第10章串行通信

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串行通信的异步传输模式
•以字符为基本通信单位 •起始位标志着每一个字符的开始 •停止位标志着每一个字符的结束
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串行通信的异步传输模式
平时通信线处于空闲状态（“1”状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0”，称为起始位；
接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、
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例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000
x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1
110101
010110 -- 7
0111011 -- 2
101100 -- 8
110101
在简单的控制系统中，大都采用异步方式。 在许多对数据交换量不大的系统，也采用异步方式。 数据通信系统中采用同步方式。
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串行异步通信的传输制式
单工：仅在一个方向上的数据传送。 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时间
只能在一个方向上。 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
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串行异步通信的同步
然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数据 位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大于一 位数据传送时间。就不会发生错误。
因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个时 钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要有同 一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较低。
两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位），并 且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始位）。
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串行通信的校验----奇偶校验
在异步通信的格式中，可以包含一位校验位（奇、 偶校验）。
1. 设置为奇校验时，数据中1的个数加校验位之和为奇 数个1；
2. 设置为偶校验时，数据中1的个数与校验位之和为偶 数个1。
发、收双方按同样方式设置和进行校验，若二者不 一致，则说明传送过程中出现了差错。
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串行通信的组成
并行接口，数据线越多，同时传送的数据位越多，但控 制（状态）线数量不变。
若将数据线减到最少（1根），表示状态与控制线不能 少，至少2根（单向）。
串行接口要解决的问题成为，如何取消状态与控制线。 只用一根数据线（和一根地线），就能完成数据传送， 协调传送过程。
串行数据通信没有控制线，所有通信控制信号也必须通 过这根信号线传送。
110101
0011101 -- 3
0110010 -- 9
111010 -- 4
110101
110101
0001110 -- 10
0011111 -- 5
发送序列：
111110 -- 6
1010001101 01110
110101
001011
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接收端：1010001101 01110
串行异步通信根据传送的波特率确定发送时钟和接 收时钟的频率。传送数据中不包括时钟信号。双方 要事先约定好。
发送一位数据的时间由发送端的时钟决定，接收一 位数据的时间由接收端的时钟决定。
双方采用不同的时钟源，用起始位同步。 双方时钟频率不一定完全相同，并且一般相位也不
会同步，但只要两者在传送1个字符的时间内，误差 不超过传送一位时间，就可以正确通信。 由于这个特点，异步串行通信尽管效率不高，还是 获得了广泛的应用。
在接收端，对接收到的报文（包括帧检验序列），用 “生成多项式”再次进行整除，这个过程称为“校 验”。
“整除”采用按位除（不带进位）。
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串行通信的校验----CRC码算法生成
1. 在数据报文后添入与CRC校验位数相同个0。 2. 根据数据的最高位的状态，若为1，进行异或运算；
若为0，不进行异或运算。然后将整个数据报文连 同添加的0一起左移一位。 3. 对剩余的报文继续第2步运算和左移过程，直到添 加的0也经异或运算完成。产生的余数即为生成的 CRC码，作为报文的添加字节，一起发送。
利用编码机制将时钟信息和数据放在一起发送给接收 端，以保证每一位的正确性。
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串行通信的同步传输模式
字符之间没有空隙，以连续的形式发送，每个时钟周 期发送一位数据。
数据信息后是错误校验字符（通常为两个字节）。 接收方在收到同步字符后立即按事先约定的长度(5、
6、7或8位)从二进制流中逐个提出字符。 同步通信采用的同步手段和同步字符的个数不同，存
据帧为单位。
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串行通信的校验----CRC冗余校验
循环冗余码校验是目前一种最常用的，也是最有效的 差错检测编码。
