第4章 輸入輸出接口技術

1、第第4 4章章 I/OI/O接口技術接口技術 4.1 概述概述 4.2 串行接口串行接口 4.3 并行接口并行接口4.1 4.1 概述概述接口電路接口電路是介于是介于主機和外設主機和外設之間、起之間、起緩沖緩沖、轉轉換換和和匹配匹配作用的電路。它負責作用的電路。它負責協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)CPUCPU與外設與外設之間的之間的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送。接口在接口在CPUCPU與外與外設之間設之間PS2鼠標鼠標PS2鍵盤鍵盤千兆網(wǎng)千兆網(wǎng)10/100M網(wǎng)卡網(wǎng)卡USB并行口并行口MIDI/游戲接口游戲接口顯示器接口顯示器接口13941394a音箱音箱/線入接線入接口口/麥克風麥克風串行口串行口4.1 4.1 概述概述接口是

2、指計算機中兩個不同部件之間的電路和軟件。接口是指計算機中兩個不同部件之間的電路和軟件。一、接口結構和功能接口通常包括數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口。接口通常包括數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口。4.1 4.1 概述概述（2 2）狀態(tài)端口狀態(tài)端口：外設當前的狀態(tài)信息，便于：外設當前的狀態(tài)信息，便于CPUCPU測試。測試。（1 1）數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口：傳送數(shù)據(jù)信息，：傳送數(shù)據(jù)信息，起起緩沖器緩沖器的作用。的作用。按按一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為：可分為：串行傳送串行傳送：逐位分別傳送。：逐位分別傳送。并行傳送并行傳送：多位同時傳送。：多位同時傳送。CPUCPU只能讀取狀態(tài)信息，不能改寫。只能

3、讀取狀態(tài)信息，不能改寫。（3 3）控制端口控制端口：暫存暫存CPUCPU發(fā)出的發(fā)出的控制命令控制命令。控制信息只能由控制信息只能由CPUCPU發(fā)出，不能由外設發(fā)出。發(fā)出，不能由外設發(fā)出。4.1 4.1 概述概述v為什么要接口電路為什么要接口電路? 外部設備種類繁多，從工作原理來講，可分為機外部設備種類繁多，從工作原理來講，可分為機械式、電動式、電子式和其它形式等幾類。它們對所械式、電動式、電子式和其它形式等幾類。它們對所傳輸?shù)男畔⒌囊笠哺鞑幌嗤?，這就給計算機和外設傳輸?shù)男畔⒌囊笠哺鞑幌嗤?，這就給計算機和外設之間的信息交換帶來以下一些問題：之間的信息交換帶來以下一些問題：(1)(1)速度不匹

4、配速度不匹配：CPU的速度很高，而外設的速度要低的速度很高，而外設的速度要低得多，而且不同的外設速度差異甚大，它們之中既有得多，而且不同的外設速度差異甚大，它們之中既有每秒鐘能傳送兆位數(shù)量級的硬磁盤，也有每秒鐘只能每秒鐘能傳送兆位數(shù)量級的硬磁盤，也有每秒鐘只能打印百位字符的串行打印機或速度更慢的鍵盤。打印百位字符的串行打印機或速度更慢的鍵盤。4.1 4.1 概述概述v為什么要接口電路為什么要接口電路?(2)(2)信號電平不匹配信號電平不匹配：CPU所使用的信號都是所使用的信號都是TTL電平電平，而外設大多是復雜的機電設備，往往不能用，而外設大多是復雜的機電設備，往往不能用TTL電電平所驅動，必

5、須有自己的電源系統(tǒng)和信號電平。平所驅動，必須有自己的電源系統(tǒng)和信號電平。(3)(3)信號格式不匹配信號格式不匹配：CPU系統(tǒng)總線上傳送的通常是系統(tǒng)總線上傳送的通常是8位、位、16位或位或32位的并行數(shù)據(jù)，而各種外設使用的信息位的并行數(shù)據(jù)，而各種外設使用的信息格式各不相同。有些設備上用的是格式各不相同。有些設備上用的是模擬量模擬量，而有些是，而有些是數(shù)字量數(shù)字量或或開關量開關量；有些設備上的信息是；有些設備上的信息是電流量電流量，而有，而有些卻是些卻是電壓量電壓量，有些設備采用，有些設備采用串行方式串行方式傳送數(shù)據(jù)，而傳送數(shù)據(jù)，而有些則用并行方式。有些則用并行方式。(4)(4)時序不匹配時序不匹

