My微机原理x13(串口通信)

微机原理及应用孙健@gmail.comPage2§通信：指计算机与外设、计算机与计算机间的信息交换§通信的基本方法:并行通信和串行通信§并行通信：将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。数据的各位同时由源到达目的地。适合近距离、高速通信。Page3状态控制D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机外设或计算机并行通信：数据各bit同时传送Page4§串行通信：将数据的各位按时间顺序依次在一根传输线上传输。数据的各位依次由源到达目的地。串行通信适于长距离、中低速通信。计算机计算机或外设发送10010010Page5§提高时钟频率串行连接易于并行：§USB2.0传送速率=480Mbps(about60MBps)§IEEE-1394b(FireWire800)=800Mbps(~100MBps)§EPP/ECP并口≤2MBps§连接电缆并行的比串行的要贵得多§并行用的多，且还要加些抗串音干扰的隔噪线§远距离通信(RS-232C,422,485,MODEM)，串行连接是唯一可选项Page6内容§一、串行通信概述§二、串行通信接口标准§三、串行通信接口芯片Page7串行通信涉及的常用术语§1.单工、半双工和全双工(数据通信的方向性）(1)单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据传送发送器接收器A站B站单工方式示意图Page8(2)半双工（HalfDuplex）§特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。【双向，但不同时】,每端需有一个收/发切换电子开关发送器接收器发送器接收器A站B站半双工方式示意图Page9（3）全双工数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作发送器接收器发送器接收器A站B站全双工方式示意图Page10§电话§GSM§对讲机§计算机网络Page11§2基带波形§1）极性：单极性、双极性＋E0＋E－E001101001101Page12§2)电平数＋E0001101＋3E01101111001101＋E－E－3EPage13§3）码型§a)单极性归0码（ReturntoZero）：有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到0电位§b)双极性归0码1011011001Page14§C)AMI码（alternatemarkinversion）－传号交替反转码§操作：0仍然是0，1交替变为+1和－1§归0、三电平（1B/1T)§AMI缺点：长0时不能提取同步信号§因此有改进的码型：HDB31011011001Page15§D)曼彻斯特码（Manchester）原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“1”，从高跳到低表示“0”。优点：克服了NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。应用：局域网802.3Page16§其他码：§Miller码－最初用于气象卫星、磁记录§nBmB码－1B/2B、2B/3B、5B/6B、8B/10B光纤数字传输系统；1394b、SerialATA、PCIExpress、Infini-band、FiberChannel、RapidIO等总线或网络。Page17§3数据传输率§每秒传输的二进制位数，单位为bps（bitpersecond）也称比特率，信息速率。§波特率―――每秒传输的“符号”（也称信号码元—SignalElement,symbol）的个数。例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特。标准波特率系列：110,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,33600,56000Page18§对二进制调制来讲，一个“符号”的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一致。§但在其他一些场合（例如通信中采用的“相一幅”复合调制技术一个“符号”的信息含量就不是一个比特，此时，波特率就不等于比特率。Page19MODEM§V.32规范(a)V.32.4databits.1parity.9600bps.(b)V.32bis.6databits.1parity.14.4kbps.Page20§4调制与解调§由来：§远程通信常用电话线，但话线通带窄，而数字信号频带宽，若直接用话线传，收方得到的信号会产生畸变，无法辨识是1还是0，从而导致通信失败。§解决方法：§用MODEM,称为DCE(DataCommunicationequipment)或数传机(dataset)实现双工通信§发送方二进制信号进行调制成音频信号，以适合在电话网上传输。§收方用demodulator解调音频信号成二进制信号Page21§调制解调示意计算机MODEMMODEM模拟信号数字信号数字信号CRT101010101010调制电话线Page22调制方法最基本的调制方法有以下几种：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化.“1”对应有载波“0”对应无载波（2）调频（FM）即载波频率随数字信号而变化“0”对应”f1”“1”对应“f2”(3)调相（PM）即载波初始相位随基带数字信号而变化.“0”对应相位0度“1”对应相位180度Page23§5通信方式§异步方式§同步方式§需解决的同步问题§比特（位）同步§字节§帧同步Page24§(1)异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。§串行异步传输数据格式：1/00011…15-8位数据位1/0停止位或空闲位1…1起始位奇偶校验位停止位或、22111第n个字符空闲位第n+1个字符低位高位Page25说明§起始位：1位“0”起始位下降沿是异步通信中字符同步的同步脉冲。