第九章 串行通信及接口电路

第一节 串行通信
通用非同步（ （二）、硬件 ）、硬件UART-通用非同步（异步）接收器 发送器 硬件 通用非同步 异步）接收器/发送器 四、串行通信的校验方法 ）、奇偶校验 （一）、奇偶校验 ）、循环冗余校验 循环冗余校验CRC （二）、循环冗余校验
• •
• 校验方法
循环码组成 – 二进制信息系列 ）+校验码（k）=循环码（n） 二进制信息系列(m） 校验码 ） 循环码 校验码（ 循环码（ ） – 发送时，用除数多项式生成校验码（即余数），组成 发送时 ）， 除数多项式 ，用除数多项式生成校验码（即余数），组成 循环码 – CRC-12: X^12+X^11+X^3+X^2+X+1 （1100000001111） ） –– CRC-16: X^16+X^15+X^2+1 （11000000000000101） 接收时， 接收时，用除数多项式检验循环码 ） – CRC-CCITT: X^16+X^12+X^5+1 – CRC-32: X^32+X^26+X^23+X^22+X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X+1
第一节 串行通信
2、发送/接收时钟 发送/
如何实现数字波形定时发送或接收进来，以及如何对收/ 如何实现数字波形定时发送或接收进来，以及如何对收/发 双方之间的数据传输进行同步控制？ 双方之间的数据传输进行同步控制？ 发送/接收时钟对数字波形的每一位进行移位操作 发送 接收时钟对数字波形的每一位进行移位操作 数据传输过程中进行同步检测， 数据传输过程中进行同步检测，接收时钟成为收方保证正确 接收数据的重要工具。为此， 接收数据的重要工具。为此，接收器采用比波特率更高频率 的时钟来提高定位采样的分辨率能力和抗干扰能力。 的时钟来提高定位采样的分辨率能力和抗干扰能力。
第一节 串行通信
数据透明的实现： 数据透明的实现：
采用传输控制字，增强了通信控制能力和校验能力。但是， 采用传输控制字，增强了通信控制能力和校验能力。但是， 如何区分数据字符代码和特定的控制字符？因此， 如何区分数据字符代码和特定的控制字符？因此，要求协 议具有将特定字符作为普通数据处理的能力， 议具有将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力称 为数据透明。 为数据透明。 在协议中设置转义字符DLE，当把一个特定字符看成数据时， ，当把一个特定字符看成数据时， 在协议中设置转义字符 在它前面加一个DLE，这样接收器收到一个 在它前面加一个 ，这样接收器收到一个DLE就可预知下 就可预知下 一个字符时数据字符。 本身也是特定字符， 一个字符时数据字符。DLE本身也是特定字符，当它出现在 本身也是特定字符 数据块中时也要加上另一个DLE，这种方法称为字符填充。 数据块中时也要加上另一个 ，这种方法称为字符填充。
11…1
0
1/0
5-8位数据位
奇偶校验
1 、 1 1 或2位停止位 2
第一节 串行通信
2、同步通信控制规程 、 面向字符型与面向比特型
• • • • • 发送器和接收器使用同一时钟源来同步 用二进制系列（同步字符） 用二进制系列（同步字符）来表示开始发送有效数据 如暂无数据发送，用同步字符填充 如暂无数据发送， 成批发送的数据， 成批发送的数据，成为数据流或数据场 两类：面向字符型（ ）；面向比特 两类：面向字符型（BSC）；面向比特（SDLC，HDLC） ）；面向比特（ ， ）
一帧数据格式如下图所示： 一帧数据格式如下图所示： SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
SYN：同步字符，起联络作用，标识一帧开始 ：同步字符，起联络作用， SOH：序始字符，表示标题的开始 ：序始字符， 标题：包括源地址、 标题：包括源地址、目的 地址和路由指示等信息 STX：文始字符，标志着传送的正文（数据块）开始。 ：文始字符，标志着传送的正文（数据块）开始。 数据块：传送的正文（数据块）内容。 数据块：传送的正文（数据块）内容。 ETB/ETX ：组终字符（ETB）或文终字符（ETX）。其中 组终字符（ ）。其中 用在正文很长， ）或文终字符（ ）。其中ETB用在正文很长， 用在正文很长 需要分成若干个分数据块，分别在不同帧中发送的场合， 需要分成若干个分数据块，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ETB，而在最后一个分数据块后面用文终字符。 据块后面用组终字符 ，而在最后一个分数据块后面用文终字符。 块校验 ：对从SOH开始直到 对从 开始直到ETX（或ETB）字段进行校验 （ ） 开始直到
• RS-232： ：
EIA RS232接口 接口
– -15V～-3V：1 ～ ： – +3V～+15V：0 ～ ：
• 20mA / 60mA电流环： 电流环： 电流环
电流回路
– 20mA/60mA：1 ： – 无电流：0 无电流：
三、串行I/O的实现 串行 的实现 （一）、软件实现 ）、软件实现
