总线与RS232分析课件

总线与异步串行接口总线与异步串行接口什么是总线？总线功能？总线组成？总线在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的公共通道信息共享和交换物理介质和管理信息传输的协议什么是总线？总线在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的主设备1、启动一个总线周期-总线事务2、每次只能有一个主设备控制总线（CPUDMAC等等）从设备响应主设备请求同一时间里有一个或多个从设备响应主设备请求如（DMAC(DMAC未申请到总线时，作为从设备)UART控制器USB控制器I2C控制器SPI控制器等）总线设备类型主设备总线设备类型集中式仲裁如：AMBAPCI总线分布式仲裁如：CANI2C总线等总线仲裁集中式仲裁总线仲裁按传输关系分类主从结构（好处协议简单）只有主设备才能启动数据传输，协议简单单主设备-USBRS485--无需仲裁多主设备-PCIAMBAWISHBONE集中式总线仲裁器I2CCAN分布式仲裁对等结构每个设备都可以启动数据传输，协议复杂以太网-介质访问控制方式-CSMA/CD令牌网RS485-令牌IEEE1394总线分类按传输关系分类总线分类机械规范（物理连接方式，包括插头、形状、大小、间距、排列方式等）电气规范（信号电平的定义，建立时间、保持时间、转换时间、直流特性、交流特性、负载能力等）引脚（名称、定义、功能和逻辑关系）协议（如何协调、硬件握手、软件握手）总线标准总线标准PCI(PedpherdComponentInterconnect,周边元件扩展接口)1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念。Intel联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。93年发布PCI2.0，32位，33MHz。5个以上PCI插槽AGP（图形加速处理）90年代后期，PCI-X，64位/66MHzPCI(PedpherdComponentInterc3GIO-PCIExpressPCIVS.PCIExpressPCIPCIExpress3GIO-PCIExpressPCIVS.PCIExI2CPHILIPS开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线I2C(Inter-IntegratedCircuit)最高速率100Kbps，25英尺，最多可支持40个设备数据线时钟线I2CPHILIPS开发了一种用于内部IC控制的简单的双向CAN（ControllerAreaNetwork）80年代末，由德国Bosch公司最先提出被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。40米以内，1Mbps；10Km，5Kbps；理论上可以支持无限多个设备抗电磁干扰性强

可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能CAN（ControllerAreaNetwork）80USB（UniversalSerialBus）IBM、Compaq、Nortel、NEC、 Intel以及Microsoft联合距离<5米，Hub<30米树拓扑结构，127个点，4线（2根电源线，2根数据线）低速USB1.1，1.5MbpsUSB2.0速率高达480Mbps支持热插拔和即插即用USB（UniversalSerialBus）IBM、总线机制微处理器（CPU）是嵌入式系统硬件平台的核心构件，但不是全部。按照冯·诺依曼体系结构思想，计算机的硬件是由CPU、存储器和I/O设备三部分组成的。总线是把CPU与存储器、I/O设备相连接的信息通道，但总线并不仅仅指的是一束信号线，而应包含相应的通信协议。按照使用场合的不同，总线分成芯片级总线（CPU总线）、板卡级总线（内总线）和系统级总线（外总线）。总线机制微处理器（CPU）是嵌入式系统硬件平台的核心构件，但同步异步问题稳态ReadWrite稳态读写总线的时序图同步异步问题稳态ReadWrite稳态读写总线的时序图同步vs异步串行vs并行异步串行通讯简介：在一条传输线上完成单向传输。将传输数据的字符一位接一位的传送。接收方对于同一条线上的一连串连续数学信号，首先将其分割成位，再按位组成字符。每个字符需要确定起始位和结束位，字符与字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此传输效率较低。同步vs异步串行vs并行异步串行通讯简介：字符串行输出格式发送前：线路处于空闲状态，连续发送“1”开始发送：首先，发送一位起始位“0”

