串行通信及接口电路.pptx
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1、微机原理及接口教 学 课 件本章主要内容串行通信基础串行通信接口标准可编程串行通信接口芯片Intel 8251A的结构、编程及应用第1页/共49页形形色色的串口设备微机原理及接口教 学 课 件第2页/共49页并行通信和串行通信主要区别:数据传输方式,连线数量微机原理及接口教 学 课 件并行通信并行通信DnD0计算机计算机或外设数据线信号地控制/联络线数据线信号地控制/联络线计算机计算机或外设串行通信第3页/共49页8.1 8.1 串行通信基础串行通信:用一根信号线将数据逐位顺序传送串行通信的优势:通信线路少,在远距离通信时可以极大地降低成本;适合于远距离数据传送,也常用于速度要求不高的近距离数
2、据传送PC系列机上有两个串行异步通信接口,键盘/鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数据传送。微机原理及接口教 学 课 件第4页/共49页一、串行通信的传输方式两层含义:信号传输方式信号原样或调制成高频载波信号 线路传输方式通信双方线路的传输方式微机原理及接口教 学 课 件1 1、信号传输方式:信号的调制与解调数字信号数字信号模拟信号计算机 MODEM计算机 MODEM第5页/共49页 波形的三个基本特性决定有三种对应的信号调制技术:幅移键控、频移键控和相移键控微机原理及接口教 学 课 件2 2、线路传输方式:数据流向及线路使用方式全双工A单工B半双工ABAB复用器多工复用器S1SnS1Sn第6页
3、/共49页二、串行通信的种类串行异步通信不传送时钟信号,利用字符的再同步技术,实现一个个数据传送的通信方式串行同步通信传送时钟信号,利用同步时钟和同步字符技术,实现一批数据传送的通信方式微机原理及接口教 学 课 件第7页/共49页1.同步通信通信双方使用同一时钟以数据块(帧)为传输单位双方使用同一时钟(主控方提供时钟,被控方接收时钟)外同步:时钟信号另外安排一根传输线自同步:发送时将时钟信号与数据混合编码,接收时译码出时钟(单同步、双同步)数据格式:每个数据块前加12个同步字符(同步头)进行帧同步,一般采用CRC循环冗余校验码同步通信的数据传输效率和传输速率较高,但硬件电路比较复杂串行同步通信
4、主要应用在网络当中,最常使用的同步通信协议有高级数据链路控制协议(HDLC)微机原理及接口教 学 课 件第8页/共49页同步通信的数据格式:同步通信的数据格式:微机原理及接口教 学 课 件同步字符数据场CRC 1CRC 2单同步格式同步字符1 1 同步字符2 2数据场CRC 1CRC 2双同步格式数据场CRC 1 CRC 2外同步格式标志符01111110地址符8位数据场CRC 1 CRC 2 SDLC格式标志符01111110标志符01111110地址符8位控制符8位数据信息CRC 1 CRC 2标志符01111110 HDLC格式面向字符面向位第9页/共49页2.异步通信通信双方使用各自的
5、时钟串行异步通信以字符为单位进行传输,各个字符可以连续传送,也可以间断传送。异步通信双方各自用自己的时钟信号来控制发送和接收,通信是随机进行的串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送收发双方必须遵守共同的通信协议(通信规程):传送速率/信息格式/位同步/帧同步/数据校验/错误处理数据格式:起止式异步通信协议(NRZ)微机原理及接口教 学 课 件第10页/共49页起止式异步通信协议:起始位每个字符开始传送的标志,起始位采用逻辑0电平微机原理及接口教 学 课 件起始位附加位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1数
6、据位数据位紧跟着起始位传送。由58个二进制位组成,低位先传送附加位该位可用于校验或数据标识:可选择奇检验、偶校验或无校验位停止位表示该字符传送结束。停止位为逻辑1电平,可选择1、1.5、2位。空闲位传送字符之间的逻辑1电平,表示没有进行传送第11页/共49页异步串行格式演示:微机原理及接口教 学 课 件第12页/共49页三、串行通信的传输速率数据传输速率也称比特率(Bit Rate)每秒传输的二进制位数bps字符中每个二进制位持续的时间长度都一样,为数据传输速率的倒数传输速率反映了串行通信的速率,也反映了对传输通道的要求每位传送时间的倒数,当进行二进制数码传输,且每位时间长度相等时,比特率还等
7、于波特率(Baud Rate),使用调相技术可以同时传输2位或4位,这时,传输速率大于波特率。过去,串行通信(异步)的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在,串行通信可以达到115200 bps或更高微机原理及接口教 学 课 件第13页/共49页三、串行通信的传输速率微机原理及接口教 学 课 件举例:在异步传输过程中,设每个字符对应举例:在异步传输过程中,设每个字符对应1 1个起始位,个起始位,7 7个数据位,个数据位,1 1个奇偶个奇偶校验位和校验位和1 1个停止位,如果波特率为个停止位,如果波特率为12001200,请计算每秒最多能传输多少个字符,请计算每秒最多能传输多
8、少个字符?若同样波特率,用同步传输,用?若同样波特率,用同步传输,用4 4个同步字符作信息帧,每秒最多能传输多个同步字符作信息帧,每秒最多能传输多少个字符?少个字符?解:异步传输,每个字符共有解:异步传输,每个字符共有1010位位 每秒最多能传输字符为每秒最多能传输字符为 12001200位位/秒秒1010位位/字符字符=120=120(字符(字符/秒)秒)同步传输,传输同步传输,传输100100个字符所用的时间为个字符所用的时间为 7*7*(100+4100+4)/1200=0.6067/1200=0.6067秒秒 每秒最多能传输字符为每秒最多能传输字符为 100100字符字符 0.6067
9、0.6067秒秒=165=165(字符(字符/秒)秒)由此得出结论:在同样的传输速率下,同步传输的字符比异步传输的多。由此得出结论:在同样的传输速率下,同步传输的字符比异步传输的多。第14页/共49页四、信息的检错与纠错(差错控制技术)检错:发现传输中的错误奇偶检验方阵码检验循环冗余码CRC检验纠错:消除错误的方法重发纠错自动纠错混合纠错微机原理及接口教 学 课 件第15页/共49页8.2 8.2 串行接口标准RS-232CRS-232C美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口1962年公布,1969年修订,1987年1月正式改名为EIA-232D设计目的是用于连接调制解调器现已成为数据终
