VB串口通信第一節(jié)串行通信

1第一章串口基本概念第一節(jié)串行通信主講教師:張輝辦公地點(diǎn)：北科大機(jī)電樓1218A室辦公電話系電話mail:

zhanghui56@2公共郵箱：ustbvb11@163.com密碼：ustbvb主講教師:張輝辦公地點(diǎn)：北科大機(jī)電樓1218A室辦公電話系電話mail:

zhanghui56@助教1XXX

XXX350171XX102XX30697@助教2XX

XXXXXXXXX102XXX231163@341.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率1.1.4數(shù)據(jù)傳送方式1.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式1.1.2數(shù)據(jù)編碼方式1.1.1串行通信方式1.1.6發(fā)送時(shí)鐘與接收時(shí)鐘5串口概述串口概述6串口概述什么是串口？

7串口概述

串口是I/O接口的一種，它是采用串行通信協(xié)議（serialcommunication）在一條信號(hào)線上將數(shù)據(jù)一個(gè)比特一個(gè)比特的逐位進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ?，所以又稱“串行通信接口”，也稱為COM接口。8串口概述

中央處理單元（centralprocessingunit，CPU）與外部設(shè)備之間的連接與數(shù)據(jù)交換需要通過接口電路來實(shí)現(xiàn)，由于外部設(shè)備種類繁多，其對(duì)應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)慣上將這些連接CPU與外部設(shè)備的接口電路統(tǒng)稱為輸入/輸出（Input/Output，I/O）接口。

9串口概述

串口的出現(xiàn)擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，計(jì)算機(jī)可以通過串口方便的連接多種外圍設(shè)備，為用戶提供各種便利，如：在辦公領(lǐng)域，串口可以連接鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、攝像頭、寫字板等辦公設(shè)備；在IT領(lǐng)域，串口經(jīng)常用于網(wǎng)絡(luò)通信、信息展示、數(shù)據(jù)采集等；在銀行、零售業(yè)、飲食業(yè)等領(lǐng)域，串口可以用于信息的查詢、商品的管理、財(cái)務(wù)的結(jié)算等；在工業(yè)領(lǐng)域，串口常用于對(duì)遠(yuǎn)程或危險(xiǎn)場所工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測和控制。

10串口概述近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，USB(universalserialbus)接口雖然正逐步取代傳統(tǒng)的PS/2鼠標(biāo)口、PS/2鍵盤口、RS-232串口、CENTRONICS打印口等，特別是筆記本計(jì)算機(jī)基本上已經(jīng)取消了RS-232串口，但是，在工業(yè)領(lǐng)域，許多重要的設(shè)備仍然使用串口進(jìn)行機(jī)械控制和數(shù)據(jù)傳輸，串口依然是工業(yè)自動(dòng)化、智能終端、通信管理等領(lǐng)域傳統(tǒng)且重要的通信手段。目前，臺(tái)式機(jī)和工控機(jī)仍然將串口作為與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要接口方式。多年來，PC（personalcomputer）的串口功能和結(jié)構(gòu)并沒有什么變化。11串口概述串口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括：RS-232-CRS-422RS-485USB等。

一般電腦多采用RS-232（使用25針或9針連接器），工業(yè)電腦使用RS-485和RS-422。USB是近幾年發(fā)展起來的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，但是其傳輸距離較短，USB2.0規(guī)范規(guī)定，USB電纜的長度在不加級(jí)連裝置的情況下只有5m。

