计算机基础课件 9.1 串行通信

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1、本章主要内容: 9.1 串行通信的基本概念和EIA RS- 232C串行口 9.2 可编程串行通信接口芯片8251A,9.1 串行通信的基本概念 和EIA RS-232C串行口,并行通信,计算机与外部的信息交换称为通信，基本的通信方式有两种：并行通信，串行通信。 并行通信时，数据各位同时传送。例如，CPU通过8255A与外设交换数据时，就采用并行通信方式。这种方式传输数据的速度快，但使用的通信线多，如果要并行传送8位数据，需要用8根数据线，另外还要加上一些控制信号线。 随着传输距离的增加，通信线成本增加将成为突出的问题，而且传输的可靠性随着距离的增加而下降。 因此并行通信适用于近距离传送数据的

2、场合。,串行通信,串行通信具有通信线少和传送距离远等优点。 串行通信时，要传送的数据或信息必须按一定的格式编码，然后在单根线上，按位顺序传送。发送数据时，逐位发送完一个字符后再发第二个。接收数据时，逐位接收信息，再把它们拼成一个字符，送给CPU作进一步处理。 微机与远程终端或远距离处理机交换数据时，都采用串行通信方式。 有些外设，如MODEM、鼠标等，本身需用串行方式通信；有些外设，如打印机、绘图仪等，既可采用并行方式，也可用串行方式。,串行通信基本概念,串行通信方式 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。 传输线少、成本低、速度慢，适

3、合远距离通信特点: 一对通信线，既要传数据，又要传控制信息 需要通信协议. 与TTL电平不兼容. 通信双方约定波特率，控制通信速率.,串行通信基本概念,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，与广播方式类似。 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，例如无线电对讲机。 全双工方式 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，例如电话。,串行通信基本概念,数据传送方式,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

4、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,2.串行通信的两种基本工作方式,串行通信协议,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。,2.串行通信的两种基本工作方式,1）异步方式 （Asynchrono

5、us）,数据格式：起始位1位；数据位58位，D0在先；奇偶校验位1位；停止位1位、1.5位或2位。 发送1个包含7个数据位的ASCII符，加上起、停、校验位，共要发送10位，会浪费30%的传输时间。 为提高串行数据传送速率，可采用同步方式。,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，收方、发方的设置必须一致。,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

6、。,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）,2）同步方式 （Synchronous） 同步串行数据发送格式：,传输开始，先发送1或2个同步字符。 收发双方须用同一个时钟协调，确定传输的每bit位置。 双方达到同步后，就可逐个字符连续发送一大块数据，不再需要起始位和停止位。 接收方利用同步字符，使其内部时钟与发送方同步，将其后的数据逐位移入，转换

7、成并行格式。,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,3. 串行传送速率,波特率（Baud Rate）每秒传送数据的位数，单位波特（Bd），等于传送每bit信息所用时间的倒数。例如，设1个串行字符包含10位：1个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位、1个停止位，如每秒传送120个字符，则波特率为： 10位/字符120字符/秒=1200位/秒=1200波特传送每位的时

8、间： 1s/1200=0.833ms 异步传送常用波特率：110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200，28800，36400，57600波特。 同步传送波特率高于异步传送，可达到上千兆波特。,常用的通用串行接口芯片 通用异步收发器UART，只能异步工作。Universal Asynchronous Receiver Transmitter如 National Semiconductor的INS 8250，IBM PC机中采用它作串行接口芯片。 通用同步异步收发器USART，同步异步都可以。Universal Synchronous Asynchronous Re

9、ceiver Transmitte如Intel 8251A 。,4. 串行通信接口芯片UART和USART,一种通用的硬件UART电路,接收器 串行码并行码控制器 接收CPU的控制信号，执行CPU要求的操作，输出状态信息和控制信息。发送器 并行码串行码,接收方式 当RxD线上出现起始位，便开始接收1个字符。在CLK控制下移进移位寄存器，转换成并行数据，送入并行寄存器中，等CPU读取。 若奇偶校验出错，置奇偶校验出错标志。 自动检测停止位，若无，置帧出错标志FRERR。 若前字符未取走，又送来1个，置溢出标志OVRN。 发送方式 发送缓冲器把来自CPU的并行数据，加上起始位、停止位和奇偶校验位等