然后，发送连续的二进制位，数据位可以为5、6、7、8

随后，紧跟一位奇偶校验位（可选择奇/偶/无校验）最后，发送停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位字符串行输出格式串行接口●波特率传送数据位的速率称为波特率，用位／秒（bit/s）来表示，称之为波特。例如，数据传送的速率为120字符／秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为：10×120=1200b/s=1200波特每一位的传送时间是波特的倒数，如1/1200=0.833ms。异步通信的波特率的数值通常为：150、300、600、1200、2400、4800、9600、14400、28800等，数值成倍数变化。●校验位在一个有8位的字节（byte）中，其中必有奇数个或偶数个的“1”状态位。对于偶校验就是要使字符加上校验位有偶数个“1”；奇校验就是要使字符加上校验位有奇数个“1”。例如数据“00010011”，共有奇数个“1”，所以当接收器要接收偶数个“1”时（即偶校验时），则校验位就置为“1”，反之，接收器要接收奇数个“1”时（即奇校验时），则校验位就置为“0”。串行接口●波特率串行接口一般校验位的产生和检查是由串行通信控制器内部自动产生，除了加上校验位以外，通信控制器还自动加上停止位，用来指明欲传送字符的结束。停止位通常取1、1.5或2个位。对接收器而言，若未能检测到停止位则意味着传送过程发生了错误。在异步通信方式中，在发送的数据中含有起始位和停止位这两个与实际需要传送的数据毫无相关的位。如果在传送1个8位的字符时，其校验位、起始位和停止位都为1个位，则相当于要传送11个位信号，传送效率只有约80%。（2）同步通信方式为了提高通信效率可以采用同步通信方式。同步传输采用字符块的方式，减少每一个字符的控制和错误检测数据位，因而可以具有较高的传输速率。串行接口一般校验位的产生和检查是由串行通信控制器内部自动产串行接口与异步方式不同的是，同步通信方式不仅在字符的本身之间是同步的，而且在字符与字符之间的时序仍然是同步的，即同步方式是将许多的字符聚集成一字符块后，在每块信息（常常称之为信息帧）之前要加上1～2个同步字符，字符块之后再加入适当的错误检测数据才传送出去。在同步通信时必须连续传输，不允许有间隙，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的”空闲”字符或同步字符。在同步方式中产生一种所谓“冗余”字符，防止错误传送。假设欲传送的数据位当作一被除数，而发送器本身产生一固定的除数，将前者除以后者所得的余数即为该“冗余”字符。当数据位和“冗余”字符位一起被传送到接收器时，接收器产生和发送器相同的除数，如此即可检查出数据在传送过程中是否发生了错误。统计数据表明采用”冗余”字符方法错误防止率可达99%以上。串行接口与异步方式不同的是，同步通信方式不仅在字符的本身之能够完成上述“串<-->并”转换功能的电路，通常称为“通用异步收发器”（UART：UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter）,典型的芯片有：Intel8250/8251,16550。

串口通讯--接口电路能够完成上述“串<-->并”转换功能的电路，通常称为“通用并行通信方式与外界的信息交换称为通讯。基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯。并行通讯的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只适用于近距离（相距数米）的通讯。并行通信方式与外界的信息交换称为通讯。数据传输方向--------><-------->-------->A-------BA--------BA-------B

<--------－－－－－－－－－单工半双工全双工数据传输方向--------><-------->-----数据传输方向1）单工通信

数据信息在通信线上始终向一个方向传输。如，广播电视，收音机电视机只能分别接受来自电台电视台的信号，不能进行相反方向的信息传输。2）半双工通信

数据信息可以双向传输，但必须交替进行，同一时刻一个信道只允许单向传送。半双工通信要求AB端都有发送装置和接受装置。如对讲机通信就是典型的半双工通信方式，在一方讲话的时候另一方不能讲话，但通过开切换可以切换可以改变童话方式。3）全双工通信

全双工通信同时进行二个方向的通信，既二个信道，可同时进行双向的数据传输。它相当于把二个相反方向的单工通信方式组合起来。全双工通信效率高，控制容易，士与计算机间的通信，普通电话是一种典型的全双工通信。数据传输方向1）单工通信UART简介UART（UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter，通用异步收发器）主要由数据线接口、控制逻辑、配置寄存器、波特率发生器、发送部分和接收部分组成，采用异步串行通信方式，采用RS-232C9芯接插件（DB-9）连接，是广泛使用的串行数据传输方式，UART以字符为单位进行数据传输，每个字符的传输格式如图6.1.4所示，包括线路空闲状态（高电平）、起始位（低电平）、5～8位数据位、校验位（可选）和停止位（位数可以是1、1.5或2位）。这种格式通过起始位和停止位来实现字符的同步。UART内部一般具有配置寄存器，通过该寄存器可以配置数据位数（5～8位）、是否有校验位和校验的类型以及停止位的位数（1位、1.5位或2位）等。图UART的字符传输格式UART简介图UART的字符传输格式RS-232C总线是由美国电子工业协会EIA于1969年修定的一种通信接口标准，专门用于数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行通信。数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment）是数据的源点或归宿，通常是指输入、输出设备和传输控制器或者计算机等数据处理装置及其通信控制器。数据通信设备DCE(DataCommunicationEquipment)的任务是实现由源点到目的点的传输，通常是指自动呼叫应答设备、调制解调器以及其它一些中间装置的集合。RS232串行通信接口RS-232C总线是由美国电子工业协会EIA于1969年修定RS232串行通信接口RS232串行通信接口机械特性标准的RS—232C接口定义了25个信号针，采用25针接插件DB-25，并规定DTE的接插件为凸形，DCE的接插件为凹形。对不需要25针的系统来说，常用9针的简化接插件。机械特性标准的RS—232C接口定义了25个信号针，采用2（a）DB-25（b）DB-9图25芯和9芯D型插接件引脚的定义和信号之间的对应关系（a）DB-25电气特性EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V

