大三上微原微机原理第09章

1、BUPT9.2 串行通信接口串行通信接口主要内容主要内容n串行通信基本概念串行通信基本概念n可编程异步通信接口可编程异步通信接口INS8250INS82504 4学时学时 第九章微型计算机常用接口技术微型计算机常用接口技术 BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。磁盘等设备之间的传输。在计算机领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通在计算机领域内，有两种

2、数据通信方式：并行通信和串行通信。信。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念n并行通信：指利用多条数据传输线将一个并行通信：指利用多条数据传输线将一个 数据的各位同时传送。数据的各位同时传送。特点：传输速度快，适用于短距离通信。特点：传输速度快，适用于短距离通信。n串行通信：指利用一条传输线将数据一位位串行通信：指利用一条传输线将数据一位位 地顺序传送。地顺序传送。特点：通信线路简单，利用电话或电报线特点：通信线路简单，利用电话或电报线 路就可实现通信，降低成本，适用路就可实现通信，降低成本，适用 于远距离通信，但传输速度慢。于远距离通信，但传输速度慢。 BUPT9.2.1串行通信

3、基本概念串行通信基本概念一、一、串行通信协议串行通信协议同步同步：在数据通信中有一个十分重要的问题就是同：在数据通信中有一个十分重要的问题就是同步问题。为使发送、接收的信息准确，发、收两端步问题。为使发送、接收的信息准确，发、收两端的动作必须相互协调配合。倘若两端互不联系、协的动作必须相互协调配合。倘若两端互不联系、协调，则无论怎样提高发送和接收动作的时间精度，调，则无论怎样提高发送和接收动作的时间精度，它们之间也会有极微量的误差。随着时间的增加，它们之间也会有极微量的误差。随着时间的增加，就会有误差积累，最终会产生失步。发、收动作一就会有误差积累，最终会产生失步。发、收动作一旦失步，就不能正

4、确传输信息，结果会产生差错。旦失步，就不能正确传输信息，结果会产生差错。因此，整个计算机通信系统能否正确工作，在很大因此，整个计算机通信系统能否正确工作，在很大程度上取决于发、收两端能否很好地同步。程度上取决于发、收两端能否很好地同步。所谓所谓“同步同步”就是互相通信的双方协调发送和接收就是互相通信的双方协调发送和接收之间的动作之间的动作。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念n通信协议通信协议：为了实现同步，互相通信的双方必须就：为了实现同步，互相通信的双方必须就数据传输方式、同步控制方式、差错处数据传输方式、同步控制方式、差错处理、应答方式和信号格式等问题作出共同理、应答方式和

5、信号格式等问题作出共同遵守的一组规定，这种规定称为通信协遵守的一组规定，这种规定称为通信协议。议。n两种通信方式：两种通信方式：目前串行通信中数据传输的同步方目前串行通信中数据传输的同步方法有两种，即法有两种，即异步方式和同步方异步方式和同步方式式，相应的有异步通信协议和同步，相应的有异步通信协议和同步通信协议。通信协议。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念1、异步通信协议、异步通信协议异步方式通信异步方式通信ASYNC（Asynchronous Data Communication），又称起止式异步通信，是计），又称起止式异步通信，是计算机通信中最常用的数据信息传输方式。它是以

6、字算机通信中最常用的数据信息传输方式。它是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。收、发双方取得同步的方法是采用在字符格式中设收、发双方取得同步的方法是采用在字符格式中设置起始位和停止位。在一个有效字符正式发送前，置起始位和停止位。在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。构成一帧。串

7、行异步传输时的数据格式串行异步传输时的数据格式如下：如下：BUPT 起始位起始位：先发出一个逻辑：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。信号，表示传输字符的开始。 数据位数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用等，构成一个字符。通常采用ASCII码。码。从最低位开始传送，靠时钟定位。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶的位数应为偶数数(偶校验偶校验)或奇数或奇数(奇校验奇校验)，以此来校验数据传，以此来校验数据传送的正确

8、性。送的正确性。 停止位停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、位、1.5位、位、2位的高电平。位的高电平。 空闲位空闲位：处于逻辑：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传状态，表示当前线路上没有数据传送。送。起始起始起始起始BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念例：试画出用异步协议传送字符例：试画出用异步协议传送字符“E”的波形图。要求加偶校验的波形图。要求加偶校验位和一位停止位。位和一位停止位。 解：字符解：字符“E”的的ASCII码为码为45H，即，即1000101，其传送的波，其传送的波形形图如下。图如下。BUPT9.2.1

9、串行通信基本概念串行通信基本概念异步通信的特点：异步通信的特点： 起止式异步通信协议传输数据对收发双方的时钟同步要求起止式异步通信协议传输数据对收发双方的时钟同步要求不高，即使收、发双方的时钟频率存在一定偏差，只要不使不高，即使收、发双方的时钟频率存在一定偏差，只要不使接收器在一个字符的起始位之后的采样出现错位现象，则数接收器在一个字符的起始位之后的采样出现错位现象，则数据传输仍可正常进行。因此，异步通信的发送器和接收器可据传输仍可正常进行。因此，异步通信的发送器和接收器可以不用共同的时钟，通信的双方可以各自使用自己的本地时以不用共同的时钟，通信的双方可以各自使用自己的本地时钟。串行异步通信依

