微机原理与接口技术9章8251

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1、微机原理与接口技术,第九章 8251,第9章 微型计算机常用接口技术,微机系统中多采用大规模集成接口芯片作为接口电路 利用这种芯片构成的接口电路，在不改变硬件的情况下，可以通过编程改变其功能、工作方式，使用起来更灵活,第9章 微型计算机常用接口技术,主要内容 并行通信接口 串行通信接口 定时器/计数器 DMA控制器 A/D和D/A转换器,串行通信接口,主要内容 串行通信基本概念 通用同步异步接收发送器8251A,串行通信基本概念,串行通信 串行通信的基本方式 异步方式通信 同步方式通信 数据传送方式 信号的调制解调 串行通信的检错和纠错 RS-232C接口标准,串行通信通信基本概念,串行通信方

2、式 计算机与外部设备以及计算机与计算机之间的信息传输可以通过一对传输线，将数据一位一位顺序地传送 特点 传输线少、成本低、速度慢 适用场合 远距离通信（利用现有电话网，不受地域限制）,串行通信通信基本概念,串行通信基本方式 “同步”：通信的双方要协调发送、接收之间的动作以确保发送、接收准确的信息 通信协议：为了实现同步，通信的双方必须就同步方式、信息格式、传输控制步骤、差错检验方式等问题一组共同遵守的规定，这种规定称为通信协议 按同步方式，串行通信有两种基本方式 异步方式异步通信协议 同步方式同步通信协议,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 起止式异步通信 以字符为单位进行传输的，两

3、个字符之间传输的时间间隔是不固定的，但在每一个字符内部的每一位是以固定的时间间隔来传送的 收、发双方同步方法： 在字符格式中设置起始位和停止位 接收端利用极性相反的起始位和停止位检测新字符的开始,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 异步通信的数据格式注意： 数据位、停止位的位数，校验位的设置在不同的传输系统中可根据需要进行不同的设置 但在同一传输系统中，收放、发方的设置必须一致,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 异步通信的数据格式 每个字符作一帧信息 每帧信息由4部分构成 1位起始位：规定为逻辑“0”，表示传输字符的开始 数据位（58）：构成一个字符，双方约定位数 奇偶校

4、验位（0或1）：双方约定是否需要，若需要进一步确定采用何种校验方式（奇或偶校验） 停止位（1、1.5、2）：规定为逻辑“1”，双方约定位数 每帧信息（字符）之间发送空闲位，规定为逻辑“1”,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 数据传输速率 收、发双方还需要约定数据传输速率 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数（b/s），用来表示传输速率 常用波特率 位周期：波特率的倒数 收、发双方的发送时钟、接收时钟 无需使用同一时钟源 选用相同频率的时钟信号，允许略有偏差 每个字符的起始位重新校准，偏差不积累 保证一个字符内的采样不出现错位现象,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 数据

5、传输速率 接收端时钟采用高于波特率的更高频率的时钟 一般选用波特率的16、32或64倍的时钟，这个倍数又称为波特率因子 举例：当波特率因子为16时，接收端检测起始位以及接收数据的过程（书P259） 接收时钟高于波特率的作用 提高采样的分辨率和抗干扰能力，更准确地检测到起始位 每一位的采样在码元的中心进行，可最大限度避免收、发时钟偏差的影响,串行通信通信基本概念,异步方式通信ASYNC 异步方式通信的效率 根据采用的数据格式，每发送一个字符都要有附加的信息位（起始位、停止位、校验位），它们不是有效信息本身（额外开销），会降低通信效率 异步方式通信适用于 传输数据量较少 传输速度要求不高 举例：书

6、P260，根据约定的数据格式、波特率等计算收、发时钟的频率、传输效率、每秒传送的字符数，画出传送字符E的波形图,串行通信通信基本概念,同步方式通信 以数据块为单位进行传送。每个数据块为一帧，每帧包含若干个字符。不仅字符内部的位传送是同步的，而且字符和字符之间传送也必须是同步的 因为每帧信息内部的每一位都要求同步，所以收、发两端必须使用同一时钟源作为时钟信号,串行通信通信基本概念,同步方式通信 收、发双方的同步方法 所传送的字符没有起始位和停止位，不是用起始位表示字符的开始 同步方法可分为： 外同步：采用专用控制线来实现收、发的同步操作 内同步：每帧开始有同步字符或同步标志码 单同步 双同步 同

