串口通訊—通信協(xié)議

1、 串口通訊一串口通信協(xié)議所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程，它屬丁ISOS0SI七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。目前，串口通信協(xié)議通常有兩類：異步協(xié)議和同步協(xié)議。同步協(xié)議乂有面向字符和面向比特以及面向字節(jié)計(jì)數(shù)三種。其中，面向字節(jié)計(jì)數(shù)的同步協(xié)議主要用于DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中。一、物理接口標(biāo)準(zhǔn)1、串行通信接口的基本任務(wù)（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因?yàn)閬?lái)IHCPU的是普通的并行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。在

2、異步通信方式下，接口鬥動(dòng)生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在而向字符的同步方式下，接口耍在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符。（2）進(jìn)行串一并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時(shí)，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計(jì)算機(jī)處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重耍任務(wù)。（3）控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率一波特率進(jìn)行選擇和控制的能力。（4）進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)：在發(fā)送時(shí)接口電路對(duì)傳送的字符數(shù)據(jù)H動(dòng)生成奇偶校驗(yàn)位或其他校驗(yàn)碼。在接收時(shí)，接口電路檢査字符的奇偶校驗(yàn)或其他校驗(yàn)碼，確定是否發(fā)生傳送錯(cuò)誤。（5）進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換:CP

3、U和終端均采用TTL電平及正邏輯,它們與EIA采用的電平及負(fù)邏輯不兼容，需在接口電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（6）提供EIA-RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號(hào)線：遠(yuǎn)距離通信采用MODEM時(shí)，需耍9根信號(hào)線；近距離零MODEM方式，只需要3根信號(hào)線。這些信號(hào)線由接口電路提供，以便與MODEM或終端進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制。2、串行通信接口電路的組成為了完成上述串行接口的任務(wù)，串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成。其中，串行接口芯片，隨著大規(guī)模繼承電路技術(shù)的發(fā)展，通用的同步（USRT）和異步（UART）接口芯片種類越來(lái)越多，如下表所示。它們的基本功能是

4、類似的，都能實(shí)現(xiàn)上而提出的串行通信接口基本任務(wù)的大部分工作，且都是可編程的。采用這些芯片作為串行通信接口電路的核心芯片，會(huì)使電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。芯片同步(USRT)異步CUAKT）（起止式）面向字符HDD：同步ENS8250756KWC6S50JIM樞685271.5M0854J1?5MEnt8251kJV64K19.2KEnt8273764KZ-80SIOJJ800K有關(guān)串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn)為使計(jì)算機(jī)、電話以及其他通信設(shè)備互相溝通，現(xiàn)在，己經(jīng)對(duì)串行通信建立了兒個(gè)一致的概念和標(biāo)準(zhǔn)，這些概念和標(biāo)準(zhǔn)屈兩個(gè)方而:傳輸率和接口標(biāo)準(zhǔn)（電特性和信號(hào)名稱）。（1）傳輸率所謂傳輸率就是指每秒傳輸多少位，傳輸率也常

5、叫波特率。國(guó)際JL規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波特率系列，標(biāo)準(zhǔn)波特率也是最常用的波特率，標(biāo)準(zhǔn)波特率系列為110、300、600、1200、4800、9600和19200。大多數(shù)CRT終端都能夠按110到9600范圍中的任何一種波特率工作。打印機(jī)由丁機(jī)械速度比較慢而使傳輸波特率受到限制，所以，一般的串行打印機(jī)工作在110波特率，點(diǎn)針式打印機(jī)由丁淇?jī)?nèi)部有較大的行緩沖區(qū)，所以可以按高達(dá)2400波特的速度接收打印信息。大多數(shù)接口的接收波特率和發(fā)送波特率可以分別設(shè)置，而且，可以通過編程來(lái)指定。（2）RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩個(gè)方面作了規(guī)定，即信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)和控制信號(hào)線的定義。RS-232-C采用負(fù)邏輯

6、規(guī)定邏輯電平，信號(hào)電平與通常的TTL電平也不兼容，RS-232-C將-5V-15V規(guī)定為“”,+5V+15V規(guī)定為“0”。圖1是TTL標(biāo)準(zhǔn)和RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)之間的電平轉(zhuǎn)換。 # MCI489TTL同人廠zFTT1.) #因2連接器的機(jī)械特性連接器：由TRS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25.DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。（1）DB-25：PC和XT機(jī)采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號(hào)線，分為4組：異步通信的9個(gè)電壓信號(hào)（含信號(hào)地SG）2,3,4,5,6,7,8,20,2220mA電流環(huán)信號(hào)

7、9個(gè)（12,13,14,15,16,17,19,23,24）空6個(gè)（9,10,11,18,21,25）保護(hù)地（PE）1個(gè)，作為設(shè)備接地端（1腳）DB-25型連接器的外形及信號(hào)線分配如圖3所示。注意，20mA電流環(huán)信號(hào)僅IBMPC和IBMPC/XT機(jī)提供，至AT機(jī)及以后，己不支持。000000-OOOO0YP-0-0Y-0FYekmlLF一于丁亍工DGRrsrsDDE囁DSCTRT栗PRRIDT9876-54111 # #（2）DB-9連接器 在AT機(jī)及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上C0M1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個(gè)

