串行通信及接口电路优秀课件.ppt
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1、串行通信及接口电路串行通信及接口电路第1页,本讲稿共49页 串行通信串行通信11.1 Intel 8251A Intel 8251A可编程通信接口可编程通信接口11.2第2页,本讲稿共49页11.1 11.1 串行通信串行通信11.1.1 11.1.1 概述概述CPUCPU和外设之间通信形式:和外设之间通信形式:CPUCPU与外部的信息交换称为通信与外部的信息交换称为通信(Communication)(Communication)。基本的通信方式有两种基本的通信方式有两种:并行通信并行通信数据的各位同时传送;数据的各位同时传送;串行通信串行通信数据一位一位顺序传送。数据一位一位顺序传送。异步通
2、信异步通信 同步通信同步通信 第3页,本讲稿共49页并行通信与串行通信方式并行通信与串行通信方式第4页,本讲稿共49页1 1 1 1、串行通信中使用的术语:、串行通信中使用的术语:、串行通信中使用的术语:、串行通信中使用的术语:(1 1)发送时钟和接收时钟:)发送时钟和接收时钟:二进制数据序列在传输线上是以二进制数据序列在传输线上是以数字数字信号信号形式出现,即高电平表示二进制数形式出现,即高电平表示二进制数1 1,低电平表示二进制数,低电平表示二进制数0 0。而且而且每一位持续的时间是固定每一位持续的时间是固定的。的。在发送时是以发送时钟作为数据位的划分界限。在发送时是以发送时钟作为数据位的
3、划分界限。在接收时是以接收时钟作为数据位的检测。在接收时是以接收时钟作为数据位的检测。发送时钟发送时钟:并行的数据序列送到移位寄存器,由发送时钟触发:并行的数据序列送到移位寄存器,由发送时钟触发进行移位输出,数据位的时间间隔由发送时钟周期划分。进行移位输出,数据位的时间间隔由发送时钟周期划分。接收时钟:接收时钟:接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲将串行数据逐接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲将串行数据逐位打入移位寄存器,转换成并行数据。位打入移位寄存器,转换成并行数据。第5页,本讲稿共49页(2 2)DTEDTE和和DSEDSE 数据终端设备(数据终端设备(DTEDTE):是对属于用户所有联网设备
4、和工作站的是对属于用户所有联网设备和工作站的统称。统称。数据装置(数据装置(DSEDSE):是对网络设备的统称,该设备为用户设是对网络设备的统称,该设备为用户设备提供人网的连接点。备提供人网的连接点。自动呼叫应答设备,调制解调和其他一自动呼叫应答设备,调制解调和其他一些中间设备均属些中间设备均属DSEDSE。信道:信道:是传输信息所经过的路径,是连接是传输信息所经过的路径,是连接2个个DTEDTE的线路的线路。它。它包括传输介质和有关的中间设备。包括传输介质和有关的中间设备。DTE数据终数据终端设备端设备DTE数据终数据终端设备端设备DSEDSE信道信道第6页,本讲稿共49页 2.2.同步通信
5、与异步通信同步通信与异步通信(1 1)非同步非同步(异步异步)通信通信ASYNC(Asynchronous DataASYNC(Asynchronous DataCommunication)Communication)用用一个起始位一个起始位表示字符的开始,用表示字符的开始,用停止位停止位表示字符的结束。表示字符的结束。一帧:一帧:从起始位开始到停止位结束的时间。从起始位开始到停止位结束的时间。异步帧格式:异步帧格式:起始位(起始位(1 1位)位)+数据位(数据位(5858位)位)+奇偶校验位(无奇偶校验位(无/1/1位)位)+停止位(停止位(1 1、1.51.5或或2 2位)位)一个字符:一
6、个字符:一帧。一帧。如:一位起始位,如:一位起始位,7 7位数据位,位数据位,1 1位奇偶校验位,一位停止位;则位奇偶校验位,一位停止位;则一个字符(一帧)由一个字符(一帧)由1010个二进制位组成。个二进制位组成。第7页,本讲稿共49页 异步通信格式异步通信格式第8页,本讲稿共49页 在异步通信时,在在异步通信时,在CPUCPU与外设之间必须有三项规定:与外设之间必须有三项规定:字符格式:字符格式:字符的编码形式、奇偶校验形式、起始位和停字符的编码形式、奇偶校验形式、起始位和停止位的规定。止位的规定。例如:例如:用用ASCIIASCII编码,字符为编码,字符为7 7位,加一位奇偶校验位,一位
7、位,加一位奇偶校验位,一位起始位,以及一位停止位,共起始位,以及一位停止位,共1010位。位。数据信号传送速率:数据信号传送速率:每秒传送的每秒传送的字符个数字符个数。波特率:波特率:每秒传送的每秒传送的二进制位数二进制位数。(单位:。(单位:bpsbps)波特率标准系列:波特率标准系列:110110,300300,600600,12001200,18001800,24002400,48004800,96009600,14.4K,19.2K,28.8K,33.6K,56Kbps14.4K,19.2K,28.8K,33.6K,56Kbps第9页,本讲稿共49页 异步通信特点:异步通信特点:传送速
