第07章串行通信接口及总线标准.ppt

1、http:/ 7.1 串行通信的基本概念 7.2 串行通信的物理标准 7.3 可编程串行通信接口芯片INS8250 7.4 PC系列微机的异步串行通信适配器及其编程7.1 串行通信的基本概念7.1.1 并行通信和串行通信并行通信串行通信一组数据的各位同时进行传输一组数据一位一位进行传输D7D6D5D4D3D2D1D0联络信号线10011100111101110D00D11D20D30D41D5优点：速度快，控制简单缺点：连接线多，易受干扰 不适合远距离传输。优点：连线少缺点：传输速率较低主要用于长距离、低速率通信主要用于长距离、低速率通信两个串口等两个串口等主要用于近距离、高速率通信（打印机等

2、）主要用于近距离、高速率通信（打印机等）7.1.2 两种串行通信异步串行通信同步串行通信ASYNC(Asynchronous Data Communication)SYNC(Synchronous Data Communication)一、异步串行通信起始位起始位(start (start bit)bit)空闲位空闲位数据位数据位(data bit)(data bit)字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1校验位校验位(parity (parity bit)bit)停止位停止位(stop (stop bit)bit)问题：双方使用本地时钟1、波

3、特率(baud rate):2、帧帧(frame)格式：格式：3、错误检测：低位低位高位高位每秒传输码元的个数，称奇偶校验错误奇偶校验错误(Parity error)溢出错误溢出错误(Overrun error)帧格式错误帧格式错误(Frame error)异步传输的时钟定时方法异步传输的时钟定时方法数据（61H）100011停止位异步传输先发送低位(LSB)发送方利用内部时钟来决定什么时候发送每个位接收方检测开始信号的下降沿，然后利用它的内部时钟从每一位的中间接收该位位00起始位LSBMSB返回上一张二、同步串行通信SYNC(Synchronous Data Communication)使用

4、公共时钟单同步格式单同步格式面向字符面向字符面向位型面向位型 双同步格式双同步格式外同步格式外同步格式同步数据链路控制规程同步数据链路控制规程SLDC高级数据链路控制规程高级数据链路控制规程HLDC先进数据链路控制规程先进数据链路控制规程ADCCP内同步格式内同步格式公共时钟发送方接收方用一根同步时钟线用一根同步时钟线来同步收发数据来同步收发数据由传输的数据中由传输的数据中携带同步信息携带同步信息通过调制解调器通过调制解调器从数据流中提出从数据流中提出同步信号，用锁同步信号，用锁相技术获得。相技术获得。数据（数据（62H）0同步传输先发送高位同步传输先发送高位(MSB)发送方在时钟信号的下降沿

5、发送字节接收方在时钟信号的上升沿接收字节时钟时钟（发送时钟与接（发送时钟与接收时钟完全同步）收时钟完全同步）1100010LSBMSB同步传送数据格式同步传送数据格式(a) 单同步数据格式；单同步数据格式；(b) 双同步数据格式；双同步数据格式；(c) SDLC数据格式数据格式;(d) HDLC数据格式；数据格式；(e) 外同步格式外同步格式 (a)(b)同步字符数据场CRC 校验字符1CRC 校验字符2同步字符1 同步字符2数据场CRC 校验字符1CRC 校验字符2标志符01111110地址符8 位数据场CRC 校验字符1CRC 校验字符2标志符01111110标志符01111110地址符8

6、 位数据场CRC 校验字符1CRC 校验字符2标志符01111110控制符8 位数据场CRC 校验字符1CRC 校验字符2(c)(d)(e)单同步数据格式单同步数据格式双同步数据格式双同步数据格式SDLC数据格式数据格式HDLC数据格式数据格式外同步格式外同步格式三、同步通信协议1、同步方式通信的特点 异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位均保持同步，而仅要求在一个字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步方式通信则要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓“位同步”。因此，同步方式中，收、发两端需用同一个时钟源作为时钟信号。 同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它

