCDDCDR RX XDDT TX XDDDTRDTRGNDGNDDB-9DB-9型连接器型连接器第45页/共68页 (2) (2)电缆长度电缆长度 RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率15m）1）需用MODEM和专用电话线2）需用29条信号线（在接口与MODEM之间）4.4.信号线的连接信号线的连接1）近距离连接（15m） 只用3条

21、线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）第47页/共68页第48页/共68页C3M487MC3486BTTLRS-422A电平电平平衡发送器平衡发送器差动接收器差动接收器B AA （2）传输速率 10Mbps（15m时） 90Mbps（1200m时）2.2.连接连接第49页/共68页TTLRS-423A电平单端发送器差动接收器+-第50页/共68页2.2.特点：特点：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。数传率：100Kbps/90m时 1Kbps/1200m时逻辑“1”，4V6V 逻辑“0”，-4V-6V第51页/共68页第52页/共68页四、几种标准的比较四、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53页/共68页第54页/共68页数据总线数据总线缓冲器缓