串行輸入輸出有關(guān)知識

關(guān)于串行輸入輸出有關(guān)知識第1頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三8.1概述

一、串行數(shù)據(jù)計算機與外部信息交換方式有兩種，一種是并行通信，另一種是串行通信。并行通信時，數(shù)據(jù)各位同時傳送。而串行通信時，數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離比并行通信長，硬件電路也相應(yīng)簡單些。第2頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

現(xiàn)在的臺式PC機一般至少有兩個RS－232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2使用的是老式的DB25針連接器。第3頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、串行通信的實現(xiàn)1、并行通信和串行通信的特點：

串行通信是逐位傳送數(shù)據(jù)，所以一個多位數(shù)據(jù)需要多次傳送。比如一個8位的字節(jié)型數(shù)據(jù)至少需要8次傳送。它有如下特點：速度較慢；引線少；距離長。第4頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2、串行通信的硬件條件在硬件上，串行通信系統(tǒng)的核心部件是移位寄存器，其中在發(fā)端要有一個并入串出移位寄存器，在收端要有一個串入并出移位寄存器。第5頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三00110

000000011

0000

00001

000

1

D7D0第6頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3、串行通信的同步

為了可靠的串行通信，同步信號起到至關(guān)重要的作用。在理想情況下，同步信號應(yīng)該在數(shù)據(jù)信號線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)期間的中心點有效，因為這時數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)是最穩(wěn)定的。第7頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

但在典型的串行通信系統(tǒng)中，是不存在同步信號線的！如何實現(xiàn)串行通信的中數(shù)據(jù)傳送的同步呢？系統(tǒng)從軟件和硬件兩方面采取了如下三個措施：第8頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（1）設(shè)置波特率波特率是指單位時間內(nèi)傳送的位數(shù)，單位是比特/秒。（2）設(shè)置數(shù)據(jù)的傳送格式，一般地串行通信在傳送數(shù)據(jù)時，并不是單純地傳送數(shù)據(jù)位信息。為了使數(shù)據(jù)傳送可靠，還設(shè)定了其他一些輔助位。第9頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（3）設(shè)置波特率因子在異步通信方式進行通信時，發(fā)送端需要用時鐘來決定每1位對應(yīng)的時間長度，接收端也需要用一個時鐘來測定每1位的時間長度，前一個時鐘叫發(fā)送時鐘，后一個時鐘叫接收時鐘。這兩個時鐘的頻率可以是波特率的數(shù)倍，一般取16倍、32倍或64倍。這個倍數(shù)就稱為波特率因子。第10頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三波特率×波特率因子采樣輸入信號第11頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第12頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三8.2串行通信的基本技術(shù)一、串行通信方式1、異步通訊異步通信是指以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，用起始位和停止位標識每個字符的開始和結(jié)束字符，兩次傳送時間隔不固定。2、同步通信異步通訊為了可靠地傳送數(shù)據(jù)，在每次傳送數(shù)據(jù)的同時，附加了一些標志位。在大量數(shù)據(jù)傳送時，為了提高速度，就去掉這些標志，這就是同步通訊。采用同步傳送，在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來指示，并在發(fā)送端和接收端之間要用時鐘來實現(xiàn)同步。第13頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、串行通訊中的數(shù)據(jù)傳送方向1、半雙工每次只能有一個站發(fā)送。2、完全雙工

兩個站都能同時發(fā)送稱完全雙工。

第14頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三三、異步接收/發(fā)送器（UART）

串行接口的基本結(jié)構(gòu)主要是異步接收/發(fā)送器（UART），它不僅包括并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，還有檢測串行通信在傳送過程中可能發(fā)生錯誤的邏輯部件。

第15頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第16頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三a.奇偶錯誤如上所述，在接收時，UART檢查接收到的每一個字符的“1”的個數(shù)這個標志，發(fā)出奇偶校驗出錯信息。b.幀錯誤若接收到的字符格式不符合規(guī)定(如缺少停止位等)，則置位該標志，發(fā)出幀出錯信息。c.丟失(溢出)錯誤UART是一種雙緩沖器結(jié)構(gòu)。例如，在接收時，接收的數(shù)據(jù)先由移位寄存器移位，把串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)，然后送到接收數(shù)據(jù)寄存器，由輸入指令將數(shù)據(jù)送到CPU中。由于數(shù)據(jù)送到接收數(shù)據(jù)寄存器，所以即使CPU還沒取走這個數(shù)據(jù)，UART也可以接收另一個新的字符。但若UABT接收到第二個字符的停止位，且要把第二個字符傳送到接收數(shù)據(jù)寄存器時，CPU還沒取走上一個數(shù)據(jù)，于是第一個數(shù)據(jù)會被丟失。如果UART出現(xiàn)這種情況就置位丟失(溢出)標志，發(fā)出丟失出錯信息。第17頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

