微機原理第九章-串行通信接口技術(shù)

1、 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 電子信息教研室電子信息教研室郵箱：郵箱：電話：電話第9章章 串行通信接口技術(shù)串行通信接口技術(shù)9.1 串行通信概述串行通信概述9.2 串行接口芯片串行接口芯片16550（自學(xué)自學(xué)）9.3 16550的應(yīng)用舉例（的應(yīng)用舉例（自學(xué)自學(xué)）9.1 串行通信概述串行通信概述 9.1.1 串行通信基本概念串行通信基本概念u 通信的定義：通信的定義：系統(tǒng)與外設(shè)之間的信息交換過程。系統(tǒng)與外設(shè)之間的信息交換過程。u 通信的分類：通信的分類：根據(jù)系統(tǒng)與外設(shè)之間的連線結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)發(fā)送方式的不同根據(jù)系統(tǒng)與外設(shè)之間的連線結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)發(fā)送方式的不同 并行通信并行通信：指在傳

2、送數(shù)據(jù)過程中，將數(shù)據(jù)按字或字節(jié)：指在傳送數(shù)據(jù)過程中，將數(shù)據(jù)按字或字節(jié)同時傳送同時傳送。 串行通信串行通信：指在傳送數(shù)據(jù)過程中，將數(shù)據(jù)：指在傳送數(shù)據(jù)過程中，將數(shù)據(jù)一位一位一位一位順序地傳送。順序地傳送。u 串行通信與并行通信的比較：串行通信與并行通信的比較： 并行通信并行通信：傳輸速度快，但需要的傳輸線多，對于遠(yuǎn)距離通信來說很：傳輸速度快，但需要的傳輸線多，對于遠(yuǎn)距離通信來說很不經(jīng)濟，因此并行通信主要適用于短距離、高速通信的場合。不經(jīng)濟，因此并行通信主要適用于短距離、高速通信的場合。 串行通信串行通信：數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，但需要的傳輸線少。因此，串行通信：數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，但需要的傳輸線少。因此，

3、串行通信成本低，適用于遠(yuǎn)距離、對速度要求不高的場合。成本低，適用于遠(yuǎn)距離、對速度要求不高的場合。9.1 串行通信概述串行通信概述 9.1.2 串行通信基本方式串行通信基本方式串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩種方式。串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩種方式。 異步傳送方式采用每個字符都按照一個獨立的整體進行發(fā)異步傳送方式采用每個字符都按照一個獨立的整體進行發(fā)送，字符的間隔時間可以任意變化，即送，字符的間隔時間可以任意變化，即每個字符作為獨立的信每個字符作為獨立的信息單位（幀）息單位（幀），可以隨機地出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。所謂，可以隨機地出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。所謂“異步異步”，就是指通信時兩個字符之間的間隔

4、事先不能確定，也沒有嚴(yán)格就是指通信時兩個字符之間的間隔事先不能確定，也沒有嚴(yán)格的定時要求。的定時要求。u 異步傳送方式異步傳送方式 異步傳送方式規(guī)定字符由異步傳送方式規(guī)定字符由起始位起始位、數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位、奇偶校驗奇偶校驗位位和和停止位停止位組成。一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位組成。一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，并且一位地傳輸，并且傳輸一個字符時，總是以傳輸一個字符時，總是以“起始位起始位”開始，開始，以以“停止位停止位”結(jié)束結(jié)束，字符之間沒有固定的時間間隔要求。每，字符之間沒有固定的時間間隔要求。每一個字符的前面都有一位起始位（表示一個字符的開始），一個字符的前面都有一

5、位起始位（表示一個字符的開始），接收方可以用起始位使自已的接收時鐘與數(shù)據(jù)同步，字符本接收方可以用起始位使自已的接收時鐘與數(shù)據(jù)同步，字符本身由身由5-7位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗位（也可位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗位（也可以沒有校驗位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止以沒有校驗位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長的位后面是不定長的空閑位空閑位。如圖。如圖9-2所示。所示。b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 P01 11b0 b10停 止位起 始位停 止位校 驗位起 始位8個 數(shù) 據(jù) 位數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 順 序空 閑 位第 n個 字 符第 n

