第七章串行通信接口8251

1第八章串行通信接口§8.1接口功能与数据传输方式§8.2串行传送的几个问题§8.3串行通信的数据格式§8.4串行接口标准§8.5串行通信接口任务§8.6用8251A组成的串行接口2§8.1接口功能与数据传输方式一、接口功能接口的功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提供缓冲，满足接口两边时序要求。•寻址功能•输入输出功能•数据转换功能•联络功能•中断管理功能•复位功能•可编程功能•错误检测功能3二、数据传送的方式数字信号的传输有并行传输和串行传输并行传输是多位二进制数据可以同时传输，提高数据传输的效率。通常以8位、16位或32位的数据宽度同时进行传输。每一位都要有自己的数据传输线和发送接收器件，在时钟脉冲的作用下数据从一端送往另一端。串行通信是指在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送，特别适合于远距离传送。对于离计算机较近的外部设备如鼠标、绘图仪、终端等，也常常采用串行方式交换数据。4一、串行数据传送方向串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式:全双工、半双工、单工1.全双工(FullDuplex）数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。§8.2串行传送的几个问题5特点：①每一端都有发送器和接收器②有二条传送线应用：交互式应用，远程监测控制2.半双工（HalfDuplex）使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时发送器接收器接收器发送器A站B站图8.1全双工方式示意图6收送数据，这样的传送方式就是半双工（HalfDuplex）制，如图8.2所示。发送器接收器发送器接收器A站B站图8.2半双工方式示意图特点：①每端需有一个收/发切换电子开关②因有切换，会产生时间延迟应用：打印机串口，单向传送设备，发送器→接收器7二、信号的调制和解调计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为音频模拟信号的设计的。一般为300～3400Hz，不适合于数据信号。因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。计算机MODEMMODEM模拟信号数字信号数字信号CRT101010101010图8.3调制电话线81.什么叫调制?所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的频谱。2.作用:调制器(Modulator)是一个波形变换器,它将基带数字的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。解调器是一个波形识别器,将模拟信号恢复成原来的数字信号。调制器解调器0100100100109最基本的调制方法有以下几种：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化.“1”对应有载波“0”对应无载波3.调制方法:（2）调频（FM）即载波频率随数字信号而变化“0”对应”f1”“1”对应“f2”(3)调相（PM）即载波初始相位随基带数字信号而变化.“0”对应相位0度“1”对应相位180度f1f2FMAM0100110度180度PM10三、信息的检错与纠错串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。检错：如何发现传输中的错误，称为检错。纠错：如何消除错误，称为纠错例：奇偶校验检错方阵码检错循环冗余码（CRC）检错方阵码检错技术：采用奇偶校验与“检验和”的综合。①7位编码后附加1位奇偶位。11②若干个字符组成一个数据块列成方阵，列向按位相加产生一个单字节检验和附加到数据块未尾。110100100100000110101010111100111100001100001001四、传输速率1.波特率：是指在串行通信中，在基本波传输的情况下，每秒钟传送的二进制脉冲的数目。用波特率表示：即1波特=bit/s（位/秒）奇偶位12常用的标准波特率：110，300，1K，1.2K，2.4K，4.8K，9.6K，19.2K，56K2.字符速率：是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。字符速率与波特率的关系：1个字符：1个起始位+8个数据位+1个偶数位+2个终止位=12位如果波特率：12000则字符速率：12000/12=1000字符/s13§8.3串行通信的数据格式通信协议：是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同步方式，传送速度、传送步骤、检纠错方式等问题作出统一规定。也称通信控制规程。同步协议异步协议分类面向字符（characterOriented）面向比特（Bit）面向字节计数ISO（InternationalStandardOrganization）国际标准化组织。OSI（OpenSystemInterconnection）开放系统互连参考模型。14一、起止式异步通信数据格式1.格式11000010111000空闲位起始位数据位0低高校验位停止位应用：早期电传机①每个字符总是以起始位开始（“0”），以停止位（“1”）结束。②字符之间没有时间间隔要求③字符后一位校验位（可没有）2.特点：是一个字符一个字符传输15二、面向字符的同步通信格式1.功能：是一次传送若干个字符组成的数据块，并且规定了10个特殊字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息。2.数据格式（一帧）SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验163.特定字符的定义：SYN：同步字符（Synchronous），表示一帧的开始；SOH：序起字符（StartofHeader），表示标题的开始；标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息；STX：文始字符（StartofText），表示正文开始。FTB/ETX：组终/文终字符（EndofText）ETB（EndofTransmissionBlock）特点：①一次传送是一个数据块，传输效率提高了；②采用了一些传输控制字，增加了通信控制能力和校验能力；③存在问题：由于数据字符与特定字符可能代码相同，发生误解，因此，在数据字符前插入转义字符DLE，以示区别。