（通信与信息系统专业论文）基于cpld的usb转多串口控制器的研究.pdf

原创性声明 l 1 叭y 帆1 吣8 帅2 m 1 舢9 叭6 2 眦 l 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 乏三堡垒 e l 论文作者签名：飞盆三丝! 丝 期： 垄! ：象尘臼! 目 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名五幸三丕建导师签名 期。塑纽，日 山东大学硕i ：学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 2 符号说明。3 第一章绪论4 1 1 课题研究背景4 1 2 本论文工作及组织结构5 1 2 1 主要的研究工作5 1 2 2 论文的组织结构5 第二章系统相关技术概论7 2 1 串口通讯技术7 2 1 1 串口通讯的概念一7 2 1 2 串口通讯的分类一8 2 1 3 异步串口通讯的数据格式一9 2 1 4 串口通讯接口r s 2 3 2 的标准l o 2 2u s b 接口技术概述1 2 2 ：2 1 u g b 接口的概念与特点1 2 2 2 2u s b 系统的结构。1 3 2 2 3u s b 的电源和机械、电气特性1 4 2 2 4u s b 的编码方式15 2 2 5u s b 接口芯片。1 6 2 - 3 “自顶向下 的设计方法1 6 2 4 可编程器件与硬件描述语言。l8 2 4 1 可编程器件概述18 2 4 2 硬件描述语言v h d l 。1 9 2 4 3m a x + p l u si i 简介2 2 2 4 4 可编程逻辑器件的选择2 3 第三章系统设计方案2 4 3 1 系统的结构与原理2 4 3 1 1 系统的组成与功能2 4 3 1 2 系统的工作原理2 5 3 2c h 3 4 1 及u s b 转串口功能介绍2 6 3 2 1c h 3 4 1 概述2 6 山东人学硕上学位论文 3 2 2c h 3 4 1 异步串口特点2 6 3 2 3c h 3 4 1 功能配置2 7 3 2 4c h 3 4 1 异步串口时的引脚说明2 8 3 2 5c h 3 4 1 作为异步串口使用2 8 第四章基于c p l d 的多串口扩展的设计3 0 4 1r s 2 3 2 串口模块的设计3 1 4 1 1 串口模块的内部结构及引脚3 l 4 1 2 串行数据的传送格式及同步控制3 2 4 1 3 串口模块的v h d l 语言编程3 4 4 1 4 串口模块的v h d l 语言程序仿真3 9 4 2 先入先出数据存储器f i f o 模块的设计4 1 4 2 1f i f o 引脚与原理4 1 4 2 2f i f o 先入先出数据存储器的v h d l 程序4 3 4 2 3f i f o 的旺) l 程序仿真4 5 4 3 控制模块的设计4 6 4 3 1 控制模块的结构4 6 4 3 2 编码及输入控制模块的设计4 6 4 - 3 3 优先级控制模块的设计 5 0 4 3 4 数据上行控制模块的设计5 1 4 3 5 数据下行控制模块的设计5 3 4 3 6 解码及输出控制模块的设计5 5 4 3 7 顶层文件的设计5 8 4 4 系统测试5 9 第五章总结与展望6 3 参考文献。6 6 翌| 【谢6 9 攻读学位期间发表的学术论文、申请的专利及参与项目目录7 0 山东人学硕i ：学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 1 a b s t r a c t ( e n g l i s h ) 2 n o m e n c l a t u r e 3 c h a p t e rl i n t r o d u c t i o n 4 1 1 b a c k g r o u n d 4 1 2m a i nw o r ka n ds 协j c t u 托o f t l l i sp a p e r 5 1 2 1m a i nr e s e a r c h 5 1 2 2t h e s i ss t r u c t u r e 5 c h a p t e r2 r e l a t e dt h e o r i e si n t r o d u c t i o n 7 2 1s e r i a lc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y 7 2 1 1t h ec o n c e p to fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n 7 2 1 2t h ec l a s s i f i c a t i o no fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n 8 2 1 3a s y n c h r o n o u ss e r i a lc o m m u n i c a t i o nd a t af o r m a t s 9 2 1 4t h es t a n d a r do fr s 2 3 2s e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n _ t e f f a c e 10 2 2t h eo v e r v i e wo f u s bi n t e r f a c et e c h n o l o g y 1 2 2 2 1t l l l ec o n c e p ta n dc h a r a c t e r i s t i c so f t h eu s bi n t e f f a c e 。