10、靠对每个字符设置起始位和停止位的方钟。串行异步通信依靠对每个字符设置起始位和停止位的方法，使通信双方达到同步。法，使通信双方达到同步。 实际应用中，串行异步通信的数据格式，包括数据位的位数、实际应用中，串行异步通信的数据格式，包括数据位的位数、校验位的设置以及停止位的位数都可以根据实际需要，通过校验位的设置以及停止位的位数都可以根据实际需要，通过可编程串行接口电路，用软件命令的方式进行设置。在不同可编程串行接口电路，用软件命令的方式进行设置。在不同传输系统中，这些通信格式的设定完全可以不同；但在同一传输系统中，这些通信格式的设定完全可以不同；但在同一个传输系统的发送方和接收方的设定必须一致，否

11、则将会由个传输系统的发送方和接收方的设定必须一致，否则将会由于收、发双方约定的不一致而造成数据传输的错误与混乱。于收、发双方约定的不一致而造成数据传输的错误与混乱。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念 串行异步通信中，为发送一个字符需要一些附加的信息位，串行异步通信中，为发送一个字符需要一些附加的信息位，如起始位、校验位和停止位等。这些附加信息位不是有效信如起始位、校验位和停止位等。这些附加信息位不是有效信息本身，它们被称为额外开销或通信开销，这种额外开销使息本身，它们被称为额外开销或通信开销，这种额外开销使通信效率降低。例如一个字符由通信效率降低。例如一个字符由7位组成，加上一

12、位起始位、位组成，加上一位起始位、一位校验位和一位停止位一位校验位和一位停止位 ，发送一个字符必须发送，发送一个字符必须发送10位，位，而其中只有而其中只有7位是有效的，其余位是有效的，其余3位不是有效的，使通信能力位不是有效的，使通信能力的的30%成了额外开销。所以异步通信适用于传送数据量较成了额外开销。所以异步通信适用于传送数据量较少或传输要求不高的场合。对于快速、大量信息的传输，一少或传输要求不高的场合。对于快速、大量信息的传输，一般采用通信效率较高的同步通信方式。般采用通信效率较高的同步通信方式。波特率：是衡量数据传送速率的指标。表示每秒钟传送的二波特率：是衡量数据传送速率的指标。表示

13、每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为进制位数。例如数据传送速率为120字符字符/秒，而每一秒，而每一个字符为个字符为10位，则其传送的波特率为位，则其传送的波特率为101201200字符字符/秒秒1200波特。波特。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念2、同步通信协议、同步通信协议(1)、同步方式通信的特点、同步方式通信的特点 异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位均保持同步，异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位均保持同步，而仅要求在一个字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步而仅要求在一个字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步方式通信则要求对传送数

14、据的每一位都必须在收、发两端严格保方式通信则要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓持同步，即所谓“位同步位同步”。因此，同步方式中，收、发两端需。因此，同步方式中，收、发两端需用同一个时钟源作为时钟信号。用同一个时钟源作为时钟信号。 同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它不是用起始位表示同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的开始，收发双方的同步方法可分为字符的开始，收发双方的同步方法可分为外同步法外同步法和和内同步法内同步法。外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端按这个时钟

15、频率调整自己的时序，使接收时钟频率锁定在接收到按这个时钟频率调整自己的时序，使接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。 同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送.BUPT9.2

16、.1串行通信基本概念串行通信基本概念(2)、同步通信协议概述、同步通信协议概述同步通信协议分为面向字符和面向比特两种同步通信协议分为面向字符和面向比特两种: 面向字符的同步通信协议面向字符的同步通信协议，这类协议目前有两种，这类协议目前有两种 BM国际标准化组织国际标准化组织ISO提出的基本型同步通信协议；提出的基本型同步通信协议； BSC IBM公司提出的二进制同步通信协议。公司提出的二进制同步通信协议。 面向比特的同步通信协议面向比特的同步通信协议 HDLC 国际标准化组织国际标准化组织ISO提出的高级链路控制协议；提出的高级链路控制协议； SDLC IBM公司提出的同步数据链路控制协议；

17、公司提出的同步数据链路控制协议； ADCCP 美国国家标准化协会美国国家标准化协会ANSI提出的先进数据通信协议；提出的先进数据通信协议； X.25 第二级第二级国际电报电话咨询委员会国际电报电话咨询委员会CCITT提出的协议；提出的协议； DDCMP 美国美国DEC公司提出的数字数据通信信息协议。公司提出的数字数据通信信息协议。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念(3)、面向字符的同步通信协议、面向字符的同步通信协议 这种协议较早在二十世纪这种协议较早在二十世纪60年代就开始发展，目前仍在使用，年代就开始发展，目前仍在使用，其典型代表是其典型代表是IBM公司提出的二进制同步通信