10、端设备DTE与数据通信设备DCE的标准接口,只控制DTE与DCE之间的通信 DTE数据终端设备,例如计算机DCE数据通信设备(数传机),例如调制解调器)DTE实际上是数据的信源或信宿,而DCE则完成数据由信源到信宿的传输任务可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机属于网络层次结构中的最低层:物理层微机原理及接口教 学 课 件第16页/共49页微机原理及接口教 学 课 件DTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器计算机计算机电话线RS-232C接口RS-232C接口RS-232CRS-232C接口的使用场合:第17页/共49页一、一、RS-232CRS-232C的机械电气特性的机械电气特性23
11、2C接口标准使用一个25针连接器,包括4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线绝大多数设备只使用其中9个信号,所以就有了9针连接器232C接口信号面向使用调制解调器的串行异步通信,可支持两个通信信道:主信道:用于数据传送次信道:次信道为辅助串行通道,主要提供通道控制,但其传输速率比主信道要低得多,其他跟主信道相同,通常较少使用微机原理及接口教 学 课 件第18页/共49页RS-232CRS-232C的引脚定义:的引脚定义:3组重要信号TXD/RXD,RTS/CTS,DTR/DSR微机原理及接口教 学 课 件RI9CTS8RTS7DSR6GND5DTR4TXD3RXD2DCD1第
12、19页/共49页RS-232CRS-232C的引脚(的引脚(1 1):):TxD:(Transmitted data)发送数据(终端数传机)串行数据的发送端RxD:(Received data)接收数据(终端数传机)串行数据的接收端微机原理及接口教 学 课 件第20页/共49页RS-232CRS-232C的引脚(的引脚(2 2):):DTR:(Data set ready)数据终端准备好(终端数传机)通常当数据终端设备一加电,该信号就有效,表明数据终端设备准备就绪DSR:(Data set ready)数据装置准备好(终端数传机)通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通电源连到通信线路上,并处
13、在数据传输方式DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号,例如应答数据接收,此两信号只表示设备本身可用,并不说明通信链路可以开始进行通信了微机原理及接口教 学 课 件第21页/共49页RS-232CRS-232C的引脚(的引脚(3 3):):RTS:(Request to send)请求发送(终端数传机)当数据终端设备准备好送出数据时,就发出有效的RTS信号,用于通知数据通信设备准备接收数据CTS:(Clear to send-CTS)清除发送(允许发送)(终端数传机)当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时,发出CTS有效信号来响应RTS信号RTS和CTS是数据终
14、端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号微机原理及接口教 学 课 件第22页/共49页RS-232CRS-232C的引脚(的引脚(4 4):):GND:信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平CD:载波检测(DCD)(终端数传机)当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时,该引脚向数据终端设备提供有效信号RI:振铃指示(终端数传机)当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON状态),通知终端,已被呼叫微机原理及接口教 学 课 件第23页/共49页RS-232CRS-232C的引脚(的引脚(5 5):):保护地(机壳地)起屏蔽保护作用的接地端,一般应参照设备的使用规定,
15、连接到设备的外壳或大地TxC:发送器时钟控制数据终端发送串行数据的时钟信号RxC:接收器时钟控制数据终端接收串行数据的时钟信号微机原理及接口教 学 课 件第24页/共49页RS-232CRS-232C的电气特性:的电气特性:232C接口采用EIA电平(负逻辑)“0”电平为3V15V“1”电平为3V15V实际常用12V或15V微机原理及接口教 学 课 件n标准TTL电平(正逻辑)n“1”电平:2.4V5Vn“0”电平:0V0.8V相互转换相互转换MAX232+5V第25页/共49页二、二、RS-232CRS-232C的连接的连接微机利用232C接口连接调制解调器,用于实现通过电话线路的远距离通信
16、微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器,所以被称为零调制解调器(Null Modem)连接微机原理及接口教 学 课 件第26页/共49页1 1、连接调制解调器、连接调制解调器微机原理及接口教 学 课 件电话线MODEM微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好DSR数据终端准备好DTR发送数据TxD接收数据RxD请求发送RTS允许发送CTS信号地GND载波检测CD振铃指示RI微机23456782022第27页/共49页2 2、不使用联络信号的、不使用联络信号的3 3线相连方式线相连方式微机原理及接口教 学 课 件
17、微机TxDRxDGND微机为了交换信息,为了交换信息,TxD和和RxD交叉连接,程序中不必交叉连接,程序中不必使使RTS和和DTR有效,也不检测有效,也不检测CTS和和DSR是否有效是否有效 TxDRxD第28页/共49页3 3、“伪伪”使用联络信号的使用联络信号的3 3线相连方式线相连方式微机原理及接口教 学 课 件RTS和和CTS各自互接,各自互接,DTR和和DSR各自互接,表明各自互接,表明请求传送总是允许、数据装置总是准备好请求传送总是允许、数据装置总是准备好微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机TxDRxDDSRDTRRTSCTS第29页/共49页4 4、使用联络信号的多
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- 串行 通信 接口 电路
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