1、第第8 8章章第第8 8章章 串行通信接口串行通信接口学习目标：学习目标：掌握串行通信的基本概念；掌握串行通信的基本概念；掌握掌握RS-232CRS-232C串行接口标准；了解串行接口标准；了解RS-422RS-422、RS-RS-423423、RS-485RS-485串行接口标准的特点及应用场合；串行接口标准的特点及应用场合；理解串行接口芯片理解串行接口芯片INS 8250INS 8250的内部结构及外部的内部结构及外部特性，掌握特性，掌握INS 8250INS 8250的内部寄存器及编程方法；的内部寄存器及编程方法；重点掌握利用重点掌握利用INS 8250INS 8250实现查询方式和中断
2、方实现查询方式和中断方式下的串行通信编程应用；式下的串行通信编程应用；学会采用学会采用BIOSBIOS或或DOSDOS调用方式利用串行接口来发调用方式利用串行接口来发送送/接收一个字符。接收一个字符。第第8 8章章 串行通信接口串行通信接口本章目录：本章目录：8.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念8.2 串行接口标准串行接口标准8.3 异步通信接口异步通信接口8.4 通信接口的通信接口的BIOS调用及调用及DOS调用调用习题与思考题习题与思考题8.1 8.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念8.1.1 串行通信的特点串行通信的特点8.1.2 数据通信方式数据通信方式8.1.3 串行通
3、信方式串行通信方式8.1.4 信息的校验方式信息的校验方式8.1.5 传输速率与传送距离传输速率与传送距离8.1.6 信号的调制与解调信号的调制与解调8.1.7 串行接口的基本结构和基本功能串行接口的基本结构和基本功能8.1.1 8.1.1 串行通信的特点串行通信的特点串行通信串行通信，就是使数据在一根传输线上一位，就是使数据在一根传输线上一位一位地进行传输而实现的通信。一位地进行传输而实现的通信。特点：信息在一个方向上传输，只占用一根特点：信息在一个方向上传输，只占用一根通信线，因此在这根传输线上既传送数据通信线，因此在这根传输线上既传送数据信息又传送联络控制信息；信息格式有固信息又传送联络
4、控制信息；信息格式有固定的要求，定的要求，需要进行逻辑电平转换。需要进行逻辑电平转换。通信方式：异步通信和同步通信两种通信方式：异步通信和同步通信两种。8.1.2 8.1.2 数据通信方式数据通信方式串行通信中，数据通常是在两个站（如终串行通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照同一时刻端和微机）之间进行传送，按照同一时刻数据流的方向可分成三种基本传送模式数据流的方向可分成三种基本传送模式8.1.3 8.1.3 串行通信方式串行通信方式根据时钟控制方式可分为根据时钟控制方式可分为:异步通信方式异步通信方式是指通信的发送设备与接收设备使用各自的时钟是指通信的发送设备与接收设备
5、使用各自的时钟控制工作，要求双方的时钟尽量一致，但接收端控制工作，要求双方的时钟尽量一致，但接收端的时钟完全独立于发送端，由自己内部的时钟发的时钟完全独立于发送端，由自己内部的时钟发生器产生，所以实际频率总是有差异的。生器产生，所以实际频率总是有差异的。同步串行通信同步串行通信是指通信的双方使用同一个时钟控制数据的发送是指通信的双方使用同一个时钟控制数据的发送和接收，发送端与接收端的时钟必须严格一致。和接收，发送端与接收端的时钟必须严格一致。通信协议通信协议是指通信双方的一种约定。约定中包括对是指通信双方的一种约定。约定中包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、纠数据格式、同步方式、传送
6、速度、传送步骤、纠错方式以及控制字符定义等问题作出统一规定，错方式以及控制字符定义等问题作出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于规程，或称传输控制规程，它属于ISOS OSI七七层参考模型中的数据链路层。层参考模型中的数据链路层。通信协议有两类：异步协议和同步协议。通信协议有两类：异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符（同步协议又有面向字符（Character-Oriented）和面向比特（和面向比特（Bit-Oriented）两种。）两种。1 1起止式异步协议起止式异步协议起止式异步协议的特点是一个字符
