串行接口与通信

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1、1第一讲：第八章串行接口与通信回 顾：并行通信的特点及应用。本讲重点：串行接口与通信概述，串行通信接口，通信规程和通信标准讲授内容：8.1 串行接口与通信概述一并行通信与串行通信 数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种：并行通信：是指利用多条数据传输线将一个数据的各位同时传送。特点：是传输速度快，适用于短距离通信。串行通信：是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送。特点：是通信线路简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低成本，适用于远距离通信，但传输速度慢。二串行通信方式串行通信：分为同步通信(SYNC)与异步通信（ASYNC）两种方式。1异步通信及其协议异步通信 以一个字符为传输单

2、位 ，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。通信协议（通信规程）：是通信双方约定的一些规则。传送一个字符的信息格式：规定有起始位、数据位、奇偶校验位、停止位等，其中各位的意义如下： 起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。 数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是 4、5、6、7、8 等，构成一个字符。通常采用 ASCII 码。从最低位开始传送，靠时钟定位。2 奇偶校验位 ：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验 )，以此来校验数据传送的正确性。 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是

3、1 位、1.5 位、2 位的高电平。 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。波特率：是衡量数据传送速率的指标。表示每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为 120 字符/秒，而每一个字符为 10 位，则其传送的波特率为101201200 字符/秒1200 波特。注： 异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准。2同步串行通信及其规程同步通信 以一个帧为传输单位 ，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也

4、是固定的。同步通信的数据格式如图所示同步通信的规程有以下两种： 面向比特(bit)型规程：以二进制位作为信息单位。现代计算机网络大多采用此类规程。最典型的是 HDLC(高级数据链路控制 )通信规程。面向字符型规程：以字符作为信息单位。字符是 EBCD 码或 ASCII 码。最典型的是 IBM 公司的二进制同步控制规程(BSC 规程)。在这种控制规程下，发送端与接收端采用交互应答式进行通信。三数据传送方式 根据数据传送方向的不同有以下三种方式。如图 7-18 所示。（ a）单工方式 （b）半双工方式 （c）全双工方式 图 7-18 数据传送方式(1)单工方式3只允许数据按照一个固定的方向传送 ，

5、即一方只能作为发送站，另一方只能作为接收站。(2)半双工方式 数据能从 A 站传送到 B 站，也能从 B 站传送到 A 站，但是不能同时在两个方向上传送， 每次只能有一个站发送，另一个站接收 。通信双方可以轮流地进行发送和接收。(3)全双工方式允许通信双方同时进行发送和接收 。这时，A 站在发送的同时也可以接收，B 站亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条传输线。在计算机串行通讯中主要使用半双工和全双工方式 。四信号传输方式1基带传输方式 在传输线路上 直接传输不加调制的二进制信号 ，如图所示。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。基带传输方式仅适宜

6、于近距离和速度较低的通信。2频带传输方式传输经过调制的模拟信号在长距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，接收方则用解调器将接收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。实现调制和解调任务的装置称为调制解调器(MODEM)。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号(载波)上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线。常用的调制方式有三种：调幅、调频和调相， 分别如下图所示。4五串行接口标准 串行接口标准：指的是计算机或终端(数据终端设备 DTE)的串行接口电路与调制解调器 MODEM 等(数

7、据通信设备 DCE)之间的连接标准 。1RS-232C 标准RS-232C 是一种标准接口， D 型插座，采用 25 芯引脚或 9 芯引脚的连接器，如图 7-21 所示。微型计算机之间的串行通信就是按照 RS-232C 标准设计的接口电路实现的。如果使用一根电话线进行通信，那么计算机和 MODEM 之间的连线就是根据RS-232C 标准连接的。其连接及通信原理如图 7-22 所示5信号线RS-232C 标准规定接口有 25 根连线。只有以下 9 个信号经常使用.引脚和功能分别如下 ： TXD（第 2 脚）：发送数据线，输出。发送数据到 MODEM。RXD（第 3 脚）：接收数据线，输入。接收数

8、据到计算机或终端。 （第 4 脚）：请求发送，输出。计算机通过此引脚通知 MODEM，RTS要求发送数据。 （第 5 脚）：允许发送，输入。发出 作为对 的回答，计算机C CTSRS才可以进行发送数据。 （第 6 脚）：数据装置就绪(即 MODEM 准备好)，输入。表示调制DSR解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。CD （第 8 脚）：载波检测(接收线信号测定器)，输入。表示 MODEM 已与电话线路连接好。如果通信线路是交换电话的一部分，则至少还需如下两个信号：RI（第 22 脚）：振铃指示，输入。 MODEM 若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知

9、计算机或终端。 （第 20 脚）：数据终端就绪，输出。计算机收到 RI 信号以后，就DTR发出 信号到 MODEM 作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。GND （第 7 脚）：地逻辑电平RS-232C 标准采用 EIA 电平，规定：“1”的逻辑电平在-3V-15v 之间，“0”的逻辑电平在+3V+15V 之间。 由于 EIA 电平与 TTL 电平完全不同，必须进行相应的电平转换，MCl488 完成 TTL 电平到 EIA 电平的转换，MCl489 完成 EIA 电平到 ITL 电平的转换。除了 RS-232C 标准以外，还有一些其它的通用的串行接口标准，如：2RS-423A 总线6为了