8、度慢,发送端和接收端的时钟传送速度慢,发送端和接收端的时钟可以独立,发送和接收同步处理简单,适合远距离传输。可以独立,发送和接收同步处理简单,适合远距离传输。波特率和信号传送速率的关系:波特率和信号传送速率的关系:例如:数据信号传送的速率是例如:数据信号传送的速率是120120字符字符/秒,而每一字符包含秒,而每一字符包含1010个个数据位,则每秒传送的二进制位数数据位,则每秒传送的二进制位数(常称为常称为bpsbps,波特率波特率)为:为:波特率:波特率:10120=1200(10120=1200(位位/秒秒)=1200(bps)=1200(bps)每一位的传送时间即为:每一位的传送时间即为
9、:Td=1/1200=0.833(ms)Td=1/1200=0.833(ms)波特率和收、发时钟的关系:波特率因子波特率和收、发时钟的关系:波特率因子b/s/s =收收/发时钟发时钟nn:叫波特率因子叫波特率因子(可取可取 1,16,64)第10页,本讲稿共49页波特率因子波特率因子n=16时,对数据的采样时,对数据的采样在异步通信方式进行通信时,在异步通信方式进行通信时,在异步通信方式进行通信时,在异步通信方式进行通信时,发送端发送端发送端发送端需要用时钟来决定每需要用时钟来决定每需要用时钟来决定每需要用时钟来决定每1 1位对应的时间长度,位对应的时间长度,位对应的时间长度,位对应的时间长度
10、,接收端接收端接收端接收端也需要用一个时钟来测定每也需要用一个时钟来测定每也需要用一个时钟来测定每也需要用一个时钟来测定每1 1位的时间长度,前一个时钟叫位的时间长度,前一个时钟叫位的时间长度,前一个时钟叫位的时间长度,前一个时钟叫发送时钟发送时钟发送时钟发送时钟,后,后,后,后一个时钟叫一个时钟叫一个时钟叫一个时钟叫接收时钟接收时钟接收时钟接收时钟。这两个时钟的频率可以是波特率的数倍,一般取这两个时钟的频率可以是波特率的数倍,一般取这两个时钟的频率可以是波特率的数倍,一般取这两个时钟的频率可以是波特率的数倍,一般取1616倍、倍、倍、倍、3232倍或倍或倍或倍或6464倍。这倍。这倍。这倍。
11、这个倍数就称为个倍数就称为个倍数就称为个倍数就称为波特率因子波特率因子波特率因子波特率因子。第11页,本讲稿共49页同步通信特点:同步通信特点:传送速度快,发送端和接收端传送速度快,发送端和接收端必须使用同一个同步必须使用同一个同步时钟信号时钟信号,发送和接收同步处理复杂。适合近距离传输。,发送和接收同步处理复杂。适合近距离传输。计算机到计算机之间的通信。计算机到计算机之间的通信。计算机到计算机到CRT/外设之间的通信等。外设之间的通信等。(2)同步通信同步通信在数据块开始处用同步字符来指示开始传送数据。在数据块开始处用同步字符来指示开始传送数据。同步帧格式:同步帧格式:同步字符同步字符+【同
12、步字符】【同步字符】+字符块字符块+校验符串校验符串第12页,本讲稿共49页 3.3.异步通信时数据传送方向异步通信时数据传送方向单工通信:单工通信:两个设备之间只有两个设备之间只有一条通信通道一条通信通道,一个设备固定,一个设备固定发送,一个设备固定接收。发送,一个设备固定接收。半双工通信:半双工通信:两个设备之间只有两个设备之间只有一条通信通道一条通信通道,可以由,可以由A设设备发送备发送B设备接收,也可以由设备接收,也可以由B设备发送,设备发送,A设备接收。设备接收。全双工通信:全双工通信:两个设备之间有两个设备之间有两条通信通道两条通信通道,可以同时双向通信。,可以同时双向通信。第13
13、页,本讲稿共49页 4.4.信号的调制和解调信号的调制和解调计算机通信是一种数字信号的通信,如图计算机通信是一种数字信号的通信,如图11-7所示。所示。RS 232C接口接口RS 232C接口接口第14页,本讲稿共49页 FSK(频移键控)调制法原理(频移键控)调制法原理第15页,本讲稿共49页 5.5.串行串行I/OI/O的实现的实现并行转串行:并行转串行:当数据由计算当数据由计算机送至数据终端时,先要把机送至数据终端时,先要把并行的数据转换为串行的再并行的数据转换为串行的再传送;传送;串行转并行:串行转并行:在计算机接收由在计算机接收由终端送来的数据时,先要把串终端送来的数据时,先要把串行
14、的数据转换为并行的数据。行的数据转换为并行的数据。这样的转换可以这样的转换可以用软件用软件也可以也可以用硬件用硬件实现。实现。第16页,本讲稿共49页 6.6.串行通信的校验方法串行通信的校验方法 串行通信主要适用于远距离通信,因而噪声和干扰较大,需串行通信主要适用于远距离通信,因而噪声和干扰较大,需要由校验环节。要由校验环节。常用的校验方法有:常用的校验方法有:奇偶校验,循环冗余校验奇偶校验,循环冗余校验CRC(Cyclic CRC(Cyclic Redundancy Check)Redundancy Check)等。等。(1)(1)奇偶校验奇偶校验奇偶校验这种校验方法主要用于奇偶校验这种校
