匯編語言及接口技術(shù) h7-3 串行通信概述

1、17 73 3 串行通信概述串行通信概述 計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的信息交換 通信。 兩種基本的通信方式：兩種基本的通信方式： 并行通信 將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。并行通信使用并行接口實(shí)現(xiàn)。 串行通信 將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位，一位接一位地順序傳送。串行通信用串行接口實(shí)現(xiàn)，所謂串行，是指接口和外設(shè)之間的傳誦是串行的，而接口和MPU之間的傳送總是并行的。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：并行通信一般使用傳輸線多，傳送效率高，但通信距離比較近；而串行通信使用傳輸線少，通信距離比較遠(yuǎn)，但傳送效率低。2 1串行數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)娜N方式三種方式 收發(fā)器收發(fā)器數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)收發(fā)器收發(fā)器AB發(fā)送器發(fā)送器數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)接收器接收器AB收發(fā)器收發(fā)器數(shù)數(shù) 據(jù)

2、據(jù)收發(fā)器收發(fā)器AB（1）單工方式單工方式 （單向傳送）（單向傳送）（2）半雙工方式半雙工方式 （分時(shí)收發(fā)）（分時(shí)收發(fā)）（3）全雙工方式全雙工方式 （同時(shí)收發(fā)）（同時(shí)收發(fā)）3 （1）單工單工傳輸方式（單向傳送） 數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定方向傳送。常用于遠(yuǎn)程串行打印機(jī)之類的單向通信。 （2）半雙工半雙工傳輸方式（分時(shí)收發(fā)） 使用同一根傳輸線既作輸入又作輸出，通信雙方分時(shí)發(fā)送和接收，電路反轉(zhuǎn)需要時(shí)間。通信時(shí)由半雙工通信協(xié)議控制傳送方向。 （3）全雙工全雙工傳輸方式（同時(shí)收發(fā)） 信號(hào)的發(fā)送和接收分別使用兩根傳輸線，即系統(tǒng)在同一時(shí)刻即可發(fā)送又可接收數(shù)據(jù)。4 2串行通信類型串行通信類型 兩種類型：同步通信和異步通

3、信。 （1）同步通信）同步通信 所謂同步通信是將要傳送的數(shù)據(jù)組成一個(gè)信信息組息組，在約定的波特率下使數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)地從發(fā)送端傳送到接收端。 在有效數(shù)據(jù)傳送之前首先發(fā)送一串特殊的數(shù)符進(jìn)行標(biāo)識(shí)或聯(lián)絡(luò)，這串?dāng)?shù)符稱為同步字符同步字符或標(biāo)識(shí)符。 在傳送過程中，發(fā)送端和接收端的每一位數(shù)據(jù)均保持同步同步。傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)幾乎不受限制，通?？梢允菐资綆浊€(gè)字節(jié)，甚至更多。 5同步通信的數(shù)據(jù)格式同步通信的數(shù)據(jù)格式 ：同步字符同步字符同步字符同步字符1同步字符同步字符2數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC1CRC1CRC1CRC1CRC1CRC2CRC2CRC2CRC2CRC2地址符

4、地址符 8位位地址符地址符 8位位控制符控制符 8位位 標(biāo)志符標(biāo)志符01111110 標(biāo)志符標(biāo)志符01111110 標(biāo)志符標(biāo)志符01111110 標(biāo)志符標(biāo)志符01111110（a）單同步格式）單同步格式（b）雙同步格式）雙同步格式（c）SDLC格式格式（e）HDLC格式格式（d）外同步格式）外同步格式6 同步通信的特點(diǎn)同步通信的特點(diǎn)： 傳送效率高效率高，因?yàn)槠渲蟹菙?shù)據(jù)信息的比例較小。 同步傳送時(shí)，發(fā)送端和接收端必須用同一發(fā)送端和接收端必須用同一時(shí)鐘信號(hào)同步時(shí)鐘信號(hào)同步。近距離時(shí)可在傳輸線中增加一根時(shí)鐘信號(hào)線，遠(yuǎn)距離時(shí)在串行數(shù)據(jù)中隱含同步時(shí)鐘，接收端的解調(diào)器從中提取，用鎖相技術(shù)得到和發(fā)送時(shí)鐘頻率

