湖大微机原理及其应用_第8章.ppt

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1、 第第8章章串行通信接口串行通信接口 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 串行通信的接口标准串行通信的接口标准 1655016550可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片本章内容本章内容本章内容本章内容 了解微机串行通信的基本概念了解微机串行通信的基本概念 了了解解RS-232C，RS485以以及及USB等等几几种种串行接口标准及其用法串行接口标准及其用法 掌握掌握16550芯片的接口技术及程序设计芯片的接口技术及程序设计学习目的学习目的学习目的学习目的8.1串行通信的基本概念串行通信的基本概念通通信信：计计算算机机与与外外部部设设备备之之间间、计计算算机机之之间的信息交换。间的信息交换。通信

2、的基本方式通信的基本方式并行通信并行通信串行通信串行通信异步通信异步通信同步通信同步通信8.1.18.1.1串行通信的连接方式串行通信的连接方式串行通信的连接方式串行通信的连接方式图8.1 串行通信的3种连接方式发送器A发送器接收器发送器接收器发送器接收器接收器发送器接收器B数据线数据线(a)(a)(a)(a)单工方式单工方式单工方式单工方式数据线数据线AB(c)(c)全双工方式全双工方式全双工方式全双工方式数据线数据线数据线数据线AB(b)(b)半双工方式半双工方式半双工方式半双工方式8.1.28.1.2信号的调制与解调信号的调制与解调信号的调制与解调信号的调制与解调 MODEM是由调制器和

3、解调器合在一起合在一起形成的一个装置，以用作双向通信。MODEM的类型一般可分为幅移键控幅移键控（ASK）、频频移键控移键控（FSK）和相移键控相移键控（PSK）等。当通信波特率小于小于300bit/s时，常采用FSK调制方式。8.1.38.1.3同步与异步通信方式同步与异步通信方式同步与异步通信方式同步与异步通信方式1.1.异步通信方式（异步通信方式（ASYNCASYNC）第n+1个字符第n个字符空闲位起始位停止位7位数据位空闲位起始位01 1 110D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 图图8.3异步通信字符格式异步通信字符格式异步通信方式的特点是：异步通信方式的特点是：（1 1）起始

4、位起始位：一位，逻辑一位，逻辑0 0，表示字符的开始；，表示字符的开始；通信时以收发一个字符为独立的通信单位，每个通信时以收发一个字符为独立的通信单位，每个字符由字符由4 4个部分组成：个部分组成：（2 2）数据位数据位：可以是可以是58位逻辑位逻辑0/逻辑逻辑1，与双方约定的编码形式有关，如与双方约定的编码形式有关，如:ASCII码码(7位位)，扩展的扩展的BCD码（码（8位）等，位）等，起始位之后紧跟着的是数据的最低位起始位之后紧跟着的是数据的最低位D0。（3 3）奇奇/偶校验位偶校验位：一位逻辑一位逻辑0/逻辑逻辑1。（4 4）停止位停止位：1位或位或1.5位或位或2位逻辑位逻辑1，表示

5、字符的结，表示字符的结束束。2.同步通信方式（同步通信方式（SYNC）在异步通信中，每个字符都要用起始位和停止位来使在异步通信中，每个字符都要用起始位和停止位来使通信双方同步，这些附加的额外信息，使得异步通信的传通信双方同步，这些附加的额外信息，使得异步通信的传输效率不高。输效率不高。在需传输大量数据的场合，为提高传输效率和速度，在需传输大量数据的场合，为提高传输效率和速度，常去掉这些附加位，即采用同步通信常去掉这些附加位，即采用同步通信SYNC（SynchronousdataCommunication）同步字符同步字符数据块数据块CRC1CRC2同步字符同步字符2数据块数据块CRC1CRC2

6、同步字符同步字符1a.a.单同步格式单同步格式b.b.双同步格式双同步格式同步通信方式的特点是：为为了了防防止止因因收收、发发双双方方的的时时钟钟频频率率的的偏偏差差的的积积累累效效应应而而产产生生错错位位，从从而而导导致致通通信信出出错错，同同步步通通信信要要求求接接收收和和发发送送的的时时钟钟完完全全同同步步，不不能能有误差。有误差。实实际际应应用用中中，同同步步传传送送常常在在收收、发发双双方方间间使使用用同同一一时时钟钟，故故硬硬件件电电路比较路比较复杂复杂。对对每每个个字字符符的的检检错错一一般般可可用用奇奇校校验验，数数据据块块的的末末尾尾用用CRC（循循环环冗冗余码余码）对整个数