18、协议公司提出的二进制同步通信协议BSC，下，下面简单介绍一下这种通信协议。面简单介绍一下这种通信协议。 面向字符的同步通信协议面向字符的同步通信协议BSC的帧格式的帧格式: 该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信息块该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信息块称为一帧，用一些特殊定义的字符来定界一帧的开始、结束称为一帧，用一些特殊定义的字符来定界一帧的开始、结束和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。此种协议的一和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。此种协议的一般帧格式如下所示：般帧格式如下所示： SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB或ETX 块校验BUPT特殊

19、定义的字符特殊定义的字符SYN是同步字符，每帧开始有若干个是同步字符，每帧开始有若干个SYN。接收端一。接收端一旦检测到旦检测到同步字符同步字符SYN，就知道一帧开始了。，就知道一帧开始了。SOH（Start of Header）表明标题的开始，称为序始符。标题）表明标题的开始，称为序始符。标题中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。STX（Start of Text）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。 数据块是传送正文的内容。数据块是传送正文的内容。ETB（End of Transmission Bl

20、ock）称为组终符）称为组终符ETX（End of Text）称为文终符。）称为文终符。ETB用在正文很长，需分成用在正文很长，需分成若干个数据块，在不同帧中传送的情况，除最后一个数据块若干个数据块，在不同帧中传送的情况，除最后一个数据块后用后用 外，其余数据块后都用外，其余数据块后都用ETB。块校验是对前面从块校验是对前面从SOH开始，直到开始，直到ETX（或（或ETB）进行检验产生的校验码，可以用）进行检验产生的校验码，可以用奇偶校验，也可以用奇偶校验，也可以用CRC校验。除上面提到的特殊字符外，校验。除上面提到的特殊字符外，还有一些其它字符起着通信控制作用。还有一些其它字符起着通信控制作

21、用。n面向字符的同步通信协议与异步通信协议相比，由于不需要面向字符的同步通信协议与异步通信协议相比，由于不需要在每个字符的前后加起始位和停止位，所以传输效率明显提在每个字符的前后加起始位和停止位，所以传输效率明显提高，尤其是当传输较长数据时效果更明显。这种协议与特定高，尤其是当传输较长数据时效果更明显。这种协议与特定的字符编码集关系密切，所以不利于兼容，并且实现起来也的字符编码集关系密切，所以不利于兼容，并且实现起来也比较麻烦，为了克服这些缺点，产生了面向比特的同步通信比较麻烦，为了克服这些缺点，产生了面向比特的同步通信协议。协议。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念（4）、面向

22、比特的同步通信协议）、面向比特的同步通信协议 也称面向位的同步通信协议，它有很多种，主要是也称面向位的同步通信协议，它有很多种，主要是SDLC、HDLC和和ADCCP。这些协议大同小异，只。这些协议大同小异，只有一些微小的差别，他们在一帧所传输的数据位不有一些微小的差别，他们在一帧所传输的数据位不必是字符的整数倍，只要不超过规定的数据位总长必是字符的整数倍，只要不超过规定的数据位总长度，可以为任意长度的比特位。此外，也不需要用度，可以为任意长度的比特位。此外，也不需要用特定定义的字符，而是用规定的比特模式来定界一特定定义的字符，而是用规定的比特模式来定界一帧的开始、结束以及定义控制信息，故称为

23、面向比帧的开始、结束以及定义控制信息，故称为面向比特的同步通信协议。这些协议中最著名和常用的是特的同步通信协议。这些协议中最著名和常用的是高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC和同步数据链路控制和同步数据链路控制协议协议SDLC，这两种协议有几乎相同的帧格式。下，这两种协议有几乎相同的帧格式。下面我们对面我们对HDLC协议作简单介绍。协议作简单介绍。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC 1、HDLC的帧格式的帧格式 HDLC在链路上以帧作为传输信息的基本单位，帧格式的内容由在链路上以帧作为传输信息的基本单位，帧格式的内容由

24、5个部分组成，如图下所示：个部分组成，如图下所示： BUPT 标志场标志场 F HDLC以帧为单位传输，每一帧以一个标志字符开始，且以以帧为单位传输，每一帧以一个标志字符开始，且以同一字符结束。这个标志字符使用唯一的同一字符结束。这个标志字符使用唯一的8比特系列比特系列01111110。 地址场地址场A 指明次站的地址。对于命令帧，用作接收该帧的次站地址；指明次站的地址。对于命令帧，用作接收该帧的次站地址；对于响应帧，用于作出应答的次站地址，次站一般情况下是对于响应帧，用于作出应答的次站地址，次站一般情况下是单站。在用广播方式发送时，次站是群站，地址段为单站。在用广播方式发送时，次站是群站，地

