微机接口技术第九章

微机接口技术

(第九章）新疆大学机械工程学院第九章串行通信接口

本章内容9.1串行传送的基本概念9.2串行通信的数据格式9.3串行通信接口标准9.4串行通信接口的任务及组成9.5可编程串行接口芯片8251A本章要点9.1串行传送的基本概念

本节内容串行传送的特点串行数据传送方向信号的调制和解调信息的检错与纠错波特率与收/发时钟串行通信的基本方式章内容提要1.串行传送的特点

一根传输线传输两种信息:数据和联络信息节内容提要串行传送:有固定的数据格式:同步和异步对信号的逻辑定义与TTL不兼容传输速率需要控制:双方约定波特率在1根信号线上分时传送多位信息特点:章内容提要2.串行数据传送方向

单工:数据只能单向传送全双工:可同时进行双向传送半双工:可分时进行双向传送——方向切换发送器接收器接收器发送器A站B站信号地全双工发送器接收器A站B站信号地单工发送器接收器发送器接收器A站B站信号地半双工节内容提要章内容提要3.信号的调制和解调

节内容提要电话线：300～3400Hz的音频模拟信号调制解调器(MODEM，调制器+解调器)的作用:发送时将二进制数据调制成音频模拟信号；接收时对音频模拟信号进行解调还原成数字信号章内容提要调制解调器的种类:振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)数据通信设备(DCE)或数传机(DATASET)频率f01+-输出S1S0数字信号频率f1频率f0FSK:4.信息的检错与纠错节内容提要基本通信规程:奇偶校验、方阵码检错反馈重发章内容提要高级通信规程:循环冗余码(CRC)检错自动纠错5.波特率与发送/接收时钟节内容提要波特率单位时间内传送二进制的位数，1波特=1b/s章内容提要发送/接收时钟发送：发送时钟的下降沿从移位寄存器输出接收：接收时钟的上升沿移入移位寄存器位周期、字符速率收/发时钟的作用5.波特率与发送/接收时钟（续）节内容提要章内容提要0111000111000起始位发送的数据接收的数据收/发时钟理想情况在码元中心采样收发时钟频率严格相等采样错位(f收<f发)111000111000起始位发送的数据接收的数据发送时钟1接收时钟收/发时钟作用的图示5.波特率与发送/接收时钟（续）节内容提要章内容提要优点：接收时钟倍频于波特率（16、64等）1/0起始位1/0接收时钟数据检测到起始位前沿8个16个16个起始位中心位采样位采样接收时钟16倍频于波特率提高了采样定位的分辨率提高了通信的抗干扰能力使收、发时钟频率可以有较大的偏差容限5.波特率与发送/接收时钟（续）节内容提要章内容提要波特因子发送/接收1位数据所需的时钟脉冲个数，个/位TXC(RXC)=BaudFactor同步：Factor=1；异步：Factor=1、16、64传输距离与传输速率的关系直接传输最大距离随速率的增加而减小6.串行通信的基本方式

