汇编语言及接口技术 h7-3 串行通信概述

1、17 73 3 串行通信概述串行通信概述 计算机与外设之间的信息交换 通信。 两种基本的通信方式：两种基本的通信方式： 并行通信 将一个数据的各位同时传送。并行通信使用并行接口实现。 串行通信 将一个数据的各位，一位接一位地顺序传送。串行通信用串行接口实现，所谓串行，是指接口和外设之间的传诵是串行的，而接口和MPU之间的传送总是并行的。 特点：特点：并行通信一般使用传输线多，传送效率高，但通信距离比较近；而串行通信使用传输线少，通信距离比较远，但传送效率低。2 1串行数据线路传输的三种方式三种方式 收发器收发器数数 据据收发器收发器AB发送器发送器数数 据据接收器接收器AB收发器收发器数数 据

2、据收发器收发器AB（1）单工方式单工方式 （单向传送）（单向传送）（2）半双工方式半双工方式 （分时收发）（分时收发）（3）全双工方式全双工方式 （同时收发）（同时收发）3 （1）单工单工传输方式（单向传送） 数据仅按一个固定方向传送。常用于远程串行打印机之类的单向通信。 （2）半双工半双工传输方式（分时收发） 使用同一根传输线既作输入又作输出，通信双方分时发送和接收，电路反转需要时间。通信时由半双工通信协议控制传送方向。 （3）全双工全双工传输方式（同时收发） 信号的发送和接收分别使用两根传输线，即系统在同一时刻即可发送又可接收数据。4 2串行通信类型串行通信类型 两种类型：同步通信和异步通

3、信。 （1）同步通信）同步通信 所谓同步通信是将要传送的数据组成一个信信息组息组，在约定的波特率下使数据一个接一个地从发送端传送到接收端。 在有效数据传送之前首先发送一串特殊的数符进行标识或联络，这串数符称为同步字符同步字符或标识符。 在传送过程中，发送端和接收端的每一位数据均保持同步同步。传送的数据位数几乎不受限制，通常可以是几十到几千个字节，甚至更多。 5同步通信的数据格式同步通信的数据格式 ：同步字符同步字符同步字符同步字符1同步字符同步字符2数据场数据场数据场数据场数据场数据场数据场数据场数据场数据场CRC1CRC1CRC1CRC1CRC1CRC2CRC2CRC2CRC2CRC2地址符

4、地址符 8位位地址符地址符 8位位控制符控制符 8位位 标志符标志符01111110 标志符标志符01111110 标志符标志符01111110 标志符标志符01111110（a）单同步格式）单同步格式（b）双同步格式）双同步格式（c）SDLC格式格式（e）HDLC格式格式（d）外同步格式）外同步格式6 同步通信的特点同步通信的特点： 传送效率高效率高，因为其中非数据信息的比例较小。 同步传送时，发送端和接收端必须用同一发送端和接收端必须用同一时钟信号同步时钟信号同步。近距离时可在传输线中增加一根时钟信号线，远距离时在串行数据中隐含同步时钟，接收端的解调器从中提取，用锁相技术得到和发送时钟频率

5、完全相同的接受时钟信号。 发送和接收器构造复杂构造复杂，成本较高。7 （2）异步通信）异步通信 异步通信是以一个起始位表示字符的开始，以停止位表示字符的结束，数据的传送以一个“字符字符”为单位，这样的一组信息也称为一帧一帧。 异步通信数据格式：数据格式： 字符的约定：字符的约定：四个字节 1位起始位：“0”（空号Space）, 58位数据位， 1位奇偶校验位， 1位、1位或2位停止位：“1”（传号Mark）。8 异步通信时，发送器和接收器之间的另一项约定是波特率波特率。规定每秒钟传送的二进制位数（Band rate，位/秒，bps），是衡量传输通道频宽的指标。 常用的标准波特率：300、600

6、、1200、1800、2400、4800、9600。 例如，如果每秒钟传输120个字符，每个字符有10个数据位，则波特率为1200。9 异步通信的特点：异步通信的特点：每发送一个数据或字符需要增加大约20%的附加信息位，因而有效传输率低，但设备比较简单，常用于传送信息量不太大，速率比较低的场合。10 发送端和接收端各有一个时钟发生器，通常工作于同一频率，但实际相位和频率不可能精确相等。 如何保证收发同步？如何保证收发同步？ 异步通信的依据异步通信的依据： 两个近似于同一频率的时钟可以在一段短时间内保持同步。 通常时钟频率取为波特率的整数倍。 11 通常时钟频率取为波特率的整数倍。 例如16倍，

