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1、第3章 串行数据通信接口,1,数据通信与网络技术,第3章 串行数据通信接口,2,串行数据通信：将数据转换成二进制位，用一条信号线一位一位顺序传送。（1）优势：用于通信的线路少，远距离通信时可降低成本。（2）缺点：通信速度较慢。,第3章 串行数据通信接口,3,数据处理或数据终端设备(DTE)通常不具备数据传输功能需要一个称为数据电路端接设备(DCE)的接口例如，Modem、NICDCE在介质上传输比特DCE与DTE交互数据与控制信号需要明确的接口标准在交换电路上完成,第3章 串行数据通信接口,4,3.1 串行通信的基本概念1.串行通信时，收发双方必须解决以下6个问题：（1）双方约定以何种速率进行
2、数据收发（波特率）；（2）约定采用何种数据格式（帧格式）；（3）接收方如何得知一批数据的开始和结束（帧同步）；（4）接收方如何从位流中正确采样到位数据（位同步）；（5）接收方如何判断收到数据的正确性（数据校验）；（6）收发出错时如何处理（出错处理）。,第3章 串行数据通信接口,5,2.串行通信的分类：（根据同步方式不同分为两类）（1）异步通信：把一个字符看作一个独立的信息单元，并且字符出现在数据流中的相对时间是任意的，而每个字符中的各位是以固定的时间传送。即：字符内同步，字符间异步。串行异步通信的通信协议称为起止式异步通信协议。传输的字符格式如下页图所示：,第3章 串行数据通信接口,6,起始位
3、每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平,数据位数据位紧跟着起始位传送。由58个二进制位组成，低位先传送,校验位用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位,停止位表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位,空闲位传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送,第3章 串行数据通信接口,7,（2）同步通信：以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束。同步通信协议有多种，最常用的是面向比特的高级数据链路控制协议HDLC传输格式（一帧）如下所示：,第3章 串行数据通信接口,8,串行通信的波特率（Baud Rate）数据传送速
4、率：每秒传送的二进制代码的位数。波特率反映了串行通信的速率，也反映了对于传输通道的要求。波特率越高，要求传输通道的频率越宽，一般异步通信的波特率在50b/s19200b/s之间。异步通信的双方必须各有各自的时钟源，才能保证捕捉到的信号正确，最好采用较高频率的时钟，一般时钟频率比波特率高16倍或64倍，若时钟频率等于波特率，则频率稍有偏差就会产生接受错误。,第3章 串行数据通信接口,9,3.2 RS-232C串行接口标准名称的含义EIA RS-232C 是 美国电子工业协会（Electronic Industry Association）推荐标准RS：Recommend Standard20个信
5、号线3个未定义2个保留C：版本号,第3章 串行数据通信接口,10,2.接口特性机械的(Mechanical)连接插口 电气的(Electrical)电压,时序,编码功能的(Functional)数据,控制,定时,接地规程的(Procedural)事件序列,第3章 串行数据通信接口,11,3.机械特性,ISO 2110 DB-25,第3章 串行数据通信接口,12,3.机械特性,第3章 串行数据通信接口,13,4.电气特性（信号电平）,数据信号 电气特性,控制信号 电气特性,第3章 串行数据通信接口,14,4.电气特性（信号编码）,第3章 串行数据通信接口,15,4.电气特性（传输距离）,第3章
6、串行数据通信接口,16,5.功能特性,引脚功能,第3章 串行数据通信接口,17,5.功能特性,引脚连接,EIA RS-232-C用引脚连接图,第3章 串行数据通信接口,18,5.功能特性,P2：TxD 发送数据（DTEDCE）P3：RxD 接收数据（DCEDTE）P7:SG 信号地P6:DSR DCE就绪（DCEDTE）P20：DTR DTE就绪（DTEDCE）P4:RTS 请求发送（DTEDCE）P5:CTS 清除发送（DCEDTE）DCE允许DTE发送,该信号是对RTS信号的回答。P8:DCD 数据载波检出（DCEDTE）当本地DCE收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知
