《微型计算机基本原理与应用》课件第11章 串行通信及其接口电路.ppt
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- 微型计算机基本原理与应用 微型计算机基本原理与应用课件第11章 串行通信及其接口电路 微型计算机 基本原理 应用 课件 11 串行 通信 及其 接口 电路
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1、第第11章章 串行通信及其接口电路串行通信及其接口电路本章主要内容本章主要内容1.串行通信的基本概念串行通信的基本概念2.可编程串行接口片可编程串行接口片8251A11.1 串行通信串行通信11.1.1 串行通信的特点:串行通信的特点:数据在单条数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送;送;节省传输线(优点);节省传输线(优点);数据传输率较低(缺点);数据传输率较低(缺点);主要适用于主要适用于长距离、低速率长距离、低速率的通信中。的通信中。11.1.2 串行通信涉及的常用术语和基本概念串行通信涉及的常用术语和基本概念1.单工、半双工和全双工单工
2、、半双工和全双工(1)单工(Simplex)特点:仅能进行一个方向的数据传送特点:仅能进行一个方向的数据传送 设备A发送器发送器设备B接收器接收器Data flow(2)半双工(半双工(Half Duplex)特点:数据可以在两个方向上进行传送,但是这种传送特点:数据可以在两个方向上进行传送,但是这种传送绝不能同时进行。绝不能同时进行。【双向,但不同时双向,但不同时】设备A发送器发送器/接收器设备B接收器接收器/发送器Data flow(3)全双工(全双工(Full Duplex)特点:能够在两个方向同时进行数据传送。特点:能够在两个方向同时进行数据传送。设备A发送器发送器/接收器接收器设备B
3、接收器接收器/发送器发送器2.数据传输率数据传输率 n每秒传输的二进制位数,单位为每秒传输的二进制位数,单位为bps(bit per second)也也称称比特率比特率。n波特率波特率每秒传输的每秒传输的“符号符号”(也称信号码元(也称信号码元Signal Element)的个数。)的个数。【例如,每秒传送例如,每秒传送1个符号,则波特率为个符号,则波特率为1波特波特】n在计算机中,一个在计算机中,一个“符号符号”的含义为的含义为高、低两种电平高、低两种电平,分别代表逻辑值分别代表逻辑值“1”和和“0”,所以每个符号的信息量为,所以每个符号的信息量为1比特,此时波特率与比特率刚好一致。比特,此
4、时波特率与比特率刚好一致。n但在其他一些场合但在其他一些场合(例如通信中采用的例如通信中采用的“相一幅相一幅”复合复合调制技术调制技术),一个一个“符号符号”的信息含量就不是一个比特,的信息含量就不是一个比特,此时,波特率就不等于比特率。此时,波特率就不等于比特率。n标准标准 波特率系列:波特率系列:50,75,110,150,300,600,1200,4种相位(0,90,180,270)每种相位有两种振幅值实现 3位位/信号码元信号码元 调制9001800002700001101011111000100110010n现在的电话网是模拟通信系统,它是为传输话音信息现在的电话网是模拟通信系统,它
5、是为传输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号,必须经过而设计的。要在电话网上传送数字信号,必须经过调调制和解调制和解调。n实现调制和解调两个过程的设备称为实现调制和解调两个过程的设备称为“调制解调器调制解调器”(Modulator DemodulatorModem)n方法:方法:选取音频范围某一频率的正(余)弦模拟信号选取音频范围某一频率的正(余)弦模拟信号作为作为载波载波,用以运载所要传送的数字信号。,用以运载所要传送的数字信号。n用传送的数字信号改变载波信号的用传送的数字信号改变载波信号的幅值、频率或相位幅值、频率或相位,使之在信道上传送;使之在信道上传送;n到达信道另一端,再将数字
6、信号从载波中取出。到达信道另一端,再将数字信号从载波中取出。000001111数字信号(a)调幅(b)调频 (c)调相按数字信号的按数字信号的值改变载波信值改变载波信号的幅度号的幅度按数字信号的按数字信号的值改变载波信值改变载波信号的频率号的频率按数字信号的按数字信号的值改变载波信值改变载波信号的相位号的相位3.发送时钟和接收时钟发送时钟和接收时钟 RxCTxCTxD数据输入寄存器输入移位寄存器1,16,32数据输出寄存器输出移位寄存器1,16,32CLK(主时钟主时钟)(串行数据输入)输入移位脉冲输入移位脉冲(串行数据输出)输出移位脉冲输出移位脉冲 接收时钟发送时钟RxD4.波特率因子波特率
