第八章 串行通信接口.ppt

1 第八章串行通信接口 8 1接口功能與數(shù)據(jù)傳輸方式 8 2串行傳送的幾個(gè)問題 8 3串行通信的數(shù)據(jù)格式 8 4串行接口標(biāo)準(zhǔn) 8 5串行通信接口任務(wù) 8 6用8251A組成的串行接口 2 8 1接口功能與數(shù)據(jù)傳輸方式 一 接口功能接口的功能是在系統(tǒng)總線和I O設(shè)備之間傳輸信號(hào) 提供緩沖 滿足接口兩邊時(shí)序要求 尋址功能輸入輸出功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能聯(lián)絡(luò)功能 中斷管理功能復(fù)位功能可編程功能錯(cuò)誤檢測功能 3 二 數(shù)據(jù)傳送的方式 數(shù)字信號(hào)的傳輸有并行傳輸和串行傳輸并行傳輸是多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以同時(shí)傳輸 提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?通常以8位 16位或32位的數(shù)據(jù)寬度同時(shí)進(jìn)行傳輸 每一位都要有自己的數(shù)據(jù)傳輸線和發(fā)送接收器件 在時(shí)鐘脈沖的作用下數(shù)據(jù)從一端送往另一端 串行通信是指在單根導(dǎo)線上將二進(jìn)制數(shù)據(jù)一位一位順序傳送 特別適合于遠(yuǎn)距離傳送 對于離計(jì)算機(jī)較近的外部設(shè)備如鼠標(biāo) 繪圖儀 終端等 也常常采用串行方式交換數(shù)據(jù) 4 一 串行數(shù)據(jù)傳送方向串行通信中 數(shù)據(jù)通常是在二個(gè)站 點(diǎn)對點(diǎn) 之間進(jìn)行傳送 按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種傳送模式 全雙工 半雙工 單工1 全雙工 FullDuplex 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別由兩根可以在兩個(gè)不同的站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收的傳輸線進(jìn)行傳送 通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作 選擇的傳送方式稱為全雙工制 8 2串行傳送的幾個(gè)問題 5 特點(diǎn) 每一端都有發(fā)送器和接收器 有二條傳送線應(yīng)用 交互式應(yīng)用 遠(yuǎn)程監(jiān)測控制2 半雙工 HalfDuplex 使用同一根傳輸線 既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù) 但不能同時(shí) 6 收送數(shù)據(jù) 這樣的傳送方式就是半雙工 HalfDuplex 制 如圖8 2所示 特點(diǎn) 每端需有一個(gè)收 發(fā)切換電子開關(guān) 因有切換 會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲應(yīng)用 打印機(jī)串口 單向傳送設(shè)備 發(fā)送器 接收器 7 二 信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)計(jì)算機(jī)的通信是要求傳送數(shù)字信號(hào) 而在進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí) 線路往往是借用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng) 但是 電話網(wǎng)是為音頻模擬信號(hào)的設(shè)計(jì)的 一般為300 3400Hz 不適合于數(shù)據(jù)信號(hào) 因此需要對二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 以適合在電話網(wǎng)上傳輸相應(yīng)的音頻信號(hào) 在接收時(shí) 需要進(jìn)行解調(diào) 還原成數(shù)字信號(hào) 8 1 什么叫調(diào)制 所調(diào)調(diào)制就是進(jìn)行波形變換 或者說進(jìn)行頻譜變換 就是將基帶數(shù)字信號(hào)的頻譜變換成適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜 2 作用 調(diào)制器 Modulator 是一個(gè)波形變換器 它將基帶數(shù)字的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?