7、步方式通信时，每帧信息之间不允许有空隙，当线路空闲时，须发送同步字符（标志）,串行通信通信基本概念,同步方式通信 同步通信协议 面向字符的同步通信协议 被传送的数据块是由字符组成的，并规定了若干个字符作为传输控制专用字符 代表协议：IBM的BSC 缺点： 依赖于特定的字符集，不利于兼容 当控制专用字符作为数据字符出现在数据块部分时，处理较复杂,串行通信通信基本概念,同步方式通信 同步通信协议 面向比特的同步通信协议 一帧数据可以是任意位长的，不必是字符的整数倍，用特定的位组合模式来表示帧的开始、结束及定义控制信息 代表协议：IBM的SDLC、ISO的HDLC “0”比特插入和删除技术 保证除了

8、标志码外其他的信息中出现这样的位组合时，不会被误认为标志码,串行通信通信基本概念,同步方式通信 同步方式通信的效率 同步方式采用同步字符（标志）进行一帧信息的同步。在连续发送字符时，添加的附加信息远远少于异步通信，有较高的通信效率 同步方式通信中要求收、发时钟完全一致，和异步方式通信比较，它的技术复杂、硬件开销大 同步方式通信适用于 快速传送 大量数据,串行通信通信基本概念,数据传送方式 根据数据传送方向的不同，有三种方式 单工方式 只使用一个信道，并且只允许数据按照一个固定的方向传送 半双工方式 只使用一个信道，允许数据在两个方向传输，但是不能同时在两个方向上传送，只能交替进行 全双工方式

9、使用两个信道，允许数据在两个方向传输，并且可以同时进行,串行通信通信基本概念,数据传送方式,串行通信通信基本概念,信号的调制和解调 数字信号直接传输 要求传输线的频带很宽 在基本信号不产生畸变和失真的条件下，传输的最大距离取决于传输速度和传输线的电气性能 对于特定的传输线，传输距离和传输速度相互制约 直接传输只适用于近距离、速度较低的通信,串行通信通信基本概念,信号的调制和解调 调制解调 远距离通信时，发送端需要使用调制器把数字信号转换为适合在在传输线（电话线）上传输的模拟信号调制；接收端要使用解调器把检测到的模拟信号还原成数字信号解调 调制解调器（MODEM）应用于远距离通信,串行通信通信基

10、本概念,信号的调制和解调 调制解调的基本原理 调制的过程就是利用数字信号去控制载波信号的参数，解调的过程就是检测载波信号的参数的变化，将数字信号分离出来 常用的调制方式 调频（频移键控方式FSK） 调幅（ASK） 调相（PSK）,串行通信通信基本概念,串行通信的检错和纠错 串行通信中，由于线路长和各种干扰，会导致信息传输过程中出现错误 串行通信对传输的信息采用检错、纠错编码技术，以便发现和纠正传输过程中可能出现的差错 检错是指如何发现传输中的错误，一般是在发送信息中加入冗余位，使接收端能识别接收到的信息是否正确 纠错是指发现错误之后，如何消除错误,串行通信通信基本概念,串行通信的检错和纠错 基

11、本通信协议 检错方式 奇偶检验 方阵码检错 纠错方式 反馈重发方式 高级通信协议 检错方式：循环冗余校验（CRC） 纠错方式：自动纠错方式,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 串行接口标准 进行串行接口设计时，面向的是某种串行接口标准 广泛采用RS-232C接口标准 RS-232C标准 EIA与BELL公司等一起开发，1969年公布的通信协议 为连接DTE和DCE，实现远程通信而制定的 计算机（DTE）和MODEM之间的连接 计算机（DTE）与计算机（DTE）的近距离串行通信,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 RS-232C标准使用的连接器 25针D型连接器 9针D型连接