第18頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三四、信號的調(diào)制和解調(diào)

由于模擬信號的傳輸比數(shù)字信號傳輸更為有效，因而可將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號進行傳輸，用解調(diào)器把接收的模擬信號再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

第19頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第20頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三8.3可編程串行通訊接口芯片8251A簡介

8251A芯片是INTEL公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路芯片，是與INTEL系列CPU兼容的可編程的串行通訊接口。雖然8251A功能較強，但它需要外部時鐘電路。因此采用8251A作為接口電路時需要比較復(fù)雜的外圍電路。而目前流行的單片機如MCS51系列，CPU內(nèi)部就集成了串行接口部件及定時器/計數(shù)器，幾乎不需要外圍輔助電路，使用起來非常簡單，性能價格比很高，因此現(xiàn)在越來越多的數(shù)字化儀器儀表電路中不再采用8251A而是使用單片機作為串行通信接口了。第21頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三一、主要基本性能

1．

可用于同步和異步傳送

2．

波特率,DC－19.2K(異步)；DC－

64K(同步)。

3．

完全雙工，雙緩沖發(fā)送和接收

4．

與8080/8085CPU完全兼容

第22頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)

發(fā)送和接收電路調(diào)制解調(diào)控制電路

總線接口部分第23頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

1．發(fā)送器

a.數(shù)據(jù)輸出線TxD

b.發(fā)送時鐘

TxC c.發(fā)送器準備好

TxRDYd.發(fā)送器空信號

TxEMPY

過程

TxRDY有效CPU寫數(shù)據(jù)到82518251發(fā)數(shù)據(jù) 發(fā)送完畢，TxEMPY有效2．接收器

a.數(shù)據(jù)輸入線RxD

b.接收時鐘

RxC c.接收器準備好RxRDY

過程

8251接數(shù)據(jù)RxRDY有效 CPU讀8251第24頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．調(diào)制解調(diào)控制電路

/DTR——數(shù)據(jù)終端準備好信號。是由825IA送往外設(shè)的，表示CPU當(dāng)前已經(jīng)準備就緒。

/DSR——數(shù)據(jù)設(shè)備準備好。是外設(shè)送往825lA的，表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準備好數(shù)據(jù)。8251Modem/DTR/DSR第25頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三/RTS——請求發(fā)送信號。是8251A送往外設(shè)的，表示CPU已經(jīng)準備好發(fā)送。

/CTS——清除請求發(fā)送信號。由外設(shè)送往825lA的，當(dāng)為低電平時，允許825lA執(zhí)行發(fā)送操作。

8251Modem/RTS/CTS第26頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三4．讀/寫控制電路

第28頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第29頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三三、8251編程

1、方式選擇控制字

第30頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三三、8251編程

1、模式寄存器的格式（方式選擇控制字）時鐘頻率＝波特率因子×波特率

第31頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三RxCTxCOUTCLKGATE+5v1MHz82518253如果波特率為1200，波特率因子為16，問計數(shù)初值？1200×16第32頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2.控制寄存器的格式（操作命令控制字）

接收發(fā)射第33頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3.狀態(tài)寄存器的格式（狀態(tài)控制字（讀））第34頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三四、舉例例：編寫8251異步模式下的接收和發(fā)送程序，設(shè)端口地址：90H，92H，波特率因子16，1起始位，1停止位，無奇偶校驗，每字符8位。

第35頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三RxCTxCOUTCLKGATE+5v1.8432M