5、完全相同的接受時(shí)鐘信號(hào)。 發(fā)送和接收器構(gòu)造復(fù)雜構(gòu)造復(fù)雜，成本較高。7 （2）異步通信）異步通信 異步通信是以一個(gè)起始位表示字符的開始，以停止位表示字符的結(jié)束，數(shù)據(jù)的傳送以一個(gè)“字符字符”為單位，這樣的一組信息也稱為一幀一幀。 異步通信數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式： 字符的約定：字符的約定：四個(gè)字節(jié) 1位起始位：“0”（空號(hào)Space）, 58位數(shù)據(jù)位， 1位奇偶校驗(yàn)位， 1位、1位或2位停止位：“1”（傳號(hào)Mark）。8 異步通信時(shí)，發(fā)送器和接收器之間的另一項(xiàng)約定是波特率波特率。規(guī)定每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)（Band rate，位/秒，bps），是衡量傳輸通道頻寬的指標(biāo)。 常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率：300、600

6、、1200、1800、2400、4800、9600。 例如，如果每秒鐘傳輸120個(gè)字符，每個(gè)字符有10個(gè)數(shù)據(jù)位，則波特率為1200。9 異步通信的特點(diǎn)：異步通信的特點(diǎn)：每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)或字符需要增加大約20%的附加信息位，因而有效傳輸率低，但設(shè)備比較簡(jiǎn)單，常用于傳送信息量不太大，速率比較低的場(chǎng)合。10 發(fā)送端和接收端各有一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，通常工作于同一頻率，但實(shí)際相位和頻率不可能精確相等。 如何保證收發(fā)同步？如何保證收發(fā)同步？ 異步通信的依據(jù)異步通信的依據(jù)： 兩個(gè)近似于同一頻率的時(shí)鐘可以在一段短時(shí)間內(nèi)保持同步。 通常時(shí)鐘頻率取為波特率的整數(shù)倍。 11 通常時(shí)鐘頻率取為波特率的整數(shù)倍。 例如16倍，

7、發(fā)送端按照自己時(shí)鐘的16分頻（即波特率）發(fā)出串行數(shù)據(jù)，接收器根據(jù)收到的起始位（下降沿）來同步自身的時(shí)鐘，并以此為起點(diǎn)，隔8個(gè)時(shí)鐘周期（起始位的中點(diǎn)）取樣串行數(shù)據(jù)，得到的是起始位“0”，以后每隔16個(gè)接收時(shí)鐘周期取樣一次串行數(shù)據(jù)（每位的中點(diǎn)），一直到結(jié)束。 12 UART對(duì)數(shù)據(jù)的采樣：16T啟動(dòng)位啟動(dòng)位確定已檢測(cè)確定已檢測(cè)到啟動(dòng)位到啟動(dòng)位時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步啟動(dòng)檢測(cè)啟動(dòng)檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)DATACLOCK數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位T13 由于只有十多位，到最后一位（停止位）到來時(shí)，接收時(shí)鐘會(huì)稍許偏離發(fā)送時(shí)鐘，但這種偏離不會(huì)影響這很短的812位串行位流的正確接收。 若偏差太大以致無法正

8、確接收時(shí)，“停止位”就會(huì)出錯(cuò)，發(fā)生“幀錯(cuò)誤”（Frame error）。 字符之間的停止位和空閑位為這種偏差提供了緩沖，沒有偏差積累。14 3串行通信串行通信總線總線（RS232C） RS一232是一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，是數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)從CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 由于線路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離一般都不超過15m。通常兩計(jì)算機(jī)的近距離通信可以通過RS232C接口連接起來。15 （1）RS232C信號(hào)定義的說明 RS232C標(biāo)準(zhǔn)包括機(jī)械指標(biāo)和電氣指標(biāo)。機(jī)械指標(biāo)規(guī)定，RS232C 接口通向外部的

9、連接器(插針和插座)是一種標(biāo)準(zhǔn)的“D”型保護(hù)殼的25針插頭。圖6.59 標(biāo)準(zhǔn)RS232C插腳編號(hào)16 25個(gè)插腳的功能分配列于表6.29（P327）。 有定義的僅22個(gè)。這22個(gè)信號(hào)分為兩個(gè)信道組:一個(gè)主信道組(標(biāo)有“*”者)和一個(gè)輔信道組，大多數(shù)微機(jī)通信系統(tǒng)僅使用主信道組的信號(hào)線。在通信時(shí)，并非所有主信道組的信號(hào)都要連接。 在微機(jī)通信中，通常使用的RS232接口信號(hào)只有9根引腳(見P328表6.30)。17 在微機(jī)通信中，通常使用的RS232接口信號(hào)只有9根引腳(見P328表6.30)。引腳引腳信信 號(hào)號(hào)說說 明明2TXD發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)4RTS請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送5CT

