接口课件第6章串行接口

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1、1,第6章 串行接口技术,串行通信： 使数据一位一位地依次进行传输而实现通信。在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。 优点：传输线少、成本低，特别适合于远距离传送。 缺点：速度慢。若并行传送n位数据需时间T，则串 行传送的时间至少为nT。,典型内部结构,串行通信接口,来自地址总线,3,串行通信按通信约定的格式分为两种： 异步通信方式和同步通信方式,6.1.1 串行通信方式,1 异步通信方式 通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信方式。,4,（1）字符格式 以起始位（低电平）开头，停止位（高电平）结束。 一个字符正式发送之前，先发送一个起始

2、位， 低电平，宽度为1位；结束时发一个停止位，高电平，宽度是1位、1.5位或2位；数据位占58位，可设1位奇偶校验位。字符之间可有空闲位，它们都是高电平。数据采用的编码有ASCII码和扩展BCD码。 由此构成的一串数据叫做帧。,6.1.1 串行通信方式,5,特点：1. 一帧数据中位与位之间的时间间隔是固定的 2. 相邻两帧的数据之间的时间间隔是不固定的,6,例如：设异步通信数据格式为7位数据、1位奇校验和1位停止位，则字符A的数据格式为：,字符C的数据格式为：,6.1.1 串行通信方式,7,练习：设异步通信数据格式为7位数据、1位奇校验和1位停止位，则字符9的数据格式为：,6.1.1 串行通信

3、方式,8,6.1.1 串行通信方式,（2）波特率（Baud Rate） 波特率传送数据位的速率，用位/秒(bit/s或bps)表示。也是衡量传输通道频宽的指标。,例：数据传送的速率为120字符/秒，每帧包括10 个数据位，则传送波特率为： 10120=1200 bit/s =1200(波特) 每一位的传送时间是其倒数： Td=1/1200=0.833ms,9,6.1.1 串行通信方式,注意： 异步通信中，每一个字符要用起始位和停止位作标志，所以异步发送的发送器和接收器不必用同一个时钟，各有各的局部时钟，只要同一标称频率即可。,10,2 同步通信方式 同步通信时，一般将若干字符组成一个信息组，字

4、符一个接着一个传输。在每组信息（通常称之为信息帧）开始要加上1至2个同步字符，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的“空闲”字符或同步字符，其原因是同步传输字符必须连续传输，不允许有间隙。,6.1.1 串行通信方式,11,数据通信控制规程： 通信双方间就如何交换信息所建立的一些规定和过程称为数据通信控制规程。 在同步通信时所使用的数据格式根据数据控制规程分为面向字符及面向位（面向比特）的两种。,6.1.1 串行通信方式,12,（1） 面向字符型的数据格式 特点：规定一些字符作为传输控制专用， 信息长度为8的整数位， 传输速率为200b/s 4800b/s。 可采用单同步、双同步及外同步3种数据

5、格式。,6.1.1 串行通信方式,13,单同步在传送数据之前先传送一个同步字符SYNC 双同步先传送两个同步字符“SYNC”。接收端检测到该同步字符后开始接收数据。 外同步通信的数据格式中没有同步字符，用一条专用控制线来传送同步字符，对同步字符的检测在串行I/O接口电路芯片外部进行。当外部硬件电路检测到同步字符后，往串行接口发送一个同步信号SYNC。当I/O接口接到同步信号后，开始接收数据信息。 注意：每一帧信息结束时用两个字节的循环控制码CRC。,6.1.1 串行通信方式,14,在传送数据之前先传送一个同步字符“SYNC”。接收端检测到该同步字符后开始接收数据。,先传送两个同步字符“SYNC

6、”。接收端检测到该同步字符后开始接收数据。,通信的数据格式中没有同步字符，而是用一条专用控制线来传送同步字符，使接收方及发送端实现同步,每一帧信息结束时均用两个字节的循环控制码CRC为结束。,6.1.1 串行通信方式,15,（2） 面向位型的数据格式 特点：没用传输控制字符，用某些位组合作为控 制用， 信息长度可变，传输速率在2400b/s以上。 最具代表性的规程是同步数据链路控制规程(SDLC),6.1.1 串行通信方式,16,根据同步数据链路控制规程(SDLC)，面向比特型的数据以帧为单位传输，每帧由6个部分组成。 （1）开始标志“7EH”； （2）一个字节的地址场； （3）一个字节的控制

7、场； （4）需要传送的数据，数据都是位(bit)的集合； （5）12个字节的帧校验码CRC； （6）结束标志 “7EH”。,一帧,6.1.1 串行通信方式,17,0比特插入/删除法,18,6.1.1 串行通信方式,注意： 同步通信的数据传输效率比异步通信高，但接收器和发送器必须使用同一时钟。硬件电路较复杂。,19,6.1.2 串行通信中的数据传送方向,在串行通信中，按照在同一时刻数据流的方向可分为三种基本传送模式： 单工传送、半双工传送和全双工传送。,20,（1）单工通信 只允许一个方向传输数据。A只作为数据发送器，B只作为数据接收器，不能进行反方向传输。,6.1.2 串行通信中的数据传送方向

8、,21,（2） 半双工通信： 允许两个方向传输数据，但不能同时传输，只能交替进行，A发B收或B发A收。由于A、B之间仅一根数据传送线，它们都有独立的发送器和接收器，所以在同一个时刻只能进行一个方向的传送。,6.1.2 串行通信中的数据传送方向,22,（3） 全双工通信： 数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送，允许两个方向同时进行数据传输，A收B发的同时可A发B收。 两个传输方向的资源必须完全独立，A与B都必须有独立的接收器和发送器，从A到B和从B到A的数据通路也必须完全分开(至少在逻辑上是分开的)。,6.1.2 串行通信中的数据传送方向,23,6.1.3 串行输入/输出的实现,1 软件实

