串行_interface課件

1、第八章 串并行通信及接口電路第一節(jié) 串行通信的基本概念n串行通信的特點：n數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上按時間先后一位一位地傳送；節(jié)省傳輸線（優(yōu)點）；數(shù)據(jù)傳輸率較低（缺點）。n主要適用于長距離、低速率的通信中。串行通信涉及的常用術(shù)語n單工、半雙工和全雙工n單工（Simplex)n特點：僅能進(jìn)行一個方向的數(shù)據(jù)傳送 設(shè)備A發(fā)送器設(shè)備B接收器Data flown半雙工（Half Duplex）n特點：數(shù)據(jù)可以在兩個方向上進(jìn)行傳送，但是這種傳送絕不能同時進(jìn)行。【雙向，但不同時】設(shè)備A發(fā)送器/接收器設(shè)備B接收器/發(fā)送器Data flown全雙工（Full Duplex）特點：能夠在兩個方向同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

2、設(shè)備A發(fā)送器/接收器設(shè)備B接收器/發(fā)送器數(shù)據(jù)傳輸率 n每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位為bps（bit per second ）也稱比特率。n波特率每秒傳輸?shù)摹胺枴保ㄒ卜Q離散狀態(tài)）的個數(shù)?！纠?，每秒傳送1個符號，則波特率為1波特】n在計算機(jī)中，一個“符號”的含義為高、低兩種電平，分別代表邏輯值“1”和“0”，所以每個符號的信息量為1比特，此時波特率與比特率剛好一致。n但在其他一些場合（例如通信中采用的“相一幅”復(fù)合調(diào)制技術(shù)一個“符號”的信息含量就不是一個比特，此時，波特率就不等于比特率。發(fā)送時鐘和接收時鐘 RxCTxCTxD數(shù)據(jù)輸入寄存器輸入移位寄存器1，16，32數(shù)據(jù)輸出寄存器輸出移位寄存器1

3、，16，32CLK(主時鐘)（串行數(shù)據(jù)輸入）輸入移位脈沖（串行數(shù)據(jù)輸出）輸出移位脈沖接收時鐘發(fā)送時鐘RxDn*現(xiàn)在的電話網(wǎng)是模擬通信系統(tǒng)，它是為傳輸話音信息而設(shè)計的。要在電話網(wǎng)上傳送數(shù)字信號，必須經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)。n實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)兩個過程的設(shè)備稱為“調(diào)制解調(diào)器”（Modulator DemodulatorModem） n方法：選取音頻范圍某一頻率的正（余）弦模擬信號作為載波，用以運載所要傳送的數(shù)字信號。要用傳送的數(shù)字信號改變載波信號的幅值、頻率或相位，使之在信道上傳送；到達(dá)信道另一端，再將數(shù)字信號從載波中取出。000001111數(shù)字信號(a)調(diào)幅(b)調(diào)頻 (c)調(diào)相按數(shù)字信號的值改變載波信號的

4、幅度按數(shù)字信號的值改變載波信號的頻率按數(shù)字信號的值改變載波信號的相位波特率因子F（時鐘頻率）波特率因子波特率n波特率因子：數(shù)據(jù)傳輸率（波特率）與時鐘頻率之間的比例系數(shù)n給定時鐘頻率，選擇不同的波特率因子可得到不同的波特率。例如：f = 19.2 kHz，若選波特率因子為16，則波特率為1200 bps。n若選定波特率因子和波特率，則相應(yīng)的確定了對時鐘頻率的要求。12001619200（時鐘頻率）若外部時鐘電路的頻率F1Mhz，需用8253分頻，試計算分頻系數(shù)（8253的計數(shù)初值）？n計數(shù)初值時鐘頻率（波特率波特率因子）實驗 8251外部的時鐘電路CLK 8253 OUT1，16，1MHzN分頻

5、19.2KHz移位脈沖異步方式與同步方式n異步方式（Asynchronous）：也稱“起止同步式”。串行異步傳輸數(shù)據(jù)格式：工作特點：151/0001115-8位數(shù)據(jù)位1/0停止位或空閑位1 1起始位奇偶校驗位停止位或、22111第n個字符空閑位第n+1個字符低位高位（2）同步方式（Synchronous）n串行同步通信信息格式n同步方式的工作特點：（1）（5），P194P195同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)數(shù)據(jù)（DATA)*同步通信的效率（協(xié)議開銷）n例：SDLC/HDLC幀格式：n假定數(shù)據(jù)長度為2048位，通信效率為：2048/（204848）97% 協(xié)議開銷僅為3n一般公式：SD

6、LC/HDLC協(xié)議開銷1.0N/(N+48)，其中N為發(fā)送數(shù)據(jù)的比特數(shù)。標(biāo)志01111110地址8位控制8位CRC8位標(biāo)志01111110數(shù)據(jù)場差錯校驗n奇偶校驗（Parity Check ）nCRC校驗（Cyclic Redundancy Check ） 第二節(jié) 串并通信接口標(biāo)準(zhǔn)一、EIA RS232C/CCITT V.24標(biāo)準(zhǔn)nEIA RS232C，1969年，適合于DTE和DCE之間相互連接與通信的串行通信規(guī)程。（1987年11月，經(jīng)修改正式命名為RS232D）DTEData Terminal EquipmentDCEData Communication Equipment。 【Data

