第8章.串行接口芯片

1、第第8 8章章 串行輸入串行輸入/ /輸出接口輸出接口n概述概述n串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)n可編程串行通信接口芯片可編程串行通信接口芯片8251A8251A 8.1 概述概述 一、幾個(gè)相關(guān)概念和術(shù)語一、幾個(gè)相關(guān)概念和術(shù)語 1 1、串行數(shù)據(jù)、串行數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)與外部信息交換方式有兩種，計(jì)算機(jī)與外部信息交換方式有兩種，一種是并行通信，另一種是串行通信。一種是并行通信，另一種是串行通信。并行通信時(shí)，數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送。而串并行通信時(shí)，數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送。而串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一行通信時(shí)，數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會(huì)位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會(huì)慢一些

2、，但傳送距離比并行通信長，硬慢一些，但傳送距離比并行通信長，硬件電路也相應(yīng)簡(jiǎn)單些。件電路也相應(yīng)簡(jiǎn)單些。 并行通信和串行通信并行通信和串行通信主要區(qū)別: 數(shù)據(jù)傳輸方式，連線數(shù)量并行通信并行通信DnD0計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)或或外外設(shè)設(shè)數(shù)據(jù)線信號(hào)地控制/聯(lián)絡(luò)線數(shù)據(jù)線信號(hào)地控制/聯(lián)絡(luò)線計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)或或外外設(shè)設(shè)串行通信串行通信2、串行通信方式、串行通信方式n 異步通訊異步通訊 異步通信是指以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，用起異步通信是指以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，用起始位和停止位標(biāo)識(shí)每個(gè)字符的開始和結(jié)束字始位和停止位標(biāo)識(shí)每個(gè)字符的開始和結(jié)束字符，兩次傳送時(shí)間隔不固定。符，兩次傳送時(shí)間隔不固定。n 同步通

3、信同步通信 異步通訊為了可靠地傳送數(shù)據(jù)，在每次傳送異步通訊為了可靠地傳送數(shù)據(jù)，在每次傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，附加了一些標(biāo)志位。在大量數(shù)數(shù)據(jù)的同時(shí)，附加了一些標(biāo)志位。在大量數(shù)據(jù)傳送時(shí)，為了提高速度，就去掉這些標(biāo)志據(jù)傳送時(shí)，為了提高速度，就去掉這些標(biāo)志，這就是同步通訊。采用同步傳送，在數(shù)據(jù)，這就是同步通訊。采用同步傳送，在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來指示，并在發(fā)送端塊開始處要用同步字符來指示，并在發(fā)送端和接收端之間要用時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步。和接收端之間要用時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步。同步方式和異步方式比較： 設(shè)備復(fù)雜度、效率、是否需要同步時(shí)鐘3. 波特率波特率 并行通信中，傳輸速率是以每秒多少字節(jié)來表示的，串并行通信中，傳輸

4、速率是以每秒多少字節(jié)來表示的，串行通信中，是用每秒鐘傳送的位數(shù)（行通信中，是用每秒鐘傳送的位數(shù)（bit /s)即波特率來即波特率來表示。表示。 1波特波特=1 bit/s （bps） 4、發(fā)送時(shí)鐘與接受時(shí)鐘、發(fā)送時(shí)鐘與接受時(shí)鐘 發(fā)送端與接受端要用時(shí)鐘來決定每一位對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度。5、波特因子、波特因子 發(fā)送時(shí)鐘與接受時(shí)鐘可以是標(biāo)準(zhǔn)波特率的16倍，32倍或64倍，這個(gè)倍數(shù)就稱為波特因子。6、串行數(shù)據(jù)傳送方向（按信道分類）、串行數(shù)據(jù)傳送方向（按信道分類） 串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在二個(gè)站（點(diǎn)對(duì)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: 單工、半雙工、全雙工單工、半雙工、全雙工（1 1）、單

