微机接口技术教学课件作者第二版电子教案王成端第7章

1、第7章,串行通信接口,第7章 串行通信接口,学习目标： 掌握串行通信的有关基本概念； 掌握RS-232C串行接口标准，尤其是利用RS-232C串行接口如何实现微机互连的方法；了解RS-422、RS-423、RS-485串行接口标准的特点及应用场合； 理解串行接口芯片INS 8250的内部结构及外部特性，掌握INS 8250的内部寄存器及编程方法； 重点掌握利用INS 8250实现查询方式和中断方式下的串行通信编程应用； 学会采用BIOS或DOS调用方式利用串行接口来发送/接收一个字符。,返回上一级,第7章 串行通信接口,本章目录： 7.1 串行通信的基本概念 7.2 串行接口标准 7.3 IBM-PC/XT机异步通信接口 7.4 通信接口的BIOS调用及DOS调用 习题与思考题,返回上一级,7.1 串行通信的基本概念,7.1.1 串行通信的特点 7.1.2 数据通信方式 7.1.3 串行通信方式 7.1.4 信息的校验方式 7.1.5 传输速率与传送距离 7.1.6 信号的调制与解调 7.1.7 串行接口的基本结构和基本功能,返回上一级,7.1.1 串行通信的特点,串行通信，就是使数据

2、在一根传输线上一位一位地进行传输而实现的通信。 特点：信息在一个方向上传输，只占用一根通信线，因此在这根传输线上既传送数据信息又传送联络控制信息；信息格式有固定的要求，需要进行逻辑电平转换。 通信方式：异步通信和同步通信两种。,返回上一级,7.1.2 数据通信方式,串行通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照同一时刻数据流的方向可分成三种基本传送模式,返回上一级,7.1.3 串行通信方式,根据时钟控制方式可分为: 异步通信方式 是指通信的发送设备与接收设备使用各自的时钟控制工作，要求双方的时钟尽量一致，但接收端的时钟完全独立于发送端，由自己内部的时钟发生器产生，所以实际频率总是有差异的。 同步串行通信 是指通信的双方使用同一个时钟控制数据的发送和接收，发送端与接收端的时钟必须严格一致。,返回上一级,通信协议是指通信双方的一种约定。约定中包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、纠错方式以及控制字符定义等问题作出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于ISOS OSI七层参考模型中的数据链路层。 通信协议有两类：异步协议和

3、同步协议。 同步协议又有面向字符（Character-Oriented）和面向比特（Bit-Oriented）两种。,返回上一级,1起止式异步协议,起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，而且每传送一个字符都是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。 靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步，称为起止式协议。 可靠性高；附加位，降低了传输效率,返回上一级,异步传输模式的字符格式,1位起始位，58位数据 1位校验位（可无） 1位、1.5位或2位的停止位,返回上一级,传送时，数据的低位在前，高位在后。比如要传送一个字符“C“，C的ASCII码为43H（1000011），要求一位停止位，采用偶校验，数据有效位7位，则一帧信息为：0110000。,返回上一级,2面向字符的同步协议,IBM公司的二进制同步通信协议（BSC） 特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，并规定了10个特殊字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字。 由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议。 传输效率大大提高。传输控制字，增强了通信控制能力和校

4、验功能。,返回上一级,面向字符同步协议的帧格式,SYN，是同步字符（Synchrunous Character）每一个帧开始处都加有同步字符，加一个SYN同步字符的称单同步，加两个SYN同步字符的称双同步。设置同步字符的目的是起联络作用，传送数据时，接收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧开始了。 SOH，是序始字符（Start OF Header），表示标题的开始。 标题，包括源地址、目标地址和路由指示等信息。,返回上一级,STX，是文始字符（Start Of Text）,它标志着传送的正文（数据块）开始。 数据块，就是被传送的正文内容，由多个字符组成。 组终字符ETB（End of Trandmission Block）或文终字符ETX，其中ETB用在正文很长，需要分成若干个数据块，分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用组终字符ETB，而在最后一个分数据块后面用文终字符ETX。 校验码，对从SOH开始直到ETX（或ETB）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC校验。,返回上一级,转义字符DLE,将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。

5、为此，协议中设置了转义字符DLE（Data Link Escape）。 接收器收到了一个DLE就可预知下一个字符是数据字符。 DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块中时，也要在它前面再加上另一个DLE。这种方法叫字符填充。,返回上一级,3面向比特的同步协议,最有代表性的面向比特的协议： IBM的同步数据链路控制规程SDLC （Synchronous Data Conrtol） 国际标准化组织ISO的高级数据链路控制规程HDLC （High Level Data Link Conrtol） 美国国家标准协会的先进数据通信规程ADCCP （Advancde Data Communications Control Procedure） 特点，所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称“面向比特”的协议。,返回上一级,面向比特同步协议的帧格式,(1)SDLC/HDLC标志字符 SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是01111110，称标志场（F）。 从开始标志到结束标志之间构成