12串行通信方式1.1.1串行通信方式131.1.1串行通信方式數(shù)據(jù)傳輸方式并行通訊串行通訊141.1.1串行通信方式151.1.1串行通信方式串行通信的主要特點(diǎn)：節(jié)省傳輸線數(shù)據(jù)傳送效率低串行通信長距離、低速率；并行通信短距離、高速率。161.1.1串行通信方式使用串行通信方式時(shí)，發(fā)送和接收到的每一個(gè)字符實(shí)際上都是一次一位的傳送的，每一位為“1”或“0”；串行通信的數(shù)據(jù)是逐位傳送的，發(fā)送方發(fā)送的每一位都具有固定的時(shí)間間隔；要求接收方也要按照發(fā)送方同樣的時(shí)間間隔來接收每一位；不僅如此，接收方還要確定一個(gè)信息組的開始和結(jié)束，為此，串行通信對(duì)傳送數(shù)據(jù)的格式作了嚴(yán)格的規(guī)定。串行通信的特點(diǎn)：171.1.1串行通信方式同步通信異步通信常用的兩種基本串行通信方式包括：181.1.1串行通信方式同步通信是通過程序識(shí)別同步字符來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。異步通信是通過程序識(shí)別起始字符再同步來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。191.1.1串行通信方式―同步通信所謂同步通信(SynchronousDataCommunication，SYNC)是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致(同步)，這就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。201.1.1串行通信方式―同步通信同步通信把許多字符組成一個(gè)信息組，或稱為信息幀，每幀的開始用同步字符來指示。由于絕大多數(shù)的應(yīng)用場合下發(fā)送和接收的雙方采用的都是同一時(shí)鐘，所以在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要傳送時(shí)鐘信號(hào)，以便接收方可以用時(shí)鐘信號(hào)來確定每個(gè)信息位。同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。同步通信的解釋：211.1.1串行通信方式―同步通信同步通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

221.1.1串行通信方式―同步通信

這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符組成，其中：

同步字符位于幀開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始；

數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)沒有限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長度來決定；校驗(yàn)字符又稱為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(cyclicredundancychecks，CRC)，用于接收端對(duì)接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)，通常為1到2個(gè)，是保證傳輸可靠性的重要手段之一；同步通信要求在傳輸線路上始終保持連續(xù)的字符位流，若設(shè)備之間沒有數(shù)據(jù)傳輸，則線路上要用專用的“空閑”字符或同步字符填充。231.1.1串行通信方式―同步通信同步通信的數(shù)據(jù)格式

241.1.1串行通信方式―同步通信單同步字符格式發(fā)送一幀數(shù)據(jù)僅使用一個(gè)同步字符。當(dāng)接收端收到并識(shí)別出一個(gè)完整同步字符后，就連續(xù)接收數(shù)據(jù)。一幀數(shù)據(jù)結(jié)束，進(jìn)行CRC校驗(yàn)。格式為：同步字符數(shù)據(jù)CRC1CRC2(2)雙同步字符格式利用兩個(gè)同步字符進(jìn)行同步。格式為：同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)CRC1CRC2251.1.1串行通信方式―同步通信(3)同步數(shù)據(jù)鏈路控制(synchronousdatalinkcontrol，SDLC)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，用于同步通信。格式為：標(biāo)志符01111110地址符8位數(shù)據(jù)CRC1CRC2標(biāo)志符01111110261.1.1串行通信方式―同步通信(4)一種外同步方式所采用的數(shù)據(jù)格式。對(duì)這種方式，在發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)中不包含同步字符。同步信號(hào)SYNC通過專門的控制線加到串行的接口上。當(dāng)SYNC一到達(dá)，表明數(shù)據(jù)部分開始，接口就連續(xù)接收數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼。格式為：數(shù)據(jù)CRC1CRC2(5)高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(highleveldatalinkcontrolprotocol，HDLC)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，用于同步通信。格式為：標(biāo)志符01111110地址符8位控制符8位數(shù)據(jù)CRC1CRC2標(biāo)志符01111110。271.1.1串行通信方式―同步通信同步通信的優(yōu)點(diǎn)：傳送信息的位數(shù)幾乎不受限制，通常一次通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有幾十到幾千個(gè)字節(jié)，通信效率較高。同步通信的缺點(diǎn)：要求在通信中始終保持精確的同步時(shí)鐘，即發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘要嚴(yán)格的同步，這兩個(gè)時(shí)鐘源如果是獨(dú)立的則必須保證高精度的同步，在發(fā)送一個(gè)信息幀內(nèi)不得出現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的累積誤差/錯(cuò)位。所以其發(fā)送器和接收器比較復(fù)雜，成本也較高，一般用于傳送速率要求較高的場合。很常用的做法是兩個(gè)設(shè)備采用同一個(gè)時(shí)鐘源（晶振），但這對(duì)于不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩而且成本很高。281.1.1串行通信方式―異步通信