5、工）、單工 使用一根傳輸線，只能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，這使用一根傳輸線，只能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式就是單工，如圖所示。樣的傳送方式就是單工，如圖所示。接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器A站站B站站 單工方式示意圖單工方式示意圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：每端需有一個(gè)收每端需有一個(gè)收/ /發(fā)切換電子開關(guān)發(fā)切換電子開關(guān) 因有切換，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲因有切換，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)送器應(yīng)用：打印機(jī)串口，單向傳送設(shè)備，發(fā)送器接收器接收器 （2 2）、半雙工（）、半雙工（Half DuplexHalf Duplex） 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)，使用同一根傳輸線，既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接

6、收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，如圖所示。但不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，如圖所示。發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器A站站B站站半雙工方式示意圖半雙工方式示意圖 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(cè)控制（3 3）、全雙工）、全雙工(Full Duplex(Full Duplex） 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。進(jìn)行發(fā)送和接收操作，選擇的傳送方式

7、稱為全雙工制。發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器A站站B站站7、信息的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)、信息的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)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)在基本通信規(guī)程中：在基本通信規(guī)程中：采用奇偶校驗(yàn)或方陣碼檢錯(cuò)，以反饋重發(fā)方式糾錯(cuò)。 在高級(jí)通信控制規(guī)程中：在高級(jí)通信控制規(guī)程中：采用循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯(cuò)，以自動(dòng)糾錯(cuò)方法來糾錯(cuò)。二、二、 串行通信的實(shí)現(xiàn)串行通信的實(shí)現(xiàn) 1 1、串行通信的接線、串行通信的接線 串行通信是逐位傳送數(shù)串行通信是逐位傳送數(shù)據(jù)，所以一個(gè)多位數(shù)據(jù)需要據(jù)，所以一個(gè)多位數(shù)據(jù)需要多次傳送。比如一個(gè)多次傳送。比如一個(gè)8 8位的位的字節(jié)型數(shù)據(jù)至少需要字節(jié)型數(shù)

8、據(jù)至少需要8 8次傳次傳送。它有如下特點(diǎn)：送。它有如下特點(diǎn)：n速度較慢；速度較慢；n引線少；引線少；n距離長。距離長。計(jì)算機(jī)外設(shè)TXDRXDTXDRXD串行通信的接線特點(diǎn)串行通信的接線特點(diǎn)：n在一根傳輸線上既傳數(shù)據(jù)信息，又傳聯(lián)絡(luò)控信息。在一根傳輸線上既傳數(shù)據(jù)信息，又傳聯(lián)絡(luò)控信息。n串行通信中對(duì)信息的邏輯定義可能與串行通信中對(duì)信息的邏輯定義可能與TTL不兼容，不兼容，因此需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換（用因此需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換（用MC1488和和MC1489完成）完成）2 2、串行通信接口、串行通信接口 在硬件上，串行通信接口電路的核心部在硬件上，串行通信接口電路的核心部件是移位寄存器，其中在發(fā)端要有一

9、個(gè)并件是移位寄存器，其中在發(fā)端要有一個(gè)并入串出移位寄存器，在收端要有一個(gè)串入入串出移位寄存器，在收端要有一個(gè)串入并出移位寄存器。并出移位寄存器。 3 3、串行通信的同步、串行通信的同步 為了可靠的串行通信，同步信號(hào)起到至關(guān)為了可靠的串行通信，同步信號(hào)起到至關(guān)重要的作用。在理想情況下，同步信號(hào)應(yīng)重要的作用。在理想情況下，同步信號(hào)應(yīng)該在數(shù)據(jù)信號(hào)線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)期間的中該在數(shù)據(jù)信號(hào)線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)期間的中心點(diǎn)有效，因?yàn)檫@時(shí)數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)是最心點(diǎn)有效，因?yàn)檫@時(shí)數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)是最穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0同步脈沖 但在典型的串行通信系統(tǒng)中，是不但在典型的串行通信系統(tǒng)中

