【正文】 本的機(jī)制，以檢測已發(fā)送數(shù)據(jù)損壞，但不保證檢查數(shù)據(jù)本身的錯(cuò)誤。然而，校驗(yàn)位可用于改善完整性數(shù)據(jù)傳送。 大多數(shù)串行端口使用 RS232C 標(biāo)準(zhǔn) ,它指定了一個(gè)連接器 25 針或 9針 (見圖 22)。大多數(shù)系列設(shè)備使用 9 針連接器。 圖 22 25針和 9針串行接口 在計(jì)算機(jī)和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通 常是靠電纜或信道上的電流或電壓變化實(shí)現(xiàn)的 。如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時(shí)被傳送，這種傳輸被稱為并行通信，如圖 23所示。并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。計(jì)算機(jī)或 PLC 各種內(nèi)部總線就是以并行方式傳送數(shù)據(jù)的。 圖 23 并行通信 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 串行通信工作模式 如果在通信過程的任意時(shí)刻，信息只能由一方 A 傳到另一方 B，則稱為單工。如果在任意時(shí)刻，信息既可由 A傳到 B，又能由 B 傳 A，但只能由一個(gè)方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳 輸。如果在任意時(shí)刻，線路上存在 A到 B和 B到 A的雙向信號傳輸，則稱為全雙工。 電話線就是二線全雙工信道。由于采用了回波抵消技術(shù)，雙向的傳輸信號不致混淆不清。雙工信道有時(shí)也將收、發(fā)信道分開，采用分離的線路或頻帶傳輸相反方向的信號，如回線傳輸。 在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站（如終端和微機(jī)）之間進(jìn)行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種基本的傳送方式：全雙工、半雙工、和單工。但單工目前已很少采用，下面僅介紹前兩種方式。 若使用同一根傳輸線既作接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上傳送，但通信雙方不能 同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式就是半雙工制，如圖 24所示。采用半雙工方式時(shí)，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過收 /發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)接到通信線上，進(jìn)行方向的切換，因此，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲。收 /發(fā)開關(guān)實(shí)際上是由軟件控制的電子開關(guān)。 圖 24半雙工方式 當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)用串行接口連接顯示終端時(shí)，在半雙工方式中，輸入過程和輸出過程使用同一通路。有些計(jì)算機(jī)和顯示終端之間采用半雙工方式工作，這時(shí)，從鍵盤打入的字符在發(fā)送到主機(jī)的同時(shí)就被送到終端上顯示出來，而不是用回送的辦法，所以避免了接收過程和發(fā)送過程同時(shí)進(jìn)行的情況。 目前多數(shù)終端 和串行接口都為半雙工方式提供了換向能力，也為全雙工方式提供了兩條獨(dú)立的引腳。在實(shí)際使用時(shí)，一般并不需要通信雙方同時(shí)既發(fā)送又接收，像打印機(jī)這類的單向傳送設(shè)備，半雙工甚至單工就能勝任，也無需倒向。 當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工制，如圖 25所示。在全雙工方河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。全雙工方式無需進(jìn)行方向的切換，因此，沒有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對那些不能有時(shí)間延誤的交互式應(yīng)用（例如遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制系統(tǒng)）十分有利。這種方式要求通訊雙方均有發(fā)送器和接收器，同時(shí)，需要 2根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號（可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線）。 圖 25全雙工 異步傳輸和同步傳輸 串行傳輸中，數(shù)據(jù)是一位一位按照到達(dá)的順序依次傳輸?shù)模课粩?shù)據(jù)的發(fā)送和接收都需要時(shí)鐘來控制。發(fā)送端通過發(fā)送時(shí)鐘確定數(shù)據(jù)位的開始和結(jié)束，接收端需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔對數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣來正確的識別數(shù)據(jù)。