12、器（普遍使用）,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 RS-232C信号线定义 TXD：发送数据，输出 RXD：接收数据，输入 SG：信号地 RTS：请求发送，输出 CTS：允许发送，输入 DSR：DCE就绪，输入 DTR：DTE就绪，输出 RI：振铃指示，输入 DCD：载波检测，输入,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 RS-232C信号线的连接和使用 最大直接传输距离 传输速率低于20Kb/s时，为15m 远距离通信：需要加MODEM,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 RS-232C信号线的连接和使用 近距离通信：不需要加MODEM，直接连接,串行通信通信基本

13、概念,RS-232C接口标准 RS-232C标准对逻辑电平（EIA电平）的定义 在TXD和RXD数据上 逻辑1（MARK）=-3-15V 逻辑0（SPACE）=+3+15V 在RTS、CTS、DTR、DSR等控制线上 信号有效（ON状态）=+3+15V 信号无效（OFF状态）=-3-15V EIA电平与TTL电平的转换（电平、逻辑关系） MC1488完成TTL电平到EIA电平的转换 MC1489完成EIA电平到TTL电平的转换,串行通信通信基本概念,RS-232C接口标准 其他通用串行接口标准 为克服RS-232C的缺点 传输距离短、速度慢、易受地线干扰 RS-423A 单端发送、双端接收 R

14、S-422A 双端发送、双端接收 传输距离15m时，传输速度可达10Mb/s 传输速度为90Kb/s时，最大传输距离达1200m RS-485A 允许在电路中有多个发送器，多发送器标准,通用同步异步接收发送器8251A,串行通信接口的基本功能 实现数据格式化 进行串并转换 控制数据传输速率 进行错误检测实现方法 软件实现 专用硬件电路实现 UART：INS8250 USART：Intel 8251A,通用同步异步接收发送器8251A,串行通信接口电路的组成 可编程的串行接口芯片（UART、USRT、USART） 波特率发生器 EIA与TTL电平转换器 地址译码电路,通用同步异步接收发送器825

15、1A,基本性能 通用同步异步接收发送器 支持全双工数据传送方式 可工作在同步、异步方式下，字符数据58个 同步方式的传输速率064Kb/s；异步方式的传输速率019.2Kb/s 异步方式时，可自动产生1位起始位、12位停止位 具有奇偶错、溢出错、帧错误的检测能力 同步方式时，可自动检测、插入同步字符,通用同步异步接收发送器8251A,8251A的引脚 面向CPU的 D0D7、 、 、 RESET 状态信号 TXRDY RXRDY TXE SYNDET,通用同步异步接收发送器8251A,8251A的引脚 时钟信号 CLK面向调制解调器的接口信号 TxD RxD、 、 、,通用同步异步接收发送器8

16、251A,8251A的内部结构,通用同步异步接收发送器8251A,8251A的内部结构 数据总线缓冲器 与系统总线相连，传送来自CPU的各种控制命令和发送的数据，以及8251A的状态字和接收到的数据 读/写控制逻辑 接收来自CPU的各种控制信号，并进行译码，从而确定操作的方式，实现8251A指定寄存器的读写操作 调制/解调控制电路 用来提供调制解调器需要的控制信号。但是需要注意，由于8251A采用的是TTL电平，所以在与调制解调器连接时，中间需使用TTL与EIA电平转换电路,通用同步异步接收发送器8251A,8251A的内部结构 发送器 在发送控制电路的控制下，把发送缓冲器中待发送的并行数据转换成所要求的帧格式，然后在 的作用下，由TXD引脚一位一位地串行发送出去。发送完一帧数据后，TXRDY =1,通知CPU发送下一个数据 接收器 在 作用下，接收RXD 引脚上的帧格式串行数据，并转换成并行数据，进行校验。若发现错误在状态寄存器中保存标志，并行的数据放入接收缓冲器，发出RXRDY信号，通知CPU读取数据,