§校验位(奇偶校验位)：1位。奇校验：数据位和校验位共有奇数个“1”。偶校验：数据位和校验位共有偶数个“1”。§停止位：1或1.5位、2位“1”Page26（2）同步方式Synchronous）§异步通信每一字符必须附加起始位和停止位，降低了传输效率。§同步通信不需要附加起始位和停止位，为了表示数据传输的开始，发送方先发送一个或两个特殊字符，该字符称为同步字符。当发送方与接收方达到同步后，就可以一个字符接一个字符地发送大块数据，而不需要起始位和停止位了，这样可明显提高数据的传输数率。采用同步方式传输数据时，收发双方还必须用同一个时钟进行同步，需采用比较复杂的同步措施。§开销Page27§（2）同步方式（Synchronous）§面向字符、比特、字节计数§面向字符的同步通信格式§一次传送若干个字符组成的数据块存在问题：由于数据字符与特定字符可能代码相同，发生误解，因此，在数据字符前插入转义字符DLE，以示区别。这种方式称为“字符填充”。（P355)同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)数据（DATA)检错码（FCS)Page28面向比特的同步通信数据格式最有代表性的是：①IBM的SDLC（SynchronousDataLinkControl），同步数据链路控制规程。②ANSI的ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）。美国国家标准③ISO的HDLC（HighLevelDatalinkControl）高级数据链路控制规程。国际标准ISO3309④DEC公司DDCMP（DigitalDataCommunicationMessageprotocol）。§我国相应国家标准GB-7496Page29§例：HDLC帧格式：§假定数据长度为2048位，通信效率为：2048/（2048＋48）＝97%协议开销仅为3％§一般公式：HDLC协议开销＝1.0－N/(N+48)，其中N为发送数据的比特数。结束标志校验信息控制地址开始标志01111110FC1CA011111108位8位8位16位8位≥0位HDLC格式Page306信息的检错与纠错串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。检错：如何发现传输中的错误，称为检错。纠错：如何消除错误，称为纠错例：奇偶校验检错方阵码检错循环冗余码（CRC）检错Page31奇偶校验码§编码方法:§不管数据位长度多少，校验位只有一位。§数据位和校验位一起所含“1”的个数，只能是奇数，称为奇校验。数据位和校验位一起所含“1”的个数，只能是偶数，称为偶校验。§例：数据奇校验的编码偶校验的编码000000000000000010000000000101010001010100001010100101111111011111110011111111§校验：对奇校验，如接收端收到是偶码，表示传送有误，因此可发现一位错(奇位错，包括检验位)§8086的标志位PF的设置是奇校验还是偶校验？Page32CRC－16Page33§串行接口标准§（一）RS-232C串行接口标准§（二）RS-422/423串行接口标准§（三）RS-485串行接口标准Page34(一）RS-232C串行接口标准§简述§RS-232C信号逻辑电平§RS-232C连接器及接口信号§RS-232C连接器的连接方式§RS-232C接口的最大传输距离Page35版本简介§EIA(ElectronicIndustriesAssociation)颁布的串行总线接口标准§版本更新：§RS-232(62年)：DTE←→DCE，RS-232C(69年)，RS-232D(86年)，RS-232E，RS-232F(现在)§适合于传输速率在20KB/S以内、直接连接距离不超过20米的通信(RS-232C)§应用例：§鼠标、绘图仪、打印机、扫描仪、数字化仪、跟踪球、测试设备、MODEM等Page36DTE/DCE§DTE-数据终端设备：终端或计算机§数据的源和目的地§DCE-数据通信设备：MODEM,外设§使数据符合线路要求，负责数据传送Page37RS-232C信号逻辑电平Page38UART~RS-232间电平转换wMC1488：TTL→232,MC1489：232→TTLwMAX232(单+5电源,TI),实现TTL~232双向转换Page39使用MAX232/MAX233进行电平转换1µ1µ1µ1µ1µ+++++C1+C1-C2+C2-V+V-VccT1INT2INR1OUTR2OUTR1INR2INTTLRS-232C1234115101291471386+5V+10V-10VMAX232T1OUTT2OUT2138131217142051841911151610C1+C1-V-V-V+C2+C2+C2-C2-96GNDT1INT2INR1OUTR2OUTR1INR2INT1OUTT2OUTRS-232CTTLMAX233+5V7Page40RS-232机械特性1）连接器（Connector）常用二种：①DB-25型，25脚，只用9个信号（2个数据线，6个控制线，1个地址），如下图所示。§25线：数据线4条（2，3，14，16）控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23）定时信号线3条（15，17，24）地线2条（1，7）备用5条（9，10，11，18，25）未定义②DB-9型9针，9针全用，如下图2)电缆长度RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率20Kbps。Page41123456789DSRRTSCTSRIDCDRXDTXDDTRGNDDB-9型连接器1234DB-25型连接器56781325222014DCDGNDDSRCTSRTSRXDTXDRIDTRPage42DB25/DB9引脚信号定义Page43接口信号定义§TDx发送(DTEàDCE)§RDx接收§SG信号地§DSRDCE准备好(DataSetReady)§DTRDTE(即微机接口电路，如8250/8251)准备好(DataTerminlalReady)§RTSDTE请求DCE发送(RequestToSend)