微機(jī)原理ch6-2

1、6.4 串行通信基礎(chǔ)所謂通信協(xié)議，又稱為通信規(guī)程、通信規(guī)范，是通信雙方約定的一些規(guī)則，這些規(guī)則包括對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。串行通信：用一根信號線將數(shù)據(jù)逐位順序傳送。串行通信的優(yōu)勢：通信線路少，在遠(yuǎn)距離通信時可以極大地降低成本；適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送。1. 同步通信通信雙方使用同一時鐘以數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位雙方使用同一時鐘（主控方提供時鐘，被控方接收時鐘）外同步：時鐘信號另外安排一根傳輸線自同步：發(fā)送時將時鐘信號與數(shù)據(jù)混合編碼，接收時譯碼出時鐘數(shù)據(jù)格式：每個數(shù)據(jù)塊前加12個

2、同步字符（同步頭）進(jìn)行幀同步，一般采用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼6.4.1 串行串行通信的通信的種類種類串行通信協(xié)議根據(jù)同步方式的不同，可以分為兩種類型：一種叫同步通信（SYNC），另一種叫異步通信（ASYNC）同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，最常使用的同步通信協(xié)議有高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）同步協(xié)議又有面向字符（Character Oriented）型協(xié)議和面向比特（Bit-Oriented）型協(xié)議以及面向字節(jié)（Byte-Oriented）型協(xié)議三種。 同步字符同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗(yàn)校驗(yàn)同步字符同步字符2. 異步通信通信

3、雙方使用各自的時鐘串行通信時的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號線傳送收發(fā)雙方必須遵守共同的通信協(xié)議（通信規(guī)程）：傳送速率信息格式位同步幀同步數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯誤處理串行異步通信以字符為單位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)格式：起止式異步通信協(xié)議各位的意義如下： 空閑位：當(dāng)沒有數(shù)據(jù)在傳輸線上傳送時，傳輸線將處于邏輯“1”的狀態(tài)，稱空閑位。 起始位：當(dāng)傳輸線處于空閑位時，若發(fā)出一個邏輯”0”的信號，則表示開始傳輸字符，該邏輯“0”信號稱起始位。 數(shù)據(jù)位：起始位之后緊接著就是數(shù)據(jù)位，其個數(shù)可為5、6、7、8等。 奇偶校驗(yàn)位：位于在數(shù)據(jù)位之后，對數(shù)據(jù)傳送的正確性進(jìn)行校驗(yàn)。 停止位：位于奇偶校驗(yàn)位之后，表示一個字符數(shù)據(jù)傳送結(jié)束

4、。停止位可以是1位、1.5位、2位的高電平。 一組字符一組字符 要傳送一個要傳送一個字符字符”K”K, ,若數(shù)據(jù)格式約定為若數(shù)據(jù)格式約定為: :字符字符K K用用7 7位位ASCIIASCII碼表示碼表示,1,1位偶校驗(yàn)位位偶校驗(yàn)位,1,1位起始位位起始位,則異步方式傳送字符則異步方式傳送字符K K時時, ,在在串行傳輸線上的波形如下圖所示串行傳輸線上的波形如下圖所示, ,將其寫成將其寫成ASCIIASCII碼碼, ,即把它的即把它的最低有效位寫在右邊時為最低有效位寫在右邊時為10010111001011=4B=4B。0 1 1 0 1 0 0 1 0 1起始位偶校驗(yàn)停止位字符字符K的傳輸波形

5、的傳輸波形6.4.2 數(shù)據(jù)傳輸速率 波特率是在串行通信中是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。 例如：數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個字符為10位，則其傳送的波特率為101201200位/秒1200波特。 最常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率是110、300、1000、1200、2400、4800、9600和19200波特等。 異步通信協(xié)議一般用在數(shù)據(jù)速率較慢的場合（一般來說，小于19.2KBit/Second）。在高速傳送時，一般要采用同步通信協(xié)議。 1、 波特率波特率 設(shè)一個串行字符由1位起始位、7位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止位構(gòu)成，每秒鐘傳送120個字符，則數(shù)據(jù)傳送的波特率為：

6、 10位/字符120字符/S=120位/S=1200波特 傳送每位信息所占用的時間為： 1S/1200=0.833ms在異步串行中，發(fā)送端需要用一定頻率的時鐘來決定發(fā)送每一個數(shù)據(jù)所占的時間長度（稱為位寬度），接收端也要用一定的頻率的時鐘來測定每一位輸入數(shù)據(jù)的位寬度。在異步通信中，總是根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈蕘泶_定收/發(fā)時鐘的頻率。通常，收/發(fā)時鐘的頻率總是取位傳輸率（即波特率）的16倍、32倍或64倍，這有利于在位信號的中間對每位數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣減少讀數(shù)錯誤。 收/發(fā)時鐘頻率與波特率間的關(guān)系 收/發(fā)時鐘頻率=n*波特率 收/發(fā)波特率=收/發(fā)時鐘/n (其中 n=1,16,64) 式中n叫波特率系數(shù)或波

7、特率因子,它的取值可為1,16,32或64。2、 發(fā)送發(fā)送/接收時鐘接收時鐘 對可編程串行接口芯片8251A來說,n不能取32,只能取1,16或64。 在實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)所需要的傳輸波特率和選取的波特率因子n來確定收/發(fā)時鐘的頻率。例:若要求傳輸速率為2400波特,則: 當(dāng)取n=1時,收/發(fā)時鐘頻率為2.4KHz 當(dāng)取n=16時,收/發(fā)時鐘頻率為38.4KHz 當(dāng)取n=64時,收/發(fā)時鐘頻率為153.6KHz例：例：一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有8位數(shù)據(jù)位的字符，位數(shù)據(jù)位的字符，在系統(tǒng)中使用一個奇偶校驗(yàn)位和兩個停止位。若每秒發(fā)在系統(tǒng)中使用一個奇偶校驗(yàn)位和兩個停止位。

