【正文】 一個(gè)并行端口一次發(fā)送和接收 8 位數(shù)據(jù) ，使用 8 個(gè)單獨(dú)的電線。 提示：要使串行通信工作，你只需要一根三根線的電纜 —— 1 根發(fā)送， 1 根用來(lái)接收， 1 根接地。對(duì)于并行通信，你需要采用 8 條導(dǎo)線。 盡管相對(duì)較慢的傳輸速度遠(yuǎn)低于并行端口，串行端口通信依然因?yàn)樗?jiǎn)單的設(shè)備和高的成本效益而是一個(gè)受歡迎的連接選項(xiàng)。圖 21 顯示了設(shè)備的使用串口連接部分到計(jì)算機(jī)。使用串行端口，你可以連接到調(diào)制解調(diào)器，鼠標(biāo)或設(shè)備等作為一個(gè)橋梁 /路由器配置的目的 。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 21 一些常見(jiàn)的串行設(shè)備，調(diào)制解調(diào)器，鼠標(biāo)和路由器 雖然今天的消費(fèi)產(chǎn)品中在串行連接的地方使用 USB 連接，但還有很多的設(shè)備使用串行端口作為與外部世界的唯一連接。 一個(gè)串行設(shè)備一次發(fā)送和接收一 位數(shù)據(jù)， 有些設(shè)備因?yàn)樵谕粫r(shí)間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，被稱為全雙工設(shè)備。其他可以在任何時(shí)間發(fā)送或接收被稱為單雙工。 開始傳輸時(shí)，設(shè)備先發(fā)送一個(gè)起始位，其次是數(shù)據(jù)位。該數(shù)據(jù)位可以是五，六，七，或 8 位，基于商定而定。兩個(gè)發(fā)送方和接收器必須設(shè)置為相同的數(shù)據(jù)通信比特或正確的比特率。數(shù)據(jù)位被發(fā)送完后，就會(huì)發(fā)送一個(gè)停止位。一個(gè)停止位可以是一位，一個(gè)半位，或兩位。波特率是數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)的傳輸速度。波特率通常以每秒的位數(shù)（ bps）來(lái)計(jì)量。 注意：大多數(shù)串 行設(shè)備傳輸七，八位數(shù)據(jù)。 為了檢測(cè)數(shù)據(jù)已被正確發(fā)送，一個(gè)可選的校驗(yàn)位可以同數(shù)據(jù)位在一起。一個(gè)校驗(yàn)位可以是以下內(nèi)容：奇數(shù)，偶數(shù)， mark， space 或無(wú)（空的奇偶位標(biāo)志幾乎總是被使用）。使用校驗(yàn)位提供了一個(gè)基本的機(jī)制，以檢測(cè)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 ，如圖22 所示 。大多數(shù)系列設(shè)備使用 9 針連接器。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 22 25 針和 9 針串行接口 （二） 并行通信 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 （ 1） 各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳輸，傳輸速度快、效率高，多用在實(shí)時(shí)、快速的場(chǎng)合。 （ 2） 微機(jī)系統(tǒng)中最基本的信息交換方式。 （ 3） 并行傳遞的信息不要求固定的格式。 （ 4） 并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率比串行接口快 8倍， 標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率理論值為 1Mbps(兆比特 /秒 )。 （ 5） 并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度可以是 1~128 位，甚至更寬，但是有多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，因此傳輸?shù)某杀据^高。 （ 6） 并行通信抗干擾能力差。 （ 7） 在集成電路芯片的內(nèi)部、同一插件板上各部件之間、同一機(jī)箱內(nèi)個(gè)插件板之間的數(shù)據(jù)傳輸都是并行的。 （ 8） 以計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)，通常是 8位、 16 位或 32位為傳輸單位，一次傳送一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)據(jù) 。 （ 9） 適合于外部設(shè)備與微機(jī)之間進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 10） 并行數(shù)據(jù)傳輸只適用于近距離的通信，通常傳輸距離小于 30米 。 串行通信工作模式 如果在通信過(guò)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(hào)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(hào)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(hào)，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。 （一） 半雙工方式 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(guò)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 半雙工通信示意圖 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(guò)程和輸出 過(guò)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(lái)，而不是用回送的辦法，所以避免了接收過(guò)程和發(fā)送過(guò)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，也為全雙工方式成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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(wú)需倒向。 （二） 全雙工方式 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(wú)需進(jìn)行方向的切換，因此，沒(méi)有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對(duì)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(cè)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(hào)。（可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線）。 圖 25 全雙工通信示意圖 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)?，每位?shù)據(jù) 的發(fā)送和接收都需要時(shí)鐘來(lái)控制。發(fā)送端通過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣來(lái)正確的識(shí)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(wèn)題，串行傳輸可采用以下兩種 方法：異步傳輸和同步傳輸。 （一） 異步傳輸 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(duì)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(duì)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)碼成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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(duì)該字符實(shí)施簡(jiǎn)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(wú)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： 9 600 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(jiǎn)單、可靠，適用于面向字符的、低速的異步通信場(chǎng)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(jué)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)。 （二） 同步傳輸 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(duì)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(zhǎng)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(guò)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(hào)，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(zhǎng)距離傳輸中，定時(shí)脈沖可能 會(huì)和信息信號(hào)一樣受到破壞，從而出現(xiàn)定時(shí)誤差。另一種方法是通過(guò)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。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 USB USB 簡(jiǎn)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(guò)協(xié)議來(lái)共享 USB 的帶寬 ， 其 12Mbps 的帶寬對(duì)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(guò)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(lái)就是一個(gè)端點(diǎn)的集合，主機(jī)只能通過(guò)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(hào)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(wèn)、頻率、帶寬、端點(diǎn)號(hào)、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(lái)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(méi)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。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 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(guò)控制管道可以獲取