1、關于串行輸入輸出有關知識第1頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 8.1 概述 一、串行數據 計算機與外部信息交換方式有兩種，一種是并行通信，另一種是串行通信。并行通信時，數據各位同時傳送。而串行通信時，數據和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離比并行通信長，硬件電路也相應簡單些。 第2頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 現在的臺式PC機一般至少有兩個RS232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2使用的是老式的DB25針連接器。 第3頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，

2、星期四二、 串行通信的實現 1、并行通信和串行通 信的特點： 串行通信是逐位傳送數據，所以一個多位數據需要多次傳送。比如一個8位的字節型數據至少需要8次傳送。它有如下特點：速度較慢；引線少；距離長。第4頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四2、串行通信的硬件條件 在硬件上，串行通信系統的核心部件是移位寄存器，其中在發端要有一個并入串出移位寄存器，在收端要有一個串入并出移位寄存器。 第5頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 D7D0第6頁，共75頁，2

3、022年，5月20日，17點5分，星期四 3、串行通信的同步 為了可靠的串行通信，同步信號起到至關重要的作用。在理想情況下，同步信號應該在數據信號線上出現有效數據期間的中心點有效，因為這時數據線上的數據是最穩定的。第7頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 但在典型的串行通信系統中，是不存在同步信號線的！如何實現串行通信的中數據傳送的同步呢？系統從軟件和硬件兩方面采取了如下三個措施：第8頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四（1） 設置波特率波特率是指單位時間內傳送的位數，單位是比特/秒。（2）設置數據的傳送格式，一般地串行通信在傳送數據時，并不是單純地傳送

4、數據位信息。為了使數據傳送可靠，還設定了其他一些輔助位。第9頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四（3） 設置波特率因子 在異步通信方式進行通信時，發送端需要用時鐘來決定每1位對應的時間長度，接收端也需要用一個時鐘來測定每1位的時間長度，前一個時鐘叫發送時鐘，后一個時鐘叫接收時鐘。這兩個時鐘的頻率可以是波特率的數倍，一般取16倍、32倍或64倍。這個倍數就稱為波特率因子。第10頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四波特率波特率因子采樣輸入信號第11頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第12頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，

5、星期四8.2 串行通信的基本技術一、串行通信方式1、 異步通訊 異步通信是指以字符為單位傳送數據，用起始位和停止位標識每個字符的開始和結束字符，兩次傳送時間隔不固定。2、 同步通信 異步通訊為了可靠地傳送數據，在每次傳送數據的同時，附加了一些標志位。在大量數據傳送時，為了提高速度，就去掉這些標志，這就是同步通訊。采用同步傳送，在數據塊開始處要用同步字符來指示，并在發送端和接收端之間要用時鐘來實現同步。第13頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四二、串行通訊中的數據傳送方向1、 半雙工 每次只能有一個站發送。2、完全雙工 兩個站都能同時發送稱完全雙工。第14頁，共75頁，202

6、2年，5月20日，17點5分，星期四三、異步接收/發送器（UART） 串行接口的基本結構主要是異步接收/發送器（UART），它不僅包括并行數據和串行數據之間的相互轉換，還有檢測串行通信在傳送過程中可能發生錯誤的邏輯部件。第15頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第16頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四a. 奇偶錯誤如上所述，在接收時，UART檢查接收到的每一個字符的“1”的個數這個標志，發出奇偶校驗出錯信息。b. 幀錯誤若接收到的字符格式不符合規定(如缺少停止位等)，則置位該標志，發出幀出錯信息。c. 丟失(溢出)錯誤UART是一種雙緩沖器結構。例如，

