一、串行通信协议 计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通信和串行通信。 并行通信指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快，但占用的通信线 多，传输数据的可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据传送。 串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。发送过程中，每发 送完一个数据，再发送第二个，依此类推。接受数据时，每次从单根数据线上 一位一位地依次接受，再把它们拼成一个完整的数据。在远距离数据通信中， 一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低等优点。 1、串行通信的基本概念 (1)同步和异步通信方式 串行通信有两种最基本的通信方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。 同步串行通信方式是指在相同的数据传送速率下，发送端和接受端的通信频率 保持严格同步。由于不需要使用起始位和停止位，可以提高数据的传输速率， 但发送器和接受器的成本较高。异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波 特率下不需要严格地同步，允许有相对的时间时延，即收、发两端的频率偏差 在 10％以内，就能保证正确实现通信。 异步通信在不发送数据时，数据信号线上总是呈现高电平状态，称为空闲状态 （又称 MARK 状态）。当有数据发送时，信号线变成低电平，并持续一位的时 间，用于表示发送字符的开始，该位称为起始位，也称 SPACE 状态。起始位 之后，在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据，并且按照先低位后高位 的顺序逐位发送。采用不同的字符编码方案，待发送的每个字符的位数不同， 在 5、6、7 或 8 位之间选择。数据位的后面可以加上一位奇偶校验位，也可以 不加，由编程指定。最后传送的是停止位，一般选择 1 位、1.5 位或 2 位。 （2）数据传送方式 ①单工方式。 单工方式采用一根数据传输线， 只允许数据按照固定的方向传送。 图 8（a）中 A 只能作为发送器，B 只能作为接收器，数据只能从 A 传送到 B， 不能从 B 传送到 A。 ②半双工方式。半双工方式采用一根数据传输线，允许数据分时地在两个方向 传送，但不能同时双向传送。图 8（b）中在某一时刻，A 为发送器，B 为接收 器，数据从 A 传送到 B；而在另一个时刻，A 可以作为接收器，B 作为发送器， 数据从 B 传送到 A。 ③全双工方式。 全双工方式采用两根数据传输线， 允许数据同时进行双向传送。 图 8（c）中 A 和 B 具有独立的发送器和接收器，在同一时刻，既允许 A 向 B 发送数据，又允许 B 向 A 发送数据。 （3）波特率 波特率是指每秒内传送二进制数据的位数，以 b/s 和 bps（位/秒）为单位。它 是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参数。计算机通信中常用的波特率 是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps。 （4）串行通信的检错和纠错 在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程 中出现差错。因此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的，也是衡量通信 系统质量的重要指标。检错，就是如何发现数据传输过程中出现的错误，而纠 错就是在发现错误后，如何采取措施纠正错误。
①误码率 误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。 在计算机通信中， 一般要求误码率达到 10-6 数量级。误码率与通信过程中的线路质量、干扰、 波特率等因素有关。 ②奇偶校验 奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一 位奇偶校验位（0 或 1），以保证数据位和奇偶校验位中 1 的总和为奇数或偶 数。若采用偶校验，则应保证 1 的总数为偶数；若采用奇校验，则应保证 1 的 总和为奇数。 在接受数据时， CPU 应检测数据位和奇偶校验位中 1 的总数是否 符合奇偶校验规则，如果出现误码，则应转去执行相应的错误处理服务程序， 进行后续纠错。 ③纠错 在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以重发方式进行纠错。在 高级通信中一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动纠错方式来纠错。一般 说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信效率也就越低。 2、串行通信接口标准 串行通信接口按电气标准及协议来分包括 RS-232、 RS-422、 RS485、 USB 等。 RS-232、 RS-422 与 RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定， 不涉及接插 件、电缆或协议。USB 是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数 据传输领域。 （1）RS-232 串行接口 目前 RS-232 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。 RS-232 被定 义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232 采取不平衡 传输方式，即所谓单端通信。典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发 送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V 电平。 当无数据传输时，线上为 TTL 电平，从开始传送数据到结束，线上电平从 TT L 电平到 RS-232 电平再返回 TTL 电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V 与-3～-12V。RS-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的， 其驱动器负载为 3～7kΩ。由于 RS-232 发送电平与接收电平的差仅为 2V 至 3 V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最 大为约 30 米，最高速率为 20kb/s。所以 RS-232 适合本地设备之间的通信。 （或 DCE 的 Rxd） Gnd 之间的电压了解串口的状 和 可以通过测量 DTE 的 Txd 态，在空载状态下，它们之间应有约-10V 左右（-5~-15V）的电压，否则该串 口可能已损坏或驱动能力弱。 ①管脚定义 RS-232 物理接口标准可分成 25 芯和 9 芯 D 型插座两种，均有针、孔之分。 其中 TX（发送数据）、RX（接受数据）和 GND（信号地）是三条最基本的引 线，就可以实现简单的全双工通信。DTR（数据终端就绪）、DSR（数据准备 好）、RTS（请求发送）和 CTS（清除发送）是最常用的硬件联络信号。 表 1-8-1 RS232 接口中 DB9、DB25 管脚信号定义 9 针 25 针 信号名称 信号流向 简称 信号功能 3 2 发送数据 DTE —>DCE TxD DTE 发送串行数据