7、不是用起始位表示字符的开始，收发双方的同步方法可分为外同步法和内同步法。外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端按这个时钟频率调整自己的时序，使接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。 同步通信协议分为面向字符和面向比特两种。同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。 同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送。如上所说，同步通信协议可分为两类： 面向字符的同步通信协议，这类协议目前有两种： BM国际标准化组织ISO提出的基本型同步通信协议

8、； BSC IBM公司提出的二进制同步通信协议。 面向比特的同步通信协议 HDLC 国际标准化组织ISO提出的高级链路控制协议； SDLC IBM公司提出的同步数据链路控制协议； ADCCP 美国国家标准化协会ANSI提出的先进数据通信协议； X.25 第二级国际电报电话咨询委员会CCITT提出的协议； DDCMP 美国DEC公司提出的数字数据通信信息协议。这种协议较早在二十世纪60年代就开始发展，目前仍在使用，其典型代表是IBM公司提出的二进制同步通信协议BSC，下面简单介绍一下这种通信协议。 面向字符的同步通信协议BSC的帧格式 该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信息块称为一帧，

9、用一些特殊定义的字符来定界一帧的开始、结束和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。此种协议的一般帧格式如图8.21所示。 SYN是同步字符，每帧开始有若干个SYN。接收端一 旦检测到同步字符SYN，就知道一帧开始了。 SOH（Start of Header）表明标题的开始，称为序始符。 标题中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。 STX（Start of Text）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。 数据块是传送正文的内容。 ETB（End of Transmission Block）称为组终符 ETX（End of Text）称为文终符。ETB用在正文很长，需分成若干个数据块，在不

10、同帧中传送的情况，除最后 一个数据块后用 外，其余数据块后都用ETB。 SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB或ETX 块校验 特殊定义的字符三、同步与异步的差别1、时钟、时钟 要求要求同步串行通信异步串行通信必须精确、相等的时钟必须精确、相等的时钟收发时钟基本相等即可收发时钟基本相等即可2、控制、控制 信息信息有累积误差有累积误差累积误差下字节消除累积误差下字节消除整块数据附加帧信息整块数据附加帧信息每个字符附加帧信息每个字符附加帧信息传输数据效率高，传输数据效率高，信息量大。信息量大。高速数据链路高速数据链路传输效率固定传输效率固定低速数据链路低速数据链路3、校验、校验 方式

11、方式16位位CRC循环冗余校验循环冗余校验采用采用1位奇偶校验位奇偶校验可靠性高可靠性高可靠性比同步的低可靠性比同步的低高高低低4、复杂、复杂 程度程度7.1.3串行通信连接方式串行通信连接方式发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器A站站B站站单工通信单工通信Simplex半双工通信半双工通信Half Duplex全双工通信全双工通信Full Duplex发送器发送器接收器接收器7.1.4 调制解调器调制解调器(Modem)电话线传送音频3003400HZ，不适合不适合传数据传输。模拟调制： 调幅(AM)、调频(FM)、调相(P

12、M)数字调制： 幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)计算机常用频移键控(FSK)7.1.6 硬件实现硬件实现一、UART通用异步收/发器(Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter)7.1.5 串行通信的校验方法串行通信的校验方法一、奇偶校验一、奇偶校验二、方阵校验二、方阵校验三、三、 CRC循环冗余校验循环冗余校验二、USRT通用同步收/发器(Universal Synchronous Receiver/Trasmitter)三、USART通用同步异步收/发器(Universal Asychronous/Synchronous

