接口_第8章 串行通信接口

《接口_第8章 串行通信接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《接口_第8章 串行通信接口（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第8章 串行通信接口 8.1 串行通信的基本概念 1、串行通信的基本特点 按位串行的传输，该线既作数据线又作联络线； 数据传输的格式有固定要求，分为异步和同步； 串行通信往往需要进行逻辑关系和电平的转换； 要求双方约定传输的波特率； 串行通信易受干扰； 串行通信用于长距离。 2、串行通信传输的工作方式 串行通信中，数据通常是在二个站（点对点） 之间进行传送，按照数据流的方向可分成两种传送 模式：全双工和半双工。 l 全双工(Full Duplex） 数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同 的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双 方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这种传送 方式称为全双

2、工制。 特点：每一端都有发送器和接收器 有二条传送线 应用：交互式应用，远程监测控制 发送器 接收器 接收器 发送器 A站B站 图8.1 全双工方式示意图 l 半双工（Half Duplex） 使用同一根传输线，既可发送数据又可接收 数据，但不能同时收发数据，这样的传送方式就 是半双工（Half Duplex）制，如下图所示。 发送器 接收器 发送器 接收器 A站B站 图8.2 半双工方式示意图 特点：每端需有一个收/发切换电子开关 因有切换，会产生时间延迟 应用：打印机串口，单向传送设备。 3、串行通信的差错检测 在串行数据传输过程中，由干扰引起误码是难免 的，这直接影响通信系统的可靠性，对

3、通信中的 检/纠错能力是衡量一个通信系统的重要内容。 误码率控制 误码率是指：经数据传输后发生错误的位数与总 传输位数之比，一般要控制在10-6数量级。 检纠错编码的使用 包括：检错：发现传输中的错误，称为检错。 纠错：发现并消除传输中的错误，称为纠错 。 错误状态的分析与处理 l奇偶校验错 l溢出错 l帧格式错 l超时错 错误检测只在接收方进行 4、串行通信的同步方式 在串行通信中，根据对数据流的分界、定时及 同步方法不同，可分为异步串行通信方式和同步串 行通信方式。 异步通信方式：以字符为单位传送。 即：传送同一字符的每一位时是同步的， 而字符与字符之间是异步的。 同步通信方式：以数据块为

4、信息单位传送。 即：字符内部位与位之间传送是同步 的，字符与字符之间传送也是同步的。 5、串行通信中的调制和解调 l为什么串行通信中的信号需要调制与解调 计算机的通信是要求传送数字信号，而在进 行远程数据通信时，线路往往是借用现有的公用电 话网；但是公用电话网是为音频模拟信号而设计的 ，线路的频带约为3003400Hz，不适合于数据信 号的传输。因此需要对二进制信号进行调制，以适 合在电话网上传输相应的音频信号，在接收时需要 进行解调，还原成数字信号。 计算机MODEMMODEM 模拟信号数字信号数字信号 CRT 1 0 1 0 10 10 10 10 图8.3 调制电话线 l 调制解调器 发

5、送采用调制器（Modulator）把数字信 号转换为模拟信号，送到通信线路上。 接收器再通过解调器（Demodulator）把 模拟信号转换为数字信号。 调制器的类型：调幅、调频和调相 1）幅移键控（ASK） 2）频移键控（FSK） 3）相移键控（PSK） 调幅AM 调频FM 调相PM 1 000 11 0 1 +180 -180 ASK FSK PSK 8.2 串行通信中的传输速率控制 1、波特率 每秒钟传送的二进制位的数目。 用波特率表示：即1波特=bit/s （位/秒） 常用的标准波特率：4.8K，9.6K，19.2K等。 2、波特率的发送和接收时钟 用于对发/收双方之间的数据传输进行同

6、步控 制，对数字波形的每一位进行移位操作。在异步 通信中，为提高抗干扰性，接收器采用比波特率 更高频率的时钟来提高定位采样的分辩率。 在异步通信中，为提高抗干扰性，接收器采用比波 特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辩率。 图8.5 16倍波特率时钟的作用 3、波特率因子 是发送/接收1位数据所需要的时钟脉冲个数， 其单位是个/位。若传送一位数据需要16个时钟， 则波特因子为16个/位。 发/收时钟脉冲与波特率之间的关系是： TXC = Baud * Factor 例如：要求传送速率为1200 Baud，则 当Factor=1时， 发/收时钟=1200*1=1.2kHz； 当Factor=16

7、时，发/收时钟=1200*16=19.2kHz； 当Factor=64时，发/收时钟=1200*64=76.8kHz； 8.3 串行通信中的数据格式 1、起止式异步通信数据格式 l格式 每个字符总是以起始位（“0”）开始，以停止位 （“1”）结束，数据位可以是5-8位。 字符之间没有时间间隔要求。 字符后是一位校验位（可有可无）。 l特点 字符出现在数据流的时间是随机的。 图8.6 起止式异步通信数据格式 l 起/止位的作用 告诉接收方，一帧数据的开始与结束。 2、面向字符的同步通信格式 1.功能： 一次传送若干个字符组成的数据块。并规定 了10个特殊字符作为这个数据块的开头标志、结 束标志以

8、及整个传输过程的控制信息。 2.数据格式（一帧）： 8.4 串行通信接口标准 1、RS-232接口标准 RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与 BELL等公司一起开发的，1969年公布的通信协议 ，适合的数传率：020Kbps。 l电气特性 RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线 的功能都作了规定。逻辑： “1”=-5V-15V； “0”=+5V+15V 与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器 进行转换。 l EIA与TTL之间的转换 采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性 能。可用MAX232完成EIA与TTL间的电平转换。 l 机械特性 连接器（Conn

