第9章 并行通信与串行通信

1、第9章并行通信与串行通信 第第9章章 并行通信与串行通信并行通信与串行通信9.1 概述9.2 可编程并行接口芯片8255A9.3 串行通信接口芯片8251A习题与思考题第9章并行通信与串行通信 微机系统的信息交换有两种方式：并行通信方式并行通信方式和串行通信串行通信方式方式。并行通信并行通信通常是以字节（以字节（Byte）或字节的倍数为传输）或字节的倍数为传输单位单位，一次传送一个或一个以上字节的数据，适合于外部设适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。实现并实现并行通信的接口称之为行通信的接口称之为并行接口并行接口。串行通信串行通

2、信则是将要传送的数将要传送的数据一位一位地依次顺序传送据一位一位地依次顺序传送，利用一对传输线可传送多位长利用一对传输线可传送多位长度的数据，从而降低了传输线路的成本，特别是在度的数据，从而降低了传输线路的成本，特别是在长距离长距离数数据传送中。据传送中。 9.1 概述概述第9章并行通信与串行通信 9.1.1并行通信并行通信1. 并行接口并行接口 实现并行通信的接口电路，称为并行接口实现并行通信的接口电路，称为并行接口。根据并行接口的特点可以分输入并行接口输入并行接口、输出并行接口输出并行接口和输入输入/输出输出并行接口并行接口。并行通信以同步方式传输以同步方式传输，其特点是：传输速传输速度快

3、；硬件开销大；只适合近距离传输度快；硬件开销大；只适合近距离传输。跟所有的接口一样，一个并行接口的信息传输中包括状态信息、控制信息状态信息、控制信息和数据信息。和数据信息。第9章并行通信与串行通信 （1）状态信息状态信息。状态信息表示外设当前所处的工作状态状态信息表示外设当前所处的工作状态。例如，准备好信号”READY”=1表示输入接口已经准备好，可以和CPU交换数据；忙信号”BUSY”=1表示接口正在处理信息，CPU需要等待。（2）控制信息控制信息。控制信息是由控制信息是由CPU发出的，用于控制外设接口的发出的，用于控制外设接口的工作方式以及外设的启动和复位等。工作方式以及外设的启动和复位等

4、。（3）数据信息数据信息。CPU与并行接口交换的主要内容。与并行接口交换的主要内容。 状态信息、控制信息和数据信息状态信息、控制信息和数据信息通过总线传送，这些信息在外设接口中分别存放在不同端口寄存器中分别存放在不同端口寄存器中。接口电路需要几个端口相互配合，才能协调外部设备的工作。图9.1是一个典型的并行接口与CPU、外设连接图。第9章并行通信与串行通信 图9.1 典型并行接口电路图第9章并行通信与串行通信 2. 并行接口的组成并行接口的组成 一个并行接口电路并行接口电路通常由输入数据缓冲器输入数据缓冲器、输出数据缓冲器输出数据缓冲器、状态寄存器状态寄存器和和控制寄存器控制寄存器组成。（1）

5、输入缓冲寄存器输入缓冲寄存器。输入数据缓冲器主要功能是负责接收负责接收设备送来的数据设备送来的数据，CPU通过读操作指令IN执行读操作，从输入数据缓冲器读取数据。（2）输出缓冲寄存器输出缓冲寄存器。输出数据缓冲器主要功能是负责接收负责接收CPU送来的数据送来的数据，如果设备处于空闲状态，则从输出数据缓冲器取走数据，接口通知CPU进行下一次输出操作。（3）状态寄存器状态寄存器。状态寄存器用来存放外设运行状态信息用来存放外设运行状态信息，CPU通过访问状态寄存器来了解外设状态，进而控制外设的工作。第9章并行通信与串行通信 （4）控制寄存器控制寄存器。并行接口中有一个控制寄存器，CPU对外对外设设置

6、的工作方式命令、操作命令都存放在控制寄存器中，设设置的工作方式命令、操作命令都存放在控制寄存器中，通过控制寄存器控制外设的运行通过控制寄存器控制外设的运行。3. 并行通信接口的基本输入并行通信接口的基本输入/输出工作过程输出工作过程（1）输入过程）输入过程。外设首先将并行传输的数据放到将并行传输的数据放到外设与接口外设与接口之间的数据总线之间的数据总线上，并使“数据输入准备好数据输入准备好”状态选通信号有效，该选通信号该选通信号使数据输入到使数据输入到接口的输入数据缓冲器内接口的输入数据缓冲器内。当数据写入输入数据缓冲器后数据写入输入数据缓冲器后，接口使“数据输入应答数据输入应答”信号有效，作

7、为对外设输入的响应作为对外设输入的响应。外设收到此信号后，便撤撤销输入数据和销输入数据和“数据输入准备好数据输入准备好”信号。信号。第9章并行通信与串行通信 数据到达接口后数据到达接口后，接口在状态寄存器中设置“输入准备好输入准备好”状态位，以便CPU进行查询；接口也可以在此时向CPU发送中断请求，表示数据已输入到接口。CPU既可以用查询既可以用查询程序方式，也可以用程序中断方式来读取接口中的数据程序方式，也可以用程序中断方式来读取接口中的数据。CPU从输入缓冲器中读取数据后，接口自动清除状态寄存从输入缓冲器中读取数据后，接口自动清除状态寄存器中器中“输入准备好输入准备好”状态位，并使数据总线

