第8章 串行通信

1、第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片目的和要求： 1. 掌握串行通信的基本概念（串行通讯、并行通讯、异步传送、同步传送）2. 掌握串行通信接口连接的几个标准 1）RS-232-C标准（管脚、连接方式 ） 2）RS-485 标准8.1 串行通信基础串行通信基础8.1.1项目1：两台微机之间进行通信 8.1.2 知识讲解第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片8.1串行通信基础串行通信基础8.1.1项目项目1：两台微机之间进行通信：两台微机之间进行通信1项目要求与目的项目要求与目的 （1）项目要求：利用“串口调试助手”软件，实现两台微

2、机与微机之间进行通信。 （2）项目目的：了解微机与微机之间的通信方法。了解“串口调试助手”软件的使用。了解9针RS-232C接口的连线与制作方法。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片2项目电路连接与说明项目电路连接与说明 （1）项目电路连接：如图8-3所示的粗线为需要接的连线，两台微机之间通过9针RS-232C接口相连。（2）项目说明：本实验需要一根9针串口线将两台微机相连。首先用串口线把两台微机连接好，各自打开从网上下载的“串口调试助手”设置好串口，波特率双方设置一致（例如设置为1200），在一台微机发送区输入数据（16进制或十进制），效果如图8-1所示，就

3、可在另一台微机的接收区看到相应的数据（16进制或十进制），效果如图8-2所示。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片图图8-2串口调试助手接收区看数据效果图串口调试助手接收区看数据效果图第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片图8-1串口调试助手发送区看数据效果图串口调试助手发送区看数据效果图3项目电路原理框图项目电路原理框图项目电路原理框图如图8-3所示。电路由两台微机之间和9针RS-232C接口连线等组成。 图图8-3 电路原理框图电路原理框图第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片8.1.2 知识

4、讲解知识讲解 1.概述概述 通信是指计算机与外部设备之间或计算机与计算机之间的信息交换。通信的基本方式可以分为并行通信和串行通信两种。并行通信是指数据的每位同时传输，如第5章所述的8255A与外设间的数据交换就是采用的并行通信方式。这种方式的数据传输速度快，但是在使用时所需要的通信线多，随着传输距离的增加，通信成本增加，可靠性下降，因此并行通信适合短距离传输。 图11.1 表示的是一个字节(假定传送的内容是8 位二进制数10010011B)的数据进行并行通信，需要8 条数据线，D0D7 是同时传送的。 串行通信则是把需要传输的数据按照一定的数据格式一位一位的按顺序传输。串行通信的信号在一根信号

5、线上传输。发送时，把每个数据中的各个二进制位一位一位地发送出去，发送一个字节后再发送下一个字节；接收时，从信号线上一位一位地接收，并把它们拼成一个字节传输给CPU进行处理. 图11.2 表示同样的数据进行串行通信，只需要一条数据线，数据依次传递，在最初传递的是D0 位，然后是D1 位，.，最后传递D7 位。 优缺点：与并行通信相比串行通信有以下优点：线路结构简单、抗干扰能力强、传送距离远，但是它的传送速度比并行通信传送得慢。所以在计算机内部一般采用并行通信，计算机与外设之间、计算机与计算机之间一般采用串行通信。串行通信只需一对传输线，并且可以利用现有的电话线作为传输介质，这样可以降低传输线的成

6、本，特别是在远距离传输时，这一优点更为突出。但在进行串行通信时需要进行并-串和串-并之间的转换。主要应用于接口与外部设备、计算机与计算机之间，例如鼠标、键盘和接口。2.串行通信传送方式（单工、半双工和全双工通信）单工、半双工和全双工通信）串行通信按照数据流的传送方式可以分为单工、半双工和全双工，如图8-4所示。(1) 单工通信：如图8-4(a)所示，在单工通信方式中，信号只能在单一通信信道上向同一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向（如电视信号）。(2) 半双工通信：如图8-4(b)所示，在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替进行，同一个时刻只能向一个方向传送数据（如对讲机）

7、。 第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片(3) 全双工通信全双工通信：如图8-4(c)所示，在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送。在全双工通信方式中数据的接收与发送分别由两条不同的传输信道来完成。全双工通信信道也可以用于单工通信或半双工通信（如上网）。 图图8-4 数据传输方式数据传输方式第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片 3串行通信方式串行通信方式按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。（1）同步通信）同步通信 在数据块传输时为了提高传输速度，通常采用同步通信传输方式。同步通信不是用起始位来标