82518253第36頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三解：1、8253工作方式及計數(shù)初值 工作方式mode3 8253輸出頻率：

fout＝9600*16=153600=153.6Kfclk=1MN=1000/153.6=~6.51(不能用！)

fclk=1.8432MN=12

第37頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2、8251工作方式 方式選擇控制字

01001110＝4EH第38頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

操作命令控制字

00110111＝37H第39頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3、程序

8251初始化設(shè)置：

a、先對825lA軟件復(fù)位，一般采用先送3個0， 再送1個40H的方法，這也是8251A的編程 約定，40H可以看成是使8251A執(zhí)行復(fù)位操 作的實際代碼。

b、對8251A進行工作方式及操作命令設(shè)置第40頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三……MOVAL,00H ；復(fù)位8251OUT92H,ALCALLDELAYOUT92H,ALCALLDELAYOUT92H,ALCALLDELAYMOVAL,40HOUT92H,ALCALLDELAY ；等待8251復(fù)位MOVAL,4EH ；置工作方式OUT92H,ALMOVAL,37H ；操作命令OUT92H,AL……第41頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三發(fā)送：SENDDAT PROC ；DL:要發(fā)送的數(shù)據(jù)CHKTXR: INAL，92H ；輸入狀態(tài)字

ANDAL，01H ；查TXRDY JZCHKTXR MOVAL,DL OUT90H，AL ；發(fā)送

RETSENDDAT ENDP接收：RECIDAT PROC ；AL:接收的數(shù)據(jù)CHKRXD: INAL，92H ；輸入狀態(tài)字

ANDAL

02H ；查RXRDY？

JZCHKRXD IN90H，AL ；發(fā)送

RETRECIDAT ENDP第42頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三五、8250和16550

速度8250：50～960016550：115200RxCTxCOUTCLKGATE+5v1.8432M

82518253第43頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三A0A1A2000數(shù)據(jù)口/波特率因子低字節(jié)001波特率因子高字節(jié)011線路控制寄存器101線路狀態(tài)寄存器第44頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第45頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

;允許訪問除數(shù)寄存器

MOVDX,MY16550_3 MOVAL,80H OUTDX,AL CALLDALLY

;波特率9600 ；波特率＝1.8432/(波特率因子×16)

MOVDX,MY16550_0 ;波特率低8位

MOVAL,0CH OUTDX,AL CALLDALLY MOVDX,MY16550_1 ;波特率高8位

MOVAL,00H OUTDX,AL CALLDALLY第46頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

;工作方式選擇

MOVDX,MY16550_3 MOVAL,1BH ;偶校驗,1位停止位,8位數(shù)據(jù)

OUTDX,AL CALLDALLY

;modem設(shè)置

MOVDX,MY16550_4 ;MCR MOVAL,03H ;RTS,DTR有效

OUTDX,AL CALLDALLY

;中斷設(shè)置

MOVDX,MY16550_1 ;中斷允許寄存器

MOVAL,00H ;中斷屏蔽

OUTDX,AL CALLDALLY第47頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三00011011第48頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

;發(fā)送TR: MOVDX,MY16550_5 ;發(fā)送保持寄存器檢查LSR INAL,DX ANDAL,20H JZTR MOVDX,MY16550_0 MOVAL,TXD_data ;發(fā)送數(shù)據(jù)

OUTDX,AL RET

;接收REV: MOVDX,MY16550_5 ;查詢接收

INAL,DX ANDAL,01H JZREV MOVDX,MY16550_0 ;接收數(shù)據(jù)寄存器

INAL,DX RET第49頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三8.4串行通信接口RS－232C一、RS－232C電器特性及接口信號

1．電氣特性

在數(shù)據(jù)線TXD和RXD上：

邏輯1=－3V～－15V

邏輯0=＋3V～＋15V

在控制線和狀態(tài)線RTS、CTS、 DSR、DTR和DCD上：

信號有效＝＋3V～＋15V

信號無效＝－3V～－15V第50頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．RS－232C與TTL轉(zhuǎn)換

RS－232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠使計算機接口與終端的TTL器件連接，必須在RS－232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系變換。

第51頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三MAX232第52頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

3．RS-232C的接口信號

可以用電纜線直接連接標準RS232端口，但通信距離較近(<12m)。若距離較遠，可附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。RS－232C規(guī)標準接口有25條線，最常用的信號線有9根。第53頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、RS－232C應(yīng)用舉例1．RS－232C串口通信接線方法（三線制）第54頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．BIOS串行通信口功能

