[計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)]第六章串行通信接口(已修改)
2025-01-31 10:25 本頁面
【正文】 第六章 串行通信接口 串行通信的基本概念 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) INTEL 8251的功能及應(yīng)用編程 微型計(jì)算機(jī)串行通信程序的編制 ? 計(jì)算機(jī)的 CPU與其外部設(shè)備之間常常要進(jìn)行信息的交換， 一臺計(jì)算機(jī)與其他的計(jì)算機(jī)之間有時(shí)也要交換信息。所有這些信息交換均可稱為 “ 通信 ” 。 通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。 ? 并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的通信方式。 ? 串行通信是指數(shù)據(jù)是一位一位地按順序傳送的通信方式。 1 串行通信的基本概念 1．串行通信的分類 ? 按照串行數(shù)據(jù)的同步方式，串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩類。 ? 同步通信是靠識別同步字符來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的，而異步通信是一種利用字符的再同步技術(shù)的通信方式。 1． 1 異步傳送方式 ? 異步傳送的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)在線路上的傳送是不連續(xù)。 數(shù)據(jù)以一個(gè)字 (或稱字符 )為單位來傳送。異步傳送時(shí)，各個(gè)字符間可以是連續(xù)傳送的．也可以是間斷傳送的，這完全由發(fā)送方根據(jù)需要來決定。 異步傳送時(shí)，同步時(shí)鐘脈沖并不發(fā)送到接收方，即雙方各用自己的時(shí)鐘源來控制發(fā)送和接收。 ? 字符的發(fā)送是隨機(jī)進(jìn)行的，因此，對于接收方來說就有一個(gè)判別何時(shí)有字符達(dá)到，何時(shí)是新的一 個(gè)字符開始的問題。因此，在異步通信時(shí)，對字符必須規(guī)定一定的格式。 起止式異步通信數(shù)據(jù)格式 ①每個(gè)字符總是以起始位開始（ “ 0”），以停止位（ “ 1”）結(jié)束。 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 空 閑 位 起始位 數(shù)據(jù)位 0 低 高 校驗(yàn)位 停 止 位 ② 字符之間沒有時(shí)間間隔要求 ③字符后一位校驗(yàn)位（可沒有） ：是一個(gè)字符一個(gè)字符傳輸 ? 異步傳輸方式中的每個(gè)字符由 4個(gè)部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。一個(gè)字符由起始位開始，停止位結(jié)束。 ? ①起始位： 1位，低電平； ? ②數(shù)據(jù)位： 5~8位，低位在前，高位在后； ? ③校驗(yàn)位： 1位，對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)； ? ④停止位： 1~2位，高電平。 ? 停止位后不定長度的高電平部分稱為空閑位，多少不限。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯 1），這樣就能保證起始位開始處一定有一個(gè)下降沿，指出一個(gè)字符的開始。 異步通信的時(shí)鐘定時(shí)方法 數(shù)據(jù) （ 62H） 0 0 0 0 1 1 停止位 異步傳輸先發(fā)送低位 (LSB) 發(fā)送方 利用發(fā)送時(shí)鐘來決定發(fā)送每個(gè)位的時(shí)刻 接收方 檢測起始位的下降沿，并用它來同步接收時(shí)鐘，然后利用接收時(shí)鐘從每一位的中間接收該位 1 起始位 LSB MSB 0 奇偶 校驗(yàn)位 0 0/1 1 1 接收 /發(fā)送 時(shí)鐘 波特率 ? 波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，其單位是 bps（位 /秒），簡稱波特。波特率是衡量串行通信數(shù)據(jù)速度快慢的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。有時(shí)也用“ 位周期 ” 來表示傳輸速率，位周期是波特率的倒數(shù)。 ? 最常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率是 1 300、 600、 1200、2400、 4800、 9600和 19200bps。 ? 并行通信中，傳輸速率是以每秒傳送多少字節(jié)來表示。 ? 