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1、第 8 章串行通信及接口电路微机原理及接口微机原理及接口 教教 学学 课课 件件本章主要内容串行通信基础串行通信接口标准可编程串行通信接口芯片Intel 8251A的结构、编程及应用微机原理及接口微机原理及接口 教教 学学 课课 件件形形色色的串口设备微机原理及接口微机原理及接口并行通信和串行通信主要区别: 数据传输方式，连线数量并行通信DnD0计 算 机计 算 机 或 外 设数据线信号地控制/联络线数据线信号地控制/联络线计 算 机计 算 机 或 外 设串行通信微机原理及接口微机原理及接口8.1 串行通信基础u串行通信：用一根信号线将数据逐位顺 序传送u串行通信的优势：通信线路少，在远距 离
2、通信时可以极大地降低成本；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uPC系列机上有两个串行异步通信接口， 键盘/鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数 据传送。微机原理及接口微机原理及接口一、串行通信的传输方式两层含义：信号传输方式信号原样或调制成高频载波信号线路传输方式通信双方线路的传输方式1、信号传输方式：信号的调制与解调数字信号数字信号模拟信号计 算 机MODEM计 算 机MODEM微机原理及接口微机原理及接口2、线路传输方式：数据流向及线路使用方式全双工波形的三个基本特性决定有三种对应的信号调制技术： 幅移键控、频移键控和相移键控A单工B半双工ABAB复 用 器多工复
3、 用 器S1SnS1Sn微机原理及接口微机原理及接口二、串行通信的种类u串行异步通信不传送时钟信号，利用字符的再同步技术，实现一个个数据传送的通信方式u串行同步通信传送时钟信号，利用同步时钟和同步字符技术，实现一批数据传送的通信方式微机原理及接口微机原理及接口1. 同步通信通信双方使用同一时钟u以数据块（帧）为传输单位u双方使用同一时钟（主控方提供时钟，被控方接收时钟）u外同步：时钟信号另外安排一根传输线u自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时 钟（单同步、双同步）u数据格式：每个数据块前加12个同步字符（同步头）进行 帧同步，一般采用CRC循环冗余校验码u同步通信的数据传输效
4、率和传输速率较高，但硬件电路比 较复杂u串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信 协议有高级数据链路控制协议（HDLC）微机原理及接口微机原理及接口同步通信的数据格式：同步字符数据场CRC 1CRC 2单同步格式同步字符1 同步字符2数据场CRC 1CRC 2双同步格式数据场CRC 1 CRC 2外同步格式标志符 01111110地址符 8位数据场CRC 1 CRC 2SDLC格式标志符 01111110标志符 01111110地址符 8位控制符 8位数据信息CRC 1 CRC 2标志符 01111110HDLC格式面向字符面向位微机原理及接口微机原理及接口2. 异步通信通信双方使用
5、各自的时钟u串行异步通信以字符为单位进行传输，各个字 符可以连续传送，也可以间断传送。异步通信双 方各自用自己的时钟信号来控制发送和接收，通 信是随机进行的u串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同 一根信号线传送u收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程 ）：u传送速率/信息格式/位同步/帧同步/数据校验/错误处理u数据格式：起止式异步通信协议（NRZ）微机原理及接口微机原理及接口起止式异步通信协议：u起始位每个字符开始传送的标志，起始位采 用逻辑0电平起始位附加位停止位空闲位数据位低位高位字符0/1 0/10/10/110111数据位数据位紧跟着起始位传送。由58个二进 制位组成，低位先传
6、送附加位该位可用于校验或数据标识：可选择奇检 验、偶校验或无校验位停止位表示该字符传送结束。停止位为逻辑1电平 ，可选择1、1.5、2位。空闲位传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行 传送微机原理及接口微机原理及接口异步串行格式演示：微机原理及接口微机原理及接口三、串行通信的传输速率u数据传输速率也称比特率（Bit Rate）u每秒传输的二进制位数bpsu字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒 数u传输速率反映了串行通信的速率，也反映了对传输通道的要求u每位传送时间的倒数，当进行二进制数码传输，且每位 时间长度相等时，比特率还等于波特率（Baud Rate），使 用调相技术
7、可以同时传输2位或4位，这时，传输速率大于 波特率。u过去，串行通信（异步）的数据传输速率限制在50 bps 到9600 bps之间。u现在，串行通信可以达到115200 bps或更高微机原理及接口微机原理及接口三、串行通信的传输速率举例：在异步传输过程中，设每个字符对应1个起始位，7个数据位，1个奇 偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200，请计算每秒最多能传输多少个 字符？若同样波特率，用同步传输，用4个同步字符作信息帧，每秒最多能 传输多少个字符？解：异步传输，每个字符共有10位每秒最多能传输字符为 1200位/秒10位/字符=120（字符/秒）同步传输，传输100个字符所用的时间为
8、7*（100+4）/1200=0.6067秒每秒最多能传输字符为 100字符 0.6067秒=165（字符/秒）由此得出结论：在同样的传输速率下，同步传输的字符比异步传输的多。微机原理及接口微机原理及接口四、信息的检错与纠错（差错控制技术）u检错：发现传输中的错误u奇偶检验u方阵码检验u循环冗余码CRC检验u纠错：消除错误的方法u重发纠错u自动纠错u混合纠错微机原理及接口微机原理及接口8.2 串行接口标准RS-232Cu美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口u1962年公布，1969年修订，1987年1月正式改名为EIA-232Du设计目的是用于连接调制解调器u现已成为数据终端设备DTE
9、与数据通信设备DCE的标 准接口， 只控制DTE与DCE之间的通信 uDTE数据终端设备，例如计算机uDCE数据通信设备（数传机），例如调制解调器）uDTE实际上是数据的信源或信宿，而DCE则完成数据由信源到信 宿的传输任务u可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机u属于网络层次结构中的最低层：物理层微机原理及接口微机原理及接口DTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器计算机计算机电话线RS-232C 接口RS-232C 接口RS-232C接口的使用场合：微机原理及接口微机原理及接口一、 RS-232C的机械电气特性u232C接口标准使用一个25针连接器，包括4条 数据线、11条控制线、3条
