第八章 串行通信接口
§ 接口功能与数据传输方式
§ 串行传送的几个问题
§ 串行通信的数据格式
§ 串行接口标准
§ 串行通信接口任务
§ 用8251A组成的串行接口
1
§ 接口功能与数据传输方式
一、接口功能
接口的功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提
供缓冲，满足接口两边时序要求。
•寻址功能
•输入输出功能
•数据转换功能
•联络功能
•中断管理功能
•复位功能
•可编程功能
•错误检测功能
2
二、数据传送的方式
数字信号的传输有并行传输和串行传输
并行传输是多位二进制数据可以同时传输，提高数据传输的效
率。通常以8位、16 位或32位的数据宽度同时进行传输。每
一位都要有自己的数据传输线和发送接收器件，在时钟脉冲
的作用下数据从一端送往另一端。
串行通信是指在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送，
特别适合于远距离传送。对于离计算机较近的外部设备如鼠
标、绘图仪、终端等，也常常采用串行方式交换数据。
3
一、串行数据传送方向
串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行
传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式:全双工、半双
工、单工
1.全双工(Full Duplex）
数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同
时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻
进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。
§ 串行传送的几个问题
4
特点：①每一端都有发送器和接收器
②有二条传送线
应用：交互式应用，远程监测控制
2.半双工（Half Duplex）
使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时
发送器
接收器
接收器
发送器
A站 B站
图 全双工方式示意图
5
收送数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制，
如图所示。
发送器
接收器
发送器
接收器
A站 B站
图 半双工方式示意图
特点：①每端需有一个收/发切换电子开关
②因有切换，会产生时间延迟
应用：打印机串口，单向传送设备，发送器→接收器
6
二、信号的调制和解调
计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通
信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为
音频模拟信号的设计的。一般为300～3400Hz，不适合于数据
信号。
因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输
相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。
计算机 MODEM MODEM
模拟信号数字信号 数字信号
CRT
1 0 1 0
10 10 10 10
图 调制电话线 7
1. 什么叫调制?
所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就
是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的
频谱。
2. 作用:
调制器(Modulator)是一个波形变换器,它将基带数字的
波形变换成适合于模拟信道传输的波形。
解调器是一个波形识别器,将模拟信号恢复成原来的数
字信号。
调制器 解调器
010010 010010
8
最基本的调制方法有以下几种：
（1）调幅（AM）
即载波的振幅随基带数字信号而变化.
“1”对应有载波
“0” 对应无载波
3. 调制方法:
（2）调频（FM）
即载波频率随数字信号而变化
“0”对应”f1”
“1”对应“f2”
(3)调相（PM）
即载波初始相位随基带数字信号
而变化.
“ 0”对应相位0度
“1”对应相位180度
f1 f2
FM
AM
0 1 0 0 1 1
0度
180度
PM
9
三、信息的检错与纠错
串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误 码是难免的，
这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是
一个通信系统的重要内容。
检错：如何发现传输中的错误，称为检错。
纠错：如何消除错误，称为纠错
例：奇偶校验检错
方阵码检错
循环冗余码（CRC）检错
方阵码检错技术：
采用奇偶校验与“检验和”的综合。
①7位编码后附加1位奇偶位。
10
②若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向按位相加产生
一个单字节检验和附加到数据块未尾。
1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 0 0 0 0 1
1 0 1 0 1 0 1 0
1 1 1 1 0 0 1 1
1 1 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 1 0 0 1
四、传输速率
1. 波特率：
是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的
二进制脉冲的数目。
用波特率表示：即1波特=bit/s （位/秒）
奇偶位
11
常用的标准波特率：110，300，1K，，，，
，，56K
2.字符速率：
