串行通信接口课件.ppt
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1、串行通信接口课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望6.3.1 串行通信基础n串串行行通通信信:用用一一根根信信号号线线将将数数据据逐逐位位顺顺序序传送传送n串串行行通通信信的的优优势势:通通信信线线路路少少,在在远远距距离离通通信信时时可可以以极极大大地地降降低低成成本本;适适合合于于远远距距离离数数据据传传送送,也也常常用用于于速速度度要要求求不不高高的的近近距离数据传送距离数据传送nPC系系列列机机上上有有两两个个串串行行异异步步通通信信接接口口
2、,键键盘盘/鼠鼠标标器器/显显示示器器与与主主机机间间亦亦采采用用串串行行数数据传送。据传送。2串行通信的种类:n串行异步通信串行异步通信不传送时钟信号不传送时钟信号n串行同步通信串行同步通信传送时钟信号传送时钟信号n自自同同步步:发发送送时时将将传传送送数数据据与与时时钟钟进进行行编编码码,接接收时解码收时解码n单同步单同步n双同步双同步n外同步:另用一根时钟线专门用来传送时钟信号外同步:另用一根时钟线专门用来传送时钟信号31.同步通信通信双方使用同一时钟n以数据块(帧)为传输单位以数据块(帧)为传输单位n双方使用同一时钟双方使用同一时钟(主控方提供主控方提供时钟,被控方接收时钟时钟,被控方
3、接收时钟)n外同步:时钟信号另外安排一根传输线外同步:时钟信号另外安排一根传输线n自同步:发送时将时钟信号与数据混合编码,接收时译码出时钟自同步:发送时将时钟信号与数据混合编码,接收时译码出时钟n数数据据格格式式:每每个个数数据据块块前前加加12个个同同步步字字符符(同同步步头头)进进行帧同步,一般采用行帧同步,一般采用CRC循环冗余校验码循环冗余校验码n同同步步通通信信的的数数据据传传输输效效率率和和传传输输速速率率较较高高,但但硬硬件件电电路路比比较复杂较复杂n串串行行同同步步通通信信主主要要应应用用在在网网络络当当中中,最最常常使使用用的的同同步步通通信信协议有高级数据链路控制协议(协议
4、有高级数据链路控制协议(HDLC)同步字符同步字符数据数据数据数据数据数据校验校验同步字符同步字符42.异步通信通信双方使用各自的时钟n串串行行通通信信时时的的数数据据、控控制制和和状状态态信信息息都都使使用用同同一一根信号线传送根信号线传送n收发双方必须遵守共同的通信协议(通信规程):收发双方必须遵守共同的通信协议(通信规程):n传送速率传送速率n信息格式信息格式n位同步位同步n帧同步帧同步n数据校验数据校验n错误处理错误处理n串行异步通信串行异步通信以字符为单位以字符为单位进行传输进行传输n数据格式:数据格式:起止式异步通信协议起止式异步通信协议5起止式异步通信协议n起起始始位位每每个个字
5、字符符开开始始传传送送的的标标志志,起起始始位位采采用用逻逻辑辑0电平电平起始位起始位附加位附加位停止位停止位空闲位空闲位数据位数据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数数据据位位数数据据位位紧紧跟跟着着起起始始位位传传送送。由由58个个二二进进制位组成,低位先传送制位组成,低位先传送附附加加位位该该位位可可用用于于校校验验或或数数据据标标识识:可可选选择择奇奇检检验、偶校验或无校验位验、偶校验或无校验位停停止止位位表表示示该该字字符符传传送送结结束束。停停止止位位为为逻逻辑辑1电电平平,可选择可选择1、1.5、2位。位。空
6、空闲闲位位传传送送字字符符之之间间的的逻逻辑辑1电电平平,表表示示没没有有进进行行传送传送6数据传输速率n数据传输速率也称数据传输速率也称比特率比特率(Bit Rate)n每秒传输的二进制位数每秒传输的二进制位数bpsn字字符符中中每每个个二二进进制制位位持持续续的的时时间间长长度度都都一一样样,为为数数据据传输速率的倒数传输速率的倒数n当当进进行行二二进进制制数数码码传传输输,且且每每位位时时间间长长度度相相等等时时,比特率还等于比特率还等于波特率波特率(Baud Rate)n过过去去,串串行行通通信信(异异步步)的的数数据据传传输输速速率率限限制制在在50 bps到到9600 bps之间。
7、之间。n现在,串行通信可以达到现在,串行通信可以达到115200 bps或更高或更高73.数据传输方式全双工全双工站站A站站B站站A站站B站站A站站B半双工半双工单工单工84.远距离传输和调制解调器n串行数据的远传串行数据的远传n提高电平摆幅提高电平摆幅RS232-C标准标准n采用平衡式传输采用平衡式传输RS422/RS485n采用电流信号采用电流信号20mA电流环电流环n利用电话线和声频信号利用电话线和声频信号调制调制/解调解调n调制(调制(Modulating)和解调()和解调(Demodulating)n把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号