解調(diào)器是一個(gè)波形識(shí)別器 將模擬信號(hào)恢復(fù)成原來的數(shù)字信號(hào) 9 最基本的調(diào)制方法有以下幾種 1 調(diào)幅 AM 即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化 1 對應(yīng)有載波 0 對應(yīng)無載波 3 調(diào)制方法 2 調(diào)頻 FM 即載波頻率隨數(shù)字信號(hào)而變化 0 對應(yīng) f1 1 對應(yīng) f2 3 調(diào)相 PM 即載波初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化 0 對應(yīng)相位0度 1 對應(yīng)相位180度 10 三 信息的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中 由于干擾而引起誤碼是難免的 這直接影響通信系統(tǒng)的可靠性 對通信中的檢 糾錯(cuò)能力是衡是一個(gè)通信系統(tǒng)的重要內(nèi)容 檢錯(cuò) 如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤 稱為檢錯(cuò) 糾錯(cuò) 如何消除錯(cuò)誤 稱為糾錯(cuò)例 奇偶校驗(yàn)檢錯(cuò)方陣碼檢錯(cuò)循環(huán)冗余碼 CRC 檢錯(cuò)方陣碼檢錯(cuò)技術(shù) 采用奇偶校驗(yàn)與 檢驗(yàn)和 的綜合 7位編碼后附加1位奇偶位 11 若干個(gè)字符組成一個(gè)數(shù)據(jù)塊列成方陣 列向按位相加產(chǎn)生一個(gè)單字節(jié)檢驗(yàn)和附加到數(shù)據(jù)塊未尾 110100100100000110101010111100111100001100001001四 傳輸速率1 波特率 是指在串行通信中 在基本波傳輸?shù)那闆r下 每秒鐘傳送的二進(jìn)制脈沖的數(shù)目 用波特率表示 即1波特 bit s 位 秒 奇偶位 12 常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率 110 300 1K 1 2K 2 4K 4 8K 9 6K 19 2K 56K2 字符速率 是指每秒所傳輸?shù)淖址麛?shù) 這個(gè)概念使用少 字符速率與波特率的關(guān)系 1個(gè)字符 1個(gè)起始位 8個(gè)數(shù)據(jù)位 1個(gè)偶數(shù)位 2個(gè)終止位 12位如果波特率 12000則字符速率 12000 12 1000字符 s 13 8 3串行通信的數(shù)據(jù)格式 通信協(xié)議 是指通信雙方的一種約定 包括對數(shù)據(jù)格式 同步方式 傳送速度 傳送步驟 檢糾錯(cuò)方式等問題作出統(tǒng)一規(guī)定 也稱通信控制規(guī)程 ISO InternationalStandardOrganization 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 OSI OpenSystemInterconnection 開放系統(tǒng)互連參考模型 14 一 起止式異步通信數(shù)據(jù)格式1 格式 每個(gè)字符總是以起始位開始 0 以停止位 1 結(jié)束 字符之間沒有時(shí)間間隔要求 字符后一位校驗(yàn)位 可沒有 2 特點(diǎn) 是一個(gè)字符一個(gè)字符傳輸 15 二 面向字符的同步通信格式1 功能 是一次傳送若干個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊 并且規(guī)定了10個(gè)特殊字符作為這個(gè)數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個(gè)傳輸過程的控制信息 2 數(shù)據(jù)格式 一幀 16 3 特定字符的定義 SYN 同步字符 Synchronous 表示一幀的開始 SOH 序起字符 StartofHeader 表示標(biāo)題的開始 標(biāo)題 包括原地址 目的地址 路由指示等信息 STX 文始字符 StartofText 表示正文開始 FTB ETX 組終 文終字符 EndofText ETB EndofTransmissionBlock 特點(diǎn) 一次傳送是一個(gè)數(shù)據(jù)塊 傳輸效率提高了 采用了一些傳輸控制字 增加了通信控制能力和校驗(yàn)?zāi)芰?存在問題 由于數(shù)據(jù)字符與特定字符可能代碼相同 發(fā)生誤解 因此 在數(shù)據(jù)字符前插入轉(zhuǎn)義字符DLE 以示區(qū)別 這種方式稱為 字符填充 17 三 面向比特的同步通信數(shù)據(jù)格式1 最有代表性的是 IBM的SDLC SynchronousDataLinkControl 同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 ANSI的ADCCP AdvancedDataCommunicationControlProcedure ISO的HDLC HighLevelDatalinkControl 高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 DEC公司DDCMP DigitalDataCommunicationMessageprotocol 18 2 協(xié)議的特點(diǎn) 1 所傳輸?shù)囊粠?frame 數(shù)據(jù) 或稱數(shù)據(jù)包 可以是任意二進(jìn)制位 2 通過約定的位組合模式 標(biāo)志字節(jié) 來標(biāo)志幀的開始和結(jié)束 注意 HDLC作為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3309 