（分界、定时和同步的方法不同）节内容提要异步串行通信以字符为传送单位；每个字符(1帧)随机出现在数据流中，但1个字符的各位之间严格定时发送；即：字符之间异步，字符内各位间同步章内容提要同步串行通信以数据块(字符块)为传送单位，每帧含成千上百的字符；每帧内部的每一位都是同步的；即：字符间及字符内各位间都是同步的；对时钟要求严格，收发双方用同一时钟9.2串行通信的数据格式本节内容起止式异步通信数据格式面向字符的同步通信数据格式面向比特的同步通信数据格式同步协议:面向字符、面向比特、面向字节计数异步协议——起止式通信协议通信控制规程（传输控制规程、通信协议）数据格式、同步方式、传输速度、检错纠错方式、控制字符定义等章内容提要1.起止式异步通信数据格式字符随机出现在数据流中字符之间有不定长的空闲位靠起始位和停止位定界1帧数据节内容提要特点与格式特点:章内容提要高可靠低效率起始位：1位，低电平数据位：5～8位，先低位后高位校验位：1位/0位，奇偶校验停止位：1位、1.5位或2位，高电平帧格式:1.起止式异步通信数据格式（续）帧格式的图示章内容提要定界一帧数据建立收发双方同步：起始位标志一帧的开始；停止位标志着结束空闲位停止位1,1.5奇偶校验数据位(5～8位)起始位不限或2位有/无(先低后高位)1位0/101110/10/10/1…0/10/10LSBMSB第n个字符第n+1个字符起/止位的作用7～12位节内容提要2.面向字符的同步通信数据格式一帧由若干字符组成控制字符定界数据和控制传输依赖于具体的编码集IBM公司的BSC——二进制同步通信协议特点:章内容提要帧格式:特点与格式SYNSYNSOH标题STX正文ETX/ETBBCC节内容提要2.面向字符的同步通信数据格式（续）SYN：同步字符，单同步加1个，双同步加2个SOH：序始，引导标题标题：源地址、目标地址、路由等附加信息STX：文始，引导正文ETX/ETB：文终/组终，当正文很长，分n帧传送时，前n-1帧用ETB，最后1帧用ETXBCC：块校验（从SOH到ETX/ETB），纵横奇偶校验或CRC校验章内容提要帧信息各部分的含义节内容提要2.面向字符的同步通信数据格式（续）BSC采用字符(DLE)填充法章内容提要数据透明发送端：发送1个与控制字符编码相同的普通数据时，前面加1个DLE接收端：收到DLE，就将其后的字符作为普通数据数据透明通信协议所具有的区分数据流中出现的特定字符编码是数据字符还是控制字符的能力，即：通信协议应具有的将特定字符作为普通数据处理的能力。数据透明的实现软件实现较复杂节内容提要3.面向比特的同步通信数据格式一帧由若干位组成靠约定位组合模式定界信息不依赖于任何编码集特点:章内容提要特点与格式IBM的SDLC——同步数据链路控制规程ISO的HDLC——高级数据链路控制规程ANSI的ADCCP——先进数据通信控制规程细微差别帧格式:FACIFCF节内容提要2.面向比特的同步通信数据格式（续）F：标志场，01111110，定界；填充帧间空隙A：地址场，次站地址，SDLC中8位；HDLC中任意长度，某字节的第1位为1，该字节为最后1个地址字节C：控制场，命令，SDLC中8位；HDLC中8/16位I：信息场，数据，长度0FC：校验序列(场)，16位CRC，除F及插入的“0”章内容提要帧信息的分段节内容提要2.面向比特的同步通信数据格式（续）ABORT：章内容提要异常结束(失效)异常结束字符(失效序列)，发送中出现错误；如帧内断续，该帧作废SDLC:8个连续的“1”

HDLC:7个连续的“1”ABORT数据透明的实现(“0”位插入/删除技术)发送端：除F、ABORT外，发5个连续“1”