7、DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RxD线送给DTE。P22：RI 振铃信号（DCEDTE）当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。,引脚功能介绍,第3章 串行数据通信接口,19,6.规程特性（通信事件如何进行）,数据通信流程：（1）建立物理连接（2）进行数据传输（3）释放物理连接,第3章 串行数据通信接口,20,6.规程特性（通信事件如何进行）,数据通信流程中的几个问题：（1）连接握手（2）确认接收（3）中断和轮询,第3章 串行数据通信接口,21,6.规程特性（通信事件如何进行）,连接握手 连接握手过程是指发送者在发送一个数据块
8、之前使用一个特定的握手信号来引起接收者的注意，表明其要发送数据给对方，接收者则通过握手信号回应发送者，说明它已做好接收数据的准备。连接握手的实现方法：软件和硬件方法。,第3章 串行数据通信接口,22,6.规程特性（通信事件如何进行）,连接握手的软件实现 在软件连接握手过程中，发送节点通过发送一个特定字节表明它要发送数据，接收节点看到这个字节后，也回送一个特定编码来表明自己可以接收数据，发送节点看到这个信息就知道它可以向对方发送了；接收节点还可以通过另一个编码告诉发送者停止发送。,第3章 串行数据通信接口,23,6.规程特性（通信事件如何进行）,连接握手的硬件实现 通过硬件信号线路的连接及电平的
9、变化来实现连接握手过程。发送端通过某个信号线向接收端发出连接请求信号（比如置为高电平“1”），接收端在检测到这个信号后，如果同意接收数据，就通过另一信号线来回应连接请求（比如置为高电平“1”），发送端检测到这个信号后，双方完成握手过程，发送端可以开始向接收端发送数据。,第3章 串行数据通信接口,24,6.规程特性（通信事件如何进行）,确认接收 接收者为表明数据已经收到而向发送者回复信息的过程称为确认。通过确认告知发送者数据已收到；发送者可能需要通过确认与否来采取不同的处理措施；即使没有其他信息需要回复发送者，接收者也需要发送一个确认数据收到的信息 确认接收的实现方法：软件约定通过预先约定好的特
10、殊字节（字符）发出确认信息。,第3章 串行数据通信接口,25,6.规程特性（通信事件如何进行）,中断和轮询 接收者处理通信请求的2种方法：中断 轮询,第3章 串行数据通信接口,26,第3章 串行数据通信接口,27,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）,第3章 串行数据通信接口,28,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）,第3章 串行数据通信接口,29,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）（1）全握手连接（25针25针）,第3章 串行数据通信接口,30,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）（2）全握手连接（9针9针）,第3章 串行数据通信接口,31
11、,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）（3）全握手连接（25针9针）,第3章 串行数据通信接口,32,7.RS-232C接口的直接连接（无Modem）（4）无握手信号连接（三线连接）,计算机A,计算机B,2,2,3,3,7,7,计算机A,计算机B,3,3,2,2,5,5,25针接口,9针接口,第3章 串行数据通信接口,33,3.2 RS-232C串行接口标准RS-232C接口电平转换（与TTL电平）RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在TTL电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即逻辑“0”：+5 V-+15 V；逻辑“1”：-5 V-15 V。因此，
12、RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意！常用的电平转换集成电路是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489。MC1488内部有三个与非门和一个反相器，供电电压为12 V，输入为TTL电平，输出为RS-232C电平。MC1489内部有4个反相器，供电电压为5 V，输入为RS-232C电平，输出为TTL电平。,第3章 串行数据通信接口,34,3.2 RS-232C串行接口标准8.RS-232C接口电平转换（与TTL电平）,第3章 串行数据通信接口,35,3.2 RS-232C串行接口标准8.RS-232C接口电平转换（与T
