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1、第十章 串行通信与可编程接口芯片82511、 串行通信的基本概念数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位 一位地传送优点：节省传输线； 缺点：数据传输率较低主要适用于长距离、低速率的通信中。11.2 串行通信的方式o异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。n串行异步传输数据格式：1/0001115-8位数据位1/0停止位或 空闲位1 1起始位奇偶校验位停止位或、22111第n个字符空闲位第n+1个字符低位高位异步方式与同步方式异步方式与同步方式0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1LSBMSB数据=5AH(先发送低位) 奇校验:字符数据中为1的位数与校验位 相加，结果应为
2、奇数。 2o同步方式（Synchronous）面向字符型的数据结构(串行同步通信信息格式)同步字符（SYN1) 数据字节1CRC1CRC1数据（DATA)数据字节N单同步信息格式同步字符（SYN1) 同步字符（SYN2)数据（DATA)CRC1CRC1双同步信息格式数据字节1数据字节2CRC1CRC1数据字节N外同步信息格式外同步：用一条专门的控制线来传送同步字符CRC:循环控制码传输控制字符3面向比特（位）型的数据格式特点: 没有采用传输控制字符,而是采用某些位组合. 信息长度可变(位的组合) SDLC/HDLC帧格式：标志 01111110地址 8位控制 8位CRC 8位CRC 8位标志
3、01111110数据场(0-n位)开始标志地址场控制场4协议开销 o例：SDLC/HDLC帧格式：o假定数据长度为2048位， 通信效率为：2048/（204848） 97%协议开销仅为3o一般公式：SDLC/HDLC协议开销1.0N/(N+48)，其中N为 发送数据的比特数。标志 01111110地址 8位控制 8位CRC 8位CRC 8位标志 01111110数据场开始标志地址场控制场51.3 串行通信中的数据传送方向按传送方向分为：单工、半双工和全双工n单工（Simplex) 特点：仅能进行一个方向的数据传送 设备A发送器设备B接收器Data flow6n半双工（Half Duplex）
4、 特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送 绝不能同时进行。【双向，但不同时】设备A发送器/ 接收器设备B接收器/ 发送器Data flow7n全双工（Full Duplex）特点：能够在两个方向同时进行数据传送。 【双向，同时】设备A发送器/ 接收器设备B接收器/ 发送器81.4 波特率（数据传输率 ）每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也称比特 率。 波特率每秒传输的“符号”（也称离散状态）的个数。 【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】 在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值 “1”和“0”，所以每个符号的信息量为1比
5、特，此时波特率与比特 率刚好一致。9发送时钟和接收时钟 数据输入寄存器输入移位寄存器1，16，32数据输出寄存器输出移位寄存器1，16，32CLK(主时钟)（串行数据输入）输入移位脉冲（串行数据输出）输出移位脉冲接收时钟发送时钟10波特率因子 F（时钟频率）波特率因子波特率o波特率因子：数据传输率（波特率）与时钟频率之间的比例系数o给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波特率。例：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为16，则波特率为1200 bps。o若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率的要求 。若外部时钟电路的频率F1Mhz，需用8253分频，试计算分频系 数（8
6、253的计数初值）计算时钟频率12001619200（时钟频率） 计数初值 N=1000000/19200=52o计数初值时钟频率（波特率波特率因子）118251外部的 时钟电路CLK 8253 OUT1，16，1MHzN分频19.2KHz移位脉冲121.5 1.5 差错校验差错校验1 1、奇偶校验（、奇偶校验（Parity Check Parity Check ）发送时检查要传送字符中发送时检查要传送字符中“ “1”1”的个数，自动在奇偶校验位上的个数，自动在奇偶校验位上 添加添加“ “0”0”或或“ “1”1”接收时接收时UARTUART检查收到每个字符的检查收到每个字符的“ “1”1”的
7、个数的个数, ,并与奇偶校验并与奇偶校验 位比较，不同校验错位比较，不同校验错2 2、帧错误、帧错误 -CRC-CRC校验（校验（Cyclic Redundancy Check Cyclic Redundancy Check 循环循环 冗余校验）冗余校验）接收到的字符格式不符合规定（如缺少停止位等）。接收到的字符格式不符合规定（如缺少停止位等）。3 3、丢失（溢出）错误、丢失（溢出）错误接收时，串行数据变为并行数据后，存储在接收寄存器中。接收时，串行数据变为并行数据后，存储在接收寄存器中。 当接收寄存器中的数据没有被取走，当接收寄存器中的数据没有被取走，UARTUART又接收到另一个又接收到另
8、一个 新的字符存入接收寄存器，于是第一个数据丢失，新的字符存入接收寄存器，于是第一个数据丢失，UARTUART产产 生丢失（溢出）错误生丢失（溢出）错误13在模拟通信系统（如电话网）。为传送数字信号（话音信息） ，必 须经过调制和解调。实现调制和解调两个过程的设备称为“调制解调器”（Modulator DemodulatorModem） 方法：选取某一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用以运载所要 传送的数字信号。要用传送的数字信号改变载波信号的幅值、频 率或相位，使之在信道上传送；到达信道另一端，再将数字信号 从载波中取出。1.6 1.6 信号的调制和解调信号的调制和解调1400000111
