串行通信基础知识.ppt

1、串行通信基础,一、串行通信的基本特点 1.在1根传输线上,按位传输各种信息; 2.传输的数据有固定的格式; 3.对信号的逻辑定义和电平与TTL不兼容; 4.串行通信要求双方数据传输的速率必须一致; 5.串行通信易受干扰,需要进行差错的检测与控制; 6.串行通信既可以用于近距离,又可以用于远距离。,二、串行通信传输的工作方式（制式） 1.全双工(Full Duplex） 数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作。,特点：每一端都有发送器和接收器 有二条传送线 应用：交互式应用，远程监测控制,2.半双工（Half Dup

2、lex） 使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时收送数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制。,特点：每端需有一个收/发切换电子开关 因有切换，会产生时间延迟 应用：打印机串口，单向传送设备，发送器接收器,三、信息的检错与纠错,检错：如何发现传输中的错误，称为检错。 纠错：如何消除错误，称为纠错,错误检测只在接收方进行； 异步串行通信中常见错误：奇偶校验错、溢出错、帧格式错。,四、信号的调制与解调,计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信时，线路往往是借用现有的公用电话网，电话网是为音频模拟信号的设计的。一般为3003400Hz，不适合于数字信号。

3、 调制（Modulating） 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调（Demodulating） 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件,频移键控法FSK、幅移键控法ASK、相移键控法PSK,调制与解调示意图,五、串行通信中的传输速率控制,1.数据传输速率控制的实现方法 串行通信双方的传输速率要严格一致。 数字通信中，传输速率也称为波特率，单位为波特。 数据传输速率的控制是通过波特率时钟发生器和设置波特率因子来实现的。,2.波特率与发送/接收时钟,波特率:每秒传输串行数据的位数，单位是位/秒（bps） 发送/接收时钟（TxC/RxC） 波特因

4、子(Factor):发送/接收1位数据所需要的时钟脉冲个数。 发送/接收时钟=波特率x波特因子,为保证通信的正确性，串行通信双方应使用相同的波特率，但发送/接收时钟的频率可以不同。,六、串行通信方式与通信协议,1.串行通信的基本方式,异步通信方式 以字符为单位传输，字符与字符之间的传输是异步的，而字符内部位与位之间的传输是同步的。 同步通信方式 以数据块（字符块）为单位传输，不仅要求字符内部位与位之间的传输是同步的，而且要求字符与字符之间的传输也是同步的。,2.通信协议（protocal） 通信双方的一种约定，包括对数据格式、同步方式，传送速度、传送步骤、检纠错方式等问题作出统一规定。也称通信

5、控制规程。 ISO（Inter national Standard Organization）国际标准化组织。 OSI（Open System Interconnection）开放系统互连参考模型。,(1)起止式异步通信数据格式,若干位表示一个字符 以字符为单位，形成一个完整信息帧 传送字符的时间是随机的 收发双方帧格式必须相同 收发双方波特率必须相同,(2)同步通信数据格式,若干字符组成数据块 数据块前附加同步字符或标志符 数据块后附加校验字符或标志符 收发双方的数据必须保持位同步 收发双方必须用时钟同步,七、串行通信接口标准,1、EIA-RS-232C接口标准 RS-232C标准是美国EI

6、A（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的，1969年公布的通信协议。 设计目的是用于连接调制解调器。 数据终端设备DTE与数据通信设备DCE的标准接口。 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机。,232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器 232C包括两个信道：主信道和次信道 次信道传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，较少使用,DB-25型和DB-9型连接器,RS-232C的信号线定义,TxD：串行数据的发送端 RxD：串行数据的接收端,RTS：请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备

7、准备接收数据 CTS：清除发送（允许发送） 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号,DTR：数据终端准备好 表示计算机或终端设备可以使用 DSR：数据通信设备准备好 表示MODEM可使用 DTR和DSR是一对状态线,GND：信号地 RI：振铃指示 调制解调器收到通过交换台送来的通信链路上的呼叫信号时,该信号有效. CD：载波检测（DCD） 调制解调器接收到由通信链路另一端送来的数据载波信号时，该信号有效,表示数据链路已接通.,RS-232C信号线的使用,（1）使用MODEM,

