串行通信接口技術(shù)(教材配套)

1、1 第第9 9章章 串行通信接口技術(shù)串行通信接口技術(shù)2主要內(nèi)容主要內(nèi)容n串行通信基本原理串行通信基本原理n可編程串行異步通信接口可編程串行異步通信接口8250n通用串行總線通用串行總線USBnIEEE-1394串行接口串行接口39.19.1串行通信基本原理串行通信基本原理4一、計算機串行通信基礎(chǔ)一、計算機串行通信基礎(chǔ)n隨著多微機系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著多微機系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計算機的通信功能愈來愈顯得重要。的普及，計算機的通信功能愈來愈顯得重要。計算機通信是指計算機與外部設(shè)備或計算機與計算機通信是指計算機與外部設(shè)備或計算機與計算機之間的信息交換。計算機之間的信息交

2、換。n通信有并行通信和串行通信兩種方式。在多微通信有并行通信和串行通信兩種方式。在多微機系統(tǒng)以及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中信息的交換多采用機系統(tǒng)以及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。串行通信方式。5并行通信并行通信q并行通信：通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時進(jìn)行傳送。具有控制簡單、傳輸速度快的特點；由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且接收方的各位同時接收存在困難。 6串行通信串行通信q 是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送。q串行通信的特點：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。 并行與串行通信的示意圖并行與串行通信的

3、示意圖7串行異步通信與串行同步通信串行異步通信與串行同步通信所謂所謂“同步同步”就是互相通信的雙方協(xié)調(diào)發(fā)送和接收之間就是互相通信的雙方協(xié)調(diào)發(fā)送和接收之間的動作的動作。為了實現(xiàn)同步，互相通信的雙方必須就數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)同步，互相通信的雙方必須就數(shù)據(jù)傳輸方式、同步控制方式、差錯處理、應(yīng)答方式和信傳輸方式、同步控制方式、差錯處理、應(yīng)答方式和信號格式等問題作出共同遵守的一組規(guī)定，這種規(guī)定稱號格式等問題作出共同遵守的一組規(guī)定，這種規(guī)定稱為通信協(xié)議。為通信協(xié)議。目前串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ袃煞N，目前串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ袃煞N，異步方式異步方式和同步方式和同步方式，相應(yīng)有異步通信協(xié)議和同步通信協(xié)

4、議。，相應(yīng)有異步通信協(xié)議和同步通信協(xié)議。異步通信協(xié)議異步通信協(xié)議1、串行異步通信時的數(shù)據(jù)格式、串行異步通信時的數(shù)據(jù)格式 異步方式通信異步方式通信ASYNC（Asynchronous Data Communication），又稱起止式異步通信，是計算），又稱起止式異步通信，是計算機通信中最常用的數(shù)據(jù)信息傳輸方式。它是以字符為機通信中最常用的數(shù)據(jù)信息傳輸方式。它是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)模址g沒有固定的時間間隔要求單位進(jìn)行傳輸?shù)?，字符之間沒有固定的時間間隔要求，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。收、發(fā)，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設(shè)置起始位

5、雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設(shè)置起始位和停止位。在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)和停止位。在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時送一個起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時再發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。串行再發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。串行異步傳輸時的數(shù)據(jù)格式如下圖所示。異步傳輸時的數(shù)據(jù)格式如下圖所示。9從圖中可以看到以下幾點：從圖中可以看到以下幾點： 起始位：起始位必須是持續(xù)一個比特時間的邏輯起始位：起始位必須是持續(xù)一個比特時間的邏輯“0”電電平，標(biāo)志傳送一個字符的開始。平，標(biāo)志傳送一個字符的開始。 數(shù)據(jù)位：數(shù)

6、據(jù)位為數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位為5-8位，它緊跟在起始位之后，是被位，它緊跟在起始位之后，是被傳送字符的有效數(shù)據(jù)位。傳送時先傳送字符的低位，后傳送字符的有效數(shù)據(jù)位。傳送時先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。數(shù)據(jù)位究竟是幾位，可由硬件或軟件傳送字符的高位。數(shù)據(jù)位究竟是幾位，可由硬件或軟件來設(shè)定。來設(shè)定。 奇偶位：奇偶校驗位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗或偶奇偶位：奇偶校驗位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗或偶校驗，也可以不設(shè)奇偶位。校驗，也可以不設(shè)奇偶位。 停止位：停止位為停止位：停止位為1位、位、1.5位或位或2位，可有軟件設(shè)定。位，可有軟件設(shè)定。它一定是邏輯它一定是邏輯“1”電平，標(biāo)志著傳送一個字符的結(jié)束。電平，標(biāo)

7、志著傳送一個字符的結(jié)束。 空閑位：空閑位表示線路處于空閑狀態(tài)，此時線路上空閑位：空閑位表示線路處于空閑狀態(tài)，此時線路上為邏輯為邏輯“1”電平?？臻e位可以沒有，此時異步傳送的效率電平。空閑位可以沒有，此時異步傳送的效率為最高。為最高。 串行異步通信時的數(shù)據(jù)接收串行異步通信時的數(shù)據(jù)接收 串行異步通信時，接收方串行異步通信時，接收方不斷地檢測或監(jiān)視串行輸入線上的電平變化，當(dāng)檢測不斷地檢測或監(jiān)視串行輸入線上的電平變化，當(dāng)檢測到有效起始位出現(xiàn)時，便知道接著是有效字符位的到到有效起始位出現(xiàn)時，便知道接著是有效字符位的到來，并開始接收有效字符，當(dāng)檢測到停止位時，就知來，并開始接收有效字符，當(dāng)檢測到停止位時，

8、就知道傳輸?shù)淖址Y(jié)束了。經(jīng)過一段隨機時間間隔之后，道傳輸?shù)淖址Y(jié)束了。經(jīng)過一段隨機時間間隔之后，又進(jìn)行下一個字符的傳送過程。又進(jìn)行下一個字符的傳送過程。通常接收端的采樣時鐘周期要比傳輸字符的位周期短，通常接收端的采樣時鐘周期要比傳輸字符的位周期短，常用的采樣時鐘頻率為位頻率的常用的采樣時鐘頻率為位頻率的16倍，采取這種措施倍，采取這種措施是為了提高抗干擾能力。接收器的采樣時鐘的每個上是為了提高抗干擾能力。接收器的采樣時鐘的每個上升沿對輸入信號進(jìn)行采樣，檢驗接收數(shù)據(jù)線上的低電升沿對輸入信號進(jìn)行采樣，檢驗接收數(shù)據(jù)線上的低電平是否保持平是否保持8或或9個連續(xù)的時鐘周期，以確定傳輸線上個連續(xù)的時鐘周期

