第八章串行输入输出接口精选文档.ppt
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1、第八章串行输入输出接口本讲稿第一页,共四十八页第一节第一节 串行通信基础知识串行通信基础知识一、串行通信基本原理一、串行通信基本原理1.1.计算机的数据传送方式:计算机的数据传送方式:并行数据传送和串行数据传送并行数据传送和串行数据传送并行数据传送的特点:并行数据传送的特点:各数据位同时传送,控制简单各数据位同时传送,控制简单,速度速度快、效率高;成本高,且距离通常小于快、效率高;成本高,且距离通常小于3030米。米。计算机内部的数据传送都使并行数据传送。计算机内部的数据传送都使并行数据传送。本讲稿第二页,共四十八页串行数据传送的特点:串行数据传送的特点:数据传送按位数需进行,最少只需一根数据
2、传送按位数需进行,最少只需一根传输线,成本低传输线,成本低,可利用电话网等现成的设备;速度慢可利用电话网等现成的设备;速度慢,控制复控制复杂。距离可从几米到几千公里。杂。距离可从几米到几千公里。计算机通信计算机通信(串行通信串行通信)是指计算机与外部设备或计算机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与计算机之间的信息交换。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用在多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。串行通信方式。本讲稿第三页,共四十八页串行通信的方式串行通信的方式:异步通信异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟是指通信的发送与接收设备使用各自的时
3、钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调,控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调,要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。异步通信是以异步通信是以字符字符(构成的帧构成的帧)为单位进行传输,字符与字)为单位进行传输,字符与字符之间的间隙(时间间隔)是任意的,但每个字符中的各符之间的间隙(时间间隔)是任意的,但每个字符中的各位是以固定的时间传送的,即字符之间是异步的但同一字位是以固定的时间传送的,即字符之间是异步的但同一字符内的各位是同步的。符内的各位是同步的。2.2.异步串行通信的字符格式异步串行通信的字符格式:异步和同步方式异步和同步方式本讲稿第四
4、页,共四十八页5 不要求收发双方时钟的严格一致,实现容易,设备开销不要求收发双方时钟的严格一致,实现容易,设备开销较小,但每个字符要附加较小,但每个字符要附加2 23 3位用于起止位,各帧之间位用于起止位,各帧之间还有间隔,因此传输效率不高。还有间隔,因此传输效率不高。异步异步串行通信的字符格式串行通信的字符格式:异步通信的特点异步通信的特点:本讲稿第五页,共四十八页二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向 单工单工 半双工半双工 全双工全双工1 1、单工单工是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输。是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输。本讲稿第六页,共四十八页2 2、半双工半
5、双工是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进行。行。本讲稿第七页,共四十八页3 3、全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。是指数据可以同时进行双向传输。本讲稿第八页,共四十八页三、串行通信的信号形式三、串行通信的信号形式 近程和远程的串行通信的信号形式不同近程和远程的串行通信的信号形式不同 1.1.近程通信近程通信(本地通信本地通信)采用数字信号直接传送采用数字信号直接传送,在传送过程中不改变原数据代码的在传送过程中不改变原数据代码的波形和频率波形和频率.这种数据传送方式这种数据传送方式称为基带传送方式称为基带传送方式.寄存器寄存器串行接口串行接口计
