串行通信概念与接口详解-优快云博客

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串口通讯的概念及接口电路

随着计算机系统的应用和微机网络的发展，通信功能越来越显的重要。这里所说的通信是只计算机与
外界的信息交换。因此，通信既包括计算机与外部设备之间，也包括计算机和计算机之间的信息交换。由
于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信
息传送，因此，特别适合于远距离传输。对于那些与计算机相距不远的人－机交换设备和串行存储的外部
设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等，采用串行方式交换数据也很普遍。在实时控制和管理方面，
采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中，各CPU之间的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微
机应用系统常用的接口。
许多外设和计算机按串行方式进行通信，这里所说的串行方式，是指外设与接口电路之间的信息传送
方式，实际上，CPU与接口之间仍按并行方式工作。
1 串行通信的概念

所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线,可能还需要控制线),数据
在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。如图1-1所示。这种
通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。
由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须
要有“接收移位寄存器”（串→并）和“发送移位寄存器”（并→串）。典型的串行接口的结构如1-2所
示。

在数据输入过程中，数据1位1位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”，当“接收移位寄存器”

中已接收完1个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。CPU从“数据输
入寄存器”中读取接收到的字符。（并行读取，即D7~D0同时被读至累加器中）。“接收移位寄存器”的
移位速度由“接收时钟”确定。
在数据输出过程中，CPU把要输出的字符（并行地）送入“数据输出寄存器”，“数据输出寄存器”
的内容传输到“发送移位寄存器”，然后由“发送移位寄存器”移位，把数据1位1位地送到外设。“发
送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。
接口中的“控制寄存器”用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息，这些控制信息决定接口的工作方
式。
“状态寄存器”的各位称为“状态位”，每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种
错误。例如，用状态寄存器的D5位为“1”表示“数据输出寄存器”空，用D0位表示“数据输入寄存器满”，

用D2位表示“奇偶检验错”等。

全双工和半双工方式

在串行通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照数据流的
方向Intel Mobile Pentium III-M(Tualatin)可分成三种基本的传送方式：全双工、半双工、
和单工。但单工目前已很少采用，下面仅介绍前两种方式。
1、全双工方式（full duplex）
当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时
刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制，如图 1 所示。在全双工方式下，通
信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双
工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间
延误的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送
器和接收器，同时，需要2根数据线传送数据信号。（可能还需要控制线和状态线，以及地
线）。
比如，计算机主机用串行接口连接显示终端，而显示终端带有键盘。这样，一方面键
盘上输入的字符送到主机内存；另一方面，主机内存的信息可以送到屏幕显示。通常，往键
盘上打入1个字符以后，先不显示，计算机主机收到字符后，立即回送到终端，然后终端再
把这个字符显示出来。这样，前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的，
即工作于全双工方式。

2、半双式方式（half duplex）
若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双
方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工制，如图 2 所示。采用半双工方式时，通
信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，
会产生时间延迟。收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。

当计算机主机用串行接口连接显示终端时，在半双工方式中，输入过程和输出过程使
用同一通路。有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作，这时，从键盘打入的字符在
发送到主机的同时就被送到终端上显示出来，而不是用回送的办法，所以避免了接收过程和
发送过程同时进行的情况。
目前多数终端和串行接口都为半双工方式提供了换向能力，也为全双工方式提供了两
条独立的引脚。在实际使用时，一般并不需要通信双方同时既发送又接收，像打印机这类的
单向传送设备，半双工甚至单工就能胜任，也无需倒向。