6、配：各種外設都有自己的定時和控制邏輯各種外設都有自己的定時和控制邏輯，與計算機的，與計算機的CPU時序不一致。時序不一致。(1)數(shù)據(jù)格式轉換數(shù)據(jù)格式轉換功能功能(串串/并轉換并轉換)(2)聯(lián)絡聯(lián)絡功能功能(協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息)(3)速度匹配速度匹配功能（緩沖、定時和控制）功能（緩沖、定時和控制）(4)電平轉換電平轉換功能（功能（TTL、RS232）(5)負載匹配負載匹配功能（驅動和功率放大）功能（驅動和功率放大）接口功能接口功能4.1 4.1 概述概述v概念概念I/OI/O端口端口: :是接口電路中是接口電路中CPUCPU能訪問的能訪問的寄存器。寄存器。I/OI/O端

7、口地址端口地址: :為了區(qū)分不同的外設接口，微機系統(tǒng)為外設為了區(qū)分不同的外設接口，微機系統(tǒng)為外設的每個寄存器進行了編號（即分配地址），又稱端口號。的每個寄存器進行了編號（即分配地址），又稱端口號。I/OI/O操作操作:CPU:CPU對對I/OI/O接口電路接口電路( (與設備相關與設備相關) )的操作。的操作。不是訪不是訪問問I/OI/O設備設備。v端口編址方式端口編址方式兩種方式兩種方式統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址：將存儲單元與：將存儲單元與I/OI/O端口端口統(tǒng)一統(tǒng)一編址。編址。獨立編址獨立編址：將存儲單元與：將存儲單元與I/OI/O端口端口各自獨立各自獨立編址。編址。二、端口的編址4.1 4.1 概

8、述概述獨立編址v優(yōu)點：優(yōu)點：I/O端口的地址空間獨立端口的地址空間獨立控制和地址譯碼電路相對簡單控制和地址譯碼電路相對簡單專門專門I/O指令使程序清晰易讀指令使程序清晰易讀v缺點：缺點：I/O指令沒有存儲器指令豐富指令沒有存儲器指令豐富內(nèi)內(nèi)存存空空間間I/O空間空間FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口獨立編址端口獨立編址4.1 4.1 概述概述統(tǒng)一編址v優(yōu)點：優(yōu)點：不需要專門的不需要專門的I/O指令指令I/O數(shù)據(jù)存取與存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存取與存儲器數(shù)據(jù)存取一樣靈活存取一樣靈活v缺點：缺點：I/O端口要占去部分存儲器端口要占去部分存儲器地址空間地址空間程序不易閱讀（不易分清訪程序不易閱

9、讀（不易分清訪問內(nèi)存和訪問外設）問內(nèi)存和訪問外設）內(nèi)存內(nèi)存部分部分I/O部分部分存儲器空間存儲器空間00000FFFFF4.1 4.1 概述概述三、CPU與外設的數(shù)據(jù)傳送方式 程序控制方式無條件傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式DMA（直接存儲器存?。┓绞?.1 4.1 概述概述程序控制方式：CPU與外設的輸入/輸出數(shù)據(jù)傳送完全由程序控制。無條件傳送方式又稱又稱同步傳送同步傳送方式。方式。傳送過程：傳送過程：v外設已準備好，不查詢外設的狀態(tài)外設已準備好，不查詢外設的狀態(tài)v輸入時，外設的數(shù)據(jù)已送到三態(tài)緩沖器。輸入時，外設的數(shù)據(jù)已送到三態(tài)緩沖器。v輸出時，輸出時，CPU的輸出信息已送到輸出鎖存器的輸

10、出信息已送到輸出鎖存器的輸入端。的輸入端。用途：用途：用于用于簡單外設簡單外設，外部動作時間固定且已知，外部動作時間固定且已知v開關開關vLED顯示器顯示器4.1 4.1 概述概述選中地址選中地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫信號寫信號讀信讀信號號輸出端口輸出端口無條件傳送無條件傳送輸入端口輸入端口無條件傳送方式4.1 4.1 概述概述查詢式數(shù)據(jù)傳送過程查詢式數(shù)據(jù)傳送過程3個環(huán)節(jié)個環(huán)節(jié)：查詢狀態(tài)環(huán)節(jié)查詢狀態(tài)環(huán)節(jié)vCPU尋址狀態(tài)口，讀取狀態(tài)字尋址狀態(tài)口，讀取狀態(tài)字檢測是否滿足檢測是否滿足“就緒就緒” 條件條件v如果不滿足，回到第一步讀取狀態(tài)字如果不滿足，回到第一步讀取狀態(tài)字數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)v外設已處于外設已