6、算机计算机A ATTLTTL电平电平寄存器寄存器串行接口串行接口计算机计算机B BTTLTTL电平电平RS-232RS-232电平电平本讲稿第九页,共四十八页2.2.远程通信远程通信 10 利用利用调制器调制器(Modulator)(Modulator)把数字信号转换成模拟信号,然后把数字信号转换成模拟信号,然后送到通信线路上去,再由送到通信线路上去,再由解调器解调器(Demodulator)(Demodulator)把从通信线把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。路上收到的模拟信号转换成数字信号。通信是双向的,调制器和解调器合并在一个装置中,通信是双向的,调制器和解调器合并在一个装置中
7、,这就是通常说的这就是通常说的调制解调器调制解调器MODEMMODEM。本讲稿第十页,共四十八页2.2.波特率波特率:每秒钟调制信号变化的次数,单位是:波特每秒钟调制信号变化的次数,单位是:波特(Baud)(Baud)。如每秒钟传送如每秒钟传送240240个字符,而每个字符格式包含个字符,而每个字符格式包含1010位位(1(1个起始位、个起始位、1 1个停止位、个停止位、8 8个数据位个数据位),这时的比特,这时的比特率为:率为:四、传输速率四、传输速率1.1.比特率比特率:每秒钟传输二进制代码的位数,单位是:每秒钟传输二进制代码的位数,单位是:位秒位秒(bps)(bps)。比特率和波特率比特
8、率和波特率1010位位240240个个/秒秒=2400 bps=2400 bps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,对于基带对于基带传输比特率和波特率是相同的。传输比特率和波特率是相同的。所以,我们所以,我们也经常用波特率表示数据的传输速率。也经常用波特率表示数据的传输速率。注释注释本讲稿第十一页,共四十八页3设置波特率因子设置波特率因子在异步通信方式进行通信时,发送端需要用时钟来在异步通信方式进行通信时,发送端需要用时钟来决定每决定每1位对应的时间长度,接收端也需要用一个时钟来位对应的时间长度,接收端也需要用一个时钟来测定每测定每1位的时间长度,前一个时钟叫位的时间长度,
9、前一个时钟叫发送时钟发送时钟,后一个,后一个时钟叫时钟叫接收时钟接收时钟。这。这两个时钟的频率可以是波特率的数倍,两个时钟的频率可以是波特率的数倍,一一般取般取16倍、倍、32倍或倍或64倍。倍。这个倍数就称为波特率因子。这个倍数就称为波特率因子。本讲稿第十二页,共四十八页第二节第二节 串行通信的实现串行通信的实现 1 1、并行通信和串行通、并行通信和串行通 信的特点:信的特点:串行通信是逐位传送数据,所以一串行通信是逐位传送数据,所以一个多位数据需要多次传送。比如一个多位数据需要多次传送。比如一个个8 8位的字节型数据至少需要位的字节型数据至少需要8 8次传次传送。它有如下特点:送。它有如下
10、特点:速度较慢;速度较慢;引线少;引线少;距离长。距离长。本讲稿第十三页,共四十八页2 2、串行通信的硬件条件、串行通信的硬件条件 在硬件上,串行通信系统的核心部件是移在硬件上,串行通信系统的核心部件是移位寄存器,其中在发端要有一个位寄存器,其中在发端要有一个并入串出并入串出移移位寄存器,在收端要有一个位寄存器,在收端要有一个串入并出串入并出移位寄移位寄存器存器(因为计算机内部均为并行数据)(因为计算机内部均为并行数据)。本讲稿第十四页,共四十八页D7D7D7D7D7D7:本讲稿第十五页,共四十八页第三节第三节异步接收异步接收/发送器(发送器(UART)串行接口的基本结构主要是异步接收串行接口
11、的基本结构主要是异步接收/发送发送器(器(UARTUART),它不仅包括并行数据和串行数),它不仅包括并行数据和串行数据之间的相互转换,还有检测串行通信在传据之间的相互转换,还有检测串行通信在传送过程中可能发生错误的逻辑部件。送过程中可能发生错误的逻辑部件。本讲稿第十六页,共四十八页本讲稿第十七页,共四十八页四、信号的调制和解调四、信号的调制和解调 由于模拟信号的传输比数字信号传由于模拟信号的传输比数字信号传输更为有效,因而可将数字信号调制成输更为有效,因而可将数字信号调制成模拟信号进行传输,用解调器把接收的模拟信号进行传输,用解调器把接收的模拟信号再转换成数字信号。模拟信号再转换成数字信号。
12、本讲稿第十八页,共四十八页FSK(Frequency-shiftkeying):频移键控。就是用数字信号去调制载波的频率。):频移键控。就是用数字信号去调制载波的频率。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。最常见的是用两个频率承载二进制最常见的是用两个频率承载二进制1和和0的双频的双频FSK系统。系统。本讲稿第十九页,共四十八页8.3 8.3 可编程串行通讯接口芯片可编程串行通讯接口芯片8251A8251A简介简介 8251A 8251A芯片是芯片是INTELINTEL公司生产的大