10、，是不存在同步信號(hào)線的！如何實(shí)現(xiàn)串行通信存在同步信號(hào)線的！如何實(shí)現(xiàn)串行通信的中數(shù)據(jù)傳送的同步呢？系統(tǒng)從軟件和的中數(shù)據(jù)傳送的同步呢？系統(tǒng)從軟件和硬件兩方面采取了如下三個(gè)措施：硬件兩方面采取了如下三個(gè)措施：（1 1） 設(shè)置波特率波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳設(shè)置波特率波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的位數(shù)，單位是比特送的位數(shù)，單位是比特/ /秒。秒。（2 2）設(shè)置數(shù)據(jù)的傳送格式，一般地串行通信）設(shè)置數(shù)據(jù)的傳送格式，一般地串行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，并不是單純地傳送數(shù)據(jù)位在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，并不是單純地傳送數(shù)據(jù)位信息。為了使數(shù)據(jù)傳送可靠，還設(shè)定了其信息。為了使數(shù)據(jù)傳送可靠，還設(shè)定了其他一些輔助位。他一些輔助位。（3） 設(shè)置波特

11、率因子設(shè)置波特率因子 在異步通信方式進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端需在異步通信方式進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端需要用時(shí)鐘來決定每要用時(shí)鐘來決定每1 1位對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度，接位對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度，接收端也需要用一個(gè)時(shí)鐘來測(cè)定每收端也需要用一個(gè)時(shí)鐘來測(cè)定每1 1位的時(shí)間位的時(shí)間長度，前一個(gè)時(shí)鐘叫發(fā)送時(shí)鐘，后一個(gè)時(shí)長度，前一個(gè)時(shí)鐘叫發(fā)送時(shí)鐘，后一個(gè)時(shí)鐘叫接收時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘的頻率可以是鐘叫接收時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘的頻率可以是波特率的數(shù)倍，一般取波特率的數(shù)倍，一般取1616倍、倍、3232倍或倍或6464倍倍。這個(gè)倍數(shù)就稱為波特率因子。這個(gè)倍數(shù)就稱為波特率因子。波特率因子波特率因子n=16時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣4、異步接收

12、、異步接收/發(fā)送器（發(fā)送器（UART） 串行接口的基本結(jié)構(gòu)主要是異步接收串行接口的基本結(jié)構(gòu)主要是異步接收/ /發(fā)發(fā)送器（送器（UARTUART），它不僅包括并行數(shù)據(jù)和），它不僅包括并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，還有檢測(cè)串串行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，還有檢測(cè)串行通信在傳送過程中可能發(fā)生錯(cuò)誤的邏行通信在傳送過程中可能發(fā)生錯(cuò)誤的邏輯部件。輯部件。5、信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)（遠(yuǎn)程通信）、信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)（遠(yuǎn)程通信） 由于模擬信號(hào)的傳輸比數(shù)字信號(hào)傳輸由于模擬信號(hào)的傳輸比數(shù)字信號(hào)傳輸更為有效，因而可將數(shù)字信號(hào)（基帶信更為有效，因而可將數(shù)字信號(hào)（基帶信號(hào)）調(diào)制成適于載波傳送的高頻模擬信號(hào)）調(diào)制成適于載波傳送的高頻

13、模擬信號(hào)（已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào)）進(jìn)行傳輸；號(hào)（已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào)）進(jìn)行傳輸；用解調(diào)器把接收的模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)用解調(diào)器把接收的模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。字信號(hào)。DTEDCEDCEDTE調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)電話線電話線RS-232C接口RS-232C接口調(diào)制原理：調(diào)制原理： 頻移鍵控、幅移鍵控、相移鍵控、頻移鍵控、幅移鍵控、相移鍵控、CDMACDMA8.2 8.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)一、串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-232C接口n美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)串行接口n1962年公布，1969年修訂n1987年1月正式改名為EIA-232

