微机原理接口技术第4章

微机原理接口技术

第4章 串行通信接口 串行通信的基本概念 RS-232C接口标准 串行通信接口 PC机异步通信接口

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4.1 串行通信的基本概念4.1.1 串行通信概述串行通信可分为异步串行通信和同步串行通信。 1.异步通信 在异步串行通信中，一个字符代码在通信线路上的传输格式如图 4.1所示。

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① 传输率：传输率是1秒钟传输数据的位数，用于设置 串行通信数据的传输速率，常见的有：110b/s、300b/s、 600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s, 在9600b/s传输速率时，一秒钟大约传输960个字符； ② 数据位：规定串行传输中数据的编码长度，一般有5 位、6位、7位、8位，传输数据位数应该由传输的数据有效 位来确定，如采用7位数据位时，其传输的字符范围为 0~127的ASCII码。在波特率相同的情况下，数据位越多， 传输速度越慢； ③ 校验位：规定串行数据传输过程中的错误检查方式， 主要有：奇校验、偶校验和不校验。由于串行通信的距离 一般较远，传输介质大多是电话线，因此，数据传输时可 能因为干扰而错误，通过校验就可以检查传输中的错误； ④ 停止位：用于设置传输帧与传输帧之间的间隔大小， 停止位数主要有：1、1.5、2位。

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2.同步通信 同步通信利用同步字符来完成收发双方的同步。同步通信方式没有 起始位和停止位，一次传送的字符数可变。在同步传送前，先按照一 定的格式将各种信息装配成一个数据包，数据包包括接收方识别用的 同步字符(一个或多个),然后紧跟着传送N个字符(N大小可由用户设置), 最后是两个校验字符。在同步传输中根据同步标识的不同可分为内同 步传输、外同步传输，通常若同步标识包含于数据信号内，称为内同 步传输；若同步标识来自数据信号外，则称为外同步传输。

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4.1.2 数据传送方式串行通信中，按照在同一时刻数据流的方向可分为全双工和半 双工两种基本传送方式。 1.全双工方式 当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送时，通信双 方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式为全双工， 如图4.3所示。

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2.半双工方式 使用一根传输线既作数据输入又作数据输出时，通信双方 不能同时收发数据，这种传输方式为半双工，如图4.4所示。

4.1.3 调制与解调

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调制解调器有振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移 键控(PSK)三种类型，在计算机中一般采用频移键控方式， 也就是将数字1和0调制为不同频率的两个信号，如图4.6所 示。

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4.2 RS-232C接口标准1.RS-232C电气特性 RS-232C接口对电压源、终端和逻辑电平都作了规定。 逻辑电平的定义是：数据(Mark)为逻辑1,其电平低于3V;空(Space

)为逻辑0,其逻辑电平高于+3V。介于3V和+3V之间的电压，低于-15V或高于+15V之间的电压为 无意义，因此，RS-232C的逻辑电平为±(5V~15V)之间。 RS-232C用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电 平表示逻辑状态不同，RS-232C为能与计算机及设备相连 接，必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑转换， 这种转换通常使用集成电路来进行。图4.7示出了使用 MC1488完成EIA电平到TTL的转换，MC1489完成TTL电平 到EIA电平的转换。当然也可使用其他芯片，如SN75150、 SN75154等来完成这一转换。

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2.RS-232C接口信号 RS-232C的接口连接采用标准的25芯接口，目前计算 机上普遍采用9芯接口，RS-232C的主要信号规定如表4-1 所示。

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RS-232C与外部设备的连接方法，对于不同的外部 设备接口信号定义不完全相同，RS-232C的标准连接方 法如图4.8所示。

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4.3 串行通信接口4.3.1 串行接口基本任务① 串←→并转换：串行传送是将数据一位一位地依次传送， 而计算机输入/输出的数据是并行的，所以当数据传入计算机时 需将串行数据转换成并行数据，计算机发送的数据也要转换成串 行数据才能通过串行接口传送。 ② 串行数据格式化：当CPU送出的并行数据转换成串行数据 后，为了实现不同通信方式下的数据格式必须对数据进行格式化， 如异步传输要附加起始位、校验位和停止位；同步串行传输要加 上同步字符和校验字符等。 ③ 可靠性检验：在发送数据时接口电路要自动生成奇偶校验 位，接收时接口电路要检查奇偶校验位，确定数据在传送时是否 有错。 ④ 接口与DCE之间的联络：接口需提供符合RS-232C标准规 定的信号线，以便与Modem和DCE之间进行联络、控制。

