08-1串行通信接口8251

第八章串行通信接口8.1串行传送的基本概念串行通信是在单根导线上将二进制数一位一位地顺序传送一、数据传送的方式串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式:1.全双工(FullDuplex）数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。特点：①每一端都有发送器和接收器②有二条传送线应用：交互式应用，远程监测控制2.半双工（HalfDuplex）使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时发送器接收器接收器发送器A站B站图8.1全双工方式示意图收送数据，这样的传送方式就是半双工（HalfDuplex）制，如图8.2所示。发送器接收器发送器接收器A站B站图8.2半双工方式示意图特点：①每端需有一个收/发切换电子开关②因有切换，会产生时间延迟应用：打印机串口，单向传送设备，发送器→接收器3.单工（SingleDuplex）使用一根传输线，只能从A到B发送特点：①每一端都有发送器和接收器②有一条传送线应用：远程控制、单向传送设备接收器发送器A站B站图8.3单工方式示意图二、信号的调制和解调计算机的通信是要求传送数字信号，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300～3400Hz，不适合于数据信号。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。计算机MODEMMODEM模拟信号数字信号数字信号CRT101010101010图8.3调制电话线1.什么叫调制?所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的频谱。2.作用:调制器(Modulator)是一个波形变换器,它将基带数字的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。解调器是一个波形识别器,将模拟信号恢复成原来的数字信号。调制器解调器010010010010最基本的调制方法有以下几种：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化.“1”对应有载波“0”对应无载波3.调制方法:（2）调频（FM）即载波频率随数字信号而变化“0”对应”f1”“1”对应“f2”(3)调相（PM）即载波初始相位随基带数字信号而变化.“0”对应相位0度“1”对应相位180度f1f2FMAM0100110度180度PM三、信息的检错与纠错串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。检错：如何发现传输中的错误，称为检错。纠错：如何消除错误，称为纠错例：奇偶校验检错方阵码检错循环冗余码（CRC）检错方阵码检错技术：采用奇偶校验与“检验和”的综合。①7位编码后附加1位奇偶位。②若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向接位相加产生一个单字节检验和附加到数据块未尾。110100100100000110101010111100111100001100001001四、传输速率1.波特率：是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的二进制脉冲的数目。用波特率表示：即1波特=bit/s（位/秒）奇偶位常用的标准波特率：110，300，1K，1.2K，2.4K，4.8K，6.6K，16.2K，56K2.字符速率：是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。字符速率与波特率的关系：1个字符：1个起始位+8个数据位+1个偶数位+2个终止位=12位如果波特率：12000则字符速率：12000/12=1000字符/s8.2串行通信的数据格式通信协议：是指通信双方的一种约定，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。也称通信控制规程。同步协议异步协议分类面向字符（characterOriented）面向比特（Bit）面向字节计数ISO（InternationalStandardOrganization）国际标准化组织。OSI（OpenSystemInterconnection）开放系统互连参考模型。一、起止式异步通信数据格式1.格式①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位（“1”）结束。11000010111000空闲位起始位数据位0低高校验位停止位应用：早期电传机②字符之间没有时间间隔要求③字符后一位校验位（可没有）2.特点：是一个字符一个字符传输二、面向字符的同步通信格式1.功能：是一次传送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。2.数据格式（一帧）SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验3.特定字符的定义：SYN：同步字符（Synchronous），表示一帧的开始；SOH：序始字符（StartofHeader），表示标题的开始；标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息；STX：文始字符（StartofText），表示正文开始。FTB/ETX：组终/文终字符（EndofText）ETB（EndofTransmissionBlock）特点：①一次传送是一个数据块，传输效率提高了；②采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；③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，因此，在数据字符前插入转义字符DLE，以示区别。这种方式称为“字符填充”。三、面向比特的同步通信数据格式1.最有代表性的是：①IBM的SDLC（SynchronousDataLinkControl），同步数据链路控制规程。②ANSI的ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）。③ISO的HDLC（HighLevelDatalinkControl）高级数据链路控制规程。④DEC公司DDCMP（DigitalDataCommunicationMessageprotocol）。2.