9、现 CPU数据要传送到串口的电传打字机上，设每个要打印的字符用7位ASCII码，传送中加一位起始位，数据加一位奇偶校验位，结束时加2位停止位，共11位；打字机的速度为110b/s，输出打印的字符在BL寄存器中。 TTY PROC FAR TTYOUT: MOV CX, 11 MOV AL, BL CLC ;CF=0 RCL AL, 1 ;设置起始位 MOV DX, PORTTY,24,6.1.3 串行输入/输出的实现,AGAIN：OUT DX， AL CALL DELAY RCR AL, 1 ；恢复原来字符 STC ; CF=1,设置停止位 LOOP AGAIN RET TTY ENDP,25

10、,6.1.3 串行输入/输出的实现,2 硬件实现 硬件UART，即异步接收/发送器。 UART的功能： （1）传输转换功能 （2）奇偶校验功能 （3）出错标识功能,奇偶错误：接收时，UART检查接收到的每一个字符的1的个数，若不符合要求置标志。 溢出错误：下一个字符传送到接收数据寄存器时，CPU还没有取走上一个数据，上一个数据丢失，置溢出标志。 帧错误：接收的字符不符合规定。,26,接收时，UART检查接收到的每一个字符的1的个数，若不符合要求置标志。,下一个字符传送到接收数据寄存器时，CPU还没有取走前上一个数据，上一个数据丢失，置溢出标志,接收的字符不符合规定,27,6.1.4 信号的调制

11、与解调,计算机输入输出的串行信号是数字信号，它频带很宽，在传输时要求线路的频带也很宽，不然就会产生严重的信号失真。在进行远程通信时，往往是借用公用电话网，但电话线的频带没有那么宽。所以，为了利用电话线传输数字信号，必须采取一些措施，把数字信号转换为适于传输的模拟信号，而在接收端再将其转换成数字信号，前一种转换称为调制，后一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备称为调制解调器（Modem）。,28,6.1.4 信号的调制与解调,29,6.1.4 信号的调制与解调,在长距离串行通信中，通信的双方要用一对调制/解调器来实现信号的转换。,30,6.1.4 信号的调制与解调,31,调制解调器常用的方式

12、： 频移键控FSK（Frequency Shift Keying） 把数字信号的“1” 和 “0”调制成不同的频率，在接收端解调器根据不同的频率恢复原来的数据信号“1” 和 “0”。,6.1.4 信号的调制与解调,32,6.1.5 串行通信协议,异步串行通信协议 1. 起始位：低电平 2. 数据位: 58 位 3. 奇偶校验位 4. 停止位：1，1.5 ，2位的高电平 5. 波特率设置 6. 握手信号约定：通信双发在传输数据前发一组代码（握手信号），进一步相互确认。,33,串行通信总线标准及接口 标准接口明确定义若干信号线，使接口电路标准化、通用化。借助串行接口标准，不同通信设备之间可以很方便

13、的实行通信。 异步串行接口标准有以下几种RS-232-C、RS-499 （RS-422、RS-423、RS-485）,6.1.5 串行通信协议,34,RS-232-C接口 美国电子工业协会EIA推荐的国际通用的一种串行通信接口标准。 说明：RS（Recommeded standard）代表推荐标准 232是标识号 C代表RS232的最新一次修改（1969） RS-232-C作为工业标准，保证了不同厂家产品之间的兼容。例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232-C接口。,6.1.5 串行通信协议,35,RS-232-C接口实际是一个25芯或者9芯的D型连接器,6.1.

14、5 串行通信协议,36,6.1.5 串行通信协议,37,RS-232-C常用信号的规定:,TxD既是计算机/终端输出，又是Modem的输入；RxD正好相反。,当终端已做好发送的准备，就向Modem输出一个有效的RTS信号，以等待对方的回答。,当Modem已做好了接收的准备，在接收到发送方送来的有效RTS信号后，就以有效的CTS信号作为回答。,DSR=1表示DCE已接通电源，并且已连到通信线路上，而且不是处于测试或断开状态。,DTR=0表示数据终端/计算机准备就绪,当远程Modem接收到正确的载波信号时，Modem向终端/计算机发信号。终端/计算机和Modem在传送数据之前需要先收到该信号。,D

15、CD,DTE,DCE,RI=1表示本地DCE正在接收对方DCE发来的振铃信号,38,6.1.5 串行通信协议,RS-232C电器特性： 在TxD和RxD上： 逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+3V15V 在RTS、CTS、DSR、和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)= -3V-15V,39,RS-232-C采用负逻辑规定逻辑电平，将-5-15V规定为逻辑“1”，将+5+15V规定为逻辑“0”。该信号电平与常用的TTL电平是不兼容的。 为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-

16、232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。,6.1.5 串行通信协议,40,6.1.5 串行通信协议,目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。,41,6.3 可编程串行通信接口芯片8251A,8251A是一个通用串行输入/输出接口，可用来将86系列CPU以同步或异步方式与外部设备进行串行通信。它能将并行输入的8位数据变换成逐位输出的串行信号；也能将串行输入数据变换成并行数据，一次传送给处理机。广泛应用于长距离通信系统及计算机网络。,42,8251A的基本性能 （1） 可工作在同步方式，也可工作在异步方式。同步方式下，波特率为064Kb/s；异步方式下，波特率为019.2Kb/s