第4章 串行通信及接口
第4章 串行通信及接口
• 串行通信的基本概念 • 可编程串行接口芯片-Ins 8250A • 习题
串行通信的基本概念
• 数字信号的并行传输和串行传输
10100011 7 1 0 CP1 CP2 OUT XXXH，AL IN AL，XXXH CPU D7 STR ACK 7 1 0 D0
RS-232-C
机械特性：DB25型，25Pin，DTE端为插针，DCE端为插 孔。 电气特性：逻辑1输出为-5V~-15V，逻辑0输出为+5V~+ 15V，逻辑1接收为-3V~25V，逻辑0接收为+3V~+25V。输 入输出均需要电平转换电路（如MC1488/1489）。 功能特性：主要引脚的作用，TD/RD为发送/接收数据， DTR/DSR为数据终端准备好/数据设备准备好，RTS/CTS 为请求/允许发送，RI/CD为振铃指示/载波检测（用于 MODEM）。 规程特性：DTE置DTR为ON，DCE置DSR为ON（建立连 接），DTE要发送数据时置RTS，DCE置CTS，则DTE可通 过TD/RD发送/接收数据。结束时拆除连接，即DTE将DTR 置OFF，DCE将DSR置OFF（简化）。
计算机 或 终端
调制解调器
EIA-232/V.24 的信号定义
RS-232-C
DTE-A
①置DTR；TxD发 送电话号码
②置RI ③置DTR
DTE-B DCE-B
DCE-A
网
络
EIA-232/ V.24 接口
⑦置RTS ⑧置CTS
调制解调器
调制解调器
④产生载波；置DSR
EIA-232/ V.24 接口
CPU
串行通信的基本概念
• 全双工方式和半双工方式
– 全双工方式：用不同的通路同时进行发送和接 收；
– 半双工方式：输入和输出使用同一通路，或者 发送或者接收。
串行通信的基本概念
• 串行通信的同步方式
– 字符同步方式（异步同步方式，起止式同步方 式）：以字符为单位进行传输，在发送每个字 符之前发送一个同步参考信号。 – 位同步方式：发送端对每位数据位都带有同步 信息。可以在发送数据的同时发送同步的时钟 脉冲，也可以通过编码将数据和时钟一起发送。
串行通信的同步方式
*异步通信：两个字符之间的传输间隔是任意的，所 以，每个字符的前后都要用一些数据位来做分隔位； 接收方和发送方时钟频率不必完全一样，不超过一 定允许范围即可； *同步通信：将许多字符组成一个信息组，这样字符 可以一个接一个传输，但是，在每组信息(通常称为 信息帧)的开始要加上同步字符，在没有信息要传输 时，要添上空字符，因为同步方式不允许有间隙； 一般将同步字符和空字符用同一个代码。 *同步方式和异步方式比较：
RS-232-C
• DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设 备，是具有一定的数据处理能力和发送、 接收数据能力的设备。 • DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数 据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之 间提供信号变换和编码的功能，并且负责 建立、保持和释放数据链路的连接。
USB总线传输协议
• USB属于轮询方式，主机控制端口初始化所有 的数据传输
标记包
（主机）
PID（8） ADDR（7） ENDP（4） PID PID PID
ACK、NAK、STALL
CRC5（5） CRC5(5) CRC16(16)
帧开始包 数据包 握手包 特殊包
Frame Number（11） DATA（0~1023)
• 即插即用和热插拔功能（不用重新启动） • 灵活多用（127台不同种类的设备，如调制 解调器、数字相机、扫描仪、彩色打印机 等） • 直接供电(读卡器 、摄像头 、 游戏柄等耗 电少的设备可直接由USB接口供电，最大可 获得500mA的电流 • 传输距离在全速传输时(使用4芯电缆)连接 距离为5m
DATA0、DATA1
PID
ADDR
ENDP
CRC5
USB总线通信模型
• USB属于轮询方式，主机控制端口初始化所有 的数据传输
应用软件 外设
USB系统 软件驱动管理
USB总线接口 串行引擎
USB设备
主控 器件
USB总线接口 串行引擎
USB主机控制器功能
• • • • • • • • • 状态处理 串行化和反串行化 帧产生 数据处理 协议引擎 传输差错控制 远程唤醒 根集线器 主机系统接口
RS-232-C
用户环境
DTE DCE 串行比特传输 DCE 信号线与控制线 信号线与控制线 用户环境 DTE
通信设施
用户设施
通信环境
用户设施
DTE 通过 DCE与通信传输线路相连
RS-232-C