14、Dn設(shè)計(jì)目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器n現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE的標(biāo)準(zhǔn)接口nDTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)nDCE數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)傳機(jī)），例如調(diào)制解調(diào)器）n可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺(tái)微機(jī)n屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層n232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個(gè)25針連接器，包括4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線n絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個(gè)信號(hào)，所以就有了9針連接器n232C接口信號(hào)面向使用調(diào)制解調(diào)器的串行異步通信，可支持兩個(gè)通信信道：n主信道：用于數(shù)據(jù)傳送n次信道：次信道為輔助串行通道，主要提供通道控制，但其傳輸速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常較

15、少使用 老式的老式的臺(tái)式臺(tái)式PCPC機(jī)一般有兩個(gè)機(jī)一般有兩個(gè)RSRS232232串行串行口口COM1COM1和和COM2COM2，通常，通常COM1COM1使用的是使用的是9 9針針D D形連接形連接器，而器，而COM2COM2使用的是老式的使用的是老式的DB25DB25針連接器。針連接器。 RS-232CRS-232C的引腳定義：的引腳定義：RI9CTS8RTS7DSR6GND5DTR4TXD3RXD2DCD1DTEDCEDCEDTE調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)電話線電話線RS-232C接口RS-232C接口RS-232C接口的使用場(chǎng)合nTxD：（Tran

16、smitted data）發(fā)送數(shù)據(jù)（DTEDCE）nRxD：（Received data）接收數(shù)據(jù)（DTEDCE）nDTR：（Data set ready) 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（DTEDCE）nDSR：(Data set ready)數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（DTEDCE）nRTS:(Request to send)請(qǐng)求發(fā)送（DTEDCE）n當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時(shí)，就發(fā)出有效的RTS信號(hào)，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)nCTS:(Clear to send-CTS）清除發(fā)送（允許發(fā)送） （DTEDCE）n當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出CTS有效信號(hào)來響應(yīng)RTS信號(hào) RTS

17、和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對(duì)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號(hào)nGND：信號(hào)地n為所有的信號(hào)提供一個(gè)公共的參考電平nCD：載波檢測(cè)（DCD） （DTEDCE）n當(dāng)本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對(duì)方的載波信號(hào)時(shí)，該引腳向數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供有效信號(hào)nRI：振鈴指示（DTEDCE）n當(dāng)MODEM收到交換臺(tái)送來的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。n保護(hù)地（機(jī)殼地）n起屏蔽保護(hù)作用的接地端，一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定，連接到設(shè)備的外殼或大地nTxC：發(fā)送器時(shí)鐘n控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)nRxC：接收器時(shí)鐘n控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)電話線電話線MODEM微機(jī)微機(jī)23

18、45678202223456782022MODEM23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)RxD請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送RTS允許發(fā)送允許發(fā)送CTS信號(hào)地信號(hào)地GND載波檢測(cè)載波檢測(cè)CD振鈴指示振鈴指示RI微機(jī)微機(jī)23456782022與調(diào)制解調(diào)器相連方式與調(diào)制解調(diào)器相連方式不使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的不使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的3 3線相連方式線相連方式微機(jī)微機(jī)TxDRxDGND微機(jī)微機(jī)為了交換信息，為了交換信息，TxD和和RxD交叉連接，程序中不必交叉連接，程序中不必使使RTS和和DTR有效，也不檢測(cè)有效，也不檢測(cè)CTS和和DSR是否

19、有是否有效效 TxDRxD“偽偽”使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的3 3線相連方式線相連方式RTS和和CTS各自互接，各自互接，DTR和和DSR各自互接，表明各自互接，表明請(qǐng)求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總是準(zhǔn)備好請(qǐng)求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總是準(zhǔn)備好微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī)TxDRxDDSRDTRRTSCTS使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的多線相連方式使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的多線相連方式通信比較可靠，所用連線較多，不如前者經(jīng)濟(jì)通信比較可靠，所用連線較多，不如前者經(jīng)濟(jì)微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTS二、其它串行總線標(biāo)準(zhǔn)二、其它串行總線標(biāo)準(zhǔn)