接收端和發(fā)送端必須保持步調(diào)一致，否則數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。為了解決以上問題，串行傳輸可采 用以下兩種方法：異步傳輸和同步傳輸。 通常，異步傳輸是以字符為傳輸單位，每個(gè)字符都要附加 1位起始位和 1位停止位，以標(biāo)記一個(gè)字符的開始和結(jié)束，并以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸同步。所謂異步傳輸是指字符與字符 (一個(gè)字符結(jié)束到下一個(gè)字符開始 )之間的時(shí)間間隔是可變的，并不需要嚴(yán)格地限制它們的時(shí)間關(guān)系。起始位對應(yīng)于二進(jìn)制值 0，以低電平表示，占用 1位寬度。停止位對應(yīng)于二進(jìn)制值 1，以高電平表示，占用 1~2 位寬度。一個(gè)字符占用 5~8 位，具體取決于數(shù)據(jù)所采用的字符集。例如，電報(bào)碼字符為 5位、 ASCII碼字符為 7位、漢字碼則 為 8位。此外，還要附加 1位奇偶校驗(yàn)位，可以選擇奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)方式對該字符實(shí)施簡單的差錯(cuò)控制。發(fā)送端與接收端除了采用相同的數(shù)據(jù)格式 (字符的位數(shù)、停止位的位數(shù)、有無校驗(yàn)位及校驗(yàn)方式等 )外，還應(yīng)當(dāng)采用相同的傳輸速率。典型的速率有： 9600 b/s、 、 56kb/s 等。 異步傳輸又稱為起止式異步通信方式，其優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠，適用于面向字符的、低速的異步通信場合。例如，計(jì)算機(jī)與 Modem 之間的通信就是采用這種方式。它的缺點(diǎn)是通信開銷大，每傳輸一個(gè)字符都要額外附加 2～ 3位，通信效率比較低。例如，在使用 Modem 上網(wǎng)時(shí)，普遍感覺速度很慢，除了傳輸速率低之外，與通信開銷大、通信效率低也密切相關(guān)。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 通常，同步傳輸是以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位。每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都要附加一個(gè)特殊的字符或比特序列，標(biāo)記一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，一般還要附加一個(gè)校驗(yàn)序列 (如16位或 32位 CRC校驗(yàn)碼 )，以便對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行差錯(cuò)控制。所謂同步傳輸是指數(shù) 據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的時(shí)間間隔是固定的，必須嚴(yán)格地規(guī)定它們的時(shí)間關(guān)系。 和異步傳輸相比，數(shù)據(jù)傳輸單位的加長容易引起時(shí)鐘漂移。為了保證接收端能夠正確地區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流中的每個(gè)數(shù)據(jù)位，收發(fā)雙主必須通過 某種方法建立起同步的時(shí)鐘?？梢栽诎l(fā)送器和接收器之間提供一條獨(dú)立的時(shí)鐘線路，由線路的一端（發(fā)送器或者接收器）定期地在每個(gè)比特時(shí)間中向線路發(fā)送一個(gè)短脈沖信號，另一端則將這些有規(guī)律的脈沖作為時(shí)鐘。這種技術(shù)在短距離傳輸時(shí)表現(xiàn)良好，但在長距離傳輸中，定時(shí)脈沖可能會(huì)和信息信號一樣受到破壞，從而出現(xiàn)定時(shí)誤差。另一種方法是通過采用嵌有時(shí)鐘信息的數(shù)據(jù)編碼位向接收端提供同步信息。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 3 章 USB 通信 原理簡介 USB 簡介 USB(Universal Serial Bus，通用串行總線 )是以 Intel 為主，并有 Compaq, Microsoft, IBM, DEC, Northern Tele 以及日本 NEC 等共七家公司共同制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn)， 1994 年 11 月制定了第一個(gè)草案， 1996 年 2 月公布了 USB 規(guī)范版本 。 USB可把多達(dá) 127 個(gè)外設(shè)同時(shí)聯(lián)到你的系統(tǒng)上，所有的外設(shè)通過協(xié)議來共享 USB的帶寬，其12Mbps 的帶寬對于鍵盤，鼠標(biāo)等低中速外設(shè)是完全足夠的（注：在 1999 年 2 月發(fā)布的USB 規(guī)范版本 草案中，已建議將 12Mbps 的帶寬提升到 120240Mbps。） 。 