11、處于“就緒就緒”狀態(tài)，尋址數(shù)據(jù)口狀態(tài)，尋址數(shù)據(jù)口v是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)v是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)特點：工作可靠，適用面寬，但特點：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低傳送效率低輸入狀態(tài)輸入狀態(tài)就就緒緒？數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換YN流程流程查詢傳送方式：查詢傳送方式：又稱又稱異步傳送異步傳送方式。方式。4.1 4.1 概述概述1 1）查詢輸入查詢輸入： CPUCPU查詢外設狀態(tài)是否查詢外設狀態(tài)是否準備好準備好（就（就緒）緒）, ,準備好準備好, ,執(zhí)行輸入執(zhí)行輸入; ;否則等待否則等待。查詢傳送方式查

12、詢傳送方式4.1 4.1 概述概述2 2）查詢輸出查詢輸出：CPUCPU查詢外設狀態(tài)是否查詢外設狀態(tài)是否忙忙, ,不忙不忙, ,執(zhí)行輸出執(zhí)行輸出; ;否則等待否則等待。查詢傳送方式查詢傳送方式4.1 4.1 概述概述4.1 4.1 概述概述當系統(tǒng)中有多個外設時當系統(tǒng)中有多個外設時查詢方式如何工作？查詢方式如何工作？查詢傳送方式查詢傳送方式4.1 4.1 概述概述輪詢方式輪詢方式v優(yōu)點：優(yōu)點：接口電路和程序設計都較為簡單，容易實接口電路和程序設計都較為簡單，容易實現(xiàn)?，F(xiàn)。v缺點：缺點：CPU外設不能并行工作，外設不能并行工作，CPU的效率低，的效率低，外設得不到及時響應。外設得不到及時響應。v適

13、用場合：適用場合：這種傳送方式適用于一般這種傳送方式適用于一般工作速度較工作速度較慢慢的外設，特別是的外設，特別是外設數(shù)量不多外設數(shù)量不多，實時性要求不實時性要求不高高的場合。的場合。查詢傳送方式查詢傳送方式4.1 4.1 概述概述v原理原理 在每次外設在每次外設準準備好或空閑備好或空閑時，主時，主動向動向CPUCPU發(fā)出發(fā)出中斷中斷請求請求，以示要傳送，以示要傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPUCPU響應響應該該請求后，執(zhí)行請求后，執(zhí)行中斷中斷服務程序服務程序，實現(xiàn)與，實現(xiàn)與外設的外設的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送。斷斷點點主程序主程序中斷服務程中斷服務程序序中斷請求中斷請求對外設對外設進行處理進行處理繼續(xù)執(zhí)行繼續(xù)執(zhí)

14、行返回斷點返回斷點4.1 4.1 概述概述v中斷過程中斷過程大致分為：大致分為：中斷請求中斷請求：由需要提供中斷服務的設備提出；：由需要提供中斷服務的設備提出；中斷響應中斷響應：CPUCPU給設備發(fā)出一個中斷應答信號；給設備發(fā)出一個中斷應答信號；現(xiàn)場保護現(xiàn)場保護：保護執(zhí)行中斷服務程序前的各種信息；：保護執(zhí)行中斷服務程序前的各種信息；執(zhí)行中斷服務程序執(zhí)行中斷服務程序：完成特定的操作；：完成特定的操作；恢復現(xiàn)場恢復現(xiàn)場：恢復執(zhí)行中斷服務程序前的各種信息；恢復執(zhí)行中斷服務程序前的各種信息；中斷返回中斷返回：返回到主程序：返回到主程序4.1 4.1 概述概述4.1 4.1 概述概述4.1 4.1 概述

15、概述4.1 4.1 概述概述v優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)的系統(tǒng)的工作效率高工作效率高，CPU、I/O設備可以并行設備可以并行工作，外設可以主動向工作，外設可以主動向CPU請求，能夠得到請求，能夠得到CPU的的及時響應。及時響應。v缺點：接口電路比較復雜；缺點：接口電路比較復雜； 每次傳送數(shù)據(jù)，每次傳送數(shù)據(jù)，CPU都要做許多都要做許多額外的工額外的工 作作，傳送速度仍然不是很快。，傳送速度仍然不是很快。v適用場合：適用場合：這種方式適用于一般這種方式適用于一般工作速度不是很快工作速度不是很快的外設，特別是的外設，特別是實時控制、檢測實時控制、檢測場合。場合。4.1 4.1 概述概述v希望克服程序控制傳送和

