《第九章-串行IO接口-微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用-電子教案-教學(xué)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第九章-串行IO接口-微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用-電子教案-教學(xué)課件（43頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第9章 串行I/O接口,【內(nèi)容簡(jiǎn)介】,主要介紹串行通信的基本概念和串行通信接口的基本組成與工作原理，然后介紹可編程串行通信接口8251A的結(jié)構(gòu)、特性、引腳及應(yīng)用；最后，通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明串行通信的實(shí)現(xiàn)方法與程序設(shè)計(jì)。,【重點(diǎn)難點(diǎn)】,重點(diǎn)是串行通信的基本概念、類(lèi)型、工作方式、可編程串行通信接口8251A的組成原理、功能與初始化程序設(shè)計(jì)；難點(diǎn)是8251A的組成原理、功能與初始化程序設(shè)計(jì)。,第9章 串行I/O接口【內(nèi)容簡(jiǎn)介】,1,第9章 串行I/O接口,9.1 串行通信類(lèi)型與方式,9.2 可編程串行通信接口8251

2、A,9.3 8251A初始化程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用舉例,第9章 串行I/O接口 9.1 串行通信類(lèi)型,2,9.1 串行通信類(lèi)型與方式,9.1.1 概述,9.1.2 串行通信類(lèi)型,9.1.3 串行通信方式,9.1.4 RS-232C/485標(biāo)準(zhǔn)與接口電路,9.1 串行通信類(lèi)型與方式 9.1.1 概述,3,9.1.1 概述,1.串行通信,所謂串行通信，是用一條通信線路把兩臺(tái)設(shè)備連接起來(lái)，數(shù)據(jù)一位接一位地順序傳送，其示意如,圖9.1,所示。特點(diǎn)是傳輸線少，傳送距離遠(yuǎn)，成本低。,2.串行接口電路,是把用于串行通信的電路集成在一起而構(gòu)成的接口。計(jì)算機(jī)輸入時(shí)，需要把外設(shè)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，輸入給計(jì)算機(jī)；計(jì)算

3、機(jī)輸出時(shí)需要把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，輸出給外部設(shè)備。,圖9.2,所示是用于串行通信的接口電路，支持同步與異步工作方式，故稱(chēng)為通用同步/異步接收器/發(fā)送器USART,9.1.1 概述 1.串行通信 2.串行接口電,4,由,圖9.2,可以看出，串行接口一般包含4個(gè)寄存器，即控制寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)輸入寄存器及數(shù)據(jù)輸出寄存器。,數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換通過(guò)移位寄存器來(lái)進(jìn)行。,另外，還有總線緩沖器、地址譯碼器以及控制邏輯電路。其中控制寄存器接收CPU的控制命令，以確定工作方式；狀態(tài)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)外部設(shè)備及接口的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器與串行輸入/并行輸出移位寄存器配合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入

4、輸出與轉(zhuǎn)換。,由圖9.2可以看出，串行接口一般包含4個(gè)寄存器，即控制,5,3.數(shù)據(jù)輸入,（1）CPU向接口電路發(fā)控制命令，設(shè)置接口輸入工作方式；同時(shí)，啟動(dòng)外設(shè)工作。,（2）外設(shè)數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸入端送入串行輸入/并行輸出移位寄存器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)據(jù)輸入寄存器。,（3）向CPU發(fā)輸入請(qǐng)求或由CPU查詢(xún)接口狀態(tài)標(biāo)志位，然后讀取數(shù)據(jù)。,4.數(shù)據(jù)輸出,（1）CPU發(fā)控制命令，設(shè)置接口輸出工作方式；同時(shí)，啟動(dòng)外設(shè)工作。,（2）CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線向接口電路發(fā)送數(shù)據(jù)和寫(xiě)命令，數(shù)據(jù)暫存在輸出寄存器中。,3.數(shù)據(jù)輸入,6,（3）經(jīng)并行輸入/串行輸出移位寄存器轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)串行輸出。,在一般串行接口電路中，控制與狀態(tài)寄

5、存器共用一個(gè)地址；數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出寄存器共用一個(gè)地址。,（3）經(jīng)并行輸入/串行輸出移位寄存器轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)串行,7,9.1.2 串行通信類(lèi)型,串行通信類(lèi)型有三種，如,圖9.3,所示，即單工、半雙工和全雙工方式。,1.單工方式,數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送，不能反向傳送。如圖,9.3（a）,所示，由設(shè)備A發(fā)送給設(shè)備B。,2.半雙工方式,要求通信兩端的設(shè)備均具備接收和發(fā)送的能力。但是在同一時(shí)間，數(shù)據(jù)只能沿著一個(gè)方向傳送。若要雙向傳送，只能交替進(jìn)行。如圖,9.3（b）,所示。,3.全雙工方式,通信兩端的設(shè)備即可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)，發(fā)送與接收可以同時(shí)進(jìn)行，其過(guò)程如,圖9.3（c）,所示。,9.1

