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第七章串行通信接口及总线标准第7章串行通信接口及总线标准•7.1串行通信的基本概念•7.2串行通信的物理标准•7.3可编程串行通信接口芯片INS8250•7.4PC系列微机的异步串行通信适配器及其编程7.1串行通信的基本概念7.1.1并行通信和串行通信并行通信串行通信一组数据的各位同时进行传输一组数据一位一位进行传输D7D6D5D4D3D2D1D0联络信号线10011100111101110D00D11D20D30D41D5优点：速度快，控制简单缺点：连接线多，易受干扰不适合远距离传输。优点：连线少缺点：传输速率较低主要用于长距离、低速率通信两个串口等主要用于近距离、高速率通信（打印机等）7.1.2两种串行通信异步串行通信同步串行通信ASYNC(AsynchronousDataCommunication)SYNC(SynchronousDataCommunication)一、异步串行通信起始位(startbit)空闲位数据位(databit)字符0/10/10/10/110111…校验位(paritybit)停止位(stopbit)问题：双方使用本地时钟1、波特率(baudrate):2、帧(frame)格式：3、错误检测：低位高位每秒传输码元的个数，称~奇偶校验错误(Parityerror)溢出错误(Overrunerror)帧格式错误(Frameerror)异步传输的时钟定时方法数据（61H）100011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00起始位LSBMSB返回上一张二、同步串行通信SYNC(SynchronousDataCommunication)使用公共时钟单同步格式面向字符面向位型双同步格式外同步格式同步数据链路控制规程SLDC高级数据链路控制规程HLDC先进数据链路控制规程ADCCP内同步格式公共时钟发送方接收方用一根同步时钟线来同步收发数据由传输的数据中携带同步信息通过调制解调器从数据流中提出同步信号，用锁相技术获得。同步通信的时钟定时方法数据（62H）0同步传输先发送高位(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（发送时钟与接收时钟完全同步）1100010LSBMSB同步传送数据格式(a)单同步数据格式；(b)双同步数据格式；(c)SDLC数据格式;(d)HDLC数据格式；(e)外同步格式(a)(b)同步字符数据场CRC校验字符1CRC校验字符2同步字符1同步字符2数据场CRC校验字符1CRC校验字符2标志符01111110地址符8位数据场CRC校验字符1CRC校验字符2标志符01111110标志符01111110地址符8位数据场CRC校验字符1CRC校验字符2标志符01111110控制符8位数据场CRC校验字符1CRC校验字符2(c)(d)(e)单同步数据格式双同步数据格式SDLC数据格式HDLC数据格式外同步格式三、同步通信协议1、同步方式通信的特点⑴异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位均保持同步，而仅要求在一个字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步方式通信则要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓“位同步”。因此，同步方式中，收、发两端需用同一个时钟源作为时钟信号。⑵同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的开始，收发双方的同步方法可分为外同步法和内同步法。外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端按这个时钟频率调整自己的时序，使接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。⑶同步通信协议分为面向字符和面向比特两种。⑷同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。⑸同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送。2、同步通信协议概述如上所说，同步通信协议可分为两类：⑴面向字符的同步通信协议，这类协议目前有两种：①BM—国际标准化组织ISO提出的基本型同步通信协议；②BSC—IBM公司提出的二进制同步通信协议。⑵面向比特的同步通信协议①HDLC—国际标准化组织ISO提出的高级链路控制协议；②SDLC—IBM公司提出的同步数据链路控制协议；③ADCCP—美国国家标准化协会ANSI提出的先进数据通信协议；④X.25第二级—国际电报电话咨询委员会CCITT提出的协议；⑤DDCMP—美国DEC公司提出的数字数据通信信息协议。3、面向字符的同步通信协议这种协议较早在二十世纪60年代就开始发展，目前仍在使用，其典型代表是IBM公司提出的二进制同步通信协议BSC，下面简单介绍一下这种通信协议。⑴面向字符的同步通信协议BSC的帧格式该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信息块称为一帧，用一些特殊定义的字符来定界一帧的开始、结束和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。此种协议的一般帧格式如图8.21所示。SYN是同步字符，每帧开始有若干个SYN。接收端一•旦检测到同步字符SYN，就知道一帧开始了。•SOH（StartofHeader）表明标题的开始，称为序始符。•标题中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。•STX（StartofText）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。•数据块是传送正文的内容。•ETB（EndofTransmissionBlock）称为组终符•ETX（EndofText）称为文终符。ETB用在正文很长，需分成若干个数据块，在不同帧中传送的情况，除最后•一个数据块后用外，其余数据块后都用ETB。