1、17 73 3 串行通信概述串行通信概述 計算機與外設之間的信息交換 通信。 兩種基本的通信方式：兩種基本的通信方式： 并行通信 將一個數據的各位同時傳送。并行通信使用并行接口實現。 串行通信 將一個數據的各位，一位接一位地順序傳送。串行通信用串行接口實現，所謂串行，是指接口和外設之間的傳誦是串行的，而接口和MPU之間的傳送總是并行的。 特點：特點：并行通信一般使用傳輸線多，傳送效率高，但通信距離比較近；而串行通信使用傳輸線少，通信距離比較遠，但傳送效率低。2 1串行數據線路傳輸的三種方式三種方式 收發器收發器數數 據據收發器收發器AB發送器發送器數數 據據接收器接收器AB收發器收發器數數 據

2、據收發器收發器AB（1）單工方式單工方式 （單向傳送）（單向傳送）（2）半雙工方式半雙工方式 （分時收發）（分時收發）（3）全雙工方式全雙工方式 （同時收發）（同時收發）3 （1）單工單工傳輸方式（單向傳送） 數據僅按一個固定方向傳送。常用于遠程串行打印機之類的單向通信。 （2）半雙工半雙工傳輸方式（分時收發） 使用同一根傳輸線既作輸入又作輸出，通信雙方分時發送和接收，電路反轉需要時間。通信時由半雙工通信協議控制傳送方向。 （3）全雙工全雙工傳輸方式（同時收發） 信號的發送和接收分別使用兩根傳輸線，即系統在同一時刻即可發送又可接收數據。4 2串行通信類型串行通信類型 兩種類型：同步通信和異步通

3、信。 （1）同步通信）同步通信 所謂同步通信是將要傳送的數據組成一個信信息組息組，在約定的波特率下使數據一個接一個地從發送端傳送到接收端。 在有效數據傳送之前首先發送一串特殊的數符進行標識或聯絡，這串數符稱為同步字符同步字符或標識符。 在傳送過程中，發送端和接收端的每一位數據均保持同步同步。傳送的數據位數幾乎不受限制，通常可以是幾十到幾千個字節，甚至更多。 5同步通信的數據格式同步通信的數據格式 ：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數據場數據場數據場數據場數據場數據場數據場數據場數據場數據場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 標志符標志符01111110 標志符標志符01111110 標志符標志符01111110 標志符標志符01111110（a）單同步格式）單同步格式（b）雙同步格式）雙同步格式（c）SDLC格式格式（e）HDLC格式格式（d）外同步格式）外同步格式6 同步通信的特點同步通信的特點： 傳送效率高效率高，因為其中非數據信息的比例較小。 同步傳送時，發送端和接收端必須用同一發送端和接收端必須用同一時鐘信號同步時鐘信號同步。近距離時可在傳輸線中增加一根時鐘信號線，遠距離時在串行數據中隱含同步時鐘，接收端的解調器從中提取，用鎖相技術得到和發送時鐘頻率

5、完全相同的接受時鐘信號。 發送和接收器構造復雜構造復雜，成本較高。7 （2）異步通信）異步通信 異步通信是以一個起始位表示字符的開始，以停止位表示字符的結束，數據的傳送以一個“字符字符”為單位，這樣的一組信息也稱為一幀一幀。 異步通信數據格式：數據格式： 字符的約定：字符的約定：四個字節 1位起始位：“0”（空號Space）, 58位數據位， 1位奇偶校驗位， 1位、1位或2位停止位：“1”（傳號Mark）。8 異步通信時，發送器和接收器之間的另一項約定是波特率波特率。規定每秒鐘傳送的二進制位數（Band rate，位/秒，bps），是衡量傳輸通道頻寬的指標。 常用的標準波特率：300、600

6、、1200、1800、2400、4800、9600。 例如，如果每秒鐘傳輸120個字符，每個字符有10個數據位，則波特率為1200。9 異步通信的特點：異步通信的特點：每發送一個數據或字符需要增加大約20%的附加信息位，因而有效傳輸率低，但設備比較簡單，常用于傳送信息量不太大，速率比較低的場合。10 發送端和接收端各有一個時鐘發生器，通常工作于同一頻率，但實際相位和頻率不可能精確相等。 如何保證收發同步？如何保證收發同步？ 異步通信的依據異步通信的依據： 兩個近似于同一頻率的時鐘可以在一段短時間內保持同步。 通常時鐘頻率取為波特率的整數倍。 11 通常時鐘頻率取為波特率的整數倍。 例如16倍，