7、据块进行校验）对整个数据块进行校验。收收、发发双双方方以以一一个个或或两两个个预预先先约约定定的的同同步步字字符符作作为为数数据据块块传传送送的的开开始，数据块由几十到几千，甚至始，数据块由几十到几千，甚至更多更多字节组成字节组成。8.1.48.1.4波特率与收波特率与收波特率与收波特率与收/发时钟发时钟发时钟发时钟1.波特率波特率串行通信中常用波特率串行通信中常用波特率(Baud rate)(Baud rate)来表示来表示数据传输率数据传输率，波特率的单位是波特率的单位是bit/sbit/s，即每秒所传送的即每秒所传送的二进制位数二进制位数。常用的标准值有常用的标准值有110110，300

8、300，600600，12001200，24002400，48004800，96009600，1920019200波特等。波特等。某异步通信中每秒传送某异步通信中每秒传送960个字符，而每个字符个字符，而每个字符由由10位（位（1个起始位、个起始位、7个数据位、个数据位、1个奇校验位、个奇校验位、1个停止位）组成，则传送的波特率为：个停止位）组成，则传送的波特率为：fd=10960bit/s=9600bit/s传送一位的时间：传送一位的时间：Td=1/9600=0.104ms例如例如:2.接收接收/发送时钟发送时钟 异步通信中，大多数串行端口发送和接收的波特异步通信中，大多数串行端口发送和接收

9、的波特率均可分别设置，由发送器和接收器各用一个时钟来率均可分别设置，由发送器和接收器各用一个时钟来确定，分别称为确定，分别称为发送时钟发送时钟和和接收时钟接收时钟。为了有利于收发双方同步，以及提高抗干扰的能为了有利于收发双方同步，以及提高抗干扰的能力，这两个力，这两个时钟频率时钟频率fc一般不等于一般不等于波特率波特率fd，两者之间两者之间的关系为：的关系为：f fc c =kfkfd d其中，其中，k k称为波特率系数，其取值可为称为波特率系数，其取值可为1616，3232或或6464。8.2串行通信的接口标准串行通信的接口标准 一一个个完完整整的的串串行行通通信信系系统统除除了了对对上上一

10、一节节所所介介绍绍的的通通信信规规程程有有所所规规定定外外，还还必必然然会会涉涉及及到到在在电电气连接气连接上的接口标准问题。上的接口标准问题。标标准准化化的的通通用用总总线线结结构构能能使使系系统统结结构构化化、模模块块化化，大大大大简简化化系系统统软软、硬硬件件设设计计的的工工作作，因因此此被被普遍采用普遍采用。下面是三种常用的串行接口标准。下面是三种常用的串行接口标准。8.2.18.2.1 RS-232CRS-232C接口标准接口标准接口标准接口标准 RS-232C是是1969年年由由美美国国EIA(电电子子工工业业协协会会)颁颁发发的的串行总线串行总线标准标准,其其中中RS是是Reco

11、mmendedStandard的的缩缩写写,232是是标标准准的标识号。的标识号。RS-232C主要用于主要用于模拟信道传输数字信号模拟信道传输数字信号的场合，的场合，推推出出这这种种标标准准的的最最初初目目的的是是在在数数据据终终端端设设备备（DTEDTE）与数据通信设备（与数据通信设备（DCE)DCE)之间建立之间建立接口接口标准。标准。DTEDTE（DataData Terminal Equipment Terminal Equipment）DCEDCE（DataData Communication Equipment Communication Equipment）计计算算机机串串行行

12、接接口口UART调制调制解调解调器器ModemDTEDCE控制控制发送发送接收接收调制调制解调解调器器Modem串串行行接接口口UART计计算算机机控制控制接收接收发送发送DTEDCERS-232CRS-232C电话线电话线图8.5 RS-232C的典型应用1.1.机械特性机械特性 采采采采用用用用25252525脚脚脚脚D D D D型型型型连连连连接接接接器器器器（含含含含插插插插头头头头/插插插插座座座座）作作作作为为为为DTEDTEDTEDTE与与与与DCEDCEDCEDCE之之之之间通信电缆的连接口，间通信电缆的连接口，间通信电缆的连接口，间通信电缆的连接口，也可以也可以也可以也可以

13、采用采用采用采用9 9 9 9脚脚脚脚D D D D型连接器。型连接器。型连接器。型连接器。2.2.2.2.电气特性电气特性电气特性电气特性采用负逻辑工作，即：采用负逻辑工作，即：采用负逻辑工作，即：采用负逻辑工作，即：逻辑逻辑逻辑逻辑“1”1”1”1”用用用用负电平负电平负电平负电平表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是-3-3-3-3V V V V-15V-15V-15V-15V 逻辑逻辑逻辑逻辑“0”“0”“0”“0”用用用用正电平正电平正电平正电平表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是表示，有效电平范围是+3+3+3+3V