7、 Circuitterminating Equipment】PSTNPublic Switched Telephone Network機(jī)械接口特性（圖8.6）nDB25連接器 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2113 【EIA RS232D為ISO 2110】nEIA規(guī)定：插座（female）應(yīng)裝在DCE上；插頭（male）應(yīng)插在DTE上。電路功能特性（表81）n25個功能引腳僅定義了22個，22個信號分成兩個信道組主信道組（第一信道）和輔信道組（第二信道）n常用的RS-232C接口信號（表82）n信號定時關(guān)系電氣信號特性（信號電平的規(guī)定）n采用負(fù)邏輯：5V15V邏輯0 5V15V邏輯1nRS-232C電平與

8、TTL電平之間的轉(zhuǎn)換（圖8.8）TTL電平RS-232C電平：MC1488RS-232C電平TTL電平：MC1489電平轉(zhuǎn)換電路“0”轉(zhuǎn)換區(qū)“1”“0”轉(zhuǎn)換區(qū)“1”2V噪聲容限15V5V5V15V15V3V3V15V規(guī)程特性（略）nEIA RS232-CCCITT V.24是ISO/OSI七層參考模型中物理層的典型接口標(biāo)準(zhǔn)之一二、常見的幾種RS-232C電纜連接方式n全雙向標(biāo)準(zhǔn)電纜n三線經(jīng)濟(jì)方式n具有多種“自環(huán)”的三線方式n零調(diào)制解調(diào)器（Null Modem）DB-9連接器DB-9 and DB-25 RS-232 Pin DesignationsSignalDB-9DB-25DCD18RxD

9、23TxD32DTR420GND57DSR66RTS74CTS85RI922The 9- and 25-Pin Connectors used by the PCs serial ports are male connectors; the printer and video cards use female connectors.參見“Modem連線大全”P81 三、RS-449及RS-422A，RS-423AnEIA RS-449，機(jī)械及功能特性（9針，37針），1977.11nEIA RS-423A，采用“非平衡接口電路”，1978.9傳輸率300k bps傳輸距離10m（300k bp

10、s）1000m（3k bps）nEIA RS-422A，采用“平衡接口電路”，1978.9傳輸率10M bps傳輸距離10m（10M bps）1000m（100k bps） 本 地 Modem遠(yuǎn) 程 Modem 計 算 機(jī)終 端123456782022101103104105106107102109108125機(jī)殼地發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)請求發(fā)送允許發(fā)送Modem就緒信號地載波檢測終端就緒呼叫指示載波檢測呼叫指示電話線CCITT信號名插腳號圖3-5 V.24/RS-232C 信號連接與定時關(guān)系a)信號線連接表表31 CCITTV.24/RS232C的部分接口信號表的部分接口信號表功能縮寫符號信號名插

11、腳號信號意義CCITTVEIA 101AA1機(jī)殼地SG102AB7信號地TXD103BA2發(fā)送數(shù)據(jù)線，方向由終端至ModemRXD104BB3接受數(shù)據(jù)線，方向由Modem至終端RTS105CA4請求發(fā)送線，方向由終端至ModemCTS106CB5允許發(fā)送線，方向由Modem至終端DSR107CC6Modem就緒線，表示Modem已連到線路上待用，方向從Modem至終端DTR108CD20終端就緒線，表示終端已連到線路上待用，方向從終端至ModemCD109CF8數(shù)據(jù)載波檢測線，表示Modem接收到指示有數(shù)據(jù)到達(dá)的載波信號，方向從Modem至終端RI125CE22呼叫指示線，表示Modem接收到

12、呼叫信號，方向從Modem至終端（1）其中，其中，EIA的信號名的信號名： 以以A開頭開頭信號地或者保護(hù)地；信號地或者保護(hù)地； 以以B開頭開頭數(shù)據(jù)信號；數(shù)據(jù)信號； 以以C開頭開頭控制信號；控制信號； 以以D開頭開頭定時信號；定時信號； 以以S開頭開頭第二信道。第二信道。（2）功能縮寫符號（不是標(biāo)準(zhǔn)本身定義的）功能縮寫符號（不是標(biāo)準(zhǔn)本身定義的） SGSGSignal Ground Signal Ground ； TXDTXDTransmit DataTransmit Data；DTRDTRData Terminal ReadyData Terminal Ready； RXDRXDReceive