7、一个起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，而且每传送一个字符都是以起字符传输，而且每传送一个字符都是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。固定的时间间隔要求。靠起始位和停止位来实现字符的界定或靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步，称为起止式协议。同步，称为起止式协议。可靠性高；附加位，降低了传输效率可靠性高；附加位，降低了传输效率异步传输模式的字符格式异步传输模式的字符格式1位起始位，位起始位，58位数据位数据1位校验位（可无）位校验位（可无）1位、位、1.5位或位或2位的停止位位的停止位传送时，数据的低位在前，高位在后。传送时
8、，数据的低位在前，高位在后。比如要传送一个字符比如要传送一个字符“C“，C的的ASCII码码为为43H（1000011），要求一位停止位，采），要求一位停止位，采用偶校验，数据有效位用偶校验，数据有效位7位，则一帧信息为：位，则一帧信息为：0110000。2 2面向字符的同步协议面向字符的同步协议IBM公司的二进制同步通信协议（公司的二进制同步通信协议（BSC）特点是一次传送由若干个字符组成的数特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，并规定了据块，并规定了10个特殊字符作为这个数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据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通
9、信控制字。的控制信息，它们也叫做通信控制字。由于被传送的数据块是由字符组成，故由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议。被称作面向字符的协议。传输效率大大提高。传输控制字，增强传输效率大大提高。传输控制字，增强了通信控制能力和校验功能。了通信控制能力和校验功能。面向字符同步协议的帧格式面向字符同步协议的帧格式SYN，是同步字符（是同步字符（Synchrunous Character）每一）每一个帧开始处都加有同步字符，加一个个帧开始处都加有同步字符，加一个SYN同步字同步字符的称单同步，加两个符的称单同步，加两个SYN同步字符的称双同步。同步字符的称双同步。设置同步字符的目的是起
10、联络作用，传送数据时，设置同步字符的目的是起联络作用，传送数据时，接收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是接收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧开始了。一帧开始了。SOH，是序始字符（是序始字符（Start OF Header），表示标题），表示标题的开始。的开始。标题，包括源地址、目标地址和路由指示等信息。标题，包括源地址、目标地址和路由指示等信息。STX，是文始字符（是文始字符（Start Of Text）,它标志着传送它标志着传送的正文（数据块）开始。的正文（数据块）开始。数据块，就是被传送的正文内容，由多个字符组成。数据块，就是被传送的正文内容，由多个字符组成。组终字符组终字
11、符ETB（End of Trandmission Block）或文）或文终字符终字符ETX，其中，其中ETB用在正文很长，需要分成用在正文很长，需要分成若干个数据块，分别在不同帧中发送的场合，这若干个数据块，分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用组终字符时在每个分数据块后面用组终字符ETB，而在最，而在最后一个分数据块后面用文终字符后一个分数据块后面用文终字符ETX。校验码，对从校验码，对从SOH开始直到开始直到ETX（或（或ETB）字段进）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC校校验。验。转义字符转义字符DLEDLE将特定字符作为普通
12、数据处理的能力，将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力叫做这种能力叫做“数据透明数据透明”。为此，协议。为此，协议中设置了转义字符中设置了转义字符DLE（Data Link Escape）。）。接收器收到了一个接收器收到了一个DLE就可预知下一个就可预知下一个字符是数据字符。字符是数据字符。DLE本身也是特定字符，当它出现在数本身也是特定字符，当它出现在数据块中时，也要在它前面再加上另一个据块中时，也要在它前面再加上另一个DLE。这种方法叫字符填充。这种方法叫字符填充。3 3面向比特的同步协议面向比特的同步协议最有代表性的面向比特的协议：最有代表性的面向比特的协议：IBM的同步数据链路控制