ADCCP作為美國國家標(biāo)準(zhǔn) 我國相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7496 這幾個(gè)協(xié)議均大同小異 19 8 4串行接口標(biāo)準(zhǔn)一 EIA RS 232接口標(biāo)準(zhǔn)RS 232標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA 電子工業(yè)聯(lián)合會(huì) 與BELL等公司一起開發(fā)的 1969年公布的通信協(xié)議 適合的數(shù)傳率 0 20Kbps 1 電氣特性RS 232對電氣特性 邏輯電平和各種信號(hào)線的功能都作了規(guī)定 邏輯 1 3V 15V 0 3V 15V與TTL邏輯電平不一樣 可用TTL EIA電平轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 如MC1488 MC1489IC 20 采用EIA電平比TTL電平具有更強(qiáng)的抗干擾性能 另外 使用MAX232電平轉(zhuǎn)換省電 可連接二對收 發(fā)線 只用單電源 2 機(jī)械特性1 連接器 Connector 常用二種 DB 25型 25腳 只用9個(gè)信號(hào) 2個(gè)數(shù)據(jù)線 6個(gè)控制線 1個(gè)地址 如下圖所示 21 DB 9型9針 9針全用 如下圖 22 2 電纜長度RS 232直接連接的最大物理距離15M 通信速率 20Kbps 3 RS 232C接口信號(hào)的定義25線 數(shù)據(jù)線4條 2 3 14 16 控制線11條 4 5 6 8 12 13 19 20 22 23 定時(shí)信號(hào)線3條 15 17 24 地線2條 1 7 備用5條 9 10 11 18 25 未定義4 信號(hào)線的連接1 近距離連接 15m 只用3條線 發(fā)送線TXD 接收線RXD 信號(hào)地線 23 2 遠(yuǎn)距離連接 15m 1 需用MODEM和專用電話線2 需用2 9條信號(hào)線 在接口與MODEM之間 采用MODEM時(shí)RS 232信號(hào)線的使用 24 二 RS 422 RS 423接口標(biāo)準(zhǔn)1 特點(diǎn) 1 采用平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器 由于是雙線傳輸 大大提高了抗共模干擾的能力 因?yàn)槭莾蓷l傳輸線的電位差決定邏輯電平AA BD 2V 表示 0 2 傳輸速率10Mbps 15m時(shí) 90Kbps 1200m時(shí) 2 連接 25 2 RS 4231 連接 2 特點(diǎn) 采用單端發(fā)送器和差動(dòng)接收器 由于是差動(dòng)接收器 提高了抗共模干擾能力 數(shù)傳率 100Kbps 90m時(shí)1Kbps 1200m時(shí) 邏輯 1 4V 6V邏輯 0 4V 6V 26 三 RS 485接口標(biāo)準(zhǔn)1 特點(diǎn) 1 兼容RS 422A 擴(kuò)展RS 422A的功能 2 允許在電路中有多個(gè)發(fā)送器和允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)接收器 多達(dá)32個(gè)收 發(fā)器 3 抗干擾能力強(qiáng) 傳送距離遠(yuǎn) 傳輸速率高 數(shù)傳率 100Kbps 1 2Km不用MODEM9 6Kbps 15Km10Mbps 15m 27 8 5串行通信接口任務(wù)一 串口的基本任務(wù) 1 進(jìn)行串 并轉(zhuǎn)換 2 實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化 3 可靠性檢驗(yàn) 4 實(shí)施接口與端口設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)控制二 串口電路的組成 內(nèi)部有四個(gè)寄存器 控制寄存器 狀態(tài)寄存器 數(shù)據(jù)輸入內(nèi)部有寄存器 數(shù)據(jù)輸出寄存器數(shù)據(jù)線聯(lián)絡(luò)信號(hào)線地址線與片選線串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換 28 8 6用8251A組成的串行接口 一 8251A的內(nèi)部邏輯與外部信號(hào)1 結(jié)構(gòu)框圖8251A是通用同步異步接收 發(fā)送器USARTUniversal SynchronousAsynchronousReceiverandTransmitter 功能 異步起止協(xié)議同步面向字符協(xié)議組成 接收器 發(fā)送器 調(diào)制控制 讀 寫控制 數(shù)據(jù)總線緩沖器 29 30 8251A的引腳信號(hào) 31 1 發(fā)送器 TXRDY TransmitterReady 發(fā)送器準(zhǔn)備好 高電平有效 TXE TransmitterEmpty 發(fā)送器空 狀態(tài)線 高有效 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)線 TXC 