8、处于高阻状态。状态位，并使数据总线处于高阻状态。至此，一个数据的传送结束。第9章并行通信与串行通信 （2）输出过程）输出过程。当外设从接口取走数据后，接口就会将状当外设从接口取走数据后，接口就会将状态寄存器中态寄存器中“输出准备好输出准备好”状态位置状态位置1，表示CPU当前可以向接口输出数据，这个状态位可供CPU进行查询。接口此时也可以向CPU发中断请求。CPU既可以用查询程序方式，也可以用程序中断方式向接口输出数据。 当当CPU将数据送到输出缓冲器后将数据送到输出缓冲器后，接口自动清除接口自动清除“输出准备输出准备好好”状态位，并将数据送往外设的数据线上状态位，并将数据送往外设的数据线上，

9、同时，接口将接口将给外设发送给外设发送“启动信号启动信号”来启动外设接收数据来启动外设接收数据。外设被启动后，开始接收数据，并向接口发“数据输出应答数据输出应答”信号。接接口收到此信号，便将状态寄存器中的口收到此信号，便将状态寄存器中的“输出准备好输出准备好”状态位状态位置置1，以便以便CPU输出下一个数据。输出下一个数据。第9章并行通信与串行通信 9.1.2 串行通信串行通信 随着计算机通信和计算机网络的发展，串行通信得到越来越广泛的应用，如微机上常用的COM设备、USB设备和网络通信等设备都采用串行通信。所谓串行通信串行通信是指一位一位地进指一位一位地进行数据传输行数据传输。与并行通信相比

10、，串行通信的优点串行通信的优点是传输线少、传输线少、成本低、适合远距离传送及易于扩展成本低、适合远距离传送及易于扩展。缺点缺点是速度慢、传输速度慢、传输时间长等。时间长等。1. 串行接口的组成串行接口的组成 串行接口串行接口是通过系统总线和通过系统总线和CPU相连相连，串行接口部件的典型串行接口部件的典型结构如图结构如图9.2所示所示。跟并行接口一样，主要由控制寄存器、状控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器4部分组成。第9章并行通信与串行通信 图9.2 典型串行芯片结构图第9章并行通信与串行通信 （1）数据输入寄存器）数据输入寄存器。在

11、输入过程中，串行数据一位一位地从串行数据一位一位地从传输线进入串行接口的传输线进入串行接口的接收移位寄存器接收移位寄存器，经过经过串入并出串入并出电路电路的转换，当接收完一个字符之后，数据就从接收移位寄存器的转换，当接收完一个字符之后，数据就从接收移位寄存器传送到数据输入缓冲器传送到数据输入缓冲器，等待CPU读取。（2）数据输出寄存器）数据输出寄存器。当当CPU输出数据时输出数据时，先送到数据输出先送到数据输出缓冲器，然后，数据由输出寄存器传到缓冲器，然后，数据由输出寄存器传到发送移位寄存器发送移位寄存器，经，经过过并入串出并入串出电路转换一位一位地通过输出传输线送到外设电路转换一位一位地通过

12、输出传输线送到外设。第9章并行通信与串行通信 （3）状态寄存器）状态寄存器。状态寄存器用来存放接口运行的状态信息，CPU通过访问这个寄存器来了解接口的状态，进而控制接口的工作，以便与外设进行数据交换。（4）控制寄存器）控制寄存器。串行接口中有一个控制寄存器，CPU对接口设置的工作方式命令、操作命令都存放在控制寄存器中，通过控制寄存器控制接口运行。第9章并行通信与串行通信 串行通信将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一串行通信将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。个固定的时间长度。 输入过程中，数据通过传输数据线逐位进入移位寄存器。当接收完一个字节数据后，把数据从移位寄

13、存器送到输入寄存器，等待CPU的读取。 输出过程与输入过程类似，在输出过程中，数据输出寄存器和并行输入/串行输出移位寄存器配对使用。CPU往数据输出寄存器中输出一个数据后，数据便并行传输到移位寄存器，然后数据一位一位的通过输出线传送给外部设备。2. 串行接口的基本输入输出过程串行接口的基本输入输出过程第9章并行通信与串行通信 3. 串行通信中使用的术语串行通信中使用的术语（1）串行通信中的工作方式 串行通信中的工作方式分为：单工通信方式单工通信方式、半双工通信半双工通信方式方式和和全双工通信方式全双工通信方式。图9.3 串行通信中的工作方式第9章并行通信与串行通信 单工通信方式。在这种方式下，

14、通信双方用一根线连接，一端作为发送端，另一端作为接收端，只允许数据按照一个固只允许数据按照一个固定的方向传送定的方向传送，如图9.3（a）所示。数据只能从A站点传送到B站点，而不能由B站点传送到A站点。单工通信类似无线单工通信类似无线电广播电广播，电台发送信号，收音机接收信号，收音机永远不能发送信号。半双工通信方式。通信双方使用一根线连接，某一时刻，某通信双方使用一根线连接，某一时刻，某一方只能进行发送或接收一方只能进行发送或接收。由于使用一根线连接，发送和接发送和接收不可能同时进行收不可能同时进行，这种传输方式称为半双工通信方式半双工通信方式，如图9.3(b)所示。半双工通信方式类似对讲机半

