串口及应用精.ppt
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1、串口及应用第1页,本讲稿共48页8.1 计计算机串行通信基算机串行通信基础础 v随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及,计算机的通信功能愈来愈显得重要。术的普及,计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换计算机之间的信息交换。v通信有通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信两种方式。在多两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。用串行通信方式。第2页,本讲稿共48页v计算机通信计算机通信是将
2、计算机技术和通信技术的相结合,完成是将计算机技术和通信技术的相结合,完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换 。可以可以分为两大类:并行通信与串行通信。分为两大类:并行通信与串行通信。v并行通信并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送进行传送。并行通信并行通信控制简单、传输速度快;由于传输线较多,长距离传送时成本控制简单、传输速度快;由于传输线较多,长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。高且接收方的各位同时接收存在困难。第3页,本讲稿共48页串行通信串行通信是将数据字节分成一
3、位一位的形是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。式在一条传输线上逐个地传送。串行通信的特点串行通信的特点:传输线少,长距离传送时:传输线少,长距离传送时成本低,且可以利用电话网等现成的设备,成本低,且可以利用电话网等现成的设备,但数据的传送控制比并行通信复杂。但数据的传送控制比并行通信复杂。第4页,本讲稿共48页8.1.1 8.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 一、异步通信与同步通信一、异步通信与同步通信1、异步通信、异步通信 异步通信异步通信是指通信的是指通信的发发送与接收送与接收设备设备使用各自的使用各自的时钟时钟控制控制数据的数据的发发送和接收送和接收过过程
4、。程。为为使双方的收使双方的收发协调发协调,要求,要求发发送和接收送和接收设设备备的的时钟时钟尽可能一致。尽可能一致。第5页,本讲稿共48页 异步通信是异步通信是以字符(构成的帧)为单位以字符(构成的帧)为单位进行传输进行传输,字符与字符之间的间隙(时,字符与字符之间的间隙(时间间隔)是任意的,但每个字符中的各间间隔)是任意的,但每个字符中的各位是以固定的时间传送的,即位是以固定的时间传送的,即字符之间字符之间是异步的是异步的(字符之间不一定有(字符之间不一定有“位间隔位间隔”的整数倍的关系),但的整数倍的关系),但同一字符内的同一字符内的各位是同步的各位是同步的(各位之间的距离均为(各位之间
5、的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍)。的整数倍)。第6页,本讲稿共48页异步通信的数据格式异步通信的数据格式:异步通信的特点异步通信的特点:不要求收发双方时钟的:不要求收发双方时钟的严格一致,实现容易,设备开销较小,但严格一致,实现容易,设备开销较小,但每个字符要附加每个字符要附加23位用于起止位,各帧位用于起止位,各帧之间还有间隔,因此传输效率不高。之间还有间隔,因此传输效率不高。第7页,本讲稿共48页2、同步通信、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,使双方同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,使双方达到完全同步。此时,传输数据的位之间的距离均为达到完全同步
6、。此时,传输数据的位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍,同时传送的字符间不留间隙,即的整数倍,同时传送的字符间不留间隙,即保持位同步保持位同步关系,关系,也也保持字符同步保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。外同步外同步 自同步自同步第8页,本讲稿共48页面向字符的同步格式面向字符的同步格式:此时,传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集此时,传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集(如(如ASCII码)中的字符所组成。图中码)中的字符所组成。图中帧头为帧头为1个或个或2个同步字个同步字符符SYN(ASCII码为码为16
