微机原理与接口技术9

第一节 串行通信 第九章 串行通信及接口电路
•串行通信 •可编程异步通信接口INS8250
两种基本的通信方式：并行通信和串行通信 串行通信： 串行通讯是将传输数据的每个字符一位接一位地传送。 每一位数据都占据一个固定的时间长度。
“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方 式，CPU与接口之间仍按并行方式工作。
一、串行通信的类型
类型：同步通信、异步通信 1、异步通信方式 字符间异步，字符内部各位间同步。 传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符本身 的各位，接着传输校验位，最后以停止位结束该字符的传 输。
异步通信可以采用正逻辑或负逻辑 1）字符格式
2）波特率 在串行通讯中，用来描述数据的传输速率。 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数（位/秒，bps ）。
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振铃信号
当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效， 通知DTE已被呼叫。（即用来通知计算机，有来自通信线路 的数据或振铃信号）
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数据接收/发送线信号：
TDX RDX 发送：DTE 接收：DCE DCE DTE
3）机械标准
连接器
地线：
SG：信号地 PG：保护地
电缆长度：RS-232-C能直接连接的最大距离为15 米，通信速率低于20Kbps。
Modem 状态寄存器：P321 图9－34 5、中断允许及识别 中断允许寄存器： P321 图9－35 中断识别寄存器： P321 图9－36 中断识别寄存器的内容只可读出。
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2、同步通信方式 靠同步字符完成收发双方同步 多个字符组成信息组传送，在每组信息的开始，加 上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字 符构成一个信息帧
同步通信控制规程：面向字符型和面向位型 1）面向字符型的数据格式 特点： 三种同步通信数据格式：单同步、双同步和外同步 （P298 图9－2）。 2）面向位型的数据格式 特点：
例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则 接收时钟和发送时钟频率=9600×16=153600Hz。 设取波特率因子为16，通信时，接收端在检测到电平 的下降沿后，就由接收时钟开始计数，当计到8个时钟时， 对输入信号进行采样，如果仍为低电平，则确认是起始位 (不是干扰信号)，此后，每隔16个时钟脉冲对输入线进行 一次采样，直到各信息位及停止位都输入以后，采样才停 止，即一个字符传输完毕。当再检测到电平由高到低的跳 变时，接收端重新开始采样。
RTS：发送请求，用来通知Modem ，计算机请求发送。 CTS：DCE允许DTE发送,该信号是对RTS信号的回答。即用来 通知计算机，Modem可以接收数据。 DCD 数据载波输出
当本地DCE收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD 有效，通知DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号 解调为数字信号，经RXD线送给DTE。 （即通知计算机通信线路连接好。）
全双工方式：
通信中，Modem起着传输信号的作用，是一种数 据通讯设备，简称DCE 接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。
பைடு நூலகம்
三、串行通信的实现方法 1、软件实现：P304 例 2、硬件实现
调制方法：
四、串行通信的校验方法 奇偶校验、循环冗余校验
1、奇偶校验 在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。 奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中， 1的个数为奇数。 偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中， 1的个数为偶数。 主要用于对一个字符的传送过程进行校验。奇偶校验 能够检测出1位误码，但不能纠错。 奇偶校验位的产生和检验，可用软件或硬件实现。
2）信号定义：P307 表9－1 25根信号线，微机通信中常用的有9根。 联络控制信号： DSR：DCE准备好。用来通知计算机，Modem已经准备好。 DTR：DTE(即微机接口电路，如8250/8251)准备好。用来 通知Modem，计算机已准备好。 以上两个信号有效，只表示设备本身可用，并不代表通 信链路可以开始通信。链路能否开始通信还取决于有关的控 制信号状态。
2、循环冗余校验CRC
对一个数据块进行校验，主要用于同步方式或SDLC方式。 1） CRC校验原理
n 位循环码
K位
r位 r =(n-K)
校验位
信息位
n位循环码格
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信息码多项式：B（X），Xr× B（X）
同步串行通信中，常用的两种生成多项式： CRC-16: X16+X15+X2+1 CCITT: X16+X12+X2+1 2）CRC校验的实现 软件、硬件
R( X ) X r ∗ B( X ) = Q( X ) + G( X ) G( X )
X r ∗ B( X ) − R( X ) = Q( X )G ( X )