13、DataReceive Data；DSRDSRData Set ReadyData Set Ready； RTSRTSRequest To SendRequest To Send；CDCDCarrier DetectCarrier Detect； CTSClear To SendCTSClear To Send；RIRing IndicateRIRing Indicate； 第三節(jié)第三節(jié) 串行接口的基本結(jié)構(gòu)與功能串行接口的基本結(jié)構(gòu)與功能典型的串行異步接口的基本結(jié)構(gòu)如圖8.10所示。 第四節(jié)第四節(jié) 可編程串并行通信接口片可編程串并行通信接口片 8251A 一 、 U S A R T 通 用 同

14、步 異 步 接 收 器 通 用 同 步 異 步 接 收 器 / 發(fā) 送 器發(fā) 送 器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter） UART：Universal Asynchronous Receiver Transmitter USRT：Universal Synchronous Receiver Transmitter 典型芯片：Intel 8251，Zilog SIO，Motorola ACIA。 USART結(jié)構(gòu)：（見APPENDIX B） intel 8251APROGRAMMABLE COMMUNICATION IN

15、TERFACEn Synchronous and Asynchronous Operationn Synchronous 5-8 Bit Characters； Internal or External Character Synchronization； Automatic Sync Insertionn Asynchronous 5-8 Bit Characters； Clock Rate-1,16 or 64 Times Baud Rate； Break Character Generation；1,1.5, or 2 Stop Bits； False Start Bit Detecti

16、on； Automatic Break Detect and Handling；n Synchronous Baud Rate DC to 64K Baudn Asynchronous Baud Rate DC to 19.2K Baudn Full Duplex, double Buffered, Transmitter and Receivern Error Detection Parity, Overrun and Framingn Fully Compatible with 8080/8085 CPUn 28-Pin DIP Packagen All Inputs and Output

17、s are TTL Compatiblen Single + 5V Supplyn Single TTL Clock 表表83 8251A的讀的讀/寫控制真值表寫控制真值表1、8251A方式選擇控制字方式選擇控制字 2、操作命令控制字操作命令控制字 操作命令控制字直接讓8251A實現(xiàn)某種操作或進(jìn)入規(guī)定的工作狀態(tài)，它只有在設(shè)定了方式選擇控制字后，才能由CPU寫入，8251A的操作命令控制字格式如圖8.17所示。 CPU可在8251A工作工程中利用輸入指令（IN指令）讀取當(dāng)前8251A的狀態(tài)字，從而可以檢測接口和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。8251A的狀態(tài)字格式如圖8.18所示。 8251A初始化和數(shù)據(jù)傳

18、送流程圖初始化和數(shù)據(jù)傳送流程圖 第五節(jié)第五節(jié) 并行通信及接口電路并行通信及接口電路 并行通信的主要特點： 數(shù)據(jù)在多條并行傳輸線上各位同時傳送；和串行傳送相比，在同樣的時鐘速率下，并行傳送的信息傳輸率較高；但所用信號線數(shù)量較多。 適用于信息傳輸率要求較高，而傳輸距離較短的場合。 一、并行接口的組成一、并行接口的組成 組成：見圖8.22 “握手”信號（Handshaking）： 輸入準(zhǔn)備好 輸入回答 輸出準(zhǔn)備好 輸出回答 功能：“通信中的每一過程都有應(yīng)答，彼此進(jìn)行確認(rèn)。新過程必須在對方對上一過程進(jìn)行應(yīng)答后發(fā)生。” 二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程（詳見二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程（詳見8255）

19、第六節(jié)第六節(jié) 可編程并行通信接口片可編程并行通信接口片8255A 一、性能概要：性能概要： 有三個輸入輸出端口：端口A，端口B，端口C 每個端口可編程設(shè)定為輸入端口或輸出端口，并可設(shè)定為不同的工作方式。 端口C可作為一個獨立的端口使用，但常常是配合A口和B口工作，為這兩個端口的輸入輸出操作提供聯(lián)絡(luò)信號。二、外部引腳外部引腳40個引腳：電源線、地線2條（Vcc，GND）； 三個端口信號線24條（與外設(shè)相連）； RESET，CS，WR，RD，D7D0，A1，A0； 三內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8.24（P222）三個端口分為兩組進(jìn)行控制： A組 A口（PA7PA0） C口高4位（PC7PC4） B組 C口

20、低4位（PC3PC0） B口（PB7PB0）具體控制字格式見后 四8255A的控制字的控制字 1 方式選擇控制字（圖8.25） 最高位（D7）一定為1標(biāo)識位； D6，D5，D4，D3A組的工作方式及端 口的輸入、輸出設(shè)定 D2，D1，D0B組的工作方式及端口的 輸入、輸出設(shè)定 例：P224 2 端口C置1置0控制字（圖8.26） 最高位（D7）一定為0標(biāo)識位； D6，D5，D4無關(guān) D3，D2，D1位選擇 D01：置1；0：置0 例：P224 五五8255A的工作方式的工作方式1、方式0基本輸入輸出方式（不帶“握手”信 號的工作方式） A口C口（兩個4位端口）、B口共可構(gòu)成16種輸入輸出工作組態(tài) 2、方式1選通的輸入輸出方式（帶