微机原理与接口技术项目教程 教学课件 ppt 作者 姜荣 项目八 串行接口

1、项目八,串行接口与通信技术,项目八 串行接口与通信技术,本项目主要讲解串行通信的基本知识，包括串行异步通信、串行同步通信以及它们的传输方式，并从应用的角度介绍了8251A芯片的工作原理和接口电路。,项目导读,项目八 串行接口与通信技术,理解串行异步通信和同步通信的基本概念，并了解它们的优缺点。 理解串行通信单工、半双工、全双工工作方式。 理解通信协议。 掌握8251A的工作原理，并能熟练设计接口电路。,学习目标,项目八 串行接口与通信技术,在理解串行异步通信、同步通信的基础上，理解通信协议，并把重点放在8251A工作原理上，并能根据需要设计合理的接口电路。本项目重点是可编程串行接口芯片8251A的特性、初始化命令字及应用。本项目难点在于对8251A的初始化及应用。,学习建议,项目教学安排6学时，实训6学时。,学习进度,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信,串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式 串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本 串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送 串行通信中的I/O接口称为

2、串行接口。串行接口同外围设备之间的数据传送是串行的 串行接口在发送时要实行并串转换，接收时要实行串并转换。因此串行通信的接口技术较复杂，数据传输速度较慢。,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信,串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题 串行异步通信以字符为单位进行传输，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信（续0-1）,起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平,起始位,校验位,停止位,空闲位,数据位,一帧,1,0,1,1,1,数据位数据位紧跟着起始位传送。由58个二进制位组成，低位先传送,校验位用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位,停止位表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位,空闲位传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送,异步通信协议,异步通信数据格式,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信（续0-2）,数据传输速率也

3、称比特率（Bit Rate） 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数 当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率（Baud Rate） 过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在，可以达到115200 bps甚至更高,数据传输速率,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信（续0-3）,以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议HDLC,同步字符,数据1,数据2,数据n,校验字符,同步通信,一帧,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信（续1）,全双工,半双工,单工,1. 数据传送方式,8.1 项目开篇：串行接口与串行通信（续2）,基带传输方式 在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号 传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波 基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。 频带传输方式 也称载波传输方式，需要调制解调器对信号进行一定的

4、处理 在远距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，然后进行传输，这个过程称为调制； 接收方则用解调器将接收到的模拟信号再还原成数字信号，这个过程称为解调。 在实际应用中将“调制”和“解调”功能集成在一起，构成“调制解调器”MODEM。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号（载波）上加以传输。,2. 信号传输方式,8.2 项目备战：串行接口的相关知识,美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层,1.RS-232C标准,任务8.2.1 了解串行接口标准,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-1）,RS-232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器 232C包括两个信道：主信道和次信道 次信道为辅助串行通道提供数据控制和通道，但其传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较少使用,RS-232C的引

5、脚定义,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-2）,TxD：发送数据 串行数据的发送端 RxD：接收数据 串行数据的接收端,RS-232C的引脚（1）,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-3）,RTS：请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS：清除发送（允许发送） 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号,RS-232C的引脚（2）,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-4）,DTR：数据终端准备好 通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪 DSR：数据装置准备好 通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收,RS-232C的引脚（3）,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-5）,GND：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 CD：载波检测（DCD） 当

6、本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号 RI：振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效,RS-232C的引脚（4）,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-6）,保护地（机壳地） 起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规定，连接到设备的外壳或大地 TxC：发送器时钟 控制数据终端发送串行数据的时钟信号 RxC：接收器时钟 控制数据终端接收串行数据的时钟信号,RS-232C的引脚（5）,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-7）,232C接口采用EIA电平 高电平为3V15V 低电平为3V15V 实际常用12V或15V,标准TTL电平 高电平：2.4V5V 低电平：0V0.4V,相互转换,RS-232C的电气特性,MCL488,MCL489,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-8）,微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通过电话线路的远距离通信 微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（Null Modem）连接,RS-232C的连接,任