20、nRS-422A總線采用平衡輸出的發(fā)送器，差分輸入的接收器。輸出信號(hào)線間的電壓為2v，接收器的識(shí)別電壓為0.2v。共模范圍25v nRS-485適用于收發(fā)雙方共用一對(duì)線進(jìn)行通信，也適用于多個(gè)點(diǎn)之間共用一對(duì)線路進(jìn)行總線方式聯(lián)網(wǎng)，通信只能是半雙工nUSBnIEEE1394 1、 USBUSB的定義的定義 USBUSB是是Universal Serial BusUniversal Serial Bus的縮寫的縮寫, ,中文中文意思就是意思就是“通用串行總線通用串行總線”, , 是連接有是連接有USBUSB接口的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備到計(jì)算機(jī)的一種計(jì)算接口的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備到計(jì)算機(jī)的一種計(jì)算機(jī)外部總線結(jié)構(gòu)機(jī)外部

21、總線結(jié)構(gòu) 2、 USBUSB的開發(fā)背景的開發(fā)背景1連接連接PC與電話。與電話。2Plug-and-Play （即插即用）。（即插即用）。3端口擴(kuò)展。端口擴(kuò)展。USB提供雙向低成本易于擴(kuò)展提供雙向低成本易于擴(kuò)展的低速到中速的低速到中速(USB 2.0 可達(dá)可達(dá)480Mb/s)的通的通用外設(shè)總線，適用于連接各種各樣的外設(shè)。用外設(shè)總線，適用于連接各種各樣的外設(shè)。 3、 USB的發(fā)展的發(fā)展n0.70.7版本版本 于于19941994年年1111月月1111日發(fā)布。是日發(fā)布。是USBUSB的的最早版本。最早版本。n1.01.0版本版本 于于19951995年年1111月月1313日制定發(fā)布了日制定發(fā)布了

22、, ,規(guī)規(guī)定定USBUSB具有具有2 2種傳輸速度種傳輸速度 Low-speed Low-speed 1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s。n1.11.1版本版本 于于19981998年年9 9月月2323日制定了日制定了1.11.1規(guī)格版規(guī)格版本本, ,速度不變。速度不變。2.0 (2.0 (草案草案) )版本版本 于于19991999年年1010月月5 5日發(fā)布。日發(fā)布。n2.02.0版本版本 于于20002000年年4 4月月2727日發(fā)布。日發(fā)布。 n3.03.0版本版本 于于20082008年發(fā)布，年發(fā)布，5Gb/s

23、5Gb/s4USBUSB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 5USBUSB的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1 1USBUSB為所有的為所有的USBUSB外設(shè)提供了單一的、易于外設(shè)提供了單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。2 2USBUSB整個(gè)的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中；整個(gè)的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中；3 3USBUSB支持熱插拔支持熱插拔(hot plug)(hot plug)；4 4USBUSB支持支持PNPPNP；5 5USBUSB在設(shè)備供電方面提供了靈活性；在設(shè)備供電方面提供了靈活性；6 6USBUSB提供全速提供全速12Mbps12Mbps的速率和低速的速率和低速1.5Mbps1.5Mbps的

24、速率來適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)；的速率來適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)；USB2.0 USB2.0 還支持還支持480Mbps 480Mbps 的高速傳輸速率；的高速傳輸速率；7 7USB2.0USB2.0的的High-speedHigh-speed模式支持音頻和視頻設(shè)備，模式支持音頻和視頻設(shè)備，可以保證其固定帶寬；可以保證其固定帶寬；8 8為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求USB USB 提供提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸，了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸，BulkBulk數(shù)數(shù)據(jù)傳輸，中斷數(shù)據(jù)傳輸，同步數(shù)據(jù)傳輸。同步數(shù)據(jù)傳輸，中斷數(shù)據(jù)傳輸，同步數(shù)據(jù)傳輸。同步