10、S允許發(fā)送允許發(fā)送6DSR數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好引腳引腳信信 號(hào)號(hào)說說 明明7GND信號(hào)地信號(hào)地8DCD數(shù)據(jù)載體檢測(cè)數(shù)據(jù)載體檢測(cè)20DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好22RI振鈴指示振鈴指示18 常用的9根引腳分兩類： 基本的數(shù)據(jù)傳送引腳基本的數(shù)據(jù)傳送引腳：TXD，RXD，GND(2，3，7號(hào)引腳) TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)由該引腳發(fā)出，送上通信線，在不傳送數(shù)據(jù)時(shí)，異步串行通信接口維持該腳為邏輯1。 RXD；數(shù)據(jù)接收。來自通信線的數(shù)據(jù)信息由該引腳進(jìn)入接收設(shè)備。 GND：信號(hào)地。該引腳為所有電路提供參考電位。 19 MODEM的控制和狀態(tài)引腳：的控制和狀態(tài)引腳： 計(jì)算

11、機(jī)通過RS-232C接口送給MODEM的控制引腳包括DTR和RTS。 DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備。用于通知MODEM計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備好，可以通信了。 RTS：請(qǐng)求發(fā)送。用于通知MODEM計(jì)算機(jī)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。 20 MODEM通過RS-323C接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息，引腳包括DSR，CTS，DCD和RI。 DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備就緒。用于通知計(jì)算機(jī)，MODEM準(zhǔn)備好了。 CTS：允許發(fā)送。用于通知計(jì)算機(jī)MODEM可以接收數(shù)據(jù)了。 DCD：數(shù)據(jù)載體檢測(cè)。用于通知計(jì)算機(jī)MODEM與電話線另一端的MODEM已經(jīng)建立聯(lián)系。 RI：振鈴信號(hào)指示。用于通知計(jì)算機(jī)，有來自電話網(wǎng)的信號(hào)。 21 （2）通過）通過RS23

12、2C接口的通信接口的通信 數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE： (Data Terminal Equipment)，如計(jì)算機(jī)、終端顯示器。 數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE：(Data Communication Equipment) ，如調(diào)制解調(diào)器。22具有具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信 ： 電話線的兩端都有DCE，即MODEM設(shè)備。MODEM除具有調(diào)制和解調(diào)功能外，還必須具有控制功能和反映狀態(tài)的功能。這些控制功能用來完成與RS一232C接口以及電話線另一端的MODEM進(jìn)行信息交換和聯(lián)絡(luò)控制。 23 不使用不使用MODEM設(shè)備的近距離通信設(shè)備的近距離通信：即不通過電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信

13、，則不需要使用DCE，而直接把DTE連接起來，稱為零調(diào)制解調(diào)器聯(lián)接。24 通信雙方永遠(yuǎn)準(zhǔn)備好接收的DTE 這是一種最簡(jiǎn)單的連接，僅用3根線。不連接和MODEM有關(guān)的線，如圖6.60 (a)； 將控制線和自身狀態(tài)線連接起來，如圖6.60 (b)所示。 25 利用MODEM的控制信號(hào)線建立同步 當(dāng)進(jìn)行近距離通信時(shí)，不必通過MODEM，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過RS232C直接對(duì)接，這種情況下，和MODEM有關(guān)的控制線和狀態(tài)線用來為通信雙方進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。 圖6.61 用MODEM控制作為握手聯(lián)絡(luò) 圖6.62 用MODEM控制的一種簡(jiǎn)化聯(lián)絡(luò)26 （3）RS232C總線的電氣規(guī)范總線的電氣規(guī)范 RS232C總線

14、的電氣規(guī)范采用負(fù)邏采用負(fù)邏輯輯。規(guī)定用515V表示邏輯“1”(或稱MARK信號(hào))，用515V表示邏輯0(或稱SPACE)。 27（4）RS232C標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)與TTL標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換 Motorola公司制造的MC1488和MC1489是實(shí)現(xiàn)RS232C電平與TTL電平互換的芯片。28 3串行通信接口串行通信接口 在微機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是以并行方式存儲(chǔ)、處理和傳送的。因此在串行輸出前須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收后須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。為此許多廠商設(shè)計(jì)了通用的串行通信收發(fā)器，用來實(shí)現(xiàn)并串串并轉(zhuǎn)換、錯(cuò)誤校驗(yàn)以及發(fā)送/接收控制等。294通用異步收發(fā)器通用異步收發(fā)器UART(Uni

15、versal Asynchronous Receiver and Transmitter) 通用同步通用同步/異步收發(fā)器異步收發(fā)器USART(Universal Synchronization Asynchronous Receiver and Transmitter) 基本組成基本組成： 接收器及控制 發(fā)送器及控制 在接收數(shù)據(jù)時(shí)，檢測(cè)時(shí)鐘脈沖的頻率可以是波特率的1倍、16倍或64倍，常用K來表示，稱為波特率因子波特率因子，也稱為波特率系數(shù)。 K=1，16或64 30 硬件UART的基本組成及工作原理：CLOCKCLOCKCONTROL11發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器接收移位寄存器接收緩沖寄存