13、规程的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Conrtol）国际标准化组织国际标准化组织ISO的高级数据链路控制规程的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data Link Conrtol）美国国家标准协会的先进数据通信规程美国国家标准协会的先进数据通信规程ADCCP（Advancde Data Communications Control Procedure）特点，所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是特点，所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称帧
14、的开始和结束，故称“面向比特面向比特”的协议。的协议。面向比特同步协议的帧格式面向比特同步协议的帧格式(1)SDLC/HDLC标志字符标志字符SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一协议规定，所有信息传输必须以一标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是字符是01111110，称标志场（，称标志场（F）。）。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧。所有信息是以帧的形式传信息单位，称为一帧。所有信息是以帧的形式传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端输的，而标志字符提供了每一帧的边
15、界。接收端可以通过搜索可以通过搜索“01111110”来探知帧的开头和结来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。束，以此建立帧同步。(2)地址场和控制场地址场和控制场地址场用来规定出与之通信的次站的地址。地址场用来规定出与之通信的次站的地址。控制场可规定若干个命令。控制场可规定若干个命令。SDLC规定规定A场和场和C场的宽度为场的宽度为8位或位或16位。接位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为“0”，则后边跟着另一个地址字节；若为，则后边跟着另一个地址字节；若为“1”，则该字节就是最后一个地址字节。同样，如果控则该字节就是最后一个地址字节。同样，如
16、果控制场第一个字节的第一位为制场第一个字节的第一位为“0”，则还有第二个，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。控制场字节，否则就只有一个字节。(3)信息场信息场（Information）包含有要传送的数据，并不是每一帧都必须有信包含有要传送的数据，并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为息场。即数据场可以为0，当它为，当它为0时，则这一帧时，则这一帧主要是控制命令。主要是控制命令。(4)校验场校验场两个字节长，帧校验场称为两个字节长，帧校验场称为FC（Frame Check）场或称为帧校验序列场或称为帧校验序列FCS（Frame Check Sequence）。）。SDLC/HDLC
17、均采用均采用16位循环冗余校验码位循环冗余校验码CRC（Cylic Redundancy Code），其生成多项式为），其生成多项式为CCITT多项式多项式X16+X12+X5+1。除了标志场和自动。除了标志场和自动插入的插入的“0”位外，所有的信息都参加位外，所有的信息都参加CRC计算。计算。“0”位插入和删除技术：位插入和删除技术：为了把信息场中同标志字节相同的字符与为了把信息场中同标志字节相同的字符与标志区分开。标志区分开。具体作法是发送端在发送所有信息（除标志具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇到连续字节外）时，只要遇到连续5个个“1”，就自动插，就自动插入一个入一