7、因子 F(时钟频率)(时钟频率)波特率因子波特率因子波特率波特率n波特率因子波特率因子:数据传输率数据传输率(波特率)(波特率)与与时钟频率时钟频率之间的比之间的比例系数例系数.n给定时钟频率,选择不同的给定时钟频率,选择不同的波特率因子波特率因子可得到不同的波特可得到不同的波特率。率。例如:例如:f=19.2 kHz,若选波特率因子为,若选波特率因子为16,则波特率为,则波特率为1200 bps。n若选定波特率因子和波特率,则相应的确定了对若选定波特率因子和波特率,则相应的确定了对时钟频率时钟频率的要求。的要求。8251外部的外部的时钟电路时钟电路 1,16,1MHzN分频分频19.2KHz
8、移位脉冲移位脉冲CLKOUT 8253 12001619200(时钟频率)(时钟频率)若外部时钟电路的频若外部时钟电路的频率率F1MHz,需用,需用8253分频,试计算分频系数(分频,试计算分频系数(8253的计数初值)?的计数初值)?n8253计数初值时钟频率计数初值时钟频率(波特率波特率因子波特率波特率因子)5.异步方式与同步方式异步方式与同步方式(1)异步方式(异步方式(Asynchronous):也称):也称“起止同步式起止同步式”。n串行异步传输数据格式:串行异步传输数据格式:1/0001115-8位数据位位数据位1/0停止位或空闲位1 1起始位起始位奇偶校验位停止位或、22111第
9、n个字符空闲位第n+1个字符低位低位高位高位(2)同步方式()同步方式(Synchronous)n串行同步通信信息格式串行同步通信信息格式同步字符(SYN1)同步字符(SYN2)数据(DATA)同步通信的效率(协议开销)同步通信的效率(协议开销)n例:例:SDLC/HDLC帧格式:帧格式:n假定数据长度为假定数据长度为2048位,位,通信效率为:通信效率为:2048/(204848)97%协议开销仅为协议开销仅为3n一般公式:一般公式:SDLC/HDLC协议开销协议开销1.0N/(N+48),其中其中N为发送数据的比特数。为发送数据的比特数。标志标志01111110地址地址8位位控制控制8位位
10、CRC8位位CRC8位位标志标志01111110数据场数据场11.4 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251AnIntel 8251A是通用同步是通用同步/异步收发器异步收发器USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter),它是专为它是专为Intel 微处理器设计的,可用作微处理器设计的,可用作CPU和串行外和串行外设的接口电路。设的接口电路。11.4.1 8251A的基本性能的基本性能 (1)可用于同步和异步传送。可用于同步和异步传送。(2)同步传送:同步传送:58位位/字符;内部或外部字符同步;字符;内部或
11、外部字符同步;可自动插入同步字符。可自动插入同步字符。(3)异步传送:异步传送:58位位/字符;时钟速率为通信速率的字符;时钟速率为通信速率的1、16、64倍。倍。(4)异步传送时,可产生中止字符(异步传送时,可产生中止字符(BreakCharacter););可产生可产生1、1.5、或、或2位的停止位;可检测假起始位;位的停止位;可检测假起始位;可自动检测和处理中止字符。可自动检测和处理中止字符。(5)波特率:异步:波特率:异步:DC-19.2K;同步:;同步:DC-64K。(6)全双工、双缓冲器发送和接收。全双工、双缓冲器发送和接收。(7)差错检测:具有差错检测:具有奇偶错、溢出错和帧格式
12、错奇偶错、溢出错和帧格式错等差错检等差错检测电路。测电路。(8)28脚双列直插式封装。脚双列直插式封装。(9)全部输入输出与全部输入输出与TTL电平兼容;单一电平兼容;单一+5V电源;单一电源;单一TTL电平时钟;电平时钟;Intel 8251APROGRAMMABLE COMMUNICATION INTERFACEnSynchronous and Asynchronous OperationnSynchronous 5-8 Bit Characters;Internal or External Character Synchronization;Automatic Sync Insertio
13、nn Asynchronous 5-8 Bit Characters;Clock Rate-1,16 or 64 Times Baud Rate;Break Character Generation;1,1.5,or 2 Stop Bits;False Start Bit Detection;Automatic Break Detect and Handling;n Synchronous Baud RateDC to 64K Baudn Asynchronous Baud Rate DC to 19.2K Baudn Full Duplex,double Buffered,Transmitt
14、er and Receivern Error Detection Parity,Overrun and Framingn Fully Compatible with 8080/8085 CPUn 28-Pin DIP Packagen All Inputs and Outputs are TTL Compatiblen Single+5V Supplyn Single TTL Clock 11.4.2 8251A的基本功能和工作原理的基本功能和工作原理1.8251A 的引脚的引脚8251A有有28条引脚,引脚分配如图条引脚,引脚分配如图11.12所示。所示。8251AD1TxDCLKRESET