15、双工通信方式类似对讲机，某时刻A方发送B方接收，另一时刻B方发送A方接收，双方不能同时进行发送和接收。第9章并行通信与串行通信 全双工通信方式。相互通信双方，既可以是接收器也可相互通信双方，既可以是接收器也可以是发送器。以是发送器。分别用分别用2根独立的传输线来连接发送方和接根独立的传输线来连接发送方和接收方，这种发送方和接收方同时进行工作的方式收方，这种发送方和接收方同时进行工作的方式，称为全全双工通信方式双工通信方式，如图9.3(c)所示。全双工通信工方式类似全双工通信工方式类似电话机电话机，双方可以同时进行数据的发送和接收。第9章并行通信与串行通信 （2）发送时钟和接收时钟 在通信中把要

16、传送的二进制数据序列称为在通信中把要传送的二进制数据序列称为比特组比特组，由发送器发送由发送器发送到传输线上，再由接收器从传输线上接收到传输线上，再由接收器从传输线上接收。二进制数据序列在传输线上是以数字信号形式出现以数字信号形式出现，每一位数据持续的时间是固定的，每一位数据持续的时间是固定的，在发送时是以发送时钟作为数据位的划分界限，在接收时是以接在发送时是以发送时钟作为数据位的划分界限，在接收时是以接收时钟作为数据位的划分界限收时钟作为数据位的划分界限。这样在串行通信中需要考虑发送需要考虑发送端和接收端的时钟频率端和接收端的时钟频率。 发送时钟发送时钟：控制串行数据的发送控制串行数据的发送

17、，把并行数据序列送入移位寄存器，然后由发送时钟触发进行移位输出，数据位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。第9章并行通信与串行通信 接收时钟接收时钟：检测串行数据的接收检测串行数据的接收，传输线上送来的串行，传输线上送来的串行数据序列由接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲，逐位传数据序列由接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲，逐位传入移位寄存器。入移位寄存器。第9章并行通信与串行通信 波特率与比特率 在串行通信中，衡量通信传输速率的术语有两个：波特率波特率和比特率和比特率。波特率波特率用来表示在通信信道上每秒传输的信号用来表示在通信信道上每秒传输的信号单元数（任意进制数据）单元数（任意进制数据）。比特率

18、比特率是表示在通信信道上每是表示在通信信道上每秒传输的二进制数的位数。秒传输的二进制数的位数。当传送的数据是二进制数时，波特率与比特率相等。波特率与比特率的关系是： 比特率=波特率 其中N表示传送的数据为N进制。2log N第9章并行通信与串行通信 例如对于每个信号携带4比特（即16进制数据）的一个模拟信号，如果每秒发送1000个信号单元，其通信的波特率和比特率分别是多少? 波特率=信号单元数/秒=1000波特 比特率=波特率 =4000bit/s。 在串行通信中，二进制数据流是以数字信号波二进制数据流是以数字信号波形的形式出现的形的形式出现的，对这些连续的数字波型的发对这些连续的数字波型的发

19、送和接收都是在时钟的控制下进行的。送和接收都是在时钟的控制下进行的。 串行通信要求收发串行通信要求收发 双发具有相同的波特率。双发具有相同的波特率。162Log第9章并行通信与串行通信 在发送数据时，发送器在发送时钟的有效沿发送器在发送时钟的有效沿(下降沿下降沿)时刻时刻将移位寄存器的数据按位串行输出将移位寄存器的数据按位串行输出；在接收数据时，接收在接收数据时，接收器在接收时钟的有效沿器在接收时钟的有效沿(上升沿上升沿)时刻对接收数据按位采样，时刻对接收数据按位采样，并按位串流送入移位寄存器。并按位串流送入移位寄存器。收/发时钟对传输数据信号的每一位进行同步控制。收/发时钟的快慢直接影响通信

20、设备的通信速率。收/发时钟与波特率的关系： 其中M为波特率因子，在串行通信中M的取值一般为1、16、32、64等。波特率因子可以理解为发送波特率因子可以理解为发送/接受接受1b数据数据所需的时钟脉冲个数所需的时钟脉冲个数。/*M收 发时钟频率波特率第9章并行通信与串行通信 （3）数据终端设备和数据通信设备 数据终端设备数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）。是对是对属于用户的所有联网设备和工作站的统称属于用户的所有联网设备和工作站的统称，数据的发送端数据的发送端或数据的接收端或数据的接收端。例如：数据输入/输出设备、通信处理机等。DTE可以根据协议来控制通信的功能

21、。 数据通信设备数据通信设备DCE（Data Communication Equipment）,也称为数据电路终端设备（Data Circuit-terminating Equipment）。DCE是对网络设备的统称，为是对网络设备的统称，为用户设备提供入网连接点用户设备提供入网连接点。自动呼叫/应答设备、调制解调器Modem和其它一些中间设备均属DCE。第9章并行通信与串行通信 4. 同步通信和异步通信方式同步通信和异步通信方式 串行通信按传送信息流的通信协议规范方式传送信息流的通信协议规范方式分为2种类型：同步通信方式同步通信方式和异步通信方式异步通信方式。通信协议指通信双方共同通信协议指

22、通信双方共同遵守的数据传送规范，它包括数据通信格式、同步方式、遵守的数据传送规范，它包括数据通信格式、同步方式、传送速率、校验方式及控制符定义等传送速率、校验方式及控制符定义等。第9章并行通信与串行通信 （1）异步通信方式及协议）异步通信方式及协议 异步通信方式也叫起止式异步协议也叫起止式异步协议，在传送信息流中相邻字在传送信息流中相邻字符之间的时间间隔是不固定的符之间的时间间隔是不固定的，而同一字符内相邻各位之间而同一字符内相邻各位之间的时间间隔是固定的的时间间隔是固定的。异步通信中发送方和接收方时钟频率异步通信中发送方和接收方时钟频率也不要求完全一样，但不能超过一定允许范围也不要求完全一样