14、 V V V+15V+15V+15V+15V -3V -3V -3V -3V+3V+3V+3V+3V为过渡区，逻辑状态不定，为为过渡区，逻辑状态不定，为为过渡区，逻辑状态不定，为为过渡区，逻辑状态不定，为无效无效无效无效电平。电平。电平。电平。引脚号引脚号信号名称信号名称缩写缩写传送方向与功能说明传送方向与功能说明25脚9脚23发送数据发送数据TXDDTEDCE，输出数据到输出数据到Modem32接收数据接收数据RXDDTEDCE，由由Modem输入数据输入数据47请求发送请求发送RTSDTEDCE，DTE请求发送数据请求发送数据58清除发送清除发送CTSDTEDCE，Modem表明同意发送表

15、明同意发送66数据传输就绪数据传输就绪DSRDTEDCE，表明表明Modem已已准备就绪准备就绪75信号地信号地GND无方向，无方向，所有信号的公共地线所有信号的公共地线81载波检测载波检测DCDDTEDCE，Modem正在接收载波信号正在接收载波信号204数据终端就绪数据终端就绪DTRDTEDCE，通知通知Modem,DTE已准备好已准备好229振铃指示振铃指示RIDTEDCE,表明表明Modem已收到拨号呼已收到拨号呼叫叫3.3.3.3.引脚信号定义引脚信号定义引脚信号定义引脚信号定义表表表表8.1RS-232C8.1RS-232C主信道引脚信号主信道引脚信号主信道引脚信号主信道引脚信号

16、数据线：数据线：TXD（TransmittedData）：发送数据，发送数据，DTE通过通过TXD将串行数据发送到将串行数据发送到Modem。RXD（ReceivedData）：接收数据，接收数据，DTE通过通过RXD接收从接收从Modem来的串行数据来的串行数据。发送控制信号线：发送控制信号线：发送控制信号线：发送控制信号线：RTS（RequesttoSend）：用来表示用来表示DTE请求请求DCE发送数据。发送数据。CTS（CleartoSend）：用来表示用来表示DCE已准备好，可以为已准备好，可以为DTE发送数发送数据，此信号是对据，此信号是对RTS的响应信号。的响应信号。RTS/CT

17、S是一对是一对握手联络握手联络信号，用于采用信号，用于采用Modem的的半双工半双工系统中作发送系统中作发送/接收方式之间的接收方式之间的切换切换。接收控制信号线接收控制信号线：DSR（DatacommunicationequipmentSetReady)表示表示Modem已准备就绪已准备就绪DTR（DataTerminalReady）：DTE用用来来通通知知Modem，已已准准备备就就绪绪，可可以以接接收收数据。数据。DCD（DataCarrierDetection）：用来表示用来表示Modem正在接收来自对方正在接收来自对方Modem的的载波载波信号，通知信号，通知DTE准备接收数据。准备

18、接收数据。RI（RingingIndicator）：通知通知DTE、Modem已收到电话交换机送来的已收到电话交换机送来的振铃振铃呼叫信号，使用公用电话线时要用此信号。呼叫信号，使用公用电话线时要用此信号。4.4.4.4.信号线的连接信号线的连接信号线的连接信号线的连接(1)(1)远距离时的连接远距离时的连接计计算算机机串串行行接接口口UART调制调制解调解调器器ModemTXDRXD调制调制解调解调器器Modem串串行行接接口口UART计计算算机机电话线电话线图8.6 采用Modem时RS-232C信号线的使用 RTSCTSDSRDTRDCDRIGNDTXDRTSCTSDTRDSRDCDRI

19、GNDRXD(2)(2)近距离时的连接近距离时的连接近距离（少于近距离（少于近距离（少于近距离（少于1515mm）通信时，通信时，通信时，通信时，可不采用可不采用可不采用可不采用调制解调调制解调调制解调调制解调器器器器ModemModem（亦称为亦称为亦称为亦称为零零零零ModemModem方式）。方式）。方式）。方式）。GNDRXD TXDTXD RXD计计2算算3机机7UART3计计2算算7机机UARTCTSDSRDTRDCDRTSGNDDSRDTRDCDCTSRTSTXD RXDRXD TXD2计计34算算58机机206732计计45算算820机机67图图8.7零零Modem方式的最简单