異步通信方式（asynchronousdatacommunication，ASYNC），又稱起止式異步通信，是計(jì)算機(jī)通信中最常用的數(shù)據(jù)信息傳輸方式。它是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求；而每個(gè)字符中的各位則以固定的時(shí)間傳送；收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設(shè)置起始位和停止位。在一個(gè)有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個(gè)起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時(shí)再發(fā)送一個(gè)停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。停止位后面是不定長的空閑位，停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值為1），這樣就保證起始位開始處一定有一個(gè)下跳沿，這種格式是靠起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步的，故稱為起止式協(xié)議。291.1.1串行通信方式―異步通信

在異步通信中有兩個(gè)比較重要的指標(biāo)：字符幀格式和波特率。數(shù)據(jù)通常以字符或者字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備逐幀接收。發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。301.1.1串行通信方式―異步通信異步通信數(shù)據(jù)格式

311.1.1串行通信方式―異步通信異步通信規(guī)定傳輸數(shù)據(jù)由起始位(startbit)、數(shù)據(jù)位(databit)、奇偶校驗(yàn)位(parity)和停止位(stopbit)組成，如上圖所示。這種用起始位開始，停止位結(jié)束所構(gòu)成的一串信息稱為幀(frame)(注意：異步通信中的“幀”與同步通信中“幀”是不同的，異步通信中的“幀”只包含一個(gè)字符，而同步通信中“幀”可包含幾十個(gè)到上千個(gè)字符)。321.1.1串行通信方式―異步通信(1)起始位起始位必須是持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯“0”電平，標(biāo)志傳送一個(gè)字符的開始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與數(shù)據(jù)同步。331.1.1串行通信方式―異步通信(2)數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟在起始位之后，它是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息幀時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值是5、7和8位，具體是幾位取決于所傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位），擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)幀使用7位數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)時(shí)先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。341.1.1串行通信方式―異步通信(3)奇偶校驗(yàn)位奇偶校驗(yàn)位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，也可以不設(shè)奇偶位。在串口通信中，有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶數(shù)個(gè)或者奇數(shù)個(gè)邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是01001110，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)；如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，保證邏輯高的位數(shù)是奇數(shù)個(gè)，這樣就有5個(gè)邏輯高位。351.1.1串行通信方式―異步通信(3)奇偶校驗(yàn)位高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，如進(jìn)行奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)01001110和01110010的校驗(yàn)位都是1，但是這兩個(gè)數(shù)據(jù)是不同的，因此，奇偶校驗(yàn)僅是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的置邏輯高位或者置邏輯低位，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)判斷，這樣做的好處是接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有可能判斷是否有噪聲干擾了通信以及傳輸和接收數(shù)據(jù)是否同步。

361.1.1串行通信方式―異步通信(4)停止位停止位為1位、1.5位或2位，可由軟件設(shè)定。它一定是邏輯“1”電平，標(biāo)志著傳送一個(gè)字符的結(jié)束。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備都有各自的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步，因此，停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，而且能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)提供校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是，數(shù)據(jù)傳輸率也越慢。