8、并通过交换式电话系统的电话线进行长距离通信.,通信过程： 使用RI和DTR信号来建立通信链路，MODEM收到交换台送来的振铃呼叫时，通过RI信号通知计算机或终端，计算机或终端用DTR信号作为RI信号的回答，从而建立起通信链路。 当计算机或终端的RTS信号送到发送端的MODEM，并得到MODEM的CTS信号时，才通过TxD线发送数据。 当DCD信号有效时，MODEM把接收到的数据，通过RxD线送至计算机或终端。,(2)近距离通信(15米以内)，不使用MODEM(零MODEM方式),零MODEM 方式不使用联络信号的3线连接,零MODEM 方式“伪”使用联络信号的3线连接,微机,RTS和CTS各自

9、互接 (DB-9的7和8) DTR和DSR各自互接 （DB-9的4和6） 表明请求传送总是允许、数据装置总准备好,零MODEM 方式使用联络信号的多线连接,RS-232C的电气特性,232C接口采用EIA电平 高电平为3V15V 低电平为3V15V 实际常用12V或15V,标准TTL电平 高电平：2.4V5V 低电平：0V0.4V,相互转换,EIA电平与TTL电平的转换,MAX232可以实现双向转换,2. RS-485接口标准（ RS-232C改进型标准 ） （1）采用双线平衡方式传输； （2）采用两条传输线的电位差决定逻辑电平, 抗共模干扰能力强。 AA-BB+200mV，表示“1” （3）

10、允许多点对多点通信 （4）传送距离远，传输速率高。 传输速率 ：100Kbps 1.2Km 不用MODEM 10Mbps 15m,串行通信接口的任务及组成,一、串行通信接口的基本任务 1.实现数据格式化 2.进行串/并转换 3.控制数据传送速率 4.进行错误检测 5.进行TTL与EIA电平转换 6.提供符合EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线,二、串行通信接口电路的组成 1.可编程的串行接口芯片 2.波特率发生器 3. TTL与EIA电平转换器 4.地址译码电路,串行通信接口芯片8251A,一、8251A的外特性及内部结构,可工作于串行异步通信方式，也可工作于同步通信方式。 能够以单工

11、、半双工、全双工方式进行串行通信。 对于异步通信方式，数据帧格式为1个起始位，58个数据位、0/1个奇偶校验位、1/1.5/2个停止位；对于同步通信方式，可为单同步、双同步或者外同步，同步字符可由程序设定。 异步通信的波特率因子可设定为1、16或64，波特率可设定为为019.2Kbps；同步通信时，波特率为064Kbps。 提供与外部设备（MODEM）的“握手”信号，便于直接和通信线路连接。,TxRDY（Transmitter Ready） 发送器准备好信号，高电平有效。当8251A允许发送（即CTS*是低电平且操作命令字的TxEN位=1），并且发送数据命令缓冲器为空时，此信号有效。 TxE（

12、Transmitter Empty） 发送器空信号，高电平有效。,TxRDY有效：发送数据缓冲器已空。TxE有效：发送移位寄存器已空。 TxRDY有效，TxE可能无效，TxE有效时，TxRDY一定有效。,RxRDY（Receiver Ready） 接收器准备好信号，高电平有效。若命令寄存器的RxE位被置1（允许接收），则当8251A已经从它的串行输入端接收了一个字符，并完成了格式变换后，此信号有效。,8251A有2个端口:命令口（CS*=0，C/D*=1）、数据口（ CS*=0，C/D*=1 ） 命令字写到命令口； 对命令口执行读操作，得到8251A的状态字 发送的数据送到数据口 对数据口执行

13、读操作，得到对方发来的数据。,TxRDY（Transmitter Ready） 发送器准备好信号，高电平有效。当8251A允许发送（即CTS*是低电平且操作命令字的TxEN位=1），并且发送数据命令缓冲器为空时，此信号有效。 TxE（Transmitter Empty） 发送器空信号，高电平有效。,TxRDY有效：发送数据缓冲器已空。TxE有效：发送移位寄存器已空。 TxRDY有效，TxE可能无效，TxE有效时，TxRDY一定有效。,RxRDY（Receiver Ready） 接收器准备好信号，高电平有效。若命令寄存器的RxE位被置1（允许接收），则当8251A已经从它的串行输入端接收了一个字