9、，以確定傳輸線上的低電平是否是真的起始位。這樣就可以避免噪聲干的低電平是否是真的起始位。這樣就可以避免噪聲干擾引起的誤操作，從而刪除假的起始位。相當(dāng)精確地擾引起的誤操作，從而刪除假的起始位。相當(dāng)精確地確定起始位的中間點，從而提供一個時間基準(zhǔn)。確定起始位的中間點，從而提供一個時間基準(zhǔn)。2、同步通信協(xié)議、同步通信協(xié)議 同步方式通信的特點同步方式通信的特點 異步方式中并不要求收、發(fā)兩端對傳輸數(shù)據(jù)的每一異步方式中并不要求收、發(fā)兩端對傳輸數(shù)據(jù)的每一位均保持同步，而僅要求在一個字符的起始位后，使位均保持同步，而僅要求在一個字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步方式通信則要求對傳送數(shù)其中的每一位同步。而

10、同步方式通信則要求對傳送數(shù)據(jù)的每一位都必須在收、發(fā)兩端嚴(yán)格保持同步，即所據(jù)的每一位都必須在收、發(fā)兩端嚴(yán)格保持同步，即所謂謂“位同步位同步”。因此，同步方式中，收、發(fā)兩端需用。因此，同步方式中，收、發(fā)兩端需用同一個時鐘源作為時鐘信號。同一個時鐘源作為時鐘信號。 同步方式傳送的字符沒有起始位和停止位，它不是同步方式傳送的字符沒有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的開始，收發(fā)雙方的同步方法可分用起始位表示字符的開始，收發(fā)雙方的同步方法可分為為外同步法外同步法和和內(nèi)同步法內(nèi)同步法。外同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前向接收外同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前向接收端發(fā)送一串時鐘脈沖，接收端按這個時鐘頻率調(diào)整自己端發(fā)送一串

11、時鐘脈沖，接收端按這個時鐘頻率調(diào)整自己的時序，使接收時鐘頻率鎖定在接收到的時鐘頻率上，的時序，使接收時鐘頻率鎖定在接收到的時鐘頻率上，并作為同步時鐘來接收數(shù)據(jù)。內(nèi)同步法是接收端從接收并作為同步時鐘來接收數(shù)據(jù)。內(nèi)同步法是接收端從接收到的數(shù)據(jù)信息波形本身提取同步的方法。到的數(shù)據(jù)信息波形本身提取同步的方法。 同步通信協(xié)議分為面向字符和面向比特兩種。同步通信協(xié)議分為面向字符和面向比特兩種。同步通信時，字符數(shù)據(jù)不允許有空隙。當(dāng)線路空閑或同步通信時，字符數(shù)據(jù)不允許有空隙。當(dāng)線路空閑或沒有字符可發(fā)送時，可發(fā)送收、發(fā)雙方約定的同步字符。沒有字符可發(fā)送時，可發(fā)送收、發(fā)雙方約定的同步字符。 同步通信傳輸效率高，適

12、合于快速、大量數(shù)據(jù)的傳送。同步通信傳輸效率高，適合于快速、大量數(shù)據(jù)的傳送。 同步通信協(xié)議概述同步通信協(xié)議概述 如上所說，同步通信協(xié)議可分為兩類：如上所說，同步通信協(xié)議可分為兩類： 面向字符的同步通信協(xié)議面向字符的同步通信協(xié)議 面向比特的同步通信協(xié)議面向比特的同步通信協(xié)議 * 面向字符的同步通信協(xié)議面向字符的同步通信協(xié)議 面向字符的同步通信協(xié)議面向字符的同步通信協(xié)議BSC的幀格式的幀格式 該協(xié)議以若干字符組成一個信息塊一起發(fā)送，一個信該協(xié)議以若干字符組成一個信息塊一起發(fā)送，一個信息塊稱為一幀，用一些特殊定義的字符來定界一幀的開息塊稱為一幀，用一些特殊定義的字符來定界一幀的開始、結(jié)束和分隔不同的段

13、以及控制整個信息交換過程。始、結(jié)束和分隔不同的段以及控制整個信息交換過程。此種協(xié)議的一般幀格式如圖此種協(xié)議的一般幀格式如圖8.21所示。所示。 特殊定義的字符特殊定義的字符 SYN是同步字符，每幀開始有若干個是同步字符，每幀開始有若干個SYN。接收端一。接收端一SYN SYN SOH 標(biāo)題 STX 數(shù)據(jù)塊 ETB或ETX 塊校驗 面向字符的同步通信協(xié)議的幀格式旦檢測到同步字符SYN，就知道一幀開始了。 SOH（Start of Header）表明標(biāo)題的開始，稱為序始符。標(biāo)題中可以包括源地址、目的地址和路由指標(biāo)等信息。 STX（Start of Text）稱為文始符，標(biāo)志著傳送數(shù)據(jù)正文的開始。

14、數(shù)據(jù)塊是傳送正文的內(nèi)容。 ETB（End of Transmission Block）稱為組終符 ETX（End of Text）稱為文終符。ETB用在正文很長，需分成若干個數(shù)據(jù)塊，在不同幀中傳送的情況，除最后一個數(shù)據(jù)塊后用 外，其余數(shù)據(jù)塊后都用ETB。 塊校驗是對前面從塊校驗是對前面從SOH開始，直到開始，直到ETX（或（或ETB）進(jìn)行）進(jìn)行檢驗產(chǎn)生的校驗碼，可以用奇偶校驗，也可以用檢驗產(chǎn)生的校驗碼，可以用奇偶校驗，也可以用CRC校校驗。除上面提到的特殊字符外，還有一些其它字符起著驗。除上面提到的特殊字符外，還有一些其它字符起著通信控制作用，參見下表。通信控制作用，參見下表。名 稱ASCII

15、碼名 稱ASCII碼序始符SOH0000001送畢符EOT0000101文始符STX0000010詢問符ENQ0000101組終符ETB0010111確認(rèn)符ACK0000110文終符ETX0000011否認(rèn)符NAK0010101同步符SYN0010110轉(zhuǎn)義符DLE0010000 面向字符的同步通信協(xié)議與異步通信協(xié)議相比，由于面向字符的同步通信協(xié)議與異步通信協(xié)議相比，由于不需要在每個字符的前后加起始位和停止位，所以傳輸不需要在每個字符的前后加起始位和停止位，所以傳輸效率明顯提高，尤其是當(dāng)傳輸較長數(shù)據(jù)時效果更明顯。效率明顯提高，尤其是當(dāng)傳輸較長數(shù)據(jù)時效果更明顯。 這這種協(xié)議與特定的字符編碼集關(guān)系

