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1、微机原理与接口技术 第11章 串行接口技术 主编：周国运 机械工业出版社 2011.9 第11章 串行接口技术 本章内容 11.1 串行通信概述 11.2 串行接口芯片16550 11.3 串行接口应用举例 串行通信是微机中数据传送的一种重要 方式，大大降低了远距离通信的成本，它是 构成计算机网络的基础。 本章讲述串行通信的概念、串行通信基 本方式、RS-232串行通信标准、串行接口芯 片NS16550以及在微机中NS16550的实际应 用。 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 二、串行通信基本方式 三、RS-232串行通信标准 四、其他串行通信标准 1、通信方式 计算机与外界的信息
2、交换称为通信。基本的通 信方法有并行通信和串行通信两种。 （1）并行通信 单位信息（通常指一个字节）的各位数据同时传 送的通信方法称为并行通信。 （2）串行通信 单位信息的各位数据被分时一位一位依次顺序传 送的通信方式称为串行通信。 一、串行通信基本概念 11.1 串行通信概述 11.1 串行通信概述 2、数据传送方式 单工方式：一对传输线只允许单方向传送 数据； 半双工方式：一对传输线允许向两个方向 中的任一方向传送数据，但不能同时进行； 全双工方式：用两对传输线连接在发送器 和接收器上，发送和接收能同时进行。 一、串行通信基本概念 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 接 收 器
3、发 送 器 接 收 器 发送器 发送器 接 收 器 数据流 接 收 器 发送器 发送器 数据流 接 收 器 （a）单工方式（b）半双工方式（c）全双工方式 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 3、波特率和收/发时钟 （1）波特率 指在串行通信中，每秒传送的二进制位数(bps)。 （2）收发时钟 收发时钟的快慢直接影响通信设备发送/接收字 符数据的速度。 收发时钟频率与波特率的关系： 时钟频率=Factor收发波特率 其中Factor称为波特率因子，取1，16，64 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 4、信号调制解调 调制就是把数字信号变换成模拟信号表示的过 程，而解调则是
4、把模拟信号变换成数字信号表示的 过程。 计 算 机 Modem 调制 解调 模拟信号 数字信号数字信号 1 0 1 0 1 0 1 0 10101010 10101010 两线电话线 Modem 调制 解调 计 算 机 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 最基本的调制与解调的方法有以下几种： （1）调幅（AM）（2）调频（FM）（3）调相（PM ） 11.1 串行通信概述 一、串行通信基本概念 5、串行通信的错误校验 （）奇偶校验 在传送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1 或0）。奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的 个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与 校
5、验位“1”的个数之和应为偶数。 （）和校验 和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或 ），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据 块末尾。 （）循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验 位之间的循环校验。 11.1 串行通信概述 二、串行通信基本方式 1、异步通信 异步通信中，传送的数据可以是一个字符 代码或一个字节数据，数据以帧的形式一帧一 帧传送。 0/1 0/10/10/1 0/1100/10/1 0/1 0/10/1 0/1100/1 停 止 位 起 始 位8位数据 校 验 位 停 止 位 起 始 位 0/1 数据 第n个字符 第n+1个字符 11.1 串行通
6、信概述 二、串行通信基本方式 2、同步通信 在同步通信中，每一数据块发送开始时， 先发送一个或两个同步字符，使发送与接收 取得同步，然后再顺序发送数据。数据块的 各个字符间取消起始位和停止位，所以通信 速度得以提高 。 数据数据 同步字符1同步字符2 数据流 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 RS-232C标准（协议）是美国EIA与BELL等公司一 起开发的1969年公布的通信协议。 最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通 信设备DCE而制定的。但目前已广泛用于计算机与终 端或外设之间的近端连接。 对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气 特性都作了明确规定。
7、通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设 备，它作为一种标准，已在目前微机串行通信接口中 广泛采用。 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 1、电气特性 在TxD和RxD数据上采用负逻辑： 逻辑1（MARK）：用电平-3-15V表示。 逻辑0（SPACE）：用电平+3+15V表示。 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制 线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）：用电平 +3+15V表示。 信号无效（断开，OFF状态，负电压）：用电 平-3-15V表示。 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 2、机械特性 RS-232C连接器的机械形状有DB