18、个“0”；当接收端在接收数据时（除标志字；当接收端在接收数据时（除标志字节外），如果连续接收到节外），如果连续接收到5个个“1”，就自动将其，就自动将其后的一个后的一个“0”删除，以恢复信息的原有形式。这删除，以恢复信息的原有形式。这种种“0”位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。若在发送过程中出现错误，则若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协协议是用议是用异常结束（异常结束（Abort）字符）字符，或称失效序列使，或称失效序列使本帧作废。在失效序列中不使用本帧作废。在失效序列中不使用“0”位插入位插入/删删除技术。除技术。在在HDLC规程中，规程
19、中，7个连续的个连续的“1”被作为失效被作为失效字符，而在字符，而在SDLC中失效字符是中失效字符是8个连续的个连续的“1”。SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内不允许出协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为它被称为空闲（空闲（Idle）信号）信号。8.1.4 8.1.4 信息的校验方式信息的校验方式通信中差错控制能力是衡量一个通信系通信中差错控制能力是衡量一个通信系统的重要内容。统的重要内容。发现传输中的错误，叫检错。发现传输
20、中的错误，叫检错。发现错误之后，如何消除错误，叫纠错。发现错误之后，如何消除错误，叫纠错。常用的校验方式有两种：常用的校验方式有两种：奇偶校验和循环冗余（奇偶校验和循环冗余（CRC）校验。）校验。1 1奇偶校验（奇偶校验（Parity checkParity check）发送时，在每个字符的数据最高有效位之后发送时，在每个字符的数据最高有效位之后都附加一个奇偶校验位，这个校验位可为都附加一个奇偶校验位，这个校验位可为“1”或或为为“0”，以便保证整个字符（包括校验位）中，以便保证整个字符（包括校验位）中“1”的个数为偶数（偶校验）或为奇数（奇校的个数为偶数（偶校验）或为奇数（奇校验）。验）。接
21、收时，接收方采用与发送方相同的通信格接收时，接收方采用与发送方相同的通信格式，使用同样的奇偶校验，对接收到的每个字符式，使用同样的奇偶校验，对接收到的每个字符进行校验。进行校验。2 2循环冗余码校验循环冗余码校验CRCCRC发送时，根据编码理论对发送的串行二进制发送时，根据编码理论对发送的串行二进制序列按某种算法产生一些校验码，并将这些校验序列按某种算法产生一些校验码，并将这些校验码放在数据信息后一同发出。码放在数据信息后一同发出。在接收端将接收到的串行数据信息按同样算在接收端将接收到的串行数据信息按同样算法计算校验码，当信息位接收完之后，接着接收法计算校验码，当信息位接收完之后，接着接收CR
22、C校验码，并与接收端计算得出的校验码进行校验码，并与接收端计算得出的校验码进行比较，若相等则无错，否则说明接收数据有错。比较，若相等则无错，否则说明接收数据有错。接收器可用中断或状态标志位的方法通知接收器可用中断或状态标志位的方法通知CPU，以便进行出错处理。在通信控制规程中一，以便进行出错处理。在通信控制规程中一般采用般采用CRC检错，以自动纠错方法来纠错。检错，以自动纠错方法来纠错。8.1.5 8.1.5 传输速率与传送距离传输速率与传送距离1波特率波特率串行通信中，每秒钟传送的位数（串行通信中，每秒钟传送的位数（bit/s）。）。在串行通信中，所说的传输速率是指波特率，而不是在串行通信中
23、，所说的传输速率是指波特率，而不是指字符速率，两者的关系是：假如在某异步串行通信中，指字符速率，两者的关系是：假如在某异步串行通信中，通信格式为通信格式为1个起始位、个起始位、8个数据位、个数据位、1个偶数位、个偶数位、2个停止个停止位，若传输速率是位，若传输速率是1200波特，那么，每秒所能传送的字符波特，那么，每秒所能传送的字符数是数是1200/（1+8+1+2）=100个。个。2发送时钟和接收时钟发送时钟和接收时钟在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）作用下将移位寄存器中的数据按位串行移位输出，作用下将移位寄存器中的数据按位串行移位输出，数据位的
24、时间间隔取决于发送时钟周期。数据位的时间间隔取决于发送时钟周期。在接收数据时，接收器在接收时钟（上升沿）在接收数据时，接收器在接收时钟（上升沿）作用下对接收数据位采样，并按位串行移入接收作用下对接收数据位采样，并按位串行移入接收移位寄存器，最后装配成并行数据。移位寄存器，最后装配成并行数据。发送发送/接收时钟频率是根据所要求的传输波特率及所选接收时钟频率是根据所要求的传输波特率及所选择的倍数择的倍数N来确定。来确定。发送发送/接收时钟频率与波特率的关系为：发接收时钟频率与波特率的关系为：发/接时钟频接时钟频率率=N.*发发/收波特收波特(其中其中 N=1，16，64)。8.1.6 8.1.6