16、密切，所以不利于種協(xié)議與特定的字符編碼集關(guān)系密切，所以不利于兼容，并且實現(xiàn)起來也比較麻煩，為了克服這些缺點，兼容，并且實現(xiàn)起來也比較麻煩，為了克服這些缺點，產(chǎn)生了面向比特的同步通信協(xié)議。產(chǎn)生了面向比特的同步通信協(xié)議。 * 面向比特的同步通信協(xié)議面向比特的同步通信協(xié)議面向比特的同步通信協(xié)議也可叫做面向位的同步通信協(xié)面向比特的同步通信協(xié)議也可叫做面向位的同步通信協(xié)議，它有很多種，主要是議，它有很多種，主要是SDLC、HDLC和和ADCCP。這些協(xié)議。這些協(xié)議大同小異，只有一些微小的差別，他們在一幀所傳輸?shù)臄?shù)大同小異，只有一些微小的差別，他們在一幀所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位不必是字符的整數(shù)倍，只要不超過規(guī)定的數(shù)

17、據(jù)位總長據(jù)位不必是字符的整數(shù)倍，只要不超過規(guī)定的數(shù)據(jù)位總長度，可以為任意長度的比特位。此外，也不需要用特定定度，可以為任意長度的比特位。此外，也不需要用特定定義的字符，而是用規(guī)定的比特模式來定界一幀的開始、結(jié)義的字符，而是用規(guī)定的比特模式來定界一幀的開始、結(jié)束以及定義控制信息，故稱為面向比特的同步通信協(xié)議。束以及定義控制信息，故稱為面向比特的同步通信協(xié)議。這些協(xié)議中最著名和常用的是高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議這些協(xié)議中最著名和常用的是高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC和同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議和同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議SDLC，這兩種協(xié)議有幾乎相同的，這兩種協(xié)議有幾乎相同的幀格式。幀格式。* 高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議高

18、級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC 1、HDLC的幀格式的幀格式 HDLC在鏈路上以幀作為傳輸信息的基本單位，幀格在鏈路上以幀作為傳輸信息的基本單位，幀格式的內(nèi)容由式的內(nèi)容由5個部分組成，如圖個部分組成，如圖8.23所示。所示。 標(biāo)志場標(biāo)志場 F HDLC以幀為單位傳輸，每一幀以一個標(biāo)志字符開始，且以幀為單位傳輸，每一幀以一個標(biāo)志字符開始，且以同一字符結(jié)束。這個標(biāo)志字符使用唯一的以同一字符結(jié)束。這個標(biāo)志字符使用唯一的8比特系列比特系列01111110。 地址場地址場A 在標(biāo)志場后是在標(biāo)志場后是8比特的地址場，用于指明次站的地址。對于命比特的地址場，用于指明次站的地址。對于命令幀，用作接收該幀的次站地址

19、；對于響應(yīng)幀，用于作出令幀，用作接收該幀的次站地址；對于響應(yīng)幀，用于作出應(yīng)答的次站地址，次站一般情況下是單站。在用廣播方式應(yīng)答的次站地址，次站一般情況下是單站。在用廣播方式發(fā)送時，次站是群站，地址段為發(fā)送時，次站是群站，地址段為11111111，則表示為廣，則表示為廣播地址。播地址。 地址場可擴展為地址場可擴展為16比特，以擴大尋址范圍，比特，以擴大尋址范圍，SDLC協(xié)議與協(xié)議與HDLC協(xié)議的差別就是它的地址場為協(xié)議的差別就是它的地址場為16位。位。 控制場控制場C 地址場后面是控制場，共有地址場后面是控制場，共有8比特，用于表示命令和響比特，用于表示命令和響應(yīng)的類別和功能。應(yīng)的類別和功能。

20、HDLC的幀分為三類，根據(jù)該場的前兩位來區(qū)分。第一的幀分為三類，根據(jù)該場的前兩位來區(qū)分。第一位為位為0，表示是信息幀，表示是信息幀I，若第一位為，若第一位為1，表示是監(jiān)控幀，表示是監(jiān)控幀S或或無編號幀無編號幀U。S幀和幀和U幀的區(qū)別取決于第二位，第二位為幀的區(qū)別取決于第二位，第二位為0是是監(jiān)控幀，第二位為監(jiān)控幀，第二位為1是無編號幀，如圖是無編號幀，如圖8.23(b)所示。所示。 控制場也可以擴展為控制場也可以擴展為16位，但基本格式不變，僅將位，但基本格式不變，僅將N(S) 和和N(R) 從從3比特擴展為比特擴展為7比特。比特。 控制場中的控制場中的P/F（Poll/Final）位是探詢）位

21、是探詢/結(jié)束位，對結(jié)束位，對于主于主站為探詢位，站為探詢位，P為為1時，要求次站給出響應(yīng)；對于次站為時，要求次站給出響應(yīng)；對于次站為表示最后幀位，表示最后幀位，F(xiàn)為為1表示次站響應(yīng)的最后幀，預(yù)告?zhèn)鬏敱硎敬握卷憫?yīng)的最后幀，預(yù)告?zhèn)鬏攲⒔Y(jié)束。將結(jié)束。 信息場信息場I 信息場中包含要傳送的數(shù)據(jù)，其長度是任意的信息場中包含要傳送的數(shù)據(jù)，其長度是任意的 。三類。三類幀中，只有信息幀中含有信息場。實際應(yīng)用中受有關(guān)站幀中，只有信息幀中含有信息場。實際應(yīng)用中受有關(guān)站點緩沖區(qū)容量的限制和鏈路差錯特性的限制，通常給出點緩沖區(qū)容量的限制和鏈路差錯特性的限制，通常給出最大長度。最大長度。 幀校驗場幀校驗場FCS 幀校驗

22、場用于差錯校驗，通常采用幀校驗場用于差錯校驗，通常采用16位位CRC校驗，校校驗，校驗范圍是從地址段開始到信息段，標(biāo)志場和自動插入的驗范圍是從地址段開始到信息段，標(biāo)志場和自動插入的 “0”位不參加位不參加CRC校驗。校驗。2、“0”比特插入和刪除技術(shù)比特插入和刪除技術(shù) 01111110作為標(biāo)志字節(jié)出現(xiàn)在幀格式的開始和結(jié)束，作為標(biāo)志字節(jié)出現(xiàn)在幀格式的開始和結(jié)束，若在信息場或其他場中也有這種字符，就無法區(qū)別。為若在信息場或其他場中也有這種字符，就無法區(qū)別。為了保證標(biāo)志字節(jié)的唯一性，使之不與其他場中的信息混了保證標(biāo)志字節(jié)的唯一性，使之不與其他場中的信息混淆，采用了淆，采用了“0”比特插入和刪除技術(shù)。

