08第08章 串行通信接口

1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行 输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行 输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线 来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理 收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快 多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、 接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和 外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数 据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同； 而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一 般都包括：
1． 总线收发器和相应的逻辑电路
2． 联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号 的数目/每秒传输的位数。 波特率因子---

RS-232C的接口信号 ---TxD RxD
（2）数据发送与接收线： 发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。 接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。 （3）地线 有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线，无方向。
奇偶校验
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，如： 1 0110，0101 0 0110，0001 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，如： 1 0100，0101 0 0100，0001
1.电气特性
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在TxD和RxD上：逻辑1(MARK) =-3V～-15V 逻辑0(SPACE)=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压) = -3V～-15V
TTLRS232转换芯片
连接器的机械特性
串口通信基本接线方法
9针串口（DB9）
25针串口（DB25）
针号
功能说明
缩写
针号
功能说明
缩写
1
数据载波检测
DCD
8
数据载波检测
DCD
2
接收数据
RXD
3
接收数据
RXD
3
发送数据
TXD
2
发送数据
TXD
4
数据终端准备
DTR

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。
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
发送数据寄存器：从CPU数据总线接收并行数据。
接收数据寄存器：接收从接收移位寄存器送来的并 行输入数据，再将数据送往CPU。
数据总线缓冲器：它是CPU与数据寄存器（发送和 接收）交换数据的双向缓冲器，用来传递CPU对 端口的控制信息、双向传递数据、向CPU提供状 态信息。
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
异步传输模式的字符格式
1位起始位，5～8位数据 1位校验位（可无） 1位、1.5位或2位的停止位
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。
8.1.7 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。
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

位
空闲位
0 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 P 1 1 1 0 b0 b1 …
数据发送顺序
图9-2 异步串行通信格式
在异步传送中，CPU与外部设备之间的通信遵循以下规定：
（1）字符格式。
字符格式是指字符的编码形式及其规定。例如，规定每个 串行字符由4个部分组成：1个起始位、5～8个数据位、1个奇偶 校验位以及1～2个停止位。
（2）传输速率。
传输速率是指每秒钟传送的二进制位数，通常称为波特率 （Band Rate）。国际上规定了标准波特率系列，最常用的标准 波特率是：110、300、600、1200、l800、2400、4800、9600、 115200/19200波特等。
（3）字符速率。
字符速率是指每秒钟传送的字符数，它与波 特率是两个相关但表达的意义不相同的概念。例如， 若异步通信的数据格式由1位起始位、8位数据位、1位 奇偶校验位、2位停止位组成，波特率为 9600b/s，则 每秒钟能够最多传送 9600/(1+8+1+2)＝800 个字符。
串行通信中，按照同一时刻数据流的方向可分为三种基本传送模式：单 工传送、半双工传送和全双工传送。
1．单工（simplex）方式 单工传送方式仅支持在一个方向上的数据传送。如图9-4（a）所示，由设
备A传送到设备B。即在这种传送模式中，A只作为发送器，B只作为接收器 ，反之不可。
2．半双工（Half-duplex）方式 半双工传送方式支持在设备A和设备B之间交替相互地传送数据。如图9-
显然，在这种通信方式中，数据块内各字节数据之间没有间 隔，传输效率高，但发送、接收双方必须保持同步(使用同一 时钟信号)，且数据块长度越大，对同步要求就越高。因此， 同步通信设备复杂(发送方能自动插入同步字符，接收方能自 动检测出同步字符，且发送、接收时钟相同，即除了数据线 、地址线外，还需要时钟信号线)，成本高，一般只用在高速 数字通信系统中。