《微机原理与接口》第9章串行通信接口

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1、微机原理与接口技术易凡武汉汉大学物理学院电电子科学与技术术系第九章串行通信与接口教学重点n异步通信协议协议 和RS232C接口n8051、8250芯片的结结构与编编程使用 n异步通信程序9.1 串行通信基础础n串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，逐位顺序传送的方式n串行通信的优优点：通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送nPC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘键盘 、鼠标标器与主机间间采用串行数据传传送1. 传输 制式n单单工方式（Simplex）: 只允许数据按照一个固定的方向传送数据流单单工方式A 发发

2、送器B 接收器图图示1. 传输 制式（续） n半双工方式（Half-Duplex）收发双方均具备接收和发送数据能力。由于只有一条通道，不能同时在两个方向上传送数据。数据流半双工方式A 发发送器 接收器B 接收器 发发送器图图示1. 传输传输 制式（续续）n全双工方式（Full Duplex）:收发双方均具备接收和发送数据能力，并可以同时进行双向传输。数据流全双工方式A 发发送器 接收器B 接收器 发发送器图图示2. 传输传输 速率n比特率(信息传输传输 速率) ：每秒传送的二进制数位数(比特数) 单位为bps (bit per second)n波特率(码码元传输传输 率): 每秒传送的码元(符

3、号)数单位为: 波特(Baud)即每秒传送1个码元 (符号)称传输率是1波特。2. 传输传输 速率（续续）n波特率与比特率的差异若每个码元所含的信息量为1比特(Bit)，则波特率等于比特率，否则二者不等例如，在四相调制系统中， 每次调制取4种相位差值，它代表2 位二进制信息位，此时, 比特率=2波特率标准波特率系列为: 110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、192003. 串行通信协议协议n通信协议协议 ：收发双方共同遵守的基本通信规程（Protocol）n通信协议协议 主要内容：同步方式传输控制步骤差错检验方式数据编码数据传输速率通信版文的格式控制字符的定

4、义等4. 串行通信的基本方式n串行通信有两种基本方式 异步串行通信在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。“异步” 体现在字符与字符之间通信没有严格的定时要求。一旦传送开始，收/发双方则以预先约定的传输速率，在时钟的作用下，传送这个字符中的每一位。 同步串行通信数据流中的字符与字符之间和字符内部位与位之间都同步。同步串行通信是以数据块（字符块）为信息单位传送，而每帧信息包括成百上千个字符；传送一旦开始，要求每帧信息内部的每一位都要同步。 n异步通信协议协议 （起止式通信协议协议 ）格式起始位：每一帧字符的开始，1位，逻辑0 数据位：紧接着起始位，数据位个数为58位，数据从最低位开始发

5、送奇偶校验验位：数据位之后，发送1位奇偶校验位，也可以不发校验位停止位：一帧字符的最后发停止位，它可以是1位、1.5位或2位的逻辑1信号空闲闲位：在每一帧字符之间可以有不等位数的逻辑1信号，表示没有传送图图示n异步通信协议协议 （起止式通信协议协议 ）格式比如ASCII 字符 A, 二进制是0100 0001(8位)，它们在起始位和2位停止位之间传送，并使用了1位奇校验位。n nOutOut0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1先出后出D7D0u为为了确保异步串行通信传输传输 正确：15 用相反极性的起始位和停止位/空闲位提供准确的时间基准 接收器在每位的中心采样，以获得最大的收/发时

6、钟频率偏差容限 接收器采用比传送波特率更高频率的时钟来控制采样时间，以提高采样的分辨能力和抗干扰能力。 例题题：异步传输传输 7位ASCII码码，如果需要数据传输传输 速率为为240字符/秒，使用1位奇偶校验验位和1位停止位，则则：波特率应该应该 是多少？有效数据位传输传输 位是多少？传输传输 效率是多少？答： 波特率是(7位数据位+1位起始位+1位校验位+1位停止位)240=2400b/s 有效数据位传输位是 ：7240=1680b/s 传输效率是：1680/2400=70%以一个数据块（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

7、，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HDLCn同步通信协议协议n同步通信协议协议 的格式：多个数据字节加上同步字符构成一个数据包称为1帧每一帧以1个或2个同步字符(SYNC)为起始紧跟同步字符之后是 N个数据字符，N可由用户设定以两个检验字符(CRC)作为1帧的结束CRC2CRC1数据 字节节n数据 字节节1SYNC1一 帧帧SYNC2CRC2CRC1数据 字节节n数据 字节节2数据 字节节1SYNC一 帧帧CRC2CRC1数据 字节节n数据 字节节3数据 字节节2数据 字节节1一 帧帧a. 单单同步数据格式b. 双同步数据格式c. 外同步数据格式5.