7、务8.2.1 了解串行接口标准（续1-9）,发送方将计算机发送的数字信号转换为模拟信号，送到电话线路上；接收方将接收到的模拟信号转换为数字信号，送计算机处理。 当计算机准备就绪时，向MODEM发送DTR*，MODEM接收到后，若同意通信，则向计算机回送DSR*，于是“握手”成功。 当计算机准备发送数据时，向MODEM发送RTS*，MODEM接收到后，若同意发送，则向计算机回送CTS*，于是，“握手”成功。,任务8.2.1 了解串行接口标准（续1-10）,RS-423A总线 美国电子工业协会在1987年提出了RS-423A总线标准 该标准的主要优点是在接收端采用了差分输入，对共模干扰信号有较高的抑制作用，提高了通信的可靠性。 RS-423A用-6V表示逻辑“1”，用+6V表示逻辑“0” 。 RS-422A总线 RS-422A总线采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器。 RS-422A的输出信号线间的电压为2V，接收器的识别电压为0.2V。 在高速传送信号时，应该考虑到通信线路的阻抗匹配，一般在接收端加终端电阻以吸收掉反射波。电阻网络也应该是平衡的。 RS-485总线 RS-485适用于收

8、发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的。,任务8.2.2 了解可编程串行接口芯片 8251A内部结构,8251A是通用同步/异步接收发送器 适合与各种微处理器连接的高性能串行通信接口芯片。,任务8.2.2 8251A内部结构,两种工作方式 同步传送方式 可选用内同步传送或外同步传送，能自动插入同步字符；并且内部能自动检测同步字符，从而实现同步。 8251A也允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验； 异步方式 在异步传送方式中，时钟频率为传输波特率的1，16或64倍，用1位作为奇/偶校验。1个启动位。 可以检查假启动位，能自动检测和处理终止字符。 全双工的工作方式 其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。 提供出错检测 具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。,任务8.2.2 8251A的内部结构,接收器 接收器由接收缓冲器和接收控制电路两部分组成。接收移位寄存器从RXD引脚上接收串行数据转换成并行数据后存入接收缓冲器。 发送器 发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。发送控制电路在选用不同的工作方式时，添加相应的格式。 数据总线缓冲

9、器 数据总线缓冲器是CPU与8251A之间的数据接口。 读/写控制电路 读/写控制电路用来配合数据总线缓冲器的工作。 调制解调控制电路 当计算机进行远程通信时，利用调制解调控制电路提供的一组通用的控制信号，使8251A可直接与调制/解调器相连。,任务8.2.3 认识并了解8251A的引脚功能,与CPU接口的信号线 8251A与外设的接口信号 时钟，电源和地,任务8.2.3 8251A的引脚功能（续1）,CS*：片选信号，低电平有效，它由CPU的地址信号通过译码后得到。 D0D7：8位，三态，双向数据线，与系统的数据总线相连。 RD*：读信号，低电平有效，与系统的相连。 WR*：写信号，低电平有效，与系统的相连。 C/D*：控制口/数据口选择信号，用来区分当前读/写的是数据还是控制信息或状态信息。 TXRDY：发送器准备好信号，高电平有效。 TXE：发送器空信号，高电平有效。 RXRDY：接收器准备好信号。 SYNDET：同步检测信号，只用于同步方式。,1.与CPU接口的信号线,任务8.2.3 8251A的引脚功能（续2）,8251A与外设的接口信号分为两类： 收发联络信号 DTR*：数据终端准备好信号，输出，低电平有效。 DSR*：数据设备准备好信号，输入，低电平有效。 RTS*：请求发送信号，输出，低电平有效。 CTS*：允许发送信号，输入，低电平有效。 数据信号 TXD：发送器数据输出信号。 RXD：接收器数据输入信号。,2. 8251A与外设的接口信号,9.3.3 8251A的引脚功能（续3）,CLK：时钟输入，用来产生8251A器件的内部时序。 TXC*：发送器时钟，控制发送字符的速度。 在同步方式下，的频率等于字符传输的波特率； 在异步方式下，TXC的频率可以为字符传输波特率的1倍，16倍或者64倍。 RXC*：接收器时钟，用来控制接收字符的速度，和TXC*的控制模式一样。 VCC：电源输入 GND：地,3. 时钟，电源和地,任务8.2.4 掌握8251A的命令字与初始化编程,8251A是一个可编程的多功能串行通信接口芯片 使用前必须对8251A进行初始化编程，向控制口写入方式选择命令字和操作命令字 在8251A工作期间，可读取状态

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