13、Receiver/Trasmitter)四、ACIA异步通信接口适配器(Asyn-chronous Communication InterfaceAdapter)7.2 串行通信的物理标准串行通信的物理标准常用的串行通信标准由RS-232C、RS-422A、RS-485A，RS-423A串行接口的标准化，就是指与通信设备相连接的这组信串行接口的标准化，就是指与通信设备相连接的这组信号的内容、形式以及接插件引脚的排列等的标准化。号的内容、形式以及接插件引脚的排列等的标准化。EIA RS232C是美国电子工业协会美国电子工业协会推荐标准推荐标准(Electronic Industries Asso

14、ciation Recommended Standard232C)第232代号的标准，C为标准的版本号。 RS-232C RS-232C接口标准使用标准的接口标准使用标准的2525针针D D型连接器即型连接器即DB-25DB-25。PCPC机已使用机已使用9 9针连接器取代针连接器取代2525针连接器。针连接器。9 9针连针连接器引接器引脚号脚号2525针连针连接器引接器引脚号脚号名名 称称2525针连针连接器引接器引脚号脚号名名 称称1 1保护地保护地1212次信道载波检测次信道载波检测3 32 2发送数据发送数据TxDTxD1313次信道清除发送次信道清除发送2 23 3接收数据接收数据R

15、xDRxD1414次信道发送数据次信道发送数据7 74 4请求发送请求发送RTSRTS1616次信道接收数据次信道接收数据8 85 5清除发送清除发送CTSCTS1919次信道请求发送次信道请求发送6 66 6数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR2121信号质量检测信号质量检测5 57 7信号地信号地GNDGND2323数据信号速率选择数据信号速率选择1 18 8载波检测载波检测CDCD2424终端发生器时钟终端发生器时钟4 42020数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR9 9、1010保留保留9 92222振铃提示振铃提示RIRI1111未定义未定义1515发送时钟发送时钟TxCTx

16、C1818未定义未定义1717接收时钟接收时钟RxCRxC2525未定义未定义 TxD TxD 发送数据发送数据串行数据的发送端。串行数据的发送端。 RxDRxD 接收数据接收数据串行数据的接收端。串行数据的接收端。 GND GND 信号地信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS RTS 请求发送请求发送当数据终端设备准备好送出数据时，就当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的发出有效的RTSRTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS CTS 清除发送清除发送当数据通信设备已准备好接收数据终端当数

17、据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出设备的传送数据时，发出CTSCTS有效信号来响应有效信号来响应RTSRTS信号。信号。 DTR DTR 数据终端准备好数据终端准备好通常当数据终端设备一加电，该通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。 DSR DSR 数据装置准备好数据装置准备好通常表示数据通信设备通常表示数据通信设备( (即数据装即数据装置置) )已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。是处于测试方式或断开状态。 CD CD

18、载波检测载波检测当本地调制解调器接收到来自对方的载波信当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩该引脚缩写为写为DCD。 RI RI 振铃指示振铃指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示，保持有效。该引脚信号作为电话铃响的指示，保持有效。 计算机由计算机由RS-232CRS-232C接口连接调制解调器接口连接调制解调器 两台微机直接利用两台微机直接利用RS-232CRS-232C接口进行短距离通信接口进行短距离通信 一种简化的连接方式（

19、Null Modem） 适用于双机直连TDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRITDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRI“1 ”=-3V-25V传号 MARK “1 ”空号 SPACE “0 ”“0 ”=+3V+25VPC机中-3V-12VPC机中+3V+12V(2)电平转换电平转换电平电平EIA电平电平TTL电平或电平或CMOS电平电平MCl488MCl489EIA电平电平TTL电平或电平或CMOS电平电平MAX232TTL电平或电平或CMOS电平电平TTL电平或电平或CMOS电平电平EIA电平电平EIA电平电平EIA电平电平(3)其他电气参数：其他电气参数：电缆的旁路电容电缆

