串列輸入輸出接口

串列輸入輸出接口是指實現串列通信的接口電路。串列通信接口與外部設備之間的數據傳輸是串列的，而串列通信接口與系統匯流排之間的數據傳送總是並行的。數據以串列（逐位進行傳送）的方式傳送的接口叫串列接口。串列接口是廣泛套用於微型計算機系統的一種通用接口。串列接口用於連線慢速的外圍設備到計算機的匯流排上，其設備的一端按位串列傳送，計算機一端並行傳送。

基本介紹

• 中文名：串列輸入輸出接口
• 外文名：Serial input/output interface
• 領域：計算機學科
• 作用：實現串列通信
• 特點：傳輸率低，抗干擾能力強
• 所屬類型：外設接口

串列通信的基本內容

1.基本概念

串列通信是首先數據分解成二進制位，然後用一條信號線，按位順序分時傳送的方式。串列通信和並行通信是兩種基本的數據通信方式．與並行通信相比，串列通信所用的通信線路少，所以在遠距離通信時可以極大的降低通信線路成本，從抗干擾能力上看，串列通信的信號線間的互相干擾比並行通信少得多；在短距離內，雖然並行接口的數據傳輸率比串列接口的傳輸率高很多，但由於串列通信的通信時鐘頻率比並行通信容易提高，而且接口筒單，抗干擾能力強，因此很多高速外部設備(如數位相機、移動硬碟等)，往往使用串列通信方式與計算機通信。

2.數據傳輸方式

在串列通信中，按照數據流的方向可以分為三種基本傳輸方式(線路利用方式)：單工，半雙工和全雙工。

(1)單工通信；這種方式下任何時刻數據月按照一個方向傳輸流動。所示，A只作為數據傳送器，B只作為數據接收器，不能反向傳輸。

(2)半雙工通信：這種方式允許兩個方向傳輸數據，但不能同時傳輸，只能交替進行，A傳送B接收或B傳送A接收，所示。一般不工作時，兩個設備均處於接收狀態。在這種方式下，必須對兩端設備進行控制，以確定數據的流向。

(3)全雙工通信：這種方式允許兩個方向同時進行傳輸數據，A傳送B接收的同時可A接收B傳送，如圖1所示。

圖1 串列通信的傳送方式

串列輸入輸出接口的典型結構

如圖2是串列輸入輸出接口的典型結構，從圖2可以看出，串列接口內部包括4個主要暫存器，即數據輸入暫存器、數據輸出暫存器、控制暫存器及狀態暫存器，各部分的作用如下：

圖2 串列輸入輸出接口的典型結構

(1)數據匯流排收發器是雙向、並行的數據通道，負責完成CPU與串列接口之間信息傳送。

(2)控制信號邏輯完成CPU與串列接口之間控制信息的聯繫。

(3)聯絡信號是串列接口與外設之間進行數據傳送時所必須的各種控制信息。

(4)串入/並出和併入/串出是串列接口與外設之間進行數據傳送的通道，用來完成“並行”和“串列”兩種數據的相互轉換。

(5)傳送時鐘和接收時鐘是串列通信中傳送數據必須的時鐘脈衝信號。

(6)狀態暫存器中的各位用來指示傳送過程中的某一種錯誤或者當前的傳輸狀態。

(7)控制暫存器接收來自CPU各種控制信息。這些信息是由CPU在執行初始化程式時送入的，其中包括傳輸方式、工作要求等。

(8)數據輸入暫存器與串入/並出移位暫存器相連線。串入/並出移位暫存器每次接收一位外部輸入的數據同時把暫存器內容向右移動一位，當所接收的位數據填滿串入/並出移位暫存器後，將全部的位數據組成的一個完整的並行數據送入數據輸入暫存器暫存，完成一次串到並的轉換。CPU可以通過執行輸入指令讀取DIR的數據從而完成一個數據的串列輸入過程。

(9)數據輸出暫存器是CPU執行輸出指令將要輸出的數據寫入的暫存器。這個暫存器的數據被送往併入/串出移位暫存器，然後將並行數據逐位右移輸出，當全部的內容輸出後，再接收下一個並行數據進行新的輸出。

(10) 和 分別是晶片選擇信號和連線埠選擇信號。CPU通過I/O指令訪問串列接口時，由地址解碼電路產生對該接口的選擇信號 ，並通過 選擇接口內部的不同連線埠。

上面各個部分除了地址解碼外，均可集成在一個晶片內。

串列接口的功能

串列接口有4種工作方式，如右表所示。方式0並不用於通信，而是通過外接移位暫存器晶片實現擴展並行I/O接口的功能。該方式又稱移位暫存器方式。方式1，方式2，方式3都是異步通信方式。方式1是8位異步通信接口，一幀信息由10位組成。方式1用於雙機串列通信。方式2，方式3都是9位異步通信接口，一幀信息中包括9位數據，1位起始位，1位停止位。方式2，方式3的區別在於波特率不同，方式2，方式3主要用於多機通信，也可用於雙機通信。

串列接口的工作方式