TxC=BaudxFactor
例如：要求传输率为 例如：要求传输率为1200BAUD。 。 当选择Factor=1个/位时，TxC=1200X1=1.2KHz 个 位时 位时， 当选择 位时， 当选择 Factor=16个/位时，TxC=1200x16=19.2KHz 个 位时 一般Factor取1、16或64。对于异步通信，常取 取 、 或 。对于异步通信， 一般 Factor=16，对于同步通信，则取 ，对于同步通信，则取Factor=1。 。
第一节 串行通信
五、波特率与发送 接收时钟 1、波特率 并行通信中， 并行通信中，传输速率是以每秒传送的字节来表示 串行通信中，传输速率是用波特率来表示。 串行通信中，传输速率是用波特率来表示。 串行通信中传输速率指的是波特率，而不是指字 串行通信中传输速率指的是波特率， 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数。 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数。 符速率，二者的关系： 符速率，二者的关系： 它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。 它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。最常 假如在异步通信中，传送一个字符，包括12位 假如在异步通信中，传送一个字符，包括2400、 用的标准波特率是110、 、 、 用的标准波特率是 、300、600、1200、 位、 、 其中1个起始位 个数据位， 个奇偶校验位， （其中19200b/s ，8个数据位，1个奇偶校验位， 4800和 个起始位 个数据位 个奇偶校验位 和 个起始位， 2个停止位），其传输速率是 个停止位），其传输速率是1200b/s，则，每秒 个停止位），其传输速率是 ， 能传送的字符数是 1200/（1+8+1+2）=100个 （ ） 个
面向比特的同步通信数据格式
面向比特的代表性协议： 的同步数据链路控制规程 面向比特的代表性协议：IBM的同步数据链路控制规程 SDLC，国际标准化组织 的高级数据链路控制规程 的高级数据链路控制规程HDLC， ，国际标准化组织ISO的高级数据链路控制规程 ， 美国国家标准协会的先进数据通信规程ADDCCP。 美国国家标准协会的先进数据通信规程 。 这些协议的特点：所传输的一帧数据可以是任意位， 这些协议的特点：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， 它是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，故称为“面向比特”的协议。 开始和结束，故称为“面向比特”的协议。
2）波特率：每秒钟传送的位数，记为 bps 波特率：每秒钟传送的位数，
异步传输信息冗余较大，例如：1+8+1+2中有效位数只有 中有效位数只有8 异步传输信息冗余较大，例如：1+8+1+2中有效位数只有8 位。
2、同步方式（Synchronous） 同步方式（Synchronous）
按数据块传输，字符连续发送，收发双方时钟（频率和相位） 按数据块传输，字符连续发送，收发双方时钟（频率和相位） 严格同步。 严格同步。
位1 起始位 传送数据 定时采样时钟 检测到起始位 前沿的时钟 确定已检测 位采样时钟 到起始位 位2
定位采样时钟采用倍频于 波特率的方式， 波特率的方式，提高定位 采样的分辨率
第一节 串行通信
3、波特因子 发送/接收一位数据所需要的时钟脉冲个数， 发送/接收一位数据所需要的时钟脉冲个数，其单位 是个/ 若传输1位数据需要16个时钟， 16个时钟 是个/位。若传输1位数据需要16个时钟，则波特因 子为16 16个 子为16个/位 发送/接收时钟与特率之间的关系 发送 接收时钟与特率之间的关系
第九章
串行通信及接口电路
教员： 教员：王朝霞
第一节 串行通信 一、概述
（一）串行通信的特点
一根传输线既作数据线又作联络线； 一根传输线既作数据线又作联络线； 数据格式的约定：异步和同步数据格式； 数据格式的约定：异步和同步数据格式； 串行通信中对信号的逻辑定义与TTL不兼容； 不兼容； 串行通信中对信号的逻辑定义与 不兼容 串行传送信息的速率需要控制， 串行传送信息的速率需要控制，要求双方约定 通信传输的波特率。 通信传输的波特率。 主要适用于长距离、低速率的通信中。 主要适用于长距离、低速率的通信中。 长距离 的通信中
数字信号 (a)调幅 调幅 (b)调频 调频 (c)调相 调相
0
1
1
0
1
0
0
0
1
按数字信号的值改变 载波信号的幅度 按数字信号的值改变 载波信号的频率 按数字信号的值改 变载波信号的相位
第一节 串行通信
（三）、数据终端 ）、数据终端 与调制器的接口
• TTL： ：
– +5V：1 ： – 0V：0 ：
同步字符（ 同步字符（SYN1) 同步字符（ 同步字符（SYN2) 数据（ 数据（DATA) …