10、，并行串行变换后，从TxD一位一位发送出去。 还设状态信息：接收数据就绪（RDA），发送缓冲器空（TBE）等。,4. 串行通信接口芯片UART和USART,4. 串行通信接口芯片UART和USART,UART/USART的主要功能 发送时，用并行输入、串行输出移位寄存器，实现并行码串行码变换后，再发送出去。 接收时，则用串行输入、并行输出寄存器，实现串行码并行码变换后，再送给CPU。 传送过程中，需要握手联络信号，确保双方速度相同，并检测传送中的错误。 需要专门的可编程串行通信接口芯片，由编程来设定不同的工作方式、选择不同的字符格式和波特率等。,5. 调制解调器,串行接口不适合长距离传送，可用

11、标准电话线进行远程传送，但电话线只能传送3003000Hz音频信号，不能直接传送频带很宽的数字信号。 解决办法：先把数字信号转换成音频信号后，再利用电话线进行传输，接收数据时再将音频信号转换回数字信号。能实现这种转换的器件即调制解调器MODEM（Modulator Demodulator）。 数字调制主要有幅度调制（调幅），频率键移调制（调频），相位键移调制 （调相），多路载波等。,1）幅度调制 用改变信号幅度的方法来表示数字信号0和1。一种调幅方法为： 当接通f=387Hz的正弦波时表示数字1，断开时表示0，如图,另一种方法是调幅时总是有正弦波输出，但幅度不同，一种输出幅度表示数字0，另一种

12、表示1。,2）频率键移调制（FSK） 用一种频率信号表示数字0，另一种表示1。如图为了实现全双工通信，常使用四种不同的频率来表示不同方向上的两种不同数字。 例如，对于Bell 103A，300Bd FSK MODEM标准，规定在一个方向上用2025Hz的频率表示0，而用2225Hz表示1；另一个方向用1070Hz表示0，1270Hz表示1。,9.1.1 串行通信基本概念 9.1.2 EIA RS-232C串行口,9.1.2 EIA RS-232C串行口,在20世纪60年代，电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）开发了一个串行接口推荐标准EIA RS

13、-232C。 标准对串行接口电路中的插头插座规格、各引脚名称和功能、信号电平等做了统一规定。 1.信号电平 逻辑高电平有负载时-3V-15V，无负载时-25V。 逻辑低电平有负载时+3V+15V，无负载时+25V。 通常用12V作RS-232C电平。,计算机及接口芯片多采用TTL电平，即00.8V为逻辑0，+2V+5V为逻辑1。显然与RS-232C电平不匹配，必须设计专门的电平转换电路。 电平转换电路MAX232和MAX233,2. 接插件规格 RS-232C串行接口规定使用25芯D型插头插座连接, 引脚形状和引脚号如图(a)。也可用芯D型插头座, 如图(b)。图中给出的都是凸型接插件。此外还

14、有凹型接插件，使用时要注意插头座上标的引脚序号。,3. 信号定义 RS-232C标准对25芯插件各引脚的信号名称、功能等都做了具体规定，还有几个引脚未定义或保留，见下表，9芯接插件信号也列在表中。,3. 信号定义,两个地信号：保护地（1）, 信号地（7）信号地是所有信号的公共地, 为防止信号地上感应大的交流地电流，应把两个地连在一起。 两根数据信号线: TxD和RxD EIA的逻辑1表示数字位的1或MARK，即实际的负电压3V15V 。 EIA的逻辑0表示数字位的0或SPACE, 即实际的正电压+3V+15V。 常用三线传输的最小方式通信，只使用TxD、RxD及地线这3根线通信。地线与25芯插座的1、7脚相连。,