25、址段为11111111，则表示为广播地址。地址场可扩展为，则表示为广播地址。地址场可扩展为16比特，比特，以扩大寻址范围，以扩大寻址范围，SDLC协议与协议与HDLC协议的差别之一就是协议的差别之一就是它的地址场为它的地址场为16位。位。 控制场控制场C 8比特，用于表示命令和响应的类别和功能。比特，用于表示命令和响应的类别和功能。HDLC的帧分为三类，根据该场的前两位来区分。第一位为的帧分为三类，根据该场的前两位来区分。第一位为0，表示是信息帧，表示是信息帧I，若第一位为，若第一位为1，表示是监控帧，表示是监控帧S或无编或无编号帧号帧U。S帧和帧和U帧的区别取决于第二位，第二位为帧的区别取决

26、于第二位，第二位为0是监控是监控帧，第二位为帧，第二位为1是无编号帧，如下图所示。是无编号帧，如下图所示。BUPT 控制场也可以扩展为控制场也可以扩展为16位，但基本格式不变，仅将位，但基本格式不变，仅将N(S)和和N(R) 从从3比特扩展为比特扩展为7比特。比特。 控制场中的控制场中的P/F（Poll/Final）位是探询）位是探询/结束位，对于主站为结束位，对于主站为探询位，探询位，P为为1时，要求次站给出响应；对于次站表示最后帧位，时，要求次站给出响应；对于次站表示最后帧位，F为为1表示次站响应的最后帧，预告传输将结束。表示次站响应的最后帧，预告传输将结束。BUPT 信息场信息场I 含要

27、传送的数据，其长度是任意的含要传送的数据，其长度是任意的 。三类帧中，只有信息。三类帧中，只有信息帧中含有信息场。实际应用中受有关站点缓冲区容量的限制帧中含有信息场。实际应用中受有关站点缓冲区容量的限制和链路差错特性的限制，通常给出最大长度。和链路差错特性的限制，通常给出最大长度。 帧校验场帧校验场FCS 用于差错校验，常用用于差错校验，常用16位位CRC校验，校验范围从地址段开校验，校验范围从地址段开始到信息段，标志场和自动插入的始到信息段，标志场和自动插入的“0”位不参加位不参加CRC校验。校验。“0”比特插入和删除技术比特插入和删除技术 01111110作为标志字节出现在帧格式的开始和结

28、束，若在作为标志字节出现在帧格式的开始和结束，若在信息场或其他场中也有这种字符，就无法区别。为了保证标信息场或其他场中也有这种字符，就无法区别。为了保证标志字节的唯一性，使之不与其他场中的信息混淆，采用了志字节的唯一性，使之不与其他场中的信息混淆，采用了“0”比特插入和删除技术。比特插入和删除技术。 发送方在发送标志字符外的所有信息（包括地址场、控制发送方在发送标志字符外的所有信息（包括地址场、控制场和校验场）时，只要遇到连续场和校验场）时，只要遇到连续5个二进制个二进制“1”，就自动插，就自动插入一个入一个“0”。当接收方接收数据时（标志场除外），如果连。当接收方接收数据时（标志场除外），如

29、果连续收到续收到5个二进制个二进制“1”，就自动地将其后的一个，就自动地将其后的一个“0”删除，删除，以恢复信息的原有形式。以恢复信息的原有形式。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念例：例：CPU要输出数据要输出数据7F3AH，写出用，写出用HDLC帧格式的发送和接帧格式的发送和接收过程。收过程。解：发送过程如下：解：发送过程如下： 7F3AH = 0111 1111 0011 1010 B 0111111100111010 到发送器到发送器 01111101100111010 由发送器插入由发送器插入“0”位后发送位后发送 接收过程如下：接收过程如下： 011111011001

30、11010 到接收器到接收器 0111111100111010 接收器删除插入的接收器删除插入的“0”位位 后到接收方的后到接收方的CPU 这种这种“0”比特插入和删除技术是由接口硬件自动完成的。比特插入和删除技术是由接口硬件自动完成的。BUPT二、二、数据传送方式数据传送方式 根据数据传送方向的不同有以下三种方式。根据数据传送方向的不同有以下三种方式。 （a）单工方式）单工方式 （b）半双工方式）半双工方式 （c）全双工方式）全双工方式 (1)单工方式单工方式：只允许数据按照一个固定的方向传送只允许数据按照一个固定的方向传送，即一，即一方只能作为发送站，另一方只能作为接收站。方只能作为发送站

31、，另一方只能作为接收站。(2)半双工方式半双工方式：数据能从数据能从A站传送到站传送到B站，也能从站，也能从B站传送站传送到到A站，但是不能同时在两个方向上传送，站，但是不能同时在两个方向上传送，每次只能有每次只能有 一个站一个站发送，另一个站接收发送，另一个站接收。通信双方可以轮流地进行。通信双方可以轮流地进行发送和发送和接收。接收。(3)全双工方式全双工方式：允许通信双方同时进行发送和接收允许通信双方同时进行发送和接收。这。这时，时，A站在发送的同时也可以接收，站在发送的同时也可以接收，B站亦同。全双工方站亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此式相当于把两个方向相反