6、1個 字 符圖圖9-2 異步串行通信格式異步串行通信格式 在異步傳送中，在異步傳送中，CPU與外部設(shè)備之間的通信遵循以下規(guī)定：與外部設(shè)備之間的通信遵循以下規(guī)定： 字符格式字符格式 字符格式是指字符的編碼形式及其規(guī)定。例如，規(guī)定每字符格式是指字符的編碼形式及其規(guī)定。例如，規(guī)定每個串行字符由個串行字符由4個部分組成：個部分組成：1個起始位、個起始位、58個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、1個個奇偶校驗位以及奇偶校驗位以及12個停止位個停止位。 傳輸速率傳輸速率 傳輸速率是指傳輸速率是指每秒鐘傳送的二進制位數(shù)每秒鐘傳送的二進制位數(shù)，通常稱為，通常稱為波特波特率率（Band Rate）。國際上規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)波特率系列，

7、最常用的）。國際上規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)波特率系列，最常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率是：標(biāo)準(zhǔn)波特率是：110、300、600、1200、l800、2400、4800、9600、115200/19200波特等。波特等。小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié)-異步傳送的規(guī)則異步傳送的規(guī)則 字符速率字符速率 字符速率是指字符速率是指每秒鐘傳送的字符數(shù)每秒鐘傳送的字符數(shù)，它與波特率，它與波特率是兩個相關(guān)但表達(dá)的意義不相同的概念。例如，若異是兩個相關(guān)但表達(dá)的意義不相同的概念。例如，若異步通信的數(shù)據(jù)格式由步通信的數(shù)據(jù)格式由1位起始位、位起始位、8位數(shù)據(jù)位、位數(shù)據(jù)位、1位奇位奇偶校驗位、偶校驗位、2位停止位組成，波特率為位停止位組成，波特率為 9600b

8、/s，則每，則每秒鐘能夠最多傳送秒鐘能夠最多傳送 9600/(1+8+1+2)800 個字符。個字符。 小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié)-異步傳送的規(guī)則（續(xù)）異步傳送的規(guī)則（續(xù)）【例【例9-1】 異步傳輸異步傳輸8位位ASCII碼，如果需要數(shù)據(jù)傳輸速率為碼，如果需要數(shù)據(jù)傳輸速率為200字符字符/秒，使用秒，使用1位起始位、位起始位、1位奇偶校驗位和位奇偶校驗位和2位停止位，則：位停止位，則： 波特率應(yīng)該是多少？波特率應(yīng)該是多少？ 有效數(shù)據(jù)位傳輸位是多少？有效數(shù)據(jù)位傳輸位是多少？ 傳輸效率是多少？傳輸效率是多少？ 答：答： 波特率是：波特率是：(8位數(shù)據(jù)位位數(shù)據(jù)位+1位起始位位起始位+1位校驗位位校驗位+2位停

9、止位位停止位)200=2400b/s 有效數(shù)據(jù)位傳輸位是有效數(shù)據(jù)位傳輸位是 ：8200=1600b/s 傳輸效率是：傳輸效率是：1600/2400=66.7% 采用異步通信格式的采用異步通信格式的優(yōu)點優(yōu)點是，是，控制簡單控制簡單，不需收發(fā)雙方時，不需收發(fā)雙方時鐘頻率保持完全一致，鐘頻率保持完全一致，可以有偏差，糾錯方便可以有偏差，糾錯方便。 其其缺點缺點是一旦傳輸出錯，則需要重發(fā)，是一旦傳輸出錯，則需要重發(fā)，傳輸效率低傳輸效率低，信息，信息冗余大。冗余大。小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié)-異步通信的特點異步通信的特點 異步通信中，降低了傳輸效率。因此在大批量數(shù)據(jù)傳送時，異步通信中，降低了傳輸效率。因此在大批量