这种方式称为“字符填充”。17三、面向比特的同步通信数据格式1.最有代表性的是：①IBM的SDLC（SynchronousDataLinkControl），同步数据链路控制规程。②ANSI的ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）。③ISO的HDLC（HighLevelDatalinkControl）高级数据链路控制规程。④DEC公司DDCMP（DigitalDataCommunicationMessageprotocol）。182.协议的特点：1）所传输的一帧（frame）数据（或称数据包）可以是任意二进制位。2）通过约定的位组合模式（标志字节）来标志帧的开始和结束。注意：①HDLC作为国际标准ISO3309；②ADCCP作为美国国家标准；③我国相应国家标准GB-7496，这几个协议均大同小异。19§8.4串行接口标准一、EIA-RS-232接口标准RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的，1969年公布的通信协议，适合的数传率：0～20Kbps。1.电气特性RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。逻辑“1”=-3V～-15V“0”=+3V～+15V与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如MC1488，MC1489IC。20MC1488MC1489RS-232TTLEIA电平+15V+15VTTL+15V采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。另外，使用MAX232电平转换省电,可连接二对收/发线，只用单电源。2.机械特性1）连接器（Connector）常用二种：①DB-25型，25脚，只用9个信号（2个数据线，6个控制线，1个地址），如下图所示。211234DB-25型连接器5678911132522201814发送电流（-）发送电流（+）DCDGNDDSRCTSRTSRXDTXD（-）接收电流（+）接收电流②DB-9型9针，9针全用，如下图。123456789DSRRTSCTSRIDCDRXDTXDDTRGNDDB-9型连接器222.电缆长度RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率20Kbps。3.RS-232C接口信号的定义25线：数据线4条（2，3，14，16）控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）定时信号线3条（15，17，24）地线2条（1，7）备用5条（9，10，11，18，25）未定义4.信号线的连接1）近距离连接（15m）只用3条线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）23TXDRXDTXDRXDA机B机77223345620456202.远距离连接（15m）1）需用MODEM和专用电话线2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）采用MODEM时RS-232信号线的使用计算机接口调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR调制解调器DCDRXDTXDRTSCTSSGDSR终端专用电话线2┇┇2采用MODEM时RS-232信号线的使用24二、RS-422/RS-423接口标准1.特点：（1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提高了抗共模干扰的能力。因为是两条传输线的电位差决定逻辑电平AA´-BD´-2V，表示“1”AA´-BD´+2V，表示“0”（2）传输速率10Mbps（15m时）90Kbps（1200m时）2.连接MC3487MC3486BTTLRS-422A电平平衡发送器差动接收器B´AA´252）RS-4231.连接：2.特点：①采用单端发送器和差动接收器，由于是差动接收器，提高了抗共模干扰能力。②数传率：100Kbps/90m时1Kbps/1200m时③逻辑“1”，4V～6V逻辑“0”，-4V～-6VTTLRS-423A电平单端发送器差动接收器+-26三、RS-485接口标准1.特点：（1）兼容RS-422A，扩展RS-422A的功能；（2）允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个接收器，多达32个收/发器；（3）抗干扰能力强，传送距离远，传输速率高。数传率：100Kbps1.2Km不用MODEM9.6Kbps15Km10Mbps15m27§8.5串行通信接口任务一、串口的基本任务（1）进行串，并转换（2）实现串行数据格式化（3）可靠性检验（4）实施接口与端口设备之间联络控制二、串口电路的组成1.内部有四个寄存器：控制寄存器、状态寄存器、数据输入内部有寄存器、数据输出寄存器2.数据线3.联络信号线4.地址线与片选线5.串并转换和并串转换28§8.6用8251A组成的串行接口一、8251A的内部逻辑与外部信号1.结构框图8251A是通用同步异步接收/发送器USARTUniversal/SynchronousAsynchronousReceiverandTransmitter）功能：异步起止协议同步面向字符协议组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线缓冲器29数据总线缓冲器读/写控制逻辑调制控制发送缓冲器发送控制接收缓冲器接收控制TXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYSYNDET/BDRXCDTRDSRRTSCTSRESETCLKC/DRDWRCS308251A的引脚信号311.发送器①TXRDY（TransmitterReady）：发送器准备好，高电平有效②TXE（TransmitterEmpty）：发送器空，状态线，高有效③TXD：发送数据线④TXC：发送器输入时钟2.接收器①RXD：接收数据线②RXRDY：接收器准备好③TXEMPTY：接收器空④TXC：接收器输入时钟3.与调制器的接口接号①DTR：数据终端准备好②RTS：请求发送32③DSR：数据装置准备好④