32、的单工方式组合在一起，因此它需要两条传输线它需要两条传输线。BUPT三、信号传输方式三、信号传输方式1基带传输方式基带传输方式 在传输线路上在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号直接传输不加调制的二进制信号，如，如图所示。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信图所示。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是号是矩形波矩形波。基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。BUPT2频带传输方式频带传输方式传输经过调制的模拟信号。传输经过调制的模拟信号。n在长距离通信时，在长距离通信时，发送方发送方要用调制器把数字信号转要用调制器把数字信号转换成模拟信号，

33、换成模拟信号，接收方接收方则用解调器将接收到的模拟则用解调器将接收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。n实 现 调 制 和 解 调 任 务 的 装 置 称 为实 现 调 制 和 解 调 任 务 的 装 置 称 为 调 制 解 调 器调 制 解 调 器(MODEM)。采用频带传输时，通信双方各接一个。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号(载波载波)上上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换

34、网，也可以是式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线。专用线。n常用的调制方式有三种常用的调制方式有三种：调幅、调频和调相。调幅、调频和调相。BUPT调制解调器（调制解调器（MODEM）的基本原理）的基本原理 一般的一般的modem都具有调制和解调双重功能，利用调制和都具有调制和解调双重功能，利用调制和解调两个过程完成数字信号在模拟通道（例如电话线）上解调两个过程完成数字信号在模拟通道（例如电话线）上的传输。所谓调制过程就是用数字信号去控制载波信号的的传输。所谓调制过程就是用数字信号去控制载波信号的参数；解调过程则是检测载有数字信号的载波信号参数的参数；解调过程则是检测载有数字信号的

35、载波信号参数的变化，将数字信号分离出来。载波信号通常可表示为：变化，将数字信号分离出来。载波信号通常可表示为：)cos()(tAtf其中：其中：A为幅度，为幅度， 为角频率，为角频率， 是初始相位。是初始相位。 数字信号可分别对载波信号的这三个参数进行控制，以数字信号可分别对载波信号的这三个参数进行控制，以 实现幅度调制（实现幅度调制（ASK）、频率调制（）、频率调制（FSK）和相位调制）和相位调制（PSK）三种调制方式。参见下图所示。）三种调制方式。参见下图所示。 目前，在调制解调器中常用的调制技术是频率调制，即目前，在调制解调器中常用的调制技术是频率调制，即频移键控方式。频移键控方式。BU

36、PT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念BUPT例：频移键控方式的基本原理：例：频移键控方式的基本原理：BUPT数字信号数字信号1和和0分别调制成不同频率的模拟信号。图分别调制成不同频率的模拟信号。图中中S1、S2是两个电子模拟开关，分别控制两个不同是两个电子模拟开关，分别控制两个不同频率的模拟信号，开关接通，则该频率的模拟信号送频率的模拟信号，开关接通，则该频率的模拟信号送到运算放大器的反相输入端。而电子开关由被传输的到运算放大器的反相输入端。而电子开关由被传输的数字信号控制。当数字信号为数字信号控制。当数字信号为0时，开关时，开关S2接通，送接通，送出频率为出频率为f2的模拟信号；当

37、数字信号为的模拟信号；当数字信号为1时，开关时，开关S1接通，送出频率为接通，送出频率为f1的模拟信号，经运算放大器合成的模拟信号，经运算放大器合成后，输出就是经调制后的两种频率的模拟信号。通常后，输出就是经调制后的两种频率的模拟信号。通常f1为为2400Hz的正弦信号（数字的正弦信号（数字1），），f2为为1200Hz的正弦信号（数字的正弦信号（数字0）。在接收端用解调器检测调制）。在接收端用解调器检测调制后的模拟信号，再将它转换成数字信号，这样就实现后的模拟信号，再将它转换成数字信号，这样就实现了调制和解调的过程。了调制和解调的过程。例：频移键控方式的基本原理例：频移键控方式的基本原理BU

38、PT调制解调器的应用调制解调器的应用: 调制解调器主要用于远距离通信，在远距离通信时，调调制解调器主要用于远距离通信，在远距离通信时，调制解调器的连接如下图所示：制解调器的连接如下图所示：图中数据终端设备图中数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）和数据）和数据通信设备通信设备DCE（Data Communication Equipment）通过串行）通过串行接口接口RS-232C连接。连接。 DTE设备通常就是计算机，设备通常就是计算机，DCE设备通设备通常指常指Modem。两个。两个DCE设备之间用电话线连接，以实现远距设备之间用电话线连接，以实现远距离通信。离

39、通信。BUPT9.2.1串行通信基本概念串行通信基本概念四、四、串行通信的检错和纠错串行通信的检错和纠错 信息的正确性对计算机的可靠工作具有极其重要的意信息的正确性对计算机的可靠工作具有极其重要的意义，但在信息的存储与传输过程中，常可能由于某种干义，但在信息的存储与传输过程中，常可能由于某种干扰或其他不可靠因素的存在而发生差错。扰或其他不可靠因素的存在而发生差错。 在串行通信中，由于线路长和噪声干扰的存在，会导在串行通信中，由于线路长和噪声干扰的存在，会导致信息传输过程中出现错误。为保证信息传输的正确性，致信息传输过程中出现错误。为保证信息传输的正确性，必须对传输的数据信息进行差错检查和校正，