8、-25，DB-15和DB- 9三种类型，其引脚的定义各不相同。 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 RS-232C标准接口主要引脚定义 插针序号信号名称功 能信号方向 1PGND保护接地 2（3）TxD发送数据（串行输出）DTEDCE 3（2）RxD接收数据（串行输入）DTEDCE 4（7）RTS请求发送DTEDCE 5（8）CTS允许发送DTEDCE 6（6）DSRDCE就绪（数据建立就绪）DTEDCE 7（5）SGND信号接地 8（1）DCD载波检测DTEDCE 20（4）DTRDTE就绪（数据终端准备就绪）DTEDCE 22（9）RI振铃提示DTEDCE 注：插针序号（
9、）内为9针非标准连接器的引脚号。 3、功能特性 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 4、通信线路的连接 （1）采用Modem和专用电话线通信时信号线的连接 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 4、通信线路的连接 （2）采用Modem和电话网通信时信号线的连接 11.1 串行通信概述 三、RS-232串行通信标准 4、通信线路的连接 （3）三线制通信连接 （4）零Modem方式的标准信号连接 计 算 机 或 终 端 2 3 4 5 7 6 20 计 算 机 或 终 端 2 3 4 5 7 6 20 2 22 20 8 7 6 5 4 3 TxD RxD RTS
10、 CTS DSR SG DCD DTR RI 2 22 20 8 7 6 5 4 3 TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR RI DTEDTE 11.1 串行通信概述 四、其他串行通信标准 1USB标准接口 传统的接口电路每增加一种设备，就需要为它 准备一种接口或插座，还要为它们准备各自的驱动 程序。这些接口、插座、驱动程序各不相同，给使 用和维护带来了困难。 由Intel等公司开发的USB（通用串行总线）采 用通用的连接器，采用热插拔技术以及相应的软件 ，使得外设的连接和使用大大地简化，受到了普遍 欢迎，目前已经成为流行的外设接口。 11.1 串行通信概述 四、其他串
11、行通信标准 USB接口的主要性能特点： 设备连接简便，具有即插即用和热插拔的能力。 具有适合传送多媒体数据的传输方式。 和很多传统接口一样，可由电缆给接入的设备提 供5V电源。 数据传输速率比普通标准串行口的要高得多。 两台设备之间的最大传输距离一般为45m。 最多可挂接127台USB设备。 11.1 串行通信概述 四、其他串行通信标准 2IEEE1394标准接口 IEEE1394是1995年批准和发布的一种最新的 高性能串行总线接口标准。 1998年，在Microsoft、Intel和Compaq等公司 制定的个人计算机规格PC98中，将具备IEEE1394接 口作为一项重要内容，目前正在P
12、C机中逐步推广普 及。 IEEE1394与USB有很多相似之处，一开始就 是针对高速I/O设备而提出的，其I/O速度是USB最高 速度的8倍。 11.1 串行通信概述 四、其他串行通信标准 IEEE1394的主要性能特点： 1）数据传输速率高 1394的数据传输率分为100Mbps、200Mbps 和400Mbps三档，远远高于EIDE和SCSI的最高数 据传输率。 2）数据传送实时性强 这对于多媒体数据传送特别重要，实时性可 保证图像和声音不会出现失真。 3）结构小巧，连接方便 1394使用6芯电缆，直径约为6mm，插座也小 。 11.2 串行接口芯片16550 一、16550的内部结构 二
13、、16550的引脚信号 三、16550的内部寄存器及初 始化编程 11.2 串行接口芯片16550 一、16550的内部结构 包括： 数据总线缓冲器 读/写控制逻辑 波特率发生器 收发模块 线路模块 Modem控制模块 中断模块 除法器模块 读/写 控制 逻辑 A0 A1 A2 CS 0 CS 1 CS 2 ADS MR RD RD WR WR DDIS TxRDY XIN XOUT RxRDY 数据总线 缓冲器 D0D7 内 部 数 据 总 线 接收缓冲 寄存器 接收器 FIFO 接收移位 寄存器 线路控制 寄存器 除数锁存器 低字节 除数锁存器 高字节 线路状态 寄存器 发送保持 寄存器
14、Moden 控制寄存器 Moden 状态寄存器 中断标识 寄存器 FIFO 控制寄存器 接收定时 控制 波特率 发生器 发送定时 控制 发送器 FIFO 发送移位 寄存器 Moden 控制逻辑 中断允许 寄存器 SIN RCLK BAUDOUT SOUT RTS CTS DTR DSR DCD RI OUT 1 OUT 2 INTR 中断允许 寄存器 S E L E C T S E L E C T 读/写 控制 逻辑 A0 A1 A2 CS0 CS1 CS2 ADS MR RD RD WR WR DDIS TxRDY XIN XOUT RxRDY 数据总线 缓冲器 D0D7 内 部 数 据 总
15、 线 接收缓冲 寄存器 接收器 FIFO 接收移位 寄存器 线路控制 寄存器 除数锁存器 低字节 除数锁存器 高字节 线路状态 寄存器 发送保持 寄存器 接收定时 控制 波特率 发生器 发送定时 控制 发送器 FIFO 发送移位 寄存器 SIN RCLK BAUDOUT SOUT S E L E C T S E L E C T 发送保持 寄存器 Moden 控制寄存器 Moden 状态寄存器 中断标识 寄存器 FIFO 控制寄存器 发送移位 寄存器 Moden 控制逻辑 中断允许 寄存器 SOUT RTS CTS DTR DSR DCD RI OUT1 OUT2 INTR 中断允许 寄存器 E
16、 L E C T 读/写 控制 逻辑 A0 A1 A2 CS0 CS1 CS2 ADS MR RD RD WR WR DDIS TxRDY XIN XOUT RxRDY 内 部 数 据 总 线 11.2 串行接口芯片16550 二、16550的引脚信号 D7D0：双向数据总线 CS2、CS1、CS0：片选输入信号 A2A0：端口选择信号 ADS：地址选通输入信号 TxRDY：发送器准备好信号 RxRDY：接收器准备好信号 WR/WR写控制信号 RD/RD：读控制信号 DDIS：驱动器禁止信号 MR：主复位信号 INTR：中断请求信号 XIN、XOUT：基准时钟信号输 入、输出引脚 11.2 串行接口芯片16550 二、16550的引脚信