8、识字符的开始，而是用一串特定的二进制序列，称为同步字符，去通知接收器串行数据第一位何时到达。串行数据信息以连续的形式发送，每个时钟周期发送一位数据。数据信息间不留空隙，数据信息后是两个错误校验字符。同步通信采用的同步字符的个数不同，存在着不同的格式结构，具有一个同步字符的数据格式称为单同步数据格式，有二个同步字符的数据格式称为双同步数据格式，如图8-5所示。在同步传输中，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片(2)异步传送：在异步传送中，每一个字符要用

9、起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，它是以字符为单位一个个地发送和接收的。异步通信格式见下图，0/10/10/10/1MARK电平SPACE电平起始位数据位（58)奇偶校验位（可无）110停止位（1，1 ，2)210100001010起始位奇校验位停止位（1位)例如发送 C=1000011b0b6b0b6先发送 低位数1奇校验位（当发送数据中1的个数为奇数个时，此为=0否则为1例:异步传送下面位流时表达的信息是什么?(奇校验) 111110110000101010000011111111110001010101111CAT起始位b0b6奇校验位停止位（1位)在异步传送中，CPU与外设之间事

10、先必须约好两项事宜： 第一、字符格式。双方要约好字符的编码形式、奇偶校验形式以及起始位和停止位的规定。 第二、波特率(Baud rate)。波特率是衡量数据传送速率的指标（位/秒），它要求发送站和接收站都要以相同的数据传送速率工作。 假设数据传送的速率是240字符/秒，而一个字符假如为10位，则其传送的波特率为： 10位/字符*240字符/秒=2400位/秒=2400波特率 21一般计算机异步通信的波特率在50bps9600bps之间。异步传输方式异步传输方式起始位起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与

11、可编程8251A接口芯片接口芯片数据位数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位(D0)在前高位(D7)在后。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片奇偶校验位奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。 停止位停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。例如用ASCII编码字符位7位加一位奇偶校验位、一个起始位以及一个停止位共10位。如图8-7所示传输F字符的ASCII码1000110波形。 图图8-7

12、传送传送F字符的帧格式字符的帧格式 第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片需要说明的是逻辑“0、1”通常有四种标准：TTL标准、RS-232C标准、20mA电流环标准和60电流环标准。TTL标准：用+5V电平表示逻辑“1”；用0V电平表示逻辑“0”，这里采用的是正逻辑。RS-232C标准：用-5V-15V之间的任意电平表示逻辑“1”；用+5V+15V之间的任意电平表示逻辑“0”，这里采用的是负逻辑。20mA电流环标准：线路中存在20mA电流表示逻辑“1”，不存在20mA电流表示逻辑“0”。 60电流环标准：线路中存在60mA电流表示逻辑“1”，不存在60mA电流

13、表示逻辑“0”。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片5. 串行通信接口标准串行通信接口标准在计算机系统中，常用的串行通信接口标准有：RS-232C、RS-449、RS-422A、RS-423A、RS-485、20mA电流环等总线接口标准。（1）RS-232C总线 RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示Recommended Standard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。 RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15 m

14、，传输速率最大为20 kb/s。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片 RS-232C信息格式标准RS-232C采用串行格式，如图8-8所示。该标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 01低位高位第n个信息第n1个信息数据位(5 , 6 , 7 , 8)起始位起始位停止位奇偶校验位(有,无)逻辑“1”,12 V逻辑“0”,12 V 图8-8 RS-232C信息格式标准目前在IBM PC机上的COM1、CO

15、M2接口，就是RS-232C接口。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片RS-232C机械特性机械特性 RS-232C标准规定使用符合ISO 2110标准的25芯D型连接器，如图8-9（a）所示。RS-232C总线标准有25条信号线，其中： 4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线。目前大多数PC机的RS-232C接口不再使用25芯D型连接器，而配备有主要功能相同的9芯D型连接器，如图8-9（b）所示。25芯D型连接器与9芯D型连接器的引脚对应如表8-1所示。图8-9 RS-232C连接器示意图第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251