371.1.1串行通信方式―異步通信(5)空閑位空閑位表示線路處于空閑狀態(tài)，停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位之間的空閑位要由高電平來填充(只要不發(fā)送下一個(gè)字符，線路上就始終為空閑位)，此時(shí)線路上為邏輯“1”電平。381.1.1串行通信方式―異步通信表1?1異步通信數(shù)據(jù)格式位英文縮寫邏輯狀態(tài)位數(shù)起始位Begin(B)邏輯01位數(shù)據(jù)位Data(D0、D1、…)邏輯0或15位、6位、7位、8位校驗(yàn)位奇校驗(yàn)–Parity(O)、偶校驗(yàn)–Even(E)邏輯0或11位或無停止位Stop(S)邏輯11位、1.5位或2位空閑位Idle(I)邏輯1任意數(shù)量391.1.1串行通信方式―異步通信【例1-1】傳送8個(gè)位的數(shù)據(jù)45H（01000101），奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，則信號(hào)線上的波形是何種形式？（注意：低位在前，高位在后）401.1.1串行通信方式―異步通信【例1-1】傳送8個(gè)位的數(shù)據(jù)45H（01000101），奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，則信號(hào)線上的波形是何種形式？（注意：低位在前，高位在后）411.1.1串行通信方式―異步通信【例1-2】異步通信的速率按9600bps，每字符8位，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位，如果連續(xù)傳送，則每秒鐘傳送多少個(gè)字符？421.1.1串行通信方式―異步通信【例1-2】異步通信的速率按9600bps，每字符8位，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位，如果連續(xù)傳送，則每秒鐘傳送多少個(gè)字符？解：在此異步通信過程中，沒有奇偶校驗(yàn)位，所以數(shù)據(jù)發(fā)送順序?yàn)椋?個(gè)起始位+8個(gè)數(shù)據(jù)位+0個(gè)校驗(yàn)位+1個(gè)停止位=10個(gè)發(fā)送位由于字符幀連續(xù)發(fā)送，所以中間沒有空閑位，則實(shí)際每字符傳送10位，每秒鐘傳送9600/10=960個(gè)字符。431.1.1串行通信方式―異步通信異步通信的發(fā)送過程異步通信時(shí)，接收端以“接收時(shí)鐘”和“波特率因子”決定每一位的時(shí)間長度。下面以波特率因子等于16（接收時(shí)鐘每16個(gè)時(shí)鐘周期使接收移位寄存器移位一次）、正邏輯(“1”表示高電平，“0”表示低電平)為例說明，如上圖所示。(1)開始通信時(shí)，信號(hào)線為空閑（邏輯1），當(dāng)檢測到由1到0的跳變時(shí)，開始對(duì)“接收時(shí)鐘”計(jì)數(shù)。(2)當(dāng)計(jì)到8個(gè)時(shí)鐘時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測，若仍為低電平，則確認(rèn)這是“起始位”B，而不是干擾信號(hào)。(3)接收端檢測到起始位后，隔16個(gè)接收時(shí)鐘對(duì)輸入信號(hào)檢測一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)。若為邏輯1，作為數(shù)據(jù)位1；若為邏輯0，作為數(shù)據(jù)位0。441.1.1串行通信方式―異步通信異步通信的接收過程(4)再隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)，…，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。(5)檢測校驗(yàn)位P。(6)接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位后，通信接口電路希望收到停止位S（邏輯1），若此時(shí)未收到邏輯1，說明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯(cuò)誤”標(biāo)志；若沒有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中取出送至數(shù)據(jù)輸入寄存器，若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置“奇偶錯(cuò)”標(biāo)志。(7)本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。(8)當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開始進(jìn)入下一幀的檢測。451.1.1串行通信方式―異步通信異步通信的發(fā)送過程發(fā)送端以“發(fā)送時(shí)鐘”和“波特率因子”決定每一位的時(shí)間長度。(1)當(dāng)初始化后，或者沒有信息需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，即空閑位，空閑位可以有任意數(shù)量。(2)當(dāng)需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端首先輸出邏輯0，作為起始位。(3)接著，發(fā)送端首先發(fā)送D0位，然后發(fā)送D1位，…，直到各數(shù)據(jù)發(fā)送完。(4)如果設(shè)有奇偶校驗(yàn)的話，發(fā)送端輸出校驗(yàn)位。(5)最后，發(fā)送端輸出停止位（邏輯1）。(6)如果沒有信息需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，即空閑位，空閑位可以有任意數(shù)量；如果有信息需要發(fā)送，轉(zhuǎn)入第(2)步。461.1.1串行通信方式―異步通信對(duì)于以上的發(fā)送和接收，需要注意以下幾點(diǎn)：(1)接收端總是在每個(gè)字符的頭部（即起始位）進(jìn)行一次重新定位，因此發(fā)送端可以在字符之間插入不等長的空閑位，不影響接收端的接收。(2)發(fā)送端的發(fā)送時(shí)鐘和接收端的接收時(shí)鐘，其頻率允話有一定差異，當(dāng)頻率差異在一定范圍內(nèi)，不會(huì)引起接收端檢測錯(cuò)位，能夠正確接收。并且這種頻率差異不會(huì)因多個(gè)字符的連續(xù)接收而造成誤差累計(jì)（因?yàn)槊總€(gè)字符的起始位處接收方均重新定位）。只有當(dāng)發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘頻率差異太大，引起接收端采樣錯(cuò)位，才造成接收錯(cuò)誤。(3)起始位，校驗(yàn)位、停止位，空閑位的信號(hào)，由“發(fā)送移位寄存器”自動(dòng)插入。在接收方，“接收移位寄存器”接收到一幀完整信息（起始、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)、停止）后，僅把數(shù)據(jù)的各位送至“數(shù)據(jù)輸入寄存器”，即CPU從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀得的信息，只是有效數(shù)字，不包含起始位、校驗(yàn)位、停止位信息。471.1.1串行通信方式―異步通信異步通信的特點(diǎn)

