串行_interface

1、第八章 串 并行通信及接口电路 第一节 串行通信的基本概念 n串行通信的特点： n数据在单条1位宽的传输线上按时间先后 一位一位地传送；节省传输线（优点）； 数据传输率较低（缺点）。 n主要适用于长距离、低速率的通信中。 串行通信涉及的常用术语 n单工、半双工和全双工 n单工（Simplex) n特点：仅能进行一个方向的数据传送 设备A 发送器 设备B 接收器 Data flow n半双工（Half Duplex） n特点：数据可以在两个方向上进行传送， 但是这种传送绝不能同时进行。【双向， 但不同时】 设备A 发送器/ 接收器 设备B 接收器/ 发送器 Data flow n全双工（Full

2、 Duplex） 特点：能够在两个方向同时进行数据传送。 设备A 发送器/ 接收器 设备B 接收器/ 发送器 数据传输率 n每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也称比特率。 n波特率每秒传输的“符号”（也称离散状 态）的个数。 【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】 n在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种 电平，分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符 号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一 致。 n但在其他一些场合（例如通信中采用的“相一幅” 复合调制技术一个“符号”的信息含量就不是一 个比特，此时，波特率就不等于比特率。 发送时钟和接收时钟

3、 RxC TxC TxD 数据输入寄存器 输入移位寄存器 1，16，32 数据输出寄存器 输出移位寄存器 1，16，32 CLK(主时钟) （串行数据输入） 输入移位脉冲 （串行数据输出） 输出移位脉冲 接收时钟 发送时钟 RxD n*现在的电话网是模拟通信系统，它是为传 输话音信息而设计的。要在电话网上传送 数字信号，必须经过调制和解调。 n实现调制和解调两个过程的设备称为“调 制解调器”（Modulator Demodulator Modem） n方法：选取音频范围某一频率的正（余） 弦模拟信号作为载波，用以运载所要传送 的数字信号。要用传送的数字信号改变载 波信号的幅值、频率或相位，使之

4、在信道 上传送；到达信道另一端，再将数字信号 从载波中取出。 000001111 数字信号 (a)调幅 (b)调频 (c)调相 按数字信号的 值改变载波信 号的幅度 按数字信号的 值改变载波信 号的频率 按数字信号的 值改变载波信 号的相位 波特率因子 F（时钟频率）波特率因子波特率 n波特率因子：数据传输率（波特率）与时钟频率 之间的比例系数 n给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不 同的波特率。 例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为16，则波特 率为1200 bps。 n若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对 时钟频率的要求。 12001619200（时钟频率）若外部时

5、钟电路 的频率F1Mhz，需用8253分频，试计算分频系 数（8253的计数初值）？ n计数初值时钟频率（波特率波特率因子） 实验 8251 外部的 时钟电路 CLK 8253 OUT 1，16， 1MHz N分频 19.2KHz 移位脉冲 异步方式与同步方式 n异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。 串行异步传输数据格式： 工作特点：15 1/000111 5-8位数据位 1/0 停止位或 空闲位 1 1 起始位 奇偶校验位停止位或、2 2 1 11 第n个字符 空闲位 第n+1个字符 低位 高位 （2）同步方式（Synchronous） n串行同步通信信息格式 n同步方

6、式的工作特点：（1）（5）， P194P195 同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)数据（DATA) *同步通信的效率（协议开销） n例：SDLC/HDLC帧格式： n假定数据长度为2048位， 通信效率为：2048/（204848）97% 协议开销仅为3 n一般公式：SDLC/HDLC协议开销1.0N/(N+48)，其中 N为发送数据的比特数。 标志 01111110 地址 8位 控制 8位 CRC 8位 标志 01111110 数据场 差错校验 n奇偶校验（Parity Check ） nCRC校验（Cyclic Redundancy Check ） 第二节 串并通信接口标准 一、EI

7、A RS232C/CCITT V.24标准 nEIA RS232C，1969年，适合于DTE和 DCE之间相互连接与通信的串行通信规程。 （1987年11月，经修改正式命名为RS 232D） DTEData Terminal Equipment DCEData Communication Equipment。 【Data Circuitterminating Equipment】 PSTNPublic Switched Telephone Network 机械接口特性（图8.6） nDB25连接器 国际标准ISO 2113 【EIA RS232D为ISO 2110】 nEIA规定：插座（fem

