微机接口技术第3章1

微机接口技术微机接口技术第三章串行通信及接口电路微机接口技术3.1串行通信基础3.1.1串行通信数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种，串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送。其特点是通信线路简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低了成本，特别适用于远距离通信；缺点是传输速度慢。串行通信用于计算机与终端之间以及计算机与计算机之间的通信，是构成计算机网络的基础。串行通信还广泛用于计算机与串行打印机、鼠标器、绘图仪、传真机、键盘、远距离数据采集等外围设备之间的信息传送。微机接口技术串行通信使设备之间的连线减少了，但也带来一些问题，如串行数据与并行数据的相互转换等问题，这使串行通信比并行通信较为复杂。虽然串-并转换可用软件实现。但其速度慢，且占用CPU大量时间，影响系统的性能。更为方便的实现方法是用硬件，目前常用的微处理机串行接口芯片有：通用的异步接收/发送器(UART)和异步通信接口适配器(ACIA)等。微机接口技术3.1.2串行通信方式根据同步方式的不同，串行通信又分为异步通信(ASYNC)与同步通信(SYNC)两种方式。(1)异步通信及其协议异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，但在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。异步通信在计算机数据传输中用得较多，它的控制电路比较简单，适用于传输数据量较小的系统。微机接口技术①起始位：当要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。该位的持续时间是波特率的倒数。②数据位：它紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码，也可采用EBCD码、电报码等。从最低位开始传送，靠时钟定位。③奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。④停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。接收设备收到停止位之后，通讯线便又恢复逻辑“1”状态，直至下一个字符数据的起始位到来。⑤空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。通信协议又称通信规程，是控制数据传送的有关规定，发送方与接收方必须共同遵守。异步通信采用电报通信中的电传打字机(TTY)规程，下图是异步串行通信的数据信息格式，其中各位的意义如下：微机接口技术异步通信要求在发送每一个字符时都要在数据位的前面加上1位起始位，在数据位后面要有1位或1．5位或2位的停止位。在数据位和停止位之间可以有1位奇偶校验位，数据位可以为5-8位长。字符之间允许有不定长度的空闲位。传送开始后，接收设备不断地检测传输线，当在测到一系列的“1”之后检测到一个“0”，就确认一个字符开始，于是以位时间(1/波特率)为间隔移位接收规定的数据位和奇偶校验位，拼装成一个字符的并行字节。这之后应接收所规定位长的停止位“1”，若没有收到即为“帧出错”。只有既无帧出错又无奇偶错才算正确地接收到一个字符。一个字符接收完毕，接收设备又继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一字符的开始。微机接口技术异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。若接收设备的时钟和发送设备的时钟略有偏差的话，字符之间的停止位和空闲位将为这种偏差提供一种缓冲。换言之，异步通信并不是不要同步，而是要在一个短时间内同步，正因为要求同步的时间短；就允许收发之间的时钟频率可略有偏差，这也不会因累积效应而导致错位。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准。波特率是衡量数据传送速率的指标。表示每秒钟传送的二进制位数。例如传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则传送的波特率为10×120＝1200位/秒＝1200bit/s。波特率和有效数据位的传送速率并不一致，上述10位中，真正有效的数据位只有7位，所以，有效数据位的传送速率只有7×120＝840位/秒。微机接口技术(2)同步串行通信及其规程同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。同步通信的数据格式如下图所示。它是以帧为单位传送的，帧内由一个字符序列组成。每个字符取相同的位数；字符之间是连续的，没有起始位和停止位，也不能有空隙。在帧前面置有1至2个同步字符，作为帧的边界和通知对方接收的标志。后面是校验字符，用于校验数据传输中出现的差错。在进行数据传输时，发送方和接收方要保持完全同步，用同一时钟来触发双方移位寄存器的移位操作。在近距离通信时可以在传输线上加一根时钟信号线；在远距离通信时可通过解调器从数据流中提取同步信号，在接收方用锁相环电路，可以得到和发送时钟完全相同的时钟信号。微机接口技术3.1.3数据传送方式在串行通信中，数据传送是在两个通讯方之间进行的，根据数据传送方向的不同有以下三种方式。(1)单工方式只允许数据按照一个固定的方向传送，即一方只能作为发送站，另一方只能作为接收站。(2)半双工方式数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，每次只能有一个站发送，另一个站接收。通信双方可以轮流地进行发送和接收。(3)全双工方式允许通信双方同时进行发送和接收。A站在发送的同时也可以接收，B站亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条传输线。ABABAB微机接口技术3.1.4信号传输方式(1)基带传输方式在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。由于线路中存在着电感、电容及漏电感、漏电容等分布参数，矩形波通过传输线后会发生畸变、衰减和延迟而导致传输的错误。信号的频率越高、传输的距离越远这种现象则越严重，因此基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。