串行数据通信接口

1、 3.1 3.1 串行数据通信接口串行数据通信接口课本课本101-106101-106 一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念5、芯片总线、内部总线、系统总线与外部总线、芯片总线、内部总线、系统总线与外部总线 芯片总线（片内总线）：位于集成电路内部，是集成电路芯片总线（片内总线）：位于集成电路内部，是集成电路内部各功能单元之间的连线，芯片总线通过集成电路的引内部各功能单元之间的连线，芯片总线通过集成电路的引脚延伸到外部与系统相连。脚延伸到外部与系统相连。 内部总线（前端总线）：是控制器与其他一些部件之间直内部总线（前端总线）：是控制器与

2、其他一些部件之间直接连接而进行数据通信的总线，用于芯片一级的连接。常接连接而进行数据通信的总线，用于芯片一级的连接。常用内部总线：用内部总线：I I2 2C C、SPISPI、UARTUART、SCISCI等。等。 系统总线：用于控制器与接口卡的连接。使各种接口卡能系统总线：用于控制器与接口卡的连接。使各种接口卡能够在各种系统中实现够在各种系统中实现“即插即用即插即用”。常见总线标准有。常见总线标准有ISAISA总总线、线、EISAEISA总线、总线、VESAVESA总线、总线、PCIPCI总线、总线、AGPAGP总线等。总线等。 外部总线（通信接口）：计算机之间或计算机与外围设备外部总线（通

3、信接口）：计算机之间或计算机与外围设备之间进行数据通信的连接线。用于设备一级的互连。如之间进行数据通信的连接线。用于设备一级的互连。如RS232CRS232C、RS485RS485总线、总线、IEEE-488IEEE-488总线和总线和USBUSB总线。总线。一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念一、通信和总线的相关概念7、串行通信的数据通路形式、串行通信的数据通路形式单工通信：单工通信：信息只能向一个方向传送，单工通信。信息只能向一个方向传送，单工通信。 半双工通信：半双工通信：使用同一根传输线，既可发送数据又

4、可接收使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时发送和接收数据，通信双方可以轮流地数据，但不能同时发送和接收数据，通信双方可以轮流地进行发送和接收。进行发送和接收。 全双工通信：全双工通信： 二串行通信方式二串行通信方式1 1异步串行通信异步串行通信。 D0PD1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3起始位起始位空闲位空闲位停止位停止位为了确保传输正确，异步串行通信采用相反极性的起始为了确保传输正确，异步串行通信采用相反极性的起始位和结束位来提供时间基准；位和结束位来提供时间基准；异步通信，发送和接收双方必须使用相同的字符数据帧异步通信，发送和接收双方必须使用相同的字符数据帧格式

5、，否则会造成数据错误，进而导致通信失败。格式，否则会造成数据错误，进而导致通信失败。异步通信通常用于信息传送量不太大、传输速度不太高异步通信通常用于信息传送量不太大、传输速度不太高的场合，如每秒的场合，如每秒5050115200115200位。位。波特率用于描述串行通信数据传送速率，规定为：每秒波特率用于描述串行通信数据传送速率，规定为：每秒钟传送二进制数码的位数，单位为波特，即：钟传送二进制数码的位数，单位为波特，即：1 1波特波特=1=1位位/ /秒，通常用秒，通常用bpsbps表示表示接收时钟和发送时钟：接收时钟和发送时钟：接收和发送双方通过时钟信号对传送的数据进行接收和发送双方通过时钟

6、信号对传送的数据进行定位及采样。定位及采样。接收和发送时钟能够用来控制通信设备接收和发接收和发送时钟能够用来控制通信设备接收和发送字符数据速度。送字符数据速度。该时钟信号通常由外部时钟电路产生。该时钟信号通常由外部时钟电路产生。收收/发时钟发时钟直接决定了通信线路上数据传输的直接决定了通信线路上数据传输的速率，对于收发双方之间数据传输的同步有速率，对于收发双方之间数据传输的同步有十分重要的意义。十分重要的意义。发送数据发送数据时，在时，在发送时钟的下降沿发送时钟的下降沿，发送设备将，发送设备将移位寄存器中保存的数据串行移位输出；移位寄存器中保存的数据串行移位输出；接收数据接收数据时，在时，在接

7、收时钟的上升沿接收时钟的上升沿，接收器对接，接收器对接收数据采样，即数据位检测。从而，获得了最大的收数据采样，即数据位检测。从而，获得了最大的时钟频率偏差容限。时钟频率偏差容限。 为了提高串行通信的抗干扰能力，往往用为了提高串行通信的抗干扰能力，往往用多个时钟调制一个二进制数据，调制一个多个时钟调制一个二进制数据，调制一个二进制数据的收二进制数据的收/发时钟个数称为波特率系发时钟个数称为波特率系数数n。 收收/发时钟频率与波特率之间的关系：发时钟频率与波特率之间的关系： 收收/发时钟频率发时钟频率=n波特率波特率一般一般n取取1,16,32,64等。对于异步通信，常采等。对于异步通信，常采用用