是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。
字符速率与波特率的关系：
1个字符：1个起始位+8个数据位+1个偶数位+2个终止位=12位
如果波特率：12000
则字符速率：12000/12=1000字符/s
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§ 串行通信的数据格式
通信协议：
是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同
步方式，传送速度、传送步骤、检纠错方式等问题作出统一
规定。也称通信控制规程。
同步协议
异步协议
分类
面向字符（character Oriented）
面向比特（Bit）
面向字节计数
ISO（Inter national Standard Organization）国际标准化组织。
OSI（Open System Interconnection）开放系统互连参考模型。
13
一、起止式异步通信数据格式
1.格式
1 10 00 0 1 0 1 1 10 0 0空
闲
位
起始位
数据位0
低 高 校验位
停
止
位
应用：早期电传机
①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位（“1”）结
束。
②字符之间没有时间间隔要求
③字符后一位校验位（可没有）
2.特点：是一个字符一个字符传输
14
二、面向字符的同步通信格式
1.功能：
是一次传送若干个字符组成的数据块，并且规定了10个特殊
字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控
制信息。
2.数据格式（一帧）
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX块校验
15
3.特定字符的定义：
SYN：同步字符（Synchronous），表示一帧的开始；
SOH：序起字符（Start of Header），表示标题的开始；
标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息；
STX：文始字符（Start of Text），表示正文开始。
FTB/ETX：组终/文终字符（End of Text）
ETB（End of Transmission Block）
特点：
①一次传送是一个数据块，传输效率提高了；
②采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；
③存在问题：由于数据字符与特定字符可能代码相同，发生误
解，因此，在数据字符前插入转义字符DLE，以示区别。这种
方式称为“字符填充”。
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三、面向比特的同步通信数据格式
1.最有代表性的是：
①IBM的SDLC（Synchronous Data Link Control），同步数据
链路控制规程。
②ANSI的ADCCP（Advanced Data Communication Control
Procedure）。
③ISO的HDLC（High Level Data link Control）高级数据链
路控制规程。
④DEC公司DDCMP（Digital Data Communication Message
protocol）。
17
2.协议的特点：
1）所传输的一帧（frame）数据（或称数据包）可以是任意二进
制位。
2）通过约定的位组合模式（标志字节）来标志帧的开始和结束。
注意：
①HDLC作为国际标准ISO3309；
②ADCCP作为美国国家标准；
③我国相应国家标准GB-7496，这几个协议均大同小异。
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§ 串行接口标准
一、EIA-RS-232接口标准
RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起
开发的，1969年公布的通信协议，适合的数传率：0～20Kbps。
1.电气特性
RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。
逻辑“1”=-3V～-15V
“0”=+3V～+15V
与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如
MC1488，MC1489IC。
19
MC1488 MC1489
RS-232
TTLEIA电平
+15V+15V
TTL
+15V
采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。
另外，使用MAX232电平转换省电,可连接二对收/发线，只用单
电源。
2.机械特性
1）连接器（Connector）
常用二种：
①DB-25型，25脚，只用9个信号（2个数据线，6个控制线，1个
地址），如下图所示。 20
1
2
3
4
DB-25型连接器
5
6
7
8
9
11
13 25
22
20
18
14
发送电流（-）
发送电流（+）
DCD
GND
DSR
CTS
RTS
RXD
TXD
（-）接收电流
（+）接收电流
②DB-9型 9针，9针全
用，如下图。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DSR
RTS
CTS
RI
DCD
RXD
TXD
DTR
GND
DB-9型连接器
21
2.电缆长度
RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率<20Kbps。
-232C接口信号的定义
25线：数据线4条（2，3，14，16）
控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）