SYNSYNSOH标题STX数据块ETB或ETX块校验⑵特殊定义的字符三、同步与异步的差别1、时钟要求同步串行通信异步串行通信必须精确、相等的时钟收发时钟基本相等即可2、控制信息有累积误差累积误差下字节消除整块数据附加帧信息每个字符附加帧信息传输数据效率高，信息量大。高速数据链路传输效率固定低速数据链路3、校验方式16位CRC循环冗余校验采用1位奇偶校验可靠性高可靠性比同步的低高低4、复杂程度7.1.3串行通信连接方式发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器A站B站单工通信Simplex半双工通信HalfDuplex全双工通信FullDuplex发送器接收器7.1.4调制解调器(Modem)电话线传送音频300~3400HZ，不适合不适合传数据传输。模拟调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)数字调制：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)计算机常用频移键控(FSK)7.1.6硬件实现一、UART——通用异步收/发器(UniversalAsynchronousReceiver/Trasmitter)7.1.5串行通信的校验方法一、奇偶校验二、方阵校验三、CRC循环冗余校验二、USRT——通用同步收/发器(UniversalSynchronousReceiver/Trasmitter)三、USART——通用同步异步收/发器(UniversalAsychronous/SynchronousReceiver/Trasmitter)四、ACIA——异步通信接口适配器(Asyn-chronousCommunicationInterfaceAdapter)7.2串行通信的物理标准常用的串行通信标准由RS-232C、RS-422A、RS-485A，RS-423A串行接口的标准化，就是指与通信设备相连接的这组信号的内容、形式以及接插件引脚的排列等的标准化。EIARS–232C是美国电子工业协会推荐标准(ElectronicIndustriesAssociationRecommendedStandard——232C)第232代号的标准，C为标准的版本号。1．RS-232C的引脚定义RS-232C接口标准使用标准的25针D型连接器即DB-25。PC机已使用9针连接器取代25针连接器。9针连接器引脚号25针连接器引脚号名称25针连接器引脚号名称1保护地12次信道载波检测32发送数据TxD13次信道清除发送23接收数据RxD14次信道发送数据74请求发送RTS16次信道接收数据85清除发送CTS19次信道请求发送66数据装置准备好DSR21信号质量检测57信号地GND23数据信号速率选择18载波检测CD24终端发生器时钟420数据终端准备好DTR9、10保留922振铃提示RI11未定义15发送时钟TxC18未定义17接收时钟RxC25未定义•TxD发送数据——串行数据的发送端。•RxD接收数据——串行数据的接收端。•GND信号地——为所有的信号提供一个公共的参考电平•RTS请求发送——当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。•CTS清除发送——当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。•DTR数据终端准备好——通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。•DSR数据装置准备好——通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。•CD载波检测——当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。•RI振铃指示——当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示，保持有效。2．RS-232C的连接计算机由RS-232C接口连接调制解调器两台微机直接利用RS-232C接口进行短距离通信RS-232C接口连接方式（续）•一种简化的连接方式（NullModem）–适用于双机直连TDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRITDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRI3．RS-232C的电气特征“1”=-3V~-25V传号MARK“1”空号SPACE“0”“0”=+3V~+25VPC机中-3V~-12VPC机中+3V~+12V(2)电平转换(1)负逻辑电平EIA电平TTL电平或CMOS电平MCl488MCl489EIA电平TTL电平或CMOS电平MAX232TTL电平或CMOS电平TTL电平或CMOS电平EIA电平EIA电平EIA电平(3)其他电气参数：电缆的旁路电容2500pF(包括电缆电容)开路电压25V一般传输最大速度20kbps,小于15cmRS-423A、RS422、RS4857.3可编程串行通信接口芯片INS82501、进行串行/并行转换，实现串行数据格式化0/10/10/10/110111…停止位可选1、1.5、2位可选5、6、7、8位数据位可选择奇校验、偶校验、不校验或校验位强制为“1”/“0”起始位为1位空闲位为“1”发送时自动插入起始位、停止位和奇偶校验位一、8250内部结构及外部引脚2、接收和发送电路SIN0/10/10/10/1接收移位寄存器RSR接收缓冲寄存器RBR接收同步控制传输线控制寄存器LCR传输线状态寄存器LSRRCLKSOUT0/10/10/10/1发送移位寄存器TSR发送缓冲寄存器TBR发送同步控制BAUDOUT波特率发生器双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送3、波特率发生器分频次数寄存器(高)分频次数寄存器(低)发送缓冲寄存器TBRBAUDOUT选择和读/写控制逻辑XTAL1XTAL2除数寄存器保存设定的分频系数分频系数＝基准时钟频率÷（16×比特率）起始位16TT16T8T4、中断控制系统中断识别寄存器IIR中断允许寄存器IER中断控制逻辑INTRPT5、MODEM控制逻辑MODEM状态寄存器MODEM控制寄存器调制解调控制逻辑RTSCTSDTRRLSDRIDSR1OUT2OUT允许发送信号请求发送信号发送数据终端准备好信号接收数据装置准备好信号MODEM接收