8、n将电话线路上的模拟信号转换为数字信号将电话线路上的模拟信号转换为数字信号n调制解调器(调制解调器(MODEM)n具有调制和解调功能的联合装置具有调制和解调功能的联合装置96.3.2 串行接口标准RS-232Cn美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的制定的通用标准串行接口通用标准串行接口n1962年公布,年公布,1969年修订年修订n1987年年1月正式改名为月正式改名为EIA-232Dn设计目的是用于连接调制解调器设计目的是用于连接调制解调器n现现已已成成为为数数据据终终端端设设备备DTE与与数数据据通通信信设设备备DCE的标准接口的标准接口nDTE数据终端设备,例如计算机数据终端设备
9、,例如计算机nDCE数据通信设备(数传机),例如调制解调器)数据通信设备(数传机),例如调制解调器)n可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机n属于网络层次结构中的最低层:物理层属于网络层次结构中的最低层:物理层10DTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器计算机计算机计算机计算机电话线电话线RS-232C接口RS-232C接口1、RS-232C接口的使用场合112、RS-232C的引脚定义n232C接口标准使用一个接口标准使用一个25针连接器针连接器n绝绝大大多多数数设设备备只只使使用用其其中中9个个信信号号,所所以以就就有有了了
10、9针连接器针连接器n232C接接口口信信号号面面向向使使用用调调制制解解调调器器的的串串行行异异步步通信,可通信,可支持两个通信信道:支持两个通信信道:n主信道:用于数据传送主信道:用于数据传送n次次信信道道:次次信信道道为为辅辅助助串串行行通通道道,主主要要提提供供通通道道控控制制,但但其其传传输输速速率率比比主主信信道道要要低低得得多多,其其他他跟跟主主信信道道相相同同,通常较少使用通常较少使用12RS-232C的引脚(1)nTxD:发送数据(终端发送数据(终端数传机)数传机)n串行数据的发送端串行数据的发送端nRxD:接收数据(终端接收数据(终端数传机)数传机)n串行数据的接收端串行数据
11、的接收端13RS-232C的引脚(2)nRTS:请求发送(终端:请求发送(终端数传机)数传机)n当当数数据据终终端端设设备备准准备备好好送送出出数数据据时时,就就发发出出有有效效的的RTS信号,用于通知数据通信设备准备接收数据信号,用于通知数据通信设备准备接收数据nCTS:清除发送(允许发送):清除发送(允许发送)(终端(终端数传机)数传机)n当当数数据据通通信信设设备备已已准准备备好好接接收收数数据据终终端端设设备备的的传传送送数数据时,发出据时,发出CTS有效信号来响应有效信号来响应RTS信号信号RTS和和CTS是是数数据据终终端端设设备备与与数数据据通通信信设设备备间间一一对用于数据发送
12、的联络信号对用于数据发送的联络信号14RS-232C的引脚(3)nDTR:数据终端准备好(终端数据终端准备好(终端数传机)数传机)n通通常常当当数数据据终终端端设设备备一一加加电电,该该信信号号就就有有效效,表表明明数数据终端设备准备就绪据终端设备准备就绪nDSR:数据装置准备好(终端数据装置准备好(终端数传机)数传机)n通通常常表表示示数数据据通通信信设设备备(即即数数据据装装置置)已已接接通通电电源源连连到通信线路上,并处在数据传输方式到通信线路上,并处在数据传输方式DTR和和DSR也也可可用用做做数数据据终终端端设设备备与与数数据据通通信信设设备间的联络信号,例如应答数据接收备间的联络信
13、号,例如应答数据接收15RS-232C的引脚(4)nGND:信号地信号地n为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平nCD:载波检测(载波检测(DCD)(终端(终端数传机)数传机)n当当本本地地调调制制解解调调器器接接收收到到来来自自对对方方的的载载波波信信号号时时,该该引引脚向数据终端设备提供有效信号脚向数据终端设备提供有效信号nRI:振铃指示(终端振铃指示(终端数传机)数传机)n当当调调制制解解调调器器接接收收到到对对方方的的拨拨号号信信号号期期间间,该该引引脚脚信信号号作为电话铃响的指示、保持有效作为电话铃响的指示、保持有效16RS-232C的引脚(5)n保护地
