12章串行通信.ppt

1、串行通信和串行接口,本章重點(diǎn)： 掌握串行通信的概念；串行通信的標(biāo)準(zhǔn)；可編程通用串行通信接口 8251A芯片的結(jié)構(gòu)、功能、編程和使用方法。 本章難點(diǎn)： 在實(shí)際應(yīng)用中正確地連接可編程通用串行通信接口 8251A芯片，并編寫正確的應(yīng)用程序。,概述,計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換或數(shù)據(jù)傳輸稱為通信。通信的有兩種基本方式：并行通信和串行通信。并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送，而串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送。,串行數(shù)據(jù)傳送方式,1、單工 單方向的數(shù)據(jù)傳輸。 2、半雙工 半雙工方式稱為“對話式”，就是在通信過程中，發(fā)送和接收使用同一通路。通信雙方在同一時(shí)刻只能有一方“發(fā)言”，一

2、方發(fā)送完后另一方再發(fā)送，雙方以“對話”方式通信。有些計(jì)算機(jī)和現(xiàn)實(shí)終端之間采用半雙工方式工作，這時(shí)，從鍵盤輸入的字符在發(fā)送到主機(jī)的同時(shí)就被送到終端上顯示出來，而不是用回送的方法，所以避免了發(fā)送過程和接收過程同時(shí)進(jìn)行的情況。對于像鍵盤和打印機(jī)這樣單方向傳輸?shù)耐獠吭O(shè)備，只要用半雙工方式就能滿足需要。,串行數(shù)據(jù)傳送方式,3、全雙工 全雙工方式也稱“爭論式”， 就是在通信過程中，發(fā)送和接收使用不同的通路。兩個(gè)傳輸方向可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通信雙方以“爭論”方式通信，同一時(shí)刻雙方都可能發(fā)送數(shù)據(jù)。對于串行口來講，就意味著可以同時(shí)進(jìn)行輸入和輸出。,調(diào)制與解調(diào),在進(jìn)行長距離通信時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)的正常傳送，一般把

3、信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合于傳送的形式，傳送到目的地后再恢復(fù)成原始信號(hào)，一般通過調(diào)制解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)。 在發(fā)送站，調(diào)制解調(diào)器把數(shù)字脈沖信號(hào)調(diào)制到載波信號(hào)上，承載了數(shù)字信息的載波信號(hào)在普通電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳送，在目的站，調(diào)制解調(diào)器把承載了數(shù)字信息的載波信號(hào)再恢復(fù)成原來的數(shù)字脈沖信號(hào)。,頻移鍵控法（FSK）,把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成不同頻率的模擬信號(hào)，例如用1200HZ表示信號(hào)“0”，用2400HZ表示數(shù)字“1”。接收方就根據(jù)信號(hào)的頻率就可以指導(dǎo)傳輸?shù)男畔⑹恰?”還是“0”。,幅移鍵控法（ASK）,把數(shù)字信號(hào)“0”、“1”調(diào)制成不同幅度的模擬信號(hào)，但是頻率保持不變，例如載波信號(hào)的幅度大于10V表示為信號(hào)“1” ，幅度小于5

4、V表示為信號(hào)“0” 。,相移鍵控法（PSK）,把數(shù)字信號(hào)“0”、“1”調(diào)制成不同相位的模擬信號(hào)，但是頻率和幅值保持不變，例如載波信號(hào)的相位為180度表示為信號(hào)“1” ，相位為0度表示為信號(hào)“0” 。,串行通信方式,串行通信中，發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)后才能發(fā)送，而接收端則需將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。為了正確區(qū)分每個(gè)字符以及字符中的每一位信息，要求發(fā)送端和接收端的工作必須同步，否則，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)字符在被串行傳送后，在接收時(shí)只要錯(cuò)上一位，后面的數(shù)據(jù)都是錯(cuò)誤的。 串行通信中常用的同步方法有兩種：同步方式和異步方式，也稱同步通信和異步通信。,異步通信,異步通信把每一個(gè)字符當(dāng)作獨(dú)立的信息

5、來傳送，并按照一固定且預(yù)定的時(shí)序傳送。每一個(gè)字符為一幀信息，由4部分組成： 起始位：1位，低電平表示。 數(shù)據(jù)位：5-8位，低位數(shù)據(jù)在前，高位數(shù)據(jù)在后 校驗(yàn)位：1位，奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn) 停止位：1-2位，高電平表示,異步通信,在異步通信中，每次數(shù)據(jù)傳輸，接收方都要與發(fā)送方同步一次。所以接收端的同步時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格與發(fā)送方同步，只要他們在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間范圍內(nèi)保持同步即可，所以異步通信對時(shí)鐘信號(hào)漂移的要求要比同步低的多，硬件成本較低，簡單可靠。,同步通信,同步通信指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致。 同步方式是將許多的字符聚集成一字符塊后，在每塊信息（常稱為信息幀

6、）之前加上1至2個(gè)同步字符，字符塊之后再加入適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤檢測數(shù)據(jù)才傳出去。,同步通信,同步通信要求在傳輸線路上始終保持連續(xù)的數(shù)據(jù)流，如果當(dāng)前無數(shù)據(jù)傳輸，則線路上需要用專用的空閑字符或同步字符填充。 同步傳輸傳送信息的位數(shù)幾乎不受限制，通信效率較高，但是在通信中保持精確地同步時(shí)鐘，所以發(fā)送器和接收器的較復(fù)雜，成本較高。,串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn),目前，串行通信中使用得最普遍的是EIA RS-232C標(biāo)準(zhǔn)， 也稱為串行接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的相關(guān)問題做了統(tǒng)一規(guī)定。,串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn),RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中共定義了25條信號(hào)線，一般以9個(gè)接腳 (DB-9) 或是25個(gè)接腳 (DB-25)