25、信号的调制与解调信号的调制与解调在进行远程数据通信时，在进行远程数据通信时，将二进制信号变换成适合将二进制信号变换成适合电话网传输的模拟信号，这一过程称为电话网传输的模拟信号，这一过程称为“调制调制”，对应，对应完成此过程的设备为调制器（完成此过程的设备为调制器（Modulator）；）；接收时，将在电话网上传输的音频模拟信号进行还接收时，将在电话网上传输的音频模拟信号进行还原成原来的数字信号，这一过程称为原成原来的数字信号，这一过程称为“解调解调”，对应完，对应完成此过程的设备为解调器（成此过程的设备为解调器（Demodulator）。）。大多数情况下，串行通信是双向的，调制器和解调大多数情
26、况下，串行通信是双向的，调制器和解调器一般合在一个装置中，这就是调制解调器器一般合在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。调制解调器的类型按照调制技术分为：振幅键控调制解调器的类型按照调制技术分为：振幅键控（ASK）、频移键控（）、频移键控（FSK）和相移键控（）和相移键控（PSK）。）。当波特率小于当波特率小于300时，一般采用频移键控（时，一般采用频移键控（FSK）调制方式。其基本原理是把调制方式。其基本原理是把“0”和和“1”的两种数字信的两种数字信号分别调制成不同频率的两个音频信号号分别调制成不同频率的两个音频信号8.1.7 串行接口的基本结构和基本功能串行接口的基本结构和基本功能基
27、本功能：基本功能：1 1、实现串行与并行数据之间的相互变换、实现串行与并行数据之间的相互变换2 2、根据串行通信协议完成串行数据的格式化、根据串行通信协议完成串行数据的格式化在异步通信方式发送时自动添加启在异步通信方式发送时自动添加启/停位，接收时自动删停位，接收时自动删除启除启/停位等。面向字符的同步方式数据格式化时，需要停位等。面向字符的同步方式数据格式化时，需要在数据块前加同步字符，数据块后加校验字符。在数据块前加同步字符，数据块后加校验字符。3 3、具有出错检测电路、具有出错检测电路在发送时，接口电路自动生成奇偶校验位；在接收时，接在发送时，接口电路自动生成奇偶校验位；在接收时，接口电
28、路检查字符的奇偶校验位或其他校验码，用来指示接口电路检查字符的奇偶校验位或其他校验码，用来指示接收的数据是否正确。收的数据是否正确。1 1异步串行通信接口异步串行通信接口异步通信接口基本结构图异步通信接口基本结构图发送移位寄存器及发送控制逻辑：发送数据寄存器发送移位寄存器及发送控制逻辑：发送数据寄存器的数据并行送入发送移位寄存器，然后在发送时的数据并行送入发送移位寄存器，然后在发送时钟控制下，将装配好的数据逐位发送出去。钟控制下，将装配好的数据逐位发送出去。接收移位寄存器及接收控制逻辑：在接收时钟控制接收移位寄存器及接收控制逻辑：在接收时钟控制下，将串行数据输入线上的串行数据逐位接收并下，将串
29、行数据输入线上的串行数据逐位接收并移入接收移位寄存器。当移位寄存器接收到规定移入接收移位寄存器。当移位寄存器接收到规定的数据位后，将数据并行送往接收数据寄存器。的数据位后，将数据并行送往接收数据寄存器。发送数据寄存器：从发送数据寄存器：从CPU数据总线接收并行数据。数据总线接收并行数据。接收数据寄存器：接收从接收移位寄存器送来的并接收数据寄存器：接收从接收移位寄存器送来的并行输入数据，再将数据送往行输入数据，再将数据送往CPU。数据总线缓冲器：它是数据总线缓冲器：它是CPU与数据寄存器（发送和与数据寄存器（发送和接收）交换数据的双向缓冲器，用来传递接收）交换数据的双向缓冲器，用来传递CPU对对
30、端口的控制信息、双向传递数据、向端口的控制信息、双向传递数据、向CPU提供状提供状态信息。态信息。常见的差错状态位常见的差错状态位奇偶校验错：接收器按照事先约定的方式（奇校验、偶校奇偶校验错：接收器按照事先约定的方式（奇校验、偶校验或无校验）进行奇偶校验，如果有错误则将奇偶校验状验或无校验）进行奇偶校验，如果有错误则将奇偶校验状态位置位态位置位“1”。帧出错：在异步串行通信中，一帧信息由起始位、数据位、帧出错：在异步串行通信中，一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位组成。若接收端在任一字符奇偶校验位（可选）和停止位组成。若接收端在任一字符的后面没有检测到规定的停止位，接收器便判为
31、帧错误，的后面没有检测到规定的停止位，接收器便判为帧错误，差错检测逻辑将使帧错误状态位置位。差错检测逻辑将使帧错误状态位置位。溢出错：在接收数据过程中，当接收移位寄存器接收到一溢出错：在接收数据过程中，当接收移位寄存器接收到一个正确字符时，就会把移位寄存器的数据并行装入数据寄个正确字符时，就会把移位寄存器的数据并行装入数据寄存器中，存器中，CPU要及时读取这个数据。如果要及时读取这个数据。如果CPU不能及时将不能及时将接收数据寄存器的数据读走，下一个字符数据又被送入数接收数据寄存器的数据读走，下一个字符数据又被送入数据输入寄存器，因此将上一个数据覆盖，从而发生了溢出据输入寄存器，因此将上一个数