微机接口技术(2)频带传输方式频带传输方式又称为载波传输方式。在远距离通信时，通常是利用电话线传输的。电话线的频带在300HZ~3400HZ之间，由于频带不宽，用它来直接传输数字信号时，就会出现畸变失真，但用它来传送一个频率为1000Hz~2000Hz的模拟信号时，则失真较小。在长距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，接收方则用解调器将接收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。微机接口技术实现调制和解调任务的装置称为调制解调器(MODEM)。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号(载波)上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线。常用的调制方式有三种：调幅、调频和调相。微机接口技术3.1.5串行接口标准串行接口标准指的是计算机或终端(数据终端设备DTE)的串行接口电路与调制解调器MODEM等(数据通信设备DCE)之间的连接标准。在计算机网络中，由它构成网络的物理层协议。下面介绍RS-232C标准。RS-232C标准是与TTY规程有关的接口标准，也是目前普遍采用的一种串行通信标准，它是美国电子工业协会于l969年公布的数据通信标准。该标准定义了数据终端设备DTE与数据通信设备DCE之间的连接器形状、连接信号的含义及其电压信号范围等参数。微机接口技术微型计算机之间的串行通信就是按照RS-232C标准设计的接口电路实现的。如果使用一根电话线进行通信，那么计算机和MODEM之间的连线就是根据RS-232C标准连接的。微机接口技术①信号线RS-232C标准规定接口有25根连线。虽然其中的绝大部分信号线均已定义使用，但在一般的微型计算机串行通信中，只有以下9个信号经常使用，这些引脚和功能分别如下：•TXD（第2脚）：发送数据线，由计算机到MODEM。计算机通过此引脚发送数据到MODEM。•RXD（第3脚）：接收数据线，由MODEM到计算机。MODEM将接收下来的数据通过此引脚送到计算机或终端。RS-232C是一种标准接口，它是一个D型插座，采用25芯引脚或9芯引脚的连接器，如图所示。微机接口技术•（第4脚）：请求发送，由计算机到MODEM。计算机通过此引脚通知MODEM，要求发送数据。•（第5脚）：允许发送，由MODEM到计算机。MODEM可以发送数据时，通过此引脚发出作为对的回答，然后计算机才可以进行发送数据。•（第6脚）：数据装置就绪(即MODEM准备好)，由MODEM到计算机。表示调制解调器可以使用(即表明MODEM已打开并已工作在数据模式下)，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。RTSRTSCTSDSRRS-232C是一种标准接口，它是一个D型插座，采用25芯引脚或9芯引脚的连接器，如图所示。微机接口技术•CD（第8脚）：载波检测(接收线信号测定器)，由MODEM到计算机。当此信号有效时，表示MODEM已接收到通信线路另一端MODEM送来的信号，即它与电话线路已连接好。•RI（第22脚）：振铃指示，由MODEM到计算机。MODEM若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。•(第20脚)：数据终端就绪，由计算机到MODEM。计算机收到RI信号后，就发出该信号到MODEM作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。•GND（第7脚）：地DTRRS-232C是一种标准接口，它是一个D型插座，采用25芯引脚或9芯引脚的连接器，如图所示。微机接口技术②逻辑电平RS-232C标准采用EIA电平，即规定“1”的逻辑电平在-3V~-15v之间，规定“0”的逻辑电平在+3V~+15V之间，高于+15V或低于-15V的电压被认为无意义，介于+3V和-3V之间的电压也无意义。对于TXD、RXD这两根数据信号线，EIA的逻辑“1”和“0”就表示数字信号的“1”和“0”。对、、、、CD等控制状态信号线，则恰好是EIA的逻辑“0”为信号的有效状态，即开关的接通(ON)状态，此时电平值为+3V~+15V。RS-232C采用这样的逻辑电乎标准主要是为了防止干扰，一般在30米距离内可以进行正常信号传输。由于EIA电平与TTL电平完全不同，因此，为了与TTL器件连接，必须进行相应的电平转换，通常采用专用的芯片来完成这项任务。MCl488可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MCl489则可完成EIA电平到ITL电平的转换。除了RS-232C标准以外，还有一些其它的通用的串行接口标准，如RS-422,RS-449等。RTSCTSDSRDTR微机接口技术3.2可编程串行接口芯片8251A8251A是可编程的串行通信接口芯片，它可以管理信号变化范围很大的串行数据通信。有下列基本性能：1)通过编程，可以工作在同步方式，也可以工作在异步方式。同步方式下，波特率为0~64K，异步方式下，波特率为0~19.2K。2)在同步方式下，每个字符可以用5、6、7或8位来表示，并且内部能自动检测同步字符，从而实现同步。除此之外，8251A也允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。3)在异步方式下，每个字符也可以用5、6、7或8位来表示，时钟频率为传输波特率的1、16或64倍，用1位作为奇/偶校验。8251A在异步方式下能自动为每个数据增加1个启动位，为每个数据增加1个、1.5个或2个停止位。可以检查启动位，自动检测和处理终止字符。4)全双工的工作方式，其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。5)提供出错检测，具有奇偶、溢出和帧错误等校验电路。微机接口技术3.38251A的内部结构8251A是Intel公司的产品，采用双列直插式封装，28个引脚。它的内部结构如下图所示。由结构图可看出，8251A的内部包含有发送器、接收器、数据总线缓冲器、读/写控制电路和调制解调控制电路等五大部分。微机接口技术3.3.1发送器发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。CPU需要发送的数据经数据发送缓冲器并行输入锁存到发送缓冲器中。如果是采用异步方式，则由发送控制电路在其首尾加上起始位和停止位，然后从起始位开始，经移位寄存器从数据输出线TXD