7、H)。)。SOH为序始为序始字符(字符(ASCII码为码为01H),表示标题的开始,),表示标题的开始,标题标题中包含源地址、目标地址和路由中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。指示等信息。STX为文始为文始字符(字符(ASCII码为码为02H),表示传送的),表示传送的数据块开始。数据块开始。数据块数据块是传送的正文内容,由多个字符组成。数是传送的正文内容,由多个字符组成。数据块后面是据块后面是组终字符组终字符ETB(ASCII码为码为17H)或)或文终字符文终字符ETX(ASCII码为码为03H)。然后是)。然后是校验码校验码。典型的面向字符的同典型的面向字符的同步规程如步规程如IBM的
8、二进制同步规程的二进制同步规程BSC。第9页,本讲稿共48页面向位的同步格式面向位的同步格式:此时,将数据块看作数据流,并用序列此时,将数据块看作数据流,并用序列01111110作为开始和结束标作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起的混乱,发送方总时引起的混乱,发送方总是在其发送的数据流中每出现是在其发送的数据流中每出现5个连续的个连续的1就插入一个附加的就插入一个附加的0;接;接收方则每检测到收方则每检测到5个连续的个连续的1并且其后有一个并且其后有一个0时,就删除该时,就删除该0。典型的面向位的同步协议如典型的面向位的同步协议如I
9、SO的高级数据链路控制规程的高级数据链路控制规程HDLC和和IBM的同步数据链路控制规程的同步数据链路控制规程SDLC。同步通信的特点同步通信的特点是以特定的位组合是以特定的位组合“01111110”作为帧的开始和作为帧的开始和结束标志,所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高,结束标志,所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高,但实现的硬件设备比异步通信复杂但实现的硬件设备比异步通信复杂。第10页,本讲稿共48页二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向1、单工、单工单工单工是指数据传输仅能沿是指数据传输仅能沿一个方向一个方向,不能实现反向传输。,不能实现反向传输。2、半双
10、工、半双工半双工半双工是指数据传输可以沿是指数据传输可以沿两个方向两个方向,但需要分时进行。,但需要分时进行。3、全双工、全双工全双工全双工是指数据可以是指数据可以同时进行双向同时进行双向传输传输。单工 半双工半双工 全双工全双工第11页,本讲稿共48页四、串行通信的错误校验四、串行通信的错误校验 1、奇偶校验奇偶校验在发送数据时,数据位尾随的在发送数据时,数据位尾随的1位为奇偶校验位(位为奇偶校验位(1或或0)。奇校验时,)。奇校验时,数据中数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数;偶校验时,的个数之和应为奇数;偶校验时,数据中数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位
11、“1”的个数之和应为偶数。接收字符时,的个数之和应为偶数。接收字符时,对对“1”的个数进行校验,若发现不一致,则说明传输数据过程中的个数进行校验,若发现不一致,则说明传输数据过程中出现了差错。出现了差错。3、循环冗余校验循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验,常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验验,常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强,广泛应用于同步通信中。方法纠错能力强,广泛应用于同步通信中。2、代码和校验代码和校验代码和校验是发送方将所发数据块求和(
12、或各字节异或),产代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或),产生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾。接收方生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾。接收方接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和(或各字节异或)接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和(或各字节异或),将所得的结果与发送方的,将所得的结果与发送方的“校验和校验和”进行比较,相符则无差进行比较,相符则无差错,否则即认为传送过程中出现了差错。错,否则即认为传送过程中出现了差错。第12页,本讲稿共48页五、传输速率与传输距离五、传输速率与传输距离 1、传输速率、传输速率比特率比特率是是每秒钟传输二进制代码的位
