可编程串行通信接口.ppt

1 第十章串行通信与可编程接口芯片8251 1 串行通信的基本概念数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送优点 节省传输线 缺点 数据传输率较低主要适用于长距离 低速率的通信中 2 1 2串行通信的方式 异步方式 Asynchronous 也称 起止同步式 串行异步传输数据格式 1 0 0 0 11 1 5 8位数据位 1 0 停止位或空闲位 1 1 起始位 奇偶校验 位停止位 或 2 2 1 1 1 第n个字符 空闲位 第n 1个字符 低位 高位 异步方式与同步方式 00101101011 LSB MSB 数据 5AH 先发送低位 奇校验 字符数据中为1的位数与校验位相加 结果应为奇数 3 同步方式 Synchronous 面向字符型的数据结构 串行同步通信信息格式 外同步 用一条专门的控制线来传送同步字符 CRC 循环控制码 传输控制字符 4 面向比特 位 型的数据格式 特点 没有采用传输控制字符 而是采用某些位组合 信息长度可变 位的组合 SDLC HDLC帧格式 标志01111110 地址8位 控制8位 CRC8位 CRC8位 标志01111110 数据场 0 n位 开始标志 地址场 控制场 5 协议开销 例 SDLC HDLC帧格式 假定数据长度为2048位 通信效率为 2048 2048 48 97 协议开销仅为3 一般公式 SDLC HDLC协议开销 1 0 N N 48 其中N为发送数据的比特数 标志01111110 地址8位 控制8位 CRC8位 CRC8位 标志01111110 数据场 开始标志 地址场 控制场 6 1 3串行通信中的数据传送方向 按传送方向分为 单工 半双工和全双工单工 Simplex 特点 仅能进行一个方向的数据传送 7 半双工 HalfDuplex 特点 数据可以在两个方向上进行传送 但是这种传送绝不能同时进行 双向 但不同时 8 全双工 FullDuplex 特点 能够在两个方向同时进行数据传送 双向 同时 9 1 4波特率 数据传输率 每秒传输的二进制位数 单位为bps bitpersecond 也称比特率 波特率 每秒传输的 符号 也称离散状态 的个数 例如 每秒传送1个符号 则波特率为1波特 在计算机中 一个 符号 的含义为高 低两种电平 分别代表逻辑值 1 和 0 所以每个符号的信息量为1比特 此时波特率与比特率刚好一致 10 发送时钟和接收时钟 数据输入寄存器 输入移位寄存器 1 16 32 数据输出寄存器 输出移位寄存器 1 16 32 CLK 主时钟 串行数据输入 输入移位脉冲 串行数据输出 输出移位脉冲 接收时钟 发送时钟 11 波特率因子 F 时钟频率 波特率因子 波特率波特率因子 数据传输率 波特率 与时钟频率之间的比例系数给定时钟频率 选择不同的波特率因子可得到不同的波特率 例 f 19 2kHz 若选波特率因子为16 则波特率为1200bps 若选定波特率因子和波特率 则相应的确定了对时钟频率的要求 若外部时钟电路的频率F 1Mhz 需用8253分频 试计算分频系数 8253的计数初值 计算时钟频率1200 16 19200 时钟频率 计数初值N 1000000 19200 52计数初值 时钟频率 波特率 波特率因子 12 8251 外部的时钟电路 CLK8253OUT 1 16 1MHz N分频 19 2KHz 移位脉冲 13 1 5差错校验 1 奇偶校验 ParityCheck 发送时检查要传送字符中 1 的个数 自动在奇偶校验位上添加 0 或 1 接收时UART检查收到每个字符的 1 的个数 并与奇偶校验位比较 不同校验错2 帧错误 CRC校验 CyclicRedundancyCheck 循环冗余校验 接收到的字符格式不符合规定 如缺少停止位等 3 丢失 溢出 错误接收时 串行数据变为并行数据后 存储在接收寄存器中 当接收寄存器中的数据没有被取走 UART又接收到另一个新的字符存入接收寄存器 于是第一个数据丢失 UART产生丢失 溢出 错误 14 在模拟通信系统 如电话网 为传送数字信号 话音信息 必须经过调制和解调 实现调制和解调两个过程的设备称为 调制解调器 