7、发送端按照自己时钟的16分频（即波特率）发出串行数据，接收器根据收到的起始位（下降沿）来同步自身的时钟，并以此为起点，隔8个时钟周期（起始位的中点）取样串行数据，得到的是起始位“0”，以后每隔16个接收时钟周期取样一次串行数据（每位的中点），一直到结束。 12 UART对数据的采样：16T启动位启动位确定已检测确定已检测到启动位到启动位时钟同步时钟同步启动检测启动检测采样数据采样数据采样数据采样数据DATACLOCK数据位数据位数据位数据位T13 由于只有十多位，到最后一位（停止位）到来时，接收时钟会稍许偏离发送时钟，但这种偏离不会影响这很短的812位串行位流的正确接收。 若偏差太大以致无法正

8、确接收时，“停止位”就会出错，发生“帧错误”（Frame error）。 字符之间的停止位和空闲位为这种偏差提供了缓冲，没有偏差积累。14 3串行通信串行通信总线总线（RS232C） RS一232是一种串行通信总线标准，是数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的接口标准，1969年由美国电子工业协会(EIA)从CCITT远程通信标准中导出的一个标准。 由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一般都不超过15m。通常两计算机的近距离通信可以通过RS232C接口连接起来。15 （1）RS232C信号定义的说明 RS232C标准包括机械指标和电气指标。机械指标规定，RS232C 接口通向外部的

9、连接器(插针和插座)是一种标准的“D”型保护壳的25针插头。图6.59 标准RS232C插脚编号16 25个插脚的功能分配列于表6.29（P327）。 有定义的仅22个。这22个信号分为两个信道组:一个主信道组(标有“*”者)和一个辅信道组，大多数微机通信系统仅使用主信道组的信号线。在通信时，并非所有主信道组的信号都要连接。 在微机通信中，通常使用的RS232接口信号只有9根引脚(见P328表6.30)。17 在微机通信中，通常使用的RS232接口信号只有9根引脚(见P328表6.30)。引脚引脚信信 号号说说 明明2TXD发送数据发送数据3RXD接收数据接收数据4RTS请求发送请求发送5CT

10、S允许发送允许发送6DSR数据通信设备准备好数据通信设备准备好引脚引脚信信 号号说说 明明7GND信号地信号地8DCD数据载体检测数据载体检测20DTR数据终端准备好数据终端准备好22RI振铃指示振铃指示18 常用的9根引脚分两类： 基本的数据传送引脚基本的数据传送引脚：TXD，RXD，GND(2，3，7号引脚) TXD：数据发送。数据传送时，发送数据由该引脚发出，送上通信线，在不传送数据时，异步串行通信接口维持该脚为逻辑1。 RXD；数据接收。来自通信线的数据信息由该引脚进入接收设备。 GND：信号地。该引脚为所有电路提供参考电位。 19 MODEM的控制和状态引脚：的控制和状态引脚： 计算

11、机通过RS-232C接口送给MODEM的控制引脚包括DTR和RTS。 DTR：数据终端准备。用于通知MODEM计算机准备好，可以通信了。 RTS：请求发送。用于通知MODEM计算机请求发送数据。 20 MODEM通过RS-323C接口送给计算机的状态信息，引脚包括DSR，CTS，DCD和RI。 DSR：数据通信设备准备就绪。用于通知计算机，MODEM准备好了。 CTS：允许发送。用于通知计算机MODEM可以接收数据了。 DCD：数据载体检测。用于通知计算机MODEM与电话线另一端的MODEM已经建立联系。 RI：振铃信号指示。用于通知计算机，有来自电话网的信号。 21 （2）通过）通过RS23

12、2C接口的通信接口的通信 数据终端设备数据终端设备DTE： (Data Terminal Equipment)，如计算机、终端显示器。 数据通信设备数据通信设备DCE：(Data Communication Equipment) ，如调制解调器。22具有具有MODEM设备的远距离通信设备的远距离通信 ： 电话线的两端都有DCE，即MODEM设备。MODEM除具有调制和解调功能外，还必须具有控制功能和反映状态的功能。这些控制功能用来完成与RS一232C接口以及电话线另一端的MODEM进行信息交换和联络控制。 23 不使用不使用MODEM设备的近距离通信设备的近距离通信：即不通过电话线进行远程通信

13、，则不需要使用DCE，而直接把DTE连接起来，称为零调制解调器联接。24 通信双方永远准备好接收的DTE 这是一种最简单的连接，仅用3根线。不连接和MODEM有关的线，如图6.60 (a)； 将控制线和自身状态线连接起来，如图6.60 (b)所示。 25 利用MODEM的控制信号线建立同步 当进行近距离通信时，不必通过MODEM，两台计算机可以通过RS232C直接对接，这种情况下，和MODEM有关的控制线和状态线用来为通信双方进行握手联络。 图6.61 用MODEM控制作为握手联络 图6.62 用MODEM控制的一种简化联络26 （3）RS232C总线的电气规范总线的电气规范 RS232C总线

