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1、1,第9章 微机接口技术（2）,串行通信接口,苏 放 frossesu 北京邮电大学 信息与通信工程学院,2,一、 串行传送的基本概念,3,串行通信概述,一、 串行通信 串行通信的特点：传送线省，成本低，传送时间长 串行传送适用于长距离通信系统。,4,串行通信方式：由于串行通信信息在一个方向上传输只占用一根传输线，而这根线上既传送数据，又传送联络信号，为此为区分这根线传送的信息流中，哪一部分是联络信号，哪一部分是数据，就必须引出串行通信的一系列约定。 在串行通信中有异步通信和同步通信两种基本串行通信方式。,5,异步通信,异步通信ASYNC(Asynchronoue Data Co
2、mmunication)以字符为单位进行传输，即异步传输方式，是非同步传输方式。其通信协议是起止式异步通信协议。 异步通信的信息格式由起始位、数据位、校验位、停止位与不固定的空闲位五个部分组成。 起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平 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 校验位校验是否传送正确；可选奇检验、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,6,波特率与发送/接收时钟,波特率：单位时间内传送的二进制信号数 16倍波特率收/发时钟的采样过程,波特率决定数据
3、收发的时钟： 时钟频率N 波特率 波特率系数N1/16/32/64,7,同步通信方式,以一个固定长度的字符组成的数据块（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。 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂。 串行同步通信主要应用在网络当中。最常使用高级数据链路控制协议HDLC。,同步字符,较验字符,8,同步通信传输步骤, 传输开始，接受设备不停检测传输线测试同步字符是否到来。 收到同步字符（约定好的）之后，收方开始接受数据。 接受 ：N个字符数据 + 校验字符。 处理：组合出N个数据字节，查奇偶无错，结束一帧数据传输。 开始检测同步字符，准备接受下一
4、帧数据。 注：发送与接受每位都保持完全一致，由时钟信号统一。,9,典型代表为IBM的二进制同步通信协议 所有信息都是由字符组成，即只传送字符的ASCII码。 为了区别数据信息和控制信息定义了10个特殊字符为控制字符。这些字符在ASCII码中本来就是控制字符（0列或1列）。 但如果数据信息的代码和控制字符相同，两者就不能区分。为此引入“转义字符”DEL（编码为00100000）。当数据代码和控制字符相同时，前面加上转义字符DEL。,面向字符的同步协议,10,典型代表为同步数据链路控制规程SDLC 靠约定的位组合来传输信息，包括数据信息和控制信息。控制信息的位的组合需要专门定义。 只
5、有一个规定的控制标志，即开始和结束标志01111110。没有定义其他的专用控制字符或控制标志。 传输这只要区分作为标志的01111110和作为数据信息的01111110。为此采用对数据信息中出现连续5个1就加一个0的方法来加以区别。接收时再自动去处这个添加的0。,面向比特（位）的同步协议,11,面向比特（位）的同步协议,地址场规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若干命令。 信息场：数据。,12,数据传送的三种模式,1、全双工模式： 数据发送和接受由两根不同的传输线传送，通信双方在同一时刻进行发送和接受 2、半双工模式 数据的发送和接受由一根传输线传送，通信双方不能同时收发 3、单工模式 数据
6、发送和接受在单一方向上传送,13,串行输入/输出的软件实现,1、 软件实现 串行数据转换成并行数据或反之，完全可由CPU通过软件来实现，外部只要增加简单的电平转换电路即可。 TTYOUT：MOV CL，0BH ；输出位数10位 MOV AL，DL ； OR AL，AL ；CF=0 RCL AL，1 ；CF送D0，起始位 MORE： OUT 02H，AL ； CALL DELAY ；与波特率相配合 RCR AL，1 ；带CF右移 STC ；CF=1，停止位 DEC CL JNE MORE RET,14,信号的调制与解调,15,二、串行
7、通信接口标准,16,串行接口标准,RS-232C接口标准 RS-422接口标准 RS-485接口标准,17,除了数据链路层协议外，串行通信时还要有物理层的协议，即物理接口标准，主要规定： 机械连接标准 电气特性的标准 信号及其功能定义 传输过程的规定,串行接口标准,18,电气特性 数据信号： 逻辑1（传号）：-5V -15V 逻辑0（空号）：+5V +15V 联络信号（RTS、DSR、DTR、DCD等）： 信号有效（ON状态）：+5V +15V 信号无效（OFF）：-5V -15V,RS232接口标准,19,串行口输出时要加电平转换：,RS232接口标准,20,机械特性 最大物理距离为15米（
8、50英尺） 通信速度低于20Kbit/s 可用DB-25连接器或DB-9连接器 注： DB-25连接器中实际也只有9条RS232信号线，另外还有4条电流环接口的4个电流信号。 注：码元失真4%（实际可以允许更大失真，距离可以增大）,RS232接口标准,21,机械特性:25针和9针连接器,RS232接口标准,22,接口信号： TxD：发送数据 RxD：接收数据 DSR：数据装置（DCE）准备好 DTR：数据终端（DTE）准备好 RTS：请求发送