23、比特插入和刪除技術(shù)。 發(fā)送方在發(fā)送標(biāo)志字符外的所有信息（包括地址場、發(fā)送方在發(fā)送標(biāo)志字符外的所有信息（包括地址場、控制場和校驗場）時，只要遇到連續(xù)控制場和校驗場）時，只要遇到連續(xù)5個二進(jìn)制個二進(jìn)制“1”，就，就自動插入一個自動插入一個“0”。當(dāng)接收方接收數(shù)據(jù)時（標(biāo)志場除外），。當(dāng)接收方接收數(shù)據(jù)時（標(biāo)志場除外），如果連續(xù)收到如果連續(xù)收到5個二進(jìn)制個二進(jìn)制“1”，就自動地將其后的一個，就自動地將其后的一個“0”刪除，以恢復(fù)信息的原有形式。刪除，以恢復(fù)信息的原有形式。例例2：CPU要輸出數(shù)據(jù)要輸出數(shù)據(jù)7F3A，寫出用，寫出用HDLC幀格式的發(fā)送幀格式的發(fā)送和接收過程。和接收過程。 解：發(fā)送過程如下：

24、解：發(fā)送過程如下： 7F3A = 0111111100111010 0111111100111010 到發(fā)送器到發(fā)送器 01111101100111010 由發(fā)送器插入由發(fā)送器插入“0”位后位后發(fā)送發(fā)送 接收過程如下：接收過程如下： 01111101100111010 到接收器到接收器 0111111100111010 接收器刪除插入的接收器刪除插入的“0”位位 后到接收方的后到接收方的CPU 這種這種“0”比特插入和刪除技術(shù)是由接口硬件自動完成比特插入和刪除技術(shù)是由接口硬件自動完成的。的。3、HDLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?HDLC通信網(wǎng)絡(luò)都是由一個主站和一個或多個次站組成的通信網(wǎng)絡(luò)都是由一個主站

25、和一個或多個次站組成的，其連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问接腥N：星形、總線形和，其連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问接腥N：星形、總線形和環(huán)形，如圖所示。圖中環(huán)形，如圖所示。圖中A站是主站，其主要功能是發(fā)站是主站，其主要功能是發(fā)送命令（包括數(shù)據(jù)信息）幀，接收響應(yīng)幀，并負(fù)責(zé)對整送命令（包括數(shù)據(jù)信息）幀，接收響應(yīng)幀，并負(fù)責(zé)對整個鏈路的控制；其余是次站，其主要功能是接收由主站個鏈路的控制；其余是次站，其主要功能是接收由主站發(fā)來的命令幀、向主站發(fā)送響應(yīng)幀，并配合主站參與差發(fā)來的命令幀、向主站發(fā)送響應(yīng)幀，并配合主站參與差錯校驗后的恢復(fù)等鏈路控制。錯校驗后的恢復(fù)等鏈路控制。二、串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式二、串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式1. 串

26、行通信中，兩個設(shè)備之間連接的數(shù)據(jù)通路有三種方法。串行通信中，兩個設(shè)備之間連接的數(shù)據(jù)通路有三種方法。 1、單工（、單工（simplex）連接）連接 這種連接方式僅能進(jìn)行一個方向的數(shù)據(jù)傳輸。這種連接方式僅能進(jìn)行一個方向的數(shù)據(jù)傳輸。 2、半雙工（、半雙工（half-duplex）連接）連接 兩個設(shè)備兩個設(shè)備A、B之間可交替地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，但不之間可交替地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，但不能同時發(fā)送或同時接收。能同時發(fā)送或同時接收。 3、全雙工（、全雙工（full-duplex）連接）連接 兩個設(shè)備兩個設(shè)備A、B之間可同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。之間可同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。圖8.8 串行通信的連接方式2.信號信號的調(diào)制和的

27、調(diào)制和解調(diào)解調(diào)串行數(shù)據(jù)在傳輸線上的形式和標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)在傳輸線上的形式和標(biāo)準(zhǔn) 串行數(shù)據(jù)在傳輸時通常采用串行數(shù)據(jù)在傳輸時通常采用調(diào)幅調(diào)幅（AM）、）、調(diào)頻調(diào)頻（FM）和調(diào)相（和調(diào)相（PM）三種方式傳送數(shù)字信息。）三種方式傳送數(shù)字信息。 調(diào)幅方式調(diào)幅方式 幅度調(diào)制是用某種電平或電流來表示邏輯幅度調(diào)制是用某種電平或電流來表示邏輯“1”，稱為傳號（，稱為傳號（mark）；而用另一種電平或電流來表示邏輯）；而用另一種電平或電流來表示邏輯“0”，稱為空，稱為空號（號（space）。出現(xiàn)在傳輸線上的）。出現(xiàn)在傳輸線上的mark/space的的 串行串行 使用使用mark/space形式通常有四種標(biāo)準(zhǔn)，形式通常

28、有四種標(biāo)準(zhǔn)，TTL標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、RS-232標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、20mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)和電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)和60mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。 TTL標(biāo)準(zhǔn)：用標(biāo)準(zhǔn)：用+5V電平表示邏輯電平表示邏輯“1”；用；用0V電平表示邏輯電平表示邏輯“0”，這里采用的是正邏輯。，這里采用的是正邏輯。 RS-232標(biāo)準(zhǔn)：用標(biāo)準(zhǔn)：用-5V -15V之間的任意電平表示邏輯之間的任意電平表示邏輯“1” ；用；用+5V +15V電平表示邏輯電平表示邏輯“0”，這里采用的是負(fù)邏輯，這里采用的是負(fù)邏輯。 20mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在20mA電流表示邏輯電流表示邏輯1，不，不存在存在20mA電流表示邏輯電流表示邏輯0。

29、60mA電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。線路中存在60mA電流表示邏輯電流表示邏輯1，不，不存在存在60mA電流表示邏輯電流表示邏輯0。 調(diào)頻方式調(diào)頻方式 頻率調(diào)制方式是用兩種不同的頻率分別表示二進(jìn)制中的邏頻率調(diào)制方式是用兩種不同的頻率分別表示二進(jìn)制中的邏輯輯1和邏輯和邏輯0，通常使用，通常使用曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)和和堪薩斯城標(biāo)準(zhǔn)堪薩斯城標(biāo)準(zhǔn)。 曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)，它的數(shù)據(jù)形式如圖曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)，它的數(shù)據(jù)形式如圖8.3所示。這種所示。這種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)兼有電平變化和頻率變化來表示二進(jìn)制數(shù)的準(zhǔn)兼有電平變化和頻率變化來表示二進(jìn)制數(shù)的0和和1。從圖中。從圖中可看出。每當(dāng)出現(xiàn)一個新的二進(jìn)制位時，