14、保护地(机壳地)(机壳地)n起起屏屏蔽蔽保保护护作作用用的的接接地地端端,一一般般应应参参照照设设备备的的使用规定,连接到设备的外壳或大地使用规定,连接到设备的外壳或大地nTxC:发送器时钟:发送器时钟n控制数据终端发送串行数据的时钟信号控制数据终端发送串行数据的时钟信号nRxC:接收器时钟:接收器时钟n控制数据终端接收串行数据的时钟信号控制数据终端接收串行数据的时钟信号173、RS-232C的连接n微微机机利利用用232C接接口口连连接接调调制制解解调调器器,用用于于实实现现通通过电话线路的远距离通信过电话线路的远距离通信n微微机机利利用用232C接接口口直直接接连连接接进进行行短短距距离离
15、通通信信。这这种种连连接接不不使使用用调调制制解解调调器器,所所以以被被称称为为零零调调制制解解调器调器(Null Modem)连接)连接184、RS-232C的电气特性n232C接口采用接口采用EIA电平(负逻辑)电平(负逻辑)n“0”电平为电平为3V15Vn“1”电平为电平为3V15Vn实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平(正逻辑)电平(正逻辑)n“1”电平:电平:2.4V5Vn“0”电平:电平:0V0.8V相互转换相互转换196.3.3 异步通信接收发送器8250n串串行行传传输输,需需要要并并行行到到串串行行和和串串行行到到并并行行的的转转换换,并按照传输协议发送和接收
16、每个字符(或数据块)并按照传输协议发送和接收每个字符(或数据块)n这些工作可由软件实现,也可用硬件实现这些工作可由软件实现,也可用硬件实现n8250有有40支支引引脚脚,采采用用双双列列直直插插式式封封装装,使使用用+5v电源。电源。20一、8250的内部结构n8250实实现现了了起起止止式式串串行行异异步步通通信信协协议议,支支持持全全双工通信:双工通信:n通信字符可选通信字符可选5、6、7、8位数据位位数据位n停止位可选停止位可选1、1.5、2位位n可可选选择择奇奇校校验验、偶偶校校验验、不不校校验验或或校校验验位位强强制制为为“1”/“0”n具有奇偶校验错、帧错和溢出等错错误检测电路具有
17、奇偶校验错、帧错和溢出等错错误检测电路n8250支持的数据传输速率为支持的数据传输速率为509600bpsn8250内内部部有有10个个可可寻寻址址的的8位位寄寄存存器器,分分为为3类类:数据类,控制类,状态类。数据类,控制类,状态类。P26921CPU发送保持寄存器发送保持寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器同步控制同步控制8250SOUT0/10/1 0/10/10/10/10/10/11.串行数据的发送并行数据并行数据加入起始位、校验位、停止位加入起始位、校验位、停止位串行数据串行数据双缓冲寄存器结构,保证数据的连续发送双缓冲寄存器结构,保证数据的连续发送223.串行数据的接收并行数据并行
18、数据检测接收错误,删除起始位、检测接收错误,删除起始位、校验位、停止位校验位、停止位串行数据串行数据CPU接收缓冲寄存器接收缓冲寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器同步控制同步控制8250SIN0/10/1 0/10/10/10/10/10/1双缓冲寄存器结构双缓冲寄存器结构,保证数据的连续接收保证数据的连续接收234.接收错误的处理n奇偶错误奇偶错误PE(Parity Error)n若接收到的字符的若接收到的字符的“1”的个数不符合奇偶校验要求的个数不符合奇偶校验要求n帧错误帧错误FE(Frame Error)n若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位)若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停
19、止位)n溢出错误溢出错误OE(Overrun Error)n若若接接收收移移位位寄寄存存器器接接收收到到一一个个数数据据,并并送送至至输输入入缓缓冲冲器时,器时,CPU还未取走前一个数据,就会出现数据溢出还未取走前一个数据,就会出现数据溢出n若接收缓冲器的级数多,则溢出错误的几率就少若接收缓冲器的级数多,则溢出错误的几率就少24二、8250的引脚n连接连接CPU的部分的部分n连接外设的部分连接外设的部分n注注意意:8250不不是是Intel公公司司的的产产品品,所所以以该该芯芯片片引引脚脚名名称称与与前前面面学学习习的的 8253、8255等等Intel产产品品有有所所不不同同,但但是是引引脚
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