14、符，并完成了格式变换后，此信号有效。,8251A有2个端口:命令口（CS*=0，C/D*=1）、数据口（ CS*=0，C/D*=1 ） 命令字写到命令口； 对命令口执行读操作，得到8251A的状态字 发送的数据送到数据口 对数据口执行读操作，得到对方发来的数据。,二、8251A的编程,初始化控制字（写方式控制字、命令控制字）。 读状态字。,方式/命令控制字占用同一个口地址， 按写入的先后顺序来区分。,8251A的方式控制字,复位后首先写入，一次复位只能写入一次,8251A的命令控制字,必须在方式控制字写入后写入，且允许多次写入,8251A的状态字,DSR（Data Set Ready）：数据设

15、备准备好，其状态与DSR引脚相同； SYNDET：同步检测标志，与引脚定义相同 ； FE（Frame Error）：帧错，仅对异步方式时有效。当FE=1时，表示异步帧格式有错，接收器不能检测到有效的停止位 ； OE（Overflow Error）：溢出错。当OE=1时，表示接收器收到的字符未被CPU及时取走，又收到新的字符，从而造成字符丢失； PE（Parity Error）：校验错。当检测出校验错误时，PE1； TxE：发送缓冲器空，其状态与TxE引脚相同； RxRDY：接收准备好标志，其状态与RxRDY引脚相同； TxRDY：发送准备好标志，其状态与TxRDY引脚基本相同。,当8251A允

16、许发送（即CTS*是低电平且操作命令字的TxEN位=1） ，并且发送缓冲器为空时， TxRDY引脚信号有效。,设8251A工作在异步方式，字符长度为8位，1位停止位，奇校验，波特率系数为16,三、8251A的应用举例,发送端初始化程序与发送控制程序如下： STT：MOV DX，CPORT1 ；8251A控制端口口地址 MOV AL，01011110B ；方式选择控制字 OUT DX，AL MOV AL，00010001B ；允许发送，复位出错标志 OUT DX，AL MOV SI，OFFSET BUFF1 ；置发送数据缓冲区指针 MOV CX，CONTER1 ；置发送数据长度,NEXT：MOV

17、 DX，CPORT1 IN AL，DX ；取状态 TEST AL，1 ；TxRDY位为1吗？ JZ NEXT ；否，等待TxRDY有效 MOV DX，DPORT1 ；8251A数据端口口地址 MOV AL，SI ；向8251A输出一个字节数据 OUT DX，AL INC SI ；准备下一个输出数据 LOOP NEXT ；直到全部数据输出完,接收端初始化程序和接收控制程序如下： SRR： MOV DX，CPORT2 ；8251A控制端口口地址 MOV AL，01011110B ；方式选择控制字 OUT DX，AL MOV AL，14H ；允许接收，复位出错标志 OUT DX，AL MOV DI，

18、OFFSET BUFF2 ；置接收数据缓冲区指针 MOV CX，CONTER2 ；置接收数据长度,COMT：MOV DX，CPORT2 IN AL，DX ；取状态 TEST AL，2 ；查询RxRDY位 JZ COMT ；RxRDY为0，则等待 TEST AL，38H ；查错误标志 JNZ ERR ；有错，转出错处理 MOV DX，DPORT2 ；8251A数据端口口地址 IN AL，DX ；从8251A接收并行数据 MOV DI，AL ；数据存缓冲区 INC DI LOOP COMT ；循环直到全部数据接收完,四、 微机系统串行通信接口的应用,异步通信BIOS功能调用int 14h,0号功能(AH=0) 初始化串行口 1号功能(AH=1) 发送1个字符 2号功能(AH=2) 接收1个字符 3号功能(AH=3) 读串行口状态,1. 0号功能(AH=0) 初始化串行口 入口参数：AL=初始化参数，DX=串口号(0:串口1,1:串口2),000：110 001：150 010：300 011：600 100：1200 101：2400 110：4800 111：9600,出口参数：AH=通信线路状态，AL=调制解调器状态,1号功能(AH=1) 发送1个字符 入口参数：AL=欲发送的字符代码, DX=串口号(0:串口1,1:串口2) 出口