40、即检错和必须对传输的数据信息进行差错检查和校正，即检错和纠错。检错是如何发现传输中的错误，而纠错是发现错纠错。检错是如何发现传输中的错误，而纠错是发现错误后如何消除错误。在基本通信协议中，一般采用奇偶误后如何消除错误。在基本通信协议中，一般采用奇偶检验或方阵码检错，以反馈重发方式纠错。在高级通信检验或方阵码检错，以反馈重发方式纠错。在高级通信协议中，一般采用循环冗余码（协议中，一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动纠）检错，以自动纠错方式来纠错。错方式来纠错。BUPT1、奇偶校验、奇偶校验 奇偶校验是最简单最常用的校验方法。它的基本原理是在奇偶校验是最简单最常用的校验方法。它的基本原理是在所

41、传输的有效数据中附加冗余位（即检验位）。利用冗余位所传输的有效数据中附加冗余位（即检验位）。利用冗余位的存在，使整个信息位（包括有效位和检验位）中的存在，使整个信息位（包括有效位和检验位）中“1”的个的个数具有奇数或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若数具有奇数或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若原来所具有的原来所具有的“1”的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现了传输错误，可由专门的检测电路检测出来。了传输错误，可由专门的检测电路检测出来。这种利用信息这种利用信息位中位中“1”的个数的奇偶性来达到检验目的的编码称为奇偶校的个数的奇偶性来达到检验目的

42、的编码称为奇偶校验码。验码。使整个信息位使整个信息位“1”的个数为奇数的编码叫奇校验码；的个数为奇数的编码叫奇校验码；而使整个信息位而使整个信息位“1”的个数为偶数的编码叫偶校验码。附加的个数为偶数的编码叫偶校验码。附加的信息位称为奇偶校验位，简称校验位。需要传送的数据位的信息位称为奇偶校验位，简称校验位。需要传送的数据位本身称为有效信息位。本身称为有效信息位。 例例1：有效信息位是：有效信息位是1011101，采用偶校验，则附加的校验位，采用偶校验，则附加的校验位是是1。最后得到的信息是。最后得到的信息是10111011 例例2：有效信息位是：有效信息位是1011011，采用奇校验，则附加的

43、校验位，采用奇校验，则附加的校验位是是0。最后得到的信息是。最后得到的信息是10110110BUPT通常将一个校验过程分为编码和解码两个过程。下面以偶校验为例说明通常将一个校验过程分为编码和解码两个过程。下面以偶校验为例说明其编码和解码的过程。其编码和解码的过程。编码编码：发送器将某一数据发送前，统计有效信息位中：发送器将某一数据发送前，统计有效信息位中“1”的个数，若为的个数，若为 奇数，则在附加的校验位处填奇数，则在附加的校验位处填“1”；若为偶数，则在校验位处填；若为偶数，则在校验位处填“0”，以使整个信息位以使整个信息位“1”的个数为偶数，这一过程也称为配校验位。发送器的个数为偶数，这

44、一过程也称为配校验位。发送器完成这一过程是由硬件自动进行的，配好后，则发送出器出去。所产生完成这一过程是由硬件自动进行的，配好后，则发送出器出去。所产生的校验位加在有效信息位的后面，即第的校验位加在有效信息位的后面，即第8位（有效信息位是位（有效信息位是7位）。图中位）。图中最后一位是停止位，表示一个字符数据的结束。最后一位是停止位，表示一个字符数据的结束。BUPT解码解码：接收器在接收数据时，将接收到的整个信息位（包括校：接收器在接收数据时，将接收到的整个信息位（包括校验位）经由专门的检测电路统计。对于例验位）经由专门的检测电路统计。对于例1，若，若“1”的的个个数仍为偶数，则认为接收的数据

45、是正确的；否则，表明数仍为偶数，则认为接收的数据是正确的；否则，表明有差错出现，应停止使用这个数据，要求重新发送，或有差错出现，应停止使用这个数据，要求重新发送，或作其他专门处理。接收器的检测也是由硬件自动完成的作其他专门处理。接收器的检测也是由硬件自动完成的. 由硬件给出的奇偶校验结果供计算机检测。由硬件给出的奇偶校验结果供计算机检测。BUPT2、方阵码校验、方阵码校验 方阵码校验是奇偶校验与方阵码校验是奇偶校验与“检检验和验和”的综合。例如，每个的综合。例如，每个7位位编码的字符后附加编码的字符后附加1位奇偶校验位奇偶校验位，以使整个字符的位，以使整个字符的“1”的个的个数为偶数或奇数。若

46、干个字符数为偶数或奇数。若干个字符组成一个数据块，列成方阵，组成一个数据块，列成方阵，再在纵向按位加，产生一个字再在纵向按位加，产生一个字符的检验字符，并将它附在数符的检验字符，并将它附在数据的末尾。这一检验字符是所据的末尾。这一检验字符是所有数据字符有数据字符“异或异或”的结果，的结果，反映了整个数据的奇偶性。方反映了整个数据的奇偶性。方阵检验字符的生成原理如右图阵检验字符的生成原理如右图所示，图中采用偶校验。在数所示，图中采用偶校验。在数据接收过程中，数据块读出产据接收过程中，数据块读出产生一个检验字符，并与发送来生一个检验字符，并与发送来的检验字符进行比较，若两者的检验字符进行比较，若两