20、连接方式的最简单连接(b)(b)(a)(a)8.2.2RS-485接口标准接口标准1.RS-422A1.RS-422A接口标准接口标准接口标准接口标准RS-232C最大的缺点是最大的缺点是 ：不能进行远距离传输不能进行远距离传输不能进行远距离传输不能进行远距离传输 采用单端驱动单端接收电路（多根信号线共地），采用单端驱动单端接收电路（多根信号线共地），采用单端驱动单端接收电路（多根信号线共地），采用单端驱动单端接收电路（多根信号线共地），不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部干扰信号，不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部干扰信号，不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部干扰信号，不能区分由驱动

21、电路产生的有用信号和外部干扰信号，两地之间的电位差将成为通信错误的根源。两地之间的电位差将成为通信错误的根源。两地之间的电位差将成为通信错误的根源。两地之间的电位差将成为通信错误的根源。采采采采用用用用平平平平衡衡衡衡驱驱驱驱动动动动，差差差差分分分分接接接接收收收收，取取取取消消消消信信信信号号号号地地地地线线线线，是是是是解解解解决决决决这这这这一一一一问问问问题的有效途径，这就是题的有效途径，这就是题的有效途径，这就是题的有效途径，这就是EIAEIAEIAEIA的的的的RS-422ARS-422ARS-422ARS-422A的产生的产生的产生的产生背景背景背景背景。RS-422ARS-4

22、22ARS-422ARS-422A标准的特点标准的特点标准的特点标准的特点：采用的平衡驱动、差分接收电路采用的平衡驱动、差分接收电路采用的平衡驱动、差分接收电路采用的平衡驱动、差分接收电路抗抗抗抗共模干扰共模干扰共模干扰共模干扰信号能力很强，对逻辑电平的信号能力很强，对逻辑电平的信号能力很强，对逻辑电平的信号能力很强，对逻辑电平的定义是根据两条传输线定义是根据两条传输线定义是根据两条传输线定义是根据两条传输线A A、B B之间的之间的之间的之间的电位差值电位差值电位差值电位差值来来来来决定的，如决定的，如决定的，如决定的，如:当当当当AAAA线的电平比线的电平比线的电平比线的电平比BBBB线的

23、电平低线的电平低线的电平低线的电平低0.20.2V V时表时表时表时表示逻辑示逻辑示逻辑示逻辑“0”“0”。RS-422ARS-422ARS-422ARS-422A标准的特点标准的特点标准的特点标准的特点：最大传输速率可达最大传输速率可达最大传输速率可达最大传输速率可达1010Mb/sMb/s（当传输距离当传输距离当传输距离当传输距离为为为为1515mm时）；时）；时）；时）；最大传输距离可达最大传输距离可达最大传输距离可达最大传输距离可达12001200mm（当传输率为当传输率为当传输率为当传输率为9090Kb/sKb/s时）。时）。时）。时）。对比：对比：对比：对比：RS-232CRS-2

24、32C的最大传输率为的最大传输率为的最大传输率为的最大传输率为2020Kb/sKb/s，最大传输距离为最大传输距离为最大传输距离为最大传输距离为1515mm（5050英尺）。英尺）。英尺）。英尺）。允许驱动器允许驱动器允许驱动器允许驱动器输出输出输出输出电压为电压为电压为电压为+2+2V+6VV+6V，接收器输入电平接收器输入电平接收器输入电平接收器输入电平灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度为为为为+0.2+0.2V V；采用采用采用采用四根四根四根四根线传输信号（线传输信号（线传输信号（线传输信号（2 2根用于发送，根用于发送，根用于发送，根用于发送，2 2根根根根用于接收）；用于接收）；用于接收）；

25、用于接收）；可以实现可以实现可以实现可以实现多站互联多站互联多站互联多站互联通信（只允许有通信（只允许有通信（只允许有通信（只允许有一一一一个发个发个发个发送器，可以有多达送器，可以有多达送器，可以有多达送器，可以有多达 十十十十个接收器）。个接收器）。个接收器）。个接收器）。RS-422ARS-422ARS-422ARS-422A标准的特点：标准的特点：标准的特点：标准的特点：2.2.RS-485RS-485 接口标准接口标准接口标准接口标准 实际上是实际上是实际上是实际上是RS-422ARS-422ARS-422ARS-422A的的的的变形变形变形变形，即，即，即，即RS-422ARS-4