23、，但不能超过一定允许范围。异步通信的特点为： 通信信息流中，以字符为单位进行传送，字符之间异步，字符内各位间同步； 字符传输以起始位为准，以相同速率进行数据位的收发； 通信双方必须约定相同的字符数据格式、校验方法和传输速率。第9章并行通信与串行通信 异步通信数据的格式如图9.4所示。起始位(1位)、数据位(58位)、奇偶校验位(1位，可选)和停止位(1、1.5或2位)，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定停止位和空闲位都规定为高电平，保证起始位开始处一定有一个下降沿为高电平，保证起始位开始处一定有一个下降沿。从图中可以看出，这种格式靠起始位和停止位来实现字符的界定靠起始位和停止位

24、来实现字符的界定和同步的，故也称为和同步的，故也称为起止式协议起止式协议。图9.4 异步传输数据格式图第9章并行通信与串行通信 从异步通信格式可以看出，传送一个字符以起始位开始、停止位结束。提供了区分和识别联络信号与数据信号的标志。传送开始前，发送与接收方要设置所采用的信息格式传送开始前，发送与接收方要设置所采用的信息格式（包括数据位长度、停止位长度、奇偶校验位信息）和数（包括数据位长度、停止位长度、奇偶校验位信息）和数据传送速率等参数据传送速率等参数。如要改变格式和比特率，双方必须同时修改。 传送开始后，接收设备不断检测传输线，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”(空闲位或停止位)之后，

25、若检测到一个“0”，表明起始位出现，然后继续接收所规定的数据位、奇偶位和停止位。最后接收设备将停止位屏蔽，并将数据位转换成一个并行数据，同时进行奇偶校验，无奇偶校验错误才算正确接收一个字符。第9章并行通信与串行通信 为确保正确接收字符的各位信息，通常要求接收方电路采通常要求接收方电路采样时钟频率高于传送数据的比特率样时钟频率高于传送数据的比特率，如接收方的采样时钟如接收方的采样时钟频率为传输数据比特率的频率为传输数据比特率的16倍倍。接收时钟与发送时钟的采样关系图如图9.5所示。图9.5 异步通信方式下接收端时钟T与数据同步(波特率因子为16)第9章并行通信与串行通信 异步通信是按字符传输的，

26、每传送一个字符，就用起始位来异步通信是按字符传输的，每传送一个字符，就用起始位来通知接收方，以此来进行收发双方同步。通知接收方，以此来进行收发双方同步。若接收设备和发送若接收设备和发送设备两者时钟略有偏差，字符停止位和空闲位将为此提供缓设备两者时钟略有偏差，字符停止位和空闲位将为此提供缓冲，因而不会因偏差的累积导致错位冲，因而不会因偏差的累积导致错位，保证异步串行通信的保证异步串行通信的可靠性。可靠性。第9章并行通信与串行通信 (2)同步通信方式及协议同步通信方式及协议 同步通信同步通信是是指传送信息流中每个二进制位都需要时钟同步，指传送信息流中每个二进制位都需要时钟同步，同步通信的特点同步通

27、信的特点：在通信的信息流中，以数据块为单位进在通信的信息流中，以数据块为单位进行传送，数据块包含多个字节行传送，数据块包含多个字节(字符字符)，数据块内各位间同，数据块内各位间同步；步；同步通信总是以同步字符作为数据块帧传送的开始，同步通信总是以同步字符作为数据块帧传送的开始，收发双方以相同速率进行数据位收发；通信双方必须约定收发双方以相同速率进行数据位收发；通信双方必须约定相同的数据帧格式和传输速率。相同的数据帧格式和传输速率。 根据同步通信的协议类型，同步通信主要分为根据同步通信的协议类型，同步通信主要分为面向字符的面向字符的同步协议同步协议和和面向比特的同步协议面向比特的同步协议。第9章

28、并行通信与串行通信 面向字符的同步协议 特点与格式：这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议(BSC）。它的特点是一次传送由若干个字符组成一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了并规定了10个字符作个字符作为这个数据块开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，为这个数据块开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做它们也叫做通信控制字。通信控制字。由于被传送的数据块是由字符组成，由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议面向字符的协议。主要有单同步协议、双同步协议和外同步协议三种，如图9.6所示。 图9.6 面

29、向字符同步协议格式第9章并行通信与串行通信 常用控制字符的定义： SYN：SYN是同步字符(Synchronous Character），每一帧开始处都有SYN，加一个SYN称单同步，加两个SYN称双同步。设置同步字符起联络作用，传送数据时，接收端设置同步字符起联络作用，传送数据时，接收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧数据开始不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧数据开始； SOH：SOH是序始字符（Start Of Header），表示标题的开始。标题中包括源地址、目的地址和路由指示等信息； STX：STX(Start of Text）是文始字符，它标志着正文传送的开始；第9章并

30、行通信与串行通信 ETB：ETB（End of Transmission Block）是组终字符； ETX：ETX(End of Text)是文终字符。 其中ETB用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用组终字符ETB。 校验码：校验码对从SOH开始到ETX（或ETB）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC(循环冗余校验)。另外，在面向字符协议中还采用了一些其它通信控制字，可以在ASCII表中查找。第9章并行通信与串行通信 面向比特的同步协议面向比特的同步协议 特点与格式：面向比特的协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SD

