微机原理课件第十一章.ppt

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1、第11章 串行通信及可编程接口芯片8251A基本的数据传送方式有两种：并行通信和串行通信。并 行 数 据 通 信-是 指 在 多 条 并 行 的 传 输 线 上 同 时 传 送 各 位 数据的方式。11.1 串行通信11.1.1 串行通信的数据传送方向（1）单工传送（2）半双工传送（3）全双工传送 发送器接收器甲 乙（a）发送器接收器接收器发送器乙甲发送器接收器接收器发送器甲 乙（b）（c）图11.1 串行通信的传输方向（a）单工传送（b）半双工传送（c）全双工传送图11.2 异步通信的一帧数据格式（a）带空闲位的一帧异步通信数据格式（b）无空闲位的一帧异步通信数据格式11.1.2 串行通信的

2、两种基本工作方式1、异步通信2、同步通信同步通信是在数据块开始处用l2个同步字符来表示数 据块传送的开始，数据块信息以连续的形式 发送，最后通过校验码对数据块进行校验。同 步 传 送 常 用 的 数 据 格 式 有 四 种：单 同 步、双 同 步、SDLC和 HDLC。（1）单同步数据格式同步字符数据域(datafield)CRC 1 CRC 2图11.3 单同步的数据格式（2）双同步数据格式（3）SDLC数据格式（4）HDLC数据格式 同步字符2 数据场 CRC 1 CRC 2图11.4 双同步的数据格式同步字符1数据场图11.5 SDLC或HDLC的数据格式标志01111110地址场8位控

3、制场8位CRC校验字符1CRC校验字符2标志011111101、波特率波特率在计算机中，把每秒钟内传送二进制代码的位数。例：假设被传送的字符均为7位ASCII码，采用异步串行传送方式，其数据传送格式由1位起始位，7位数据位，1位奇偶校验位，和1位停止位组成，若每秒钟传送120个这样的字符，则相应的波特率为：10位/字符120字符/秒=1200位/秒=1200 bit/s每一位二进制代码传送时间td为波特率的倒数。即：mstd833.012001=2、接收和发送的同步(1)收/发时钟频率 图11.6 发送时钟 图11.7 接收时钟 接收和发送时钟与波特率之间必须保持如下关系：N（整数）发时钟频率

4、 收发波特率 收/=收/发时钟周期Ts与发送数据位宽度Td有如下关系：(2)数据采样过程nTTds=图11.8 数据采样过程 11.1.4 串行通信接口芯片与数据校验1、串行通信接口芯片常用的串行接口芯片有两类：一类是异步通信接口芯片，即通用异步收发器UART，如INS 8250；另外一类是通用同步异步收发器，即USART，如Intel 8251A。（1）UART的硬件电路UART的硬件电路由三部分组成：接收器、发送器和控制器。接收器：把串行数据转为并行数据，即实现串并的功能；发送器：把并行数据转为串行数据，即实现并串的功能；控制器：用来接收CPU送来的控制命令，执行操作，并输出状态和控制信息

5、。（2）UART的基本工作过程 图11.9UART电路图 2、串行通信数据校验UART中 常 用 的 出 错 标 志 有 三 种：奇 偶 错 误、帧 错 误 和 溢 出（丢失）错误。串行通信中的数据校验算法常见的有：单字节范围内的奇偶校验、多字节数据范围内的累加和校验、垂直异或校验、8位CRC校验和16位CRC校验。数据校验的基本过程：发送者生成校验码，将发送数据和校验码一并发送给接收者，接收者收到数据后，将接收到的数据采用相同的校验算法再生成一个校验码，与接收到的校验码相比较。若两者一致，则认为接收数据正确；若不同，则认为接收数据不正确。3、串行通信数据纠错 基本通信中一般采用反馈重发方式进

6、行纠错，反馈重发纠错（ARQ）方式又称判决反馈纠错。除了反馈重发纠错，还有前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC）等差错控制方式。图11.10 反馈重发纠错（ARQ）原理示意图 11.2 可编程串行通信接口芯片 8251A 其主要性能如下：（1）可用于同步和异步传送。（2）可实现同步传送（58）位字符；可选择内部或外部同步；可自动插入同步字符。同步传送波特率为DC64K。（3）可实现异步传送（58）位字符；异步通信的波特率因子可以有三种选择：1、16或64；停止位也有三种选择：1、1.5或 2位；异步传送波特率为：DC19.2K。（4）片内含有全双工、双缓冲发送和接收器。（5）出错检测：具有奇偶