13、规模集成电路芯片,公司生产的大规模集成电路芯片,是与是与INTELINTEL系列系列CPUCPU兼容的可编程的串行通讯接口。虽兼容的可编程的串行通讯接口。虽然然8251A8251A功能较强,但它需要外部时钟电路。因此采用功能较强,但它需要外部时钟电路。因此采用8251A8251A作为接口电路时需要比较复杂的外围电路。而目作为接口电路时需要比较复杂的外围电路。而目前流行的单片机如前流行的单片机如MCS51MCS51系列,系列,CPUCPU内部就集成了串行接内部就集成了串行接口部件及定时器口部件及定时器/计数器,几乎不需要外围辅助电路,计数器,几乎不需要外围辅助电路,使用起来非常简单,性能价格比很
14、高,因此现在越来越使用起来非常简单,性能价格比很高,因此现在越来越多的数字化仪器仪表电路中不再采用多的数字化仪器仪表电路中不再采用8251A8251A而是使用单片而是使用单片机作为串行通信接口了。机作为串行通信接口了。本讲稿第二十页,共四十八页一、主要基本性能一、主要基本性能1 1可用于同步和异步传送可用于同步和异步传送2 2波特率波特率,DC,DC19.2K(19.2K(异步异步);DCDC 64K(64K(同步同步)。3 3完全双工,双缓冲发送和接收完全双工,双缓冲发送和接收4 4与与8080/8085CPU8080/8085CPU完全兼容完全兼容本讲稿第二十一页,共四十八页二、内部结构二
15、、内部结构 发送和接收电路调制解调控制电路 总线接口部分本讲稿第二十二页,共四十八页8.4 8.4 串行通信接口串行通信接口RSRS232C232C一、一、RS232C电器特性及接口信号电器特性及接口信号1电气特性电气特性 在数据线在数据线TXDTXD和和RXDRXD上:上:逻辑逻辑1=1=3V3V15V15V 逻辑逻辑0=0=3V3V15V15V 在控制线和状态线在控制线和状态线RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD上:上:信号有效信号有效3V3V15V15V 信号无效信号无效3V3V15V15V本讲稿第二十三页,共四十八页 现在的台式现在的台式PC机一般至少
16、有两个机一般至少有两个RS232串行口串行口COM1和和COM2,通常使用的,通常使用的是是9针针D形连接器,而也有使用的是老式形连接器,而也有使用的是老式的的DB25针连接器。针连接器。9芯信号方向来自缩写描述1调制解调器CD载波检测2调制解调器RXD接收数据3PCTXD发送数据4PCDTR数据终端准备好5GND信号地6调制解调器DSR通讯设备准备好7PCRTS请求发送8调制解调器CTS允许发送9调制解调器RI响铃指示器本讲稿第二十四页,共四十八页2RS232C与与TTL转换转换RSRS232C232C是用正负电压来表示逻辑状态,与是用正负电压来表示逻辑状态,与TTLTTL以高低电平表示逻辑
17、状态的规定不同。因此,为了能够以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够使计算机接口与终端的使计算机接口与终端的TTLTTL器件连接,必须在器件连接,必须在RSRS232C232C与与TTLTTL电路之间进行电平和逻辑关系变换。电路之间进行电平和逻辑关系变换。本讲稿第二十五页,共四十八页本讲稿第二十六页,共四十八页3RS-232C的接口信号的接口信号可以用电缆线直接连接标准可以用电缆线直接连接标准RS232RS232端口,端口,但通信距离较近但通信距离较近(12m)(12m)。若。若 距离较远,可距离较远,可附加调制解调器(附加调制解调器(MODEMMODEM)。)。RSRS232C23
18、2C规标准规标准接口有接口有2525条线,最常用的信号线有条线,最常用的信号线有9 9根。根。本讲稿第二十七页,共四十八页二、二、RSRS232C232C应用举例应用举例 1 1RSRS232C232C串口通信接线方法(三线制)串口通信接线方法(三线制)本讲稿第二十八页,共四十八页2 2BIOSBIOS串行通信口功能串行通信口功能 IBM IBM PCPC及及其其兼兼容容机机提提供供了了比比较较灵灵活活的的关关于于串串行行口口的的BIOSBIOS中中断断调调用用方方法法,即即通通过过INT INT 14H14H调调用用ROM ROM BIOSBIOS串串行行通通信信口口例例行行程程序序。该该例
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