微机原理与接口技术v20第9章

1、EIElectronics Information Engineering微机原理与接术第9章串行接口电子信息学院 2010.5 【严华】Sichuan UniversityPrinciple of Microcomputer and Interface Technology第 9章教学重点基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求1电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术 8251A的编程 串行通信并行通信的缺点 并行通信的缺点 通信线路费用昂贵； 由于众多的连线间极易引入干扰，又容易发生线路故障，这就大大降低了整个通信系统的可靠性。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应

2、用举例教学要求2电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术串行通信的特点 传送的信息按位逐位传送。 特点基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 信息包括：数据信息+联络信息； 信息格式有异步和同步信息格式； 需要逻辑电平转换； 可以利用现有的信道（如 优缺点 传送速率低、可靠性差； 但可大大降低通信线路的成本； 主要用于远距离通信。信道等）。3电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术串行通信传输方式计算机在进行远距离的数据通信时，通信线路通常是用已有的公用网。通信双方必须各接入一个专门设备:调制解调器（基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求MODE

3、M）将数字信号调制成模拟信号在线上传输（调制）在接收端将模拟信号还原成数字信号（解调）4电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术信号调制技术电信号可以用式表示为：A sin(t+ )基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求其中：A 为振幅；t为频率；为相位幅移键控（ASK） 以两种幅度的正弦波来分别表示数字信号1和0。频移键控（FSK） 以两种频率的正弦波来分别表示数字信号1和0。相移键控（PSK） 以两种相位的正弦波来分别表示数字信号1和0。5电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术线路传输方式单工传输方式 在传输线路上，数据只能按一个固定的方向传送。 用途较

4、窄,仅适用于一些简单的通信或数据传送场合。半双工传输方式 使用同一根传输线既作输入又作输出，但通信双方不能同时收发数据。全双工传输方式基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 通信双方都能在同一时刻进行多工传输方式 使用多路复用器或多路集中器和接收操作。通信设备。6电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术信息的检错与纠错检错如何发现传输中的错误。纠错发现错误之后,如何消除和纠正错误。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求一般采用奇偶校验或方阵码检错,以反馈重发方式纠错。规程中一般采用循环冗余码CRC在高级通信（Cycle Redundancy Code）检验

5、,以自动纠错方式来纠错。减小误码率,提高传输质量传输信道的电特性差错技术7电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术传输速率波特率指到通信线路上的电脉冲速率；：波特,1波特1b/s或1bps；基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求常用的标准被特率是110、300、1200、2400、4800、9 600、19200波特等。/接收时钟/接收时钟是对数据信号的每一位进行同步。/接收时钟频率nn = 1,16,64/接收波特率8电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术传输距离与传输速率的关系串行接口或终端以基带方式直接传送串行信息流的最大距离与传输速率及传输线的电气特

6、性有关。传输距离与速率是反比关系,即传输距离是随传输速率的增加而减小。对于远距离传送，一般需加MODEM。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求B站A站9电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术串行通信协议通信协议是指通信双方的一种约定，通信双方必须共同遵守。包括：基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求数据格式同步方式 传送速度 传送步骤 检纠错方式字符定义也叫做通信规程,或称传输规程。串行通信协议有两类：异步通信和同步通信。 同步协议又有面向字符、面向比特和面向字节计数。10电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术异步通信协议 又称起止式异步协

7、议。 特点： 通信双方以一个字符作为数据传输送方传送字符的间隔时间是不定的。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求,且发 在传输一个字符时总是以起始位开始,以停止位结束。11电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术异步通信字符传输帧格式基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求12电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术帧格式说明字符 起始位（1位,值恒为0） 数据位（位长度58位可选） 奇偶位（可选有无） 停止位（长度1、1.5和2可选,值恒为1）。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 帧 字符必须以起始位开始,以停止位结束。规定信

8、号1：传号（或称为MARK）。信号0：空号（或称为SPACE）。13电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术帧传输步骤 无传输传号,处于信息1状态。方连续 开始传输基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求方将传号变为空号,并持续1位时间。接受方收到空号后,开始与后的数据。方同步,并期望收到随 数据传输 数据传输规定最低位在前,最 奇偶校验 停止传输 状态恒为1。在后。14电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术帧传送基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求字符E（45H）的传送波形15电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术错误检测错误检测