481.1.1串行通信方式―異步通信(1)起止式異步通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)對(duì)收、發(fā)雙方的時(shí)鐘同步要求不高。每接收一個(gè)字符，接收方都要重新與發(fā)送方同步一次，即使收、發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率存在一定偏差，只要不使接收器在一個(gè)字符的起始位之后的采樣出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，則數(shù)據(jù)傳輸仍可正常進(jìn)行。所以接收端的同步時(shí)鐘信號(hào)并不需要嚴(yán)格地與發(fā)送方同步，只要它們?cè)谝粋€(gè)字符的傳輸時(shí)間范圍內(nèi)能保持同步即可，這意味著時(shí)鐘信號(hào)漂移的要求要比同步信號(hào)低得多，硬件成本也要低的多。

491.1.1串行通信方式―異步通信(2)實(shí)際應(yīng)用中，串行異步通信的數(shù)據(jù)格式，包括數(shù)據(jù)位的位數(shù)、校驗(yàn)位的設(shè)置以及停止位的位數(shù)都可以根據(jù)實(shí)際需要，通過可編程串行接口電路，用軟件命令的方式進(jìn)行設(shè)置。在不同傳輸系統(tǒng)中，這些通信格式的設(shè)定完全可以不同；但在同一個(gè)傳輸系統(tǒng)的發(fā)送方和接收方的設(shè)定必須一致，否則將會(huì)由于收、發(fā)雙方約定的不一致而造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤與混亂。501.1.1串行通信方式―異步通信(3)串行異步通信中，為發(fā)送一個(gè)字符需要一些附加的信息位，如起始位、校驗(yàn)位和停止位等。這些附加信息位不是有效信息本身，它們被稱為額外開銷或通信開銷，這種額外開銷使通信效率降低。例如一個(gè)字符由7位組成，加上一位起始位、一位校驗(yàn)位和一位停止位，發(fā)送一個(gè)字符必須發(fā)送10位，而其中只有7位是有效的，其余3位不是有效的，使通信能力的30%成了額外開銷。所以異步通信適用于傳送數(shù)據(jù)量較少或傳輸要求不高的場合。對(duì)于快速、大量信息的傳輸，一般采用通信效率較高的同步通信方式。511.1.1串行通信方式―異步通信(4)串行異步通信依靠對(duì)每個(gè)字符設(shè)置起始位和停止位的方法，使通信雙方達(dá)到同步。521.1.2數(shù)據(jù)編碼方式

數(shù)字信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，模擬信道傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，數(shù)字信號(hào)不可能通過為模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的傳輸線（如電話線）傳送，反之，模擬信號(hào)也不可能用為數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)的線路(如同軸電纜)傳送。但是，在某些情況下，需要用模擬信道將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或用數(shù)字信道將模擬數(shù)據(jù)傳至用戶端。異步通信的需求

531.1.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)編碼方式1.1.2數(shù)據(jù)編碼方式541.1.2數(shù)據(jù)編碼方式例如，某公司在上海辦事處計(jì)算機(jī)上的財(cái)務(wù)報(bào)表，需要遠(yuǎn)傳至北京總部，顯然，計(jì)算機(jī)上的信息屬于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而電話線屬于模擬信道，這就要求將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。又如，要傳輸1000Hz的低頻模擬信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的波長約300km，采用無線電傳輸時(shí)，空間距離已無法滿足要求，因此，需要將低頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后通過電磁波發(fā)送出去，到達(dá)終端后再轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。異步通信的需求