26、22ARS-422ARS-422A为为为为全双工全双工全双工全双工模式，而模式，而模式，而模式，而RS-485RS-485RS-485RS-485为为为为半双工半双工半双工半双工模式，模式，模式，模式，这一改动，对实现这一改动，对实现这一改动，对实现这一改动，对实现多站对等互连多站对等互连多站对等互连多站对等互连提供提供提供提供了很大的方便。了很大的方便。了很大的方便。了很大的方便。图图8.128.12给出了给出了点对点点对点通信时，通信时，RS-485RS-485与与RS-422ARS-422A的连接形式电路的连接形式电路。RXDRXD使能（使能（使能（使能（ENEN）TXDTXDRXDRX

27、DTXDTXD使能（使能（使能（使能（ENEN）RS-485RS-485RS-422ARS-422A图图8.12RS-485与与RS-422的的连接形式比较连接形式比较8.2.3USB接口标准接口标准USB（UniversalSerialBus通通用用串串行行总总线线）是是一一种种新新型型的的串串行行接接口口标标准准。USB的的产产生生主主要要是是为为了了适适应应随随着着多多媒媒体体技技术术的的广广泛泛应应用用，计计算算机机需需连连接接的的外外设设越越来来越越多多，希希望望为为这这些些不不同同的的设设备备，提提供一个供一个通用的标准串行接口通用的标准串行接口的需要。的需要。1.USB1.USB

28、 的特点的特点的特点的特点 （1 1）为所有的带有）为所有的带有USBUSB接口的外设提供了连接到接口的外设提供了连接到计算机的计算机的单一单一的，的，易于操作易于操作的标准连接方式的标准连接方式 （2 2）支持）支持“即插即用即插即用”（3 3）支持）支持热热插拔插拔 （4 4）提供多种速率以适应不同类型的设备，提供多种速率以适应不同类型的设备，USB1.0USB1.0版的数据传输率分为版的数据传输率分为1.51.5Mb/sMb/s低速传输和低速传输和1212Mb/sMb/s全速传全速传输两种，输两种，USB2.0USB2.0版的速率则可高达版的速率则可高达480480Mb/sMb/s。（5

29、）占用主机资源）占用主机资源少少却支持却支持多设备多设备的连接，的连接，USB采用星形层次结构和采用星形层次结构和Hub技术，理论上允许技术，理论上允许最多支持最多支持127台物理外设的连接，而总共只占用相当于一台传台物理外设的连接，而总共只占用相当于一台传统设备所需的统设备所需的资源资源（I/O端口地址、中断口等）。端口地址、中断口等）。（6）可为低功耗外设）可为低功耗外设提供提供电源，可提供电源，可提供+5V电电压，压，500mA电流电流的电源的电源 。1.USB的特点的特点2.USB2.USB系统的硬件结构系统的硬件结构系统的硬件结构系统的硬件结构根根根根HubHub主控制器主控制器主控

30、制器主控制器主主主主 机机机机显示器显示器显示器显示器键盘键盘键盘键盘打印机打印机打印机打印机扬声器扬声器扬声器扬声器HubHubUSBUSBUSBUSB功能设备功能设备功能设备功能设备USBUSBUSBUSB功能设备功能设备功能设备功能设备USBUSBUSBUSB功能设备功能设备功能设备功能设备3.USB3.USB系统的软件结构系统的软件结构系统的软件结构系统的软件结构USB设备驱动程序设备驱动程序USB驱动程序驱动程序主控制器驱动程序主控制器驱动程序（1 1）USBUSB设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序 位于USB系统软件的最最上上层层，是USB系统软件与USB应用程序的接

31、口，用来实现对特特定定的USB设备（如：显示器等）的管理和驱动。（2 2）USBUSB驱动程序驱动程序驱动程序驱动程序 用来实现USB总线的驱驱动动、带宽的分分配配、管道的建建立立和控制管道的管管理理等功能，通常操作系统（如Windows 98）可提供USB驱动程序。（3 3）主控制器驱动程序）主控制器驱动程序）主控制器驱动程序）主控制器驱动程序 用来管管理理和和控控制制USB主控制器硬硬件件，一般USB主控制器是一个可编程的硬件接口，其驱动程序则用来实现与主控制器通通信信以及对其控制控制等功能。4.USB4.USB的的的的传输方式传输方式传输方式传输方式USB是一种协议总线。是一种协议总线。

32、这里介绍其中的传输方式这里介绍其中的传输方式：（1 1）数据块传输方式：）数据块传输方式：）数据块传输方式：）数据块传输方式：用于传输用于传输用于传输用于传输大批大批大批大批数据，这种数据的实时性要求不是太数据，这种数据的实时性要求不是太数据，这种数据的实时性要求不是太数据，这种数据的实时性要求不是太高，但要确保数据的正确性。高，但要确保数据的正确性。高，但要确保数据的正确性。高，但要确保数据的正确性。（2 2）中断传输方式：）中断传输方式：）中断传输方式：）中断传输方式：用于数据传输量小，但具有用于数据传输量小，但具有用于数据传输量小，但具有用于数据传输量小，但具有突发性突发性突发性突发性特

