计算机接口及通信第4章 串行通讯1.ppt

第4章 串行通讯 串行通信接口（Serial Communication Interface）按国际标准化组织提供的电气标准及协议划分为RS-232、RS-485、USB、IEEE 1394等。 RS-232和RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。 USB和IEEE 1394是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。 §4.1 串行通讯基础 4.1.1 基本通讯方式 一、异步通讯(Asynchronous Communication) 异步串行通讯规定了字符数据的传送格式，每个字符数据按照相同格式传送，这个格式称为帧，每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，如图4-1所示。 异步通讯，发送和接受双方必须使用相同的字符数据帧格式，否则会造成数据错误，进而导致通讯失败。 异步通讯通常用于信息传送量不太大、传输速度不太高的场合，如每秒50～115200位。 二、同步通讯(Synchronous Communication) 在异步通讯中，每个字符数据的帧格式要求使用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了一定的传输时间。 去除这些标志后可以达到提高通讯速度的目的，这种通讯方式即为同步传送。 同步通讯通过同步字符在每个数据块传送开始时令发送和接收双方同步，其通讯格式如图4-2所示： 4.1.2 波特率 4.1.2.1 波特率(Baud Rate) 串行通讯中传送的字符数据流，是逐个字符逐个位传送的，每一个数据位在通讯线路上保持时间（位信号持续时间）由数据传送速度确定。 波特率用于描述串行通讯数据传送速率，规定为：单位时间内传送的信息量，以每秒传送的位数表示，单位为波特，即： 1波特=1位/秒 通常用bps表示 传送1位的时间：Td=1/波特率。 4.1.2.2 接收和发送时钟 接收和发送双方通过时钟信号对传送的数据进行定位及采样。 接收和发送时钟能够用来控制通讯设备接收和发送字符数据速度。 该时钟信号通常由外部时钟电路产生。 图4-3 发送时钟和接收时钟 接收器在每一个接收时钟的上升沿接收数据线，当发现接收数据线上出现低电平时认为是起始位，此后，如果在连续的8个时钟周期内检测到接收数据线上仍保持为低电平，确定为起始位。 采用这种方法，能够排除接收线上的噪声干扰并识别假起始位，较精确地确定起始位的中间点，从而提供一个准确的时间基准。 4.1.3 串行通讯工作方式 可将数据传输线路分成三种： 在单工方式下，通讯线路为单向连接，字符数据只能够按照固定方向传送。反方向传送是不允许的。 半双工方式中通讯线路只有一条，发送器和接收器通过收发开关连接到通讯线路上。开关切换一般需大约几毫秒时间。数据能双向传送，但不能在二个方向上同时传送。 接收和发送方式之间的切换延迟在对时间较敏感的交互式应用中是不允许的。其主要原因是，切换所引起的延迟积累，会导致通信协议效率不高。 解决上述问题的方法是，采用全双工连接中，使用两条通讯线路保证通讯双方同时发送和接收。这样，在全双工通讯系统中，每个通讯设备都包含发送器和接收器，数据能够在两条通讯线路上实现同时双向传送。 4.1.4 数字信号的调制与解调 4.1.5 差错检测和校正 由于传输线路上的反射、噪声、衰减和串扰等影响，将引起信号的畸变。 所以，要求通讯过程中引入差错检查并加以校正功能。 差错检查的基本方法有三种：奇偶校验、校验和、循环冗余码校验。差错校正的方法主要采用海明码校验。 4.1.5.1 奇偶校验 实现过程是：发送时，在每个字符的最高位之后附加一个奇偶校验位。 奇偶校验位可是“1”或“0”，保证整个字符（包括校验位在内）为“1”的位数为偶数(偶校验)或为奇数(奇校验)。 接收时，根据发送方指定的校验方法，对接收到的每个字符进行校验，如果校验的结果不正确，说明出现了差错。 奇偶校验每个字符校验一次。 只能提供最低级的错误检测，即只能检测到影响了奇数个位的错误，例如：某个字符在传输过程中，如果有两个数据位发生了翻转，即由“1”变成“0”或者由“0”变成“1”，那么这种方法是不能检测出来的。 一般，奇偶校验只用在异步通讯中。 4.1.5.2 校验和 是针对数据块传送设计的。在数据块发送之前，发送方对数据块中所有字符求和（逻辑和），产生一单字节校验字符(校验和)附加到数据块结尾，接收方接收到数据块之后，按照同样过程对数据块求和，所得的结果与接收到的校验和字符比较，如果两者相同，表示接收正确，否则有错。 图4-9 校验和 §4.2 串行通讯总线标准及其接口 4.2.1 串行通讯接口 异步串行通讯接