8、信號(hào)。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號(hào)完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。電纜長(zhǎng)度：在通信速率低T20kb/s時(shí)，RS-232C所H接連接的最大物理距離為15m(50英尺)。最大戌接傳輸距離說(shuō)明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM,在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m(50英尺)?？梢娺@個(gè)最大的距離是在碼元畸變小丁4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要求,接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pFoRS-232C的接口信號(hào)RS-232C規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)

9、據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好(Datasetready-DSR)有效時(shí)(ON)狀態(tài)，表明MODEM處丁可以使用的狀態(tài)。數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Dataterminalready-DTR)有效時(shí)(ON)狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)有效,只表示設(shè)備本身可用，并不說(shuō)明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號(hào)決定。請(qǐng)求發(fā)送(Requesttosend-RTS)用來(lái)表示DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端耍發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效(0N狀態(tài))，向MODE

10、M請(qǐng)求發(fā)送。它用來(lái)控制MODEM是否耍進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。允許發(fā)送(Cleartosend-CTS)用來(lái)表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，是對(duì)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)RTS的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)MODEM己準(zhǔn)備好接收終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號(hào)有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。這對(duì)RTS/CTS請(qǐng)求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)是用丁半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)信號(hào)，使其變高。接收線信號(hào)檢出(ReceivedLinedetection-RLSD)用來(lái)表示DCE己接通通信鏈路，告知DTE

11、準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端(遠(yuǎn)地)的MODEM送來(lái)的載波信號(hào)時(shí)，使RLSD信號(hào)有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來(lái)的載波信號(hào)解調(diào)成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(DataCarrierdectection-DCD)線。振鈴指示(Ringing-RI)當(dāng)MODEM收到交換臺(tái)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效(0N狀態(tài))，通知終端，己被呼叫。數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitteddata-TxD)通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM,(DTE-*DCE)接收數(shù)據(jù)(Receiveddata-RxD)通過RxD線

12、終端接收從MODEM發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)，(DCE-DTE)o地線有兩根線SG、PG信號(hào)地和保護(hù)地信號(hào)線，無(wú)方向。232引腳CCITTModern名稱說(shuō)明異步|同步1101AA保護(hù)地設(shè)備外殼接地PEFE72103BA後送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)送ModemTKD3104BB接收數(shù)據(jù)兩喬臥接收數(shù)據(jù)BXD4105CA在半戒工時(shí)控制笈送器的并和關(guān)RTS5106CBCTS610TCC數(shù)據(jù)髓催備好時(shí)準(zhǔn)備好ISR7102ABO地信哥公共地SGSGV8109CF載漩號(hào)務(wù)測(cè)Modem正在接收另一端送來(lái)的信號(hào)ICD9101112接收信號(hào)頤(2)在第通道13策二逋這充許發(fā)送14118玉翱據(jù)第二通道發(fā)送數(shù)據(jù)15113DA發(fā)送器定時(shí)顧亦提

13、供發(fā)送器定吋信號(hào)16119接收數(shù)據(jù)(2)第二通道接收數(shù)據(jù)17115DD接收器定時(shí)為接口和終端捏供定時(shí)18坤連接第二通道的發(fā)送器20108CB數(shù)據(jù)終喘準(zhǔn)備好緲據(jù)終端準(zhǔn)備好BTR21至22125RI23111CH數(shù)據(jù)率選擇選擇兩個(gè)同涉數(shù)據(jù)君24114DB發(fā)送器定時(shí)肉接口和終端提供定時(shí)25上述控制信號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過程。例如，只有當(dāng)DSR和DTR都處于有效(ON)狀態(tài)時(shí),才能在DTE和DCE之間進(jìn)行傳送操作。若DTE耍發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對(duì)半雙工的通信線路

14、特別有用，因?yàn)榘腚p工的通信才能確定DCE己由接收方向改為發(fā)送方向，這時(shí)線路才能開始發(fā)送。2個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)：發(fā)送TXD；接收RXD。1個(gè)信號(hào)地線：SGo6個(gè)控制信號(hào)：DSR數(shù)傳機(jī)(即modem)準(zhǔn)備好,DataSetReady.DTR數(shù)據(jù)終端(DTE,即微機(jī)接口電路，如Intel8250/8251,16550)準(zhǔn)備好,DataTerminalReady。RTS&80;&ti0;DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送(RequestToSend)oCTSDCE允許DTE發(fā)送(ClearToSend)，該信號(hào)是對(duì)RTS信號(hào)的回答。DCD數(shù)據(jù)載波檢出，DataCarrierDetection當(dāng)本地DCE設(shè)備(Modem)收

