微机系统串行通信接口

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1、 微型计算机接口技术第十章 微机系统串行通信*2内容简介10.1 串行通信基础10.2 可编程串行异步通信接口芯片825010.3 8250初始化编程10.4 串行通信的外部环境10.5 串行通信程序设计举例第十章 微机系统串行通信10.1 串行通信基础*4一、计算机的通信方式CPU与外部的信息交换称为通信。从数据的传送方式上，通信可分为：并行通信: 数据所有位同时被传输；串行通信: 数据被逐位顺序传送。串行通信根据收发双方同步方式划分为:串行同步通信；串行异步通信。同等条件下的通信速度：并行通信 串行同步通信 串行异步通信*5二、串行通信数据传输方式串行通信系统模型对于一个通信系统，必须要考

2、虑的问题有以下几个方面：(1) 信道的带宽和数据的传输速率； (2) 信号的调制与解调；(3) 串行通信的信号格式等。*61、单工方式单工方式只允许数据按照一个 固定的方向传送；2、半双工方式收发双方均具备接收和发送数 据的能力，但只有一条信道，数据 不能同时在两个方向上传送；3、全双工方式收发双方均可同时进行数据接 收和发送。数据传输方式*7并行通信与串行通信在数据的传送过程中，根据一次传送数据位数 的多少，可以划分为并行通信方式和串行通信方式 。并行通信方式：所有数据位在一个单位时间同时 传送。速度快，但需要传输通道多（8,16,64），成 本高。适合近距离、高速数据通信。串行通信方式：在

3、一个方向只需一个传输通道， 但一个单位时间只能传输一个数据位，需要多个单 位时间才能完成一个数据的传送。相对传输速度较 慢，但成本低，适合远距离数据通信。时间换成本。*8同步与异步在数据的传送过程中，为了保证接收数据可靠 准确，接收方必须与发送方所发送的数据保持正确 的速率和相位关系，即收发双方的同步。l位同步: 每个数据位都需要准确的同步；l字符同步: 准确识别每个数据传送开始(字节，字符)；l数据组同步：准确识别数据块传送开始。串行通信可划分为:串行同步通信：数据组同步，同时实现字符同步；串行异步通信：数据字符同步。不管是同步或异步方式，都需要位同步。*9串行异步通信起始位标志串起始位标志

4、串 行帧开始行帧开始 1 1位逻辑位逻辑00数据位从数据位从LSBLSB开始开始 发送，共发送，共5 58 8位位校验位可选校验位可选 1 1位，校验方式位，校验方式 为奇为奇/ /偶偶/1/0/1/0停止位可为停止位可为1 1、1.51.5 或或2 2位，逻辑位，逻辑11线路空闲时保线路空闲时保 持为逻辑持为逻辑 11在发送每一个字符代码（即字符的数据位）时，都 要在前面加上一个起始位，表示一个字符的开始；后面 加上一个停止位，表示一个字符的结束。 字符间隔为任意时间。 异步传输方式以字符为单位传输，每个字异步传输方式以字符为单位传输，每个字 符都有符都有起始位和停止位起始位和停止位，又称为

5、，又称为起止式同步起止式同步 。 由于所传输的两个字符之间间隔可以是任由于所传输的两个字符之间间隔可以是任 意时间长度，因此又称为意时间长度，因此又称为异步传输方式异步传输方式。 接收方可以根据字符之间从停止位到起始接收方可以根据字符之间从停止位到起始 位的跳变，即由位的跳变，即由“ “1”1”变变“ “0”0”的下降沿来识别一的下降沿来识别一 个字符的开始，进行取样，直到取样完约定个字符的开始，进行取样，直到取样完约定 的数据位数，完成整个字符的接收。的数据位数，完成整个字符的接收。串行异步通信优点：实现字符同步比较简单，同时由于一个 字符的数据位数较少（58位），收发双方的 同步时钟信号要