16、中斷傳送的不足希望克服程序控制傳送和中斷傳送的不足CPU外外設設存存儲儲器器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用專用接口直接數(shù)據(jù)傳送用專用接口直接數(shù)據(jù)傳送4.1 4.1 概述概述4.1 4.1 概述概述DMAC的功能有哪些？能接受外設的請求，并能向能接受外設的請求，并能向CPUCPU發(fā)發(fā)DMADMA請求信號；請求信號；CPUCPU接到接到DMADMA請求信號，如果允許，請求信號，如果允許，CPUCPU發(fā)發(fā)DMADMA響應響應信號，信號，DMADMA控制器接管總線，進入控制器接管總線，進入DMADMA方式；方式；能尋址存儲器，并修改地址；能尋址存儲器，并修改地址；能向外設發(fā)讀能向外設發(fā)讀/ /寫信號；寫信號；能控

17、制傳送的字節(jié)數(shù)，判斷能控制傳送的字節(jié)數(shù)，判斷DMADMA是否結束；是否結束；DMADMA結束時，能向結束時，能向CPUCPU發(fā)出結束信號，將總線控制發(fā)出結束信號，將總線控制權交還權交還CPUCPU。4.1 4.1 概述概述HLDA發(fā)存儲器地址發(fā)存儲器地址傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送結束傳送結束？DMA結束結束修改地址指針修改地址指針 DMA流程圖流程圖4.1 4.1 概述概述幾種數(shù)據(jù)傳送方式特點？v無條件傳送無條件傳送：慢速外設需與：慢速外設需與CPU保持同步。保持同步。v查詢傳送查詢傳送： 簡單實用，效率較低。簡單實用，效率較低。v中斷傳送中斷傳送：外設主動，可與：外設主動，可與CPU并行工作，但并

18、行工作，但中斷服務保護現(xiàn)場等需要額外時間開銷，還需中斷服務保護現(xiàn)場等需要額外時間開銷，還需要硬件開銷進行中斷管理。要硬件開銷進行中斷管理。vDMA傳送傳送：無需軟件介入，：無需軟件介入，DMAC控制，外設控制，外設直接和存儲器進行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速直接和存儲器進行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速數(shù)據(jù)傳送，需要硬件開銷。數(shù)據(jù)傳送，需要硬件開銷。4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 串行接口串行接口u數(shù)據(jù)在單條傳輸線上，一位接一位地按順數(shù)據(jù)在單條傳輸線上，一位接一位地按順序傳送的方式稱為序傳送的方式稱為串行通信串行通信。u串行通信方式用于串行通信方式用于遠程遠程通信。通信。u串行通信主要優(yōu)點是串行

19、通信主要優(yōu)點是節(jié)省通信線路節(jié)省通信線路，但具，但具有有數(shù)據(jù)傳輸效率低數(shù)據(jù)傳輸效率低的特點。的特點。u串行通信適合于遠距離傳送，可以從幾米串行通信適合于遠距離傳送，可以從幾米到數(shù)千公里。對于到數(shù)千公里。對于長距離、低速率長距離、低速率的通信，的通信，通常采用串行通信。通常采用串行通信。串行接口與輸入輸出設備之間以串行方式傳送串行接口與輸入輸出設備之間以串行方式傳送數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)，與CPUCPU之間以并行方式傳送數(shù)據(jù)。之間以并行方式傳送數(shù)據(jù)。 CPUCPU串行串行接口接口外部外部設備設備串行串行并行并行4.2 4.2 串行接口串行接口u功能功能1 1 實現(xiàn)串行和并行數(shù)據(jù)實現(xiàn)串行和并行數(shù)據(jù)格式格式之間

20、的之間的轉換轉換。 u功能功能2 2 實現(xiàn)實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖功能。功能。 u功能功能3 3 控制控制功能。接收功能。接收CPUCPU的命令，輸出接口的的命令，輸出接口的狀態(tài)等。狀態(tài)等。 4.2 4.2 串行接口串行接口一、串行傳輸方式一、串行傳輸方式 在串行通信中在串行通信中, ,發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時, ,一位一位往外發(fā)送一位一位往外發(fā)送, ,沒有沒有問題問題, ,問題是接收端問題是接收端, ,一根線傳送過來的信息一根線傳送過來的信息01101100110110表示什表示什么意思么意思? ?不知道不知道. .所以發(fā)、收雙方一定要有所以發(fā)、收雙方一定要有約定約定。1 1、接收方怎么

