串行通信基础-微机原理及接口技术

1.串行通信规程

随着计算机网络技术和计算机通信的不断发展，为了正确进行串行通信，于是制定出一些数据通信控制规程，其实就是标准，在计算机网络中称之为协议。

规程的内容大致有以下几点：

①信息编码。串行传输使用何种字符编码，传送双方应该相同。

②同步方式。传送双方采用什么方式进行同步，传送双方应该相同。

③信息格式。传送双方应该选用相同的信息格式。

④波特率。传送双方应该选用相同的波特率。

⑤同步字符。若采用同步传送，采用什么同步字符，传送双方应该相同。

⑥校验码。采用何种校验码，传送双方应该相同。

目前采用的串行通信规程分为两类：异步通信控制规程和同步通信控制规程。同步通信控制规程又分为两类：一类称为面向字符型（character-oriented）规程；另一类是面向位型（bit-oriented）规程，其中常用的是高级数据链路通信（HDLC）规程和同步数据链路通信（SDLC）规程。

2.串行通信分类

串行通信中的双方通常是两台计算机，而且各自独立工作，因此最重要的问题就是双方同步问题。所谓同步也就是接收方（B方）用来判断发送方（A方）数据何时开始传送，如何接收数据，何时结束传送，以使接收方和发送方同步工作。

按解决同步问题的方案不同，可将串行通信进行下述分类。

（1）同步通信

若通信的双方用共同的同步字符或者同步脉冲进行同步，称为同步通信。按同步脉冲进行同步称为外同步，因为同步脉冲是从外部加给接口。按同步字符进行同步称为内同步，因为同步字符在信息格式内部。若在信息格式中只使用一个字节作为同步字符，称为单同步；若使用两个字节作为同步字符，称为双同步。HDLC和SDLC是双同步的进一步发展，它用一个同步字符作为开始标志，用另一个同步字符作为结束标志，称为标志域；另外又增加了地址域和控制域等。

同步通信是以数据块（字符块）为单位传输的，每个数据块可以是256B～2KB或更大，并按照同步信息格式形成一帧数据，再将一帧作为一个整体进行发送与接收。同步通信方式在传送时，字符与字符之间的传输是同步的。

（2）异步通信

若通信的双方既没有共同的同步字符，也没有使用同步脉冲进行同步，而是用起始-停止信号实现同步的，称为异步通信。

异步通信是以字符为单位传输的，每个字符通常用ASCII码，按照异步信息格式形成一帧数据，以后作为一个整体进行发送与接收。异步通信方式在传送时，字符与字符之间传送没有严格的定时要求。

异步通信方式的传输速率低，传输设备简单；同步通信方式的传输速率高，传输设备复杂，技术要求高。因此，异步串行通信一般应用于传送数据不连续、数据量较小和数据传输速率较低的情况；同步串行通信则应用于要求快速、连续、大量传送数据的情况。

3.串行通信编码

在串行通信时，传送的字符都是以编码形式出现的，常用的编码有两种：一种是EBCDIC，即扩展的BCD码，是8位编码；另一种是ASCII码，即美国标准信息交换码，是7位编码。

4.串行通信校验码

在串行通信中，由于是长距离传送，又由于外界电磁干扰和系统本身的硬件、软件故障，因此传送的信息会出现错误，其出错的概率远大于内存。因此要求串行通信进行差错控，或者说要能检错和纠错。

在计算机应用中，常用的校验方法有奇偶校验、交叉奇偶校验、海明码校验、循环冗余码校验（CRC）等。在串行通信中，异步串行通信常用奇偶校验；同步串行通信常用循环冗余码校验。(www.xing528.com)

异步串行通信过程中常见的错误有奇偶校验出错、溢出错误和帧格式出错。这些出错状态标志存放在接口电路的状态寄存器中，以供CPU进行分析和处理。

（1）奇偶校验出错

在接收方接收到数据时，要进行读出校验，统计信息位中“1”的个数是偶数还是奇数，再与奇偶校验位进行比较，若两者不符即说明奇偶校验出错。

（2）溢出错误

溢出错误又称为超越错误或覆盖错误。当发送方的传输速率大于接收方的传输速率时，会造成数据覆盖，即数据丢失。这通常是由收、发双方的波特率不匹配而引起的。

（3）帧格式出错

当接收方收到的信息与约定的信息格式不符时，就会引会帧格式出错。这种错误大多是由于双方信息格式不一致造成的。

5.串行通信信息格式

（1）异步通信信息格式

信息格式又称数据格式或字符格式。异步通信每次传输一个字符，通常字符用ASCII码，采用l位奇偶校验位。在每个字符的前面加1位起始位，后面加l位停止位，这样就形成了一个完整的字符帧格式。一般情况下，一帧包含10个字符位。在异步通信时，当传送字符时即传送1帧信息格式；不传送时称为空闲，用高电平（逻辑1）表示。异步通信信息格式如图6-22所示。

图6-22 异步通信信息格式

①起始一停止位。起始位和停止位作用是同步。起始位为1位，低电平有效。当信息传输线由空闲（高电平）变为低电平，而且低电平维持时间大于1/2位时，才被确认为起始位而不是干扰信号。接收方接收到起始信号后准备接收。停止位可选择1位、位和2位，通常使用l位，高电平有效。停止位标志一个字符传送结束，同样也是1帧的结束。

②数据位。数据位又称信息位。传送的字符使用不同的编码方法时，其数据位不同，如5位、6位、7位、8位；通常采用ASCII码，其数据位为7位。数据位接在起始位后面，依次按D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆进行传送。在传送字符时数据位不可能全为0。

③奇偶校验位。奇偶校验位是数据位的奇偶校验码，为1位。发送时由数据位形成奇偶校验码作为校验位；接收时将接收到的数据形成校验码，并与接收到的校验位进行比较，称之为奇偶校验。

（2）同步通信信息格式

同步通信控制规程可分为两类：面向字符型和面向位型，因此同步通信信息格式也分为两类，如图6-23所示。简要说明如下：

①面向字符型信息格式。面向字符型信息格式有三种：单同步、双同步和外同步。双同步通信信息格式由2个字节同步字符、数据块、2个字节循环冗余校验码（CRC）组成。同步字符由通信双方约定，用来进行同步。数据块由一组被传送的字符组成，它含有若干字节，如256B、512B、1024B、2048B等。循环冗余校验码用来对传送的数据块进行循环冗余校验，目的是检错和纠错。单同步通信信息格式与双同步通信信息格式相比，只是减少了1个字节的同步字符。外同步通信信息格式与双同步通信信息格式相比，没有了同步字符，但是增加了外同步信号。

图6-23 同步通信信息格式

a）面向字符型同步信息格式 b）SDLC/HDLC信息格式

②面向位型信息格式。面向位型控制规程的概念是IBM公司最先提出的，其代表性的规程是SDLC和HDLC。SDLC/HDLC信息格式是双同步的发展。SDLC/HDLC的一帧信息是由若干场（Field）组成的，标志字符也称标志场。地址场用来规定与之通信的从站的地址，又称为A场；控制场又称为C场，C场可规定若干命令；I场是信息场。详细内容可参阅网络通信的相关书籍。

6.数据传输率

所谓数据传输率是指串行通信时每秒所能传输的字节数，即字节/秒。若以字节的位为单位，则每秒所能传输的位数，称为波特率，其单位为位/秒，简写为bit/s。例如：当异步串行通信的数据传输率为1200位/秒时，其波特率为1200bit/s。在串行通信中，要采用标准的波特率系列，如110bit/s、300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s等。