9、奇偶错溢出错帧格式错基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求奇偶校验规则偶校验：一个字符连同配上的奇偶位,其含1的个数为偶数。奇校验：一个字符连同配上的奇偶位,其含1的个数为奇数。16电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术同步通信协议异步通信每传送一个字符都加起、止信号等附加位,使其传输效率比较低,因此异步通信一般用在数据速率较慢的场合。同步协议 面向字符的同步协议 面向比特的同步协议基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求17电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术面向字符的同步协议典型代表：IBM公司制定的BSC特点基本概念通信协议接口标准接口

10、设计接口应用举例教学要求一次传送由若干个字符组成的数据块。字:规定了10个特殊字符作为这个数据块的开通信头与结束标志以及整个传输过程的信息。传输效率高:通常,一个数据帧内包含成百甚至上千个字符,而附加的帧格式信息仅几个字符。18电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验面向比特的同步协议 特点 所传输的一帧数据可以是任意位； 靠约定的位组合模式来标志帧的开始和结束；基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 以二进制位为最小传输 最有代表性的同步协议 SDLC, IBM公司制定。 HDLC, ISO制定。 AD, ANSI

11、制定。19电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术串行接口标准 串行通信要解决两个问题。 计算机与外设之间要共同遵守的物理接口标准,包括: 电缆的机械特性、电气特性、信号功能及传送过程的定义； 如：EIA RS-232、RS-422、RS-485。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 按接口计算机与外设之间进行串行通信的接口电路。20电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术EIA RS-232C接口标准EIA（Electronic Industries Association） 连接器采用DB-25和DB-9插头插座；电缆长度：不超过50英尺（15米）传输速

12、率：020000b/s基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 电气特性 数据线逻辑1 = 3 15V逻辑0 = +3 +15V线信号有效(接通,ON状态,正电压) = +3 +15V信号无效(断开,OFF状态,负电压) = 3 15V21电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术EIA RS-232C与TTL电平转换 电平转换 EIA RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态； TTL是以高低电平表示逻辑状态； 因此,必须在EIA RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 目前较广泛地使用集成电路转换器件 MAX 232基本概念通信协议接口标准接口设计接口

13、应用举例教学要求22电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术RS422、RS423、RS485接口标准与 RS-232C兼容。支持更高的传输速率。支持更远的传送距离。增加信号引脚数目。接口的电气特性。参见P277表9-2。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求23电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术串行通口设计 串行通口的基本任务 进行串/并转换 实现串行数据格式化 可靠性校验 实施接口与DCE之间的联络 DCE（Data Communication Equipment, 数据通信设备） 典型的DCE，例如MODEM基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用

14、举例教学要求电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术24微机间串行通口 USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter 通用同步异步接收发器基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术25可编程串行接口8251A 可用于同步和异步传送、接收； 异步：58 bit/字符； 可产生1、1.5或2个位的停止位； 波特率: 19.2Kbps(异步) , 64Kbps(同步) ； 全双工； 错误检测: 具有奇偶错、溢出和帧错的检测能力； 全部输入/输出与

15、TTL兼容,+5V供电、28只引脚。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术26内部逻辑与引脚基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求27电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术8251A引脚 与CPU接口的信号线 数据总线（D0D7）,三态双向基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 读写信号(RD、WR) 片选信号(CS) RESET与CLK C/D TxE TxRDY RxRDY/数据线器空,状态线,高电平有效器准备好,状态线,高电平有效准备好,状态线,高电平有效器输入时钟输入时钟 TxC R

16、xC28电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术8251A引脚(2)与调制解调器的接口信号DTR数据终端准备好,输出,低电平有效。RTS请求,输出,低电平有效。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 用于通知MODEM，825lA要求。DSR数据装置准备好,输入,低电平有效。 表示MODEM已准备好。CTS清除传送(即传送) ,输入,低电平有效。 MODEM对8251A的RTS信号的响应,当其有效时8251A方可发送数据。TxD数据线RxD接收数据线29电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术内部结构 数据总线缓冲器,三态双向 可读/写数据,也可以写入 读状态

17、信息。字和命令字；基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 接收在RxD脚上的串行数据,并转换为并行数据,存放在数据总线缓冲器中。器 异步：先加上起始位,并根据要求加上校验位时钟TxC作用下,由TxD脚串和停止位,在行 读/写出去。和MODEM30电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术内部结构(续) 定时和通信速率和器分别设置接收时钟和时钟信号输入线,以决定通信速率。 提供外部时钟信号的装置称为波特率发生器。 异步通信时波特率范围从11019200bit/s。 分频系数也称波特率因子。基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求31电子信息学院 2010.5 【