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4.3.2 8251功能特点1.8251内部结构 8251A的内部结构如图4.9所示，它由接收缓冲器、接收控制 电路、发送缓冲器、发送控制电路、调制/解调控制电路、读/写 控制逻辑和数据总线缓冲器等七个部分构成。

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2.8251A工作方式 (1) 异步接收方式：在异步方式，当允许接收且准备好接收数据时， 8251A监视RxD线。在没有信号时为高电平，一旦检测到RxD线为低电平， 即认为是起始位到达，便启动内部计数器开始计数，当计数到一个数据 位宽度的一半(若时钟频率为波特率的16倍时，则计数到第8个脉冲)时， 再次采样RxD线，若仍然为低电平，则确认是一个起始位，否则是干扰 信号。 (2) 异步发送方式：当初始化编程时，置1发送允许位TxEN,在=0时 可进行异步发送。发送时，发送器自动为每个字符加上起始位，并根据 要求加上校验位和停止位，在发送时钟的下降沿经发送移位寄存器从 TxD线发出。 (3) 同步接收方式：在单同步方式下，8251A

监视RxD线，每出现一 个数据位就把它移一位，然后把接收寄存器与含有同步字符的寄存器比 较，如果相同表示接收方和发送方已同步，接收方使SYNDET=1;如果 不同则需接收下一个数据进行比较。 (4) 同步发送方式：同步发送在TxEN=1和=0时开始，发送器在准备 发送的数据前插入程序设定的一个或两个同步字符、在数据中插入校验 位，在发送时钟的作用下，将数据一位一位地发送出去。

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4.3.3 8251寄存器与控制字1.方式选择命令字 方式选择命令字有同步方式控制字和异步方式控制字，当D1D0=00 时为同步方式控制字，这时D7D6用于选择同步方式；当D1D0≠00时为 异步方式控制字，这时D7D6用于选择停止位数。

2.工作命令字 工作命令字的作用是确定8251A的实际操作，使8251A处于某种工 作状态，以便接收和发送数据。工作命令字的格式如图4.11所示。

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3.状态字 8251A内部设有状态寄存器，CPU可用输入指令IN获取 状态寄存器的内容，判定8251A当前的工作状态。8251A状 态寄存器定义如图4.12所示。

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4.3.4 8251编程应用在8251A编程的初始化过程中必须严格按照规定顺序进行，8251A 初始化顺序为：复位→写入方式字→写入命令字1→写入命令字2→……, 流程如图4.13所示。

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4.4 PC机异步通信接口PC机最多允许4个异步通信接口(COM1~COM4)。一般PC机有 COM1和COM2两个异步通信接口，PC/XT的串行通信是通过异步通 信适配器来实现的。PC/XT串行适配器由INS8250、EIA-TTL电平转换 器SN75150和SN75154以及I/O地址译码电路三个主要部分组成，如图 4.14所示。 ① 地址译码电路：根据PC机I/O地址空间分配异步串行通信端口 地址为3F8H(COM1)或2F8H(COM2),因此利用A9~A3经过与非门U2 产生片选信号，A2~A0作为8250的内部寄存器寻址选择。为了改变 适配器的I/O端口地址，通过J10、J12跳线器选择，当开关掷于J12, 其I/O地址范围为3F8H~3FFH;掷于J10时，I/O端口地址为2F8H~ 2FFH。中断请求信号由J9、J11来选择，该开关与J10、J12连动，当 开关掷于J11时，中断请求信号通过IRQ4传送到8259;当开关掷于J9 时，中断请求信号通过IRQ3送给8259。 ② 电平转换：8250输出的TTL信号经过SN75150P转换为EIA电平 后，再输出到RS-232C接口；从RS-232C输入的EIA电平经过SN72154 转换为TTL电平后，再输入到8250,这样就完成了TTL与EIA电平的 转换。

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习题四

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