，自动插入1个“0”；接收端：删除5个连续“1”后面的“0”硬件自动完成节内容提要9.3串行通信接口标准本节内容RS-232C接口标准RS-422A接口标准RS-485接口标准章内容提要1.RS-232C接口标准节内容提要EIA与BELL公司1969年公布，0～20000b/s，数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)通信；接收和发送针对终端而言信号线的定义（9根信号线）章内容提要EIA-RS-232C标准的信号线信号线的连接与使用远程通信近程通信（零MODEM方式）标准连接简单连接RS-232C信号线的定义返回TxD：发送数据，DTEDCERxD：接收数据，DCEDTEDTR：DTE准备好，DTEDCEDSR：DCE准备好，DCEDTERTS：请求发送，DTEDCECTS：清除发送，DCEDTE(半双工用于方向切换)RI：振铃指示，DCEDTEDCD：载波检出，DCEDTESG：信号地远程通信信号线的连接返回TxDRxDRTSCTSDTRDSRRIDCDSG串口调制解调器计算机TxDRxDRTSCTSDTRDSRRIDCDSG串口调制解调器计算机电话线注：若电话线为专线,不使用DTR和RI近程简单连接（交叉反馈、三线）返回DTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGDTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGTxD与RxD交叉相连：可实现全双工通信DTR与DSR反馈相连：只要终端准备好RTS与CTS反馈相连：随时都可以发送近程标准连接（双交叉环回法）返回TxD与RxD互连：全双工通信DTR与对方DSR、RI相连：一方DTE准备好，对方就认为DCE准备好(实际不存在)RTS与CTS反馈相连并与对方DCD相连：随时可发，并让对方准备好接收DTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGDTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGRIDCDDCDRI1.RS-232C接口标准（续）EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平的定义章内容提要电气特性TxD、RxD线上1：-3V～-15V0：+3V～+15V有效:+3V～+15V无效:-3V～-15VDTR、DSR、RTS、CTS、RI、DCD线上EIA:电压极性、负逻辑TTL:电压幅值、正逻辑不兼容与TTL之间的转换发送:TTLEIA,MC1488,SN75150接收:EIATTL,MC1489,SN75154MAX232节内容提要1.RS-232C接口标准（续）连接器章内容提要机械特性电缆长度节内容提要DB-25型（还支持20MA电流环接口）DB-9型速率低于20kb/s，15m最大直接传输距离的说明误码率<4%——15米，实际误码率允许10%～20%，15米——保守2.RS-422A接口标准章内容提要节内容提要平衡式传输：双端发送、双端接收；1:AA’比BB’高200mV，0：AA’比BB’低200mV驱动器:允许输出±2V～±6V接收器:可以低到±200mVRS422标准传输线连接示意图与RS-422A兼容；允许多个发送器；可多点对多点允许平衡电缆上连接32个发送器/接收器对3.RS-485接口标准1个发送器多个接收器RS-422A标准传输线连接图返回MC3487RS-422A电平MC3486AA’B’B平衡发送器差动接收器RS-422A标准传输线连接差动发送/接收,共模抑制比高,抗干扰能力强传输速率高,15m时可达10Mb/s传输距离远,90kb/s时可达1200m优点：9.4串行通信接口的任务及组成本节内容串行通信接口的基本任务串行通信接口电路的组成章内容提要1.串行通信接口的基本任务节内容提要章内容提要串行数据格式化：异步，起/止位的处理同步，SYN等的处理进行串并转换：进行差错控制控制数据传输速率:选择和控制波特率进行TTL与EIA间的电平转换:提供符合EIA-RS-232C接口标准所需要的信号线:远程9根，近程3根发送，并串；接收，串并2.串行通信接口电路的组成节内容提要章内容提要地址译码电路

