微机原理与接口技术第8章并串行通信接口课件.ppt
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- 微机 原理 接口 技术 串行 通信 课件
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1、第第 8 章章 并并/串行通信接口串行通信接口串行通信接口串行通信接口8.2 串行通信基础串行通信基础8.3 可编程串行可编程串行I/O接口接口82518.4 8251应用例应用例串行通信串行通信数据线数据线 信号地信号地 控制控制/联络线联络线计计算算机机计计算算机机或或外外设设串行通信方式串行通信方式串行通信可以分成:串行通信可以分成:异步异步通信通信方式方式 异步通信是利用字符的再同步技术异步通信是利用字符的再同步技术,实实现一个个数据传送的通信方式。现一个个数据传送的通信方式。(异步时钟异步时钟,字符帧格式字符帧格式)同步同步通信通信方式方式 同步通信是利用同步时钟和同步字符同步通信是
2、利用同步时钟和同步字符技术技术,实现一批数据传送的通信方式。实现一批数据传送的通信方式。(同步时钟同步时钟,数据块格式数据块格式)异步通信方式异步通信方式 异步通信异步通信双方用各自的时钟双方用各自的时钟(异步时钟异步时钟)信号控制发送和信号控制发送和接收接收,通信是随机进行的。通信是随机进行的。异步通信异步通信方式方式的数据的数据以字符为单位(以字符为单位(字符帧字符帧)。各个字符。各个字符可以连续传送可以连续传送,也可以间断传送。也可以间断传送。异步通信异步通信的的字符帧字符帧格式规定:每个字符由格式规定:每个字符由起始位、数据位、起始位、数据位、奇奇/偶校验位、停止位偶校验位、停止位四部
3、分(共四部分(共712位)组成位)组成。两个两个字符帧字符帧之间可以有若干个之间可以有若干个空闲位空闲位。字符帧格式字符帧格式 1 1 1 1 0 0/1 起起始始位位第第n个字符个字符空闲位空闲位停停止止位位 1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/18位数据位位数据位高位高位低位低位起起始始位位奇偶奇偶校验校验位位第第n+1个字符个字符同步通信方式同步通信方式 同步通信同步通信要求使用统一的时钟(要求使用统一的时钟(同步时钟同步时钟),保证双方的时钟频率和相保证双方的时钟频率和相位完全相同。发送方除了传送数据外位完全相同。发送方除了传送数据外,还要把时钟
4、信号(同步信号)同时还要把时钟信号(同步信号)同时传送出去。传送出去。同步通信方式同步通信方式以以若干字符数据为传输单位若干字符数据为传输单位(数据块数据块),是一组数据连续是一组数据连续传送的方式。传送的方式。同步通信同步通信的的数据块数据块格式规定:以格式规定:以1/2个同步字符个同步字符指示数据块的开始指示数据块的开始,然然后是连续的后是连续的n个字符数据个字符数据,数据块结束可以加上数据块结束可以加上1/2个校验字符个校验字符。同步通信方式的同步通信方式的数据块格式数据块格式:1/2个同步字符个同步字符 数据数据1 2 3 n 1/2个个CRC校验字符校验字符串行通信规程串行通信规程
5、单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工单工单工的通信站之间只有一根传输信号线,传输方向固定,一方发送,的通信站之间只有一根传输信号线,传输方向固定,一方发送,另一方接收。另一方接收。半双工半双工的通信站之间有一根传输线,尽管传输可以双的通信站之间有一根传输线,尽管传输可以双向,但同一时刻只能有一方发送。向,但同一时刻只能有一方发送。全双工全双工的通信站之间有两根传输的通信站之间有两根传输信号线,每个通信站任何时刻既可以发送,又可以接收(相当于信号线,每个通信站任何时刻既可以发送,又可以接收(相当于2个个单工单工的组合)。的组合)。信号的调制信号的调制/解调解调为避免信号发生衰减和畸变为避免信