47、者不同，说明出现差错，则以反不同，说明出现差错，则以反馈重发来纠错。若两者相同，馈重发来纠错。若两者相同，表示接收数据正确。表示接收数据正确。字符代码字符代码 奇偶位奇偶位（偶校验位）（偶校验位） 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 检验字符检验字符BUPT3、CRC校验校验 CRC（Cyclic Redundancy Check）是循环冗余校验的）是循环冗余校验的缩写字母，它是利用编码原理，对传送的二进制码序列以缩写字母，它是利用编码原理

48、，对传送的二进制码序列以一定的规则产生一定的校验码，并将校验码放在二进制序一定的规则产生一定的校验码，并将校验码放在二进制序列之后，形成符合一定规则的新的二进制码序列（称为编列之后，形成符合一定规则的新的二进制码序列（称为编码），并将新的二进制码序列发送出去。在接收时，就根码），并将新的二进制码序列发送出去。在接收时，就根据信息和校验码之间所遵循的规则进行检测（称为译码），据信息和校验码之间所遵循的规则进行检测（称为译码），从而检测出传输过程中是否发生差错。从而检测出传输过程中是否发生差错。CRC校验是对整个校验是对整个数据块进行校验，同步串行通信都采用数据块进行校验，同步串行通信都采用CRC

49、校验。校验。(1) 模模2运算运算 所谓模所谓模2相加就是两个二进制数相加的结果被相加就是两个二进制数相加的结果被2除，并以除，并以所得的余数作为和数，即进行半加不进位。所得的余数作为和数，即进行半加不进位。“模模”是取余是取余数的意思。模数的意思。模2加相当于作异或运算。加相当于作异或运算。 例：例：1+1=2，它被，它被2除后，余数为除后，余数为0，所以，所以1+1的模的模2加加法，其结果应为法，其结果应为0，记作，记作1+1=0（mod 2）或记作）或记作1 1= 0 。BUPT(2) 二进制码的多项式表示二进制码的多项式表示 二进制码可以表示成二进制多项式二进制码可以表示成二进制多项式

50、.例例 10101101，其代码多项式，其代码多项式M(x)为：为： M(x)= A7x7+A6x6+A5x5+A4x4+A3x3+A2x2+A1x1+A0 x0 = 1x7+0 x6+1x5+0 x4+1x3+1x2+0 x1+1x0 = x7+x5+ x3+x2+1 这里这里x的指数的指数i仅表示各比特在多项式中的位置，如仅表示各比特在多项式中的位置，如i=0表示第表示第0位，位，i=7表示第表示第7位等。位等。 从上式可看出，二进制多项式的系数取值只能是从上式可看出，二进制多项式的系数取值只能是0或或1。一个。一个8位比特组，可以用位比特组，可以用7次多项式来表示，次多项式来表示，以次类

51、推，以次类推，n位的比特组可以用位的比特组可以用n-1次多项式来表次多项式来表示。示。BUPT(3) 二进制代码的多项式运算二进制代码的多项式运算 根据模根据模2加法的运算规则，二进制多项式的加法等于二进加法的运算规则，二进制多项式的加法等于二进制多项式的减法。制多项式的减法。 例：有两个多项式例：有两个多项式M1(x)和和M2(x) 则有则有 M1(x)+M2(x) = M1(x)-M2(x) 而进行多项式乘法和除法，则跟普通代数多项式的乘法和而进行多项式乘法和除法，则跟普通代数多项式的乘法和除法一样，例如对除法有：除法一样，例如对除法有： M1(x)/ M2(x) = Q(x) + R(x

52、)/ M2(x) 其中，其中， Q(x) 为商，为商， R(x)为余数。为余数。若能除尽，则余数若能除尽，则余数 R(x)等于等于0 。例：例： M1(x) = x7+x6+1 , M2(x) = x7+x5+x2+1 则则 M1(x) + M2(x) = x6+x5+x2 M1(x) M2(x) = x6+x5+x2BUPT(4) CRC校验原理校验原理 设设R(x) 是是xrB(x)除以除以G(x)的余式，即满足：的余式，即满足： xrB(x) = G(x) Q(x) + R(x) 其中其中Q(x)是商。可将上式改写为：是商。可将上式改写为： xrB(x) R(x) = G(x) Q(x)

53、 根据模根据模2运算规则有运算规则有xrB(x) + R(x) = xrB(x) R(x) ， 故故xrB(x) + R(x) = G(x) Q(x) 或：或： xrB(x) + R(x) G(x) = Q(x) 即即 T(x) G(x) = Q(x) 由此可见，信道上发送的码字多项式由此可见，信道上发送的码字多项式T(x) = xrB(x) + R(x) ，若传输过程无错，则接收方收到的码字也对应于此，若传输过程无错，则接收方收到的码字也对应于此多项式，即收到的码字多项式也能被多项式，即收到的码字多项式也能被G(x)整除。因此，接收整除。因此，接收端的校验过程就是将接收到的码字多项式除以端的