20、的旁路电容2500pF(包括电缆电容包括电缆电容)开路电压开路电压25V一般传输最大速度一般传输最大速度20kbps,小于小于15cm7.3 可编程串行通信接口芯片可编程串行通信接口芯片INS82501、进行串行、进行串行/并行转换，实现串行数据格式化并行转换，实现串行数据格式化0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1停止位可选停止位可选1、1.5、2位位可选可选5、6、7、8位数据位位数据位可选择奇校验、可选择奇校验、偶校验、不校验偶校验、不校验或校验位强制为或校验位强制为“1”/“0”起始位起始位为为1位位空闲位空闲位为为“1”发送时自动插入起始位、

21、停止位和奇偶校验位发送时自动插入起始位、停止位和奇偶校验位一、一、8250内部结构及外部引脚内部结构及外部引脚2、接收和发送电路SIN0/10/1 0/10/10/10/10/10/1接收移位寄接收移位寄存器存器RSR接收缓冲寄接收缓冲寄存器存器RBR接收同接收同步控制步控制传输传输线控线控制寄制寄存器存器LCR传输线状传输线状态寄存器态寄存器LSRRCLKSOUT0/10/10/10/10/10/1 0/10/1发送移位寄发送移位寄存器存器TSR发送缓冲寄发送缓冲寄存器存器TBR发送同发送同步控制步控制BAUDOUT波特率波特率发生器发生器双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送3、波特率发生器

22、分频次数寄分频次数寄存器存器(高高)分频次数寄分频次数寄存器存器(低低)发送缓发送缓冲寄存冲寄存器器TBRBAUDOUT选择和选择和读读/写控写控制逻辑制逻辑XTAL1XTAL2除数寄存器保存设定的分频系数分频系数基准时钟频率（16比特率）起起 始始 位位16 TT16 T8 T4、中断控制系统中断识别寄中断识别寄存器存器IIR中断允许寄中断允许寄存器存器IER中断中断控制控制逻辑逻辑INTRPT5、MODEM控制逻辑MODEM状态寄存器状态寄存器MODEM控制寄存器控制寄存器调制调制解调解调控制控制逻辑逻辑RTSCTSDTRRLSDRIDSR1OUT2OUT允许发送信号允许发送信号请求发送信

23、号请求发送信号发送数据终端准备好信号发送数据终端准备好信号接收数据装置准备好信号接收数据装置准备好信号MODEM接收信号检测输入接收信号检测输入振铃指示输入振铃指示输入用户指定两用户指定两个输出信号个输出信号SIN接收移位寄接收移位寄存器存器RSR接收缓冲寄接收缓冲寄存器存器RBR接收同接收同步控制步控制传输传输线控线控制寄制寄存器存器LCR传输线状传输线状态寄存器态寄存器LSRRCLKSOUT发送移位寄发送移位寄存器存器TSR发送缓冲寄发送缓冲寄存器存器TBR发送同发送同步控制步控制BAUDOUT分频次数寄分频次数寄存器存器(高高)分频次数寄分频次数寄存器存器(低低)发送缓发送缓冲寄存冲寄存

24、器器TBR中断识别寄中断识别寄存器存器TSR中断允许寄中断允许寄存器存器IER中断中断控制控制逻辑逻辑INTRPTMODEM状态状态寄存器寄存器MODEM控制控制寄存器寄存器调制调制解调解调控制控制逻辑逻辑RTSCTSDTRRLSDRIDSR1OUT2OUT数据总线控数据总线控制器制器7 0DD选选择择和和读读/写写控控制制逻逻辑辑0CAS1CAS2CAS2A1A0AADSDISTRD IST RDOSTRDOSTRCSOUTDDISMR1XTAL2XTAL7.3.3 8250内部寄存器和控制字及状态字PC机的串口地址COM1口 03F8H03FEH8250用3根地址线，7个地址，区分出10个