6、号发生衰减和畸变,用被调制信号控制调制信号的某个参数用被调制信号控制调制信号的某个参数(例如(例如,幅值幅值,频率频率,相位等)相位等),使调制信号随着被调制信号变化的过使调制信号随着被调制信号变化的过程称为程称为调制调制。经调制后参数随调制信号变化的信号称为已调制信号。经调制后参数随调制信号变化的信号称为已调制信号。反之反之,从已调制信号中还原出被调制信号的过程称为从已调制信号中还原出被调制信号的过程称为解调解调。调制解调器(调制解调器(MODEM)把把调制器调制器和和解调器解调器集成在一起的器件集成在一起的器件。调制调制/解调示意图解调示意图(调频)(调频)数字信号数字信号数字信号数字信号
7、模拟信号模拟信号数据数据终端终端设备设备 MODEM数据数据终端终端设备设备 MODEM传输速率和波特率传输速率和波特率传输速率传输速率为每秒钟传送为每秒钟传送2#数码的位数(比特数)数码的位数(比特数),以以位位/秒秒(b/s)为单位。)为单位。传输速率是串行通信一个重要的传输速率是串行通信一个重要的通信速率指标通信速率指标,也反映,也反映了对串行通信传输通道的要求。了对串行通信传输通道的要求。波特(波特(baud)率)率为每位传送时间的倒数,也是串行为每位传送时间的倒数,也是串行通信一个重要的通信一个重要的通信速率指标通信速率指标。串行通信每次传送串行通信每次传送1位时位时,波特率波特率和
8、和传输速率传输速率相等相等。一般串行通信的波特率在一般串行通信的波特率在509600波特波特之间。之间。串行通信总线串行通信总线RS-232CRS-232C是广泛应用于是广泛应用于数据终端设备(数据终端设备(DTE)和和数据通讯设备(数据通讯设备(DCE)之间的通信总线。之间的通信总线。RS-232C总线信号采用总线信号采用EIA电平标准电平标准(负逻辑)(负逻辑):“1”-5V-25V“0”+5V+25VTTL电平电平信号和信号和RS-232C的的EIA电平电平信号之间信号之间,要有相应的电平转换电路。要有相应的电平转换电路。RS-232C总线总线,一般使用一般使用D型型9芯(芯(DB-9)
9、连接器。)连接器。RS-232C信号信号:保护地线保护地线,信号地线信号地线GND;接收线接收线RxD,发送数据线发送数据线TxD;请求发送请求发送RTS,允许发送允许发送CTS,通信设备通信设备(DCE)准备好准备好DSR,终端设备终端设备(DTE)准备好准备好DTR,音响指示音响指示RI,载波检测载波检测DCD。串行串行I/O接口的基本结构接口的基本结构联络信号联络信号串入串入串出串出发送时钟发送时钟接收时钟接收时钟数据总线数据总线收发器收发器控制控制信号信号逻辑逻辑地址译码地址译码中断请求中断请求D7D0读读/写写端口选信号端口选信号片选信号片选信号 CS A0数据输入寄存器数据输入寄存
10、器数据输出寄存器数据输出寄存器串入串入/并出并出并入并入/串出串出状态寄存器状态寄存器控制寄存器控制寄存器串行串行I/O接口接口8251Intel 8251是可编程的串行是可编程的串行同步同步/异步异步、发送发送/接收接收接口。接口。使用单一使用单一+5V电源和单相时钟(电源和单相时钟(TTL电平标准)电平标准)。接收、发送有各自的数据缓冲器接收、发送有各自的数据缓冲器,可以进行可以进行单工单工或或全双工全双工通信。通信。提供与提供与调制解调器调制解调器的联络信号的联络信号,便于直接和通信线路连接。便于直接和通信线路连接。可选择可选择奇奇/偶校验偶校验。校验位的插入。校验位的插入/剔除、检错都
11、由芯片硬件完成。剔除、检错都由芯片硬件完成。异步通信异步通信,每个数据字符位数可选每个数据字符位数可选58位位,停止位可选停止位可选1位、位、1.5位或位或2位位,波特率范围为波特率范围为019200波特波特,发送发送/接收时钟频率可为波特率的接收时钟频率可为波特率的1倍、倍、16倍或倍或64倍倍(倍频系数(倍频系数1/16/64)。)。同步通信同步通信,每个数据字符位数可选每个数据字符位数可选58位位,波特率范围为波特率范围为096000波特波特,发发送送/接收时钟频率与波特率相同。同步方式可选择接收时钟频率与波特率相同。同步方式可选择单同步、双同步或者单同步、双同步或者外同步外同步,同步字
