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1、1第九章 串行通信及接口电路第九章 串行通信及接口电路串行通信串行通信可编程异步通信接口可编程异步通信接口INS8250第一节 串行通信第一节 串行通信两种基本的通信方式：并行通信和串行通信两种基本的通信方式：并行通信和串行通信串行通信：串行通信：串行通讯是将传输数据的每个字符一位接一位地传送。 每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行通讯是将传输数据的每个字符一位接一位地传送。 每一位数据都占据一个固定的时间长度。“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方 式，“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方 式，CPU与接口之间仍按并行方式工作。与接口之间仍按并行方式工作。一、串行通信的类型一、
2、串行通信的类型类型：类型：同步通信同步通信、异步通信异步通信1、异步通信方式、异步通信方式 字符间异步，字符内部各位间同步。 传输一个字符时，以字符间异步，字符内部各位间同步。 传输一个字符时，以起始位起始位开始，然后传输字符本身 的各位，接着传输开始，然后传输字符本身 的各位，接着传输校验位校验位，最后以，最后以停止位停止位结束该字符的传 输。结束该字符的传 输。异步通信可以采用正逻辑或负逻辑异步通信可以采用正逻辑或负逻辑1）字符格式异步通信的字符格式：）字符格式异步通信的字符格式：起始位逻辑起始位逻辑01位 数据位逻辑位 数据位逻辑0或或15位、位、6位、位、7位、位、8位 校验位逻辑位
3、校验位逻辑0或或11位或无 停止位逻辑位或无 停止位逻辑11位、位、1.5位或位或2位 空闲位逻辑位 空闲位逻辑1任意数量任意数量P297 图图912）波特率）波特率 在串行通讯中，用来描述数据的传输速率。在串行通讯中，用来描述数据的传输速率。波特率：波特率：单位时间内传送二进制数据的位数（位单位时间内传送二进制数据的位数（位/秒，秒，bps ）。）。位周期：位周期：每个数据位的宽度，等于每个数据位的宽度，等于波特率的倒数。常用波特率：波特率的倒数。常用波特率：23) 接收接收/发送时钟发送时钟：发送时钟发送时钟：用来决定每一位对应的时间长度。用来决定每一位对应的时间长度。接收时钟：接收时钟：
4、用来测定每一位的时间长度。它们的时钟频率可以是位传输率的用来测定每一位的时间长度。它们的时钟频率可以是位传输率的16倍、倍、32倍或倍或64倍。 其倍数称为倍。 其倍数称为波特率因子。波特率因子。例：波特率例：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16，则 接收时钟和发送时钟频率，则 接收时钟和发送时钟频率=960016=153600Hz。设取波特率因子为。设取波特率因子为16，通信时，接收端在检测到电平 的下降沿后，就由接收时钟开始计数，当计到，通信时，接收端在检测到电平 的下降沿后，就由接收时钟开始计数，当计到8个时钟时， 对输入信号进行采样，如果仍为低电平，则确认是起始位个时钟
5、时， 对输入信号进行采样，如果仍为低电平，则确认是起始位 (不是干扰信号不是干扰信号)，此后，每隔，此后，每隔16个时钟脉冲对输入线进行 一次采样，直到各信息位及停止位都输入以后，采样才停 止，即一个字符传输完毕。当再检测到电平由高到低的跳 变时，接收端重新开始采样。个时钟脉冲对输入线进行 一次采样，直到各信息位及停止位都输入以后，采样才停 止，即一个字符传输完毕。当再检测到电平由高到低的跳 变时，接收端重新开始采样。2、同步通信方式、同步通信方式靠同步字符完成收发双方同步 多个字符组成信息组传送，在每组信息的开始，加 上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字 符构成一个信息帧靠同步字符完
6、成收发双方同步 多个字符组成信息组传送，在每组信息的开始，加 上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字 符构成一个信息帧同步字符 字符同步字符 字符1 字符字符2 字符字符n 校验字符校验字符数据块数据块同步通信控制规程：面向字符型和面向位型同步通信控制规程：面向字符型和面向位型1）面向字符型的数据格式）面向字符型的数据格式 特点： 三种同步通信数据格式：单同步、双同步和外同步 （特点： 三种同步通信数据格式：单同步、双同步和外同步 （P298 图图92）。）。2）面向位型的数据格式）面向位型的数据格式特点：特点：SDLC/HDLC（同步数据链路控制规程（同步数据链路控制规程/高级数据链路
7、 控制规程）：以一个标志字符开始，并且 以同一个字符结束（高级数据链路 控制规程）：以一个标志字符开始，并且 以同一个字符结束（01111110）。）。帧的概念：帧的概念：SDLC/HDLC的帧结构：的帧结构：P229 图图93标识场：标志字符。地址场：标识场：标志字符。地址场：规定与之通信的次站的地址。规定与之通信的次站的地址。SDLC：宽度：宽度8位；位； HDLC ： 任意。： 任意。控制场：控制场：规定命令。规定命令。SDLC：宽度：宽度8位；位； HDLC ： 8位或位或16位。位。信息场：信息场：要传送的数据。要传送的数据。帧校验场：帧校验场：SDLC/HDLC 均采用均采用16位
8、循环冗余校验码，其 生成多项 式：位循环冗余校验码，其 生成多项 式：X16+X12+X5+1所有场都是从最低有效位开始传送。所有场都是从最低有效位开始传送。“0”位的插入和删除：位的插入和删除： 由硬件自动完成由硬件自动完成例：例：P299注：注：1）在传输速率相同时，同步通信方式下的信息有效率 比异步方式的高。）在传输速率相同时，同步通信方式下的信息有效率 比异步方式的高。 2）同步方式要求进行信息传输的双方必须使用同一个 时钟进行协调。所以，在传输数据的同时，还必须 传输时钟信号。 异步方式，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率 不必完全一样，只要相近即可，即不超过一定的允 许范围。）同步