33、点的一类设备。特点的一类设备。特点的一类设备。特点的一类设备。典型的应用是鼠标、键盘、游戏棒等手动输入设备典型的应用是鼠标、键盘、游戏棒等手动输入设备典型的应用是鼠标、键盘、游戏棒等手动输入设备典型的应用是鼠标、键盘、游戏棒等手动输入设备。（3 3）等时传输方式等时传输方式等时传输方式等时传输方式：用于周期性和用于周期性和用于周期性和用于周期性和传输速率不变传输速率不变传输速率不变传输速率不变的数据传输设备。典型的数据传输设备。典型的数据传输设备。典型的数据传输设备。典型的如视频设备、数字声音设备、数码相机等，的如视频设备、数字声音设备、数码相机等，的如视频设备、数字声音设备、数码相机等，的如

34、视频设备、数字声音设备、数码相机等，（4 4）控制传输方式控制传输方式控制传输方式控制传输方式：用于主机与外设之间的用于主机与外设之间的用于主机与外设之间的用于主机与外设之间的控制、状态、配置控制、状态、配置控制、状态、配置控制、状态、配置等信息的等信息的等信息的等信息的传输。因此，它传输的是控制信息流，而不是数据流。传输。因此，它传输的是控制信息流，而不是数据流。传输。因此，它传输的是控制信息流，而不是数据流。传输。因此，它传输的是控制信息流，而不是数据流。这种方式为主机与外设之间提供了一个这种方式为主机与外设之间提供了一个这种方式为主机与外设之间提供了一个这种方式为主机与外设之间提供了一个

35、控制通道控制通道控制通道控制通道.5.USB5.USB设备开发简介设备开发简介设备开发简介设备开发简介USBUSB设备的开发，一般包括三个方面的工作：设备的开发，一般包括三个方面的工作：设备的开发，一般包括三个方面的工作：设备的开发，一般包括三个方面的工作：设备端硬件设备端硬件设备端硬件设备端硬件接口设计接口设计接口设计接口设计 设备内部设备内部设备内部设备内部对对对对USBUSB接口的接口的接口的接口的驱动程序驱动程序驱动程序驱动程序 主机端主机端主机端主机端设备驱动程序的设备驱动程序的设备驱动程序的设备驱动程序的开发开发开发开发 这里仅对这里仅对设备端的硬件接口设计设备端的硬件接口设计设备

36、端的硬件接口设计设备端的硬件接口设计作简单介绍。作简单介绍。目前，对目前，对目前，对目前，对USBUSB设备接口设计有两种可选的设备接口设计有两种可选的设备接口设计有两种可选的设备接口设计有两种可选的方案，如下所述。方案，如下所述。方案，如下所述。方案，如下所述。（1）普通单片机加专用普通单片机加专用普通单片机加专用普通单片机加专用USBUSB接口芯片接口芯片接口芯片接口芯片：常常见见USB接接口口芯芯片片有有，Philips公公司司的的PDIUSBD12芯芯片片，NationalSemiconductor公公司司 的的 USBN9602芯芯 片片，以以 及及 Lucent公公 司司 的的US

37、B820/825等。等。优优点点:可可以以基基于于用用户户自自己己熟熟悉悉的的单单片片机机，利用现有的单片机开发系统进行开发利用现有的单片机开发系统进行开发.缺点：缺点：硬件设计较复杂，调试麻烦。硬件设计较复杂，调试麻烦。（2）专用专用USB控制器芯片控制器芯片:即带有即带有USB接口的单片机。接口的单片机。如如 与与 Intel 8051 单单 片片 机机 兼兼 容容 的的 EZ-USB（Cypress公公司司），它它在在8051单单片片机机上上所所集集成成的的智智能能USB引引擎擎可可以以完完成成USB协协议议所所规规定定的的80%以以上上的的通通信信工工作作，大大大大地地减减轻轻了了US

38、B设设备开发人员的开发工作量。备开发人员的开发工作量。缺点：需要购买缺点：需要购买新的新的开发系统，开发系统，投资投资较大较大。8.316550可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片 美美美美国国国国国国国国家家家家半半半半导导导导体体体体公公公公司司司司的的的的PC16550DPC16550D是是是是一一一一个个个个通通通通用用用用的的的的异异异异步步步步接接接接收收收收器器器器/发送器（发送器（发送器（发送器（UARTUART）芯片芯片芯片芯片 它与它与它与它与INS8250INS8250兼容兼容兼容兼容，但最高波特率提高到但最高波特率提高到但最高波特率提高到但最高波特率提高到1.5Mb/s