7、、溢出和帧错误等检测电路。（6）兼容性：全部输入输出与TTL电平兼容；单一的十5 V电源；与 Intel 8080、8085、8086、8088 CPU接口兼容。11.2.1 8251A内部结构和外部引脚1、8251A内部结构图11.11 8251A内部结构图（1）数据总线缓冲器其内部包含三个三态双向8位的缓冲器：状 态 字 缓 冲 器：用 来 存 放 8251A内 部 的 工 作 状 态，供 CPU查 询 或测试之用；接 收 数 据 缓 冲 器：用 来 存 放 接 收 器 已 经 装 配 完 毕 的 字 符，供 CPU读取；发送数据命令缓冲器：用来存放CPU送入8251A的数据或命 令。CP

8、U通 过 输 入/输 出 指 令 可 以 对 这 些 缓 冲 器 读/写 数 据、写 入 命 令（控 制）字和读出8251A的状态信息。（2）接收器（3）发送器（4）读/写控制电路（5）调制解调控制器 图11.12 8251A与异步MODEM连接电路图 2、8251A外部引脚 图11.13 8251A的外部引脚图(1)与接收器有关的引脚信号1）RxD：接收数据，输入引脚。2）RxRDY：接收数据准备好，输出引脚，高电平有效。3）SYNDET：同步检测，输入或输出。4）RxC：接收时钟，由外部输入。(2)与发送器有关的引脚信号1）TxD：发送数据，输出引脚。2）TxRDY：发送器准备好，输出引脚

9、，高电平有效。3）TxE：发送器空，输出引脚，高电平有效。4）TxC：发送时钟，输入引脚。(3)与CPU相关的引脚信号1）CLK：时钟信号，输入。2）RESET：复位信号，输入引脚，高电平有效。3）CS：片选信号，输入引脚，低电平有效。4)WR：写信号，低电平有效。5)RD：读信号，低电平有效。6)C/D：控制/数据选择信号，输入引脚。(4)与MODEM接口相关的引脚信号1）DTR：数据终端准备好，输出引脚，低电平有效。2）DSR：数据设备准备好，输入引脚，低电平有效。3）RTS：请求发送信号，输出引脚，低电平有效。4）CTS：允许传送，输入引脚，低电平有效。表11-1 8251A读写操作表C

10、/D RD WR CS 操 作 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 X X X 0 CPU从8521A读数据CPU向8251A写数据CPU读取8251A的状态字CPU向8251A写入控制字数据总线浮空数据总线浮空 NYY复位操作输出方式字输出第一个同步字符同步方式？双同步？输出第二个同步字符输出命令字复位？传送数据输出状态字传送完？Y NYNN图11.14 8251A编程流程图11.2.2 8251A编程 1、方式字（b）图11.15 8251A方式字格式（a）异步方式（b）同步方式1、方式字（a）8位方式字分为四组，现说明如下：（1）工作方式及波特率因子的确定（2

11、）数据字符长度的确定（3）奇偶校验的确定（4）其它参数的确定2、命令字 图11.16 8251A命令字格式（1）发送控制位TxEN：允许发送位，即当TxEN=1时，才允许发送。SBRK：发送空白字符位。RTS：请求发送位。（2）接收控制位RxE：允许接收位。当RxE=1时，允许接收。（3）数据终端准备就绪位DTR：数据终端准备好。（4）同步字符搜索控制位EH：外部搜索方式位。（5）复位控制位IR：内部复位信号。ER：清除错误标志。3、状态字 DSR SYNDET/BRKDET FE OE PE TxE RxRDY TxRDY帧错误溢出错误奇偶错发送准备好同引脚含义图11.17 8251A状态字

12、格式TxRDY：发送器准备好状态位，该状态位只要发送缓冲器一 空就被置1。PE：奇偶校验错状态位。OE：溢出（丢失）错误状态位。FE（Frame Error）：帧错误状态位，只适用于异步方式。8251A的应用8251A的信号可分为两组：一组是8251A与CPU之间的接口信号；另一组是它与外设之间的接口信号。例：试采用异步串行通信方式实现双机通信。设波特率为 600 b/s，甲机将内存首址为ADAT的128字节的数据块发送给乙机；乙机将接收到的128字节的数据，顺序存放在内存首址为BDAT的数据缓冲区中。（1）分析（2）硬件连接 图11.18 双机利用8251A通信接口图（3）程序编写设8251