7、發送端按照自己時鐘的16分頻（即波特率）發出串行數據，接收器根據收到的起始位（下降沿）來同步自身的時鐘，并以此為起點，隔8個時鐘周期（起始位的中點）取樣串行數據，得到的是起始位“0”，以后每隔16個接收時鐘周期取樣一次串行數據（每位的中點），一直到結束。 12 UART對數據的采樣：16T啟動位啟動位確定已檢測確定已檢測到啟動位到啟動位時鐘同步時鐘同步啟動檢測啟動檢測采樣數據采樣數據采樣數據采樣數據DATACLOCK數據位數據位數據位數據位T13 由于只有十多位，到最后一位（停止位）到來時，接收時鐘會稍許偏離發送時鐘，但這種偏離不會影響這很短的812位串行位流的正確接收。 若偏差太大以致無法正

8、確接收時，“停止位”就會出錯，發生“幀錯誤”（Frame error）。 字符之間的停止位和空閑位為這種偏差提供了緩沖，沒有偏差積累。14 3串行通信串行通信總線總線（RS232C） RS一232是一種串行通信總線標準，是數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)之間的接口標準，1969年由美國電子工業協會(EIA)從CCITT遠程通信標準中導出的一個標準。 由于線路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離一般都不超過15m。通常兩計算機的近距離通信可以通過RS232C接口連接起來。15 （1）RS232C信號定義的說明 RS232C標準包括機械指標和電氣指標。機械指標規定，RS232C 接口通向外部的

9、連接器(插針和插座)是一種標準的“D”型保護殼的25針插頭。圖6.59 標準RS232C插腳編號16 25個插腳的功能分配列于表6.29（P327）。 有定義的僅22個。這22個信號分為兩個信道組:一個主信道組(標有“*”者)和一個輔信道組，大多數微機通信系統僅使用主信道組的信號線。在通信時，并非所有主信道組的信號都要連接。 在微機通信中，通常使用的RS232接口信號只有9根引腳(見P328表6.30)。17 在微機通信中，通常使用的RS232接口信號只有9根引腳(見P328表6.30)。引腳引腳信信 號號說說 明明2TXD發送數據發送數據3RXD接收數據接收數據4RTS請求發送請求發送5CT

10、S允許發送允許發送6DSR數據通信設備準備好數據通信設備準備好引腳引腳信信 號號說說 明明7GND信號地信號地8DCD數據載體檢測數據載體檢測20DTR數據終端準備好數據終端準備好22RI振鈴指示振鈴指示18 常用的9根引腳分兩類： 基本的數據傳送引腳基本的數據傳送引腳：TXD，RXD，GND(2，3，7號引腳) TXD：數據發送。數據傳送時，發送數據由該引腳發出，送上通信線，在不傳送數據時，異步串行通信接口維持該腳為邏輯1。 RXD；數據接收。來自通信線的數據信息由該引腳進入接收設備。 GND：信號地。該引腳為所有電路提供參考電位。 19 MODEM的控制和狀態引腳：的控制和狀態引腳： 計算

11、機通過RS-232C接口送給MODEM的控制引腳包括DTR和RTS。 DTR：數據終端準備。用于通知MODEM計算機準備好，可以通信了。 RTS：請求發送。用于通知MODEM計算機請求發送數據。 20 MODEM通過RS-323C接口送給計算機的狀態信息，引腳包括DSR，CTS，DCD和RI。 DSR：數據通信設備準備就緒。用于通知計算機，MODEM準備好了。 CTS：允許發送。用于通知計算機MODEM可以接收數據了。 DCD：數據載體檢測。用于通知計算機MODEM與電話線另一端的MODEM已經建立聯系。 RI：振鈴信號指示。用于通知計算機，有來自電話網的信號。 21 （2）通過）通過RS23

12、2C接口的通信接口的通信 數據終端設備數據終端設備DTE： (Data Terminal Equipment)，如計算機、終端顯示器。 數據通信設備數據通信設備DCE：(Data Communication Equipment) ，如調制解調器。22具有具有MODEM設備的遠距離通信設備的遠距離通信 ： 電話線的兩端都有DCE，即MODEM設備。MODEM除具有調制和解調功能外，還必須具有控制功能和反映狀態的功能。這些控制功能用來完成與RS一232C接口以及電話線另一端的MODEM進行信息交換和聯絡控制。 23 不使用不使用MODEM設備的近距離通信設備的近距離通信：即不通過電話線進行遠程通信

13、，則不需要使用DCE，而直接把DTE連接起來，稱為零調制解調器聯接。24 通信雙方永遠準備好接收的DTE 這是一種最簡單的連接，僅用3根線。不連接和MODEM有關的線，如圖6.60 (a)； 將控制線和自身狀態線連接起來，如圖6.60 (b)所示。 25 利用MODEM的控制信號線建立同步 當進行近距離通信時，不必通過MODEM，兩臺計算機可以通過RS232C直接對接，這種情況下，和MODEM有關的控制線和狀態線用來為通信雙方進行握手聯絡。 圖6.61 用MODEM控制作為握手聯絡 圖6.62 用MODEM控制的一種簡化聯絡26 （3）RS232C總線的電氣規范總線的電氣規范 RS232C總線