54、校验过程就是将接收到的码字多项式除以G(x)的过程。的过程。若得到的余式为零则认为传输无差错；若余式不为零则传输若得到的余式为零则认为传输无差错；若余式不为零则传输有差错。有差错。BUPT码字多项式和生成多项式码字多项式和生成多项式 码字多项式码字多项式T(x) = xrB(x) + R(x) 是生成多项式是生成多项式G(x)的倍的倍数，即它能被数，即它能被G(x)除尽；码字多项式除尽；码字多项式T(x) 中的高次项多项中的高次项多项式式xrB(x) 的系数仍是原信息码，而低次项多项式的系数仍是原信息码，而低次项多项式R(x) 是余是余数多项式，它的各项系数作为校验码（冗余位），即数多项式，它

55、的各项系数作为校验码（冗余位），即CRC校校验码。验码。 CRC校验码可以是校验码可以是16位或位或32位。位。 生成多项式生成多项式G(x) 生成多项式的位数越多其校验能力越强。目前广泛使用的生生成多项式的位数越多其校验能力越强。目前广泛使用的生成多项式主要有以下四钟：成多项式主要有以下四钟： CRC12= x12 + x11 + x3 + x2 + 1 CRC16= x16 + x15 + x2 + 1 （IBM公司）公司） CRC16= x16 + x12 + x5 + 1（CCITT） CRC32= x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x

56、10 + x8 + x7+ x5 + x4 + x2 + x + 1（目前以太网中广泛采用）（目前以太网中广泛采用）BUPT例：例：已知生成多项式已知生成多项式 G(x)= x4 + x3 + x2 + 1 ，设信息码为，设信息码为B = 101，求求 CRC校验码。校验码。解：由题知校验位是解：由题知校验位是4位位 信息多项式信息多项式B(x)= x2 + 1 ，提阶后的信息多项式为：，提阶后的信息多项式为： x4 B(x) = x6 + x4 )()()()()(4xGxRxQxGxBx1111234223446xxxxxxxxxxx即即 Q(x) = x2 + x + 1 R(x) =

57、x + 1所以所以4位校验码是位校验码是0011BUPT五、五、串行接口标准串行接口标准 指计算机或终端指计算机或终端(数据终端设备数据终端设备DTE)的的串行接口电路串行接口电路与与调调制解调器制解调器MODEM等数据通信设备等数据通信设备DCE之间的之间的连接标准连接标准。 1RS-232C标准标准微型计算机之间的串行通信通常是按照微型计算机之间的串行通信通常是按照RS-232C标准设计标准设计的接口电路实现的。如果使用一根电话线进行通信，那么的接口电路实现的。如果使用一根电话线进行通信，那么计算机和计算机和MODEM之间的连线就是根据之间的连线就是根据RS-232C标准连接标准连接的。其

58、连接及通信原理如图所示：的。其连接及通信原理如图所示：BUPTRS-232C是一种标准接口，是一种标准接口，D型插座，采用型插座，采用25芯引脚芯引脚或或9芯引脚的连接器，如图所示。芯引脚的连接器，如图所示。信号线信号线RS-232C标准规定接口有标准规定接口有25根连线。根连线。只有以下只有以下9个信号经常使用个信号经常使用. TXD（2脚）：脚）：发送数据线发送数据线，输，输出。发送数据到出。发送数据到MODEM。RXD（3脚）：脚）：接收数据线接收数据线，输入。接，输入。接收数据到计算机或终端。收数据到计算机或终端。RTS（4脚）：请求发送，输出。计算脚）：请求发送，输出。计算机通过此引

59、脚通知机通过此引脚通知MODEM，要，要求发送数据。求发送数据。CTS（5脚）：允许发送，输入。发出脚）：允许发送，输入。发出作为对作为对RTS的回答，计算机才可的回答，计算机才可以进行发送数据。以进行发送数据。BUPTDSR（6脚）：数据装置就绪脚）：数据装置就绪(即即MODEM准备好准备好)，输入。表示调，输入。表示调制解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设制解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。备连通时即有效。CD（8脚）：载波检测，输入。表示脚）：载波检测，输入。表示MODEM已与电话线路连接好。已与电话线路连接好。如果通信线路是交换电话的一部分

60、，则至少还需如下两个信号：如果通信线路是交换电话的一部分，则至少还需如下两个信号：RI（22脚）：振铃指示，输入。脚）：振铃指示，输入。MODEM若接到交换台送来的振铃若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。DTE（20脚）：数据终端就绪，输出。计算机收到脚）：数据终端就绪，输出。计算机收到RI信号以后，就信号以后，就发出信号到发出信号到MODEM作为回答，以控制它的转换设备，建立作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。通信链路。GND（7脚）：地脚）：地逻辑电平逻辑电平RS-232C标准采用标准采用EIA电平，规定：电平，