21、知道數(shù)據(jù)傳送的開始和結束？、接收方怎么知道數(shù)據(jù)傳送的開始和結束？2 2、接收方怎么判斷所接收數(shù)據(jù)的正確性。、接收方怎么判斷所接收數(shù)據(jù)的正確性。所以，串行通信中，如何使所以，串行通信中，如何使收發(fā)雙方同步收發(fā)雙方同步工作是關鍵。工作是關鍵。 為了實現(xiàn)同步，互相通信的雙方必須就數(shù)據(jù)傳輸方為了實現(xiàn)同步，互相通信的雙方必須就數(shù)據(jù)傳輸方式、同步控制方式、差錯處理、應答方式和信號格式等式、同步控制方式、差錯處理、應答方式和信號格式等問題作出共同遵守的一組規(guī)定，這種規(guī)定稱為問題作出共同遵守的一組規(guī)定，這種規(guī)定稱為通信協(xié)議通信協(xié)議。 常用的串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)某Ｓ玫拇型ㄐ胖袛?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ型椒椒ㄓ?

22、2種種，即，即異步方式異步方式和和同步方式同步方式，相應的有異步通信協(xié)議和同步通，相應的有異步通信協(xié)議和同步通信協(xié)議。信協(xié)議。4.2 4.2 串行接口串行接口1 1、異步通信：非同步通信或不同步通信、異步通信：非同步通信或不同步通信異步方式通信是以異步方式通信是以字符字符為單位進行傳輸?shù)?，字符為單位進行傳輸?shù)?，字符之間沒有固定的時間間隔要求。之間沒有固定的時間間隔要求。收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設置起始位和停止位設置起始位和停止位。在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個起始位，然后發(fā)送有效字

23、符位，在字符結束時再起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結束時再發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構成一幀。發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構成一幀。串行異步通信以串行異步通信以幀幀為基本單位發(fā)送和接收信息。為基本單位發(fā)送和接收信息。一幀由一幀由起始位起始位、字符字符、奇偶校驗位奇偶校驗位、停止位停止位組成。組成。4.2 4.2 串行接口串行接口奇偶校驗的基本原理奇偶校驗的基本原理利用信息位中利用信息位中“1”1”的個數(shù)的奇偶性來達到檢驗目的的的個數(shù)的奇偶性來達到檢驗目的的編碼稱為編碼稱為奇偶校驗碼奇偶校驗碼。使整個信息位。使整個信息位“1”1”的個數(shù)為奇的個數(shù)為奇數(shù)的編碼叫數(shù)的編碼叫奇校驗碼奇校驗碼

24、；而使整個信息位；而使整個信息位“1”1”的個數(shù)為的個數(shù)為偶數(shù)的編碼叫偶數(shù)的編碼叫偶校驗碼偶校驗碼。附加的信息位稱為。附加的信息位稱為奇偶校驗奇偶校驗位位，簡稱，簡稱校驗位校驗位。需要傳送的數(shù)據(jù)位本身稱為有效信。需要傳送的數(shù)據(jù)位本身稱為有效信息位。息位。在所傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)中附加在所傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)中附加冗余位冗余位（即（即檢驗位檢驗位），使），使整個信息位整個信息位（包括有效位和檢驗位）中（包括有效位和檢驗位）中“1”1”的個數(shù)的個數(shù)具具有奇數(shù)或偶數(shù)的特性。整個信息位經(jīng)過線路傳輸后，有奇數(shù)或偶數(shù)的特性。整個信息位經(jīng)過線路傳輸后，若原來所具有的若原來所具有的“1”1”的個數(shù)的奇偶性發(fā)生了變化，則的

25、個數(shù)的奇偶性發(fā)生了變化，則說明出現(xiàn)了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。說明出現(xiàn)了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。4.2 4.2 串行接口串行接口有效信息位是有效信息位是10111011011101，采用偶校驗，則附加的校，采用偶校驗，則附加的校驗位是驗位是1 1。最后得到的信息是。最后得到的信息是101110110111011 1有效信息位是有效信息位是10110111011011，采用奇校驗，則附加的校，采用奇校驗，則附加的校驗位是驗位是0 0。最后得到的信息是。最后得到的信息是101101110110110 0例例1 1例例2 24.2 4.2 串行接口串行接口起始位起始位校驗位