7、在接收時，接收的數據先由移位寄存器移位，把串行數據變成并行數據，然后送到接收數據寄存器，由輸入指令將數據送到CPU中。由于數據送到接收數據寄存器，所以即使CPU還沒取走這個數據，UART也可以接收另一個新的字符。但若UABT接收到第二個字符的停止位，且要把第二個字符傳送到接收數據寄存器時，CPU還沒取走上一個數據，于是第一個數據會被丟失。如果UART出現這種情況就置位丟失(溢出)標志，發出丟失出錯信息。第17頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 第18頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四四、信號的調制和解調 由于模擬信號的傳輸比數字信號傳輸更為有效，因而

8、可將數字信號調制成模擬信號進行傳輸，用解調器把接收的模擬信號再轉換成數字信號。第19頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第20頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四8.3 可編程串行通訊接口芯片8251A簡介 8251A芯片是INTEL公司生產的大規模集成電路芯片，是與INTEL系列CPU兼容的可編程的串行通訊接口。雖然8251A功能較強，但它需要外部時鐘電路。因此采用8251A作為接口電路時需要比較復雜的外圍電路。而目前流行的單片機如MCS51系列，CPU內部就集成了串行接口部件及定時器/計數器，幾乎不需要外圍輔助電路，使用起來非常簡單，性能價格比很高，

9、因此現在越來越多的數字化儀器儀表電路中不再采用8251A而是使用單片機作為串行通信接口了。第21頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四一、主要基本性能1 可用于同步和異步傳送2 波特率, DC19.2K(異步)；DC 64K(同步)。3 完全雙工，雙緩沖發送和接收4 與8080/8085CPU完全兼容第22頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四二、內部結構 發送和接收電路調制解調控制電路 總線接口部分第23頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 1發送器 a. 數據輸出線TxD b. 發送時鐘 TxC c. 發送器準備好 TxRDY d.

10、發送器空信號 TxEMPY 過程 TxRDY有效CPU寫數據到82518251發數據 發送完畢，TxEMPY有效2接收器 a. 數據輸入線RxD b. 接收時鐘 RxC c. 接收器準備好 RxRDY 過程 8251接數據 RxRDY有效 CPU讀8251第24頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四3調制解調控制電路 /DTR數據終端準備好信號。是由825IA送往外設的，表示CPU當前已經準備就緒。 /DSR數據設備準備好。是外設送往825lA的，表示當前外設已經準備好數據。8251Modem/DTR/DSR第25頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 /R

11、TS請求發送信號。是8251A送往外設的，表示CPU已經準備好發送。 /CTS清除請求發送信號。由外設送往825lA的，當為低電平時，允許825lA執行發送操作。 8251Modem/RTS/CTS第26頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第27頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四4讀/寫控制電路 第28頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第29頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四三、8251編程 1、方式選擇控制字 第30頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四三、8251編程 1、模式寄存器的格

12、式（方式選擇控制字）時鐘頻率波特率因子波特率 第31頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四RxCTxCOUT CLK GATE+5v1MHz82518253如果波特率為1200，波特率因子為16，問計數初值？120016第32頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四2. 控制寄存器的格式（操作命令控制字） 接收發射第33頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四3. 狀態寄存器的格式（狀態控制字（讀） 第34頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四四、舉例例：編寫8251異步模式下的接收和發送程序，設端口地址：90H，92H，波特

13、率因子16，1起始位，1停止位，無奇偶校驗，每字符8位。 第35頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四RxCTxCOUT CLK GATE+5v1.8432M 82518253第36頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四解：1、8253工作方式及計數初值工作方式 mode38253輸出頻率： fout9600*16=153600=153.6K fclk=1M N=1000/153.6=6.51(不能用！) fclk=1.8432M N=12第37頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四2、8251工作方式方式選擇控制字0 1 0 0 1 1

14、1 0 4EH第38頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四操作命令控制字0 0 1 1 0 1 1 1 37H第39頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四3、程序 8251初始化設置： a、先對825lA軟件復位，一般采用先送3個0， 再送1個40H的方法，這也是8251A的編程 約定，40H可以看成是使8251A執行復位操 作的實際代碼。 b、對8251A進行工作方式及操作命令設置第40頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四MOV AL,00H ；復位8251OUT 92H,ALCALL DELAYOUT 92H,ALCALL DELAY