定时信号线3条（15，17，24）
地线2条（1，7）
备用5条（9，10，11，18，25）
未定义
4.信号线的连接
1）近距离连接（<15m）
只用3条线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）
22
TXD
RXD
TXD
RXD
A机 B机
7 7
2 2
3 3
4 5 6 20 4 5 6 20
2.远距离连接（>15m）
1）需用MODEM和专用电话线
2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）
采用MODEM时RS-232信号线的使用
计
算
机
接
口
调
制
解
调
器
DCD
RXD
TXD
RTS
CTS
SG
DSR
调
制
解
调
器
DCD
RXD
TXD
RTS
CTS
SG
DSR
终
端
专用电话线
2
┇
┇
2
采用MODEM时RS-232信号线的使用
23
二、RS-422/RS-423接口标准
1.特点：
（1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提
高了抗共模干扰的能力。
因为是两条传输线的电位差决定逻辑电平
AA´-BD ´ <-2V，表示“1”
AA´-BD ´ >+2V，表示“0”
（2）传输速率 10Mbps（<15m时）
90Kbps（<1200m时）
2.连接
MC3487 MC3486
B
TTL
RS-422A电平
平衡发送器 差动接收器
B´
A A´
24
2）RS-423
1.连接：
2.特点：
①采用单端发送器和差动接收器，由于是差动接收器，提高了抗
共模干扰能力。
②数传率：100Kbps/90m时
1Kbps/1200m时
③逻辑“1”，4V～6V
逻辑“0”，-4V～-6V
TTL
RS-423A电平
单端发送器 差动接收器
+
-
25
三、RS-485接口标准
1.特点：
（1）兼容RS-422A，扩展RS-422A的功能；
（2）允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个
接收器，多达32个收/发器；
（3）抗干扰能力强，传送距离远，传输速率高。
数传率：100Kbps < 不用MODEM
<15Km
10Mbps <15m
26
§ 串行通信接口任务
一、串口的基本任务
（1）进行串，并转换
（2）实现串行数据格式化
（3）可靠性检验
（4）实施接口与端口设备之间联络控制
二、串口电路的组成
1. 内部有四个寄存器：控制寄存器、状态寄存器、
数据输入内部有寄存器、数据输出寄存器
2. 数据线
3. 联络信号线
4. 地址线与片选线
5. 串并转换和并串转换 27
§ 用8251A组成的串行接口
一、8251A的内部逻辑与外部信号
1.结构框图
8251A是通用同步异步接收/发送器USART
Universal/Synchronous Asynchronous Receiver
and Transmitter）
功能：异步起止协议
同步面向字符协议
组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线
缓冲器
28
数据总线
缓冲器
读/写
控制逻辑
调制控制
发送缓冲器
发送控制
接收缓冲器
接收控制
TXD
TXRDY
TXEMPTY
TXC
RXD
RXRDY
SYNDET/BD
RXC
DTR
DSR
RTS
CTS
RESET
CLK
C/D
RD
WR
CS
29
8251A的引脚信号
30
1.发送器
①TXRDY（Transmitter Ready）：发送器准备好，高电平有效
②TXE（Transmitter Empty）：发送器空，状态线，高有效
③TXD：发送数据线
④TXC：发送器输入时钟
2.接收器
①RXD：接收数据线
②RXRDY：接收器准备好
③TXEMPTY：接收器空
④TXC：接收器输入时钟
3.与调制器的接口接号
①DTR：数据终端准备好
②RTS：请求发送
31
③DSR：数据装置准备好
④CTS：清除传送
二、8251的控制字与状态字
1.工作方式字
约定双方的通信方式，数据格式，传送速率
a.作用：对8251A工作方式进行选择，是异步方式还是同步方式
b.格式：
S1 S0 EP PEN L1 L0 B1 B0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
停止位 奇偶校验 字符长度 波特因子
（同步） （异步）
×0=内同步 00=不用
×1=外同步 01=1位
0×=双同步 10=位
1×=单同步 11=2位
×0=无校验
01=奇校验
11=偶校验
00=5位
01=6位
10=7位
11=8位
00=同步
01=×1 异步
10=×16 －
11=×64 － 32
例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，停止位2
位，奇校验，波特率因数是16，则工作字是：
11011110B=DEH
MOV DX，309H ；8251命令口
MOV AL，0DEH ；异步工作方式字
OUT DX，AL
例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步
字符，内同步方式，奇校验，则工作字是：00011100B=1CH。
MOV DX，309H ；8251命令口
MOV AL，1CH ；同步工作方式字
OUT DX，AL
2.工作命令字
a.作用：是确定8251A的实际操作，迫使8251A进行某种操作或
工作状态，以便接收或发送数据。
S1 S0 EP PEN L1 L0 B1 B0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
停止位 奇偶校验 字符长度 波特因子
（同步） （异步）
×0=内同步 00=不用
×1=外同步 01=1位
0×=双同步 10=位
1×=单同步 11=2位