25、數(shù)據(jù)傳輸可為音頻和視頻等實(shí)時(shí)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳據(jù)傳輸可為音頻和視頻等實(shí)時(shí)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸提供固定帶寬。輸提供固定帶寬。9 9USB USB 的端口具有很靈活的擴(kuò)展性。一個(gè)的端口具有很靈活的擴(kuò)展性。一個(gè)USB USB 端口端口串接上一個(gè)串接上一個(gè)USB Hub USB Hub 就可以擴(kuò)展為多個(gè)就可以擴(kuò)展為多個(gè)USBUSB端口。端口。規(guī)范中說，規(guī)范中說，USBUSB可以擴(kuò)展到可以擴(kuò)展到127127個(gè)外設(shè)端口。個(gè)外設(shè)端口。6 6、USBUSB工作原理工作原理1、NRZINRZI編碼編碼 2、分組傳送、分組傳送 USBUSB技術(shù)和技術(shù)和IPIP技術(shù)一樣，都是基于分組傳送技術(shù)一樣，都是基于分組傳送方式的

26、。對(duì)方式的。對(duì)USBUSB總線來講，當(dāng)要傳送一個(gè)文件總線來講，當(dāng)要傳送一個(gè)文件時(shí)，程序按照時(shí)，程序按照USBUSB協(xié)議，首先把數(shù)據(jù)分成若干協(xié)議，首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前面添上同步信號(hào)、包標(biāo)塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前面添上同步信號(hào)、包標(biāo)識(shí)，后面添上識(shí)，后面添上CRCCRC校驗(yàn)，就形成了校驗(yàn)，就形成了USBUSB封包。一封包。一個(gè)文件可能可能有多個(gè)封包。全速個(gè)文件可能可能有多個(gè)封包。全速USBUSB總線把總線把1 1毫秒作為一個(gè)時(shí)間幀，總線在一個(gè)幀內(nèi)依次傳毫秒作為一個(gè)時(shí)間幀，總線在一個(gè)幀內(nèi)依次傳送不同文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總送不同文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總線同時(shí)對(duì)不同的線

27、同時(shí)對(duì)不同的USBUSB外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。3、USB封包封包根據(jù)信息包所實(shí)現(xiàn)的功能可分為根據(jù)信息包所實(shí)現(xiàn)的功能可分為3 3種類型：種類型：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。令牌包定義了數(shù)據(jù)傳送的類型。令牌包定義了數(shù)據(jù)傳送的類型。7 7、USBUSB傳輸方式傳輸方式1、USBUSB的四種傳輸方式的四種傳輸方式（1）同步）同步(isochronous)方式傳輸方式傳輸 同步傳同步傳輸提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間，以固定的輸提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間，以固定的傳輸速率傳輸速率, ,連續(xù)不斷地在主機(jī)與連續(xù)不斷地在主機(jī)與USB USB 設(shè)備之設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)間傳輸數(shù)據(jù), ,

28、在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),USB,USB并并不處理這些錯(cuò)誤不處理這些錯(cuò)誤, ,而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)，它被用于時(shí)間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯(cuò)性的流數(shù)它被用于時(shí)間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯(cuò)性的流數(shù)據(jù)傳輸或者用于要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即據(jù)傳輸或者用于要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即時(shí)應(yīng)用中。時(shí)應(yīng)用中。（2）中斷傳輸方式）中斷傳輸方式(Interrupt)該方式傳送的該方式傳送的數(shù)據(jù)量很小數(shù)據(jù)量很小,但這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理但這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理,以達(dá)到以達(dá)到實(shí)時(shí)效果。此方式主要用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否實(shí)時(shí)效果。此方式主要用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。（3）控制傳輸方

29、式）控制傳輸方式(Control) 控制傳輸是雙向控制傳輸是雙向傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，用來處理主機(jī)到傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，用來處理主機(jī)到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。態(tài)查詢及確認(rèn)命令。（4）批）批(Bulk)傳輸方式主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳輸方式主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳輸和接受數(shù)據(jù)上，同時(shí)又沒有帶寬和間隔時(shí)傳輸和接受數(shù)據(jù)上，同時(shí)又沒有帶寬和間隔時(shí)間要求的情況下，要求保證傳輸正確無誤的數(shù)間要求的情況下，要求保證傳輸正確無誤的數(shù)據(jù)。據(jù)。2 2、USBUSB設(shè)備類型設(shè)備類型 8 8、USBUSB設(shè)備列舉設(shè)備列舉 在在USBUSB規(guī)范中