30、就有一個電平跳可看出。每當(dāng)出現(xiàn)一個新的二進(jìn)制位時，就有一個電平跳變。如果該位是邏輯變。如果該位是邏輯1，則在中間還有一個電平跳變；而邏，則在中間還有一個電平跳變；而邏輯輯0僅有位邊沿跳變。所以邏輯僅有位邊沿跳變。所以邏輯1的頻率比邏輯的頻率比邏輯0的頻率大一的頻率大一倍。曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)通常用在兩臺計算機之間的同步通信倍。曼徹斯特編碼標(biāo)準(zhǔn)通常用在兩臺計算機之間的同步通信。 堪薩斯城標(biāo)準(zhǔn)，它的數(shù)據(jù)形式如圖堪薩斯城標(biāo)準(zhǔn)，它的數(shù)據(jù)形式如圖8.4所示。它用頻所示。它用頻率率為為1200Hz中的中的4個周期表示邏輯個周期表示邏輯0；而用頻率為；而用頻率為2400Hz中的中的8個周期表示邏輯個周期表示邏輯

31、1。 2、局域網(wǎng)中常用的數(shù)字編碼技術(shù)、局域網(wǎng)中常用的數(shù)字編碼技術(shù)在局域網(wǎng)中常用的數(shù)字信號編碼有以下在局域網(wǎng)中常用的數(shù)字信號編碼有以下3種，如圖種，如圖8.5所示所示。 NRZ 編碼編碼 NRZ 編碼又稱為不歸零編碼，常用正電壓表示編碼又稱為不歸零編碼，常用正電壓表示“1”，負(fù)負(fù)電壓表示電壓表示“0”，而且在一個碼元時間內(nèi)，電壓均不需要，而且在一個碼元時間內(nèi)，電壓均不需要回回到零。其特點是全寬碼，即一個碼元占一個單元脈沖的到零。其特點是全寬碼，即一個碼元占一個單元脈沖的寬度。寬度。曼徹斯特（曼徹斯特（Manchester)編碼編碼 在曼徹斯特編碼中，每個二進(jìn)制位（碼元）的中間都有在曼徹斯特編碼中

32、，每個二進(jìn)制位（碼元）的中間都有電壓跳變。用電壓的正跳變表示電壓跳變。用電壓的正跳變表示“0”，電壓的負(fù)跳變表，電壓的負(fù)跳變表示示“1”。由于跳變都發(fā)生在每一個碼元的中間位置（半個。由于跳變都發(fā)生在每一個碼元的中間位置（半個周周期），接收端就可以方便地利用它作為同步時鐘，因此期），接收端就可以方便地利用它作為同步時鐘，因此這種曼徹斯特編碼又稱為自同步曼徹斯特編碼。目前最這種曼徹斯特編碼又稱為自同步曼徹斯特編碼。目前最廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)以太網(wǎng)，在數(shù)據(jù)傳輸時就采用這種以太網(wǎng)，在數(shù)據(jù)傳輸時就采用這種數(shù)字編碼。數(shù)字編碼。 微分曼徹斯特編碼微分曼徹斯特編碼 這種編碼是曼徹斯特編碼的一種修改

33、形式，其不同之這種編碼是曼徹斯特編碼的一種修改形式，其不同之處處時：用每一位的起始處有無跳變來表示時：用每一位的起始處有無跳變來表示“0”和和“1”，若，若有跳有跳變則為變則為“0”，無跳變則為，無跳變則為“1”；而每一位中間的跳變只；而每一位中間的跳變只用來用來作為同步的時鐘信號，所以它也是一中自同步編碼，作為同步的時鐘信號，所以它也是一中自同步編碼， 自同步曼徹斯特編碼和微分曼徹斯特編碼的每一位都自同步曼徹斯特編碼和微分曼徹斯特編碼的每一位都是是用不同電平的兩個半位來表示的，因此始終保持直流的用不同電平的兩個半位來表示的，因此始終保持直流的平衡。不會造成直流的累積。平衡。不會造成直流的累積

34、。*數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘繑?shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚捎帽忍芈?，可用比特率和波特率來表示。和波特率來表示?比特率比特率：比特率是指每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，用：比特率是指每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，用bps（bit/s)表示。表示。 波特率波特率，波特率是指每秒傳輸?shù)姆枖?shù)，若每個符號，波特率是指每秒傳輸?shù)姆枖?shù)，若每個符號所含的信息量為所含的信息量為1比特，則波特率等于比特率。比特，則波特率等于比特率。 在計算機中，一個符號的含義為高低電平，它們分別代在計算機中，一個符號的含義為高低電平，它們分別代表邏輯表邏輯“1”和邏輯和邏輯“0”，所以每個符號所含

35、的信息量剛好，所以每個符號所含的信息量剛好為為1比特，因此在計算機通信中，常將比特率稱為波特率，比特，因此在計算機通信中，常將比特率稱為波特率，即：即： 1波特（波特（B）= 1比特（比特（bit）= 1位位/秒（秒（1bps）例如：電傳打字機最快傳輸率為每秒例如：電傳打字機最快傳輸率為每秒10個字符個字符/秒，每個秒，每個字符包含字符包含11個二進(jìn)制位，則數(shù)據(jù)傳輸率為：個二進(jìn)制位，則數(shù)據(jù)傳輸率為： 11位位/字符字符10個字符個字符/秒秒=110位位/秒秒=110波特（波特（Baud） 計算機中常用的波特率是：計算機中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、96

36、00、19200、28800、33600，目前最高可達(dá)目前最高可達(dá)56Kbps. 位時間位時間Td 位時間是指傳送一個二進(jìn)制位所需時間，用位時間是指傳送一個二進(jìn)制位所需時間，用Td 表示。表示。 Td = 1/波特率波特率 = 1/B 例如：例如：B=110波特波特/秒秒 ， 則則Td = 1/110 0.0091ms4、發(fā)送時鐘和接收時鐘、發(fā)送時鐘和接收時鐘 在串行通信中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的信號形式出現(xiàn)在串行通信中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的信號形式出現(xiàn)，不論是發(fā)送還是接收，都必須有時鐘信號對傳送的數(shù)，不論是發(fā)送還是接收，都必須有時鐘信號對傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。在據(jù)進(jìn)行定位。在TTL標(biāo)準(zhǔn)表示的