8、n=16；对于同步通信；对于同步通信,则必须取则必须取n=1。 发送方发送方利用发送时钟来决定发送每个位的时刻；利用发送时钟来决定发送每个位的时刻； 接收器在每一个接收时钟的上升沿接收数据线，当发现接接收器在每一个接收时钟的上升沿接收数据线，当发现接收数据线上出现低电平时认为是起始位，此后，如果在连收数据线上出现低电平时认为是起始位，此后，如果在连续的续的8 8个时钟周期内检测到接收数据线上仍保持为低电平，个时钟周期内检测到接收数据线上仍保持为低电平，确定为起始位。再间隔确定为起始位。再间隔1616个时钟周期检测下一位；个时钟周期检测下一位； 采用这种方法，能够排除接收线上的噪声干扰并识别假起

9、采用这种方法，能够排除接收线上的噪声干扰并识别假起始位，较精确地确定起始位的中间点，从而提供一个准确始位，较精确地确定起始位的中间点，从而提供一个准确的时间基准。的时间基准。异步通信的时钟异步通信的时钟数据数据（62H62H）0 00 00 00 01 11 1停止位停止位异步传输先发送低位异步传输先发送低位(LSB)(LSB)发送方发送方利用发送时钟来决定发送每个位的时刻利用发送时钟来决定发送每个位的时刻接收方接收方检测起始位的下降沿，并用它来同步接收时检测起始位的下降沿，并用它来同步接收时钟，然后利用接收时钟从每一位的中间接收该位钟，然后利用接收时钟从每一位的中间接收该位1 1起始位起始位

10、LSBLSBMSBMSB0 0奇偶奇偶校验位校验位0 00/10/11 1 1 1接收接收/ /发送发送时钟时钟例例如：以如：以1k波特率传送波特率传送8位数据位数据45H（0100,0101B），），奇校验，奇校验，1个停止位，个停止位，传送传送1个字符需要多少时间？个字符需要多少时间？画出信号线上的波形图。画出信号线上的波形图。波特率：每秒传送二进制数的位数，即波特率：每秒传送二进制数的位数，即1 1波特波特=bit/s =bit/s （位（位/ /秒）秒）1k=1000bit/s1k=1000bit/s，每秒传输，每秒传输10001000个二进制数，个二进制数，传输传输1 1位需要位需要

11、1ms,21ms,2个二进制数之间的间隔是个二进制数之间的间隔是1ms1ms。传送一个字符共传送传送一个字符共传送1111位，需要位，需要11111ms=11ms1ms=11ms SYN SYN SOH 标题标题STX数据块数据块 ETB/ETX块校验块校验SYNSYN：同步字符（：同步字符（SynchronousSynchronous），表示一帧的开始；），表示一帧的开始；SOHSOH：序起字符（：序起字符（Start of HeaderStart of Header），表示标题的开始；），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；标题：包括原地址，目的地址，路由指示等信息

12、；STXSTX：文始字符（：文始字符（Start of TextStart of Text），表示正文开始。），表示正文开始。FTB/ETXFTB/ETX：组终：组终/ /文终字符（文终字符（End of TextEnd of Text）ETBETB（End of Transmission BlockEnd of Transmission Block）同步串行通信的时钟定时方法同步串行通信的时钟定时方法数据（62H）01100010同步传输先发送高位同步传输先发送高位(MSB)发送方发送方在时钟信号的下降沿发送字节在时钟信号的下降沿发送字节接收方接收方在时钟信号的上升沿接收字节在时钟信号的上升

13、沿接收字节时钟时钟（发送时钟与接收（发送时钟与接收时钟完全同步）时钟完全同步）LSBMSB收收/发时钟频率发时钟频率=1波特率波特率 RS-232C信息格式信息格式 RS-232C是一种标准接口，是一种标准接口，D型插座，采用型插座，采用25芯引脚或芯引脚或9芯引脚的连接器，如图所示。芯引脚的连接器，如图所示。 RS232 DB25针脚25个功能引脚仅定义了21个，21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）2. RS232 DB9针脚RS-232C标准规定接口有标准规定接口有25根连线。只有以根连线。只有以下下9个信号经常使用。个信号经常使用。 引脚号引脚号信号名称信号

14、名称方方 向向信信 号号 功功 能能1 1DCDPC机机仪器仪器PC机收到远程信号（载波检测）机收到远程信号（载波检测）2 2RXDPC机机仪器仪器PC机接收数据机接收数据3 3TXDPC机机仪器仪器PC机发送数据机发送数据4 4DTR PC机机仪器仪器PC机准备就绪机准备就绪5 5GND- - 信号地信号地6 6DSRPC机机仪器仪器仪器准备就绪仪器准备就绪7 7RTSPC机机仪器仪器PC机请求发送数据机请求发送数据8 8CTSPC机机仪器仪器仪器已切换到接收状态（清除发送）仪器已切换到接收状态（清除发送）9 9RIPC机机仪器仪器通知通知PC机，线路正常（振铃指示）机，线路正常（振铃指示）