1 2 2 2 2t h es t r u c t u r eo fu s b s y s t e m 13 2 2 3m e c h a n i c a l ，e l e c t r i c a lp r o p e r t i e sa n dp o w e ro f u s b 1 4 2 2 4u s b e n c o d i n g 15 2 2 5u s bo i n t e r f a e ec h i p 16 2 3 ”t o p - d o w n ”d e s i g nm e t h o d 16 2 4p r o g r a m m a b l ed e v i c e sa n dh a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e 18 2 4 1t h ei n t r o d u c t i o no fp r o g r a m m a b l ed e v i c e s 。18 2 4 2h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e 1 9 2 4 3t h ei n t r o d u c t i o no fm a x + p l u si i 2 2 2 4 4t h ec h o i c eo fp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e 。2 3 c h a p t e r3s y s t e md e s i g ns c h e m e 2 4 3 1t h es t r u c t u r ea n dp r i n c i p l e 2 4 3 1 1c o m p o s i t i o na n df m l c t i o n 。2 4 ：；1 2w o r k i n gp r i n c i p l e 2 5 i i i 山东人学硕士学位论文 3 2t h ei n 仃o d u c f i o no f c h 3 4 1a n du s bt u r ns e r i a lf u n c t i o n 2 6 3 2 1t h eo v e r v i e wo f c h 3 4 1 一2 6 3 2 2t h ec h a r a c t e r i s t i c so f c h 3 4 1 2 6 3 2 3f u n c t i o no fc h 3 41 2 7 3 2 4p i nd e s c r i p t i o no f c h 3 4 1 2 8 3 2 5u s co f c h 3 4 1 2 8 c h a p t e r4 硼1 ed e s i g nb a s e do nt h ee x p a n s i o no fc p l dm u l t i s e r i a lp o r t 。3 0 4 1t h ed e s i g no fr s 2 3 2s e r i a li n t e r f a c em o d u l e 31 4 1 1f o o ta n di n t e r n a ls t r u c t u r eo fm o d u l e 31 4 1 2s e r i a ld a t at r a n s m i s s i o nf o r m a ta n ds y n c h r o n o u sc o n t r o la g e n c i e s 3 2 4 1 3p r o g r a m m i n go fs e f i a lv h d l 一3 4 4 1 41 1 1 ev h d ll a n g u a g ep r o g r a ms i m u l a t i o no fs e r i a l - i n t e r f a c e m o d u l e 3 9 4 2t h ed e s i g no ff i f o 4 1 4 2 1l e a da n dp r i n c i p l eo ff i f o 4 1 4 2 2v h d lp r o g r a mo ff i f o 4 3 4 2 3s i m u l a t i o no ff i f o 4 5 4 3 1 1 地d e s i g no fc