USB 允許外設(shè)在主機(jī)和其它外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接、 配置、使用及移除，即所謂的即插即用（ Plugamp。Play）。 同時(shí) USB 總線的應(yīng)用可以清除 PC 上過多的 I/O 端口，而以一個(gè)串行通道取代，使 PC與外設(shè)之間的連接更容易。 USB 設(shè)備 USB 設(shè)備包括 Hub 和功能設(shè)備，而功能設(shè)備又可以細(xì)分為定位設(shè)備字符設(shè)備等等。為了進(jìn)一步敘述，我們給出端點(diǎn) (endpoint)和管道 (pipe)的概念。 端點(diǎn)：每一個(gè) USB設(shè)備在主機(jī)看來就是一個(gè)端點(diǎn)的集合，主機(jī)只能通過端點(diǎn)與設(shè)備進(jìn)行通訊，以使用設(shè)備的功能。每個(gè)端點(diǎn)實(shí)際上就是一個(gè)一定大小的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這些端點(diǎn)在設(shè)備出廠時(shí)就已定 義好。在 USB系統(tǒng)中，每一個(gè)端點(diǎn)都有唯一的地址，這是由設(shè)備地址和端點(diǎn)號給出的。每個(gè)端點(diǎn)都有一定的特性。其中包括：傳輸方式、總線訪問、頻率、帶寬、端點(diǎn)號、數(shù)據(jù)包的最大容量等等。端點(diǎn)必須在設(shè)備配置后才能生效 (端點(diǎn) 0除外 )。 端點(diǎn) 0通常為控制端點(diǎn)。用于設(shè)備初始化參數(shù)等。端點(diǎn) 12等一般用作數(shù)據(jù)端點(diǎn)存放主機(jī)與設(shè)備間往來的數(shù)據(jù)。 管道：一個(gè) USB管道是驅(qū)動(dòng)程序的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與一個(gè)外設(shè)端點(diǎn)的連接，它代表了一種在兩者之間移動(dòng)數(shù)據(jù)的能力。一旦設(shè)備被配置，管道就存在了。管道有兩種類型，數(shù)據(jù)流管道（其中的數(shù)據(jù)沒有 USB定義的結(jié) 構(gòu)）與消息管道（其中的數(shù)據(jù)必須有 USB定義的結(jié)構(gòu)）管道只是一個(gè)邏輯上的概念。 所有的設(shè)備必須支持端點(diǎn) 0以作為設(shè)備的控制管道。通過控制管道可以獲取完全描述USB設(shè)備的信息，包括：設(shè)備類型、電源管理、配置、端點(diǎn)描述等等只要設(shè)備連接到 USB上并且上電端點(diǎn) 0就可以被訪問與之對應(yīng)的控制管道就存在了。 一個(gè) USB 設(shè)備可以分為三個(gè)層圖（如圖 31所示）。 最底層是總線接口，用來發(fā)送與接收包。中間層處理總線接口與不同的端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流通。一個(gè)端點(diǎn)是數(shù)據(jù)最終的使用者或提供者，它可以看作數(shù)據(jù)的源或接收端。最上層就是 USB設(shè)備所提 供的功能，比如鼠標(biāo)或鍵盤等。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 31設(shè)備層次結(jié)構(gòu) USB 的優(yōu)點(diǎn) USB通信有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： USB外設(shè)提供了單一的、易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。這樣一來就簡化了 USB外設(shè)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也簡化了用戶在判斷哪個(gè)插頭對應(yīng)哪個(gè)插槽時(shí)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。 USB的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。 (hot plug)和 PNP(PlugandPlay)， 也就是說在不關(guān)閉 PC 的情況下可以安全的插上和斷開 USB設(shè)備，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)地檢測外設(shè)的插拔，并且動(dòng)態(tài)地加載驅(qū)動(dòng)程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如 SCSI設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能插拔外圍設(shè)備。 4. USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。 USB直接連接到 Hub或者是連接到 Host的設(shè)備可以通過 USB電纜供電，也可以通過電池或者其它的電力設(shè)備來供電，或使用兩種供電方式的組合 ， 并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。 12