15、OUT 92H,ALCALL DELAYMOV AL,40HOUT 92H,ALCALL DELAY ；等待8251復位MOV AL,4EH ；置工作方式OUT 92H,AL MOV AL,37H ；操作命令OUT 92H,AL 第41頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四發送：SENDDATPROC；DL:要發送的數據CHKTXR:IN AL，92H；輸入狀態字AND AL，01H；查TXRDYJZ CHKTXRMOV AL,DLOUT 90H，AL；發送RETSENDDATENDP接收：RECIDATPROC；AL:接收的數據CHKRXD:IN AL，92H；輸入狀態字A

16、ND AL 02H；查RXRDY？JZ CHKRXDIN 90H，AL；發送RETRECIDATENDP第42頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四五、8250和16550速度 8250：509600 16550：115200RxCTxCOUT CLK GATE+5v1.8432M 82518253第43頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四A0A1A2000數據口/波特率因子低字節001波特率因子高字節011線路控制寄存器101線路狀態寄存器第44頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第45頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分

17、，星期四 ;允許訪問除數寄存器MOV DX,MY16550_3 MOV AL,80H OUT DX,AL CALL DALLY;波特率9600；波特率1.8432/(波特率因子16) MOV DX,MY16550_0 ;波特率低8位 MOV AL,0CH OUT DX,AL CALL DALLY MOV DX,MY16550_1;波特率高8位 MOV AL,00H OUT DX,AL CALL DALLY第46頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 ; 工作方式選擇 MOV DX,MY16550_3 MOV AL,1BH;偶校驗, 1位停止位, 8位數據 OUT DX,AL

18、CALL DALLY ; modem設置 MOV DX,MY16550_4;MCR MOV AL,03H;RTS, DTR有效 OUT DX,AL CALL DALLY; 中斷設置MOV DX,MY16550_1; 中斷允許寄存器 MOV AL,00H;中斷屏蔽 OUT DX,AL CALL DALLY第47頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四0 0 0 1 1 0 1 1第48頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 ;發送TR: MOV DX,MY16550_5;發送保持寄存器檢查LSR IN AL,DX AND AL,20H JZ TRMOV DX,M

19、Y16550_0 MOV AL,TXD_data;發送數據 OUT DX,ALRET ;接收REV: MOV DX,MY16550_5;查詢接收 IN AL,DX AND AL,01H JZ REVMOV DX,MY16550_0;接收數據寄存器IN AL,DXRET第49頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四8.4 串行通信接口RS232C一、RS232C電器特性及接口信號 1電氣特性 在數據線TXD和RXD上： 邏輯1=3V15V 邏輯0=3V15V 在控制線和狀態線RTS、CTS、DSR、DTR和DCD上： 信號有效3V15V 信號無效3V15V第50頁，共75頁，20

20、22年，5月20日，17點5分，星期四 2RS232C與TTL轉換 RS232C是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠使計算機接口與終端的TTL器件連接，必須在RS232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系變換。 第51頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四MAX232第52頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四 3RS-232C的接口信號 可以用電纜線直接連接標準RS232端口，但通信距離較近(12m)。若 距離較遠，可附加調制解調器（MODEM）。RS232C規標準接口有25條線，最常用的信號線有9根。第53

21、頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四二、RS232C應用舉例 1RS232C串口通信接線方法（三線制） 第54頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四2BIOS串行通信口功能 IBM PC及其兼容機提供了比較靈活的關于串行口的BIOS中斷調用方法，即通過INT 14H調用ROM BIOS串行通信口例行程序。該例行程序包括將串行口初始化為指定的字節結構和傳輸速率，檢查控制器的狀態，讀寫字符等功能 第55頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四3舉例 設通信雙方有一臺計算機為PC機，使用COM1端口。在串行通信中，必須首先設定通信雙方所使用字符串