9、 CTS：允许发送 DCD：数据载波检出 RI：振铃指示 GND：地线,RS232接口标准,23,零MODEM方式的标准信号连接,RS232接口标准,24,采用MODEM时的信号线连接,RS232接口标准,25,三、可编程串行接口芯片8251A,26,串行接口原理 以异步收发器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ）为例。,27,28,一、组成 由三部分组成： “接收器”用来把串行码
10、转换为并行码； “发送器”用来把并行码转换为串行码； “控制器”用来接收CPU的控制信号，执行CPU所要求的操作，并输出状态信息和控制信息。 二、功能 UART的功能是接收异步串行输入码并将其转换为CPU所需要的并行码，并将CPU内部的并行码转换为串行码输出。,29,UART是用外部时钟来和接收的数据进行同步的。外部时钟的周期Tc和每个数据位的周期Td有以下关系： Tc=Td/K K=16或64（K为波特率因子） 外部时钟和接收数据的同步如图所示：,30,31,为了检测长距离传送中可能发生的错误，通常增加一个奇偶校验位。 发送时，自动在奇偶校验位上添上“1”或“0”； 接收时，UART检查字符
11、的每一位以及奇偶校验位的“1”的个数，以确定是否发生传送错误。,32,33,UART中还设立了各种出错标志： 1.奇偶错误（Parity error）：在接收时。UART检查接受到的每一个字符的“1”的个数，若不符合要求，则置这个标志，发出奇偶校验出错信息。 2.帧错误（Frame error）：若接受的字格式不符合规定(例如缺少停止位等)，则置位帧出错标志，发出帧错误信息。 3.溢出（丢失）错误（Overrun error）,34,可编程通信接口8251A（USART） Intel 8251A USART是通用同步/异步接收发送器。 一、8251A的基本性能 （1）可用于同步和异步传送。 （
12、2）波特率：DC-19.2K（异步）；DC-64K（同步）。 （3）完全双工、双缓冲器发送器接收器。 （4）误差检测。,35,8251A的结构图与引脚图,36,二、8251A的结构与引脚功能 包括8251A同CPU的接口部分数据总线缓冲器和读写控制逻辑；发送器和接收器及其控制电路。 产生RS-232C有关信号的MODEM控制电路。 1. 同CPU的连接信号 （1）RESET （2）CLK （3） ， （4）C / （5） （6）D0 D7,37,2. MODEM控制信号 与MODEM相连的控制信号： （1） &n
13、bsp;（Data Terminal Ready） 数据终端准备好（输出，低电平有效） （2） （Data Set Ready） 数据装置准备好（输入，低电平有效） （3） （Request To Send） 请求发送（输出，低电平有效） （4） （Clear To Send） 清除发送信号（输入，低电平有效）,38,3.发送器有关信号 （1）TXD：发送数据 （2）TXRDY：发送器准备好信号 （3）TXE：发送缓冲器（串/并转换器）空标志 （4） ：输入控制发送器数据速率的时钟 4.接收器有关信号
14、（1）RXD：接收数据 （2）RXRDY：接收器准备好标志 （3） ：接收时钟 （4）SYNDET/BRKDET：同步和间断检测,39,三 8251A的控制字 1. 方式寄存器 方式寄存器是8251A在初始化时，用来写入方式选择字用的。方式选择有两种：同步方式和异步方式。方式寄存器有8位，最低2位全为0时表示是同步方式，最低2位不全为0时表示是异步方式。具体格式： 1) 8251A工作在同步方式下 当825lA工作在同步方式下时，方式寄存器的格式如下图所示。,40,图 8251A同步方式下方式寄存器的格式,41,例如，要求825lA作为外同步通
15、信接口，数据位8位，两个同步字符，偶校验，其方式选择字应：,7CH(01111100B7CH)。,42,2) 8251A工作在异步方式下 当8251A工作在异步方式下时，方式寄存器的格式如下图 所示。,图 8251A异步方式下方式寄存器的格式,43,例如，要求8251A芯片作为异步通信，波特率为64，字符长度8位，奇校验，2个停止位的方式选择字应为十六进制的,DFH(1101111lBDFH)。,44,2. 控制寄存器,对8251A进行初始化时，按上面的方法写入了方式选择字后，接着要写入的是命令字，由命令字来规定8251A的工作状态，才能启动串行通信开始工作或置位。,45,注意：
16、调制解调器控制电路的有效电平不是由8251A内部产生，而是通过对控制字的编程来设置，这样可便于CPU与外设直接联系。,46,当对8251A初始化时，使用同一个奇地址，先写入方式选择字，接着写入同步字符(异步方式时不写入同步字符)，最后写入的才是控制字，这个顺序不能改变，否则将出错。 但是，当初始化以后，如果再通过这个奇地址写入的字，都将进入控制寄存器，因此控制字可以随时写入。 如果要重新设置工作方式，写入方式选择字，必须先要将控制寄存器的D6位置1，也就是说内部复位的命令字为40H才能使8251A返回到初始化前的状态。当然，用外部的复位命令RESET，也可使825lA复位，而在正常的传输过程中
17、D6=0。,47,3. 状态寄存器 状态寄存器是反映8251A内部工作状态的寄存器，只能读出，不能写入。CPU可用IN指令来读取状态寄存器的内容。,48,8251A的初始化和操作流程如右图所示。 8251A在设置方式指令字后，或在同步方式中又设置了同步字符后，任何时候都可以写入命令指令，命令指令是芯片进行操作，或改变操作时必须写入的内容。而每次写入命令指令后，8251A都要检查IR位是否有内部复位，如有复位，8251A应重新设置方式指令。,49,8251A应用举例,用8251A作为串行通信接口，实现两台微机之间的串行通信。 要求：采用异步方式，字符长度为7位，采用奇校验，1位停止位。 波特率为2400b/s，波特率因子为16。 CPU采用查询方式和8251A进行数据传送。假设8251A对应的端口地址为388H、389H