9、方式要求进行信息传输的双方必须使用同一个 时钟进行协调。所以，在传输数据的同时，还必须 传输时钟信号。 异步方式，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率 不必完全一样，只要相近即可，即不超过一定的允 许范围。3二、串行通信的数据传输方式二、串行通信的数据传输方式 1、单工、半双工和全双工方式、单工、半双工和全双工方式单工方式单工方式 只允许数据按照一个固定的方向传送。只允许数据按照一个固定的方向传送。半双工方式：半双工方式：全双工方式：全双工方式：2、信号的调制和解调、信号的调制和解调数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如 电话线频带范围仅数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如 电话线
10、频带范围仅3003400Hz所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要 在发送端用调制器（所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要 在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换 为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方， 接收方再以解调器（）把数字信号转换 为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方， 接收方再以解调器（Demodulator），把模拟信号 变为数字信号。大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中， 称为），把模拟信号 变为数字信号。大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中， 称为调制解调器调制解调器Modem通信中，通信中，Modem起着传输信号的作用，是一
11、种数 据通讯设备，简称起着传输信号的作用，是一种数 据通讯设备，简称DCE 接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。调制方法：调制方法：三、串行通信的实现方法三、串行通信的实现方法1、软件实现：、软件实现：P304 例例2、硬件实现、硬件实现四、串行通信的校验方法奇偶校验、循环冗余校验四、串行通信的校验方法奇偶校验、循环冗余校验1、奇偶校验在传送字符的各位之外，再传送、奇偶校验在传送字符的各位之外，再传送1位奇位奇/偶校验位。偶校验位。奇校验奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数
12、为奇数。的个数为奇数。偶校验偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中， 1的个数为偶数。主要用于对一个字符的传送过程进行校验。奇偶校验能够检测出的个数为偶数。主要用于对一个字符的传送过程进行校验。奇偶校验能够检测出1位误码，但不能纠错。奇偶校验位的产生和检验，可用软件或硬件实现。位误码，但不能纠错。奇偶校验位的产生和检验，可用软件或硬件实现。2、循环冗余校验、循环冗余校验CRC对一个数据块进行校验，主要用于同步方式或对一个数据块进行校验，主要用于同步方式或SDLC方式。方式。 1） CRC校验原理校验原理K位位r位位 r =(n-K)n
13、位循环码信息位校验位n 位循环码信息位校验位n位循环码格位循环码格4信息码多项式：信息码多项式：B（X），），Xr B（X）)()()()()( XGXRXQXGXBXr +=)()()()(XGXQXRXBXr=)()()()(XGXQXRXBXr=+同步串行通信中，常用的两种生成多项式：同步串行通信中，常用的两种生成多项式：CRC-16: X16+X15+X2+1 CCITT: X16+X12+X2+12）CRC校验的实现 软件、硬件校验的实现 软件、硬件五、异步串行通信的标准接口五、异步串行通信的标准接口1、RS-232C标准标准在串行通信中，在串行通信中，DTE和和DCE之间的连接要符
14、合接口标 准。 计算机通信中使用最普遍的是之间的连接要符合接口标 准。 计算机通信中使用最普遍的是EIA RS-232C标准（美 国电子工业协会标准（美 国电子工业协会EIA 颁布的标准） 。它对串行通信接口的 信号线及功能信号、逻辑电平、机械特性等都作了统一规 定。颁布的标准） 。它对串行通信接口的 信号线及功能信号、逻辑电平、机械特性等都作了统一规 定。PC机上的机上的COM1、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口，使用接口，使用9 针和针和25针连接器。针连接器。1）信号电平标准）信号电平标准 使用负逻辑定义信号逻辑电平： 逻辑使用负逻辑定义信号逻辑电平： 逻辑“1”电平：电平
15、：-5V -15V 逻辑逻辑“0”电平：电平：5V 15V。 与。 与TTL电平标准不兼容。 在发送端和接收端可用专门的电平转换器电路电平标准不兼容。 在发送端和接收端可用专门的电平转换器电路(如如 MC1488和和MC1489)进行二者电平的转换。串行接口芯片进行二者电平的转换。串行接口芯片8250、8251均使用均使用TTL电平，应使用电 平转换电路与电平，应使用电 平转换电路与RS-232C连接器连接。连接器连接。 MC1488：TTL电平电平RS232电平 （用于发送方）电平 （用于发送方） MC1489：TTL电平电平RS232电平 （用于接收方）电平 （用于接收方）2）信号定义：）
16、信号定义：P307 表表9125根信号线，微机通信中常用的有根信号线，微机通信中常用的有9根。根。联络控制信号：联络控制信号：DSR：DCE准备好。用来通知计算机，准备好。用来通知计算机，Modem已经准备好。已经准备好。 DTR：DTE(即微机接口电路，如即微机接口电路，如8250/8251)准备好。用来 通知准备好。用来 通知Modem，计算机已准备好。以上两个信号有效，只表示设备本身可用，并不代表通 信链路可以开始通信。链路能否开始通信还取决于有关的控 制信号状态。，计算机已准备好。以上两个信号有效，只表示设备本身可用，并不代表通 信链路可以开始通信。链路能否开始通信还取决于有关的控 制信号状态。RTS：发送请求，用来通知：发送请求，用来通知Modem，计算机请求发送。，计算机请求发送。 CTS：DCE允许允许DTE发送发送,该信号是对该信号是对RTS信号的回答。即用来 通知计算机，信号的回答。即用来 通知计算机，Modem可