10、定时线、7条备用和 未定义线u绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有 了9针连接器u232C接口信号面向使用调制解调器的串行异步 通信，可支持两个通信信道：u主信道：用于数据传送u次信道：次信道为辅助串行通道，主要提供通道控制 ，但其传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相 同，通常较少使用微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的引脚定义：RI9CTS8RTS7DSR6GND5DTR4TXD3RXD2DCD1u3组重要信号uTXD/RXD,RTS/CTS,DTR/DSR微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的引脚（1）：uTxD： （Transmitted data）发送数据 （终端
11、数传机）u串行数据的发送端uRxD： （Received data）接收数据（ 终端数传机）u串行数据的接收端微机原理及接口微机原理及接口uDTR：（Data set ready) 数据终端准备好（ 终端数传机）u通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数 据终端设备准备就绪uDSR：(Data set ready)数据装置准备好（终 端数传机）u通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连 到通信线路上，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备 间的联络信号，例如应答数据接收,此两信号只 表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始 进行通信了RS-232C的
12、引脚（2）：微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的引脚（3）：uRTS:(Request to send)请求发送（终端数 传机）u当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据uCTS:(Clear to send-CTS）清除发送（允许发 送） （终端数传机）u当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数 据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一 对用于数据发送的联络信号微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的引脚（4）：uGND：信号地u为所有的信号提供一个公共的参考电平uCD：载波检
13、测（DCD） （终端数传机）u当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时， 该引脚向数据终端设备提供有效信号uRI：振铃指示（终端数传机）u当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使 该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的引脚（5）：u保护地（机壳地）u起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的 使用规定，连接到设备的外壳或大地uTxC：发送器时钟u控制数据终端发送串行数据的时钟信号uRxC：接收器时钟u控制数据终端接收串行数据的时钟信号微机原理及接口微机原理及接口RS-232C的电气特性：u232C接口采用EIA电平（负逻 辑）u“0” 电平
14、为3V15Vu“1”电平为3V15Vu实际常用12V或15Vn标准TTL电平（正逻辑）n“1”电平：2.4V5Vn“0”电平：0V0.8V相互转换MAX 232+5V微机原理及接口微机原理及接口二、 RS-232C的连接u微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现 通过电话线路的远距离通信u微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。 这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制 解调器（Null Modem）连接微机原理及接口微机原理及接口1、连接调制解调器电话线MODEM微机 2 3 4 5 6 7 8 20 222 3 4 5 6 7 8 20 22MODEM 2 3 4 5 6 7 8
15、 20 22数据装置准备好DSR数据终端准备好DTR发送数据TxD接收数据RxD 请求发送RTS允许发送CTS信号地GND载波检测CD振铃指示RI微机 2 3 4 5 6 7 8 20 22微机原理及接口微机原理及接口2、不使用联络信号的3线相连方式微机TxDRxDGND微机为了交换信息，TxD和RxD交叉连接，程序中不必 使RTS和DTR有效，也不检测CTS和DSR是否有 效 TxDRxD微机原理及接口微机原理及接口3、“伪”使用联络信号的3线相连方式RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接，表明 请求传送总是允许、数据装置总是准备好微机DSR DTRTxDRxDRTSCTSGND微机
16、 TxDRxDDSRDTRRTSCTS微机原理及接口微机原理及接口4、使用联络信号的多线相连方式通信比较可靠，所用连线较多，不如前者经济微机DSR DTRTxD RxD RTS CTS GND微机DSR DTRTxD RxD RTS CTS微机原理及接口微机原理及接口三、其它串行总线uRS-422A总线采用平衡输出的发送器，差分输 入的接收器。输出信号线间的电压为2v，接收 器的识别电压为0.2v。共模范围25v uRS-485适用于收发双方共用一对线进行通信， 也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式 联网，通信只能是半双工uUSBuIEEE1394 - +TTLTTLRS422微机原理及接口微机原理及接口8.3 可编程串行通信接口芯片8251A 8251A的功能特点