37、二進(jìn)制數(shù)中，傳輸線上高標(biāo)準(zhǔn)表示的二進(jìn)制數(shù)中，傳輸線上高電平表示二進(jìn)制電平表示二進(jìn)制1，低電平表示二進(jìn)制，低電平表示二進(jìn)制0，且每一位持續(xù)，且每一位持續(xù)時間是固定的，由發(fā)送時鐘和接收時鐘的頻率決定。時間是固定的，由發(fā)送時鐘和接收時鐘的頻率決定。 發(fā)送時鐘發(fā)送時鐘 發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入移位寄存器，然發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入移位寄存器，然后在發(fā)送時鐘的控制下，將該并行數(shù)據(jù)逐位移位輸出。通后在發(fā)送時鐘的控制下，將該并行數(shù)據(jù)逐位移位輸出。通常是在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸常是在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸出，每個數(shù)據(jù)位的時間間隔由發(fā)送時鐘的周期來劃分，出

38、，每個數(shù)據(jù)位的時間間隔由發(fā)送時鐘的周期來劃分，參見圖參見圖8.6所示。所示。 接收時鐘在接收串行數(shù)據(jù)時，接收時鐘的上升沿對接收數(shù)據(jù)采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測，并將其移入接收器的移位寄存器中，最 后組成并行數(shù)據(jù)輸出，如圖后組成并行數(shù)據(jù)輸出，如圖8.7所示。所示。 波特率因子接收時鐘和發(fā)送時鐘與波特率有如下關(guān)系： F = n B 這里這里F 是發(fā)送時鐘或接收時鐘的頻率；是發(fā)送時鐘或接收時鐘的頻率； B 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?；是?shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?n 稱為波特率因子。稱為波特率因子。 設(shè)發(fā)送或接收時鐘的周期為設(shè)發(fā)送或接收時鐘的周期為Tc，頻率為，頻率為F的位傳輸時間的位傳輸時間為為Td，則：，則： Tc =

39、 1/F , Td = 1/B 得到：得到： Tc = Td /n 在實際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送在實際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送時，時，n = 1，16，64，實際常采用，實際常采用n = 16，即發(fā)送或接，即發(fā)送或接收時收時鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高n倍。在同步通信時，倍。在同步通信時，波特率因子波特率因子n必須等于必須等于1。 三、串行通信的校驗方法三、串行通信的校驗方法在串行通信中，由于線路長和噪聲干擾的存在，會導(dǎo)致在串行通信中，由于線路長和噪聲干擾的存在，會導(dǎo)致信息傳輸過程中出現(xiàn)錯誤。為保證信息傳輸?shù)恼_性信息傳輸過

40、程中出現(xiàn)錯誤。為保證信息傳輸?shù)恼_性，必須對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行差錯檢查和校正，即檢，必須對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行差錯檢查和校正，即檢錯和糾錯。一般采用奇偶檢驗，以反饋重發(fā)方式糾錯錯和糾錯。一般采用奇偶檢驗，以反饋重發(fā)方式糾錯。在高級通信協(xié)議中，一般采用循環(huán)衷冗余碼（。在高級通信協(xié)議中，一般采用循環(huán)衷冗余碼（CRC）檢錯，以自動糾錯方式來糾錯。）檢錯，以自動糾錯方式來糾錯。43 1、奇偶校驗、奇偶校驗它的基本原理是在所傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)中附加冗余位（即它的基本原理是在所傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)中附加冗余位（即檢驗位）。利用冗余位的存在，使整個信息位（包括檢驗位）。利用冗余位的存在，使整個信息位（包括有效位和檢驗位

41、）中有效位和檢驗位）中“1”的個數(shù)具有奇數(shù)或偶數(shù)的特的個數(shù)具有奇數(shù)或偶數(shù)的特性。整個信息位經(jīng)過線路傳輸后，若原來所具有的性。整個信息位經(jīng)過線路傳輸后，若原來所具有的“1”的個數(shù)的奇偶性發(fā)生了變化，則說明出現(xiàn)了傳輸?shù)膫€數(shù)的奇偶性發(fā)生了變化，則說明出現(xiàn)了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。這種利用信息這種利用信息位中位中“1”的個數(shù)的奇偶性來達(dá)到檢驗?zāi)康牡木幋a稱為的個數(shù)的奇偶性來達(dá)到檢驗?zāi)康牡木幋a稱為奇偶校驗碼。奇偶校驗碼。使整個信息位使整個信息位“1”的個數(shù)為奇數(shù)的編碼的個數(shù)為奇數(shù)的編碼叫奇校驗碼；而使整個信息位叫奇校驗碼；而使整個信息位“1”的個數(shù)為偶數(shù)的編

42、的個數(shù)為偶數(shù)的編碼叫偶校驗碼。碼叫偶校驗碼。 2、CRC校驗校驗CRC（Cyclic Rendundancy Cheek）是循環(huán)冗余校驗）是循環(huán)冗余校驗的縮寫字母，它是利用編碼原理，對傳送的二進(jìn)制碼的縮寫字母，它是利用編碼原理，對傳送的二進(jìn)制碼序列以一定的規(guī)則產(chǎn)生一定的校驗碼，并將校驗碼放序列以一定的規(guī)則產(chǎn)生一定的校驗碼，并將校驗碼放在二進(jìn)制序列之后，形成符合一定規(guī)則的新的二進(jìn)制在二進(jìn)制序列之后，形成符合一定規(guī)則的新的二進(jìn)制碼序列（稱為編碼），并將新的二進(jìn)制碼序列發(fā)送出碼序列（稱為編碼），并將新的二進(jìn)制碼序列發(fā)送出去。在接收時，就根據(jù)信息和校驗碼之間所遵循的規(guī)去。在接收時，就根據(jù)信息和校驗碼之

43、間所遵循的規(guī)則進(jìn)行檢測（稱為譯碼），從而檢測出傳輸過程中是則進(jìn)行檢測（稱為譯碼），從而檢測出傳輸過程中是否發(fā)生差錯。否發(fā)生差錯。CRC校驗是對整個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗，所校驗是對整個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗，所以同步串行通信都采用以同步串行通信都采用CRC校驗。校驗。 模模2運算運算 所謂模所謂模2相加就是兩個二進(jìn)制數(shù)相加的結(jié)果被相加就是兩個二進(jìn)制數(shù)相加的結(jié)果被2除，并除，并以所得的余數(shù)作為和數(shù)，即進(jìn)行半加不進(jìn)位。以所得的余數(shù)作為和數(shù)，即進(jìn)行半加不進(jìn)位。“模?！笔鞘侨∪∮鄶?shù)的意思。模余數(shù)的意思。模2加相當(dāng)于作異或運算。加相當(dāng)于作異或運算。 例例3：1+1=2，它被，它被2除后，余數(shù)為除后，余數(shù)為0，所以，所以

