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1、第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,目的和要求： 1. 掌握串行通信的基本概念（串行通讯、并行通讯、异步传送、同步传送） 2. 掌握串行通信接口连接的几个标准 1）RS-232-C标准（管脚、连接方式 ） 2）RS-485 标准,8.1 串行通信基础,8.1.1项目1：两台微机之间进行通信,8.1.2 知识讲解,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,8.1串行通信基础,8.1.1项目1：两台微机之间进行通信,1项目要求与目的,（1）项目要求：利用“串口调试助手”软件，实现两台微机与微机之间进行通信。,（2）项目目的：,了解微机与微机之间的通信方法。 了解“串口调试助手”软件的使用
2、。 了解9针RS-232C接口的连线与制作方法。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,2项目电路连接与说明,（1）项目电路连接：如图8-3所示的粗线为需要接的连线，两台微机之间通过9针RS-232C接口相连。,（2）项目说明：本实验需要一根9针串口线将两台微机相连。首先用串口线把两台微机连接好，各自打开从网上下载的“串口调试助手”设置好串口，波特率双方设置一致（例如设置为1200），在一台微机发送区输入数据（16进制或十进制），效果如图8-1所示，就可在另一台微机的接收区看到相应的数据（16进制或十进制），效果如图8-2所示。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,图8-2串口调
3、试助手接收区看数据效果图,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,图8-1串口调试助手发送区看数据效果图,3项目电路原理框图,项目电路原理框图如图8-3所示。电路由两台微机之间和9针RS-232C接口连线等组成。,图8-3 电路原理框图,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,8.1.2 知识讲解,1.概述,通信是指计算机与外部设备之间或计算机与计算机之间的信息交换。通信的基本方式可以分为并行通信和串行通信两种。,并行通信是指数据的每位同时传输，如第5章所述的8255A与外设间的数据交换就是采用的并行通信方式。这种方式的数据传输速度快，但是在使用时所需要的通信线多，随着传输距离的增加，
4、通信成本增加，可靠性下降，因此并行通信适合短距离传输。 图11.1 表示的是一个字节(假定传送的内容是8 位二进制数10010011B)的数据进行并行通信，需要8 条数据线，D0D7 是同时传送的。,串行通信则是把需要传输的数据按照一定的数据格式一位一位的按顺序传输。串行通信的信号在一根信号线上传输。发送时，把每个数据中的各个二进制位一位一位地发送出去，发送一个字节后再发送下一个字节；接收时，从信号线上一位一位地接收，并把它们拼成一个字节传输给CPU进行处理. 图11.2 表示同样的数据进行串行通信，只需要一条数据线，数据依次传递，在最初传递的是D0 位，然后是D1 位，最后传递D7 位。 优
5、缺点：与并行通信相比串行通信有以下优点：线路结构简单、抗干扰能力强、传送距离远，但是它的传送速度比并行通信传送得慢。所以在计算机内部一般采用并行通信，计算机与外设之间、计算机与计算机之间一般采用串行通信。,串行通信只需一对传输线，并且可以利用现有的电话线作为传输介质，这样可以降低传输线的成本，特别是在远距离传输时，这一优点更为突出。但在进行串行通信时需要进行并-串和串-并之间的转换。主要应用于接口与外部设备、计算机与计算机之间，例如鼠标、键盘和接口。,2.串行通信传送方式（单工、半双工和全双工通信）,串行通信按照数据流的传送方式可以分为单工、半双工和全双工，如图8-4所示。,(1) 单工通信：
6、如图8-4(a)所示，在单工通信方式中，信号只能在单一通信信道上向同一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向（如电视信号）。,(2) 半双工通信：如图8-4(b)所示，在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替进行，同一个时刻只能向一个方向传送数据（如对讲机）。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,(3) 全双工通信：如图8-4(c)所示，在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送。在全双工通信方式中数据的接收与发送分别由两条不同的传输信道来完成。全双工通信信道也可以用于单工通信或半双工通信（如上网）。,图8-4 数据传输方式,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,3串
7、行通信方式,按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。,（1）同步通信,在数据块传输时为了提高传输速度，通常采用同步通信传输方式。同步通信不是用起始位来标识字符的开始，而是用一串特定的二进制序列，称为同步字符，去通知接收器串行数据第一位何时到达。串行数据信息以连续的形式发送，每个时钟周期发送一位数据。数据信息间不留空隙，数据信息后是两个错误校验字符。同步通信采用的同步字符的个数不同，存在着不同的格式结构，具有一个同步字符的数据格式称为单同步数据格式，有二个同步字符的数据格式称为双同步数据格式，如图8-5所示。在同步传输中，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。,第8
8、章 串行通信与可编程8251A接口芯片,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,(2)异步传送：在异步传送中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，它是以字符为单位一个个地发送和接收的。异步通信格式见下图，,0/1,0/1,0/1,0/1,MARK电平,SPACE电平,起始位,数据位,（58),奇偶校验位（可无）,1,1,0,停止位,（1，1 ，2),0,1,0,0,0,0,1,0,1,0,起始位,奇校验位,停止位,（1位),例如发送 C=1000011,b0,b6,b0,b6,先发送 低位数,1,奇校验位（当发送数据中1的个数为奇数个时，此为=0否则为1,例:异步传送下面