6、求不十分严格，允许存在一定 的误差，因此时钟信号可以收发双方各自独立 产生。每个字符可以使用简单的差错校验方式检测传 输时可能的差错。缺点：对每个字符都需加入起始位和终止位， 因而传输效率低。串行异步通信同步传输（数据组级同步）：以一组数据（几 百几千字节）为单位进行传输，利用特殊的字符 或比特组合标志数据组传输的开始和结束，实现收 发双方的同步。这样的数据组称为数据块，数据包 或帧。串行同步通信以固定的时钟节拍来发送数据信号，因此在一 个串行数据流中，各信号码元间隔一定，数据 字符间隔一定。数据的发送一般以组(或帧)为单位，采用帧同步 方式，同时实现字符同步。优点：不需要单独加起始位和终止位

7、，故具有 较高的传输效率。缺点：收发双方必须建立准确的时钟信号，实 现起来比较复杂。往往需要专门的时钟传输信 号线路。 串行同步通信*14三、串行异步通信协议标准串行异步通信数据帧格式起始位标志串起始位标志串 行帧开始行帧开始 1 1位逻辑位逻辑00数据位从数据位从LSBLSB开始开始 发送，共发送，共5 58 8位位校验位可选校验位可选 1 1位，校验方式位，校验方式 为奇为奇/ /偶偶/1/0/1/0停止位可为停止位可为1 1、1.51.5 或或2 2位，逻辑位，逻辑11线路空闲时保线路空闲时保 持为逻辑持为逻辑 11*151、奇偶校验位（可选）奇校验：数据位与校验位中1的总个数为奇数。偶

8、校验：数据位与校验位中1的总个数为偶数。 通信双方约定采用一致的奇偶校验方式，由发送方设置校 验位，由接收方负责校验。奇偶校验码编码效率较高，能检测 出一个码字内的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误，也 不能纠错。奇偶校验对于干扰持续时间很短，差错常常为单个 状态出现的状态下较为可靠。2、一帧数据发送时序 异步通信时，一帧字符以起始位0开始，紧跟着是数据位 （先发数据最低位，后发高位）、奇偶校验位（可选），最后 以停止位结束。无数据传送时，通信线保持为逻辑1。三、串行异步通信协议*163、通信速率（传码速率、数据传输速率） 通信速率，一种是传码速率，又称波特率，表示每秒钟传送 的信号代码个数

9、（包括起始位、数据位、校验位、停止位）， 单位为“波特”。（信号代码不一定只有0，1状态） 另一种是数据传输速率，又称为比特率，表示每秒钟传送的 0、1二进制信息代码个数，单位为“比特/秒”。 （bit/s，bits per second，bps） 比特率异步通信传送中，收、发双方必须约定：l 收发双方的通信速率必须一致；l 收发双方的数据帧格式必须一致。三、串行异步通信协议*17例如： 传送一个字符 “E” ，( ASCII码为：1000101B =45H )， 串行数据帧格式为：7个数据位、奇校验、2个停止位。画出其 串行通信帧格式。三、串行异步通信协议*18数据通信传输的是数字信号，要求

10、传送线的频带很宽，而 在长距离传送时，有时是利用电话线传送的，而电话线的带宽 为 300 3000 Hz ，若直接传输数字信号，信号就要发生畸变。 因此，需用调制器将数字信号转换成模拟信号传输再 用解调器将其转换成数字信号。四、信号的调制与解调*19调制（Modulation）：用一个信号控制另一个信号（载波） 的某个参数随之变化的过程，叫调制。这两个信号分别叫调制信号和被调信号，被调信号只作 为传输过程中信息的载体，也叫载波。解调（Demodulation）： 将已经调制的信号恢复成原来的 数字信号的过程（从已调信号中提取调制信号）。所以，调制解调器的英文名为：MODEM。不同的传输方式和传