8、若每秒發(fā)送送100個字符，則其波特率為多少個字符，則其波特率為多少 ？100*（1+8+1+2）=1200 bps例：例：一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有7位數(shù)據(jù)位的字符位數(shù)據(jù)位的字符, ,傳送波特傳送波特率為率為18001800，字符格式為：，字符格式為：1 1個奇偶校驗(yàn)位，個奇偶校驗(yàn)位，1 1個停止位，問，十秒個停止位，問，十秒鐘內(nèi)傳送了多少個字符鐘內(nèi)傳送了多少個字符? ? 10 * 1800/(1+7+1+1) = 180000/1 0/10/11 1 起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位校驗(yàn)位 停止位停止位一個字符一個字符格式格式 按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種基本的傳送

9、方式：單工方式、半雙工方式和全雙工方式。 1. 1. 單工方式單工方式 這種方式，在任何時刻都只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送。 6.4.2 數(shù)據(jù)傳送方式單向數(shù)據(jù)流單向數(shù)據(jù)流2. 2. 半雙工方式半雙工方式 半雙工方式采用同一根傳輸線既作輸入又作輸出，數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也能從B站傳送到A站。 3. 3. 全雙工方式全雙工方式 全雙工方式允許通信雙方同時進(jìn)行發(fā)送和接收。 分時雙向數(shù)據(jù)流分時雙向數(shù)據(jù)流各線單向，雙向各線單向，雙向數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流1. 1. 串行接口的組成串行接口的組成6.4.3 可編程串行通信接口2. 2. 串行接口的功能串行接口的功能（1）實(shí)現(xiàn)串/并行相互轉(zhuǎn)換的功能 （2）實(shí)現(xiàn)

10、串行數(shù)據(jù)格式化的功能 （3）實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)數(shù)據(jù)正確性的功能 （4）實(shí)現(xiàn)與通信設(shè)備聯(lián)絡(luò)控制的功能 6.5 可編程串行通信接口8251A微機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送方式為并行方式。若外設(shè)采用串行方式，則微機(jī)與外設(shè)之間需加串行接口。串行接口基本功能就是輸入數(shù)據(jù)時，進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；輸出數(shù)據(jù)時，進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換。Intel8251A是一種可編程的通用同步/異步接收發(fā)送器。8251A的外部引腳 8251A為28腳雙列直插式芯片。 一組為與CPU接口的信號線；另一組為外設(shè)（或調(diào)制器）接口的信號線。 6.5.1 8251A的基本工作原理 1. 8251A 基本性能 可工作在同步或異步工作方式。工作在同步方式時，波特率為064K

11、；工作在異步方式時，波特率為019.2K。 具有獨(dú)立的發(fā)送器和接收器，能以單工、半雙工和全雙工方式進(jìn)行通信。 同步方式時，字符可選擇為58位，可自動插入同步字符。 異步方式時，字符可選擇為58位，波特率因子可選為1、16、64。 能提供一些基本的控制信號， 以方便地與MODEM相連。2. 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由五大部分組成：（1 1）發(fā)送器）發(fā)送器發(fā)送器包括發(fā)送緩沖器、并串轉(zhuǎn)換器和發(fā)送控制電路。發(fā)送控制電路用來控制和管理所有的發(fā)送操作。在它的管理下，發(fā)送緩沖器把來自CPU的并行數(shù)據(jù)變換成串行數(shù)據(jù)，通過引腳TxD（第19腳）向外發(fā)送。 若設(shè)定為異步方式，則自動

12、為數(shù)據(jù)加上起始位、校驗(yàn)位和停止位。若設(shè)定為同步方式，發(fā)送控制電路在數(shù)據(jù)中插入同步字符和校驗(yàn)位；如果CPU沒有提供同步字符，則發(fā)送控制電路會自動補(bǔ)上同步字符。 （2 2）接收器）接收器接收器包括接收緩沖器、串并轉(zhuǎn)換器和接收控制電路。接收控制電路用來控制和管理所有的接收操作。在它的管理下，接收緩沖器接收RxD（第3腳）線上輸入的串行數(shù)據(jù)，并按規(guī)定方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器中。 在異步方式下，8251A在允許接收和準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)時，監(jiān)視RxD線。當(dāng)發(fā)現(xiàn)RxD線上的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，認(rèn)為起始位到來，接收器開始接收一幀信息。接收到的信息經(jīng)過奇偶校驗(yàn)、刪除起始位和停止位，把已轉(zhuǎn)換的并行數(shù)據(jù)置入接收數(shù)據(jù)緩沖器中。在同步方式下，8251A監(jiān)視RxD線，以一次一位的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行移位（用RxC脈沖同步，RxC等于波特率）。每接收到一位后，都將接收寄存器與存放同步字符（由程序裝入）的寄存器相比較。若不相等，則移入下一位繼續(xù)比較；若相等，則表示搜索到同步字符，使SYNDET=1。這時在接收時鐘RxC的同步下開始移位RxD線上的數(shù)據(jù)，并按規(guī)定位數(shù)將其組裝成并行數(shù)據(jù)，送至接收數(shù)據(jù)緩