13、数每秒钟传输二进制代码的位数,单位是:位秒,单位是:位秒(bps)。如每秒钟传送)。如每秒钟传送240个字符,而每个字符格式包个字符,而每个字符格式包含含10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数据位个数据位),这时的比,这时的比特率为:特率为:10位位240个个/秒秒=2400 bps波特率波特率表示表示每秒钟调制信号变化的次数每秒钟调制信号变化的次数,单位是:波特,单位是:波特(Baud)。)。波特率和比特率不总是相同的,波特率和比特率不总是相同的,对于将数字信号对于将数字信号1或或0直接用两种不同电压表示的所谓基带传输,比特率和波直接用两种不同电压表示的所谓基带传输,比
14、特率和波特率是相同的。特率是相同的。所以,我们也经常用波特率表示数据的传所以,我们也经常用波特率表示数据的传输速率。输速率。第13页,本讲稿共48页方式0、1、2、3的帧格式一帧数据:一帧数据:一帧数据:一帧数据:一个字符在异步传送中称为一帧数据一个字符在异步传送中称为一帧数据一个字符在异步传送中称为一帧数据一个字符在异步传送中称为一帧数据一帧数据由一帧数据由一帧数据由一帧数据由4 4部分组成:部分组成:部分组成:部分组成:起始起始起始起始位、数据位、奇偶位、停止位位、数据位、奇偶位、停止位位、数据位、奇偶位、停止位位、数据位、奇偶位、停止位1/01/0 1/01/0 1/01/0 1/01/
15、0 1/01/0 1/01/0 1/01/0 1/01/0 1/01/00 01 1一帧数据一帧数据一帧数据一帧数据起起起起始始始始位位位位数数数数据据据据位位位位奇奇奇奇偶偶偶偶位位位位停停停停止止止止位位位位1 11/01/0停停停停止止止止位位位位第第第第n n个字符个字符个字符个字符第第第第n+1n+1个字符个字符个字符个字符LSBLSBMSBMSB第14页,本讲稿共48页为逻辑为逻辑为逻辑为逻辑“0”0”信号,占用一位,用来通信号,占用一位,用来通信号,占用一位,用来通信号,占用一位,用来通知知知知接收设备,一个新的字符开始了接收设备,一个新的字符开始了接收设备,一个新的字符开始了接
16、收设备,一个新的字符开始了数据位:数据位:数据位:数据位:5 58 8位。数据的最低位在前,最高位在后。位。数据的最低位在前,最高位在后。位。数据的最低位在前,最高位在后。位。数据的最低位在前,最高位在后。紧跟在最高位之后,占用一位,奇偶校验时,紧跟在最高位之后,占用一位,奇偶校验时,紧跟在最高位之后,占用一位,奇偶校验时,紧跟在最高位之后,占用一位,奇偶校验时,根据协议置根据协议置根据协议置根据协议置“1”1”或或或或“0”0”为逻辑为逻辑为逻辑为逻辑“1”1”信号,占用信号,占用信号,占用信号,占用1 1位或位或位或位或2 2位,当接收位,当接收位,当接收位,当接收端收到停止位时,表示一帧
17、数据结束。端收到停止位时,表示一帧数据结束。端收到停止位时,表示一帧数据结束。端收到停止位时,表示一帧数据结束。起始位:起始位:起始位:起始位:奇偶位:奇偶位:奇偶位:奇偶位:停止位:停止位:停止位:停止位:0 0 0 0 0 0 移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于I/OI/O扩展)扩展)扩展)扩展)0 1 1 80 1 1 8位位位位UARTUART,波特率可变,波特率可变,波特率可变,波特率可变 1 0 2 91 0 2 9位位位位UARTUART,波特率为,波特率为,波特率为,波特率为fosc/32fosc/32或或或或fosc/64fosc
18、/64 1 1 3 91 1 3 9位位位位UARTUART,波特率可变,波特率可变,波特率可变,波特率可变5151串行口工作方式串行口工作方式串行口工作方式串行口工作方式第15页,本讲稿共48页 0 0 0 0 0 0 移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于移位寄存器方式(用于I/OI/O扩展)扩展)扩展)扩展)0 1 1 80 1 1 8位位位位UARTUART,波特率可变,波特率可变,波特率可变,波特率可变 1 0 2 91 0 2 9位位位位UARTUART,波特率为,波特率为,波特率为,波特率为fosc/32fosc/32或或或或fosc/64fosc/64 1