39、1.5Mb/s，且且且且具具具具有有有有接接接接收收收收器器器器和和和和发发发发送送送送器器器器FIFOFIFO（first-infirst-infirst-outfirst-out先先先先进进进进先先先先出出出出）缓冲区。缓冲区。缓冲区。缓冲区。目前目前目前目前1655016550在在在在PCPC机的外围芯片组中得到了机的外围芯片组中得到了机的外围芯片组中得到了机的外围芯片组中得到了广泛广泛广泛广泛的应用的应用的应用的应用。8.3.1165508.3.116550的功能描述的功能描述的功能描述的功能描述1.1.发送器：发送器：发送器：发送器：接收接收接收接收CPUCPU送来的送来的送来的送来

40、的并行并行并行并行数据，再数据，再数据，再数据，再添加添加添加添加上起始位、校上起始位、校上起始位、校上起始位、校验位和停止位以后，由验位和停止位以后，由验位和停止位以后，由验位和停止位以后，由S SOUTOUT引脚引脚引脚引脚依次串行依次串行依次串行依次串行发送出去发送出去发送出去发送出去包括：发送保持寄存器、发送移位寄存器和发送同包括：发送保持寄存器、发送移位寄存器和发送同包括：发送保持寄存器、发送移位寄存器和发送同包括：发送保持寄存器、发送移位寄存器和发送同步控制等三部分组成。步控制等三部分组成。步控制等三部分组成。步控制等三部分组成。整个芯片整个芯片整个芯片整个芯片由由由由接收器、发送

41、器和控制器接收器、发送器和控制器接收器、发送器和控制器接收器、发送器和控制器三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。2.2.接收器：接收器：接收器：接收器：将由将由SIN引脚输入的串行数据逐位移引脚输入的串行数据逐位移入，进行奇入，进行奇/偶校验，偶校验，去掉去掉起始位、停止起始位、停止位和校验位后转换成位和校验位后转换成并行数据并行数据，提供给，提供给CPU。包括接收移位寄存器、接收缓冲寄存包括接收移位寄存器、接收缓冲寄存器和接收同步控制器等三个组成部分。器和接收同步控制器等三个组成部分。3.3.控制器控制器控制器控制器（1 1 1 1）波特率发生器控制电路：）波特率发生器控制电路：

42、）波特率发生器控制电路：）波特率发生器控制电路：由波特率发生器、分频系数寄存器组成由波特率发生器、分频系数寄存器组成由波特率发生器、分频系数寄存器组成由波特率发生器、分频系数寄存器组成,用于产生串行通信时所需要的用于产生串行通信时所需要的用于产生串行通信时所需要的用于产生串行通信时所需要的波特率时钟信号波特率时钟信号波特率时钟信号波特率时钟信号。若若若若16550165501655016550是是是是以以以以18.432MHZ18.432MHZ18.432MHZ18.432MHZ外外外外部部部部时时时时钟钟钟钟源源源源作作作作为为为为基基基基准准准准时时时时钟钟钟钟，则有：则有：则有：则有：分

43、频系数分频系数分频系数分频系数=18432000=18432000(波特率波特率波特率波特率1616)（8.18.1）上上上上式式式式中中中中除除除除以以以以16161616是是是是因因因因为为为为接接接接收收收收或或或或发发发发送送送送的的的的时时时时钟钟钟钟频频频频率率率率是是是是相相相相应波持率的应波持率的应波持率的应波持率的16161616倍倍倍倍。（2 2）通信线控制寄存器和通信线状态寄存器：）通信线控制寄存器和通信线状态寄存器：）通信线控制寄存器和通信线状态寄存器：）通信线控制寄存器和通信线状态寄存器：控制寄存器用来接收控制寄存器用来接收控制寄存器用来接收控制寄存器用来接收CPUC

44、PU写入写入写入写入的控制字，并依此的控制字，并依此的控制字，并依此的控制字，并依此来控制串行通信的来控制串行通信的来控制串行通信的来控制串行通信的数据格式数据格式数据格式数据格式；状态寄存器则是状态寄存器则是状态寄存器则是状态寄存器则是反映反映反映反映1655016550在数据发送和接收时在数据发送和接收时在数据发送和接收时在数据发送和接收时的状态，供的状态，供的状态，供的状态，供CPUCPU读取读取读取读取。（3 3）中断控制逻辑）中断控制逻辑）中断控制逻辑）中断控制逻辑：由中断允许寄存器、中断识别寄存器和中断控制由中断允许寄存器、中断识别寄存器和中断控制由中断允许寄存器、中断识别寄存器和