12、符可设定。同步字符可设定。8251的内部结构的内部结构调制调制/解调解调控制逻辑控制逻辑DTRDSRRTSCTS发送数据寄存器发送数据寄存器D7D0状态寄存器状态寄存器接收数据寄存器接收数据寄存器控制寄存器控制寄存器读读/写写控制逻辑控制逻辑RESETCLKC/DRDWRCS TxD TxRDY TxE TxC RxD RxRDY SYNDET RxC发送器发送器发送控制发送控制接收器接收器接收控制接收控制8251的引脚特性的引脚特性 CPU系统数据系统数据/控制信号控制信号:D7D0:双向、三态数据线。:双向、三态数据线。CLK:时钟信号:时钟信号,输入。输入。RESET:复位信号:复位信号
13、,输入输入,高电平有效。高电平有效。CS:片选信号:片选信号,输入输入,低电平有效。低电平有效。C/D:控制:控制/数据端口选择输入线。(数据端口选择输入线。(A0)RD,WR:读:读,写选通信号写选通信号,输入输入,低电平有效。低电平有效。发送发送/接收状态接收状态/控制信号控制信号:RxRDY:接收准备好状态:接收准备好状态,输出输出,高电平有效。高电平有效。TxRDY:发送准备好状态:发送准备好状态,输出输出,高电平有效。高电平有效。TxE:发送缓冲器空闲状态:发送缓冲器空闲状态,输出。输出。SYNDET:同步状态输出信号:同步状态输出信号,或者外同步输入信号。或者外同步输入信号。825
14、1的引脚特性的引脚特性发送器发送器/接收器信号接收器信号:RxD:串行数据输入。串行数据输入。TxD:串行数据输出。串行数据输出。RxC:接收器时钟输入。接收器时钟输入。TxC:发送器时钟输入:发送器时钟输入。MODEM信号:信号:DTR:数据终端准备好状态:数据终端准备好状态,输出输出,低电平有效。低电平有效。DSR:数据准备好状态:数据准备好状态,输入输入,低电平有效。低电平有效。RTS:请求发送信号:请求发送信号,输出输出,低电平有效。低电平有效。CTS:允许传送信号:允许传送信号,输入输入,低电平有效。低电平有效。8251读读/写操作控制逻辑写操作控制逻辑CSRDWRC/D读读/写操作
15、说明写操作说明0010(串(串并)并)8251数据数据数据总线数据总线0100数据总线数据总线 8251数据(并数据(并串)串)00118251状态字状态字数据总线数据总线0101数据总线数据总线8251控制字控制字8251发送发送/接收器部件接收器部件 8251发送器的主要部件发送器的主要部件移位寄存器、同步字符寄存器(移位寄存器、同步字符寄存器(2个)、数据位计数个)、数据位计数器、奇器、奇/偶校验位发生器等。偶校验位发生器等。8251接收器的主要部件接收器的主要部件移位寄存器、同步字符寄存器(移位寄存器、同步字符寄存器(2个)、数据位计数个)、数据位计数器、奇器、奇/偶校验位检测器等。偶
16、校验位检测器等。8251发送器工作过程发送器工作过程 8251异步通信的发送异步通信的发送:发送器把发送数据寄存器的数据组织成一帧字符信息,从发送器把发送数据寄存器的数据组织成一帧字符信息,从TxD端逐端逐位发送出去位发送出去,即先发送起始位(即先发送起始位(“0”),再逐位发送字符数据位再逐位发送字符数据位,并根并根据编程设定在字符数据位后发送校验位和停止位。据编程设定在字符数据位后发送校验位和停止位。若发送器没有字符帧信息发送若发送器没有字符帧信息发送,则发送则发送“1”空闲位。空闲位。8251同步通信的发送同步通信的发送:发送器先逐位发送设定的发送器先逐位发送设定的1/2个同步字符个同步
17、字符,然后,逐位从然后,逐位从TxD端发送一端发送一个个字符数据,直到规定的数据块发送完。个个字符数据,直到规定的数据块发送完。若若CPU没有及时把数据写到发送数据寄存器没有及时把数据写到发送数据寄存器,则则8251用同步字符发送用同步字符发送填充填充,直至直至CPU写入新的数据。写入新的数据。8251接收器工作过程接收器工作过程 8251异步通信的接收异步通信的接收:当接收器从当接收器从RxD端接收到有效的起始位(端接收到有效的起始位(“0”)后)后,便逐位接收后续的便逐位接收后续的数据位、检测奇数据位、检测奇/偶校验位和停止位是否出错。将接收的(并行)数据偶校验位和停止位是否出错。将接收的
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