44、1+1的模的模2加加法，其結(jié)果應(yīng)為法，其結(jié)果應(yīng)為0，記作，記作1+1=0（mod 2）或記作）或記作1 1= 0 。 二進(jìn)制代碼的多項式運算二進(jìn)制代碼的多項式運算 根據(jù)模根據(jù)模2加法的運算規(guī)則，二進(jìn)制多項式的加法等于加法的運算規(guī)則，二進(jìn)制多項式的加法等于二二進(jìn)制多項式的減法。進(jìn)制多項式的減法。 例例4：有兩個多項式：有兩個多項式M1(x)和和M2(x) 則有則有 M1(x)+M2(x) = M1(x)-M2(x) 而進(jìn)行多項式乘法和除法，則跟普通代數(shù)多項式的乘而進(jìn)行多項式乘法和除法，則跟普通代數(shù)多項式的乘法和除法一樣，例如對除法有：法和除法一樣，例如對除法有： M1(x)/ M2(x) = Q

45、(x) + R(x)/ M2(x) 其中，其中， Q(x) 為商，為商， R(x)為余數(shù)。若能除盡，則余數(shù)為余數(shù)。若能除盡，則余數(shù)R(x)等于等于0 。 例例5： M1(x) = x7+x6+1 , M2(x) = x7+x5+x2+1 則則 M1(x) + M2(x) = x6+x5+x2 M1(x) M2(x) = x6+x5+x2 線性分組碼和循環(huán)碼線性分組碼和循環(huán)碼 二進(jìn)制碼的多項式表示二進(jìn)制碼的多項式表示 二進(jìn)制碼可以表示成二進(jìn)制多項式，例如，二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼可以表示成二進(jìn)制多項式，例如，二進(jìn)制碼10101101，其代碼多項式，其代碼多項式M(x)為：為： M(x) = A7x7+A

46、6x6+A5x5+A4x4+A3x3+A2x2+A1x1+A0 x0 = 1x7+0 x6+1x5+0 x4+1x3+1x2+0 x1+1x0 = x7+x5+ x3+x2+1 這里這里x的指數(shù)的指數(shù)i僅表示各比特在多項式中的位置，如僅表示各比特在多項式中的位置，如i=0表示第表示第0位，位，i=7表示第表示第7位等。位等。 從上式可看出，二進(jìn)制多項式的系數(shù)取值只能是從上式可看出，二進(jìn)制多項式的系數(shù)取值只能是0或或1。一個一個8位比特組，可以用位比特組，可以用7次多項式來表示，以次類推，次多項式來表示，以次類推，n 位的比特組可以用位的比特組可以用n-1次多項式來表示。次多項式來表示。 線性分

47、組碼和循環(huán)碼的組成線性分組碼和循環(huán)碼的組成 在一個長度為在一個長度為k的二進(jìn)制信息序列后，附加上一定規(guī)則的二進(jìn)制信息序列后，附加上一定規(guī)則的校驗位的校驗位r（r = n k）后，組成了長度為）后，組成了長度為n的二進(jìn)制信的二進(jìn)制信息序息序列，稱為列，稱為n位循環(huán)碼，如圖位循環(huán)碼，如圖8.16所示。所示。 n位循環(huán)碼位循環(huán)碼 k位位 r位位 信息段信息段 校驗段校驗段 圖圖8. 16 n位循環(huán)碼位循環(huán)碼 這種碼又稱為（這種碼又稱為（n，k）碼。如果）碼。如果r個校驗位中，每一位個校驗位中，每一位都由都由k個信息位中的某幾位線性模個信息位中的某幾位線性模2相加得到，則這樣的循相加得到，則這樣的循

48、環(huán)碼又稱為線性分組碼。環(huán)碼又稱為線性分組碼。 例：信息位為例：信息位為3位（位（k=3 )，設(shè)每一段加，設(shè)每一段加4個校驗位（個校驗位（r=4），其二進(jìn)制多項式，其二進(jìn)制多項式T(x)可寫成可寫成: T(x) = xrB(x)+R(x) = x4(B6x2+B5x1+B4x0) + (B3x3+B2x2+B1x1+B0 x0) = B6x6+B5x5+B4x4+ B3x3+B2x2+B1x1+B0 x0按如下規(guī)則編成一個（按如下規(guī)則編成一個（7，3）循環(huán)碼：）循環(huán)碼： B3= B6 B4 B2= B6 B5 B4 B1= B6 B5 B0= B5 B4 式中式中B6 、B5、B4為信息段多項式

49、的系數(shù)，為信息段多項式的系數(shù)， B3 、B2、B1 和和B0是校驗段的多項式系數(shù)。按上述規(guī)則輸出的碼字可是校驗段的多項式系數(shù)。按上述規(guī)則輸出的碼字可 列表如下：列表如下： 表表 例例6（7，3）循環(huán)碼的編碼）循環(huán)碼的編碼信 息 位 （ k） 校 驗 位 （ r） 碼 字 （ n） B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0

50、 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 例例7：信息位：信息位：1011001 B(x) = x6+x4 + x3 + 1 冗余位：冗余位：1010 R(x) = x3+x1則碼字：則碼字：10 110011010 T(x) = x4B(x) + R(x) = x10+x8 + x7 + x4+x3 + x1 冗余位如何產(chǎn)生冗余位如何產(chǎn)生 由信息位產(chǎn)生冗余位的編碼過程，就是已知由信息位產(chǎn)生冗余位的編碼過程，就是已知B(x)

51、 求求R(x)的過程。在的過程。在CRC碼中可以由一個特定的碼中可以由一個特定的r次多項式次多項式G(x)（其最高項其最高項 xr的系數(shù)恒為的系數(shù)恒為1），然后用），然后用xrB(x)去除以去除以 G(x)，得到的余式就是得到的余式就是R(x)。所以。所以G(x)稱為生成多項式。要指出稱為生成多項式。要指出的是，這些多項式中的運算都是模的是，這些多項式中的運算都是模2運算，即模運算，即模2加和模加和模2減，它們都是不考慮加法進(jìn)位和減法借位的運算。減，它們都是不考慮加法進(jìn)位和減法借位的運算。 其中余式其中余式R(x)的系數(shù)就是冗余位，看下面的例子。的系數(shù)就是冗余位，看下面的例子。 例例8：例：例

52、7中中B(x) = x6+x4 + x3 + 1（即信息位是（即信息位是1011001）若若G(x) = x4+x3 + 1（對應(yīng)代碼（對應(yīng)代碼11001），即），即r=4，則，則 x4B(x) = x10 + x8 + x7 + x4( 對應(yīng)代碼為對應(yīng)代碼為10110010000） 其由模其由模2除法求除法求R(x)的過程如下：的過程如下： 1101010 11001 10110010000 11001 11110 11001 11110 11001 11100 11001 1010得到的余數(shù)為得到的余數(shù)為1010，這就是冗余位，對應(yīng)的余式，這就是冗余位，對應(yīng)的余式 R(x) = x3 +