14、的电气规范采用负逻采用负逻辑辑。规定用515V表示逻辑“1”(或称MARK信号)，用515V表示逻辑0(或称SPACE)。 27（4）RS232C标准与标准与TTL标准之间的转换标准之间的转换 Motorola公司制造的MC1488和MC1489是实现RS232C电平与TTL电平互换的芯片。28 3串行通信接口串行通信接口 在微机系统中，数据是以并行方式存储、处理和传送的。因此在串行输出前须将并行数据转换成串行数据，数据接收后须将串行数据转换成并行数据。为此许多厂商设计了通用的串行通信收发器，用来实现并串串并转换、错误校验以及发送/接收控制等。294通用异步收发器通用异步收发器UART(Uni

15、versal Asynchronous Receiver and Transmitter) 通用同步通用同步/异步收发器异步收发器USART(Universal Synchronization Asynchronous Receiver and Transmitter) 基本组成基本组成： 接收器及控制 发送器及控制 在接收数据时，检测时钟脉冲的频率可以是波特率的1倍、16倍或64倍，常用K来表示，称为波特率因子波特率因子，也称为波特率系数。 K=1，16或64 30 硬件UART的基本组成及工作原理：CLOCKCLOCKCONTROL11发送保持寄存器发送移位寄存器接收移位寄存器接收缓冲寄存

16、器RESETWRRDCSDBPRERRRECFRERROVRNTBERXDINTXDOUT31 可编程串行通信接口可编程串行通信接口 8251A（USART)：。发送发送缓冲器缓冲器接收接收缓冲器缓冲器发送发送控制控制接收接收控制控制数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/写写控制电路控制电路调制解调调制解调TXRDYTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDET/DRKDETDSRDTRCTSRTS。RESETCLKC/DRDWRCS。TXDRXDD70发送器发送器接收器接收器328251A读读/写功能表写功能表CSC/ DRDWR功能功能0001CPU从从8251A读数据读数据0101CPU从

17、从8251A读状态读状态0010CPU向向8251A写数据写数据0110CPU向向8251A写命令写命令1无操作无操作338251A的编程：1. 方式选择命令字方式选择命令字D7D6D5D4D3D2D1D0校验位校验位0 = 无校验无校验 0 1 = 奇校验奇校验 1 1 = 偶校验偶校验 字符长度字符长度 0 0 = 5位位 0 1 = 6位位 1 0 = 7位位 1 1 = 8位位波特率因子波特率因子 0 0 = 同步方式同步方式 0 1 = 异步异步1 1 0 = 异步异步16 1 1 = 异步异步64异异步步0 0 = 无效无效0 1 = 1位停止位位停止位1 0 = 1. 5位停止位

18、位停止位1 1 = 2位停止位位停止位同同步步1 1 = 单同步字符，外同步单同步字符，外同步1 0 = 单同步字符，内同步单同步字符，内同步0 1 = 双同步字符，外同步双同步字符，外同步0 0 = 双同步字符，内同步双同步字符，内同步348251A的编程：2. 操作命令字操作命令字（使8251A处于规定的工作状态）D7D6D5D4D3D2D1D0EHI RRTSERSBRKRXEDTRTXEN1= 内部复位内部复位1= 错误标志复位错误标志复位发送中止字符发送中止字符 1= 迫使迫使TXD为为“低低” 0= 正常操作正常操作1= 发送允许发送允许1= 数据终端准备好数据终端准备好1= 接收

19、允许接收允许1= 请求发送请求发送1= 搜索同步字符搜索同步字符358251A的编程：3. 状态字状态字DSR SYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY溢出错溢出错发送器空发送器空接收准备好接收准备好数据数据设备设备准备准备好好同步同步检测检测奇偶错奇偶错发送准备好发送准备好格式错格式错D7D6D5D4D3D2D1D0368251A初始化编程步骤：初始化编程步骤：异步？异步？系统复位系统复位写入方式选择命令字写入方式选择命令字写入第一个同步字符写入第一个同步字符写入第二个同步字符写入第二个同步字符单同步？单同步？Y写入操作命令字写入操作命令字复位？复位？完成？完成？传送数据传送数据Y

20、NYYNNN37 例 利用8251A串行接口芯片通过标准串行接口总线RS-232实现两台8086微机之间的串行通信，电路如图所示。D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS译译码码器器D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS译译码码器器8251ACPUCPU8251ATXDRXDTXDRXDRS-232RS-23222337738 设该例中采用查询方式查询方式，异步传送异步传送，双方实现半双工通信半双工通信。 一方为发送器，另一方为接收器。 发送端发送端的CPU查询状态字的TxRDY位，若为高电平，则向 8251A并行输出一个字节数据，通过8251A的发送移位寄存器将其转换成所要求的串行格式数据从TxD端发送； 39 接收端接收