o n t r o lm o d u l e 4 6 4 3 1t h es t r u c t u r eo fc o n t r o lm o d u l e 4 6 4 3 2t h ed e s i g no fc o d i n ga n di n p u tc o n t r o lm o d u l e 一4 6 4 3 37 n l ed e s i g no fp r i o rc o n t r o lm o d u l e 5 0 4 3 4t h ed e s i g no fd a t ao p l i n kc o n t r o lm o d u l e 一5 2 4 3 5t 1 1 ed e s i g no f d a t ad o w n l i n kc o n t r o lm o d u l e 5 3 4 - 3 6t h ed e s i g no fd e c o d i n ga n do u t p u tc o n t r o lm o d u l e 一5 5 4 3 7t h ed e s i g no f t o pd o c u m e n t s 一5 8 4 4s y s t e m st e s t 5 9 c h a p t e r5c o n c l u s i o na n df u t u r ew o r k 6 3 r e f e r e n c e s 6 6 a c k n o w l e d g m e n t s 6 9 p u b l i c a t i o n s ，p a t e n t sa n dp r o g r a m s 7 0 山东人学硕i ：学位论文 摘要 随着信息技术的高速发展，u s b 接口已经成为数字设备之间通信的主流接 口。在很多情况下，我们会遇到多个串口设备同时和上位机通过u s b 进行通信的 需求。本论文正是基于这样一种需求，设计了一个u s b 接口到多个串行通信接口 的通信协议转换器，实现了u s b 接口到多个串口的转换。 本论文对系统功能进行了详细的分析和论证，设计方案遵循了自顶向下的设 计理念，首先将整个系统按照具体功能划分为两个模块，其中一个模块实现了 u s b 接口到串行通信接口的透明数据传输，该模块以南京沁恒公司生产的u s b 桥接芯片c h 3 4 1 为核心，利用芯片内部的协议配合少量的外围元件实现了串口到 u s b 接口转换的功能。另一个模块选用可编程器件c p l d 和硬件描述语言完成了 多个串口的扩展。 本论文应用硬件描述语言进行多串口扩展系统的设计，根据多串口扩展模块 的具体要求又将该部分划分为串口数据发送接收模块、数据存储模块、控制模块 三个部分。所有程序的编译及仿真均在仿真软件m a x + p l u si i 中来完成。每个部分 的功能均进行了仿真验证。顶层文件采用图形编辑的方法把各个模块连接起来， 最终实现了多串口扩展的功能。 最后，采用c p l d 实验板对串口扩展模块的功能进行了验证，成功实现了计算 机和实验板上的单片机之间的通讯。 关键词：c p l d ；u s b ；串口：c h 3 4 1 ；m a x + p l u si i ；硬件描述语言 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n g 、 ，i t l lt h ed e v e l o p m e n to fm o d e m i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , u s bh a sb e c o m e t h em a j n s t r c a l ni n t e r f a c eo ft h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ed i g i t a ld e v i c e i nm a n y c a s e s ，w ew i l lf a c et h ep r o b l e mt h a tm a n ys e r i a lp o r te q u l p m e ms h o u l dc o m m u n i c a t e 、炳lp cv i au s b t om e e tt h ed e m a n d , t h i sp a p e rd e s i g n sac o m m u n i c a t i o np r o t o c o l c o n v e r t e r sf r o mu s bt om u l t i p l es e r i a l ，a c c o m p l i s h i n gt h ec o n v e r s i o nf r o mt h e u s bt om u l t i p l es e r i a l d e s i g n e rm a k e sad e t a i l e da n a l y s i sa n dv e r i f i c