25、寄存器状态寄存器3个 LSR，MSR，IIRPC机的串口地址COM2口 02F8H02FEHA8选中是COM1还是COM2初始化寄存器5个 LCR，MCR，IER，DLL，DLH数据寄存器2个 TBR，RBR其中TBR,RBR用读写区分DLHDLLLCR中D7位DLAB1 00 0 00 0 1TBR和RBR IERIERA2A1A0一、数据寄存器假设COM为03F8H或02F8HCOM+0发送缓冲寄存器TBR接收缓冲寄存器RBR只写只读二、除数锁存器:(分频次数)DLLCOM+0COM+1DLAB=0DLHDLAB=1对外部时钟分频波特率=外部时钟/16分频次数例如：fosc=1.8432M

26、Hz,波特率为4800BAUD，N=1.8432*106/(16*4800)N=24=18H分频次数=外部时钟/16波特率三、传输线控制与状态寄存器7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0DDLAB SBPK SPB EPS PEN STBD1D0寄存器选择寄存器选择0正常值正常值1除数寄存器除数寄存器中止字符中止字符0无作用无作用1发送中发送中止字符止字符校验位设置校验位设置*0无校验无校验01设置奇校验设置奇校验11设置偶校验设置偶校验附加附加校验位校验位0无附加无附加1附加附加停止位个数停止位个数0 1位位1 1.5位（数据位为位（数据位为5位时）位时）1 2位（数据位

27、为位（数据位为68位时）位时）数据位个数数据位个数00 5位位01 6位位10 7位位11 8位位COM+3例如：设为例如：设为COM1口，数据位为口，数据位为7位，位，2位停止位，附加奇校验位，位停止位，附加奇校验位，fosc=1.8432MHz,波特率为波特率为4800COM EQU 3F8HMOV DX,COM+3MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,COMMOV AL,18HOUT DX,ALMOV DX,COM+1MOV AL,00HOUT DX,ALMOV DX,COM+3MOV AL,0010 1110BOUT DX,AL1、LCR2、LSR0TSRE THRE B

28、I FEPEOE DRD0D1D2D3D4D5D6D7COM+5发送移位发送移位寄存器空寄存器空接收数据接收数据缓冲器满缓冲器满溢出错溢出错发送保持发送保持寄存器空寄存器空检测到检测到间断间断帧错误帧错误奇偶错奇偶错MOV DX，COM+5IN AL，DXTEST AL，？，？1)接收错误：接收错误：00011110B，1EH2)接收数据：接收数据：00000001B，01H2)发送数据：发送数据：00100000B，20H0 0 0LOOP OUT2OUT1RTS DTRD0D1D2D4D7 D5D3四、MODEM控制1 自测循环自测循环0 正常工作正常工作有效引脚状态设置有效引脚状态设置1

29、 低低 0 高高COM+4dCTSdRSLDCTS DSR RI dDSR dRIRLSDD0D1D2D3D4D5D6D7高高4位中某位为位中某位为1，说明相应，说明相应输入信号当前为低电平有效输入信号当前为低电平有效低低4位中某位为位中某位为1，则说明从上次则说明从上次CPU读取该状态字后读取该状态字后相应输入信号已发生改变相应输入信号已发生改变MSR反映反映4个控制输入信号的当前状态及其变化个控制输入信号的当前状态及其变化MSR低低4位中任一位置位中任一位置1，均将产生调制解调器状态中断，均将产生调制解调器状态中断，当当CPU读取该寄存器或复位后，低读取该寄存器或复位后，低4位被清零位被清零COM+6五、中断控制五、中断控制 D0D1D2D300001，允允许许0，禁禁止止MODEM状状态态改改变变接接收收错错误误发发送送缓缓冲冲区区空空0 0 0 0 0ID1 ID0IP0 有中断有中断1 无中断无中断标识哪一级有中断标识哪一级有中断ID1 ID0优先权中断类型1 11 00 10 01234 接收线路状态中断 接收数据准备好中断 发送保持寄存器空中断 调制解调器状态中断D0D1D2D7-D3COM+1COM+21.接收线路状态中断接收线路状态中断奇偶错奇偶错溢出错溢出错