11、输介质，使用的调制解调器工作原理各 不相同，但都是实现信号的转换。四、信号的调制与解调*20计算机或数据终端设备是多种多样的，由于传输方式、传输线路的不同，调制解调设备也是多种多样的。要进行串行通信，必须要解决一个问题：计算机/终端与 MODEM怎样连接？通过串行通信接口连接。 通信接口的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 都要遵循一定的规范，也就是要有一个统一的标准。 目前计算机通信使用最普遍的是RS-232C标准。该标准对串行通信中的关键问题作了规定：接口形状及引脚排列，信号的电平标准，控制信号的功 能定义，操作规程。五、串行通信接口标准*21 (1)(1)引脚排列和信号的功能定义引脚

12、排列和信号的功能定义( (机械特性，功能特性机械特性，功能特性) )PC系列机有两个串行口：即COM1和COM2，使用9针和25针两种连接器，符合RS-232C接口标准。计算机MODEMMODEM计算机 或终端信道（传输线路）RS-232CRS-232C五、串行通信接口标准*22RS-232C使用25芯连接器和9芯连接器 机械特性和功能特性五、串行通信接口标准*23 功能特性： 标准定义了25针连接器中的信号连接线的 功能。（常用的9根信号线）DTE（数据终端设备）计算机或终端DCE（数据通信设备）调制解调器或其他通信设备 DTE 准备就绪 DTRDCE 准备就绪 DSR清除已传送(允许发送)

13、 CTS请求发送 RTS接收数据 RxD发送数据 TxD载波检测 DCD振铃检测 RI信号地 SGND五、串行通信接口标准*24 常用的9芯串行口的引脚定义如下：引脚编编 号信号名称功能描述1DCD数据载载波检测检测 。检测检测 到线线路上的载载波后此信号有效2RxD数据接收3TxD数据发发送4DTR数据终终端就绪绪，是DTE到DCE的握手信号5GND信号地6DSR数据装置就绪绪，是DCE到DTE的握手信号7RTS请请求发发送，有效时时表示DTE通知DCE，请请求发发送数据8CTS清除发发送，有效时时表示DCE通知DTE，允许发许发 送数据9RI振铃铃指示，为为DCE（Modem）向DTE（主

14、机）送出的状态态 位五、串行通信接口标准*25(2)(2)信号电平标准信号电平标准( (电气特性电气特性) )标准规定：逻辑“1”信号，电平在 3V -15V 之间；逻辑“0”信号，电平在 +3V +15V 之间；因此，使用RS-232C与微机接口时，需要将TTL电平（0 5V）与RS-232C电平进行转换。串行 接口 芯片电平 转换MODEM电 话 线TTL 电平RS-232 电平五、串行通信接口标准*26用RS-232C接口直接连接系统使用RS-232C接口连接系统时，分为直接电缆连接 方式和通过调制解调器连接方式两种；直接电缆连接为近程连接，低速(不超过9600bps)下 连接距离不超过

15、15米；五、串行通信接口标准*27用RS-232C接口连接系统调制解调器连接称为远程连接，通过Modem接入电话 网，可连接世界上任何接入电话网络的主机，理论上 连接距离不受限制。 五、串行通信接口标准*28MC1488：TTL电平RS232电平 （用于发送方）MC1489：TTL电平RS232电平 （用于接收方） TTL电平和RS-232电平的转换使用电平转换芯片MC1488、MC1489进行转换五、串行通信接口标准*29 TTL电平和RS-232电平的转换使用电平转换芯片MAX232/3232进行转换另外一组收发信 号有时用于 RTS/CTS或者 DTR/DSR的控 制五、串行通信接口标准*30 TTL电平和RS-232电平的转换使用MAX3243进行DTE类通信及控制线的电平转换五、串行通信接口标准*31 TTL电平和RS-232电平的转换使用MAX3238进行DCE类通信及控制线的电平转换五、串行通信接口标准第十章 微机系统串行通信10.2 可编程串行异步通信 接口芯片8250*33可编程串行异步通信接口芯片8250H 能实现数据串 并变换，实现全双工异步通信 H 支持异步通信协议，数据格式、通信速率等由初始化编程设定 H 内部有MODEM控制器，可直接和MODEM相连 H