13、TL电平）,单片机和PC机串行通信接口,第3章 串行数据通信接口,36,3.2 RS-232C串行接口标准9.RS-232C接口的局限性 在工业数据通信中存在以下局限性：（1）只能实现点对点（一对一）连接；（2）传输距离短（15 m）；（3）传输速率低（192,000 bps）；（4）信号电平与TTL电平不兼容；（5）共地传输信号容易产生共模干扰。,第3章 串行数据通信接口,37,3.3 RS-485/RS-422串行接口标准 工业数据通信场合通信节点多，位置分散，通信距离远，因此要求采用最少的连线完成数据通信任务。在这一需求的驱使下，EIA-RS-422和 EIA-RS-485标准应运而生。
14、和RS-232C标准不同，RS-422和RS-485标准只规定了电气特性，特点是采用平衡差分线路传输数据。,第3章 串行数据通信接口,38,发送设备端,接收设备端,地球作为地线回路,a.,单线非平衡线路,b.,双线非平衡线路,c.,双线平衡线路,第3章 串行数据通信接口,39,RS-423标准：非平衡方式,第3章 串行数据通信接口,40,RS-422标准：平衡差分方式,第3章 串行数据通信接口,41,平衡差分线路的优点：抵消噪声,第3章 串行数据通信接口,42,RS-422标准：电气特性 传输距离：最大 1200 米（100 Kbps）传输速率：最大 10 Mbps（12米）发送器：只有1个
15、接收器：最大10个 信号电平：-2-6V 表示二进制数“1”+2+6V表示二进制数“1”,第3章 串行数据通信接口,43,RS-422标准：连接方式,第3章 串行数据通信接口,44,RS-422标准：电平转换,四线制连接,第3章 串行数据通信接口,45,RS-422标准：主、从式通信网络,第3章 串行数据通信接口,46,RS-485标准：电气特性 传输距离：最大 1200 米（100 Kbps）传输速率：最大 10 Mbps（12米）发送器：最大32个 接收器：最大32个 信号电平：-1.5-6V 表示二进制数“1”+1.5+6V表示二进制数“1”,第3章 串行数据通信接口,47,RS-485
16、标准：电平转换和连接方式 RS-485是RS-422的变型，采用二线制连接，在发送端增加了使能控制（Why？）。,第3章 串行数据通信接口,48,RS-485标准：RS-495与RS-422的不同之处在于：两个设备相连时，RS-422为全双工，RS-485为半双工；对于RS-422，数据信号线上只能连接一个发送驱动器，而RS-485却可以连接多个，但在某一时刻只能有一个发送驱动器发送数据。因此，RS-485的发送电路必须由使能端E加以控制。,第3章 串行数据通信接口,49,RS-485标准：通信网络 常规的RS-485支持半双工方式通信（RS-422支持全双工方式）,第3章 串行数据通信接口,
17、50,3.4 20mA电流环 20mA电流环是目前串行通信中较多使用的一种接口电路。电流环串行通信接口的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，而且易实现光电隔离，因此在长距离通信时要比RS-232C优越得多。下页图是一个实用的20mA电流环接口电路。它是一个加上光电隔离的电流环传送和接收电路。在发送端，将TTL电平转换为环路电流信号，在接收端又转换成TTL电平。,第3章 串行数据通信接口,51,20 mA电流环接口电路,第3章 串行数据通信接口,52,习题1 采用异步传输7位ASCII码，如果需要数据传输速率为480字符/秒，使用1位奇偶校验位和1位停止位，则：1）波特率应该是多少？2）有效数据位传输速率是多少？3）传输效率是多少？,第3章 串行数据通信接口,53,习题2 设定波特率为1200bps，并使用1位奇偶校验位和1位停止位，画出异步串行传送ASCII字符G（字符编码为47H）的RS-232C信号电平格式，并标注出时间轴方向、电平大小和每一位占用的时间长度。,第3章 串行数据通信接口,54,习题3 已知下图所示RS-485通信网络，问：(1)计算机的RS-232C接口至少应设置哪些参数？（2）从站为1个和5个时，主站和从站在通信握手上有何区别？,主（Master）,从（Slave）-1,从（Slave）-5,