31、LC（Synchronous Data Link Control)和国际标准化组织ISO(International Standard Organization）的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data link Control)等。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束符来标志帧的开始和结束，故称故称“面向比特面向比特”的协议的协议。其格式如9.7所示。第9章并行通信与串行通信 图9.7 面向比特同步协议格式第9章并行通信与串行

32、通信 帧信息的分段： SDLC/HDLC的一帧信息包括多个场(Filed），所有场都是从有效位开始传送。详细的格式介绍可查阅网络通信方面的参考资料，这里不详细介绍。第9章并行通信与串行通信 （3）异步通信与同步通信的比较 根据异步通信与同步通信的特点可以看出，异步通信方式不异步通信方式不要求发收双方使用同一时钟，要求发收双方使用同一时钟，容易实现容易实现，但它要求在每个字，但它要求在每个字符前后附加起始位、停止位，增加了大量附加数据，因此符前后附加起始位、停止位，增加了大量附加数据，因此传传输效率不高。输效率不高。 同步方式只需在每个数据块同步方式只需在每个数据块(往往长度很长往往长度很长)前

33、附加前附加12个同个同步字符，其附加信息少，因而步字符，其附加信息少，因而传送效率高传送效率高，但，但收发时钟频率收发时钟频率要求一致，硬件电路较复杂要求一致，硬件电路较复杂。所以，所以，一般在高速通信时采用一般在高速通信时采用同步方式，而在低速通信时采用异步方式。同步方式，而在低速通信时采用异步方式。 由于异步传送以字符为单位，所以接口与主机之间数据传送由于异步传送以字符为单位，所以接口与主机之间数据传送通常采用通常采用中断方式中断方式。而而同步传送以数据块为单位，所以，接同步传送以数据块为单位，所以，接口与主机之间数据传送通常采用口与主机之间数据传送通常采用DMA方式方式。第9章并行通信与

34、串行通信 5. 信号的调制与解调信号的调制与解调 计算机通信是二进制数字信号的传输，计算机通信是二进制数字信号的传输，它要求传送线的频带它要求传送线的频带很宽很宽，而远程数字通信时，往往是利用现有的模拟通信线路利用现有的模拟通信线路（如：电话线），其主要用途是传送音频信号，频带窄，一（如：电话线），其主要用途是传送音频信号，频带窄，一般为般为3003400Hz。因此，若直接利用模拟信道作数字信若直接利用模拟信道作数字信号传输，信号必然会发生畸变而导致出错。号传输，信号必然会发生畸变而导致出错。解决的办法是利用调制解调器，即MODEM（Modulator-Demodulator）。如图9.8所示

35、。图9.8 信号的调制与解调示意图第9章并行通信与串行通信 在发送方，用调制器把数字信号转换为模拟信号在发送方，用调制器把数字信号转换为模拟信号；经过模拟经过模拟信道的传输到达接收方后信道的传输到达接收方后，用解调器将模拟信号转换成数字用解调器将模拟信号转换成数字信号进入接收方计算机。信号进入接收方计算机。 图9.8中MODEM由调制器和解调器合在一起形成的装置，用作双向通信。MODEM的类型一般可分为幅移键控（幅移键控（ASK）、）、频移键控（频移键控（FSK）和相移键控（）和相移键控（PSK）等。 当通信波特率小于当通信波特率小于300bit/s时，常采用时，常采用FSK调制方式调制方式，

36、其基本原理是将数字信号“1”和“0”分别调制成不同频率的音频信号，例如将“1”转换成2400Hz的音频信号，而将“0”转换成1200Hz的音频信号。当到达接收方后，解调器通过鉴频电路，将2400Hz和1200Hz音频信号再还原为数字信号“1”和“0”。 第9章并行通信与串行通信 12.7.2 RS-232C总线总线 RS-232C总线是一种串行外部总线串行外部总线，由EIA (Electronic Industry Association)于1962年公布，并于1969年作了最后一次修订。RS是Recommended Standard的缩写，232是标准的标识号。推出这种总线标准推出这种总线标

37、准的最初目的是最初目的是实现数据实现数据终端设备终端设备DTE(Data Terminal Equipment)和数据通信设备和数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)之间的串行通信之间的串行通信。DCE一般指调制解调器(Modem)。当计算机和当计算机和DCE相连时，相连时，其串行接口的地位等同于其串行接口的地位等同于DTE。后来人们将其广泛应用于计算机与终端之间、计算机与计算机之间或计算机与串行打印机及其它串行接口设备之间的近距离串行通信 。 第9章并行通信与串行通信 RS-232C早期的典型应用如图12.8所示。 图12.8 RS232C早期的典型应

38、用第9章并行通信与串行通信 RS-232C总线标准主要包括机械特性、引脚定义和电气特性机械特性、引脚定义和电气特性三个方面。（1）机械特性标准 RS-232C的机械特性主要表现在机械特性主要表现在接口连接器接口连接器上。规定采用25脚D型插头/插座，如图12.9所示。 阳性插头阳性插头(DB-25-P)与与DTE相连相连，阴性插座阴性插座(DB-25-S)与与DCE相连相连。然而RS-232C标准在连接器方面没有严格规定，以致后来出现了9脚脚D型插头型插头/插座插座以及其它连接形式，如图12.10所示。第9章并行通信与串行通信 图12.9 25脚D型插座/插头 图12.10 9脚D型插座/插头