16、A接口芯片接口芯片表8-1 DB-25与DB-9引脚对应关系第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片尽管RS-232C使用20条信号线，在近距离通信时常常只需三条连接线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”，发送方和接收方的“发送数据”、“接收数据”端交叉连接，传输线采用屏蔽双绞线即可实现，如图8-10所示；当使用RS-232C进行远距离传送数据时，就必须配合调制解调器（modem）和电话线进行通信，其连接及通信原理如图8-11所示。图8-10 三线制连接原理图图8-11 远距离串行通信原理图 RS-232C电气特性电气特性由于RS-232C是在TTL集成电路

17、之前制定的，所以它的电平不是+5V和地，RS-232C标准规定了数据和控制信号的电压范围，它使用负逻辑，将-5V-15V规定为逻辑“1”，+5V+15V规定为逻辑“0”。 RS-232C电平转换电路电平转换电路RS-232C电平与通常的TTL电平不兼容，所以两者之间必须加电平转换电路。常用的电平转换芯片有MC1488/MC1489和MAX232。MC1488/MC1489工作电压需要15V，而MAX232工作电压只需要5V就可以。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片符合所有的RS-232C技术规范。只要单一 +5V电源供电 。具有升压、电压极性反转能力，能够产

18、生 +10V 和 -10V电压V+、V- 。低功耗，典型供电电流5mA。内部集成2个RS-232C驱动器。内部集成2个RS-232C接收器。MAX232是单电源双RS-232C发送/接收芯片，如图8-12所示。芯片引脚如图8-12（a）所示，采用16脚双列直插式封装，采用单一+5V电源供电。外接只需4个电容，便可以构成标准的RS-232C通信接口，如图8-12（b）所示，由于硬件电路简单，所以被广泛采用。MAX232主要特性如下：第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片图图8-12 MAX232实现实现TTL电平与电平与RS-232电平转换电平转换第第8章章 串行

19、通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片T1INTTL信号RS232信号T1OUTT2INT2OUTMAX232R1INR1OUTR2INR2OUT发送信号接收信号TTL与RS232电平转换电路T1INTTL电平RS232电平T1OUTMAX232R1INR1OUT发送信号接收信号TTL与RS232电平转换电路发送信号接收信号RS-232全双工信号线（3）RS-422A接口标准 采用了平衡差分传输技术，提高了共模抑制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦。 优点:RS-422A比RS-232C传输距离长、速度快，传输速率最大可达10Mb/s，在此速率下，电缆的允许长度为12m，如果

20、采用低速率传输，最大距离可达1200m。 RS-422A的接口电路如图8-13所示，发送器SN75174将TTL电平转换为标准的RS-422A电平；接收器SN75175将RS-422A接口信号转换为TTL电平。图8-13 RS-422A接口标准RS-422SN75174SN75175TTL输出RXDTTL输入TXDTTL输入TXDTTL输出RXD3-18RS-422全双工，两对平衡差分信号线（5）RS-485接口标准 RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器和收发器。RS-485电路允许共用电

21、话线通信。电路结构是在平衡连接电缆两端有终端电阻，在平衡电缆上挂发送器、接收器和组合发收器。RS-485标准没有规定在何时控制发送器发送或接收机接收数据。 RS-485最小型由两条信号电路线组成。每条连接电路必须有接地参考点，这电缆能支持32个发送接收器对。为了避免地面漏电流的影响，每个设备一定要接地。电缆应包括连至每个设备地的第三信号参考线。若用屏蔽电缆，屏蔽应接到设备的机壳。典型的RS-232到RS422/485转换芯片有：MAX481/483/485/487/488/489/490/491，SN75175/176/184等，它们均只需单一+5v电源供电即可工作。接口示意图如图8-15所示

22、。图8-15 RS-485接口示意图第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片 RS232-C 传输速率限制在20kb/s以内，最大距离限制在15m内。传输速率低、通讯距离短。 RS422标准规定平衡驱动和差分接收的方法，抗共模干扰能力强，最大传输速率为10Mb/s，最大距离限制在1200m内。 RS485是RS-422A的变型，它与RS-422A的区别在于： RS-422A为全双工，采用2对平衡差分信号线。 RS485为半双工，采用1对平衡差分信号线。RS485仍采用双端输出（差分输出）与RS422相似，但只用单电源（+5V或3V)， 传输距离长，抗干扰能力强。R