6、一个完整的信息单位，称为一帧。所有信息是以帧的形式传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索“01111110”来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。,返回上一级,(2)地址场和控制场 地址场用来规定出与之通信的次站的地址。 控制场可规定若干个命令。 SDLC规定A场和C场的宽度为8位或16位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为“0”，则后边跟着另一个地址字节；若为“1”，则该字节就是最后一个地址字节。同样，如果控制场第一个字节的第一位为“0”，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。,返回上一级,(3)信息场（Information） 包含有要传送的数据，并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为0，当它为0时，则这一帧主要是控制命令。,返回上一级,(4)校验场 两个字节长，帧校验场称为FC（Frame Check）场或称为帧校验序列FCS（Frame Check Sequence）。 SDLC/HDLC均采用16位循环冗余校验码CRC（Cylic Redundancy Code），其生成多项式为CCITT多项式X16+X12+X5+1。除了标志场和自动插入

7、的“0”位外，所有的信息都参加CRC计算。,返回上一级,“0”位插入和删除技术： 为了把信息场中同标志字节相同的字符与标志区分开。 具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇到连续5个“1”，就自动插入一个“0”；当接收端在接收数据时（除标志字节外），如果连续接收到5个“1”，就自动将其后的一个“0”删除，以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。,返回上一级,若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协议是用异常结束（Abort）字符，或称失效序列使本帧作废。在失效序列中不使用“0”位插入/删除技术。 在HDLC规程中，7个连续的“1”被作为失效字符，而在SDLC中失效字符是8个连续的“1”。 SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲（Idle）信号。,返回上一级,7.1.4 信息的校验方式,通信中差错控制能力是衡量一个通信系统的重要内容。 发现传输中的错误，叫检错。 发现错误之后，如何消除错误，叫纠错。 常用的校验方式有两种： 奇偶校验和

8、循环冗余（CRC）校验。,返回上一级,1奇偶校验（Parity check）,发送时，在每个字符的数据最高有效位之后都附加一个奇偶校验位，这个校验位可为“1”或为“0”，以便保证整个字符（包括校验位）中“1”的个数为偶数（偶校验）或为奇数（奇校验）。 接收时，接收方采用与发送方相同的通信格式，使用同样的奇偶校验，对接收到的每个字符进行校验。,返回上一级,2循环冗余码校验CRC,发送时，根据编码理论对发送的串行二进制序列按某种算法产生一些校验码，并将这些校验码放在数据信息后一同发出。 在接收端将接收到的串行数据信息按同样算法计算校验码，当信息位接收完之后，接着接收CRC校验码，并与接收端计算得出的校验码进行比较，若相等则无错，否则说明接收数据有错。 接收器可用中断或状态标志位的方法通知CPU，以便进行出错处理。在通信控制规程中一般采用CRC检错，以自动纠错方法来纠错。,返回上一级,7.1.5 传输速率与传送距离,1波特率 串行通信中，每秒钟传送的位数（bit/s）。 在串行通信中，所说的传输速率是指波特率，而不是指字符速率，两者的关系是：假如在某异步串行通信中，通信格式为1个起始位、8个

9、数据位、1个偶数位、2个停止位，若传输速率是1200波特，那么，每秒所能传送的字符数是1200/（1+8+1+2）=100个。,返回上一级,2发送时钟和接收时钟 在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）作用下将移位寄存器中的数据按位串行移位输出，数据位的时间间隔取决于发送时钟周期。 在接收数据时，接收器在接收时钟（上升沿）作用下对接收数据位采样，并按位串行移入接收移位寄存器，最后装配成并行数据。 发送/接收时钟频率是根据所要求的传输波特率及所选择的倍数N来确定。 发送/接收时钟频率与波特率的关系为：发/接时钟频率=N.*发/收波特(其中 N=1，16，64)。,返回上一级,7.1.6 信号的调制与解调,在进行远程数据通信时，将二进制信号变换成适合电话网传输的模拟信号，这一过程称为“调制”，对应完成此过程的设备为调制器（Modulator）； 接收时，将在电话网上传输的音频模拟信号进行还原成原来的数字信号，这一过程称为“解调”，对应完成此过程的设备为解调器（Demodulator）。 大多数情况下，串行通信是双向的，调制器和解调器一般合在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。,返回上一级,调制解调器的类型按照调制技术分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。 当波特率小于300时，一般采用频移键控（FSK）调制方式。其基本原理是把“0”和“1”的两种数字信号分别调制成不同频率的两个音频信号,返回上一级,7.1.7 串行接口的基本结构和基本功能,基本功能： 1、实现串行与并行数据之间的相互变换 2、根据串行通信协议完成串行数据的格式化 在异步通信方式发送时自动添加启/停位，接收时自动删除启/停位等。面向字符的同步方式数据格式化时，需要在数据块前加同步字符，数据块后加校验字符。 3、具有出错检测电路 在发送时，接口电路自动生成奇偶校验位；在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验位或其他校验码，用来指示接收的数据是否正确。,返回上一级,1异步串行通信接口,异步通信接口基本结构图,返回上一级,发送移位寄存器及发送控制逻辑：发送数据寄存器的数据并行送入发送移位寄存器，然后在发送时钟控制下，将装配好的数据逐位发送出去。 接收移位寄存器及接收控制逻辑：在接收时钟控制下，将串行数据输入线上的串

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