串行通信和接口簡(jiǎn)介

串行通信與接口簡(jiǎn)介2011.11.28內(nèi)容介紹

1串行通信基礎(chǔ)

2串行通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)及其接口

3RS-232接口串行通信基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外部通信有兩種通信方式：并行通信和串行通信。

1）并行通信，即數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送；

2）串行通信，即數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。下圖為這兩種通信方式的示意圖。有線(xiàn)通信介質(zhì)1）同軸電纜2）雙絞線(xiàn):雙絞線(xiàn)可以傳輸模擬和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)5-6km要有一個(gè)放大器，數(shù)字信號(hào)2-3km要一個(gè)放大器。最大帶寬為100KHz-1MHz。3）電話(huà)線(xiàn):電話(huà)線(xiàn)300KHz-3000KHz。4）電力線(xiàn)5）光纜

串行通信的分類(lèi)按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式，串行通信可分為同步通信和異步通信兩類(lèi)。1）串行異步通信2）串行同步通信異步通信（AsynchronousCommunication）在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，每一幀數(shù)據(jù)均是低位在前，高位在后，通過(guò)傳輸線(xiàn)被接收端一幀一幀地接收。發(fā)送端和接收端可以由各自獨(dú)立的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘彼此獨(dú)立，互不同步。在異步通信中，接收端是依靠字符幀格式來(lái)判斷發(fā)送端是何時(shí)開(kāi)始發(fā)送，何時(shí)結(jié)束發(fā)送的。字符幀格式是異步通信的一個(gè)重要指標(biāo)。1)字符幀（CharacterFrame）字符幀也叫數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位等4部分組成，如圖所示。通信協(xié)議

通信協(xié)議（communicationsprotocol）是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時(shí)序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：語(yǔ)法：“如何講”，數(shù)據(jù)的格式、編碼和信號(hào)等級(jí)（電平的高低）。語(yǔ)義：“講什么”，數(shù)據(jù)內(nèi)容、含義以及控制信息。定時(shí)：速率匹配和排序。

最簡(jiǎn)單的通信協(xié)議

(1)起始位：位于字符幀開(kāi)頭，只占一位，為邏輯0低電平，用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開(kāi)始發(fā)送一幀信息。

(2)數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，用戶(hù)根據(jù)情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。

(3)奇偶校驗(yàn)位：位于數(shù)據(jù)位之后，僅占一位，用來(lái)表征串行通信中采用奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)，由用戶(hù)決定。

(4)停止位：位于字符幀最后，為邏輯1高電平。通?？扇?位、1.5位或2位，用于向接收端表示一幀字符信息已經(jīng)發(fā)送完，也為發(fā)送下一幀作準(zhǔn)備。波特率（baudrate）異步通信的另一個(gè)重要指標(biāo)為波特率。波特率為每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，也叫比特?cái)?shù)，單位為b/s，即位/秒。波特率用于表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，波特率越高，?shù)據(jù)傳輸速度越快。但波特率和字符的實(shí)際傳輸速率不同，字符的實(shí)際傳輸速率是每秒內(nèi)所傳字符幀的幀數(shù)，和字符幀格式有關(guān)。通常，異步通信的波特率為50～9600b/s。異步通信的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，故設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是字符幀中因包含起始位和停止位而降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。同步通信（SynchronousCommunication）同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。這里的信息幀和異步通信的字符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符，如圖所示。圖

(a)為單同步字符幀結(jié)構(gòu)，圖

(b)為雙同步字符幀結(jié)構(gòu)，但它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC三部分組成。在同步通信中，同步字符可以采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以由用戶(hù)約定。串行通信的制式在串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（simplex）、半雙工（halfduplex）和全雙工（fullduplex）三種制式。下圖為三種制式的示意圖。在單工制式下，通信線(xiàn)的一端接發(fā)送器，一端接接收器，數(shù)據(jù)只能按照一個(gè)固定的方向傳送，如圖

(a)所示。在半雙工制式下，系統(tǒng)的每個(gè)通信設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，如圖

(b)所示。接口標(biāo)準(zhǔn)接口：明確定義若干信號(hào)線(xiàn)，使接口電路標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。串行通信的接口電路

串行接口電路的種類(lèi)和型號(hào)很多。能夠完成異步通信的硬件電路稱(chēng)為UART，即通用異步接收器/發(fā)送器（UniversalAsychronousReceiver/Transmitter）；能夠完成同步通信的硬件電路稱(chēng)為USRT（UniversalSychronousReceiver/Transmitter）；既能夠完成異步又能同步通信的硬件電路稱(chēng)為USART（UniversalSychronous

AsychronousReceiver/Transmitter）串行通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)及其接口RS-232C接口全稱(chēng)為“使用二進(jìn)制進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的接口?！?/p>

RS-232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示RecommendedStandard，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示最后一次修定。前面有A和B。

RS-232C主要用來(lái)定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的電氣性能。

RS-232C串行接口總線(xiàn)適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于15m，傳輸速率最大為20kb/s。RS-232C信息格式標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C采用串行格式，如圖所示。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：信息的開(kāi)始為起始位，信息的結(jié)束為停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校驗(yàn)位。如果兩個(gè)信息之間無(wú)信息，則寫(xiě)“1”，表示空。RS-232C電平轉(zhuǎn)換器

RS-232C規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的，所以它的電平不是+5V和地，而是采用負(fù)邏輯，即邏輯“0”：+5V～+15V；邏輯“1”：-5V～-15V。

因此，RS-232C不能和TTL電平直接相連，使用時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須注意！常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路是傳輸線(xiàn)驅(qū)動(dòng)MAX202。RS-232C總線(xiàn)規(guī)定DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備(如個(gè)人計(jì)算機(jī))DCE：數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器)12345678910111213141516171819202122232425方向名稱(chēng)第2路發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘第2路接收數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘未用第2路請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)終端就緒數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)振鈴指示數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇發(fā)送時(shí)鐘未用未用保護(hù)地N.A發(fā)送數(shù)據(jù)到DCE接收數(shù)據(jù)到DCE請(qǐng)求發(fā)送到DCE允許發(fā)送到DTE數(shù)據(jù)置位就緒到DTE信號(hào)地N.A載波檢測(cè)到DTE留作調(diào)試用第2路載波檢測(cè)到DTE第2路允許發(fā)送到DTE名稱(chēng)方向到DCE到DTE到DTE到DTE到DCE到DCE到DTE到DTE到DCE到DCE9針口的RS232C對(duì)于普通