8、 信号的调调制与解调调n调调制（Modulating）发送方将数字信号转换成模拟信号（实现频谱频谱 搬移）n解调调（Demodulating）接收方将接收的模拟信号还原成数字信号n调调制解调调器MODEM具有调制和解调功能的器件合制在一个装置数字信号的带宽较宽带宽较宽 ，模拟拟信号带宽较带宽较 窄远远距离传传送需要调调制图图示21u调调制方法：按照调制技术的不同分为调频调频 （FM）、调调幅（AM）和调调相（PM）三种，根据传输数字信号的变化规律去调整载波的频率、幅度或相位 5. 信道复用n时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)就是将一条物理传输线路按时间分

9、成若干时间片轮换地为多个信号所占用，每个时间片由复用的一个信号占用。n频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)利用频率调制原理，将要同时传送的多个信号进行频谱搬移，使它们互不重叠地占据信道频带的不同频率段，然后经发送器从同一信道上同时或不同时地发送出去。 计计算机串行数据通信及其接口中使用时时分多路复用系统统。 9.2 串行接口标标准RS-232CnRS-232C是美国电电子工业协业协 会EIA制定的通用串行接口标标准1962年公布，1969年修订订，1987年1月正式改名为为EIA-232Dn是数据终终端设备设备 DTE(Data Terminal

10、 Equipment)与数据发发送设备设备 DCE(Data Communication Equipment) 之间间相互连连接的标标准接口n最高数据传输传输 率为为19.2Kbps，传输电缆长传输电缆长 度不超过过15米nRS232C接口采用标标准的D型25针连针连 接器(DB25连连接器)及九针连针连 接器图图示9.2 串行接口标标准RS-232C1. RS232C引脚定义义:n232C包括两个信道：主信道和次信道n次信道为辅为辅 助串行通道提供数据控制和通道，但其传输传输 速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较较少使用表9.1 常用的RS232C接口信号振铃铃指示RI22DTE准

11、备备好DTE DCEDTR20数据载载波检测检测DCE DTEDCD8信号地GND7DCE准备备好DCE DTEDSR6允许发许发 送DCE DTECTS5请请求发发送DTE DCERTS4接收数据DCE DTERXD3发发送数据DTE DCETXD2功能信号方向功能缩缩写符号引脚号1. RS232C引脚定义义（续续）pDTR(Data Terminal Ready): DTE准备备好信号DET接通电源并进入工作状态后向DCE发出DTR信号，仅当DCE收到信号后方可进行通信pDSR(Data Set Ready): DCE准备备好信号DCE接通电源并进入工作状态后向DTE发出DSR信号，DTE

12、确信该信号有效后，发出请求发送信号。pRTS(Request To Send): 数据请请求发发送当DTE设备准备发送数据时，向DCE发出RTS信号pCTS(Clear To Send): 允许发许发 送信号是DCE设备对DTE发来RTS信号的回答，数据才能被发送。1. RS232C引脚定义义（续续）pDCD(Data Carrier Detected): 数据载载波检测检测 信号当DCE检测到线路上出现有效载波信号后，向 DTE发出DCD信号。pRI(Ring Indicate): 振铃铃指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效pTxD：发发送数据串行

13、数据的发送端pRxD：接收数据串行数据的接收端pGND：信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平1. RS232C引脚定义义（续续）p保护护地（机壳地）：起屏蔽保护作用的接地端pTxC：发发送器时钟时钟控制数据终端发送串行数据的时钟信号pRxC：接收器时钟时钟控制数据终端接收串行数据的时钟信号2. RS-232C的连连接n微机利用232C接口连连接调调制解调调器，用于实现实现 通过电话线过电话线 路的远远距离通信n微机利用232C接口直接连连接进进行短距离通信。这这种连连接不使用调调制解调调器，所以被称为为零调调制解调调器（Null Modem）连连接u连连接调调制解调调器电话线电话线MODE

14、M微机2 3 4 5 6 7 8 20 222 3 4 5 6 7 8 20 22MODEM2 3 4 5 6 7 8 20 22数据装置准备备好DSR数据终终端准备备好DTR发发送数据TxD 接收数据RxD 请请求发发送RTS 允许发许发 送CTS信号地GND 载载波检测检测 CD振铃铃指示RI微机2 3 4 5 6 7 8 20 22u不使用联络联络 信号的3线线相连连方式为为了交换换信息，TxD和RxD应应当交叉连连接程序中不必使RTS和DTR有效也不应检测应检测 CTS和DSR是否有效 TxDRxDGND微机微机TxDRxDGNDu“伪伪”使用联络联络 信号的3线线相连连方式RTS和C

15、TS各自互接，DTR和DSR各自互接表明请请求传传送总总是允许许、数据装置总总准备备好DSRDTRTxDRxD RTSCTSGND微机微机u使用联络联络 信号的多线线相连连方式通信比较较可靠所用连线较连线较 多，不如前者经济经济DSRDTRTxDRxDRTS CTSGND微机微机DSRDTRTxDRxD RTS CTSGND3. 电电气特性nRS-232C采用EIA电电平逻辑“1”在3V15V之间逻辑“0”在3V15V之间实际常用12V或15V图图示n标标准TTL电电平高电平：2.4V5V低电平：0V0.4VnRS232C电电平与 TTL电电平不兼容，二者之间间通常需加电电平转换电转换电 路图

16、图示n必须须抗共模噪声干扰扰 RS-232C由于在发送器与接收器之间有公共信号地，不可能使用双端信号，因此共模噪声很容易引入信号系统中，且噪声幅度可高达好几伏，这是迫使RS-232C使用较高传输电压的主要原因。另一个原因是为了补偿传输线上的信号衰减和沿线附加电平的影响。 n最大传输传输 速率和最大传输线长传输线长 度的关系37一般应应用情况下，RS-232C的最高传输传输 速率为为20Kb/s，最大传输线长传输线长 度为为30m。 4. 机械特性n连连接器n连连接器的连连接n电缆长电缆长 度在通信速率低于20Kb/s时，RS-232C所能直接连接的最大物理距离为15m（50ft）。RS-232C规定，若不使用MODEM，则码元的