逻辑0(SPACE)=+3～＋15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V电气特性电气特性由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准。为了增加信号在线路上的传输距离和提高抗干扰能力，RS-232C采用了较高的传输电平，且为双极性、公共地和负逻辑，即规定逻辑“1”状态电平为-15~-5V，逻辑“0”状态电平为+5~+15V，其中-5~+5V用作信号状态的变迁区。而计算机均采用TTL逻辑电平。TTL电平规定低电平“0”在0~+0.8V之间，高电平“1”在+2.4~+5V之间，因此在TTL电路与RS-232C总线之间要进行电平的转换及正反逻辑的转换，否则将使TTL电路烧毁。电气特性由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通TTLRS232转换芯片TTLRS232转换芯片常用的RS-232总线接口信号符号25针引脚9针引脚信号流向功能TxD23输出发送数据RxD32输入接收数据RTS47输出请求发送CTS58输入清除发送DSR66输入数据装置准备好GND75信号地DCD81输入数据载体检测DTR204输出数据终端准备好RI229输入振铃指示常用的RS-232总线接口信号符号25针引脚9针引脚信号流向RS-232总线接口信号DB-9各引脚功能如下：●CD：载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音。●RXD：接收数据线。用于接收外部设备送来的数据。●TXD：发送数据线。用于将计算机的数据发送给外部设备。●DTR：数据终端就绪。当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。●SG：信号地。●DSR：数据设备就绪。此引脚为高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通信●RTS请求发送。此引脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放人缓冲区中。●CTS清除发送。此引脚由Modem控制，用以通知计算机将要传送的数据送至Mo-dem。●RI：振铃提示。Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。RS-232总线接口信号DB-9各引脚功能如下：RS232-硬件握手协议--硬件握手1DTR:数据终端设备准备好。DTE加电后，并能正确实现通信时，向DCE发出DTR信号2DSR:数据通信设备准备好。MODEM加电后，并能正常执行通信功能时，向DTE发出DSR信号3RTS:请求发送当DTE有数据需要向远程DTE传送时，DTE在检测DSR有效时向本地MODEM发出RTS信号本地MODEM检测到RTS有效，然后根据目的电话号码向远程MODEM发出呼叫远程MODEM收到此呼叫，发出回答载波信号本地MODEM接收载波信号，向远程MODEM发出原载波信号，同时向DTE发出数据载波信号DCDRS232-硬件握手协议--硬件握手DCD:数据载波检测时MODEM发向DTE表示已检测出对方载波信号CTS：允许发送当一个MODEM辨认出对方MODEM已准备好接收时，使用CTS信号通知自己的DTE，表示这个通信通道已为传输数据做好准备，允许DTE进行数据发送至此通信链路建立，可以通信RI：振铃指示线如果MODEM具有自动应答能力，当对方呼叫传来时，MODEM向DTE发出该信号，指示此呼叫在电话呼叫振铃结束后，MODEM在DTE已准备好情况下（即DTR有效），立即向对方自动应答DTRDSR本地计算机MODEM准备好RTSCTS本地与远程计算机准备好RS232-硬件握手DCD:数据载波检测时MODEM发向DTE表示已检测出对方载DTRDSRRTSCTSTXDRXDSGRIDCD

DTRDSR实际应用AB实际应用AB

无Modem的最简连线

（3线制）把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。（1）RTS与CTS互联：只要请求发送，立即得到允许

（2）DTR与DSR互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）

无Modem的最简连线

（3线制）把通信双方都当作数据无Modem的标准联线（7线制）（1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要