26、校驗位 停止位停止位空閑位空閑位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1起始位每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由由5 58 8個二進制位組成，低位先傳送個二進制位組成，低位先傳送校驗位校驗位用于校驗是否傳送正確；可用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位停止位表示該字符傳送結束。停止表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯位采用邏輯1 1電平，可選擇電平，可選擇1 1、1.51.5或或2 2位位空閑位

27、空閑位傳送字符之間的邏輯傳送字符之間的邏輯1 1電平，電平，表示沒有進行傳送表示沒有進行傳送4.2 4.2 串行接口串行接口比如比如ASCII 字符字符 A, 二進制是二進制是0100 0001(8位位)，它們在，它們在起始位和起始位和2位停止位之間傳送，并使用了位停止位之間傳送，并使用了1位奇偶校驗位。位奇偶校驗位。4.2 4.2 串行接口串行接口串行接口的工作過程串行接口的工作過程CPUCPU串行串行接口接口外部外部設備設備接收接收發(fā)送發(fā)送串行接口將串行接口將CPUCPU送來的并行數(shù)據(jù)轉換成串行送來的并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)，并對有效數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，并對有效數(shù)據(jù)“包裝包裝”，即加上起始即加上起始位

28、、奇偶校驗位和停止位，再發(fā)送出去。位、奇偶校驗位和停止位，再發(fā)送出去。發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)串行接口將串行輸入的數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)，同樣要串行接口將串行輸入的數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)，同樣要對有效數(shù)據(jù)進行處理對有效數(shù)據(jù)進行處理（去掉起始位、奇偶校驗位和停（去掉起始位、奇偶校驗位和停止位），然后等待止位），然后等待CPUCPU取走。取走。 4.2 4.2 串行接口串行接口波特率（Baud）數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，?shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚捎貌ㄌ芈蕘肀硎?。可用波特率來表示?單位時間內(nèi)傳送的單位時間內(nèi)傳送的二進制二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，以數(shù)據(jù)的位數(shù)，

29、以位位/秒秒（）表示，也稱為數(shù)據(jù)位率。）表示，也稱為數(shù)據(jù)位率。常用波特率：常用波特率：12001200、24002400、48004800、960096004.2 4.2 串行接口串行接口例題：例題： 異步傳輸異步傳輸7 7位位ASCIIASCII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240240字符字符/ /秒，使用秒，使用1 1位奇偶校驗位和位奇偶校驗位和1 1位停止位，則：位停止位，則：1 1）波特率應該是多少？）波特率應該是多少？2 2）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？3 3）傳輸效率是多少？）傳輸效率是多少？4.2 4.2 串行接口串行接口異步通信的特

30、點由于存在由于存在附加信息位附加信息位（屬于額外開銷），使通信（屬于額外開銷），使通信效率降低。效率降低。4.2 4.2 串行接口串行接口適用場合：適用場合：信息量不大、傳送速度要求較低信息量不大、傳送速度要求較低。2 2、同步通信、同步通信 要求對傳送數(shù)據(jù)的每一位都必須在收、發(fā)兩端嚴要求對傳送數(shù)據(jù)的每一位都必須在收、發(fā)兩端嚴格保持同步，即所謂格保持同步，即所謂“位同步位同步”。因此，收、發(fā)兩。因此，收、發(fā)兩端需用端需用同一個時鐘源同一個時鐘源作為時鐘信號。作為時鐘信號。沒有起始位和停止位，沒有起始位和停止位，發(fā)送收、發(fā)雙方約定的發(fā)送收、發(fā)雙方約定的同同步字符步字符。(4)(4)傳輸效率高，波

31、特率達幾十萬傳輸效率高，波特率達幾十萬bpsbps，適合于，適合于快快速、大量數(shù)據(jù)的傳送速、大量數(shù)據(jù)的傳送。 4.2 4.2 串行接口串行接口(3)(3)需需傳送同步信號傳送同步信號，設備較復雜。，設備較復雜。 2 2、同步通信、同步通信外同步法外同步法：用一條：用一條專用線專用線來傳遞同步字符。來傳遞同步字符。外同步法外同步法內(nèi)同步法內(nèi)同步法同步方法同步方法內(nèi)同步法內(nèi)同步法：發(fā)送方：發(fā)送方先發(fā)送先發(fā)送1-21-2個同步字符個同步字符，再，再傳送數(shù)據(jù)塊；接收方檢測到同步字符后接收數(shù)傳送數(shù)據(jù)塊；接收方檢測到同步字符后接收數(shù)據(jù)。故又分為據(jù)。故又分為單同步單同步和和雙同步雙同步。4.2 4.2 串行