39、第9章并行通信与串行通信 （2）引脚信号定义 RS-232C是从是从DTE的角度来定义引脚信号的的角度来定义引脚信号的。尽管近距离通信不使用Modem，但是在说明引脚功能时还需要以使用说明引脚功能时还需要以使用电话线传输的最初设计来描述电话线传输的最初设计来描述。 RS-232C规定了两个信道(即通信通道)：主信道和辅助信道，另有4个引脚未定义。辅助信道的传输速率比主信道慢，一般不使用。用于主信道的有15个引脚，掌握其中掌握其中9个即个即9个信号的功能及连接方法基本就可以了个信号的功能及连接方法基本就可以了。这9个信号的名称及功能如表12-3所示。 第9章并行通信与串行通信 引脚序号引脚序号信

40、号名称信号名称缩写缩写传送方向传送方向DTE-DCE功能功能25脚脚9脚脚1保护地设备屏蔽地，设备安全接地23发送数据TXD输出数据至MODEM32接收数据RXD由MODEM输入数据47请求发送RTS请求发送数据58允许发送CTS表明MODEM同意发送66数据传输就绪DSR表明MODEM已准备就绪75信号地GND通讯双方信号接地81载波检测DCD已接收到远程MODEM正确载波信号204数据终端就绪DTR通知MODEM，DTE已准备就绪229振铃指示RI表明MODEM已接到交换机的拨号呼叫表12-3 RS-232C主信道引脚信号功能第9章并行通信与串行通信 图12.11表明了DTE已准备好一个字

41、节数据、希望通过DCE传输的过程。从中可以看出，DSR和和DTR、RTS和和CTS是两对握手联络信号，在规定的时间内这两对信号联络成功才能进行传输。图12.11 DTE发送数据的联络过程第9章并行通信与串行通信 （3）电气特性标准 RS-232C采用负逻辑采用负逻辑，用用-15-3 V(通常取通常取-12 V)表示表示1，用用+3+15V(通常取通常取+12 V)表示表示0，这种电平称为EIA电平，而计算机和终端一般采用TTL电平，所以通过通过RS-232C进行进行数据传输需要进行电平转换数据传输需要进行电平转换。MCl488和和SN75150是典型的由由TTL电平变电平变EIA电平电平的器件

42、，而MCl489和和SN75154是典型的由由EIA电平变电平变TTL电平电平的器件 。第9章并行通信与串行通信 图12.12所示是通过MCl488和MCl489进行信号连接的示意图。图12.12 RS-232C的信号连接第9章并行通信与串行通信 RS-232C的电气特性还有其它规定的电气特性还有其它规定，如驱动器要能经得起任意两脚的开路或短路，最大传输速率为20000 bps，接口的负载电阻在3 k至7 k之间，接口的负载电容应小于等于2500PF等。第9章并行通信与串行通信 2. RS-232C接口的连接接口的连接执行执行RS-232C总线标准的接口电路总线标准的接口电路称RS-232C接

43、口接口。RS-232C接口的连接可从距离远近两方面考虑。（1）远距离时的连接）远距离时的连接两个相距甚远的RS-232C接口相连需借助于DCE(Modem或其它远传设备)和电话线，如图12.13所示。此时，只需只需将将RS-232C接口与接口与Modem序号相同的引脚号分别相连序号相同的引脚号分别相连。第9章并行通信与串行通信 图12.13 两个RS-232C接口通过DCE和电话网连接第9章并行通信与串行通信 （2）近距离时的连接当两个当两个RS-232C接口相距很近时接口相距很近时(15 m以内以内)，可，可不使用不使用DCE而直接相连，而直接相连，有以下三种基本接法。标准接法图12.14所

44、示为两个近距离：RS232C接口直接相连的标准接法。 第9章并行通信与串行通信 图12.14 RS-232C接口近距离直接相连的标准连接第9章并行通信与串行通信 这里有三个要点： 一方的发送接到另一方的接收，这是显然的一方的发送接到另一方的接收，这是显然的。 一方请求就认为得到对方的允许，所以将自身的一方请求就认为得到对方的允许，所以将自身的RTS和和CTS相连。再接到对方的相连。再接到对方的DCD，因为：这一方请求后认为，因为：这一方请求后认为立即得到允许，因而立即发送数据，对方也就可认为已检立即得到允许，因而立即发送数据，对方也就可认为已检测到数据。测到数据。 双方地位相同，彼此作为对方的

45、数据传送设备双方地位相同，彼此作为对方的数据传送设备DCE，所以，所以将这一方的将这一方的DTR接到对方的接到对方的DSR，同时接到，同时接到RI表明线路已表明线路已接通。接通。 第9章并行通信与串行通信 简单接法 当串行通信设备驱动程序中未涉及请求发送等联络信号或当串行通信设备驱动程序中未涉及请求发送等联络信号或准备自己编写通信驱动程序时可采用简单接法。准备自己编写通信驱动程序时可采用简单接法。这时，只需考虑3根线的连接，如图12.15所示。图12.15 RS-232C接口直接相连的简单连接第9章并行通信与串行通信 仅一方使用联络信号时的接法 当一方使用联络信号而另一方不使用联络信号(如单片