551.1.2數(shù)據(jù)編碼方式

從以上兩點(diǎn)可以看出，不同類型的數(shù)據(jù)在不同類型的信道上傳輸可以構(gòu)成4種組合，即：模擬數(shù)據(jù)→模擬信號(hào)→模擬信道數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→模擬信號(hào)→模擬信道模擬數(shù)據(jù)→數(shù)字信號(hào)→數(shù)字信道數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→數(shù)字信號(hào)→數(shù)字信道

561.1.2數(shù)據(jù)編碼方式

從圖中可以看出，用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)的過程稱為編碼，用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)的過程稱為調(diào)制。更確切地講，數(shù)據(jù)編碼就是把需要加工處理的數(shù)據(jù)信息，用特定的數(shù)字來表示的一種技術(shù)，是根據(jù)一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)的定性特征，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為代碼或編碼字符，在數(shù)據(jù)傳輸中表示數(shù)據(jù)組成，并作為傳送、接受和處理的一種規(guī)則和約定。

571.1.2數(shù)據(jù)編碼方式(1)不歸零編碼（non-return-to-zero，NRZ）。NRZ常用正電壓表示“1”，負(fù)電壓表示“0”，如圖1?6所示。在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，電壓均不需要回到零。其特點(diǎn)是全寬碼，即一個(gè)碼元占一個(gè)單元時(shí)鐘脈沖的寬度。581.1.2數(shù)據(jù)編碼方式(2)曼徹斯特（Manchester)編碼，又稱數(shù)字雙相碼。在曼徹斯特編碼中，每個(gè)二進(jìn)制位的中間都有電壓跳變。當(dāng)傳輸“1”時(shí)，在時(shí)鐘周期的前一半為高電平，后一半為低電平；而傳輸“0”時(shí)正相反，在時(shí)鐘周期的前一半為低電平，后一半為高電平。由于跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間位置（半個(gè)周期），接收端就可以方便地利用它作為同步時(shí)鐘，因此這種曼徹斯特編碼又稱為自同步曼徹斯特編碼。目前應(yīng)用最廣泛的以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)就采用這種數(shù)字編碼。

591.1.2數(shù)據(jù)編碼方式(3)差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchesterEncoding)，又稱條件雙相碼。這種編碼是曼徹斯特編碼的一種修改形式，其不同之處是用每一位的起始處有無跳變來表示“0”和“1”，若有跳變則為“0”（也就是說，上一個(gè)波形圖在高位現(xiàn)在必須改在低開始，上一波形圖在低位必須改在從高開始），無跳變則為“1”（也就是說，上一個(gè)波形圖在高現(xiàn)在繼續(xù)在高開始，上一波形圖在低繼續(xù)在低開始）；如果對(duì)于第一個(gè)信號(hào)，則第一個(gè)是“0”的從低到高，第一個(gè)是“1”的從高到低，后面的就看有沒有跳變來決定了。而每一位中間的跳變只用來作為時(shí)鐘信號(hào)的同步，所以差分曼徹斯特編碼也是一種自同步編碼。601.1.2數(shù)據(jù)編碼方式

同步曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的每一位都是用不同電平的兩個(gè)半位來表示的，因此始終保持直流的平衡，不會(huì)造成直流的累積。611.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式1.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式621.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式

模擬信號(hào)在一定頻率范圍內(nèi)線路上進(jìn)行的載波傳輸為頻帶傳輸，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)時(shí)，需要用基帶脈沖(數(shù)字信號(hào))對(duì)載波的某些參量進(jìn)行控制，使這些參量隨基帶脈沖變化。

數(shù)據(jù)調(diào)制方式631.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式

根據(jù)載波Asin(

t+

)的三個(gè)特性：幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制641.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式(1)幅移鍵控法Amplitude-shiftkeying(ASK)，用載波的兩個(gè)不同振幅表示0(0V)和1(+5V)。651.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式(2)頻移鍵控法Frequency-shiftkeying(FSK)，用載波的兩個(gè)不同頻率表示0(1.2Hz)和1(2.4kHz)；661.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式(3)相移鍵控法Phase-shiftkeying(PSK)，用載波的起始相位的變化表示0(同相)和1(反相)。671.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式681.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式