18、严华】微机原理与接术外部时钟频率数据传输波特率 =分频系数异步方式下的接收原理基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求32电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术说明监视RxD线。在无字符传送时,RxD线上为高电平,当发现RxD线上出现低电部计数器。,即认为它是起始位,就启动一个内基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求当计数器计到一个数据位宽度的一半时,又重新采样RxD线,若其仍为低电平,则确认为起始位。在移位脉冲RxC作用下把RxD线上的数据送至移位寄存器,经过移位,就得到了并行数据。对并行数据进行奇偶校验并去掉停止位后,通过内部总线最后送至数据总线缓冲器

19、。此时发出RxRDY信号,告诉CPU字符已经收到。33电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术8251A读写基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求34电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术CS C/D RD WR功能I/O端口0001010100100110CPU从8251读数据CPU从8251读状态CPU写数据到8251 CPU写命令到8251308H309H308H309H8251A编程工作方式字 对8251A工作方式进行选择； 指定帧数据格式。工作命令字 使8251A进行某种操作或处于某种工作状态,以便接基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学

20、要求收或状态字数据。反映8251A的状态信息。35电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术8251A工作方式字奇偶校验x0-无校验01-奇校验11-偶校验数据长度00-5位01-6位10-7位11-8位波特率系数00-不用01-x110-x1611-x64停止位(异步)00-不用01-1位10-1.5位11-2位基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求 某异步通信中,其数据格式采用8位数据位,1位起始位,2位停止位,奇校验,波特率系数是16。 则其工作方式字为11 01 11 10B=DEH。MOV MOVOUTDX, 309H AL, 0DEHDX, AL；8251命令

21、口；异步工作方式字36电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术D7D6D5D4D3D2D1D08251A工作命令字D7D6D5D4D3D2D1D0数据终端准备好内部复位错误标志复位接收基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求请求中止符号若要使8251A内部复位,且:接收,则程序为MOV MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOVOUTDX, 309HAL, 00H DX, ALAL, 01000000B DX, AL AL,0DEH DX,AL AL,00000101BDX,AL；8251A命令口；空操作；置 D6=1,使内部复位；工作方式字；接收和37电子信

22、息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN8251A状态字D7D6D5D4D3D2D1D0基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求奇偶错误溢出错误格式错误接收准备好同步检出数传机就绪器空准备好 状态寄存器的状态位RxRDY、TxE、SYNDET以及DSR的定义与引脚的定义相同。 但TxRDY的含义同8251A 的含义是不同的。引脚上的TxRDY38电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY8251A状态若要是否准备好,则可编程：8251A基本概念通信协议接口标准接口设计接

23、口应用举例教学要求MOVL：IN TEST JZ MOVINDX, 309H；状态口AL, DXAL, 00000010B LDX, 308HAL, DX；读状态字；查RxRDY=1？；未准备好,则等待；数据口；已准备好,则读数39电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术8251A状态若要检查是否出错，则用下列程序段：基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求MOV INTESTDX, 309H AL, DXAL, 00111000B；状态口；检查D5 D4 D3三位；（FE、OE、PE）；若其中有一位为1,；则出错JNZERROR40电子信息学院 2010.5 【严华】微

24、机原理与接术8251A命令口写入的顺序基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求方式字和命令字均无特征位，且都是送到命令口，如何区分？41电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术双机串行通信在甲乙两台微机之间进行串行通信。甲机,乙机接收。将甲机上开发的应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。采用起止式异步方式，数据格式：基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求字符长度为8位2位停止位波特率因子为64 无校验波特率为4800CPU与8251A之间用方式交换数据。口地址分配:309H为命令/状态口,308H为数据口。42电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理

25、与接术硬件连接采用8251A作为接口的主，再配置少量附加电路,如波特率发生器、RS-232C与TTL电平转换电路、地址译码电路等就可接口。一个串行通信基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求由于是近距离传输,可以不设MODEM,而直接交叉互连（哑MODEM）。甲乙两台微机之间的硬件连接只需TXD、RXD和 GND三根线连接就能通信。采用I/O方式,故收/发程序中只需检查发/收准备好的状态是否置位,即可收发1个字节。43电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术硬件连接图基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求44电子信息学院 2010.5 【严华】微机原理与接术程序(1)start：MOVMOV OUT MOV OUT NOP MOV OUT MOV OUTMOVMOVDX, 309H AL, 00H DX, AL AL, 40HDX, AL；命令口；空操作基本概念通信协议接口标准接口设计接口应用举例教学要求；内部复位AL, 0CFH DX, AL AL, 37H DX, ALCX, 2DHSI, 300H；方式字；命令字（RTS、ER、RxE、；DTR和 TxEN均置位）；传送字节数；区首址（假设）45电子