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1、2017/5/2215:48:58,1,7.4 可编程串行通讯接口SIO,7.4.1 串行通信基础 工作方式、同步方式、通信协议、物理标准7.4.2 串行通信的接口标准 EIA RS-232C7.4.3 可编程串行通信接口8250 连接、编程、应用,2017/5/2215:48:58,2,7.4.1 串行通信基本概念,串行通信： 每个时间单位仅传送一位信息； 每个字符(字节)的各位依次传送。优点： 传输线少，成本低，传输距离远,2017/5/2215:48:58,3,1. 串行通信的工作方式,发送器,接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,单工,半双工,全双工,
2、2017/5/2215:48:58,4,远距离通信时需要通过普通电话网络传输数字信号：频带宽电话网络：频带窄 要使数字信号在电话网络上传输，需要进行信号变换把数字信号承载到模拟信号上传输，这个模拟信号称为载波信号。调制把数字信号承载到载波信号上解调从载波信号中恢复出数字信号调制解调器：实现调制与解调的设备,2. 调制与解调,2017/5/2215:48:58,5,三种调制方式,根据载波 Asin(t + )的三个参数：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：幅移键控法 Amplitude-Shift Keying (ASK)频移键控法 Frequency-Shift Keying (FSK)
3、相移键控法 Phase-Shift Keying (PSK) ASK (又称为调幅) 用载波信号的不同幅度代表1和0FSK (又称为调频) 用载波信号的不同频率代表1和0PSK (又称为调相) 用载波信号的相位变化代表1和0(有变化为1),2017/5/2215:48:58,6,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,调幅,调频,调相,数字信号,数字信息,三种调制方式的调制波形图,2017/5/2215:48:58,7,串行通信主要用于远距离数据传输。问题：干扰、衰减，信号畸变解决方法：差错控制技术检测、纠正常用的数据校验方法：奇偶校验：以字符为单位进行校验发送方使发送的每个字节中1的个数
4、为奇数或偶数；接收方检查收到的每个字节中1的个数是否符合双方的事先约定。奇偶校验可以检查出一个字节中发生的单个错误。奇偶校验不能自动纠错，发现错误后需“重传”。,3. 数据校验,2017/5/2215:48:58,8,循环冗余校验CRC (循环冗余码/多项式编码)以数据块(帧, Frame)为单位进行校验编码思想：将数据块构成的位串看成是系数为0或1的多项式如110001，可表示成多项式 x5 + x4 + 1数据块构成的多项式除以另一个多项式G(x)，得到的余数多项式R(x)就称为CRC码(或称为校验和)，而G(x)则称为生成多项式。CRC校验的检错方式：收发双方约定一个生成多项式G(x)(
5、其最高阶和最低阶系数必须为1)，发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)去除它，若有余数，则传输有错。,2017/5/2215:48:58,9,CRC校验和计算方法若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r个0，帧成为m+r位，相应多项式xrM(x) 按模2除法用xrM(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即 xrM(x) = G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把xrM(x)与余数R(x)相加，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) T(x) = xrM(x) + R(x)实际上，T(x) = xrM(x
6、) + R(x) = G(x)Q(x) + R(x) + R(x) = G(x)Q(x) (模2运算) =0 所以，若接收的T(x)正确，则它肯定能被G(x)除尽。,2017/5/2215:48:58,10,CRC校验码的检错能力：可检出所有奇数个错可检出所有单/双比特错可检出所有G(x)长度的突发错常用的生成多项式：CRC12 = x12+x11+x3+x2+1CRC16 = x16+x15+x2+1CRC32 =x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10 +x8+x7+x5+x4+x2+x+1,2017/5/2215:48:58,11,所有串行通信都需要一个时钟信号来作为数据的