發(fā)送器輸入時(shí)鐘2 接收器 RXD 接收數(shù)據(jù)線 RXRDY 接收器準(zhǔn)備好 TXEMPTY 接收器空 TXC 接收器輸入時(shí)鐘3 與調(diào)制器的接口接號(hào) DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 RTS 請求發(fā)送 32 DSR 數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好 CTS 清除傳送二 8251的控制字與狀態(tài)字1 工作方式字約定雙方的通信方式 數(shù)據(jù)格式 傳送速率a 作用 對8251A工作方式進(jìn)行選擇 是異步方式還是同步方式b 格式 33 例1 異步通信中 若幀數(shù)據(jù)格式為 字符長度8位 停止位2位 奇校驗(yàn) 波特率因數(shù)是16 則工作字是 11011110B DEHMOVDX 309H 8251命令口MOVAL 0DEH 異步工作方式字OUTDX AL例2 同步通信中 若幀數(shù)據(jù)格式為 字符長度8位 雙同步字符 內(nèi)同步方式 奇校驗(yàn) 則工作字是 00011100B 1CH MOVDX 309H 8251命令口MOVAL 1CH 同步工作方式字OUTDX AL2 工作命令字a 作用 是確定8251A的實(shí)際操作 迫使8251A進(jìn)行某種操作或工作狀態(tài) 以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù) 34 b 格式 EH IR RTS ER SBRK RXE DIR TXEN D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 進(jìn)入搜索方式 內(nèi)部復(fù)位 發(fā)送請求 錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位 發(fā)中止字符 接收允許 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 發(fā)送允許 D7 1有效 D6 1有效 D5 1有效 D4 1復(fù)位ER D3 1 發(fā)中止字符 空號(hào) 0 正常操作 D2 1 允許接收 0 禁止接收 D0 1 允許發(fā)送 0 禁止發(fā)送 D1 1 已準(zhǔn)備好 0 正常操作 例3 使8251內(nèi)部復(fù)位 并且允許接收 又允許發(fā)送 則程序段為 35 MOVDX 309H 8251命令口MOVAL 01000000B 置D6 1 使內(nèi)部復(fù)位OUTDX ALMOVAL 00000101B 置D0 1 D2 1 允許接收和發(fā)送3 狀態(tài)字a 作用 8251A執(zhí)行命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送后的狀態(tài)字存放在狀態(tài)寄存器中 CPU通過讀出狀態(tài)字進(jìn)行分析和判斷 以決定下一步的操作 b 格式 36 例4 若查詢8251A接收器是否準(zhǔn)備好 則用下列程序段 MOVDX 309H 狀態(tài)口INAL DX 讀狀態(tài)字ANDAL 02H 查D1 1 RXRDY 1 JZL 未準(zhǔn)備好 則等待MOVDX 308H 數(shù)據(jù)口例5 檢查出錯(cuò)信息 則用下列程序段MOVDX 309H 狀態(tài)口INAL DXTESTAL 38H 檢查D5D4D3三位 FE OE PE JNZERROR 若其中有一位為1 則出錯(cuò) 37 4 8251A的方式字和命令的使用 1 方式字 約定雙方通信的方式 數(shù)據(jù)格式 傳送速率等參數(shù) 命令字 規(guī)定是發(fā)送數(shù)據(jù) 還是接收數(shù)據(jù) 狀態(tài)字 何時(shí)發(fā) 收 取決于狀態(tài)字 2 8251A的尋址c d接A1 對CPU始終是偶地址 始終使用低8位傳輸數(shù)據(jù) 對8251 可以分奇地址和偶地址 偶地址傳輸數(shù)據(jù) 奇地址傳輸方式字 命令字 狀態(tài)字 38 3 8251A的初始化編程異步方式下的初始化8251A的初始化總是從設(shè)置方式指令開始 命令指令不能放在方式指令之前 而方式指令必須緊跟在復(fù)位之后 如果在使用過程中改變8251A的工作方式 也必須先用命令指令的D6 l使825lA復(fù)位 同步方式下的初始化初始化的流程是 程序往此端口輸出的依次為方式字 同步字符和控制字 三 8251A應(yīng)用舉例1 要求在甲乙二臺(tái)PC之間進(jìn)行串行通信 甲發(fā)送乙接收 要求把甲機(jī)上開發(fā)應(yīng)用程序 其長度為2DH 傳送到乙機(jī)中去 39 采用 起止式異步方式 字符長度為8位 2位停止位 波特率因子為64 無校驗(yàn) 波特率為4800 CPU與8251A之間用查詢方式交換數(shù)據(jù)口地址分配是 309H為狀態(tài)命令 狀態(tài)口 308H為數(shù)據(jù)口2 分析由于是近距離傳輸 可以不設(shè)MODEM 直接互連 同時(shí) 是采用查詢I O方式 故收 發(fā)程序中只需檢查發(fā) 收準(zhǔn)備好的狀態(tài)是否置位 即可收發(fā)1個(gè)字節(jié) 4