X r ∗ B( X ) + R( X ) = Q( X )G ( X )
五、异步串行通信的标准接口
1、RS-232C标准 在串行通信中，DTE和DCE之间的连接要符合接口标 准。 计算机通信中使用最普遍的是EIA RS-232C标准（美 国电子工业协会EIA 颁布的标准） 。它对串行通信接口的 信号线及功能信号、逻辑电平、机械特性等都作了统一规 定。 PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9 针和25针连接器。
4）连接
当计算机间或计算机与外设间近距离通信时，可 以不通过通信设备Modem而直接连接。 无Modem 的最简连接：
当计算机间或计算机与外设间近距离通信时，需用Modem。 采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接：
采用专用线通讯时的信号连接：
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8251与RS-232-C的连接：
第二节 可编程异步通信接口INS 8250
一、8250芯片引脚定义和功能： P 341 系统引脚信号： 外部通信设备的引脚信号： INTRPT 8250 OUT2# IRQ4 8259 INT CPU INTR 8250中断请求信号与CPU的连接
二、8250的结构
功能结构图：P317 图9－29 8250芯片的内部结构和寻址方式： P317 表9－4 1、数据发送和接收部分 2、线路控制及状态部分 （1）通信线路控制寄存器：决定通信中字符的格式。 P319 图9－31 （2）通信线路状态寄存器：反映数据发送和接收的情况。 P319 图9－32
同步字符 字符1
字符2
……
字符n
校验字符
数据块
SDLC/HDLC（同步数据链路控制规程/高级数据链路 控制规程）：以一个标志字符开始，并且 以同一个字符结束（01111110）。
帧的概念： SDLC/HDLC的帧结构：P229 图9－3 标识场：标志字符。 地址场：规定与之通信的次站的地址。 SDLC：宽度8位； HDLC ： 任意。 控制场：规定命令。 SDLC：宽度8位； HDLC ： 8位或16位。 信息场：要传送的数据。 帧校验场： SDLC/HDLC 均采用16位循环冗余校验码，其 生成多项 式：X16+X12+X5+1
异步通信的字符格式： 起始位 数据位 校验位 停止位 空闲位 P297 图9－1 常用波特率： 逻辑0 逻辑0或1 逻辑0或1 逻辑1 逻辑1 1位 5位、6位、7位、8位 1位或无 1位、1.5位或2位 任意数量 位周期：每个数据位的宽度，等于波特率的倒数。
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3) 接收/发送时钟 发送时钟：用来决定每一位对应的时间长度。 接收时钟：用来测定每一位的时间长度。 它们的时钟频率可以是位传输率的16倍、32倍或64倍。 其倍数称为波特率因子。
所有场都是从最低有效位开始传送。 “0”位的插入和删除： 由硬件自动完成 例：P299 注：1）在传输速率相同时，同步通信方式下的信息有效率 比异步方式的高。 2）同步方式要求进行信息传输的双方必须使用同一个 时钟进行协调。所以，在传输数据的同时，还必须 传输时钟信号。 异步方式，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率 不必完全一样，只要相近即可，即不超过一定的允 许范围。
1）信号电平标准 使用负逻辑定义信号逻辑电平： 逻辑“1”电平：-5V~ -15V 逻辑“0”电平：＋5V~ ＋15V。 与TTL电平标准不兼容。 在发送端和接收端可用专门的电平转换器电路(如 MC1488和MC1489)进行二者电平的转换。 串行接口芯片8250、8251均使用TTL电平，应使用电 平转换电路与RS-232C连接器连接。 MC1488：TTL电平→RS232电平 （用于发送方） MC1489：TTL电平←RS232电平 （用于接收方）
3、波特率控制电路 除数寄存器 8250使用1.8432MHz的基准时钟输入信号，通过内 部分频产生发送时钟频率和接收时钟频率。 波特率因子固定为16。 16*波特率=1843200/分频系数 分频系数即为除数 除数= 1843200/(16*波特率) 波特率与除数的关系： P320 表9－5
4、Modem 控制与状态 实现通信中的联络功能。 Modem 控制寄存器：P320 图9－33
三、8250的编程 1、初始化编程：约定数据通信规范。 工作编程：实现数据的发送和接收。 初始化编程： 1）将80H写入线路控制寄存器后，写除数寄存器。 2）写线路控制寄存器。 3）写Modem控制寄存器。 4）写中断允许寄存器。 例： P322 通信工作程序：例：P323 2、编程应用：例：P323
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二、串行通信的数据传输方式
1、单工、半双工和全双工方式
单工方式 只允许数据按照一个固定的方向传送。 半双工方式：
2、信号的调制和解调
数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如 电话线频带范围仅300~3400Hz 所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要 在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换 为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方， 接收方再以解调器（Demodulator），把模拟信号 变为数字信号。 大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中， 称为调制解调器——Modem