7、定时参考。发送器和接收器用时钟来决定何时发送和读取每一位数据。根据采用统一时钟还是本地局部时钟，分为同步传输和异步传输两种。同步传输用一个时钟确定一个数据位同步传输用多个时钟确定一个数据位,4. 同步通信和异步通信,2017/5/2215:48:58,12,同步传输的时钟定时方法,数据（61H）,位0,1,1,0,0,0,0,1,先发送高位(MSB),发送方在时钟信号的下降沿发送字节,接收方在时钟信号的上升沿接收字节,时钟,2017/5/2215:48:58,13,同步传输需要定义一个帧的开始和结束。通常用1个同步字符(标志符)来表示。,同步通信的帧格式,2017/5/2215:48:58,1
8、4,异步传输的时钟定时方法,数据（61H）,1,0,0,0,1,1,停止位,异步传输先发送低位(LSB),发送方利用内部时钟来决定什么时候发送每个位,接收方检测开始信号的下降沿，然后利用它的内部时钟从每一位的中间接收该位,位0,0,起始位,LSB,MSB,2017/5/2215:48:58,15,3. 同步通信和异步通信,串行异步通信格式 一帧字符用起始位和停止位同步 Fig 4-3-1,2017/5/2215:48:58,16,2） 串行通信的类型和数据位的检测方式,串行同步通信格式 用同步字符完成同步 Fig 4-3-2,2017/5/2215:48:58,17,串行通信数据位的检测时钟周
9、期 ：Tc数据位间隔：TdTc = Td / KK：波特率因子（16，32，64）,2017/5/2215:48:58,18,3）串行通信协议, 异步通信协议 同步通信协议,2017/5/2215:48:58,19, 异步通信数据格式,2017/5/2215:48:58,20, 串行同步通信协议,BISYNC（Binary Synchronous Communication）：SYN（1或多）、STX（起始控制符）、DATA FIELD（100或更多字节）、ETX（结束控制符）、BCC（块校验字符）、PAD（帧结束FFH）SDLC（Serial Data Link Control）：IBM 用
10、于计算机网络中SYNC（Flag byte 01111110）、Address field（8bits）、Control field（8bits）、Data field（k bits）、Frame check（16 bits）、End flag（01111110）,2017/5/2215:48:58,21, 串行同步通信协议,2017/5/2215:48:58,22,4）物理标准,通信速率 串行通信接口标准 信号的调制和解调,2017/5/2215:48:58,23,通信速率,波特率：bits / S 波特，与距离成反比100，300，600，1200。2400，4800，9600， 1920
11、0。,2017/5/2215:48:58,24,串行通信接口标准：EIA RS-232C控制信号的定义,2017/5/2215:48:58,25,串行通信接口标准：RS-232C信号电平标准,Fig4-3-4,2017/5/2215:48:58,26,信号的调制和解调,长距离传输时传输介质频带限制把发送代码调制成正弦波调频 Frequency Modulation1：2100Hz0：1070Hz调相移 Frequency Shift Keying,2017/5/2215:48:58,27,信号的调制和解调,Fig 4-3-5,2017/5/2215:48:58,28,4.3.2 可编程串行通信
12、接口 8251,1） 功能与结构2） 8251的编程,2017/5/2215:48:58,29,1）8251 的功能与结构,2017/5/2215:48:58,30,2）8251的编程,模式REG控制REG状态REG初始化流程,2017/5/2215:48:58,31,Fig 4-3-7模式寄存器,2017/5/2215:48:58,32,Fig 4-3-8 控制寄存器,2017/5/2215:48:58,33,Fig 4-3-9 状态寄存器,2017/5/2215:48:58,34,Fig 4-3-10 初始化流程,2017/5/2215:48:58,35,4.3,2017/5/2215:4
13、8:58,36,2017/5/2215:48:58,37,2017/5/2215:48:58,38,2017/5/2215:48:58,39,可编程串行通信接口芯片8251和8250,8251和8250都是可编程的串行通信接口芯片，专门负责串行通信的处理任务，从而减轻CPU的负担。8251支持同步和异步通信，8250支持异步通信。8251芯片的时钟信号CLK为其内部提供定时，在同步通信时，CLK应大于发送器和接收器输入时钟频率的30倍;在异步方式时，必须大于发送时钟和接收时钟的4.5倍。在同步方式下，发送时钟的频率和接收时钟的频率分别等于发送和接收的波特率;在异步方式下，发送时钟的频率和接收时钟的频率可以是发送和接收波特率的1、16、32或64倍。8251寄存器见：兰色北航教材P151，3-4段PC机中的串行异步通信接口是以8250芯片为核心的。它具有内部时钟产生电路，根据外部1.8432MHz的时钟频率，经16次分频，产生发送和接收时钟。8250内部有10个寄存器，共占用7个端口地址。,2017/5/2215:48:58,40,RS-232连接器连接方式,