9、位流时表达的信息是什么?(奇校验),111110110000101010000011111111110001010101111,CAT,起始位,b0,b6,奇校验位,停止位,（1位),在异步传送中，CPU与外设之间事先必须约好两项事宜： 第一、字符格式。双方要约好字符的编码形式、奇偶校验形式以及起始位和停止位的规定。 第二、波特率(Baud rate)。波特率是衡量数据传送速率的指标（位/秒），它要求发送站和接收站都要以相同的数据传送速率工作。 假设数据传送的速率是240字符/秒，而一个字符假如为10位，则其传送的波特率为： 10位/字符*240字符/秒=2400位/秒=2400波特率,一般计
10、算机异步通信的波特率在50bps9600bps之间。,异步传输方式,起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位(D0)在前高位(D7)在后。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。, 停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。,例如用ASCII编码字
11、符位7位加一位奇偶校验位、一个起始位以及一个停止位共10位。如图8-7所示传输F字符的ASCII码1000110波形。,图8-7 传送F字符的帧格式,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,需要说明的是逻辑“0、1”通常有四种标准：TTL标准、RS-232C标准、20mA电流环标准和60电流环标准。,TTL标准：用+5V电平表示逻辑“1”；用0V电平表示逻辑“0”，这里采用的是正逻辑。,RS-232C标准：用-5V-15V之间的任意电平表示逻辑“1”；用+5V+15V之间的任意电平表示逻辑“0”，这里采用的是负逻辑。,20mA电流环标准：线路中存在20mA电流表示逻辑“1”，不存在20mA
12、电流表示逻辑“0”。,60电流环标准：线路中存在60mA电流表示逻辑“1”，不存在60mA电流表示逻辑“0”。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,5. 串行通信接口标准,在计算机系统中，常用的串行通信接口标准有：RS-232C、RS-449、RS-422A、RS-423A、RS-485、20mA电流环等总线接口标准。,（1）RS-232C总线,RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示Recommended Standard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。,RS-2
13、32C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15 m，传输速率最大为20 kb/s。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片, RS-232C信息格式标准,RS-232C采用串行格式，如图8-8所示。该标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。,图8-8 RS-232C信息格式标准,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,RS-232C机械特性,RS-232C标准规定使用符合ISO 2110标准的25芯D型
14、连接器，如图8-9（a）所示。RS-232C总线标准有25条信号线，其中： 4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线。目前大多数PC机的RS-232C接口不再使用25芯D型连接器，而配备有主要功能相同的9芯D型连接器，如图8-9（b）所示。,25芯D型连接器与9芯D型连接器的引脚对应如表8-1所示。,图8-9 RS-232C连接器示意图,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,表8-1 DB-25与DB-9引脚对应关系,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,尽管RS-232C使用20条信号线，在近距离通信时常常只需三条连接线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”，
15、发送方和接收方的“发送数据”、“接收数据”端交叉连接，传输线采用屏蔽双绞线即可实现，如图8-10所示；当使用RS-232C进行远距离传送数据时，就必须配合调制解调器（modem）和电话线进行通信，其连接及通信原理如图8-11所示。,图8-10 三线制连接原理图,图8-11 远距离串行通信原理图, RS-232C电气特性,由于RS-232C是在TTL集成电路之前制定的，所以它的电平不是+5V和地，RS-232C标准规定了数据和控制信号的电压范围，它使用负逻辑，将-5V-15V规定为逻辑“1”，+5V+15V规定为逻辑“0”。, RS-232C电平转换电路,RS-232C电平与通常的TTL电平不兼
16、容，所以两者之间必须加电平转换电路。常用的电平转换芯片有MC1488/MC1489和MAX232。MC1488/MC1489工作电压需要15V，而MAX232工作电压只需要5V就可以。,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,符合所有的RS-232C技术规范。 只要单一 +5V电源供电 。 具有升压、电压极性反转能力，能够产生 +10V 和 -10V电压V+、V- 。 低功耗，典型供电电流5mA。 内部集成2个RS-232C驱动器。 内部集成2个RS-232C接收器。,MAX232是单电源双RS-232C发送/接收芯片，如图8-12所示。芯片引脚如图8-12（a）所示，采用16脚双列直插式封装，采用单一+5V电源供电。外接只需4个电容，便可以构成标准的RS-232C通信接口，如图8-12（b）所示，由于硬件电路简单，所以被广泛采用。MAX232主要特性如下：,第8章 串行通信与可编程8251A接口芯片,图8-12