对一个K比特的数据块（或称报文），发送方生成一 个N比特的序列，称为帧检验序列（FCS），这个序 列与原K比特的数据块组成一个长为K+N比特的新序 列（帧），一起发送。
当接收方收到这个K+N比特的新序列（帧）后，用 同样运算方法，若余数为0，则认为没有差错；否则 有差错。
各外围芯片之间数据传送；或与相近设备之间 通信，如打印机等。
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并行通信回顾
以8255A为例，三种工作方式： 方式0：简单并行接口，外设是简单对象，时刻处于
就绪状态。只需要数据线。 方式1：单向通信并行接口， 必须知道对方的状态，
和向对方申请。除了数据线外，增加表示状态和控制 读、写的选通线（握手信号），两根。
单元）。 数据传送：数据总线。 其它信号大都属于控制总线。 在计算机内部，数据传送由CPU确定与控制。内存、
外围接口电路（8259、8255、 8237、8253）等， 都处于从属地位。 外围接口电路是否有数据交换要求，以及能否进行数 据传送，必须由CPU确定。 CPU对外设的服务分查询方式和中断方式。DMA
在着不同的格式结构。单同步数据格式。双同步数据 格式。 它对时钟同步的要求特别高 ，硬件电路比较复杂 。
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几种不同的编码
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几种不同的编码
不归零编码(NRZ)：0和1用两种电平一一对应。 不归零1制（NRZI）： 0，在每位数据传送起始时没有
跳变，1，在数据传送起始时有跳变，。 曼彻斯特编码：0：每位数据传送的中间有下跳；1：每
数据传送的中间有上跳。跳变同时具有定时功能。 差分曼彻斯特编码：在每位数据传输的中间位置总有跳
变（定时），0：在每个数据起始时有跳变；1：在数据 的起始位置没有跳变。
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同步与异步方式的比较
异步方式：传输效率低，对系统要求低，实现方法简 单。在数据量不大的应用中获得广泛应用。
同步方式：传输效率高，对系统要求高，实现方法复 杂。适合大量数据传送。
校验，并且将数据分块，逐个字节按位求和（异或）， 产生一个字节的校验字符(校验和)，附加到数据块末尾。 接收方接收数据时也同样对数据块求和，将所得结果与 发送方的“校验和”进行比较（异或），相同（=0） 则无差错，否则有差错。
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串行通信的校验----纵横校验
例：将传送的数据按每8个字节为一块，按偶校验，得 到校验字节。
无校验等各种情况。其中无校验情况，没有该位。 最后为停止位，有1、1.5、2位停止位。 所谓停止位，其实不是发送数据编码，而是线路在
两个数据传送之间必需的至少的时间间隔。比如2 位停止位，是说发送完一个字符后，至少要间隔两 个一位数据传送持续时间。多余两个间隔均允许。
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异步传输模式的特点
起始位为同步信号。接收端在每个字符开始时，进行 一次重新定位。因此每传送一个字符都有一次同步过 程。
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串行通信的校验----CRC冗余校验
帧检验序列（FCS）采用原始发送数据块除以某些预 定的数值（模二除）。
这种预定的数值称为生成多项式。
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串行通信的校验----CRC冗余校验
发送端，用数据报文整除生成多项式，得到帧检验序 列，附加到发送的数据报文后，一起发送。这个过程 称为“生成”。
致的机制称为同步，实现这种同步的技术称为同步 方式。
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串行通信的位同步与帧同步
接收端从位流中正确地分离出每位数据，称为位同 步，根据双方约定波特率，实现位同步。
帧：一次完整的通信过程，称为帧。帧包括了开始、 结束和通信过程中所有的数据位。
帧同步：从开始到结束，完成一次完整的通信过程 的同步 。
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并行通信回顾
计算机内部总线： 数据总线：CPU与内存关系最紧密。 8088、8086、80486， 数据总线根数越来越多（总线越来越宽），单位时间
内可传送数据多。 控制信号数量保持不变。 系统内部传送数据速率越高，系统能力越强。 计算机内部都采用并行传送（并行通信） 为了加快信息传送速度采用并行传送，如打印机接口。
校验位根据指定的方式，由硬件自动加入。并且也 由硬件自动校验。
若采用无校验通信方式，则相对应发送校验位的时 间也自动取消。
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串行通信的校验----纵横校验
奇偶校验可以发现奇数个位错误，但不能发现偶数个位 的错误。
当发现错误后，也不能确定发生错误的位置。 纵横校验：发送方将所发送的数据不仅按字节进行奇偶
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串行通信的基本概念
当收、发双方距离远时，若采用并行通信，需要较多 的数据线，投资大。
两个相距较远的系统，一般相互关系也不会太紧密。 速度不是关键因素，投资成本成关键因素。
使用较少的线路实现通信。 串行通信的特点：通信速度慢，通信距离远。经常用
于系统之间信息交换。
USB接口、SATA接口：高速串行接口，距离近。
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1、串行通信技术概述 2、串行通信芯片8251A 3、常见串行通信接口 4、I2C串行总线技术
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Hale Waihona Puke 并行通信回顾 每一位数据用一根数据线，要求通信线多； 通信速度快，通信距离短； 为了协调通信双方的同步工作，需若干根状态、