32、据覆盖，从而发生了溢出错误，差错检测逻辑会把相应的溢出错标志位置位。错误，差错检测逻辑会把相应的溢出错标志位置位。2 2同步串行通信的接口同步串行通信的接口同步通信端口基本结构图同步通信端口基本结构图FIFO（先进先出缓冲器）：它是由多个寄存器组成，（先进先出缓冲器）：它是由多个寄存器组成，因此发送时，因此发送时，CPU一次可以将几个字符预先装入；一次可以将几个字符预先装入；接收时允许接收时允许CPU一次连续取出几个字符。一次连续取出几个字符。发送发送FIFO：它接收：它接收CPU数据总线送来的并行数据。数据总线送来的并行数据。输出移位寄存器：它从发送输出移位寄存器：它从发送FIFO取得并行数
33、据，以取得并行数据，以发送时钟的速率串行发送数据信息。发送时钟的速率串行发送数据信息。CRC发生器：它从发送数据流信息中获得发生器：它从发送数据流信息中获得CRC校验校验码。码。CRC校验器：它从接收数据流信息中提取校验器：它从接收数据流信息中提取CRC校验校验码，并与接收到的校验码相比较。码，并与接收到的校验码相比较。输入移位寄存器：它从串行输入线上以时钟分离器输入移位寄存器：它从串行输入线上以时钟分离器提取出来的时钟速率接收串行数据流，每接收完提取出来的时钟速率接收串行数据流，每接收完一个字符数据将其送往接收一个字符数据将其送往接收FIFO。接收接收FIFO：接收输入移位寄存器送来的并行输
34、入数：接收输入移位寄存器送来的并行输入数据，据，CPU从它取走接收数据。从它取走接收数据。总线缓冲器：它是总线缓冲器：它是CPU与与FIFO（发送和接收）交换（发送和接收）交换数据的双向缓冲器，用来传递数据的双向缓冲器，用来传递CPU端口的控制信端口的控制信息、字符数据和向息、字符数据和向CPU提供状态信息。提供状态信息。时钟分离器和锁相环：用来从串行输入数据中提取时钟分离器和锁相环：用来从串行输入数据中提取时钟信号，以保证接收时钟与发送时钟的同频同时钟信号，以保证接收时钟与发送时钟的同频同相。相。8.2 8.2 串行接口标准串行接口标准数据终端设备数据终端设备DTE与数据通信设备与数据通信设
35、备DCE串行连接串行连接时要解决两个问题：时要解决两个问题：一、双方要共同遵循物理接口标准，包括连接电一、双方要共同遵循物理接口标准，包括连接电缆的机械、电气特性、信号功能及传送过程的定缆的机械、电气特性、信号功能及传送过程的定义，它属于义，它属于ISOS OSI七层参考模型中的物理层。七层参考模型中的物理层。二、按接口标准设进行串行通信的接口电路。二、按接口标准设进行串行通信的接口电路。8.2.1 EIA-RS-232C接口标准接口标准8.2.2 RS-422、RS-423、RS-485接口标准接口标准8.2.1 EIA-RS-232C8.2.1 EIA-RS-232C接口标准接口标准RS-
36、232C标准（协议）标准（协议）是美国是美国EIA（电子工业协会）于（电子工业协会）于1969年公布年公布的通信协议。的通信协议。适合数据传输速率适合数据传输速率020000bit/s范围内的通信。范围内的通信。1 1电气特性电气特性(1)电平规定电平规定数据发送数据发送TxD和数据接收和数据接收RxD的信号电平：的信号电平：逻辑逻辑1 1（MARKMARK）=-3-15V=-3-15V，典型值为，典型值为-12V-12V；逻辑逻辑0 0（SPACESPACE）=+3+15V=+3+15V，典型值为，典型值为+12V+12V。RTS、CTS、DTR和和DCD控制和状态信号电平：控制和状态信号电
37、平：信号有效（接通，信号有效（接通，ONON状态）状态）=+3+15V=+3+15V，典型值为，典型值为+12V+12V；信号无效（断开，信号无效（断开，OFFOFF状态）状态）=-3-15V=-3-15V，典型值为，典型值为-12V-12V。(2)电平转换电平转换必须在必须在EIA-RS-232C与与TTL电路之间进行电路之间进行电平和逻辑关系的转换。电平和逻辑关系的转换。目前较广泛地使用集成电路转换器件，如目前较广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成芯片可完成TTL电平到电平到EIA电电平的转换，而平的转换，而MC1489、SN75154芯片可实现芯片可实现E