19、 1 3 91 1 3 9位位位位UARTUART,波特率可变,波特率可变,波特率可变,波特率可变串行口工作方式串行口工作方式串行口工作方式串行口工作方式第16页,本讲稿共48页方式方式方式方式0 0方式方式方式方式1 1方式方式方式方式2 2、3 3第17页,本讲稿共48页2 2、波特率的设计、波特率的设计、波特率的设计、波特率的设计方式方式方式方式0 0的波特率是固定的:的波特率是固定的:的波特率是固定的:的波特率是固定的:波特率波特率波特率波特率=fosc/12=fosc/12方式方式方式方式2 2波特率取决于波特率取决于波特率取决于波特率取决于SMODSMOD波特率波特率波特率波特率=
20、2=2SMODSMOD/32T1/32T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率方式方式方式方式2 2波特率波特率波特率波特率=2=2SMODSMOD/64 fosc/64 foscSMOD=0SMOD=0时,波特率时,波特率时,波特率时,波特率=fosc/64=fosc/64,SMOD=1SMOD=1时,波特率时,波特率时,波特率时,波特率=fosc/32=fosc/32方式方式方式方式1 1、3 3波特率取决于波特率取决于波特率取决于波特率取决于T1T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率SMOD=0SMOD=0时,波特率时,波特率时,波特率时,波特率=T1=T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率/3
21、2/32,SMOD=1SMOD=1时,波特率时,波特率时,波特率时,波特率=T1=T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率/16/16上页上页下页下页回目录回目录第18页,本讲稿共48页定时器定时器定时器定时器1 1作波特率发生器作波特率发生器作波特率发生器作波特率发生器T1T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率=1/T1=1/T1 定时时间定时时间定时时间定时时间KK为定时器为定时器为定时器为定时器T1T1的位数的位数的位数的位数K=13K=13(方式(方式(方式(方式0 0)K=16K=16(方式(方式(方式(方式1 1)K=8K=8(方式(方式(方式(方式2 2、3 3)T1T1为计数器时:为
22、计数器时:为计数器时:为计数器时:T1T1为定时器时:为定时器时:为定时器时:为定时器时:T1T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率=fosc/12=fosc/12(2 2KK-初值)初值)初值)初值)工作于方式工作于方式工作于方式工作于方式1 1、3 3时波特率:时波特率:时波特率:时波特率:波特率波特率波特率波特率=2=2SMODSMOD/32T1/32T1的溢出率的溢出率的溢出率的溢出率=2=2SMOD SMOD fosc/32 12fosc/32 12(2 2KK-初值)初值)初值)初值)上页上页下页下页回目录回目录第19页,本讲稿共48页3、传输距离与传输速率的关系、传输距离与传输速率
23、的关系 串行接口或终端直接传送串行信息位流的串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每关。当传输线使用每0.3m(约(约1英尺)有英尺)有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时,传输距离电容的非平衡屏蔽双绞线时,传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过随传输速率的增加而减小。当比特率超过1000 bps 时,最大传输距离迅速下降,如时,最大传输距离迅速下降,如9600 bps 时最大距离下降到只有时最大距离下降到只有76m(约(约250英尺)。英尺)。第20页,本讲稿共48页8.1.2 8.1.2 串行通信接
24、口串行通信接口标标准准 一、一、RS-232CRS-232C接口接口 RS-232C是是EIA(美国(美国电电子工子工业协业协会)会)1969年修年修订订RS-232C标标准。准。RS-232C定定义义了数据了数据终终端端设备设备(DTE)与数据通信)与数据通信设备设备(DCE)之)之间间的物理接口的物理接口标标准。准。1、机械特性、机械特性RS-232C接口接口规规定使用定使用25针连针连接器,接器,连连接器的尺寸及每个插接器的尺寸及每个插针针的的排列位置都有明确的定排列位置都有明确的定义义。(阳。(阳头头)第21页,本讲稿共48页2、功能特性、功能特性第22页,本讲稿共48页v典型的典型的
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