46、机应用系统、仪器、仪表等)时，可采用如图12.16所示的接法。使用联络信号的一方请求就认为得到允许，数据终端使用联络信号的一方请求就认为得到允许，数据终端就绪就认为数据传送设备就绪。就绪就认为数据传送设备就绪。图12.16 仅一方使用联络信号时的连接第9章并行通信与串行通信 Intel 8255A是通用的可编程的并行接口芯片通用的可编程的并行接口芯片，它有三三个并行个并行I/O口口，通过编程设置多种工作方式，价格低廉，使用方便，可以直接与Intel系列芯片连接使用，在中小系在中小系统中有着广泛的应用。统中有着广泛的应用。9.2.1 8255A的内部结构的内部结构 8255A由以下几部分组成，如

47、图9.9所示。9.2可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A第9章并行通信与串行通信 图9.9 8285编程结构第9章并行通信与串行通信 1三个数据端口三个数据端口A，B，C 这三个端口均可看作是I/O口，但它们的结构和功能稍有不同。（1）A口：独立的8位I/O口，内部有数据输入数据输入/输出锁存输出锁存功能；（2）B口：独立的8位I/O口，仅对输出数据有锁存仅对输出数据有锁存功能；（3）C口：可以看作独立的8位I/O口，也可以看作两个独立的4位I/O口，仅对输出数据进行锁存仅对输出数据进行锁存。第9章并行通信与串行通信 2A组和组和B组的控制电路组的控制电路 这是两组根据两组根据CPU

48、命令控制命令控制8255A工作方式的工作方式的电路电路，这些控制电路内部设有控制寄存器内部设有控制寄存器，可以根根据据CPU送来的编程命令控制送来的编程命令控制8255A的工作方式的工作方式，也也可以根据编程命令对可以根据编程命令对C口指定位进行置位口指定位进行置位/复位操作。复位操作。A组控制电路用来控制组控制电路用来控制A口及口及C口高口高4位；位；B组控制电路用来控制组控制电路用来控制B口及口及C口低口低4位。位。第9章并行通信与串行通信 3数据总线缓冲器数据总线缓冲器 8位双向三态缓冲器位双向三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的桥梁，输入输入/输出数据、输出数据、CPU的编程命令

49、以及状态信息等的编程命令以及状态信息等，都通过数据缓冲器传输。4读读/写控制逻辑写控制逻辑 读/写控制逻辑电路负责管理8255A数据传输过程。它接收片选信号及系统读信号、写信号、复位信号片选信号及系统读信号、写信号、复位信号RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号还有来自系统地址总线的口地址选择信号A1和和A0。第9章并行通信与串行通信 9.2.2 8255A引引脚功能脚功能 引脚信号可以分为两组：面向面向CPU的信的信号和面向外设号和面向外设的信号的信号，如图9.10所示。图9.10 8255A外部引脚图第9章并行通信与串行通信 1面向面向CPU的引脚信号及功能的引脚信号及功能 82

50、55A面向CPU的引脚信号按照传输信息种类不同，分成3组：地址信号、数据信号和控制信号地址信号、数据信号和控制信号。 A1A0：内部口地址的选择，输入内部口地址的选择，输入。这两个引脚信号的组合决定了对8255A内部哪一个口或寄存器进行操作。8255A内部共有内部共有4个端口个端口：A口，口，B口，口，C口和控制口口和控制口； ：片选，输入，用来决定芯片是否被选中片选，输入，用来决定芯片是否被选中，由地址总由地址总线高位经译码电路产生线高位经译码电路产生。CS第9章并行通信与串行通信 D0D7：8位双向三态数据线，与系统数据总线相连，位双向三态数据线，与系统数据总线相连，用来与用来与CPU之间

51、进行信息交换之间进行信息交换； RESET：复位输入信号，高电平有效复位输入信号，高电平有效，用来清除用来清除8255A的内部寄存器，并置的内部寄存器，并置A口，口，B口，口，C口均为输入方口均为输入方式式； ：读控制信号读控制信号，控制CPU读取8255A数据或状态信息； ：写控制信号写控制信号，控制CPU将数据或控制信息写入8255A。 RDWR第9章并行通信与串行通信 CSRDWR 、 、 和两个地址引脚信号组合功能如表9-1所示。CSRDWR表9-1 8255A端口地址分配表 A1 A0操操 作作数据传送方式数据传送方式0 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 00 1 0

52、0 00 1 0 0 10 1 0 1 00 1 0 1 10 0 1 1 11 读 A 口读 B 口读 C 口写 A 口写 B 口写 C 口写控制口非法操作未选中A口数据 数据总线B口数据 数据总线C口数据 数据总线数据总线数据 A口数据总线数据 B口数据总线数据 C口数据总线数据 控制口数据总线高阻状态数据总线高阻状态第9章并行通信与串行通信 2面向外设的引脚信号及功能面向外设的引脚信号及功能 PA0PA7：A组数据信号，组数据信号，用来连接外设进行并行数据传用来连接外设进行并行数据传送；送； PB0PB7：B组数据信号组数据信号，用来连接外设进行并行数据传用来连接外设进行并行数据传送；送

53、； PC0PC7：C组数据信号组数据信号，用来连接外设或者用来连接外设或者作为作为A口、口、B口的控制信号。口的控制信号。第9章并行通信与串行通信 9.2.3 8255A的工作方式的工作方式 8255A各端口共有3种基本工作方式种基本工作方式：方式方式0基本输入/输出方式；方式方式1选通输入/输出方式；方式方式2双向选通传送方式。 端口端口A有3种工作方式（方式种工作方式（方式0，方式，方式1或方式或方式2），），端口端口B只只有有2种方式（方式种方式（方式0或方式或方式1），），端口端口C只有只有1种工作方式种工作方式(方式方式0),也常常被分成高也常常被分成高4位和低位和低4位两部分，可分