IBMPC及其兼容機提供了比較靈活的關(guān)于串行口的BIOS中斷調(diào)用方法，即通過INT14H調(diào)用ROMBIOS串行通信口例行程序。該例行程序包括將串行口初始化為指定的字節(jié)結(jié)構(gòu)和傳輸速率，檢查控制器的狀態(tài)，讀寫字符等功能第55頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．舉例設(shè)通信雙方有一臺計算機為PC機，使用COM1端口。在串行通信中，必須首先設(shè)定通信雙方所使用字符串的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才能進行軟件編程。這里我們設(shè)數(shù)據(jù)在接收和發(fā)送的字符串中，序號為0的字節(jié)為數(shù)據(jù)長度，其后的字節(jié)為所接收的數(shù)據(jù)。第56頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三接收數(shù)據(jù)子程序：receive procfar ；這是接收數(shù)據(jù)子程序， ；出口AL，AHrec_check: movah,3 ；讀通訊口狀態(tài)字

movdx,0 int14h testah,20H ；測試數(shù)據(jù)準備好位

jzrec_check ；數(shù)據(jù)未準備好，再讀狀態(tài)字

movah,2 ；讀通信端口數(shù)據(jù)

movdx,0 int14h retreceive endp第57頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三發(fā)送數(shù)據(jù)子程序：send procfar ;這是發(fā)送數(shù)據(jù)子程序, ;輸入?yún)?shù):AL,輸出參數(shù):AL,AH pushaxsend_check: movah,3 ；讀通訊口狀態(tài)字

movdx,0 int14h testah,20h ；測試“發(fā)送保存寄存器空”位

jzsend_check ；發(fā)送保存寄存器滿，再讀狀態(tài)字

popax movah,2 ；發(fā)送數(shù)據(jù)

movdx,0 int14h retsend endp第58頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三8．5USB總線簡介一、

USB的定義

USB是UniversalSerialBus的縮寫,中文意思就是“通用串行總線”,是連接有USB接口的計算機外圍設(shè)備到計算機的一種計算機外部總線結(jié)構(gòu)

第59頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第60頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、

USB的開發(fā)背景制定了USB的規(guī)范：1．連接PC與電話。2．Plug-and-Play（即插即用）。3．端口擴展。USB提供雙向低成本低速到中速(USB2.0可達480Mb/s)的通用外設(shè)總線適用于連接各種各樣的外設(shè)并且易于擴展。

第61頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三三、USB的變革

至目前為止，USB共經(jīng)歷以下幾次重大變革：

0.7版本

于1994年11月11日發(fā)布。是USB的最早版本。

1.0版本

于1995年11月13日制定發(fā)布了,規(guī)定USB具有2種傳輸速度

Low-speed1.5Mb/s,Full-speed12Mb/s。

1.1版本

于1998年9月23日制定了1.1規(guī)格版本,速度不變。

2.0(草案)版本

于1999年10月5日發(fā)布。制定了High-speed的概念，規(guī)格

。

2.0版本

于2000年4月27日發(fā)布。

第62頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三四．USB系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

第63頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三五．

USB的特點

1．USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的標準的連接類型。2．USB整個的系統(tǒng)只有一個端口和一個中；3．USB支持熱插拔(hotplug)；4．USB支持PNP；5．USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性；6．USB提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率來適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)；USB2.0還支持480Mbps的高速傳輸速率；第64頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三7．USB2.0的High-speed模式支持音頻和視頻設(shè)備，可以保證其固定帶寬；8．為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸，Bulk數(shù)據(jù)傳輸，中斷數(shù)據(jù)傳輸，同步數(shù)據(jù)傳輸。同步數(shù)據(jù)傳輸可為音頻和視頻等實時設(shè)備的實時數(shù)據(jù)傳輸提供固定帶寬。9．USB的端口具有很靈活的擴展性。一個USB端口串接上一個USBHub就可以擴展為多個USB端口。規(guī)范中說，USB可以擴展到127個外設(shè)端口。第65頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三六、USB工作原理1、NRZI編碼

第66頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2、分組傳送

USB技術(shù)和IP技術(shù)一樣，都是基于分組傳送方式的。對USB總線來講，當(dāng)要傳送一個文件時，程序按照USB協(xié)議，首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前面添上同步信號、包標識，后面添上CRC校驗，就形成了USB封包。一個文件可能可能有多個封包。全速USB總線把1毫秒作為一個時間幀，總線在一個幀內(nèi)依次傳送不同文件的封包。因此從宏觀上