遠(yuǎn)程通信時(shí)，發(fā)送的數(shù)字信息，如二進(jìn)制數(shù)據(jù)，首先要調(diào)制成模擬信息。串行數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)通常采用調(diào)幅（amplitudemodulation，AM）和調(diào)頻（frequencymodulation，F(xiàn)M）兩種方式傳送數(shù)字信息。691.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式(1)調(diào)幅方式。幅度調(diào)制是用某種電平或電流來表示邏輯“1”，稱為傳號(hào)（mark）；而用另一種電平或電流來表示邏輯“0”，稱為空號(hào)（space）。使用mark/space形式通常有四種標(biāo)準(zhǔn)，TTL（transistortransistorlogic）標(biāo)準(zhǔn)、RS-232標(biāo)準(zhǔn)、20mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)和60mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。701.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式①TTL標(biāo)準(zhǔn)。用+5V電平表示邏輯“1”；用0V電平表示邏輯“0”，這里采用的是正邏輯。②RS-232標(biāo)準(zhǔn)。用-3V―-15V之間的任意電平表示邏輯“1”；用+3V―+15V電平表示邏輯“0”，這里采用的是負(fù)邏輯。③20mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在20mA電流表示邏輯1，不存在20mA電流表示邏輯0。④60mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在60mA電流表示邏輯1，不存在60mA電流表示邏輯0。(1)調(diào)幅方式711.1.3數(shù)據(jù)調(diào)制方式(2)調(diào)頻方式頻率調(diào)制方式是用兩種不同的頻率分別表示二進(jìn)制中的邏輯1和邏輯0，通常使用曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)。(2)調(diào)頻方式72數(shù)據(jù)傳送方式1.1.4數(shù)據(jù)傳送方式731.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

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。數(shù)據(jù)傳送方式741.1.4數(shù)據(jù)傳送方式（1）單工。如果甲可以向乙發(fā)送數(shù)據(jù)，但是乙不能向甲發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣的通信就是單工通信（simplexcommunication）。單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，如傳呼機(jī)、廣播等。751.1.4數(shù)據(jù)傳送方式（2）半雙工。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（halfduplex）。采用半雙工方式時(shí)，通信系統(tǒng)每一端的接收器和發(fā)送器，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)。761.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

對(duì)講機(jī)是一種典型的半雙工模式，如上圖所示。當(dāng)甲、乙兩人對(duì)講時(shí)，甲按下通話開關(guān)，呼叫乙，乙聽到后如果需要回復(fù)，也要按下對(duì)講機(jī)的通話開關(guān)，對(duì)甲呼叫。兩個(gè)對(duì)講機(jī)使用的是同一頻率的波段，即同一線路，但是，兩人不能同時(shí)講話，必須通過開關(guān)切換才能完成呼叫。因此，對(duì)講機(jī)工作在半雙工方式下。771.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

此外，有些計(jì)算機(jī)和顯示終端之間也采用半雙工方式工作，當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)用串行接口連接顯示終端時(shí)，在半雙工方式下，輸入過程和輸出過程使用同一通路，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。781.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

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)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。791.1.4數(shù)據(jù)傳送方式（3）全雙工。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（fullduplex）。801.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

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(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)測和控制系統(tǒng)）十分有利。這種方式要求通信雙方均有發(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）。

811.1.4數(shù)據(jù)傳送方式

比如，計(jì)算機(jī)主機(jī)用串行接口連接顯示終端，而顯示終端帶有鍵盤。這樣，一方面鍵盤上輸入的字符送到主機(jī)內(nèi)存；另一方面，主機(jī)內(nèi)存的信息可以送到屏幕顯示。通常，往鍵盤上打入1個(gè)字符以后，先不顯示，計(jì)算機(jī)主機(jī)收到字符后，立即回送到終端，然后終端再把這個(gè)字符顯示出來。這樣，前一個(gè)字符的回送過程和后一個(gè)字符的輸入過程是同時(shí)進(jìn)行的，即工作于全雙工方式。82數(shù)據(jù)傳輸速率1.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率831.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

在編寫通信程序過程中，經(jīng)常會(huì)涉及到波特率這一名詞，有時(shí)也會(huì)遇到比特率、通信速率等有關(guān)概念，如果對(duì)這些有關(guān)通信的基本知識(shí)了解不清，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)時(shí)就會(huì)出錯(cuò)，下面對(duì)串行通信過程中數(shù)據(jù)的通信速率進(jìn)行詳細(xì)說明。數(shù)據(jù)傳輸速率841.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