a t i o na b o u tt h es y s t e mf u n c t i o n a n dt h e d e s i g nf o l l o w st h et o p - c l o w nc o n c e p t f i r s t ，t h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e di n t o t w om o d u l e sa c c o r d i n gt ot h ec o n c r e t ef u n c t i o n ，o n eo fw h i c ha c c o m p l i s h e st h e t r a n s p a r e n td a t at r a n s m i s s i o nf r o m t h eu s bt os e r i a l t h i sm o d u l ed e p e n d so nt h e u s bb r i d g i n gc h i pc h 3 41p r o d u c e db y n a n j i n gq i n h e n gc o m p a n y t oa c h i e v eu s b c o n v e r s i o nb yu s i n gc h i p 、丽t 1 1as m a l la m o u n to fi n t e r n a la g r e e m e n tv i at op e r i p h e r y c o m p o n e n t s t h eo t h e rm o d u l er e a l i z e sm u l t i p l es e r i a lp o r te x p a n s i o nb y e m p l o y i n g p r o g r a m m a b l ed e v i c ec p l da n d v h d l t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e st h ed e s i g no ft h es y s t e mb yv h d lm u l t i s e r i a lp o r t e x p a n s i o n a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so f t h es e r i a lp o r te x p a n s i o nm o d u l e ， t h ep a r t i t i o ni sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：s e r i a ld a t as e n d i n gr e c e i v i n gm o d u l e ，d a t a s t o r a g em o d u l ea n dc o n t r o lm o d u l e a l lp r o g r a mc o m p i l e sa n ds i m u l a t i o na r e c o m p l e t e di nt h es i m u l a t i o ns o f t w a r em a x + p l u si i e a c hp a r to ft h ef u n c t i o n si s s i m u l a t e d t o pl e v e lf i l ec o n n e c t st h em o d u l e sb yu s i n gg r a p h i c a le d i t i n gm e t h o do f a n d f i n a l l ya c h i e v et h em u l t i s e r i a lp o r te x p a n s i o no ft h ef u n c t i o n f i n a l l y , t h ef u n c t i o no fs e r i a lp o r te x p a n s i o nm o d u l ei sv a l i d a t e du s m gc p l d e x p e r i m e n t a lc i r c u i tb o a r da n da c h i e v e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc o m p u t e r sa n d m i c r o c o n t r o l l e ro f e x p e r i m e n t a lb o a r & k e y w o r d s ：c p l d ；u s b ；s e r i a lp o r t s ；c h 3 41 ；m a x + p l u si i ；h a r d w a r ed e