54、别用来传送数据位两部分，可分别用来传送数据或控制信息。或控制信息。 用户通过设置控制字通过设置控制字来定义3个端口的工作方式，可使用的控制字有工作方式控制字工作方式控制字和置位置位/复位控制字复位控制字，它们共用同一个端口地址。第9章并行通信与串行通信 方式方式0基本输入基本输入/输出输出无条件传送方式或查询方式无条件传送方式或查询方式;A、B、C3个端口均可；个端口均可；方式方式1选通输入选通输入/输出输出中断方式中断方式; A、B端口均可端口均可方式方式2双选通输入双选通输入/输出输出中断方式中断方式; 只有只有A口才有口才有第9章并行通信与串行通信 1方式方式0 方式方式0为一种基本的输

55、入一种基本的输入/输出方式输出方式,没有规定固定的应答联络没有规定固定的应答联络信号信号，A，B，C三个口均可以工作在方式三个口均可以工作在方式0下下，每一个口均每一个口均可设置为输入口或输出口可设置为输入口或输出口(A口的口的8条线、条线、B口的口的8条线、条线、C口口的高的高4位对应的位对应的4条线和低条线和低4位对应的位对应的4条线条线)。在这种方式下，只能单方向传递数据。只能单方向传递数据。 方式方式0主要应用于主要应用于主机与外设间的无条件输入输出主机与外设间的无条件输入输出，不需要联络控制信号，也不需要查询状态。如果需要联络信号，可如果需要联络信号，可以通过软件编程将某些以通过软件

56、编程将某些I/O线设置为联络控制线线设置为联络控制线。 方式0也可以在查询方式下进行数据传输也可以在查询方式下进行数据传输。这种方式下A口、B口作为8位数据口，C口的上C口（PC7PC4）作为选通信号STB，下C口（PC3PC0）用作状态输入信号RDY。 第9章并行通信与串行通信 2. 方式方式1 方式1被称作选通输入选通输入/输出方式输出方式也叫做中断式输入输出方式中断式输入输出方式。在这种工作方式下，数据输入数据输入/输出操作要在选通信号控制输出操作要在选通信号控制下完成下完成。方式1也可以工作在查询方式，此时用C口充当查询端口。 采用工作方式采用工作方式1进行进行选通输入选通输入操作时，

57、需要使用的控制信号操作时，需要使用的控制信号如下：如下： （1）选通信号 （Strobe），由外设输入的由外设输入的“选通信选通信号号”，低电平有效，低电平有效。 有效时，将外设输入的数据锁存有效时，将外设输入的数据锁存到所选端口的输入锁存器中到所选端口的输入锁存器中。对A口口来说，指定端口端口C的的PC4用来接收向端口A输入的 信号；对B口口来说，指定端口端口C的的PC2用来接收向端口B输入的 信号。STBSTBSTBSTB第9章并行通信与串行通信 （2）输入缓冲存储器满信号IBF（Input Buffer Full），向向外设输出，高电平有效外设输出，高电平有效。IBF有效时，表示由输入设

58、备输有效时，表示由输入设备输入的数据已占用该端口的输入锁存器入的数据已占用该端口的输入锁存器。它实际上是对它实际上是对 信号的回答信号信号的回答信号，待待CPU执行执行IN指令时，指令时， 有效，将输有效，将输入数据读入入数据读入CPU，其后沿将其后沿将IBF置置0，表示输入缓冲存储表示输入缓冲存储器已空，外部设备可继续输入后续数据。外设收到器已空，外部设备可继续输入后续数据。外设收到8255A有效的有效的IBF信号后，信号后， 信号就会变成无效信号就会变成无效。对A口口来说，指定端口端口C的的PC5作为从端口A输出的IBF信号；对B口口来说，指定端口端口C的的PC1作为从端口B输出的IBF信

59、号。STBRDSTB第9章并行通信与串行通信 （3）中断请求信号INTR（Interrupt Request），高电平有高电平有效。效。INTR在在 、IBF均为高均为高时被置为高电平时被置为高电平，也就是说，当选通信号结束、已将一个数据送进输入缓冲存储器中，并且输入缓冲区满信号已为高电平时，8255A向CPU发出中断请求信号，将INTR端置为高电平。在在CPU响应中断响应中断读取输入缓冲存储器中数据时，由读取输入缓冲存储器中数据时，由 的下降沿将的下降沿将INTR置为低电平。置为低电平。 端口端口C的的PC3作为作为A口的口的INTR输出信号；端口输出信号；端口C的的PC0作为作为B口的口的

60、INTR输出信号。输出信号。 RDSTB第9章并行通信与串行通信 （4）中断允许信号INTE（Interrupt Enable），是控制中是控制中断允许或中断屏蔽的信号断允许或中断屏蔽的信号。INTE没有外部引出端，通过没有外部引出端，通过事先事先对端口对端口C的置的置1或清或清0指令来实现中断控制指令来实现中断控制。具体讲，对PC4置1，则使端口端口A处于中断允许状态(即INTEA=1)；对PC4清0，则使端口A处于中断屏蔽状态(INTEA=0)。与此类似，对PC2置1，则使端口端口B处于中断允许状态(INTEB=1)；对PC2清0，则使端口B处于中断屏蔽状态(INTEB=0)。当然，如果要