15、到對(duì)方的DCE設(shè)備送來(lái)的載波信號(hào)時(shí)，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收，并且由DCE將接收到的載波信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)RXD線送給DTE。 # #RI振鈴信號(hào)Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效，通知DTE已被呼叫。串口通訊一RS-232-C詳解（二）二、遠(yuǎn)距離通信第1和第2中情況是屈丁遠(yuǎn)距離通信（傳輸距離大丁-15m的通信）的例子，故一般耍加調(diào)制解調(diào)器MODEM,因此使用的信號(hào)線較多。注意：在以下各圖中，DTE信號(hào)為RS-232-C信號(hào)，DTE與計(jì)算機(jī)間的電平轉(zhuǎn)換電路未畫出。1.采用Modem（DCE）和電話網(wǎng)通信時(shí)的信號(hào)連接若在雙方MODEM之間采用普通電話交

16、換線進(jìn)行通信，除了需要28號(hào)信號(hào)線外還要增加RI（22號(hào)）和DTR（20號(hào)）兩個(gè)信號(hào)線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，如圖1所示。DSR、DTR：數(shù)傳機(jī)（DCE）準(zhǔn)備好、數(shù)據(jù)終端（DTE）準(zhǔn)備好，只表示設(shè)備本身可用。首先，通過電話機(jī)拔號(hào)呼叫對(duì)方，電話交換臺(tái)向?qū)Ψ桨l(fā)出拔號(hào)呼叫信號(hào)，當(dāng)對(duì)方DCE收到該信號(hào)后，使RI（振鈴信號(hào)）有效，通知DTE,已被呼叫。當(dāng)對(duì)方“摘機(jī)”后，網(wǎng)方建立了通信鏈路。若計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)至對(duì)方，首先通過接口電路（DTE）發(fā)出RTS（請(qǐng)求發(fā)送）信號(hào)。此時(shí)，若DCE（Modem）允許傳送，則向DTE回答CTS（允許發(fā)送）信號(hào)。一般可肖接將RTS/CTS接高電平，即只耍通信鏈路已建立，就可傳送信號(hào)。RT

17、S/CTS可只用于半雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式的切換。當(dāng)DTE獲得CTS信號(hào)后，通過TXD線向DCE發(fā)出串行信號(hào)，DCE（Modem）將這些數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)（乂稱載波信號(hào)），傳向?qū)Ψ?。?jì)算機(jī)向DTE“數(shù)據(jù)輸出寄存器”傳送新的數(shù)據(jù)前，應(yīng)檢査Modem狀態(tài)和數(shù)據(jù)輸出寄存器為空。當(dāng)對(duì)方的DCE收到載波信號(hào)后，向?qū)Ψ降腄TE發(fā)出DCD信號(hào)（數(shù)據(jù)載波檢出），通知其DTE準(zhǔn)備接收，同時(shí)，將載波信號(hào)解調(diào)為數(shù)據(jù)信號(hào)，從RXD線上送給DTE,DTE通過串行接收移位寄存器對(duì)接收到的位流進(jìn)行移位，當(dāng)收到1個(gè)字符的全部位流后，把該字符的數(shù)據(jù)位送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，CPU可以從數(shù)據(jù)輸入寄存器讀取字符。 Ell2

18、.采用專用電話線通信在通信雙方的MODEM之間采用電話線進(jìn)行通信，則只要使用28號(hào)信號(hào)線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制。不需耍電話機(jī)、振鈴信號(hào)RI和DTR信號(hào)，其信號(hào)線的連接如圖2那樣。DTKDCEDCEDTEruTxl)按計(jì)RTS制制RTS計(jì)口專用線路口PCIS解丿丿解CIS機(jī)電調(diào)調(diào)DSR電機(jī)路器器SGSG跑DCg圖2三、近距離通信當(dāng)通信距離較近時(shí)，可不需耍Modem,通信雙方可以直接連接，這種情況下,只需使用少數(shù)兒根信號(hào)線。最簡(jiǎn)單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)，只需三根線(發(fā)送線、接收線、信號(hào)地線)便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信，即是這里要討論的第一種情況。無(wú)Modem時(shí)，最大通信距離

19、按如下方式計(jì)算：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)誤碼率小丁4%時(shí)，耍求導(dǎo)線的電容值應(yīng)小T2500PFo對(duì)丁普通導(dǎo)線，其電容值約為170PF/Mo則允許距離L=2500PF/(170PF/M)=15M這一距離的計(jì)算，是偏丁保守的，實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600bps,普通雙絞屏蔽線時(shí)，距離可達(dá)3035米。零Modem的最簡(jiǎn)連線（3線制）圖3是零MODEM方式的最簡(jiǎn)單連接（即三線連接）,圖中的2號(hào)線與3號(hào)線交叉連接是因?yàn)樵谔撨B方式時(shí)，把通信雙方都當(dāng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只耍請(qǐng)求發(fā)送RTS有效和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。DTE（甲）DTE（乙