9、1数字信号(a)调幅(b)调频(c)调相按数字信号的 值改变载波信 号的幅度按数字信号的 值改变载波信 号的频率按数字信号的 值改变载波信 号的相位152、 串并通信接口标准 2.1 EIA RS232C 1969年，适合于DTE和DCE之间相互连接与通信的串行通信规程。 （1987年11月，经修改正式命名为RS232D） DTEData Terminal Equipment DCEData Communication Equipment。【Data Circuitterminating Equipment】 PSTNPublic Switched Telephone Network16机械接
10、口特性 DB25连接器 国际标准ISO 2113 【EIA RS232D为ISO 2110】 EIA规定：插座（female）应装在DCE上；插头（male）应插在 DTE上。DB-9连接器SignalDB-9DB-25DCD18RxD23TxD32DTR420GND57DSR66RTS74CTS85RI92217电气信号特性（信号电平的规定）o采用负逻辑：5V15V逻辑05V15V逻辑1oRS-232C电平与TTL电平之间的转换 TTL电平RS-232C电平：MC1488 RS-232C电平TTL电平：MC1489电平转换电路“0”转换区“1”“0”转换区“1”2V噪声容限15V5V5V15
11、V15V3V3V15VEIA RS232-CEIA RS232-CCCITT V.24CCITT V.24是是ISO/OSIISO/OSI七层参考模型中物理层七层参考模型中物理层 的典型接口标准之一的典型接口标准之一18本 地 Modem远 程 Modem计 算 机终 端123456782022101103104105106107102109108125机壳地发送数据接收数据请求发送允许发送Modem就绪信号地载波检测终端就绪呼叫指示载波检测呼叫指示电话线CCITT 信号名插脚号a)信号线连接1920CCITTV.24/RS232C的部分接口信号表功能缩写符号信号名插脚号信号意义 CCITTV
12、EIA101AA1机壳地 SG102AB7信号地 TXD103BA2发送数据线，方向由终端至ModemRXD104BB3接受数据线，方向由Modem至终端RTS105CA4请求发送线，方向由终端至ModemCTS106CB5允许发送线，方向由Modem至终端DSR107CC6Modem就绪线，表示Modem已连到线路上待用，方向从 Modem至终端DTR108CD20终端就绪线，表示终端已连到线路上待用，方向从终端至 ModemCD109CF8数据载波检测线，表示Modem接收到指示有数据到达的载 波信号，方向从Modem至终端RI125CE22呼叫指示线，表示Modem接收到呼叫信号，方向从
13、Modem 至终端21（1）其中，EIA的信号名：以A开头信号地或者保护地；以B开头数据信号；以C开头控制信号；以D开头定时信号；以S开头第二信道。（2）功能缩写符号SGSignal Ground ；TXDTransmit Data；DTRData Terminal Ready；RXDReceive Data；DSRData Set Ready；RTSRequest To Send；CDCarrier Detect；CTSClear To Send；RIRing Indicate； 222.2 RS-449及RS-422A，RS-423AoEIA RS-449，机械及功能特性（9针，37针），
14、 1977.11oEIA RS-423A，采用“非平衡接口电路”，1978.9n传输率300k bpsn传输距离10m（300k bps）1000m（3k bps）oEIA RS-422A，采用“平衡接口电路”，1978.9n传输率10M bpsn传输距离10m（10M bps）1000m（ 100k bps） 233、串行接口的基本结构与功能USART 通用同步异步接收器/发送器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter）UART：Universal Asynchronous Receiver TransmitterUSR
15、T：Universal Synchronous Receiver Transmitter典型芯片：Intel 8251，Zilog SIO，Motorola ACIA。24典型的串行异步接口的基本结构如图所示。典型的串行异步接口的基本结构如图所示。254、 可编程串并行通信接口片 8251A主要功能：o与Intel系列CPU兼容的串行通信接口o既可用于同步传送方式也可用于异步传送方式o同步方式下可实现内同步和外同步o可产生1位，1 或2位停止位o完全双工工作o对奇偶校验、溢出（丢失）和帧错误进行检测264.1 8251的内部结构数据总线缓冲器；发送器；接收器；读写控制电路数据总线 缓冲器读/写
16、控制逻辑调制控制发送缓冲器发送控制接收缓冲器接收控制TXD TXRDY TXEMPTY TXCRXD RXRDY SYNDET/BD RXCDTR DSR RTS CTSRESETCLK C/DRD WRCS278251A的读/写功能表284.2、8251A的编程方式选择控制字 29操作命令控制字操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或进入规定的工 作状态，只有在设定了方式选择控制字后，才能由CPU写入，8251A 的操作命令控制字格式如图所示。30状态字控制字CPU可在8251A工作工程中利用输入指令（IN指令）读取 当前8251A的状态字，从而可以检测接口和数据传输的工作状态。 8251A的状态字格式如图所示。31