22、的數據結構，才能進行軟件編程。這里我們設數據在接收和發送的字符串中，序號為0的字節為數據長度，其后的字節為所接收的數據。 第56頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四接收數據子程序：receiveproc far；這是接收數據子程序，；出口AL，AHrec_check:mov ah,3；讀通訊口狀態字mov dx,0int 14htest ah,20H；測試數據準備好位jz rec_check；數據未準備好，再讀狀態字mov ah,2；讀通信端口數據mov dx,0int 14hretreceiveendp第57頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四發送數據

23、子程序：sendproc far;這是發送數據子程序,;輸入參數:AL,輸出參數:AL,AHpush axsend_check:mov ah,3；讀通訊口狀態字mov dx,0int 14htest ah,20h；測試“發送保存寄存器空”位jz send_check；發送保存寄存器滿，再讀狀態字pop axmov ah,2；發送數據mov dx,0int 14hret sendendp 第58頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四85 USB總線簡介 一、 USB的定義 USB是Universal Serial Bus的縮寫,中文意思就是“通用串行總線”, 是連接有USB接口

24、的計算機外圍設備到計算機的一種計算機外部總線結構 第59頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四第60頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四二、 USB的開發背景制定了USB的規范：1連接PC 與電話。2Plug-and-Play （即插即用）。3端口擴展。USB提供雙向低成本低速到中速(USB 2.0 可達480Mb/s)的通用外設總線適用于連接各種各樣的外設并且易于擴展。 第61頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四三、 USB的變革 至目前為止，USB共經歷以下幾次重大變革：0.7版本 于1994年11月11日發布。是USB的最早版本。

25、1.0版本 于1995年11月13日制定發布了,規定USB具有2種傳輸速度 Low-speed 1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s。1.1版本 于1998年9月23日制定了1.1規格版本,速度不變。2.0 (草案)版本 于1999年10月5日發布。制定了High-speed的概念，規格 。2.0版本 于2000年4月27日發布。 第62頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四四USB系統拓撲結構 第63頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四五 USB的特點 1USB為所有的USB外設提供了單一的、易于操作的標準的連接類型。2USB整個的系統只

26、有一個端口和一個中；3USB支持熱插拔(hot plug)；4USB支持PNP；5USB在設備供電方面提供了靈活性；6USB提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率來適應各種不同類型的外設；USB2.0 還支持480Mbps 的高速傳輸速率；第64頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四7USB2.0的High-speed模式支持音頻和視頻設備，可以保證其固定帶寬；8為了適應各種不同類型外圍設備的要求USB 提供了四種不同的數據傳輸類型：控制傳輸，Bulk數據傳輸，中斷數據傳輸，同步數據傳輸。同步數據傳輸可為音頻和視頻等實時設備的實時數據傳輸提供固定帶寬。9USB

27、的端口具有很靈活的擴展性。一個USB 端口串接上一個USB Hub 就可以擴展為多個USB端口。規范中說，USB可以擴展到127個外設端口。第65頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四六、 USB工作原理1、NRZI編碼 第66頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四2、分組傳送 USB技術和IP技術一樣，都是基于分組傳送方式的。對USB總線來講，當要傳送一個文件時，程序按照USB協議，首先把數據分成若干塊，然后在每塊數據前面添上同步信號、包標識，后面添上CRC校驗，就形成了USB封包。一個文件可能可能有多個封包。全速USB總線把1毫秒作為一個時間幀，總線在一個幀內依次傳送不同文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總線同時對不同的USB外設進行數據傳送。第67頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四3、USB封包根據信息包所實現的功能可分為3種類型：令牌包、數據包和握手包。令牌包定義了數據傳送的類型。比如圖所示。第68頁，共75頁，2022年，5月20日，17點5分，星期四