32、接口串行接口二、串行傳送方向二、串行傳送方向1.1. 單工單工（simplexsimplex） 單向傳送、一根線單向傳送、一根線2. 半雙工半雙工（half-duplexhalf-duplex）交替雙向傳送、一根線交替雙向傳送、一根線3. 全雙工全雙工（full-duplexfull-duplex）同時雙向傳送、兩根線同時雙向傳送、兩根線TRTRRTTTRR4.2 4.2 串行接口串行接口3 3、RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準EIAEIA Electronic Industry AssociationElectronic Industry Association，美國電子

33、工業(yè)協(xié)會美國電子工業(yè)協(xié)會RS RS Recommended standardRecommended standard，推薦標準，推薦標準232232 標識號標識號C C RS232RS232的最新一次修改的最新一次修改EIA-RS-232CEIA-RS-232C全稱全稱4.2 4.2 串行接口串行接口RS-232C串行通信標準定義說明：串行通信標準定義說明： 當初制定此標準的目的是為了使不同廠家生當初制定此標準的目的是為了使不同廠家生產(chǎn)的設備產(chǎn)的設備能達到接插的能達到接插的“兼容性兼容性”。也就是說不也就是說不同廠家所生產(chǎn)的設備，只要它們都有具有同廠家所生產(chǎn)的設備，只要它們都有具有RS-RS-

34、232C232C標準接口，則不需要任何轉換電路，就可以標準接口，則不需要任何轉換電路，就可以互相插接起來。這個標準僅保證硬件兼容而沒有互相插接起來。這個標準僅保證硬件兼容而沒有軟件兼容。此外，用它進行數(shù)據(jù)傳輸時，由于線軟件兼容。此外，用它進行數(shù)據(jù)傳輸時，由于線路的損耗和噪聲干擾，路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離傳輸距離一般一般不超過不超過15m15m。通常兩計算機的近距離通信可以通過通常兩計算機的近距離通信可以通過RS-232CRS-232C標標準接口連接起來。準接口連接起來。RS-232CRS-232C標準包括標準包括機械特性機械特性和和電氣特性電氣特性。4.2 4.2 串行接口串行接口（1）

35、電氣特性RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準RS-232RS-232電平或電平或EIAEIA電平電平邏輯邏輯1 1（MARKMARK）= -3V= -3V-15V-15V邏輯邏輯0 0（SPACESPACE）= +3= +315V 15V 在在TxDTxD和和RxDRxD上上信號有效（接通，信號有效（接通，ONON狀態(tài)，正電壓）狀態(tài)，正電壓）= +3V= +3V+15V+15V信號無效（斷開，信號無效（斷開，OFFOFF狀態(tài)，負電壓）狀態(tài)，負電壓）= -3V= -3V-15V-15V在在RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等聯(lián)絡控制線上等聯(lián)絡控

36、制線上4.2 4.2 串行接口串行接口（1） 電氣特性TTL-EIATTL-EIA電平轉換電平轉換為了能夠同計為了能夠同計算機接口或終算機接口或終端的端的TTLTTL器件器件連接，必須在連接，必須在EIA-RS-EIA-RS-232C232C與與TTLTTL電路之間進行電路之間進行電平和邏輯關電平和邏輯關系的變換。系的變換。 集成轉換器件集成轉換器件TTLEIATTLEIA MC1488 MC1488、SN75150SN75150EIATTLEIATTL MC1489 MC1489、SN75154SN75154TTLEIA MAX232 TTLEIA MAX232 v232C232C接口采用接

37、口采用EIAEIA電平電平高電平為高電平為3V3V15V15V低電平為低電平為3V3V15V15Vn標準標準TTLTTL電平電平n高電平：高電平：2.4V2.4V5V5Vn低電平：低電平：0V0V0.4V0.4V相互轉換相互轉換4.2 4.2 串行接口串行接口（2） 機械特性DB-25DB-2513131 1252514141 11313141425 異步通信的異步通信的9 9個電壓信號（含信號地個電壓信號（含信號地SGSG）：）： 2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，2020，2222 20mA 20mA電流環(huán)信號電流環(huán)信號 9 9個：個： 1212，1313，1414，