38、IA电平到电平到TTL电平的转换。电平的转换。MAX232芯片可完成芯片可完成TTLEIA双向电平转换。双向电平转换。14881488和和14891489的内部结构和引脚的内部结构和引脚MC1488的引脚的引脚(2)，(4,5)，(9,10)和和(12,13)接接TTL电平输入，引脚电平输入，引脚3，6，8，11输出端接输出端接EIA-RS-232C。MC1489的的1，4，10，13脚接脚接EIA电平输电平输入，而入，而3，6，8，11脚接脚接TTL输出输出串行接口电路中的主芯片串行接口电路中的主芯片UART，处理的是处理的是TTL逻辑电平逻辑电平EIA-RS-232C连接器，处理连接器，处
39、理的是的是EIA电平电平(3)传输距离及通信速率传输距离及通信速率RS-232C接口标准的电气特性中规定，驱接口标准的电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于动器的负载电容应小于2500pF，直接传送，直接传送最大距离是最大距离是15m，传输数据速率不能高于，传输数据速率不能高于20kbit/s。2 2接口信号功能接口信号功能RS-232并未定义连接器的物理特性，因此，出并未定义连接器的物理特性，因此，出现了现了DB-25、DB-15和和DB-9各种类型的连接器各种类型的连接器DB-25/DB-9DB-25/DB-9型连接器型连接器RS-232CRS-232C标准接口信号标准接口信号常用联络控制
40、信号常用联络控制信号线线请求发送请求发送RTS（Request to send）：表示）：表示DTE请求请求DCE发送数据。发送数据。允许发送允许发送CTS（Clear to send）：表示）：表示DCE准备好准备好接收接收DTE发来的数据，是对请求发送信号发来的数据，是对请求发送信号RTS的的响应信号。响应信号。这对这对RTS/CTS请求应答联络信号适用于半双工方请求应答联络信号适用于半双工方式，用于式，用于MOEDM系统中作发送系统中作发送/接收方式之间的接收方式之间的切换。切换。数据装置准备好数据装置准备好DSR（Data Set Ready）：由）：由DCE发至发至DTE，表示，表示
41、DCE已与通信信道相连接。已与通信信道相连接。数据终端准备好数据终端准备好DTR（Data Terminal Ready）：由）：由DTE发至发至DCE，有效（，有效（ON状态）时表明数据终状态）时表明数据终端可以使用。端可以使用。这对信号有效只表示设备已准备好，可以使用。这对信号有效只表示设备已准备好，可以使用。所以，这两个信号可以直接连到电源上，一上电所以，这两个信号可以直接连到电源上，一上电就立即变得有效。就立即变得有效。接收线信号检出接收线信号检出RLSD（Received Line Signal Detection）：表示）：表示DCE已接通通信信道，通知已接通通信信道，通知DTE准
42、备接收数据。此线也叫数据载波检出准备接收数据。此线也叫数据载波检出DCD（Data Carrier Detection）线。）线。振铃指示振铃指示RI（Ringing）：当）：当MODEM检测到线路检测到线路上有振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知终端，上有振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知终端，已被呼叫，每次振铃期间已被呼叫，每次振铃期间RI为接通状态，而在两为接通状态，而在两次振铃期间，则为断开状态。次振铃期间，则为断开状态。数据发送与接收线数据发送与接收线发送数据发送数据TxD（Transimitted Data）：通过）：通过TxD线数据终端设备串行发送数据到线数据终端设备串行发送数据到
43、DCE。接收数据接收数据RxD（Received Data）：通过）：通过RxD线数据终端设备接收从线数据终端设备接收从DCE送来的串行数送来的串行数据据。地线地线保护地保护地PG：可接机器外壳，需要时可以直接：可接机器外壳，需要时可以直接接地，也可以不接。接地，也可以不接。信号地信号地SG：这是其它各信号电压的参考点。：这是其它各信号电压的参考点。无论电缆如何连接，这条线必不可少。无论电缆如何连接，这条线必不可少。信号线的连接信号线的连接(1)在在15m以上的远距离通信时，一般要加调制解调以上的远距离通信时，一般要加调制解调器器MODEM。若在通信双方的若在通信双方的MODEM之间采用专用线