协议的特点：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。注意：①HDLC作为国际标准ISO3309；②ADCCP作为美国国家标准；③我国相应国家标准GB-7496，这几个协议均大同小异。3.HDLC格式：01111110AC1FC01111110开始标志地址场控制场信息场校验场结束标志8位8位8位16位8位≥0位（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中，且以同一个字节结束，这个字节为01111110，二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：（AddressField）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（3）控制场（ControlField）用来规定若干命令。（8位：SDLC16位：HDLC）（4）信息场（InformationField）包含有要传送的数据，当上场为0时，则这一帧主要是控制命令。帧校验场（FC，FrameCheck）3.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：如上所述，标志字节：以01111110，但在为了把它们区别开，采用了“0”位插入和删除技术。方法：遇到连续5个“1”就自动插入一个“0”。如：原始插入后删除后011111100111110100111111011111111111110111111111112.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。如：HDLC规定：7个连续“1”为失效字符；SDLC规定：8个连续“1”为失效字符；8.3串行接口标准一、EIA-RS-232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：0～20Kbps。1.电气特性RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定逻辑“1”=-3V～-15V“0”=+3V～+15V与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如MC1488，MC1489IC。MC1488MC1489RS-232TTLEIA电平+15V+15VTTL+15V采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。另外，MAX232省电可连接二对收/发线，只用单电源。2.机械特性1）连接器（Connector）常用二种：①DB-25型，25脚，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。1234DB-25型连接器5678911132522201814发送电流（-）发送电流（+）DCDGNDDSRCTSRTSRXDTXD（-）接收电流（+）接收电流②DB-9型9针，9针全用，如下图。123456789DSRRTSCTSRIDCDRXDTXDDTRGNDDB-9型连接器2.电缆长度RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率20Kbps。3.RS-232C接口信号的定义。见书216表8.2。25线：数据线4条（2，3，14，16）控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）定时信号线3条（15，17，24）地线2条（1，7）备用5条（9，10，11，18，25）未定义4.信号线的连接1）近距离连接（15m）只用3条线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）TXDRXDTXDRXDA机B机77223345620456202.远距离连接（15m）1）需用MODEM和专用电话线2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）采用MODEM时RS-232信号线的使用计算机接口调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR终端专用电话线2┇┇2采用MODEM时RS-232信号线的使用二、RS-422/RS-423接口标准1.特点：（1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提高了抗共模干扰的能力。因为是两条传输线的电位差决定逻辑电平AA´-BD´-2V，表示“1”AA´-BD´+2V，表示“0”（2）传输速率10Mbps（15m时）90Kbps（1200m时）2.连接MC3487MC3486BTTLRS-422A电平平衡发送器差动接收器B´AA´2）RS-4231.连接：2.特点：①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。②数传率：100Kbps/90m时1Kbps/1200m时③逻辑“1”，4V～6V逻辑“0”，-4V～-6VTTLRS-423A电平单端发送器差动接收器+-三、RS-485接口标准1.特点：（1）兼容RS-422A，扩展RS-422A的功能；（2）允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个接收器，多达32个收/发器；（3）搞干扰能力强，传送距离远，传输速率高。数传率：100Kbps1.2Km不用MODEM6.6Kbps15Km10Mbps15m四、几种标准的比较见书224，表8.5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。8.4串行通信接口任务一、串口的基本任务（1）进行串，并转换（2）实现串行数据格式化（3）可靠性检验（4）实施接口与DCE之间联络控制二、串口电路的组成可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器、地址译码电路8.58251A串行接口一、8251A的内部逻辑与外部信号1.结构框图8251A是通用同步异步接收/发送器USARTUniversal/SynchronousAsynchronousReceiverandTransmitter）8251A1D22345678910111213142827262524232221201918171615D3RXDGNDD4D5D6D7TXCWRCSC/DRDRXRDYD1D0VC