×0=无校验
01=奇校验
11=偶校验
00=5位
01=6位
10=7位
11=8位
00=同步
01=×1 异步
10=×16 －
11=×64 －
S1 S0 EP PEN L1 L0 B1 B0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
停止位 奇偶校验 字符长度 波特因子
（同步） （异步）
×0=内同步 00=不用
×1=外同步 01=1位
0×=双同步 10=位
1×=单同步 11=2位
×0=无校验
01=奇校验
11=偶校验
00=5位
01=6位
10=7位
11=8位
00=同步
01=×1 异步
10=×16 －
11=×64 －
33
b.格式：
EH IR RTS ER SBRK RXE DIR TXEN
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
进入
搜索
方式
内部
复位
发送
请求
错误
标志
复位
发
中止
字符
接收
允许
数据
终端
准备好
发送
允许
D7=1
有效
D6=1
有效
D5=1
有效
D4=1
复位
ER
D3=1,发中止字符（空号）
=0，正常操作
D2=1,允许接收
=0，禁止接收
D0=1,允许发送
=0，禁止发送
D1=1,已准备好
=0，正常操作
例3：使8251内部复位，并且允许接收，
又允许发送，则程序段为： 34
MOV DX，309H ；8251命令口
MOV AL，01000000B ；置D6=1，使内部复位
OUT DX，AL
MOV AL，00000101B ；置D0=1，D2=1，允许接收和发送
3.状态字
a.作用：8251A执行命令进行数据传送后的状态字存放在状态寄
存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的
操作。
b.格式：
DSR SYNDET TE OE PE TXE RXRDY TXRDY
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
数传机
就绪
同步
检出
格
式
错
溢
出
错
奇
偶
错
发送器
空
接收
准备好
发送
准备好35
例4：若查询8251A接收器是否准备好，则用下列程序段：
MOV DX，309H ；状态口
IN AL，DX ；读状态字
AND AL，02H ；查D1=1？（RXRDY=1?）
JZ L ；未准备好，则等待
MOV DX，308H ；数据口
例5：检查出错信息，则用下列程序段
MOV DX，309H ；状态口
IN AL，DX
TEST AL，38H ；检查D5D4D3三位（FE，OE，PE）
JNZ ERROR ；若其中有一位为1，则出错
36
的方式字和命令的使用
（1）方式字：
约定双方通信的方式，数据格式，传送速率等参
数。
命令字：规定是发送数据，还是接收数据。
状态字：何时发/收、取决于状态字。
(2) 8251A的寻址
c/d接A1，对CPU始终是偶地址，始终使用低8位传
输数据，对8251，可以分奇地址和偶地址，偶地址传
输数据，奇地址传输方式字、命令字、状态字。
37
（3）8251A的初始化编程
异步方式下的初始化
8251A的初始化总是从设置方式指令开始，命令指令不能放
在方式指令之前。而方式指令必须紧跟在复位之后。如果在
使用过程中改变8251A的工作方式，也必须先用命令指令的
D6＝l使825lA复位。
同步方式下的初始化
初始化的流程是：程序往此端口输出的依次为方式字、同步
字符和控制字。
三、8251A应用举例
1.要求
在甲乙二台PC之间进行串行通信，甲发送乙接收，要求
把甲机上开发应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。
38
采用：
①起止式异步方式，
②字符长度为8位，
③ 2位停止位，
④波特率因子为64，无校验，
⑤波特率为4800，
⑥CPU与8251A之间用查询方式交换数据口地址分配是：309H为
状态命令/状态口，308H为数据口
2.分析
由于是近距离传输，可以不设MODEM，直接互连，同时，是
采用查询I/O方式，故收/发程序中只需检查发/收准备好的状
态是否置位，即可收发1个字节。
39
3.设计
1）硬件连接
DTE（Data Terminal Equipment）
根据以上分析把二台PC机都当作数据终端设备DTE，它们
之间只需TXD，RXD和GND三根线连接就能通信。
主要电路：
①8251串行口
②TTL/EIA变换器
③波特率发生器
④地址译码电路
2）软件编程
①发送程序：包括初始化，状态查询，I/O 40
Code SEGMENT
ASSUME CS：Code，DS：Code
TRA PROC FAR
START：MOV AX,CS
MOV DS,AX
MOV DX，309H ；命令口
MOV AL，00H ；空操作，向命令口送任意数
OUT DX，AL
MOV AL，40H ；内部复位（使D6=1）
OUT DX，AL
NOP
MOV AL，0CFH ；方式命令字（异小，2位停止位，
字符长度为8位，无校验，波特率因子为64个/位）
OUT DX，AL 41
MOV AL，37H ；工作命令字（RTS、ER、RXE、
DTR、TXEN均置1）
OUT DX，AL
MOV CX，2DH ；传送字节数
MOV SI，300H ；发送区首址
L1：MOV DX，309H ；状态口
IN AL，DX ；查状态位D0 （TXRDY）=1?
AND AL，01H
JZ L1
MOV DX，308H ；发送未准备好，则等待
MOV AL，[SI] ；数据口
OUT DX，AL
INC SI ；内存地址加1 42
DEC CX ；字节数减1
JNZ L1 ；未发送完，继续
MOV AX，4C00H ；已送完，回DOS
INT 21H
TRA ENDP
Code ENDS
END START
②接收程序（略）
43
本章结束，
谢谢合作！
44