10、數(shù)據(jù)傳送時，為了提高速度，為了提高速度， 就要設(shè)法去掉這些標(biāo)志，而采用同步傳送方式。就要設(shè)法去掉這些標(biāo)志，而采用同步傳送方式。 同步通信是一種數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸?shù)拇型ㄐ欧绞?。通信時，同步通信是一種數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸?shù)拇型ㄐ欧绞?。通信時，發(fā)送方把需要發(fā)送的多個字節(jié)數(shù)據(jù)和校驗信息連接起來，組成發(fā)送方把需要發(fā)送的多個字節(jié)數(shù)據(jù)和校驗信息連接起來，組成數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊。發(fā)送時，發(fā)送方只需在數(shù)據(jù)塊前插入。發(fā)送時，發(fā)送方只需在數(shù)據(jù)塊前插入12個特殊的同個特殊的同步字符，然后按特定速率逐位輸出（發(fā)送）數(shù)據(jù)塊內(nèi)的各位數(shù)步字符，然后按特定速率逐位輸出（發(fā)送）數(shù)據(jù)塊內(nèi)的各位數(shù)據(jù)。接收方在接收到特定的同步字符后，也按相同速率接收

11、數(shù)據(jù)。接收方在接收到特定的同步字符后，也按相同速率接收數(shù)據(jù)塊內(nèi)的各位數(shù)據(jù)。據(jù)塊內(nèi)的各位數(shù)據(jù)。u 同步傳送方式同步傳送方式9.1 串行通信概述串行通信概述 9.1.3 數(shù)據(jù)傳送的工作方式數(shù)據(jù)傳送的工作方式 串行通信中，按照同一時刻數(shù)據(jù)流的方向可分為三種基本串行通信中，按照同一時刻數(shù)據(jù)流的方向可分為三種基本傳送模式：傳送模式：單工傳送單工傳送、半雙工傳送半雙工傳送和和全雙工傳送全雙工傳送。 發(fā) 送設(shè) 備 A接 收設(shè) 備 B數(shù) 據(jù) 傳 輸 方 向地 線(a )設(shè) 備 A設(shè) 備 B數(shù) 據(jù) 傳 輸 方 向地 線(b )設(shè) 備 A設(shè) 備 B傳 輸 線地 線(c )發(fā) 送 接 收接 收 發(fā) 送 發(fā) 送 接

12、收接 收 發(fā) 送傳 輸 線圖圖9-4數(shù)據(jù)傳輸方式：（數(shù)據(jù)傳輸方式：（a） 單工（單工（b）半雙工（）半雙工（c） 全雙工全雙工 單工（單工（simplex）方式）方式 單工傳送方式僅支持單工傳送方式僅支持在一個方向上的數(shù)據(jù)傳送在一個方向上的數(shù)據(jù)傳送。如圖。如圖9-4（a）所示，由設(shè)備所示，由設(shè)備A傳送到設(shè)備傳送到設(shè)備B。即在這種傳送模式中，。即在這種傳送模式中，A只作為發(fā)只作為發(fā)送器，送器，B只作為接收器，反之不可。只作為接收器，反之不可。 半雙工（半雙工（Half-duplex）方式）方式 半雙工傳送方式支持在設(shè)備半雙工傳送方式支持在設(shè)備A和設(shè)備和設(shè)備B之間交替相互地傳送數(shù)之間交替相互地傳送數(shù)據(jù)。如圖據(jù)。如圖9-4（b）所示，即設(shè)備）所示，即設(shè)備A發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備B時，時，B為接收為接收器。接受完后設(shè)備器。接受完后設(shè)備B也可以做發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備也可以做發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備A，A為接收為接收器。由于器。由于A、B之間僅一根數(shù)據(jù)傳送線，它們都有獨立的發(fā)送器和之間僅一根數(shù)據(jù)傳送線，它們都有獨立的發(fā)送器和接收器，所以接收器，所以在同一個時刻只能進行一個方向的傳送在同一