s e r i p t i o n l a n g u a g e 2 山东人学硕i 二学位论文 u s b b p s c p l d v h d l c p u u 煳 d c e d t e e 认 n r z i p i c m r x d m o d e m p l d f p g a l s i v l s i 眦 p l a l m c h d l r a m f i f o 符号说明 u n i v e r s a s e r i a lb u s b i t sp e rs e c o n d c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e v e r y - h i g h s p e e di n t e g r a t e d c i r c u i t h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e c e n t r a lp r o c e s s i n gu n i t u n i v e r s a l a s y n c h r o n o u s r e c e i v e ro r t r a n s m i t t e r d a t ac i r c u i tt e r m i n a le q u i p m e m d a t at e r m i n a le q u i p m e n t e l e c t r o n i ci n d u s t r i e sa s s o c i a t i o n n o nr e t u r n - t o z e r oc o d e p r o g r a m - i n t e r r u p tc o n t r o l l e r t r a n s m i td a t a r e c e i v ed a t a m o d u l a t o r - d e m o d u l a t o r p r o g r a m a b l el o g i cd e v i c e f i e l dp r o g r a m m a b l eg a l a a r r a y l a r g e - s c a l ei n t e g r a t i o n v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i t s p r o g r a m m a b l ea r r a yl o g i c p r o g r a m m a b l ea r r a yl o g i c l o g i cm a c r oc e l l h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e r a n d o ma c c e s sm e m o r y f i r s ti ni n - s to u t 通用串行总线 比特每秒 复杂的可编程逻辑器件 甚高速集成电路硬件描述 语言 中央处理器 通用异步接收发送装置 数据电路终端设备 数据终端设备 电子工业联合会 不归零倒置 程序中断控制 发送数据 就收数据 调制解调器 可编程逻辑器件 现场可编程门阵列 大规模集成电路 超大规模集成电路 可编程阵列逻辑 可编程逻辑阵列 可编程逻辑宏单元 硬件描述语言 随机存取存储器 先入先出 3 山东大学硕上学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 伴随着信息技术、数字技术、和网络技术的发展，计算机、嵌入式系统等数 字设备被广泛应用到生产、生活的各个领域，可以说无所不在，无处不在【l 】。在 很多情况下，这些相对独立的系统之间要进行诸如工作状态状态、环境数据、控 制信息等的传递，就是我们通常所说的通信。而串口通信具有连接简单，成本低， 开发容易的优点，并且现有的微控制器一般都带有串行通讯的接口，因此，在实 时性要求不是很高，数据量不是很大的情况下，利用串口通信完成多机通讯成为 了较为普遍的选择。当比较多的设备都需要通过串口与上位机进行信息的交换时， 就必须对串口的数量进行扩剧引。 例如，在多数工业控制领域，现场采集信息的嵌入式系统或动作的执行系统 往往有很多创3 1 ，他们都需要通过串1 ：3 与中央计算机进行通讯，但是计算机自带 的串行通讯口的数量是有限的，这时，必须扩展串口的数量才能满足系统要求。 再如，后勤管理系统中，往往设置多个读卡终端，他们都需要和中央计算机进行 串行通讯来交换数据，必须用到串口的扩展。 另一方面，随着计算机硬件的飞速发展以及u s b 设备的迅速普及，u s b 接口 已逐渐取代了串口和并口在计算机上的位置。这是由于u s b 接口有非常大的优势： 传输速度快，目前最普及的u s b 2 0 的最大传输速度达到了4 8 0 m b p s l 4 。一个 u s b 接口在理论上可支持1 2 7 个装置，极大的方便了计算机与外设的连接。