9、ector） 常用二种： (1) DB-25型； (2) DB-9型 电缆长度 RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速 率20Kbps。 l信号线的定义 25线：数据线4条（2，3，14，16）； 控制线11条（4，5，6，8，12，13， 19，20，22，23）； 定时信号线3条（15，17，24）； 地线2条（1，7）； 备用5条（9，10，11，18，25）； 未定义。 l 信号线的使用 近距离连接（15m） （1）需用MODEM和专用电话线 （2）需用29条信号线（在接口与MODEM之间） 计 算 机 接 口 调 制 解 调 器 DCD RXD TXD RTS CTS SG

10、 DSR 调 制 解 调 器 DCD RXD TXD RTS CTS SG DSR 终 端 专用电话线 2 2 采用MODEM时RS-232信号线的使用 2、RS-485接口标准 l特点： （1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输， 大大提高了抗共模干扰的能力。 两条传输线的电位差决定逻辑电平： AA- BB +200mV，表示“1” （2）传输速率 9.6Kbps（15K时） 100Kbps（1200m时） （3）允许在电路中由一个发送器驱动多个接收器， 多达32个收/发器。 发送端 （驱动器） 接收端 （接收器） 输入输出输入输出 (DI)Y(A)Z(B)A-B（RO） 1 0 1

11、 0 0 1 +0.2V -0.2V 1 0 MAX485/MAX491对信号的逻辑定义 DI RO RE DE B GND A 1 2 3 4 5 6 7 8 Vcc MAX485/MAX491引脚 信号的逻辑定义 l 平衡发送器/差动接收器的作用 l RS485接口标准在多点对多点通信中的应用 8.5 串行通信接口电路 1、串口通信接口的基本任务 （1）实现数据格式化； （2）进行串-并转换； （3）进行错误检验； （4）提供符合接口标准的信号线； （5）进行逻辑关系和逻辑电平转换； （6）进行数据传输率控制。 2、串口通信电路的组成 一般有串行接口芯片，波特率发生器，电 平转换器和地址译

12、码器组成。 8.6 基于8251A用户扩展串行通信接口 1、8251A的外部特性 功能：异步起止协议 同步面向字符协议 2、8251A内部寄存器及编程命令 组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线缓 冲器。 发送器： 首先把待发送的并行数据转换成为所需要 的帧格式并加上校验位，然后在发送时钟TXC的 控制下，由引脚TXD逐位串行发送出去。 TXRDY（Transmitter Ready）：发送器 准备好，状态线，高电平有效； TXEMPTY（Transmitter Empty）：发送 器空，状态线，高电平有效； TXD：发送数据线； TXC：发送器输入时钟。 接收器： 在时钟RXC

13、作用下，接收RXD引脚上的帧格式 化串行数据，并把它转换成并行数据。同时进行 校验，若发现错误，则在状态寄存器中保存错误 状态，以便CPU查询和处理。 RXD：接收数据线； RXRDY：接收器准备好； SYNDET/BD：同步字符检出信号； RXC：接收器输入时钟。 CSC/DRDWR 功 能 0001CPU从8251A读数据 0101CUP从8251A读状态 0010CUP写数据到8251A 0110CPU写命令到8251A 1XXXUSART总线浮空 数据总线缓冲器 三态双向，它含有数据缓冲器和命令缓冲器。是 CPU与8251A交换数据、发布命令和读取状态的通道。 读写控制 调制解调器控制

14、（与MODEM的接口信号） DTR：数据终端准备好； RTS：请求发送； DSR：数据设备准备好； CTS：清发送。 l 方式命令 a.作用：约定双方的通信方式，数据格式，传送 速率。 b.格式： 例1：在异步通信中，采用8位数据位，1位起始 位，2位停止位，奇校验，波特率因数是16，则 方式字是：11011110B=0DEH MOV DX，309H ；8251命令口 MOV AL，0DEH ；异步工作方式字 OUT DX，AL 例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度 8位，双同步字符，内同步方式，奇校验，则方 式字是：00011100B=1CH。 MOV DX，309H ；8251命令口

15、 MOV AL，1CH ；同步工作方式字 OUT DX，AL l 工作命令 a.作用：确定8251A的实际操作，使8251A进入 某种工作状态，以便接收或发送数据。 b.格式： 例3：使8251内部复位，并且允许接收，又允许发 送，则程序段为： MOV DX，309H ；8251命令口 MOV AL，01000000B ；置D6=1，使 ; 内部复位 OUT DX，AL MOV AL，00000101B ；置D2=1，D0=1 ；允许接收和发送 OUT DX，AL l 状态字 a.作用：8251A执行命令进行数据传送后的状态字 存放在状态寄存器中，CPU通过读出状态字进行分 析和判断，以决定下

16、一步的操作。 b.格式： 例4：若查询8251A接收器是否准备好，即查TXRDY=1？则用 下列程序段： L：MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX ；读状态字 AND AL，01H ；查D1=1？（RXRDY=1?） JZ L ；未准备好，则等待 例5：检查出错信息，则用下列程序段 MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX TEST AL，38H ；检查D5D4D3三位（FE，OE，PE） JNZ ERROR ；若其中有一位为1，则出错 ERROR： l8251A的方式字和命令字的使用 （1）方式字、命令字和状态字间的关系 方式字：约定双方通信的方式，数据格式， 传送速率等参数。 命令字：控制是发送数据，还是接收数据。 状态字：何时发/收、取决于状态字。 （2）使用的顺序： 因方式字