53、x CRC校驗原理校驗原理 由于由于R(x) 是是xrB(x)除以除以G(x)的余式，那么下列關(guān)系式的余式，那么下列關(guān)系式必必然滿足：然滿足： xrB(x) = G(x) Q(x) + R(x) 其中其中Q(x)是商式?？蓪⑸鲜礁膶憺椋菏巧淌?。可將上式改寫為： xrB(x) R(x) = G(x) Q(x) 根據(jù)模根據(jù)模2運算規(guī)則有運算規(guī)則有xrB(x) + R(x) = xrB(x) R(x) ，所以，所以上式可寫為：上式可寫為： xrB(x) + R(x) = G(x) Q(x) 再改寫為：再改寫為： xrB(x) + R(x) G(x) = Q(x) 即即 T(x) G(x) = Q(x

54、) 由此可見，信道上發(fā)送的碼字多項式由此可見，信道上發(fā)送的碼字多項式T(x) = xrB(x) + R(x) ，若傳輸過程無錯，則接收方收到的碼字也對應(yīng)于此多，若傳輸過程無錯，則接收方收到的碼字也對應(yīng)于此多項式，即收到的碼字多項式也能被項式，即收到的碼字多項式也能被G(x)整除。因此，接整除。因此，接收收端的校驗過程就是將接收到的碼字多項式除以端的校驗過程就是將接收到的碼字多項式除以G(x)的過的過程程。若得到的余式為零則認(rèn)為傳輸無差錯；若余式不為零。若得到的余式為零則認(rèn)為傳輸無差錯；若余式不為零則則 傳輸有差錯。傳輸有差錯。 碼字多項式和生成多項式碼字多項式和生成多項式 碼字多項式碼字多項式

55、T(x) = xrB(x) + R(x) 是生成多項式是生成多項式G(x)的的倍數(shù)，即它能被倍數(shù)，即它能被G(x)除盡；碼字多項式除盡；碼字多項式T(x) 中的高次項中的高次項多項式多項式xrB(x) 的系數(shù)仍是原信息碼，而低次項多項式的系數(shù)仍是原信息碼，而低次項多項式R(x) 是余數(shù)多項式，它的各項系數(shù)作為校驗碼（冗余位），是余數(shù)多項式，它的各項系數(shù)作為校驗碼（冗余位），即即CRC校驗碼。校驗碼。 CRC校驗碼可以是校驗碼可以是16位或位或32位。位。 生成多項式生成多項式G(x) 生成多項式的位數(shù)越多其校驗?zāi)芰υ綇姡⒉皇侨紊啥囗検降奈粩?shù)越多其校驗?zāi)芰υ綇?，但并不是任何何一個一個r +

56、 1位的二進(jìn)制數(shù)都可以做生成多項式。目前廣泛位的二進(jìn)制數(shù)都可以做生成多項式。目前廣泛使使用的生成多項式主要有以下四鐘：用的生成多項式主要有以下四鐘： CRC12= x12 + x11 + x3 + x2 + 1 CRC16= x16 + x15 + x2 + 1 （IBM公司）公司） CRC16= x16 + x12 + x5 + 1（CCITT） CRC32= x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1（目前以太網(wǎng)中廣泛（目前以太網(wǎng)中廣泛采用）采用）例例9：已知（：已知（7，3）

57、循環(huán)碼，生成多項式）循環(huán)碼，生成多項式 G(x)= x4 + x3 + x2 + 1 ，設(shè)信息碼為，設(shè)信息碼為B = 101，求，求 CRC校驗碼。校驗碼。解：由題義，可知解：由題義，可知k=3，r=4，n=7，校驗位是，校驗位是4位位 信息多項式信息多項式B(x)= x2 + 1 ，提階后的信息多項式為，提階后的信息多項式為： x4 B(x) = x6 + x4 )()()()()(4xGxRxQxGxBx1111234223446xxxxxxxxxxx即 Q(x) = x2 + x + 1 R(x) = x + 1所以4位校驗碼是0011四、四、異步串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口異步串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口

58、-RS-232C接口接口 EIA RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會接口標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA與與BELL等公司一起開發(fā)、于等公司一起開發(fā)、于1969年公布的接口標(biāo)準(zhǔn)，年公布的接口標(biāo)準(zhǔn)，適合于數(shù)據(jù)終端設(shè)備適合于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的之間的連接與通信。連接與通信。另一個與另一個與EIA RS-232C基本相同的標(biāo)準(zhǔn)是國際電報電話基本相同的標(biāo)準(zhǔn)是國際電報電話咨詢委員會咨詢委員會CCITT的的V.24。57上圖表示了上圖表示了RS-232C在一個典型的通信系統(tǒng)中的使用環(huán)在一個典型的通信系統(tǒng)中的使用環(huán)境。其中境。其中CRT終端經(jīng)電話線與遠(yuǎn)程計算機通信。終

59、端經(jīng)電話線與遠(yuǎn)程計算機通信。 CRT終端和計算機都是終端和計算機都是DTE設(shè)備，而設(shè)備，而DCE設(shè)備就是調(diào)制解設(shè)備就是調(diào)制解調(diào)器，連接兩個調(diào)器，連接兩個DCE設(shè)備的是公共電話線路。設(shè)備的是公共電話線路。RS-232C接口特性接口特性RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)包括機械接口特性、電路功能特性以接口標(biāo)準(zhǔn)包括機械接口特性、電路功能特性以及電氣信號特性等幾方面，下面就此作簡單介紹。及電氣信號特性等幾方面，下面就此作簡單介紹。 機械接口特性機械接口特性RS-232C接口連接器（指針和插座）采用標(biāo)準(zhǔn)的接口連接器（指針和插座）采用標(biāo)準(zhǔn)的D型型 25針連接器，即針連接器，即DB-25連接器。連接器。 電路的功能特性

60、電路的功能特性 RS-232C的的25芯連接器引腳功能定義如表芯連接器引腳功能定義如表8-6所示。其所示。其25個引腳僅定義了個引腳僅定義了22個，這個，這22個信號分成兩組：一個主信個信號分成兩組：一個主信道組、一個輔信道組。在多數(shù)情況下僅使用主信道組道組、一個輔信道組。在多數(shù)情況下僅使用主信道組的信號線。在通常的微機通信中，的信號線。在通常的微機通信中， RS-232C接口的連接口的連接電纜經(jīng)常使用的信號線只有接電纜經(jīng)常使用的信號線只有9根，如表所示。根，如表所示。 電氣信號特性電氣信號特性RS-232C采用負(fù)邏輯，將采用負(fù)邏輯，將-5V -15V規(guī)定為邏輯規(guī)定為邏輯“1”，+5V +15