DTE (1) 保护地 (2) 发送数据TxD (3) 接收数据RxD (4) 请求发送RTS (5) 允许发送CTS (6) DCE 就绪DSR (7) 信号地 (8) 载波检测CD (20) DTE 就绪DTR (22) 振铃指示RI DCE
RS-449-C的电气特性
– RS-423A：采用非平衡线路，每 一路信号均为单端输出差分输入， 每个方向一个回线，从而使串音 TD 干扰减小。输出电压为 ±3.6V~±6V,输入门限电压为0.2V~+0.2V。10m以内可达 300Kbps。 TD – RS-422A：采用平衡线路，每一 路信号均为差分输出差分输入， 每路信号一个回线，抗干扰能力 很强。输出电压为±2V~±6V,输 入门限电压为-0.2V~+0.2V。10m TD 以内可达10Mbps。 – RS-232-C：单端输出单端输入， 功用一个地线，抗干扰能力较差。 15M以内21Kbps。
同步方式的信息有效率高。 同步方式需传输时钟信号。
串行通信的同步方式——举例
• 例１、异步传输过程：设每个字符对应1个起 始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止 位，如果波特率为1200bps，那么，每秒钟能 传输的最大字符数为1200/10＝120个。 • 例2 、同步传输：用1200bps的波特率工作，用 4个同步字符作为信息帧头部，奇偶校验，那 么，传输100个字符所用的时间为 8(100+4)/1200＝0.6933s，这就是说，每秒钟 能传输的字符数可达到100/0.6933＝144个。 • 在同样的传输率下，同步传输时实际字符传输 率要比异步传输时高。
8250引脚信号
8250 D0~D7、A0~A2、DISTR/DISTR、 D0~D7 DOSTR/DOSTR、CS0/CS1/CS2： A0~A2 用于CPU对寄存器读写。 SIN/SOUT、DTR/DSR、RTS/CTS： IOW IOR 用于传输数据。 RI、RLSD：振铃指示和载波 A3 A4 检测。 XTAL1、XTA L2：外部时钟输 A9 AEN 入输出。 RCLK/BAUDOUT：接收/发送时 RS 钟信号。 OUT1、OUT2：用户指定输出 OSC 5V 端。 INTRPT：中断请求信号。 IRQ4 MR：复位信号。
⑥检测载波；置CD
⑤检测载波；置CD和DSR；产生载 波
⑨DTE-A发送数据；DTE-B接收数据
P42
两个 DTE 通过 DCE进行通信的例子
RS-232-C
插头 （1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示 计算机 插座 插座 （1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示 虚拟调制解调器 计算机 插头
0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0
Data
Idle
J NRZI K
*：为保证准确性，发送设备在在发送一个包时，要进行位 插入操作，即在数据流中每6个连续的“1”后插入一个“0” ，从而强迫NRZI码发生变化。 *：接收端则对接收的数据进行解码，即每收到每6个连 续的“1” 就删除后面的“0”，如有7个连续的“1”，则 认为出现位插入错误，并忽略该数据包（EOP前除外） 。
数据编码技术
曼彻斯特/差分~编码
数字数据
数字传输
调制解调 PCM
模拟数据
模拟传输
调制解调（频分复用）
数据编码技术-数字数据的数字编码
1 0
不归零制编码 时钟 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码
ห้องสมุดไป่ตู้
1
1
0
0
1
0
数据编码技术-数字数据的模拟编码 技术
0
数据 调幅 调频 调相
1
0
1
1
串行通信标准
• RS-232-C：EIA1969年发布的串行数据交换 标准。 • RS-449-C：EIA1977年发布的串行数据交换 标准。 • RS-485：适合于点到多点的串行数据交换标 准。 • USB：通用串行总线规范。 • IEEE 1394：Fire Wire－“火线”
软件功能
• HCD驱动程序 • USB总线驱动程序USBD
设备驱动程序 主机软件 HUB驱动 USBD
HCD
IEEE 1394的特点
• 高速数据传输：100M、200M、400M • 保证是实时性：支持异步、同步两种模式， 可连接高 视频设备，应用领 域可扩展到通信和信息家电 • 高自由度连接/拓扑结构：最多可连接63台 设备，结点间距离4.5m(可延长至50~100m) • 带电插拔/即插即用 • 编码方式：DSLink
GND
1.5kΩ
Vcc D+ D- USB接收器 GND