ModulatorDemodulator Modem 方法 选取某一频率的正 余 弦模拟信号作为载波 用以运载所要传送的数字信号 要用传送的数字信号改变载波信号的幅值 频率或相位 使之在信道上传送 到达信道另一端 再将数字信号从载波中取出 1 6信号的调制和解调 15 0 0 0 0 0 1 1 1 1 数字信号 a 调幅 b 调频 c 调相 按数字信号的值改变载波信号的幅度 按数字信号的值改变载波信号的频率 按数字信号的值改变载波信号的相位 16 2 串并通信接口标准 2 1EIARS 232C1969年 适合于DTE和DCE之间相互连接与通信的串行通信规程 1987年11月 经修改正式命名为RS 232D DTE DataTerminalEquipmentDCE DataCommunicationEquipment DataCircuit terminatingEquipment PSTN PublicSwitchedTelephoneNetwork 17 机械接口特性 DB 25连接器国际标准ISO2113 EIARS 232D为ISO2110 EIA规定 插座 female 应装在DCE上 插头 male 应插在DTE上 DB 9连接器 18 电气信号特性 信号电平的规定 采用负逻辑 5V 15V 逻辑0 5V 15V 逻辑1RS 232C电平与TTL电平之间的转换TTL电平 RS 232C电平 MC1488RS 232C电平 TTL电平 MC1489 电平转换电路 EIARS232 C CCITTV 24是ISO OSI七层参考模型中物理层的典型接口标准之一 19 a 信号线连接 20 21 CCITTV 24 RS 232C的部分接口信号表 22 1 其中 EIA的信号名 以A开头 信号地或者保护地 以B开头 数据信号 以C开头 控制信号 以D开头 定时信号 以S开头 第二信道 2 功能缩写符号SG SignalGround TXD TransmitData DTR DataTerminalReady RXD ReceiveData DSR DataSetReady RTS RequestToSend CD CarrierDetect CTS ClearToSend RI RingIndicate 23 2 2RS 449及RS 422A RS 423A EIARS 449 机械及功能特性 9针 37针 1977 11EIARS 423A 采用 非平衡接口电路 1978 9传输率 300kbps传输距离 10m 300kbps 1000m 3kbps EIARS 422A 采用 平衡接口电路 1978 9传输率 10Mbps传输距离 10m 10Mbps 1000m 100kbps 24 3 串行接口的基本结构与功能USART 通用同步异步接收器 发送器 UniversalSynchronousAsynchronousReceiver Transmitter UART UniversalAsynchronousReceiverTransmitterUSRT UniversalSynchronousReceiverTransmitter典型芯片 Intel8251 ZilogSIO MotorolaACIA 25 典型的串行异步接口的基本结构如图所示 26 4 可编程串并行通信接口片8251A主要功能 与Intel系列CPU兼容的串行通信接口既可用于同步传送方式也可用于异步传送方式同步方式下可实现内同步和外同步可产生1位 1或2位停止位完全双工工作对奇偶校验 溢出 丢失 和帧错误进行检测 27 4 18251的内部结构数据总线缓冲器 发送器 接收器 读写控制电路 28 8251A的读 写功能表 29 4 2 8251A的编程方式选择控制字 30 操作命令控制字操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或进入规定的工作状态 只有在设定了方式选择控制字后 才能由CPU写入 8251A的操作命令控制字格式如图所示 31 状态字控制字CPU可在8251A工作工程中利用输入指令 IN指令 读取当前8251A的状态字 从而可以检测接口和数据传输的工作状态 8251A的状态字格式如图所示