15、DSRRTSDTRRxCVccD0TxEMPTYCTSWRTxCD7D6D5D4 GNDRxDD3CSRDC/DSYNDET/BRKDETTxRDYRxRDY11098765432111312281920212223242526271815161714D2图图 11-12 8251A的引脚信图的引脚信图2.8251A方块图及工作原理方块图及工作原理n8251A的结构方块图如图的结构方块图如图11.13所示。所示。n由图中可看出由图中可看出8251A可分为可分为5个部分。个部分。(1)接收器接收器 (2)发送器发送器 (3)数据总线缓冲器数据总线缓冲器 (4)调制解调器控制电路调制解调器控制电路
16、 (5)读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路 数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/写写控制逻辑电路控制逻辑电路调制调制/解调解调控制电路控制电路接收控制电路接收控制电路串并串并转换转换发送发送缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器并串并串转换转换发送控制电路发送控制电路RESETCLKC/DC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7-D0内内部部总总线线TXDRXDTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDETTXRDY发送器发送器接收器接收器图图 11.13 8251A 内部结构方块图内部结构方块图接收接收11.4.3 8251A对外接口信号对外接口信号 8251A是是CPU与外设之间的接口电路,其对外的
17、接口信与外设之间的接口电路,其对外的接口信号可分为两组:号可分为两组:一组是与一组是与CPU的接口信号的接口信号;另一组是与外设之间的接口信号另一组是与外设之间的接口信号(参见图参见图11.15)。80868251A外设外设D7-D0CLK译码译码CSABM/IOC/DRDRDWRWRTXRDYTXEMPTYRXRDYSYNDETRESETDTRDSRRTSCTSTXDRXD计数器计数器/定时器定时器RXCTXC图图 11.15 8251A的对外接口信号的对外接口信号1.8251A与与CPU之间的接口信号之间的接口信号 (1)复位信号复位信号RESET (2)数据线数据线D7D0 (3)读写控
18、制信号读写控制信号 (4)收发联络信号收发联络信号 表11-1 8251A的读的读/写控制真值表写控制真值表CS C/D RD WR 操作0 0 0 1 CPU从8251A读数据0 0 1 0 CPU往8251A写数据0 1 0 1 CPU从8251A读状态0 1 1 0 CPU往8251A写控制命令 0 1 1 D7D0为高阻态1 D7D0为高阻态2.8251A与外设之间的接口信号与外设之间的接口信号有四个有四个Modem控制信号控制信号DTR、DSR、RTS和和CTS。另外还有四个信号,如下所述:另外还有四个信号,如下所述:(1)接收器时钟接收器时钟RXC (2)发送器时钟发送器时钟TXC
19、 (3)接收数据线接收数据线RXD (4)发送数据线发送数据线TXD本本 地地 Modem远远 程程 Modem 计计 算算 机机终终 端端123456782022101103104105106107102109108125机壳地发送数据(TXD)接收数据(RXD)请求发送(RTS)允许发送(CTS)Modem就绪(DSR)信号地(GND)载波检测(CD)终端就绪(DTR)呼叫指示载波检测呼叫指示电话线CCITT信号名插脚号 V.24/RS-232C 信号连接与定时关系信号连接与定时关系 a)信号线连接信号线连接11.4.4 8251A的编程的编程n 8251A的编程包括两个部分,一个是的编程
20、包括两个部分,一个是方式指令字方式指令字,另,另一个是一个是命令指令字命令指令字。n前者用来定义前者用来定义8251A的工作方式,它必须紧接在复位的工作方式,它必须紧接在复位后由后由CPU写入;写入;n后者用来指定芯片的实际操作,只有在写入了方式选后者用来指定芯片的实际操作,只有在写入了方式选择控制字后,才能由择控制字后,才能由CPU写入。写入。n1.方式指令字方式指令字n 方式指令字的格式如图方式指令字的格式如图11.16所示。所示。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0S2S1EPPENL2L1B2B100 同步方式同步方式01 异步方式(异步方式(X1)10 异步方式(异步方式(
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