16、器RESETWRRDCSDBPRERRRECFRERROVRNTBERXDINTXDOUT31 可編程串行通信接口可編程串行通信接口 8251A（USART)：。發(fā)送發(fā)送緩沖器緩沖器接收接收緩沖器緩沖器發(fā)送發(fā)送控制控制接收接收控制控制數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線緩沖器緩沖器讀讀/寫寫控制電路控制電路調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)TXRDYTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDET/DRKDETDSRDTRCTSRTS。RESETCLKC/DRDWRCS。TXDRXDD70發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器328251A讀讀/寫功能表寫功能表CSC/ DRDWR功能功能0001CPU從從8251A讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)0101CPU從

17、從8251A讀狀態(tài)讀狀態(tài)0010CPU向向8251A寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)0110CPU向向8251A寫命令寫命令1無操作無操作338251A的編程：1. 方式選擇命令字方式選擇命令字D7D6D5D4D3D2D1D0校驗(yàn)位校驗(yàn)位0 = 無校驗(yàn)無校驗(yàn) 0 1 = 奇校驗(yàn)奇校驗(yàn) 1 1 = 偶校驗(yàn)偶校驗(yàn) 字符長(zhǎng)度字符長(zhǎng)度 0 0 = 5位位 0 1 = 6位位 1 0 = 7位位 1 1 = 8位位波特率因子波特率因子 0 0 = 同步方式同步方式 0 1 = 異步異步1 1 0 = 異步異步16 1 1 = 異步異步64異異步步0 0 = 無效無效0 1 = 1位停止位位停止位1 0 = 1. 5位停止位

18、位停止位1 1 = 2位停止位位停止位同同步步1 1 = 單同步字符，外同步單同步字符，外同步1 0 = 單同步字符，內(nèi)同步單同步字符，內(nèi)同步0 1 = 雙同步字符，外同步雙同步字符，外同步0 0 = 雙同步字符，內(nèi)同步雙同步字符，內(nèi)同步348251A的編程：2. 操作命令字操作命令字（使8251A處于規(guī)定的工作狀態(tài)）D7D6D5D4D3D2D1D0EHI RRTSERSBRKRXEDTRTXEN1= 內(nèi)部復(fù)位內(nèi)部復(fù)位1= 錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位發(fā)送中止字符發(fā)送中止字符 1= 迫使迫使TXD為為“低低” 0= 正常操作正常操作1= 發(fā)送允許發(fā)送允許1= 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好1= 接收

19、允許接收允許1= 請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送1= 搜索同步字符搜索同步字符358251A的編程：3. 狀態(tài)字狀態(tài)字DSR SYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY溢出錯(cuò)溢出錯(cuò)發(fā)送器空發(fā)送器空接收準(zhǔn)備好接收準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)備設(shè)備準(zhǔn)備準(zhǔn)備好好同步同步檢測(cè)檢測(cè)奇偶錯(cuò)奇偶錯(cuò)發(fā)送準(zhǔn)備好發(fā)送準(zhǔn)備好格式錯(cuò)格式錯(cuò)D7D6D5D4D3D2D1D0368251A初始化編程步驟：初始化編程步驟：異步？異步？系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位寫入方式選擇命令字寫入方式選擇命令字寫入第一個(gè)同步字符寫入第一個(gè)同步字符寫入第二個(gè)同步字符寫入第二個(gè)同步字符單同步？單同步？Y寫入操作命令字寫入操作命令字復(fù)位？復(fù)位？完成？完成？傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)Y

20、NYYNNN37 例 利用8251A串行接口芯片通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線RS-232實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)8086微機(jī)之間的串行通信，電路如圖所示。D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS譯譯碼碼器器D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS譯譯碼碼器器8251ACPUCPU8251ATXDRXDTXDRXDRS-232RS-23222337738 設(shè)該例中采用查詢方式查詢方式，異步傳送異步傳送，雙方實(shí)現(xiàn)半雙工通信半雙工通信。 一方為發(fā)送器，另一方為接收器。 發(fā)送端發(fā)送端的CPU查詢狀態(tài)字的TxRDY位，若為高電平，則向 8251A并行輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，通過8251A的發(fā)送移位寄存器將其轉(zhuǎn)換成所要求的串行格式數(shù)據(jù)從TxD端發(fā)送； 39 接收端接收