第8章-串行输入输出接口

第8章串行输入/输出接口8-1串行通信接口8-1串行通信接口一、串行通信的实现1.并行通信和串行通信的特点串行通信：速度慢：一位一位数据传输线少：单向一条数据传输线，成本低，长距离更突出距离长：线少受干扰相对少计算机外设控制（选通）线状态线并行数据线┇并行通信：速度快：多位数据同时传输线多：n位数据要n根数据线，另需控制、状态线，成本高距离短：线多长距离易受干扰计算机外设010010018TTXDRXDRXDTXD串行数据线注意：“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式，CPU与接口之间仍按并行方式工作。CPU并入串出移位寄存器串入并出移位寄存器外设TXDRXD串行并行并行串通核心部件是移位寄存器：发送端（TXD）需设置并入串出移位寄存器。接收端（RXD）需设置串入并出移位寄存器。DQCLKDQCLKDQCLK┅DQCLKDQCLKDQCLK┅TXDRXD同步脉冲同步脉冲并入串出移位寄存器串入并出移位寄存器D7D6D0D0D1D7移位控制脉冲，两者应同步2.串行通信的硬件条件3.串行通信的同步①设置波特率为实现串通数据的同步传输，得从软、硬两方面采取3项措施：在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率。波特率，即每秒钟传送的二进制位数（bps）。常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200等。通常串通接口的波特率可分别用软件来设定的，因此必须确保收、发双方设置的波特率一致。如：波特率=9600bps即每秒传输9600数据位。每位传输时间Td=1/9600秒。②设置数据的传输格式串通传输数据并非是简单的纯数据位信息，还包括各种其它的辅助位信息。据此，通信双方还得有一个数据传输格式的约定。实际上串行通信本身又分两种方式：异步通信和同步通信。异步通信传输格式：传输一个字符时，总是以起始位开始，然后字符本身的各位，接着校验位，最后以停止位结束该字符的传输。字符间可有任意个空闲位，起始位后紧跟数据的最低位。100/10/10/10/10/10/10/10/1低位高位111起始位数据位校验位停止位字符100/10/1空闲位字符异步通信传输格式起始位逻辑01位数据位逻辑0或15位、6位、7位、8位校验位逻辑0或11位或无停止位逻辑11位、1.5位或2位空闲位逻辑1任意数量100/10/10/10/10/10/10/10/1低位高位111起始位数据位校验位停止位字符100/10/1空闲位字符异步通信传输格式由此可见，即便是异步通信，其数据格式也略有差异。因此设置数据的传输格式是完全必要的。③设置波特率因子（基本了解即可）在异步通信时，收、发双方每移一位数据所需时间是用时钟加以控制的，发送端时钟叫发送时钟，接收端时钟叫接收时钟。接收时钟/发送时钟频率可以是波特率的倍数，该倍数称为波特率因子。如：波特率因子为32，则32个时钟脉冲移位1次。引入波特率因子的目的是要在每个数据位的中心点采样数据，有效地接收发送端传送来的数据。1.串行通信方式二、串行通信的基本概念①异步通信以字符为单位传输数据。一次传输的起始位、字符各位、校验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧（Frame）。帧与帧间可有任意个空闲位。异步通信的双方对数据格式和波特率约定要一致。②同步通信数据块开始靠同步字符指示，发送端和接收端用时钟同步。常见的几种同步通信格式如下：图(a)单同步格式，传送一帧数据仅使用一个同步字。图(b)双同步字格式，这时利用两个同步字进行同步。图(c)同步数据链路控制（SDLC）。2.串行通信中的数据传输方向②全双工方式：通讯双方能同时进行发送和接收操作。①半双工方式：只有1根数据传送线，通讯双方的发送和接收由电子开关切换。由于只有一条信道，所以数据不能同时在两个方向上传送。#33.异步接收/发送器（UART）UART结构图串行接口的基本结构是UART，主要包含收发数据所需的并串转换及检错功能。UART的基本工作原理：接收：串行输入移位寄存器接收RXD端的串行数据进入输入数据缓冲器经数据总线至CPU。发送：CPU将发送数据经数据总线写入输出数据缓冲器进入串行输出移位寄存器由TXD端一位一位输出。检错：在接收数据过程中一旦出现奇偶错误、帧错误、丢失（溢出）错误会置位相应的标志位，供CPU判断。4.信号的调制和解调数字信号的频带较宽，而普通通信线路频带较窄，如电话线频带范围仅为300~3400Hz。据此，采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再用解调器（Demodulator），把模拟信号变为数字信号。调制解调器的类型比较多，有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、振幅键控（ASK）。其中FSK的调制方法是把数字信号‘1’与‘0’调制成不同频率的模拟信号。三、可编程串行通信接口芯片8251简介能用于同步或异步通信。同步传输：5~8位/字符，自动插同步字符，添加奇偶校验。异步传输：5~8位/字符，自动添加起始位、停止位和校验位。