44、进行通之间采用专用线进行通信则只要使用信则只要使用28号信号线进行联络与控制；若号信号线进行联络与控制；若采用普通电话线进行通信，则还要增加采用普通电话线进行通信，则还要增加RI（22）和和DTR（20）两个信号线进行联络。）两个信号线进行联络。(2)近 距 离 通 信 时，不 采 用 调 制 解 调 器近 距 离 通 信 时，不 采 用 调 制 解 调 器MODEM，又称零，又称零MODEM方式。方式。最简单的情况，在通信中只要使用最简单的情况，在通信中只要使用3根线根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步通信。全双工异步通信。(3)如果在直接连
45、接时，需要考虑如果在直接连接时，需要考虑RS-232C的的联络控制信号，则采用零联络控制信号，则采用零MODEM方式的方式的标准连接方法，又称为双交叉环回接口。标准连接方法，又称为双交叉环回接口。8.2.2 RS-422RS-422、RS-423RS-423、RS-485RS-485接口标准接口标准EIA-RS-232C接口标准规定，最大传输接口标准规定，最大传输距离为距离为15m，最高数据传输速率不高于，最高数据传输速率不高于20kbit/s。为了解决传输距离不够远、传输速率不为了解决传输距离不够远、传输速率不够快的问题，够快的问题，EIA在在RS-232C的基础上，制的基础上，制订了更高性
46、能的串行接口标准。订了更高性能的串行接口标准。RS-422ARS-422A标准标准RS-422A标准是一种以平衡方式传输的标准。标准是一种以平衡方式传输的标准。平衡，是指双端发送和双端接收，所以，传平衡，是指双端发送和双端接收，所以，传送信号要用两条线送信号要用两条线AA和和BB，发送端和接收端分，发送端和接收端分别采用平衡发送器和差动接收器。别采用平衡发送器和差动接收器。RS-422ARS-422A标准标准的电气特性对逻辑电平的定义是的电气特性对逻辑电平的定义是根据两条传线之间的电位差值来决定根据两条传线之间的电位差值来决定：当：当AA电电平比平比BB电平低电平低-2V时表示逻辑时表示逻辑“
47、1”；当；当AA线电线电平比平比BB线电平高线电平高+2V时表示逻辑时表示逻辑“0”。RS-422A电路通过平衡发送器把逻辑电平变换电路通过平衡发送器把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送；成电位差，完成始端的信息传送；通过差动接收器把电位差变成逻辑电平，实通过差动接收器把电位差变成逻辑电平，实现终端的信息接收。现终端的信息接收。RS-422A标准抗共模干扰的能力强，最大数据标准抗共模干扰的能力强，最大数据速率可达速率可达10Mbit（传送（传送15m时）。若传输速率降时）。若传输速率降到到90kbit/s时，则最大距离可达时，则最大距离可达1200m。该标准规定电路中只许有该标准规定电路
48、中只许有1个发送器，可有多个发送器，可有多个接收器，允许驱动器输出为个接收器，允许驱动器输出为+2V+6V，接收，接收器输入电平可以低到器输入电平可以低到+200mV。为了实现为了实现RS-422A标准的连接，许多公司推出标准的连接，许多公司推出了平衡驱动器了平衡驱动器/接收器集成芯片，如接收器集成芯片，如MC3487/3486、SN75174/75175等。等。2 2RS-423ARS-423A标准标准RS-423A标准是非平衡方式传输的。即单端线标准是非平衡方式传输的。即单端线传送信号，规定信号参考电平为地。传送信号，规定信号参考电平为地。该标准规定电路中只允许有该标准规定电路中只允许有1
49、个单端发送器，个单端发送器，但可有多个接收器。因此，允许在发送器和接收但可有多个接收器。因此，允许在发送器和接收器之间有一个电位差。器之间有一个电位差。标准规定的逻辑标准规定的逻辑“1”电压必须超过电压必须超过4V，但不，但不能高于能高于6V；逻辑；逻辑“0”电压必须低于电压必须低于-4V，但不能，但不能低于低于-6V。RS-423A标准由于采用差动接收，提高了抗共标准由于采用差动接收，提高了抗共模干扰的能力，因而与模干扰的能力，因而与RS-232C相比，具有传输相比，具有传输距离更远、传输速率更快，当传输距离为距离更远、传输速率更快，当传输距离为90m时，时，最大数据速率可为最大数据速率可为
50、100kbit/s，若降至，若降至1kbit/s时，时，传输距离为传输距离为1200m。3 3RS-485RS-485接口标准接口标准RS-485是一种平衡传输方式的串行接口标准，是一种平衡传输方式的串行接口标准，和和RS-422A兼容，且扩展了兼容，且扩展了其其功能，是一个多发功能，是一个多发送器的标准，允许一个发送器驱动多个负载设备。送器的标准，允许一个发送器驱动多个负载设备。RS-485的共线电路结构是在一对平衡传输线的共线电路结构是在一对平衡传输线的两端都配置终端电阻，其发送器、接收器、组的两端都配置终端电阻，其发送器、接收器、组合收发器可挂在平衡传输线上的任何位置。合收发器可挂在平衡
