微机原理-第9章_2(串行接口).

第九章 并行接口与串行接口
(串行接口部分)
§9.4 串行接口的基本概念 §9.5 异步串行通信接口标准RS-232C
§9.6 可编程串行接口芯片INS 8250
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_1
§9.4 串行接口的基本概念
所谓串行通信是指外设和计算机之间在单根数据 信号线上一位接一位地传输数据，每一位数据都占 据一个固定的时间长度（T）。 数据流 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 1 0 0 1 1 0 1 T
按待传输的数字信号的变化规律去改变载波(音频模拟信号) 的频率f、幅度A或相位φ。如下图所示：
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_9
用得最多的是调频方法，频移键控调制原理示意图:
音 f1 频 信 号 f2 数字信号
电子开关1
∑
电子开关2
+
输出 运放 …
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
数字信号为1时，电子开关1导通，输出f1音频信号； 数字信号为0时，电子开关2导通，输出f2音频信号； 传输距离：普通电话线，不失真传输500m左右； 同轴电缆，可达1.5～2Km以上。
波特率＝1/T
国际上规定了一个标准波特率系列： 50、110、300、600、1200、1800、2400、4800、 9600、19.2K、56K、115.2Kbps等。
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_4
② 收/发时钟
在串行通信中，发送与接收都必须有时钟脉冲信 号对传送的数据进行定位和同步控制。如图示：
“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方
式，CPU与串行接口之间仍按并行方式工作。
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_2 1、串行数据传送方式
发送器
数据
接收器
单工(Simplex)方式： 只允许数据按照一个固定 的方向传送。 半双工(Half-duplex)方式： 只用1根数据线传送数据信 号，通信双方不能在两个方 向上同时传送。 全双工(Full-duplex)方式： 通信双方能同时进行发送 和接收操作。
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收发器
数据
收发器
收发器
数据 数据 收发器
第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_3 2、波特率和收/发时钟 ① 波特率 在计算机串行通信中，用波特率(数据位率)来描述 数据的传输速率。波特率是指每秒钟传送二进制数据 的位数，以位/秒为单位，简写为bps。如图示： 数据流 位周期 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 1 0 0 1 1 0 1 T
数据线 （SIN） 起始位(16t) t 8t 16t
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时钟 （RCLK）
t为时钟周期，表明16个时钟脉冲传送1位数据。
第九制和解调
之前提及的串行通信都是针对数字信号的，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300～3000Hz。 故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）把模拟信号还原成 数字信号。 大多数情况下(支持双工方式)，将调制器和解调 器整合在一个装置中，称为调制解调器：Modem 。
并串移位寄存器 发送 时钟 发送缓存器 发送端 发送数据 接收缓存器 接收数据 接收端 通信 线路 串并移位寄存器 接收 时钟
串行通信简单原理图
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_5 收/发时钟频率通常是波特率的整数倍(称为波特率因 子n)，二者之间的关系如下： 收/发时钟频率 = n×波特率 (n取1、16、32、64等) 异步通信：n＝16； 同步通信：n=1。 例如：波特率=9600bps，波特率因子n=16，如图示：
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_7 远程通信示意图:
计 算 机 (1) 另 一 种 示 意 方 法 DTE(Data Terminal Equipment):数据终端设备(接收和发送), 微机串行通信接口电路，如INS 8250、INS 16550A等。 DCE(Data Communication Equipment):数据通信设备(传输)。 控制 M 串 收 O 行 D 发 接 E M 口 电话线 控制 M 发 串 O 行 D 收 接 E M 口 计 算 机 (2)
检错、纠错方法很多，都以增加冗余信息为代价。
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_11 5、串行通信的基本方式 串行通信分为两种基本方式：异步通信、同步通信
异步通信 • 收、发端时钟为各自独立的同频时钟。 • 以字符为单位一个一个地传输，每个字符中一位 接着一位地传输。 • 传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符 数据位、校验位，以停止位结束该字符的传输。 • 一次传输的起始位、字符数据位、校验位、停止 位构成一组完整的信息，称为帧（Frame）。 • 帧与帧之间可以有任意个空闲位。
音频模拟信号
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_8 调 调频(FM)：频移键控FSK(Frequency Shift Keying)法 制 调幅(AM)：幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)法 方 法 调相(PM)：相移键控PSK(Phase Shift Keying)法
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第九章 并行接口与串行接口串口基本概念_10 4、数据传输的检错和纠错 串行数据在传输过程中，由于硬件、软件故障或外 界电磁干扰，可能引起数据传输错误。
误码率：衡量传输错误的指标，即数据传输后出错的位数与 总传输位数之比(计算机通信中要求10-6数量级)。 差错控制 检错：如何发现传输中的错误； (编码) 纠错：发现错误后，如何消除错误。 自动重发请求ARQ(Automatic Repeat reQuest) 接收方检测到接收数据有错，请求发送方重发。 控制方式 前向纠错FEC(Forword Error Correction) 接收方可检错也可纠错，不需向发送方反馈信息。 具体方法：奇偶校验、循环冗余码校验(CRC)、海明码校验等。 最简单、常用的检错方法是奇偶校验。