10、克服 RS-232C 的缺点，提高传送速率，增加通信距离，又考虑到与 RS-232C 的兼容性，美国电子工业协会在 1987 年提出了 RS-423A 总线标准。该标准的主要优点是在 接收端采用了差分输入 。RS-423A 的接口电路如图 8-12 所示。而差分输入对共模干扰信号有较高的抑制作用，这样就提高了通信的可靠性。RS-423A 用-6v 表示逻辑“1” ，用+6v 表示逻辑“0” ，可以直接与 RS-232C 相接。采用 RS-423A 标准以获得比 RS-232C 更佳的通信效果。3RS-422A 总线RS-422A 总线采用 平衡输出的发送器，差分输入的接收器 。如图 8-13

11、所示。RS-422A 的输出信号线间的电压为2v，接收器的识别电压为0.2v。共模范围25v。在高速传送信号时，应该考虑到通信线路的阻抗匹配，一般在接收端加终端电阻以吸收掉反射波。电阻网络也应该是平衡的，如图 8-14 所示。4RS-485 总线RS-485 适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的，线路如图 8-15 所示。图 8-12 RS-423A 接口电路图 8-13 RS-422A 平衡输出差分输入图图 8-14 在接收端加终端电阻图7典型的 RS232 到 RS422/485 转换芯片有：MAX481/483/485/48

12、7/488/489/490/491，SN75175/176/184 等等，它们均只需单一+5v 电源供电即可工作。具体使用方法可查阅有关技术手册。习题与思考：1串行通信和并行通信有什么异同？它们各自的优缺点是什么？2. RS-232C 的最基本数据传送引脚是哪几根？3. 为什么要在 RS-232C 与 TTL 之间加电平转换器件。一般采用那些转换器件，请以图说明。4. 调制解调器的功能是什么？如何利用 Modem 的控制信号进行通信的联络控制？图 8-15 使用 RS-485 多个点之间共用一对线路过行总线方式联网8第二讲：8.2 可编程串行接口芯片 8251A回顾：串行通信方式，数据传送方式

13、，信号传输方式。可编程芯片的的特点。本讲重点：8251A 的基本性能，8251A 的内部结构，8251A 的引脚功能。讲授内容：8.2 可编程串行接口芯片 8251A一8251A 的基本性能8251A 是可编程的串行通信接口芯片，基本性能：1两种工作方式：同步方式，异步方式。同步方式下，波特率为 064K，异步方式下，波特率为 019.2K。2同步方式下的格式每个字符可以用 5、6、7 或 8 位来表示，并且内部能自动检测同步字符，从而实现同步。除此之外，8251A 也允许同步方式下增加奇 /偶校验位进行校验。3异步方式下的格式每个字符也可以用 5、6、7 或 8 位来表示，时钟频率为传输波特

14、率的 1、16或 64 倍，用 1 位作为奇/偶校验。1 个启动位。并能根据编程为每个数据增加 1个、15 个或 2 个停止位。可以检查假启动位，自动检测和处理终止字符。 4全双工的工作方式其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。5提供出错检测具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。二8251A 的内部结构 （如图所示）1发送器 发送器由 发送缓冲器 和 发送控制电路 两部分组成。采用异步方式，则由发送控制电路在其首尾加上起始位和停止位，然后从9起始位开始，经移位寄存器从数据输出线 TXD 逐位串行输出。8351 内部结构图采用同步方式，则在发送数据之前，发送器将自动送出 1 个或 2 个同步字符

15、，然后才逐位串行输出数据。如果 CPU 与 8251A 之间采用 中断方式交换信息，那么 TXRDY 可作为向CPU 发出的中断请求信号。当发送器中的 8 位数据串行发送完毕时，由发送控制电路向 CPU 发出 TXE 有效信号，表示发送器中移位寄存器已空。2接收器接收器由 接收缓冲器 和 接收控制电路 两部分组成。接收移位寄存器从 RXD 引腿上接收串行数据转换成并行数据后存入接收缓冲器。异步方式：在 RXD 线上检测低电平，将检测到的低电平作为起始位， 8251A 开始进行采样，完成字符装配，并进行奇偶校验和去掉停止位，变成了并行数据后，送到数据输入寄存器，同时发出 RXRDY 信号送 CP

16、U，表示已经收到一个可用的数据。同步方式：首先搜索同步字符。8251A 监测 RXD 线，每当 RXD 线上出现一个数据位时，接收下来并送入移位寄存器移位，与同步字符寄存器的内容进行比较，如果两者不相等，则接收下一位数据，并且重复上述比较过程。当两个寄存器的内容比较相等时，8251A 的 SYNDET 升为高电平，表示同步字符已经找到，同步已经实现。采用双同步方式，就要在测得输入移位寄存器的内容与第一个同步字符寄存器的内容相同后，再继续检测此后输入移位寄存器的内容是否与第二个同步10字符寄存器的内容相同。如果相同，则认为同步已经实现。在外同步情况下，同步输入端 SYNDET 加一个高电位来实现同步的