數(shù)據(jù)通信速率也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率，是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?，它可分為碼元速率和信息速率兩種表示方式。碼元速率（RB）是指每秒鐘傳送的碼元數(shù)，單位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率。信息速率（Rb）是指每秒鐘傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s，bps），又稱為比特率。851.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率那么，碼元數(shù)與信息量有何區(qū)別呢？

861.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

碼元（Codecell）是指時(shí)間軸上的一個(gè)對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的單元。信號(hào)可以是符號(hào)、數(shù)字、顏色和音頻等，對(duì)于同一個(gè)信號(hào)，由于采用的編碼不同，編碼后形成的碼元個(gè)數(shù)也不相同。871.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

例如，要設(shè)計(jì)一套編碼，這套編碼能夠區(qū)別26個(gè)大寫英文字母。如果用二進(jìn)制對(duì)26種不同的狀態(tài)進(jìn)行區(qū)別，則至少需要5位二進(jìn)制數(shù)，因?yàn)槎M(jìn)制中每一位只能表示兩種狀態(tài)，即“0”和“1”，兩個(gè)位表示22種狀態(tài)，三個(gè)位表示23種狀態(tài)，依次類推，要將26種狀態(tài)全部區(qū)分開來，至少需要5個(gè)位才能實(shí)現(xiàn)。881.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

而采用十進(jìn)制對(duì)26個(gè)大寫英文字母進(jìn)行編碼只需二個(gè)位即能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭M(jìn)制的每一位能表示10種狀態(tài)，即“0”、“1”、“2”、…、“9”，兩個(gè)位能表示102種狀態(tài)，顯然，對(duì)于十進(jìn)制編碼，至少需要兩個(gè)位。通過上述分析可以看出，對(duì)于同一個(gè)符號(hào)，由于采用的編碼不同，其結(jié)果的表示所使用的位數(shù)也不同，二進(jìn)制需要5位，而十進(jìn)制僅需要2位。

891.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

在二進(jìn)制中，每一位上的狀態(tài)“0”和“1”即是碼元；十進(jìn)制中每一位上的狀態(tài)“0”、“1”、“2”、…、“9”也是碼元。如果每秒鐘傳輸10個(gè)大寫英文字母，用二進(jìn)制編碼表示時(shí)每秒需傳輸10×5=50個(gè)碼元，而用十進(jìn)制編碼時(shí)每秒只需傳輸10×2=20個(gè)碼元。由此可以看出，波特率所指的碼元與采用編碼的進(jìn)制有關(guān)。而比特率中的信息量是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼時(shí)每秒鐘所傳輸?shù)拇a元數(shù)。

901.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率式中N—信號(hào)的編碼極數(shù)，即所使用編碼的所有狀態(tài)數(shù)，二進(jìn)制為2，十進(jìn)制為10。所以，波特率與比特率的關(guān)系為：911.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)符號(hào)的含義為高低電平，它們分別代表邏輯“1”和邏輯“0”，所以每個(gè)符號(hào)所含的信息量剛好為1比特，因此在計(jì)算機(jī)通信中，常將比特率稱為波特率，即：1波特=1比特=1位/秒（1bps）。921.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

例如，電傳打字機(jī)最快傳輸率為每秒10個(gè)字符/秒，每個(gè)字符包含11個(gè)二進(jìn)制位，則數(shù)據(jù)傳輸率為：

11位/字符×10個(gè)字符/秒=110位/秒=110波特（Baud）計(jì)算機(jī)中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可達(dá)56kbps。931.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率

在數(shù)據(jù)傳輸速率中還有一個(gè)概念，稱為位時(shí)間，又稱位周期。位時(shí)間是指傳送一個(gè)二進(jìn)制位所需時(shí)間，用Td表示。Td=1波特/波特率。941.1.5數(shù)據(jù)傳輸速率【例1-3】試計(jì)算波特率為110、300、600、1200、2400時(shí)對(duì)應(yīng)的位周期？951.1.5數(shù)據(jù)