45、中断控制由中断允许寄存器、中断识别寄存器和中断控制电路等三部分组成，电路等三部分组成，电路等三部分组成，电路等三部分组成，用来实现用来实现用来实现用来实现中断申请中断申请中断申请中断申请、优先权排队优先权排队优先权排队优先权排队等管理功能。等管理功能。等管理功能。等管理功能。（4 4 4 4）调制）调制）调制）调制/解调器控制电路：解调器控制电路：解调器控制电路：解调器控制电路：对外可提供一组对外可提供一组对外可提供一组对外可提供一组ModemModemModemModem控制信号；控制信号；控制信号；控制信号；使得使得使得使得16550165501655016550可直接与可直接与可直接与可

46、直接与ModemModemModemModem连接，实现连接，实现连接，实现连接，实现远程远程远程远程通信。通信。通信。通信。（5 5 5 5）与）与）与）与CPUCPUCPUCPU的接口电路：的接口电路：的接口电路：的接口电路：16550165501655016550与与与与 IntelIntelIntelIntel微微微微 处处处处 理理理理 器器器器 完完完完 全全全全 相相相相 容容容容，可可可可 以以以以 与与与与8088/8086 CPU8088/8086 CPU8088/8086 CPU8088/8086 CPU直接直接直接直接连接；连接；连接；连接；接接接接口口口口电电电电路路

47、路路含含含含八八八八位位位位的的的的双双双双向向向向三三三三态态态态数数数数据据据据总总总总线线线线缓缓缓缓冲冲冲冲器器器器和和和和片片片片选及读写控制逻辑选及读写控制逻辑选及读写控制逻辑选及读写控制逻辑，用于与，用于与，用于与，用于与CPUCPUCPUCPU双向交换各种信息。双向交换各种信息。双向交换各种信息。双向交换各种信息。1 1D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3D D44D D5 5D D6 6 D D77RCLKRCLKSSININS SOUTOUTCSCS00CSCS1 1CSCS22BAUDOUTBAUDOUTX XININX XOUTOUTWRWRWRWRV VS

48、SSS202040402121V VccccRIRIDCDDCDDSRDSRCTSCTSMRMROUTOUT1 1DTRDTRRTSRTSOUTOUT2 2INTRINTRR RxRDYxRDYA A0 0A A1 1A A2 2ADSADSTxRDYTxRDYDDISDDISRDRDRDRD16550165508.3.2165508.3.216550的引脚及其功能的引脚及其功能的引脚及其功能的引脚及其功能1.1.1.1.数据线数据线数据线数据线D D0 0DD7 7：八位双向三态，用于与八位双向三态，用于与八位双向三态，用于与八位双向三态，用于与CPUCPU的数据总线连接的数据总线连接的数据

49、总线连接的数据总线连接2.2.2.2.地址线：地址线：地址线：地址线：CSCS0 0、CSCS1 1、CSCS2 2：片选信号，当输入的片选信号，当输入的片选信号，当输入的片选信号，当输入的CSCS0 0、CSCS1 1为高电平，为高电平，为高电平，为高电平，CSCS2 2为低电平时，为低电平时，为低电平时，为低电平时，1655016550芯片被芯片被芯片被芯片被CPUCPU选中。选中。选中。选中。A A0 0AA2 2：片内寄存器选择线，片内寄存器选择线，片内寄存器选择线，片内寄存器选择线，CPUCPU用此来选择要用此来选择要用此来选择要用此来选择要访问的访问的访问的访问的165501655

50、0的内部寄存器中的某一个。的内部寄存器中的某一个。的内部寄存器中的某一个。的内部寄存器中的某一个。ADSADS：地址选通信号，用于锁存三个片选信号和地址选通信号，用于锁存三个片选信号和地址选通信号，用于锁存三个片选信号和地址选通信号，用于锁存三个片选信号和A A2 2AA0 0的输入状态，的输入状态，的输入状态，的输入状态，3.3.3.3.读读读读/写控制逻辑线写控制逻辑线写控制逻辑线写控制逻辑线：DDISDDIS：驱动器禁止信号输出驱动器禁止信号输出驱动器禁止信号输出驱动器禁止信号输出 每当每当每当每当CPUCPU从从从从1655016550读取数据时，读取数据时，读取数据时，读取数据时，D