23、S-485半双工，1对平衡差分信号线RS-485信号线SN75176SN75176TTL电平RS-422全双工，两对平衡差分信号线RS-485半双工，1对平衡差分信号线（6）20mA电流环串行接口 20mA电流环是目前串行通信中广泛使用的一种接口电路，其原理如图8-16所示。由于20mA电流环是一种异步串行接口标准，所以在每次发送数据时必须以无电流的起始状态作为每一个字符的起始位，接收端检测到起始位时便开始接收字符数据。电流环串行通信接口的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，而且易实现光电隔离，因此在长距离通信时要比RS-232C优越得多。图8-16 20mA电流环接口原理图第第8章章 串行

24、通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片(7)通信接口选择 通信速度和通信距离。这两个指标具有相关性，适当降低传输速度，可以提高通信距离，反之亦然。例如，采用RS-232C标准进行单向数据传输时，最大的传输速度为20 kb/s，最大的传输距离为15 m。而采用RS-422A标准时，最大的传输速度可达10 Mb/s，最大的传输距离为300 m，适当降低传输速度，传输距离可达1200 m。抗干扰能力。在一些工业测控系统中，通信环境十分恶劣，因此在通信介质选择、接口标准选择时，要充分考虑抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施。例如在长距离传输时，使用RS-422A标准，能有效地抑制共模信号

25、干扰；使用20mA电流环技术，能大大降低对噪声的敏感程度。在高噪声污染的环境中，通过使用光纤介质可减少噪声的干扰，通过光电隔离可以提高通信系统的安全性。第第8章章 串行通信与可编程串行通信与可编程8251A接口芯片接口芯片PC机串口编程利用BIOS INT14H 实现串口编程1、串口初始化、串口初始化 例如要求COM1口的传输率为2400波特，字长为8位，1位终止位，无奇偶效验：_asm mov AH, 0 mov AL, 0A03h / 0A03h =10100011 mov DX, 0 / COM1 int 14h / 调用BIOS 2 发送数据发送数据char my_data = 65h

26、; /假设要发送65h_asm mov AL, my_data mov AH, 1 mov DX, 1 /通过COM2口发送出去 int 14h PC机串口编程利用BIOS INT14H 实现串口编程 3 接受数据接受数据为了接收字符，首先要用int 14h，AH=3来获取COM端口的状态，其返回值在AH寄存器中。检查AH的第0位，它是数据准备好位，如果该位是1，说明COM端口已经接收到字符。然后就可以用int 14h，AH=2功能，把字符读到AL寄存器中来。 char LSR = 0; /线路状态char my_data; /接收到的数据_asm mov AH, 3 mov DX, 0 /C

27、OM1的线路状态 int 14h mov LSR, AHif(! (LSR & 01h) /没有数据到达 printf(no data arrived); goto somewhere;PC机串口编程利用BIOS INT14H 实现串口编程 else /有数据到达,接受数据 _asm mov AH, 2 /读字符 mov DX, 0 int 14h mov my_data, AL /接受到的字符保存在my_data中 BIOS INT14H 功能介绍(1)、功能、功能00H 功能描述：初始化通信口 入口参数：AH00H DX初始化通信口号(0COM1，1COM2，) AL初始化参数，参

28、数的说明如下： 波特率奇偶位停止位字的位数 其各位的含义见下表：AL意义值 Bit7:5波特率，000=110波特，001=150波特，010=300波特，011=600波特，100=1200波特，101=2400波特，110=4800波特,111=9600波特 Bit4:3效验 1=2位; Bit2终止位 0=1位; Bit1:0字长 10=7位,11=8位 (2)、功能、功能01H 功能描述：向通信口输出字符 入口参数：AH01H AL字符 DX初始化通信口号(0COM1，1COM2，) 出口参数：AL的值不变 AH的位70操作成功，通信口状态，AH的位60是其状态位 BIOS INT14

29、H 功能介绍(3)、功能、功能02H 功能描述：从通信口读入字符功能描述：从通信口读入字符 入口参数：入口参数：AH02H DX初始化通信口号初始化通信口号(0COM1，1COM2，) 出口参数：出口参数：AL接受的字符接受的字符 AH的位的位70操作成功，通信口状态，操作成功，通信口状态，AH的位的位60是其状态位是其状态位 (4)、功能、功能03H 功能描述：读取通信口状态 入口参数：AH03H DX初始化通信口号(0COM1，1COM2，) 出口参数：AH通信口状态，ALModem状态，参见功能号00H中的说明 作业作业 P281 4/5/6/7思考题与练习题思考题与练习题（1）在串行通信中有哪几