30、有一個(gè)非常重要的規(guī)范中有一個(gè)非常重要的“動(dòng)動(dòng)作作”或或“過程過程”。這個(gè)動(dòng)作將會(huì)讓。這個(gè)動(dòng)作將會(huì)讓PCPC機(jī)機(jī)知道何種知道何種USBUSB設(shè)備剛接上以及其所含的各設(shè)備剛接上以及其所含的各種信息。這樣，種信息。這樣，PCPC機(jī)就可以與這個(gè)機(jī)就可以與這個(gè)USBUSB設(shè)設(shè)備開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髁?。這個(gè)動(dòng)備開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髁?。這個(gè)動(dòng)作稱之為設(shè)備列舉作稱之為設(shè)備列舉(enumeration)(enumeration)。1、USB描述符描述符 在設(shè)備列舉過程中，在設(shè)備列舉過程中，USBUSB設(shè)備向主機(jī)傳設(shè)備向主機(jī)傳送了一個(gè)重要的信息，使主機(jī)知道了這送了一個(gè)重要的信息，使主機(jī)知道了這個(gè)設(shè)備是個(gè)設(shè)備是

31、“誰誰”，并啟動(dòng)了該設(shè)備的驅(qū)，并啟動(dòng)了該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。這個(gè)信息就是動(dòng)程序。這個(gè)信息就是USBUSB描述符描述符 2、設(shè)備列舉、設(shè)備列舉 設(shè)備列舉包含兩方面的功能，一是主設(shè)備列舉包含兩方面的功能，一是主機(jī)搜集機(jī)搜集USBUSB設(shè)備的信息，也就是設(shè)備的信息，也就是USBUSB描述描述符。另一個(gè)是主機(jī)根據(jù)符。另一個(gè)是主機(jī)根據(jù)USBUSB描述符對(duì)設(shè)備描述符對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，比如進(jìn)行配置，比如USBUSB設(shè)備地址設(shè)置，設(shè)備地址設(shè)置，USBUSB設(shè)備各端點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)置。設(shè)備各端點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)置。 8.3 8.3 可編程串行通信接口芯片可編程串行通信接口芯片8251A8251A 8251A 8251A

32、是一種是一種INTELINTEL公司生產(chǎn)的可編程多功能公司生產(chǎn)的可編程多功能的串行通信接口芯片，與的串行通信接口芯片，與INTELINTEL系列系列CPUCPU兼容。兼容。一、主要基本功能一、主要基本功能n(1) 可用于同步和異步傳送。n(2) 同步傳送： 58位/字符，內(nèi)部或外部同步，可自動(dòng)插入同步字符。n(3) 異步傳送： 58位/字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的1、16或64倍。n(4) 可產(chǎn)生中止字符(Break Character)； 可產(chǎn)生1、1.5或2位的停止位?？蓹z查假啟動(dòng)位，自動(dòng)檢測(cè)和處理中止字符。n(5) 波特率：DC19.2K(異步)； DC64K(同步)。n(6) 完全雙工，雙緩沖器發(fā)送器和接收器。n(7) 出錯(cuò)檢測(cè)：具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路。二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、內(nèi)部結(jié)構(gòu) I/O控制地址譯碼MODEM控制數(shù)據(jù)I/O緩沖器發(fā)送緩沖器發(fā)送緩沖器接收緩沖器接收緩沖器并串變換寄存器并串變換寄存器串并變換寄存器串并變換寄存器.通信線路通信線路C P U發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)C P U接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù).發(fā)送發(fā)送時(shí)鐘時(shí)鐘接收接收時(shí)鐘時(shí)鐘接收接收控制控制接收接收控制控制發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器 8251是用來作為CPU與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器之間的接口，所以它的接口信號(hào)可以分為兩組：一組為與CPU