可编程串行接口芯片（完成大部分功能）EIA与TTL电平转换电路波特率发生器

串行接口芯片通用同步收/发器(USRT)通用异步收/发器(UART)通用同步异步收发器(USART)常见的串行通信接口芯片常见的串行通信接口芯片返回芯片名称同步(USRT)异步起止式传输速率面向字符HDLC同步异步INS825056KMC68501MMC68521.5MMC68541.5MInt8251A64K19.2KInt827364KZ-80SIO800K9.5可编程串行接口芯片8251A本节内容8251A的外部特性和内部结构8251A的命令字和状态字8251A应用举例章内容提要8251A——USART，支持异步起止式和同步面向字符的数据格式1.8251A的外部特性和内部结构节内容提要章内容提要1）外部引脚（28）VCC、GND面向CPU的信号（13）时钟信号（3）状态信号（4）——供查询或申请中断面向调制解调器的信号（6）面向CPU的信号（13）返回D0～7、CS、RD、WRC/D：端口选择；=0，数据口；=1，命令或状态口RESET

：复位,高有效(宽度是时钟的6倍)，等待接收方式命令字时钟信号（3）返回TXC：发送时钟，由外部提供。同步，与波特率相同；异步，波特率因子可取1、16或64RXC：接收时钟，通常与TxC使用同一时钟信号CLK：工作时钟，其周期0.42µs～1.35µs同步，频率大于收/发时钟频率的30倍异步，频率大于收/发时钟频率的4～5倍状态信号（4）返回TXRDY：发送准备好，高有效；CPU写入数据后自动复位，可引发中断或由状态字读出RXRDY：接收准备好，高有效；CPU读出数据后自动复位，可引发中断或由状态字读出TXE：发送器空，高有效，发送已结束，半双工用于方向切换，写入数据后自动复位，可由状态字读出SYNDET/BD：高有效，双功能（内同步输出，外同步输入）同步：同步字符检出异步：间断信号检出，输出面向调制解调器的信号（6）返回TXD、RXD、DTR、DSR、RTS、CTS：与RS-232C标准的定义相同1.8251A的外部特性和内部结构（续）节内容提要章内容提要2）内部结构读/写控制逻辑数据总线缓冲器D0～D7CLKRDWR调制控制CSC/DRESETDTRCTSDSRRTS发送缓冲器发送控制接收缓冲器接收控制发送器接收器TxDTxETxRDYTxCRxDSYNDET/BDRxRDYRxC读/写和调制控制数据总线缓冲器发送器接收器8251A的发送器和接收器返回发送器：在发送时钟作用下，并串；帧格式化；从TxD发送；置相应状态位接收器：在接收时钟作用下，采样RxD；串并；校验；置相应状态位8251A的读/写和调制控制返回读/写和调制控制:控制读写及与MODEM联络309HFFF2H读状态字1010308HFFF0H从接收器读数据0010309HFFF2H写控制字1100308HFFF0H向发送器写数据0100实验台TP86A操作C/DRDWRCS2.8251A的命令字和状态字节内容提要章内容提要1）方式命令字——通信方式及数据格式S1S0EPPENL1L0B1B0停止位奇偶校验字符长度波特因子00:同步01:110:1611:64异步00:5位01:6位10:7位11:8位0:无校验01:奇校验11:偶校验00:不用01:1位10:1.5位11:2位异步:停止位0:内同步1:外同步0:双同步1:单同步同步:同步方式MOVDX,309HMOVAL,0DAHOUTDX,AL例：异步通信,7位数据位,奇校验,2位停止位,波特因子16工作命令字状态字返回到举例2.8251A的命令字和状态字（续）节内容提要章内容提要2）工作命令字——进行某种操作或处于某种工作状态EHIRRTSERSBRKRxEDTRTxEN搜索SYN内部复位请求发送错误状态复位发中止字符允许接收DTR准备好允许发送MOVDX,309HMOVAL,40HOUTDX,AL使8251A内部复位MOVDX,309HMOVAL,16HOUTDX,AL异步方式,用于接收各位含义状态字返回到举例8251A工作命令字的各位含义返回EH=1，启动搜索同步字符IR=1，内部复位，与RESET=1作用相同SBRK=1，从TxD连续输出空号(‘0’)RTS、DTR=1，置同名引脚有效(低)ER=1，状态字中错误状态位复位TxEN=1，允许发送，可作为发送中断允许位RxE=1，允许接收，可作为接收中断允许位2.8251A的命令字和状态字（续）节内容提要章内容提要3）状态字——能否接收或发送；接收过程中是否有错误DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDYDSR、SYNDET、TxE、RxRDY、TxRDY=1,同名引脚为有效电平FE=1,格式错,只用于异步方式,即停止位接收错OE=1,溢出错,溢出的字符丢失PE=1,奇偶校验错由ER=1的命令字复位接收和发送一个数据的程序段返回到编程接收和发送一个数据的程序段返回接收一个数据程序段（存入[DI]）MOVDX,309HINAL,DXTESTAL,38HJNZERRANDAL,02HJZLMOVDX,308HINAL,DXMOV[DI],AL;出错转错误处理;RxRDY=0,等待L:;RxRDY=1,输入发送一个数据([SI])程序段MOVDX,309HINAL,DXANDAL,01HJZLMOVDX,308HMOVAL,[SI]OUTDX,AL;TxRDY=0，等待;TxRDY=1,输出L:2.8251A的命令字和状态字（续）节内容提要章内容提要4）8251A的方式命令和工作命令的使用注：工作于同步方式时,写入方式字后要将同步字符写入到同步字符寄存器中(对C/D=1端口写)区分方式:按规定的顺序写入，复位方式命令字工作命令字1(D61)工作命令字2……8251A命令字写入流程异步方式下命令字写入流程8251A命令字写入流程返回复位操作方式命令字内同步?双同步?同步字符工作命令字D6=1?同步字符YNNYYN对C/D=1写8251A命令字写入流程异步方式下命令字写入流程返回复位操作方式命令字工作命令字D6=1?YN异步方式下8251A命令字写入流程例：异步通信,7位数据位,奇校验,2位停止位,波特因子16,写入方式字的程序段MOVAL,40HOUTDX,AL;内部复位命令;方式命令MOVAL,0DAHOUTDX,ALMOVDX,309H;方式命令或工作命令MOVAL,01HOUTDX,AL3.8251A应用举例节内容提要章内容提要1）要求甲发乙收，2DH个字节，异步方式，8位数据位，2位停止位，无校验，波特因子64，查询方式，零MODEM连接，甲机首址SRC，乙机首址DST，8251A地址308H、309H2）硬件连接3）软件编程甲、乙机方式命令：0CFH甲机发送工作命令：23H乙机接收工作命令：16H工作命令字工作方式字甲机发送程序乙机接收程序两机比较8251A应用的硬件连接返回波特率发生器甲CPU乙CPUEIA/TTL转换EIA/TTL转换8251ATxDRxDSGRxCTxC8251ATxDRxDSGRxCTxC波特率发生器硬件连接原理图8251A应用的软件编程返回状态字甲机发送程序段…LEASI,SRCMOVCX,2DH;发送完毕INCSILOOPL;空操作MOVDX,309HMOVAL,01HOUTDX,AL;内部复位MOVAL,40HOUTDX,AL;方式命令MOV