15、RS-232C另一种常用的插头是另一种常用的插头是9芯，它的引脚信号功能为芯，它的引脚信号功能为: RS232C与与TTL电平变换器电平变换器管脚说明如下：管脚说明如下：C1+C1+、C1-C1-、C2+C2+、C2-C2-是外接电容端；是外接电容端；R1INR1IN、R2INR2IN是是2 2路路RS-232CRS-232C电平信号接电平信号接收输入端；收输入端；RlOUTRlOUT、R2OUTR2OUT是是2 2路转换后的路转换后的TTLTTL电平电平接收信号输出端，送接收信号输出端，送80518051的的RXDRXD接收端；接收端；TlINTlIN、T2INT2IN是是2 2路路TTLT

16、TL电平发送输入端，电平发送输入端，接接80518051的的TxDTxD发送端；发送端；TlOUTTlOUT、T2OUTT2OUT是是2 2路转换后的发送路转换后的发送RS-RS-232C232C电平信号输出端，接传输线；电平信号输出端，接传输线；V+V+经电容接电源经电容接电源+5V+5V；V-V-经电容接地。经电容接地。MAX232应用电路原理图应用电路原理图MAX232应用电路原理图应用电路原理图 单片机之间很近距离通信接线图单片机之间很近距离通信接线图单片机之间近距离通信接线图单片机之间近距离通信接线图计算机之间近距离通信接线图计算机之间近距离通信接线图计算机与单片机之间近距离通信接线

17、图计算机与单片机之间近距离通信接线图计算机串口设置计算机串口设置引脚引脚号号符号符号方方向向功功 能能2TXDO发送数据发送数据3RXDI接收数据接收数据4RTSO请求发送请求发送5CTSI为发送清零为发送清零6DSRIDCE就绪就绪7GND信号地信号地8DCDI载波检测载波检测20DTRODTE就绪就绪全双工标准连接图（双交叉环回接口）全双工标准连接图（双交叉环回接口）u远距离（ ）通信：信号的调制和解调信号的调制和解调 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，电话网是为信时，线路往往是借

18、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。一般为音频模拟信号的设计的。一般为3003003400Hz3400Hz，不适合于数据，不适合于数据信号。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。相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。计算机计算机MODEMMODEMMODEMMODEM模拟信号模拟信号数字信号数字信号数字信号数字信号CRTCRT1 0 1 01 0 1 010 10 10 1010 10 10 10调制电话线调制电话线）. . 什么

19、叫调制什么叫调制? ? 所谓调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换，就所谓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。频谱。）. . 作用作用: : 调制器调制器(Modulator)(Modulator)是一个波形变换器是一个波形变换器, ,它将基带数字的它将基带数字的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。波形变换成适合于模拟信道传输的波形。 解调器解调器是一个波形识别器是一个波形识别器, ,将模拟信号恢复成原来的数将模拟信号恢复成原来的数字信号。字信号。 调制器调制器解调器解调器0

20、10010010010010010010010最基本的调制方法有以下几种：最基本的调制方法有以下几种：（1 1）调幅（）调幅（AMAM）即载波的即载波的振幅振幅随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化. . “1” “1”对应有载波对应有载波 “ “0” 0” 对应无载波对应无载波）. . 调制方法调制方法: :（2 2）调频（）调频（FMFM） 即载波即载波频率频率随数字信号而变化随数字信号而变化 “ “0”0”对应对应”f1”f1” “1” “1”对应对应“f2”f2”(3)(3)调相（调相（PMPM） 即载波初始相位随基带数字信号即载波初始相位随基带数字信号而变化而变化. . “ 0”

21、“ 0”对应相位对应相位0 0度度 “ “1”1”对应相位对应相位180180度度f1f2FMAM0 1 0 0 1 10度180度PM2RS-422 接口标准接口标准 全称是全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性平衡电压数字接口电路的电气特性”； 接收器采用高输入阻抗和发送驱动器具有比接收器采用高输入阻抗和发送驱动器具有比RS232RS232更更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接节点，最多可接 1010个节点。个节点。 RS-422RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道四线接口由于采用单独的发送和接收通道, ,因因此不必控制数据方向此不必控制数据方向, ,各装置之间任各装置之间任 何必须的信号交何必须的信号交换均可以按软件方式（换均可以按软件方式（XON/XOFFXON/XOFF握手）或硬件方式握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。（一对单独的双绞线）实现。2RS-422 接口标准接口标准1.1.特点特点： （1）采用平衡发送器