u s b 还有一个最为显著的优点，那就是支持热插拔，在开机的情况下，你也可以安全 地断开或连接u s b 设备【5 】，真正达到即插即用的目的。正是这些优势，使得u s b 接口在计算机上迅速普及并挤占了并口和串口的位置。 但是，现有的相当多的设备上，仍然在使用串口进行通信，于是，u s b 与串 口的转换芯片应运而生了。市场上这样的芯片有很多，但这些芯片的串口数量一 般都很少，只有一个到几个，实际应用时，还得另外对串口的数量进行扩展。本 课题所设计的u s b 与多串口转换器正是基于这样一种需求。 4 山东人学硕 ：学位论文 1 2 本论文工作及组织结构 1 2 1 主要的研究工作 在充分调研和查阅大量资料之后，论文以可编程器件c p l d 作为串口扩展芯 片，方便实现较多的串口扩展。u s b 与串口的连接采用南京沁恒电子公司生产的 u s b 转串口芯片c h 3 4 1 来实现。具体而言本文主要做了以下工作： l 、查阅大量文献资料，对系统涉及的相关技术理论进行了学习和研究，包括 串口通信的原理与应用、u s b 接口的原理与应用、u s b 与串口转换芯片的相关知 识、可编程芯片c p l d 的原理及使用、v h d l 硬件描述语言及编程方法，为后面 应用平台的软硬件设计奠定了理论基础和技术保证。 2 、结合所掌握的相关资料，确定最终设计方案，即以南京沁恒电子公司生产 的u s b 转串口芯片c h 3 4 1 来实现转换器与上位机的连接，以可编程芯片来实现 多串口的扩展。 3 、对系统开发相关工具和平台进行了深入的学习，包括硬件描述语言v h d l 的编程及仿真调试、电路设计制板工具的使用和相关集成开发环境的应用。 。 4 、研究并确定多串口转换器的实现方法，编写程序并进行仿真和调试。最后 把编好得程序烧录到c p l d 芯片实现多串口转换器的功能。 5 、硬件电路原理图的设计，实现整个系统的连接。 6 、研究并实现可靠通信机制，保证u s b 多串口转换器的稳定性与实用性。 7 、系统扩展功能研究，针对现有系统功能进行系统深入理论研究，对下一步 系统完善和发展指出方向。 1 2 2 论文的组织结构 论文章节安排如下： 第一章主要分析了课题研究的背景及意义，并介绍了论文的主要研究工作和 组织结构。 第二章介绍了课题相关技术，包括串口通信的原理与应用、u s b 通讯技术的 原理与应用、u s b 与串口转换芯片的相关知识、可编程芯片c p l d 的相关知识、 v h d l 硬件描述语言等知识。 5 山东大学硕上学位论文 6 第三章从整体上对本课题设计阐述，结合实际应用论述系统组成、工作原理、 软硬件架构介绍，确定了本课题的实现方式，简要描述了系统的软硬件实施方案。 第四章详细阐述串口扩展系统的研发，包括系统的总体设计，系统各组成部 分的设计与仿真。 第五章对全文的研究工作进行了总结，并指明了下一步的研究方向。 山东人学硕l ：学位论文 2 1 串口通讯技术 第二章系统相关技术概论 2 1 1 串口通讯的概念 所谓“串行通信是指计算机和外设之间使用一条信号线( 另外需要地线，可 能还需要控制线) ，数据在一根信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据 一个固定的时间长度1 6 。如图2 1 所示。这种通信方式使用的信号线少，在远距 离通信中可以极大地节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输要慢。 d od ld 2d 3d 4d 5 d 6d 7 州 图2 1串行传输示意图 由于只是在接口与外设之间按串行方式传输，而在c p u 与接口之间要按并行 方式传输，所以，在串行接口中，必须要有“发送移位寄存器( 并一串) 和“接 收移位寄存器 ( 串一并) 。典型的串行接口结构如图2 2 所示。 在数据的输出过程中，c p u 首先把要输出的数据并行地送入“数据输出寄存 器 中，然后由“数据输出寄存器送入“发送移位寄存器 ，最后由“发送移位 寄存器 把数据1 位l 位地送给外设。“发送移位寄存器 的输出速度由“发送时 钟 确定m 。 在数据的输入过程中，数据被1 位l 位地从外设送入接口的“接收移位寄存 器 中，当“接收移位寄存器 中接收完1 个字符后，“接收移位寄存器 把数 据送入“数据输入寄存器 。c p u 从“数据输入寄存器”中读取刚刚接收到的字 符。( d 0 d 7 同时被c p u 读至累加器中) 。“接收时钟”的频率决定了“接收移位 寄存器 的移位速度。 7 山东大学硕_ l 学位论文 能够完成上述“串并 转换功能的电路，通常称为“通用异步收发器 ( u a r t ： u n i v e r s a l a s y n c h r o n o u sr e c e i v e r a n dt r a n s m i t t e r ) ，典型的芯片有：i n t e l 8 2 5 0 8 2 5 1 ，1 6 5 5 0 引。 串入并出移位寄存器 2 1 2 串口通讯的分类 图2 2 串口内部结构图 并入传出移位寄存器 根据数据传送的方向，我们可以把串行通讯进一步分为单工、半双工和全双 工三种。