波特率：同步：0-64Kbps；异步：0-19.2Kbps。全双工：双缓冲发送和接收。出错检测：有奇偶、溢出、帧错误等检测电路。1.8251的基本性能与内部结构①基本性能：D2VCCRESETD3RXD1234567891011121314GNDD4D5D6D7TXCWRCSC/DRDRXRDY8251A2827262524232221201918171615D1D0RXCDTRRTSDSRCLKTXDTXEMPTCTSSYNDET/BDTXRDY②引脚功能（见书）8251内部结构③内部结构数据总线缓冲器：CPU与8251的接口，其内含3个缓冲器：接收缓冲器：接受数据存放地，以供CPU读取。发送/命令缓冲器：发送数据和命令字存放地。状态缓冲器：8251A内部工作状态存放地，供CPU查询。8251内部结构发送器和接收器：读／写控制电路：接收CPU的控制信号，控制数据传送方向。调制解调控制电路：提供和调制解调器的联络信号。CPU对8251的读写控制2.8251A的编程方式控制字：确定8251A的通讯方式（同步/异步）、校验方式（奇校验、偶校验、不校验）、数据位数（5、6、7或8位）及波特率等。它应在复位后写入，且只需写入一次。①8251A的控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。方式控制字的格式D7D6D5D4D3D2D1D0方式及波特率00:同步*101:异步*110:异步*1611:异步*64数据位数00:501:610:711:8校验方式*0:不校验01:奇校验11:偶校验00:无效01:1位停止位10:1位半11:2位*0:内同步01:双同步字11:单同步字同步方式YN命令控制字的格式ENIRRTSSBRKRXEDTRTXENER进入搜索方式1:进行SYNC搜索内部复位1:8251A复位请求发送1:迫使RTS输出0出错复位1:复位错误标志发送允许1:允许0:禁止数据终端准备好1:迫使DTR输出0接收允许1:允许0:禁止发送断点字符1:迫使TXD为0D7D6D5D4D3D2D1D0命令控制字：使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数据。它应在写入方式控制字后写入，用于控制8251A的工作，可以多次写入。状态字格式DSRSYNDETFETXERXRDYTXRDYOED7D6D5D4D3D2D1D0PE同引脚定义奇偶错溢出错帧出错DSR：数据设备准备好标志。其状态同/DSRSYNDET：同步标志。FE：异步通讯帧出错标志。为1表示未检测到字符末尾的有效停止位，但FE错并不禁止8251A工作。FE标志由命令控制字中的ER位清除。OE：溢出标志。接收器内的字符尚未被CPU读走时又有新的字符装入，则OE置1，此时原来的字符丢失，但并不禁止8251A工作，OE标志由命令控制字中的ER位清除。②状态寄存器存放8251A的状态信息，供CPU查询。状态字格式DSRSYNDETFETXERXRDYTXRDYOED7D6D5D4D3D2D1D0PE同引脚定义奇偶错溢出错帧出错PE：奇偶错标志。奇偶错时PE置1，但此时并不禁止8251A工作，PE标志由命令控制字中的ER位清除。TXE：发送缓冲器空标志。其状态同TXE脚。RXRDY：接收准备好标志。其状态同RXRDYTXRDY：发送准备好标志。含义同TXRDY引脚。只要发送缓冲器空，就置位该位。而引脚TXRDY除发送缓冲器空外，还要满足TXE=1，CTS=0才置位。PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器。四、串行通信接口RS-232CRS–232C是美国电子工业协会（EIA）的串行通信接口标准。所谓标准，是对串行接口的各种信号线的功能、电气特性、逻辑电平、连接器引脚的排列等所做的规定。1.RS-232C电气特性及接口信号RS-232C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容。规定逻辑“1”在-3V~-15V之间；逻辑“0”在+3V~+15V之间。①电气特性②RS-232C与TTL电平转换RS-232C不是TTL电平的接口标准，当计算机与外设进行通信时，必须有相应的电平转换电路。串行接口芯片8251A使用TTL电平，应用电平转换电路与RS-232C连接器连接。通常采用的是MC1488和MC1489电平转换器。MC1488：TTL电平→RS232电平MC1489：RS232电平→TTL电平TXD：发送数据RXD：接收数据SG/GND：信号地DSR：DCE（数据通信设备）准备好DTR：DTE（数据终端设备，即微机接口电路8251）准备好RTS：DTE请求DCE发送CTS：DCE允许DTE发送,该信号是对RTS信号的回答。DCD：数据载波检测。当本地DCE收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RXD线送给DTE。RI：振铃信号。当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。③RS-232C的接口信号无Modem的标准连接无Modem的最简连接2.RS-232C应用连接第八章作业：1、4、6