14、的電氣規范采用負邏采用負邏輯輯。規定用515V表示邏輯“1”(或稱MARK信號)，用515V表示邏輯0(或稱SPACE)。 27（4）RS232C標準與標準與TTL標準之間的轉換標準之間的轉換 Motorola公司制造的MC1488和MC1489是實現RS232C電平與TTL電平互換的芯片。28 3串行通信接口串行通信接口 在微機系統中，數據是以并行方式存儲、處理和傳送的。因此在串行輸出前須將并行數據轉換成串行數據，數據接收后須將串行數據轉換成并行數據。為此許多廠商設計了通用的串行通信收發器，用來實現并串串并轉換、錯誤校驗以及發送/接收控制等。294通用異步收發器通用異步收發器UART(Uni

15、versal Asynchronous Receiver and Transmitter) 通用同步通用同步/異步收發器異步收發器USART(Universal Synchronization Asynchronous Receiver and Transmitter) 基本組成基本組成： 接收器及控制 發送器及控制 在接收數據時，檢測時鐘脈沖的頻率可以是波特率的1倍、16倍或64倍，常用K來表示，稱為波特率因子波特率因子，也稱為波特率系數。 K=1，16或64 30 硬件UART的基本組成及工作原理：CLOCKCLOCKCONTROL11發送保持寄存器發送移位寄存器接收移位寄存器接收緩沖寄存

16、器RESETWRRDCSDBPRERRRECFRERROVRNTBERXDINTXDOUT31 可編程串行通信接口可編程串行通信接口 8251A（USART)：。發送發送緩沖器緩沖器接收接收緩沖器緩沖器發送發送控制控制接收接收控制控制數據總線數據總線緩沖器緩沖器讀讀/寫寫控制電路控制電路調制解調調制解調TXRDYTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDET/DRKDETDSRDTRCTSRTS。RESETCLKC/DRDWRCS。TXDRXDD70發送器發送器接收器接收器328251A讀讀/寫功能表寫功能表CSC/ DRDWR功能功能0001CPU從從8251A讀數據讀數據0101CPU從

17、從8251A讀狀態讀狀態0010CPU向向8251A寫數據寫數據0110CPU向向8251A寫命令寫命令1無操作無操作338251A的編程：1. 方式選擇命令字方式選擇命令字D7D6D5D4D3D2D1D0校驗位校驗位0 = 無校驗無校驗 0 1 = 奇校驗奇校驗 1 1 = 偶校驗偶校驗 字符長度字符長度 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 = 異步異步1 1 0 = 異步異步16 1 1 = 異步異步64異異步步0 0 = 無效無效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 = 單同步字符，外同步單同步字符，外同步1 0 = 單同步字符，內同步單同步字符，內同步0 1 = 雙同步字符，外同步雙同步字符，外同步0 0 = 雙同步字符，內同步雙同步字符，內同步348251A的編程：2. 操作命令字操作命令字（使8251A處于規定的工作狀態）D7D6D5D4D3D2D1D0EHI RRTSERSBRKRXEDTRTXEN1= 內部復位內部復位1= 錯誤標志復位錯誤標志復位發送中止字符發送中止字符 1= 迫使迫使TXD為為“低低” 0= 正常操作正常操作1= 發送允許發送允許1= 數據終端準備好數據終端準備好1= 接收

19、允許接收允許1= 請求發送請求發送1= 搜索同步字符搜索同步字符358251A的編程：3. 狀態字狀態字DSR SYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY溢出錯溢出錯發送器空發送器空接收準備好接收準備好數據數據設備設備準備準備好好同步同步檢測檢測奇偶錯奇偶錯發送準備好發送準備好格式錯格式錯D7D6D5D4D3D2D1D0368251A初始化編程步驟：初始化編程步驟：異步？異步？系統復位系統復位寫入方式選擇命令字寫入方式選擇命令字寫入第一個同步字符寫入第一個同步字符寫入第二個同步字符寫入第二個同步字符單同步？單同步？Y寫入操作命令字寫入操作命令字復位？復位？完成？完成？傳送數據傳送數據Y

20、NYYNNN37 例 利用8251A串行接口芯片通過標準串行接口總線RS-232實現兩臺8086微機之間的串行通信，電路如圖所示。D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS譯譯碼碼器器D70RDWRA1A15A2M/IOD70TXDRDWRC/DRXDCS譯譯碼碼器器8251ACPUCPU8251ATXDRXDTXDRXDRS-232RS-23222337738 設該例中采用查詢方式查詢方式，異步傳送異步傳送，雙方實現半雙工通信半雙工通信。 一方為發送器，另一方為接收器。 發送端發送端的CPU查詢狀態字的TxRDY位，若為高電平，則向 8251A并行輸出一個字節數據，通過8251A的發送移位寄存器將其轉換成所要求的串行格式數據從TxD端發送； 39 接收端接收