串行通信的数据传输方式及优点

随着微型计算机技术的发展，微型机的应用正在从单机向多机过渡。多机应用的关键是相互通信。特别在远距离通信中，并行通信已显得无能为力，通常大都要采用串行通信方法，在这一节里，首先介绍串行通信的基本概念，然后介绍几种常用的串行通信总线，如RS-232C、RS-485等。

数据传送方式，在微型计算机系统中，处理器与外部设备之间的数据传送方法有两种：

（1）并行通信一数据各位同时传送。

（2）串行通信一数据一位一位地按顺序传送。

如图7-48所示可以看出，在并行通信中，数据有多少位就需要有多少根传输线，而串行通信无论数据有多少位只需要一对传输线。因此，串行通信在远距离和多位数据传送时，有着明显的优越性。但它的不足之处在于数据传送的速度比较慢。下面主要介绍有关串行通信的基本概念。

图7-48 并行通信与串行通信的数据传送方式

a）并行通信 b）串行通信

在串行通信中，数据传送方式有单工方式、半双工方式和全双工方式3种。

单工方式（SimPlex Mode），在这种方式中，只允许数据按一个固定的方向传送，如图7-49a所示。图中A只能发送数据，称为发送器（Transfer）；B只能接收数据，叫做接收器（Receiver）。数据不能从B向A传送。

半双工方式（Half-DuPlex Mode），半双工方式如图7-49b所示。在这种方式下，数据既可以从A传向B，也可以从B向A传输。因此，A、B既可作为发送器，又可作为接收器，通常称为收发器（Transceiver）。从这个意义上讲，这种数据方式似乎为双向工作方式。但是，由于A、B之间只有一根传输线，所以信号只能分时传送。即在同一时刻，只能进行一个方向传送，不能双向同时传输。因此，将其称为“半双工”方式。在这种工作方式下，要么A发送，B接收；要么B发送，A接收。当不工作时，令A、B均处于接收方式，以便随时响应对方的呼叫。

图7-49 串行数据传送方式示意图(www.xing528.com)

a）单工方式 b）半双工方式 c）全双工方式

全双工方式（Full-Duplex Mode），虽然半双工方式比单工方式灵活，但它的效率依然比较低。主要原因是从发送方式切换至接收方式需要一定的时间，大约为数毫秒，但重复线路切换所引起的延迟积累时间是相当可观的。另一方面，也是更重要的，就是在同一时刻只能工作在某一种方式下，这是半双工效率不高的根本原因所在。解决的方法是增加一条线，使A、B两端均可同时工作在收发方式，如图7-49c所示，将图7-49c与图7-49b相比，虽然对每个站来讲，都有发送器和接收器，但由于7-49c中有两条传输线，不用收发切换，因而传送速率可成倍增长。

异步通信和同步通信，根据在串行通信中数据定时、同步的不同，串行通信的基本方式有两种：异步通信（Asynchronous Communication）和同步通信（Synchronous Com-munication）。

（1）异步通信

异步通信是字符的同步传输技术。在异步通信中，传输的数据以字符（character）为单位。当发送一个字符代码时，字符前面要加个“起始”信号，其长度为一位，极性为“0”，即空号（Space）状态。规定在线路不传送数据时全部为“1”，即传号（Mark）状态。字符后边要加一个“停止”信号，其长度为对、或2位，极性为“1”。字符本身的长度为5～8位，视传输的数据格式而定。例如，当传送的数字（或字符）用ASCll码表示时，其长度为7位。在某些传输中，为了减少误码率，经常在数据之后还加一位“奇偶校验位”。由此可见，一个字符由起始位（0）开始，到停止位（1）结束，其长度为7～12位。起始位和停止位用来区分字符。传送时，字符可以连续发送，也可以断续发送。不发送字符时线路保持“1”状态。字符发送的顺序为先低位后高位。综上所述，异步串行通信的帧格式，如图7-50所示。

图7-50 异步串行通信的帧格式

异步通信的优点是收/发双方不需要严格的位同步。也就是说，在这种通信方式下，每个字符作为独立的信息单元，可以随机地出现在数据流中，而每个字符出现在数据流中的相对时间是随机的。然而一个字符一旦开始发送，该字符的每一位就必须连续地发送出去。由此可见，在异步串行通信中，“异步”是指字符与字符之间的异步，而在字符内部，仍然是同步传送。在异步通信中，由于大量增加了起始停止和校验位，所以，这种通信方式的效率比较低。其最高效率（传送8bit数据，1bit停止位，1bit校验位）也只有8÷（8+3）=73%。

（2）同步通信

同步通信的特点是不仅字符内部保持同步，而且，字符与字符之间也是同步的。在这种通信方式下，收/发双方必须建立准确的位定时信号，也就是说收/发时钟的频率必须严格一致。同步通信在数据格式上也与异步通信不同，每个字符不增加任何附加位，而是连续发送。但是在传送中，数据要分成组（帧），一组含多个字符代码或若干个独立的码元。为使收/发双方建立和保持同步，在每组的开始处应加上规定的码元序列，作为标志序列。在发送数据之前，必须先发送此标志序列，接收端通过检测该标志序列实现同步。

标志序列的格式因传输规程不同而异。例如，在基本型传输规程中，利用国际NO.5代码中的“SYN”控制系统，可实现收/发双方同步。又如在高级数据链路规程（HDLC）中，是按帧格式传送的，利用帧标志符“01111110”来实现收/发双方的同步。

同步通信方式适合2400bil/s以上速率的数据传输。由于不必加起始位和停止位，所以，传输效率比较高。其缺点是硬件设备较为复杂，因为它要求有时钟来实现发送端和接收端之间的严格同步，因此还要用锁相技术等来加以保证。