7、 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。，其中4條數(shù)據(jù)線，11條控制線，3條定時(shí)線，7條備用和未定義線。（包括兩個(gè)信號(hào)通道） RS-232C接口通往外部的連接器(插針和插座)是標(biāo)準(zhǔn)的D型25針插頭。 近距離(小于15m)通信時(shí)，可以不使用MODEM，通信雙方直接相連，使用的信號(hào)線較少。而遠(yuǎn)距離(大于15m)通信時(shí)要加接MODEM，使用的信號(hào)線較多。,串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn),在最簡單的情況下，用一條接收線，一條發(fā)送線，再加一條地址線就可以實(shí)現(xiàn)通信。 有多種可供選擇的傳輸速率。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、

8、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 邏輯1(MARK)=-3V-15V 邏輯0(SPACE)=+315V 抗干擾能力強(qiáng)。,可編程串行接口,基本功能 1. 數(shù)據(jù)格式化 2. 串并轉(zhuǎn)換 3. 控制數(shù)據(jù)傳輸速率 4. 錯(cuò)誤檢測 5. TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換 6. 提供符合EIARS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)線,可編程串行接口的基本結(jié)構(gòu),串行接口電路的內(nèi)部一般除了有完成數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換的部件外，還有4個(gè)主要的寄存器。即控制寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器。4個(gè)寄存器通常被CPU訪問。 在接收過程中，由內(nèi)部控制電路自動(dòng)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，包括奇偶錯(cuò)誤、幀格式錯(cuò)

9、誤和溢出錯(cuò)誤。,8251A,Intel8251A是一種通用同步/異步數(shù)據(jù)接受發(fā)送器，廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)。 8251A可以分成5個(gè)主要部分：接收器、發(fā)送器、調(diào)制/解調(diào)控制、讀寫控制邏輯以及數(shù)據(jù)總線緩沖器。 8251A的結(jié)構(gòu)如圖所示。,與CPU相連的信號(hào)線 D7D0三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線 CLK時(shí)鐘信號(hào)輸入線 片選信號(hào)輸入線 信息類型信號(hào)輸入線 TxRDY發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)狀態(tài)輸出線 TxE發(fā)送器空閑狀態(tài)信號(hào)輸出線 RxRDY接收器準(zhǔn)備好狀態(tài)信號(hào)輸出線 SYNDET同步檢測信號(hào)線,與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器相連的信號(hào)線: DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好狀態(tài)輸出線； DSR數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好狀態(tài)輸入線； RTS請求傳送信號(hào)輸出線

10、； CTS清除發(fā)送(準(zhǔn)許傳送)信號(hào)輸入線； RXC接收器時(shí)鐘輸入線； RXD接收器數(shù)據(jù)輸入線； TXC發(fā)送器時(shí)鐘輸入線； TXD發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出線。,控制字和狀態(tài)字,8251A的工作方式需要初始化編程，用兩種控制字進(jìn)行設(shè)置，即方式控制字和操作控制字，還有一個(gè)供CPU查詢的狀態(tài)字。,1、方式控制字 方式控制字用于約定雙方通信的方式(同步/異步)及其數(shù)據(jù)格式(數(shù)據(jù)位和停止位長度，檢驗(yàn)特性，同步字符特性)、傳送速率(波特率因子)等參數(shù)，格式如圖所示。,2. 操作控制字 操作控制字用于指定8251A進(jìn)行某種操作(如發(fā)送、接收、內(nèi)部復(fù)位和檢測同步字符等)或處于某種工作狀態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，其格式如圖所

11、示。,3. 狀態(tài)字 狀態(tài)字用于報(bào)告8251A何時(shí)才能開始發(fā)送或接收，以及接收數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤。狀態(tài)字為8位，其狀態(tài)字格式如圖所示。,例如 編寫一段通過8251A采用查詢方式接收數(shù)據(jù)的程序。將8251A定義為異步傳送方式，波特率因子為64，采用偶校驗(yàn)，1位停止位，7位數(shù)據(jù)位。設(shè)8251A數(shù)據(jù)口地址為04A0H，控制口地址為04A2H。,程序片段如下： MOV DX，04A2H MOV AL，？ ；寫方式控制字 OUT DX，AL MOV AL，？ ；寫操作控制字 OUT DX，AL WAIT：IN AL，DX ；讀入狀態(tài)字 AND AL，02H JZ WAIT ；檢查RRDY是否為1 MOV DX，

12、04A0H IN AL，DX ；輸入數(shù)據(jù),程序片段如下： MOV DX，04A2H MOV AL，7BH ；寫方式控制字 OUT DX，AL MOV AL，14H ；寫操作控制字 OUT DX，AL WAIT：IN AL，DX ；讀入狀態(tài)字 AND AL，02H JZ WAIT ；檢查RRDY是否為1 MOV DX，04A0H IN AL，DX ；輸入數(shù)據(jù),例如 編寫使8251A發(fā)送數(shù)據(jù)的程序。將8251A定義為異步傳送方式，波特率因子為64。采用偶校驗(yàn)，1位停止位，7位數(shù)據(jù)位。8251A與外設(shè)有握手信號(hào)，采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)。設(shè)8251A數(shù)據(jù)口地址為04A0H，控制口地址為04A2H。,程序片段如下： MOV DX， 04A2H MOV AL， ？ ；寫方式控制字 OUT DX， AL MOV AL， ？；寫操作控制字 OUT DX， AL WAIT：IN AL， DX ；讀入狀態(tài)字 AND AL， 01H ；檢查TxRDY是否為1 JZ WAIT MOV DX， 04A0H MOV AL， 36H ；輸出的數(shù)據(jù)送AL