8、ale）应装在DCE上； 插头（male）应插在DTE上。 电路功能特性（表81） n25个功能引脚仅定义了22个，22个信号 分成两个信道组主信道组（第一信道） 和辅信道组（第二信道） n常用的RS-232C接口信号（表82） n信号定时关系 电气信号特性（信号电平的规定） n采用负逻辑：5V15V逻辑0 5V15V逻辑1 nRS-232C电平与TTL电平之间的转换（图8.8） TTL电平RS-232C电平：MC1488 RS-232C电平TTL电平：MC1489 电平转换电路 “0” 转换区 “1” “0” 转换区 “1” 2V噪声容限 15V 5V 5V 15V 15V 3V 3V 15

9、V 规程特性（略） nEIA RS232-CCCITT V.24是ISO/OSI七 层参考模型中物理层的典型接口标准之一 二、常见的几种RS-232C电缆连接方式 n全双向标准电缆 n三线经济方式 n具有多种“自环”的三线方式 n零调制解调器（Null Modem） DB-9连接器 DB-9 and DB-25 RS-232 Pin Designations SignalDB-9DB-25 DCD18 RxD23 TxD32 DTR420 GND57 DSR66 RTS74 CTS85 RI922 The 9- and 25-Pin Connectors used by the PCs ser

10、ial ports are male connectors; the printer and video cards use female connectors. 参见“Modem连线大全”P81 三、RS-449及RS-422A，RS-423A nEIA RS-449，机械及功能特性（9针，37针）， 1977.11 nEIA RS-423A，采用“非平衡接口电路”， 1978.9 传输率300k bps 传输距离10m（300k bps）1000m（3k bps） nEIA RS-422A，采用“平衡接口电路”，1978.9 传输率10M bps 传输距离10m（10M bps）1000m

11、（100k bps） 本 地 Modem 远 程 Modem 计 算 机 终 端 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 101 103 104 105 106 107 102 109 108 125 机壳地 发送数据 接收数据 请求发送 允许发送 Modem就绪 信号地 载波检测 终端就绪 呼叫指示 载波检测 呼叫指示 电话线 CCITT 信号名 插脚号 图3-5 V.24/RS-232C 信号连接与定时关系 a)信号线连接 表表31 CCITTV.24/RS232C的部分接口信号表的部分接口信号表 功能缩写符号信号名插脚号信号意义 CCITTVEIA 101AA1机壳地 SG102AB

12、7信号地 TXD103BA2发送数据线，方向由终端至Modem RXD104BB3接受数据线，方向由Modem至终端 RTS105CA4请求发送线，方向由终端至Modem CTS106CB5允许发送线，方向由Modem至终端 DSR107CC6Modem就绪线，表示Modem已连到线路上待用，方向从 Modem至终端 DTR108CD20终端就绪线，表示终端已连到线路上待用，方向从终端至 Modem CD109CF8数据载波检测线，表示Modem接收到指示有数据到达的载 波信号，方向从Modem至终端 RI125CE22呼叫指示线，表示Modem接收到呼叫信号，方向从Modem 至终端 （1）

13、其中，其中，EIA的信号名的信号名： 以以A开头开头信号地或者保护地；信号地或者保护地； 以以B开头开头数据信号；数据信号； 以以C开头开头控制信号；控制信号； 以以D开头开头定时信号；定时信号； 以以S开头开头第二信道。第二信道。 （2）功能缩写符号（不是标准本身定义的）功能缩写符号（不是标准本身定义的） SGSGSignal Ground Signal Ground ； TXDTXDTransmit DataTransmit Data；DTRDTRData Terminal ReadyData Terminal Ready； RXDRXDReceive DataReceive Data；D

14、SRDSRData Set ReadyData Set Ready； RTSRTSRequest To SendRequest To Send；CDCDCarrier DetectCarrier Detect； CTSClear To SendCTSClear To Send；RIRing IndicateRIRing Indicate； 第三节第三节 串行接口的基本结构与功能串行接口的基本结构与功能 典型的串行异步接口的基本结构如图8.10所示。 第四节第四节 可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A 一 、 U S A R T 通 用 同 步 异 步 接 收 器 通 用 同