数据只可以单向传送的通讯方式单工：数据能双向传送却不能同时双向 传送的通讯方式为为半双工，如图2 3 所示：数据能够同时双向传送的通讯方式 则称为全x 2 s e t g j ，如图2 4 所示。 8 半双工 甲 乙 图2 3 半双工示意图 山东人学硕i ：学位论文 全双工 甲乙 k 接收器 发送器 r 接收器 发送器 图2 4 全双工示意图 串行通讯又分为同步通讯、异步通讯两种方式。 同步通信就是将许多字符组成一个数据组，这样，可以一个字符接一个字符 地传输，在每组数据( 通常称为帧) 的开头部分要加上同步字符，在没有数据传 输时，还需要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。 异步传输时，一个字符对应5 , - 一8 位数据。当然，在同一个传输过程中，所有 的字符应该对应相同的位数，比如n 位。在数据传输时，按每n 位数据划分为一 个时间片，发送方在一个时间片中只能发送一个字符，接收端则在一个时间片中 接收一个字符。 由于异步通讯易于控制，简单实用，因此本论文设计采用异步通讯方式。 2 1 3 异步串口通讯的数据格式 在进行异步串行数据通信时，约定每次只发送一个字符，并且在每个字符的 前面加上启动位，以此作为接收端的同步信号。这样一来，每发送一个字符，双 方都要进行一次同步。 异步串行传输有着严格的时序关系和数据格式。线路在空闲时，呈现出电平 或者“1 的状态。在有数据传输时，首先发送一个起始位，接收端在接收到起始 位以后，开始接收。在整个数据的串传输过程中，都要以起始位作为同步时序的 基准信号。“0 表示起始位，数据位紧跟其后，根据采用的编码方式不同，数据 位可以是5 位到8 位之间。校验位可有可无。停止位放在最后，用“1 来表示停 止位，停止位可能是l 位、1 2 位或者2 位【1 0 i 。如图2 5 所示。 图2 5串行传输数据结构图 在串行数据的传输过程中，起始位和停止位起着非常重要的作用。这是因为 在数据通信中存在着影响着数据的正确接收的两个因素： 9 山东人学硕士学位论文 1 、数据是随机发送的，这样一来，接收端就必须时刻准备接收数据。 2 、数据的发送端和接收端使用不同的时钟，虽然可以给双方设定一致频率的 时钟，但时钟的边沿仍然不可能保证一致。时钟的宽度、周期总会存在误差。数 据发送开始时，接收方必须准确无误地检测到起始位的下降沿，才能使其内部的 时钟和发送方保持一致。每次对二进制位进行接收采样时，采样点应该尽可能的 接近数据的中点。接收方为了能及时的发现起始位下降边沿的到来，一般使用高 于发送波特率十六倍频率的时钟信号对信号线进行采样。这样一来，接收方就可 以能在一个二进制位周期的1 1 6 时间内检测到起始位。对数据位中心采样的误差 也不会超过位周期的1 1 6 。 2 1 4 串口通讯接口r s 2 3 2 的标准 串行通信接口标准经过使用和发展，目前派生出好几种。但都是在r s 2 3 2 标准的基础上改进形成的。r s 2 3 2 c 标准是美国e i a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r i e s a s s o c i a t i o n 【1 1 1 ) 即电子工业联合会与b e l l 等公司一起开发的1 9 6 9 年公布的通信 协议。它适合传输速率在0 2 0 0 0 0 b p s 范围内的通信。该标准对串行通信接口的 若干问题，如电气特性、信号线的功能等均作了明确的规定。因为通信设备厂商 均生产与r s 2 3 2 c 标准兼容的设备，所以，在目前的微机通信接口中该标准得到 了广泛采用。 1 、机械特性 连接器：由于r s 2 3 2 c 没有定义连接器的物理特征，所以，出现了d b 9 、 d b 1 5 和d b 2 5 各种类型，他们的引脚定义也不尽相同。下面分别介绍两种连接 器。 ( 1 ) d b 9 连接器 该连接器结构如图2 6 右边图所示，它一般作为主板上c o m l 和c o m 2 两个 串口或多功能i o 卡的连接器。它只提供了异步通信用到的9 个信号。 ( 2 ) d b 2 5 ：d b 2 5 连接器一共定义了2 5 根信号线，可分为4 组： 异步通信的9 个电压信号( 含信号地s g ) 2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ，2 0 ，2 2 9 个2 0 m a 电流环信号( 1 2 ，1 3 ，1 4 ，1 5 ，1 6 ，1 7 ，1 9 2 3 ，2 4 ) 6 个空脚( 9 ，l o ，l l ，1 8 ，2 1 ，2 5 ) 1 0 山东人学硕 j 学位论文 保护接地1 个( 1 脚) d b 2 5 型连接器的外形及信号线分配如图2 6 所示。注意，d b 9 型连接器的 引脚信号分配与d b 2 5 型引脚信号完全不同。因此，若与配接d b 2 5 型连接器的 d c e 设备连接，必须使用专门的电缆线。 d c d s g d s r c