13、A的数据端口为308H，控制端口为309H。TxRDY DSR有效?保护现场初始化(置循环初值等)读入8251A状态字发送一字节恢复现场NYNY返回开始发送完毕?图11.19 发送子程序流程甲机程序段：MOV AL,0MOV DX,309HOUT DX,ALOUT DX,ALOUT DX,ALMOV AL,40HOUT DX,ALMOV AL,01111011BOUT DX,ALDELAY MOV AL,00000001BOUT DX,ALDELAY CALL SEND SEND PROC NEAR PUSH AX PUSH CX PUSH SI MOV SI,00H MOV CX,80HAG

14、AIN：MOV DX,309H IN AL,DX TEST AL,81H JZ AGAIN MOV AL,ADATSI DEC DX OUT DX,AL INC SI LOOP AGAIN POP SI POP CX POP AX RETSEND ENDP 乙机程序段：MOV AL,0MOV DX,309HOUT DX,ALOUT DX,ALOUT DX,ALMOV AL,40HOUT DX,ALMOV AL,01l11011BOUT DX,ALDELAYMOV AL,00010110BOUT DX,ALDELAY CALL RECEIVE RECEIVE PROC NEAR PUSH AX

15、PUSH CX PUSH DI MOV DI,00H MOV CX,80HAGAIN：MOV DX,309H IN AL,DX TEST AL,02H JZ AGAIN DEC DX IN AL,DX MOV BDATDI,AL INC DI LOOP AGAIN POP DI POP CX POP AX RETRECEIVE ENDPDELAY MACRO MOV CX,02TIME:LOOP TIMEENDM 11.3常用串行接口介绍11.3.1 传统串行接口标准EIA RS-232C1、信号功能与机械特性 图11.20 RS232C的接插件（a）DB25引脚（b）DB9引脚（a）（b）表

16、11-2 RS-232C基本引脚的名称和功能 9芯引脚号 25芯引脚号名称 功能1保护地 3 2 TxD发送数据 2 3 RxD接收数据7 4 RTS请求发送8 5 CTS清除发送6 6 DSR数据装备准备好5 7 GND信号地1 8 DCD载波信号检测4 20 DTR数据终端准备好9、10 保留11、18、25 未定义2、电气特性表11-3 RS-232C电气特性 电气特性 要求 不带负载时驱动器输出电平V025V（25+25V）负载电阻RL范围 3 7K负载电容（包括线间电容）CL+3V传号或逻辑“1”时 驱动器输出电平 5 15V在负载端 3V输出短路电流 0.5A驱动器转换速率 30V

17、/s驱动器输出电阻R0 300（在断电条件下测量）（1）电平关系（2）负载要求（3）信号速率与连接距离3、电平转换（1）发送电平转换（2）接收电平转换（3）双向电平转换 图11.21 MAX232 11.3.2 EIA其它接口标准RS-232C的缺点，主要表现为以下几个方面：1）数据传输速度慢（20Kb/s）；2）传输距离短（一般为15m）；3）接口处各信号间容易产生干扰。（1）RS-449标准接口（2）RS-423A标准接口图11.22 单端驱动差分接收电路（3）RS-422A标准接口图11.23 平衡驱动差分接收电路（4）RS-485标准接口 11.3.3 USB(1.0)通用串行总线标准

18、1、主要特点（1）有两种数据传送速度，用于连接打印机、扫描仪等设备的速率可达12Mb/s，连接键盘、鼠标等设备的速率为1.5Mb/s；（2）具有很强的连接能力，最多可以支持127个设备；（3）具有真正的“即插即用”特性，用户可以在不关机的情况下进行外设的更换；（4）连接电缆轻巧、电源体积缩小，USB使用四芯电缆线和+5V的电源，对低功率的USB设备不再需要另接其它电源；（5）连接点的距离可以达到5m。2、连接方法图11.24 USB通信线3、传输方式 控制传输该传输为双向传输。同步传输该传输为单向传输。中断传输该传输为只能外设到主机的传输。批传输该传输为单向传输。11.3.4 IEEE-1394总线1、特点IEEE-1394的主要性能特点包括：（1）采用“级联”方式连接各个外部设备；（2）能够向总线连接的设备提供电源；（3）采用基于内存的地址编码，具有高速传输能力；（4）采用点对点结构；（5）安装方便且容易使用。2、工作模式 IEEE-1394定义了两种总线数据传输模式，Backplane和Cable模式。IEEE-1394可同时提供同步和异步的数据传输方式。