15、 步 异 步 接 收 器 / 发 送 器发 送 器 （Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter） UART：Universal Asynchronous Receiver Transmitter USRT：Universal Synchronous Receiver Transmitter 典型芯片：Intel 8251，Zilog SIO，Motorola ACIA。 USART结构：（见APPENDIX B） intel 8251A PROGRAMMABLE COMMUNICATION INTERFACE n Synch

16、ronous and Asynchronous Operation n Synchronous 5-8 Bit Characters； Internal or External Character Synchronization； Automatic Sync Insertion n Asynchronous 5-8 Bit Characters； Clock Rate-1,16 or 64 Times Baud Rate； Break Character Generation；1,1.5, or 2 Stop Bits； False Start Bit Detection； Automati

17、c Break Detect and Handling； n Synchronous Baud Rate DC to 64K Baud n Asynchronous Baud Rate DC to 19.2K Baud n Full Duplex, double Buffered, Transmitter and Receiver n Error Detection Parity, Overrun and Framing n Fully Compatible with 8080/8085 CPU n 28-Pin DIP Package n All Inputs and Outputs are

18、 TTL Compatible n Single + 5V Supply n Single TTL Clock 表表83 8251A的读的读/写控制真值表写控制真值表 1、8251A方式选择控制字方式选择控制字 2、操作命令控制字操作命令控制字 操作命令控制字直接让8251A实现某种操 作或进入规定的工作状态，它只有在设定了方 式选择控制字后，才能由CPU写入，8251A的 操作命令控制字格式如图8.17所示。 CPU可在8251A工作工程中利用输入指令 （IN指令）读取当前8251A的状态字，从而可以 检测接口和数据传输的工作状态。8251A的状态 字格式如图8.18所示。 8251A初始化

19、和数据传送流程图初始化和数据传送流程图 第五节第五节 并行通信及接口电路并行通信及接口电路 并行通信的主要特点： 数据在多条并行传输线上各位同时传送； 和串行传送相比，在同样的时钟速率下，并行 传送的信息传输率较高；但所用信号线数量较 多。 适用于信息传输率要求较高，而传输距离 较短的场合。 一、并行接口的组成一、并行接口的组成 组成：见图8.22 “握手”信号（Handshaking）： 输入准备好 输入回答 输出准备好 输出回答 功能：“通信中的每一过程都有应答，彼此进行 确认。新过程必须在对方对上一过程进行应答后发 生。” 二、并行接口的数据输入输出过程（详见二、并行接口的数据输入输出过

20、程（详见8255） 第六节第六节 可编程并行通信接口片可编程并行通信接口片8255A 一、性能概要：性能概要： 有三个输入输出端口：端口A，端口B，端口C 每个端口可编程设定为输入端口或输出端口，并可 设定为不同的工作方式。 端口C可作为一个独立的端口使用，但常常是配合 A口和B口工作，为这两个端口的输入输出操作提供联 络信号。 二、外部引脚外部引脚 40个引脚：电源线、地线2条（Vcc，GND）； 三个端口信号线24条（与外设相连）； RESET，CS，WR，RD，D7D0，A1，A0； 三内部结构内部结构 图8.24（P222） 三个端口分为两组进行控制： A组 A口（PA7PA0） C口

21、高4位（PC7PC4） B组 C口低4位（PC3PC0） B口（PB7PB0） 具体控制字格式见后 四8255A的控制字的控制字 1 方式选择控制字（图8.25） 最高位（D7）一定为1标识位； D6，D5，D4，D3A组的工作方式及端 口的输入、输出设 定 D2，D1，D0B组的工作方式及端口的 输入、输出设定 例：P224 2 端口C置1置0控制字（图8.26） 最高位（D7）一定为0标识位； D6，D5，D4无关 D3，D2，D1位选择 D01：置1；0：置0 例：P224 五五8255A的工作方式的工作方式 1、方式0基本输入输出方式（不带“握手” 信 号的工作方 式） A口C口（两个4位端口）、B口共可构成16 种输入输出工作组态 2、方式1选