38、1515，1616，1717，19,2319,23，2424 空引腳空引腳6 6個：個： 9 9，1010，1111，1818，2121，2525 保護地（保護地（PEPE）1 1個，作為設備接地端：個，作為設備接地端： 1 14.2 4.2 串行接口串行接口DB-9DB-9 DB-9型連接器與型連接器與DB-25型引腳信號定義型引腳信號定義DCDRxDTxD DTR SG DSR RTS CTS RIDB-9123456789DB-2583220764522ATAT機以后使用機以后使用DB-9DB-9連接器，作為提供連接器，作為提供多功能多功能I/OI/O卡或主板上卡或主板上COM1COM1

39、和和COM2COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的通信的9 9個信號。個信號。DB-9DB-9型連接器的引腳分配與型連接器的引腳分配與DB-25DB-25型型引腳信號完全不同。引腳信號完全不同。4.2 4.2 串行接口串行接口引腳功能引腳功能常用的只有常用的只有9 9根根DTEDTE：數(shù)據(jù)終端設備：數(shù)據(jù)終端設備DCEDCE：數(shù)據(jù)通信設備：數(shù)據(jù)通信設備4.2 4.2 串行接口串行接口nTxD：發(fā)送數(shù)據(jù)n串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端nRxD：接收數(shù)據(jù)n串行數(shù)據(jù)的接收端4.2 4.2 串行接口串行接口nRTS：請求發(fā)送請求發(fā)送n當數(shù)據(jù)終端設備準備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有

40、當數(shù)據(jù)終端設備準備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有效的效的RTSRTS信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設備準備接信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設備準備接收數(shù)據(jù)收數(shù)據(jù)nCTS：清除發(fā)送（允許發(fā)送）（請求響應）：清除發(fā)送（允許發(fā)送）（請求響應）n當數(shù)據(jù)通信設備已準備好接收數(shù)據(jù)終端設備的當數(shù)據(jù)通信設備已準備好接收數(shù)據(jù)終端設備的傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)出傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)出CTSCTS有效信號來響應有效信號來響應RTSRTS信號信號RTS和和CTS是數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)通信設備是數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)通信設備間一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡信號（握手信間一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡信號（握手信號）。號）。4.2 4.2 串行接口串行接口nDTR：數(shù)據(jù)終端準備好數(shù)

41、據(jù)終端準備好n通常當數(shù)據(jù)終端設備一加電，該信號就有效，通常當數(shù)據(jù)終端設備一加電，該信號就有效，表明數(shù)據(jù)終端設備準備就緒表明數(shù)據(jù)終端設備準備就緒nDSR：數(shù)據(jù)裝置準備好數(shù)據(jù)裝置準備好n通常表示數(shù)據(jù)通信設備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通常表示數(shù)據(jù)通信設備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方式式DTR和和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)也可用做數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)通信設備間的聯(lián)絡信號，表示設備的狀通信設備間的聯(lián)絡信號，表示設備的狀態(tài)。態(tài)。4.2 4.2 串行接口串行接口nSG：信號地信號地n為所有的信號提供一個公共的參考電平為所有的信號提供一個公共的參考

42、電平nDCD：載波載波檢測（檢測（DCD）n當本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對方的載當本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對方的載波信號時，該引腳向數(shù)據(jù)終端設備提供波信號時，該引腳向數(shù)據(jù)終端設備提供有效信號有效信號nRI：振鈴振鈴指示指示n當調(diào)制解調(diào)器接收到對方的撥號信號期當調(diào)制解調(diào)器接收到對方的撥號信號期間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效保持有效4.2 4.2 串行接口串行接口 零Modem 的最簡連線（3線制）微機利用微機利用232C接口接口直接連接直接連接進行短距離通信。進行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為

43、零調(diào)制解調(diào)器（解調(diào)器（Null Modem）連接。）連接。4.2 4.2 串行接口串行接口RS-232RS-232接口不足之處接口不足之處4.2 4.2 串行接口串行接口（1 1） 接口的接口的信號電平值較高信號電平值較高，易損壞接口電路，易損壞接口電路的芯片，又因為與的芯片，又因為與TTLTTL電平不兼容故需使用電平電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與轉換電路方能與TTLTTL電路連接。電路連接。 （2 2） 傳輸速率較低傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率最，在異步傳輸時，波特率最高為高為20Kbps20Kbps。 （3 3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易