15、验方法主要用于对一个字符的传送过对一个字符的传送过程程进行校验。进行校验。在发送时,在每一个字符的最高位之后在发送时,在每一个字符的最高位之后(发送总是最低有效发送总是最低有效位位D0D0先发送先发送)都附加一个奇偶校验位,这个校验位本身有可能是都附加一个奇偶校验位,这个校验位本身有可能是“1”“1”或或“0”“0”,加上这个校验位,使所发送的任何字符中的,加上这个校验位,使所发送的任何字符中的“1”“1”的个数始终为奇数的个数始终为奇数奇校验,或偶数奇校验,或偶数偶校验。偶校验。第17页,本讲稿共49页接收时,检查所接收的字符连同这个奇偶校验位,其为接收时,检查所接收的字符连同这个奇偶校验位
16、,其为“1”“1”的的个数是否符合规定,若不符合规定就置出错标志,供个数是否符合规定,若不符合规定就置出错标志,供CPUCPU查询及查询及处理。处理。奇偶校验位的产生和检验,可用奇偶校验位的产生和检验,可用软件软件或或硬件硬件的方法实现。的方法实现。(2)(2)循环冗余校验(循环冗余校验(CRCCRC校验)校验)发送方利用编码理论,对传送的串行二进制码序列,发送方利用编码理论,对传送的串行二进制码序列,以一定规则产生一些校验码,并将校验码放在二进制码之以一定规则产生一些校验码,并将校验码放在二进制码之后,形成符合一定规则的新的二进制码序列(编码),并后,形成符合一定规则的新的二进制码序列(编码
17、),并将新的二进制码序列发送出去;将新的二进制码序列发送出去;接受方根据信息与校验码之间所符合的规则进行检接受方根据信息与校验码之间所符合的规则进行检测(译码),从而检测出传送过程中是否有错。测(译码),从而检测出传送过程中是否有错。第18页,本讲稿共49页11.1.2 11.1.2 串行接口标准串行接口标准EIA RS-232CEIA RS-232C接口接口EIA(Electronics Industries EIA(Electronics Industries Association)RS(Recommended Standard)-232CAssociation)RS(Recommend
18、ed Standard)-232C是目前最常用的是目前最常用的一种串行通信接口。一种串行通信接口。第19页,本讲稿共49页现在的台式现在的台式现在的台式现在的台式PCPCPCPC机一般有两个机一般有两个机一般有两个机一般有两个RSRSRSRS232232232232串行口串行口串行口串行口COM1COM1COM1COM1和和和和COM2COM2COM2COM2,通常,通常,通常,通常COM1COM1COM1COM1使用的是使用的是使用的是使用的是9 9 9 9针针针针D D D D形连接器,而形连接器,而形连接器,而形连接器,而COM2COM2COM2COM2使用的是老式的使用的是老式的使用的
19、是老式的使用的是老式的DB25DB25DB25DB25针连针连针连针连接器接器接器接器第20页,本讲稿共49页 数据线:发送数据:数据线:发送数据:TxDTxD 接受数据:接受数据:RxDRxD地线:地线:联络控制线:联络控制线:请求发送请求发送RTS#(Request To Send)RTS#(Request To Send)准许发送准许发送CTS#(Clear To SendCTS#(Clear To Send)数据终端准备好数据终端准备好DTR#(Data TerminalDTR#(Data Terminal ReadyReady)数据装置准备好数据装置准备好DST#(Data Set
20、ReadyDST#(Data Set Ready)载波检测载波检测CD#CD#(Carried DetectCarried Detect)振铃信号振铃信号RIRI1、RS-232C常用引脚:常用引脚:第21页,本讲稿共49页 RS-232CRS-232C对各种信号的规定如下:对各种信号的规定如下:(1)(1)在在TxDTxD和和RxDRxD线上线上MARK(MARK(即表示为逻辑即表示为逻辑1)=-3V-25V1)=-3V-25VSPACE(SPACE(即表示为逻辑即表示为逻辑0)=+3V+25V0)=+3V+25V(2)(2)在在RTS#RTS#、CTS#CTS#、DSR#DSR#、DTR#
21、DTR#、CD#CD#等线上:等线上:ON=+3V ON=+3V+25V+25VOFF=-3VOFF=-3V-25V-25V2、RS-232C信号的电气性能:信号的电气性能:第22页,本讲稿共49页 (3 3)TTLTTL电平和电平和RS-232CRS-232C电平转换电平转换MC1488:MC1488:能实现从能实现从TTLRS-232C(TTLRS-232C(发送器发送器)MC1489:MC1489:能实现从能实现从RS-232CTTL(RS-232CTTL(接收器接收器)的器件,的器件,第23页,本讲稿共49页 计算机与远程终端和当地终端连接示意图计算机与远程终端和当地终端连接示意图第2
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