串行通信中，傳輸速率是以波特率來表示 假如每傳送一個(gè) 8位字符 ， 共有 12位格式 （ 其中有 1個(gè)起始位 ， 8個(gè)數(shù)據(jù)位 ， 1個(gè)校驗(yàn)位 ， 2個(gè)停止位 ） ，如果波特率是 1200bps。 則每秒鐘傳送的字符數(shù)是 1200/12=100個(gè) 。 波特率和時(shí)鐘頻率 ? 在串行通信時(shí)，接口電路的發(fā)送端需要用一個(gè)時(shí)鐘來決定每一位對應(yīng)的時(shí)間長度，同樣接收端也需要由一個(gè)時(shí)鐘確定每一位數(shù)據(jù)所對應(yīng)的時(shí)間長度。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，通常串行接口電路各有一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信號，發(fā)送器時(shí)鐘和接收器時(shí)鐘。 ? 收 /發(fā)時(shí)鐘頻率與波特率之間的關(guān)系： 收 /發(fā)時(shí)鐘頻率 =波特率 波特因子 一般 n取 1, 16, 32和 64等。對于異步通信，常采用 n=16；對于同步通信，則必須取 n =1。 例 1 某一串行接口電路的發(fā)送器時(shí)鐘頻率為 19200Hz，波特率因子的值為 16，則發(fā)送波特率 Fd = Ftxc/Kt = 19200/16 = 1200（ bps） 例 2 要完成從 A站到 B站的串行數(shù)據(jù)通信 ， A站的發(fā)送器時(shí)鐘頻率 Ftxc為 38400Hz， 波特率因子為 16； B站的接收器電路規(guī)定波特率因子為 64， 則 B站的接收器時(shí)鐘頻率應(yīng)為多少 ？ 根據(jù) A點(diǎn)的發(fā)送器電路規(guī)定 ， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩? Fd = Ftxc/Kt = 38400/16 = 2400 （ bps） 收發(fā)雙方應(yīng)該使用相同的波特率 ， 接收器時(shí)鐘頻率應(yīng)為： Frxc = Fd Kr = 2400 64 = 153600 （ Hz） 異步通信中，收發(fā)雙方的約定 在異步通信中。收發(fā)雙方必須事先約定兩件事： ? 一是規(guī)定 字符格式 即規(guī)定字符各部分所占的位數(shù)，是否采用奇偶校驗(yàn)，以及校驗(yàn)的方式 (偶校驗(yàn)還是奇校驗(yàn) )。 ? 二是 規(guī)定所采用的波特率以及時(shí)鐘頻率和波特率間的比例關(guān)系。 異步傳送由于不傳送同步時(shí)鐘脈沖，所以設(shè)備比較簡單，實(shí)現(xiàn)起來方便。它還可根據(jù)需要連續(xù)地或有間隙地傳送數(shù)據(jù)，對各字符間的間隙長度沒有限制。 缺點(diǎn)：是在數(shù)據(jù)字符串中要加上起同步作用的起始位和停讓位，降低了有效數(shù)據(jù)位的傳送速率，僅適合于低速通信的場合。 1． 2同步傳送方式 ? 同步傳送是以許多字符或許多比特組織成的數(shù)據(jù)塊為傳輸單位，它是一種連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的方式。 ? 在通信開始以后，發(fā)送端連續(xù)發(fā)送字符，接收端也連續(xù)接收字符，直到一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束。同步傳送時(shí)，字符與字符之間沒有間隙，也不用起始位和停止位，僅在數(shù)據(jù)塊開始時(shí)用同步字符 SYNC來指示。 2. 同步通信 ? 以一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)塊附加 1個(gè)或 2個(gè)同步字符，最后以校驗(yàn)字符結(jié)束 ? 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜 ? 串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中 ? 最常使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議 HDLC ~ ~ ~ ~ 同步字符 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)字符 ? 同步通信可以分為單同步字符方式和雙同步字符方式。 ? 同步字符可以由用戶約定，當(dāng)然也可以采用用 ASCII碼中規(guī)定的 SYN代碼，即 16H。 ? 按同步方式通信時(shí)，在發(fā)送時(shí)要插入同步字符，接收方檢測到同步字符時(shí)，即準(zhǔn)備開始接收，因此，在硬件設(shè)備上需要有插入同步字符和相應(yīng)
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