6、.2 串行通信類(lèi)型 串行通信類(lèi)型有三種，如圖9.,8,第九章-串行IO接口-微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用-電子教案-教學(xué)課件,9,9.1.3 串行通信方式,目前，串行通信主要有兩種類(lèi)型：異步通信ASYNC和同步通信SYNC方式。,1.異步通信方式,在異步通信方式中，數(shù)據(jù)按照ASCII碼的格式設(shè)定，因此也稱(chēng)為字符格式，如,圖9.4,所示。,9.1.3 串行通信方式 目前，串行通信主要有兩種類(lèi),10,有效數(shù)據(jù)5-8位，另有附加位。其中起始位1位，恒為低電平；奇偶校驗(yàn)位1位，可選；停止位可以是1位、1.5位或者2位，高電平。傳送一個(gè)字符必須以起始位開(kāi)始，停止位結(jié)束，稱(chēng)為一幀（Frame）。通信時(shí)每秒傳送二進(jìn)

7、制數(shù)據(jù)的位數(shù)（bit）稱(chēng)為傳輸率，也稱(chēng)為波特率（Band Rate），比如300、600、1200、4800、9600、19200等。,異步數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)送設(shè)備按照格式約定插入起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。,接收設(shè)備不斷地檢測(cè)傳輸線。在高電平之后檢測(cè)到（低電平）時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一個(gè)數(shù)據(jù)位寬度的一半時(shí)，再次檢測(cè)傳輸線，若仍為低電平，則確認(rèn)1個(gè)起始位。然后繼續(xù)計(jì)數(shù)，采樣，移位接收到的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位。在收到停止位（高電平）后，組成1幀。若超過(guò)數(shù)據(jù)的位數(shù)而仍沒(méi)有收到停止位時(shí)設(shè)置“幀錯(cuò)誤”標(biāo)志。若校驗(yàn)有錯(cuò)，則設(shè)置“校驗(yàn)錯(cuò)”標(biāo)志。計(jì)算機(jī)異步通信的速率和有效數(shù)據(jù)的位數(shù)可由程序設(shè)置。,有效數(shù)據(jù)5-

8、8位，另有附加位。其中起始位1位，恒為低,11,2.同步通信方式,是用同步字符來(lái)標(biāo)識(shí)傳送數(shù)據(jù)的起始與結(jié)束，其格式如,圖9.5,所示。在開(kāi)始部位設(shè)置12個(gè)同步字符作為起始標(biāo)志，后面是數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)的末尾，設(shè)置兩個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC），一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，另一方面表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。,同步字符可以是1個(gè)或2個(gè)；也可以在起始部位設(shè)置1個(gè)，在末尾設(shè)置1個(gè)。,按照同步方式工作時(shí)，發(fā)送設(shè)備自動(dòng)插入同步字符和校驗(yàn)碼。接收設(shè)備搜索到同步字符后開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。在傳輸過(guò)程中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備保持完全同步。,2.同步通信方式,12,9.1.4 RS-232C/485標(biāo)準(zhǔn)與接口電路,1.RS-232C信號(hào)定義,RS-

9、232C是在計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)終端串行通信中普遍采用的一種傳輸標(biāo)準(zhǔn)，有25條信號(hào)線，采用D型25針連接器，信號(hào)定義如,表9.1,所示。而在微型計(jì)算機(jī)中串行接口COM1和COM2使用的是D型9針連接器。其信號(hào)是對(duì)RS-232C的縮減，符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。,由于RS-232C數(shù)據(jù)信號(hào)與計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示不一致，因此相互之間需要電平轉(zhuǎn)換電路；在遠(yuǎn)程通信時(shí)需要配置調(diào)制解調(diào)器（Modem）。,9.1.4 RS-232C/485標(biāo)準(zhǔn)與接口電路 1,13,表9.1 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),引腳,功能說(shuō)明,引腳,功能說(shuō)明,1,保護(hù)地,14,（輔信道）發(fā)送數(shù)據(jù),2（3）,發(fā)送數(shù)據(jù)TxD,15,發(fā)送信號(hào)源(DCE)

10、定時(shí),3（2）,接收數(shù)據(jù)RxD,16,(輔信道)接收數(shù)據(jù),4（7）,請(qǐng)求發(fā)送RTS,17,接收信號(hào)源(DCE)定時(shí),5（8）,允許發(fā)送CTS,18,未定義,6（6）,數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR,19,(輔信道)請(qǐng)求發(fā)送RTS,7（5）,信號(hào)地(公共回路),20（4）,數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR,8（1）,接收信號(hào)線檢測(cè),21,信號(hào)質(zhì)量檢測(cè),9,(保留供數(shù)傳機(jī)測(cè)試),22（9）,振鈴指示RI,10,(保留供數(shù)傳機(jī)測(cè)試),23,數(shù)據(jù)信號(hào)速率(DTE/DCE)選擇,11,未定義,24,發(fā)送信號(hào)源(DTE)定時(shí),12,(輔信道)接收信號(hào)線檢測(cè),25,未定義,13,(輔信道)允許發(fā)送CTS,表9.1 RS-232C

11、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 引腳功能說(shuō)明引腳 功能說(shuō),14,在使用電話線遠(yuǎn)距離通信時(shí)，發(fā)送端要用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)附加到載波上接收端則用解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，從載波上還原出數(shù)字信號(hào)，其示意如,圖9.6,所示。,計(jì)算機(jī),RS,232C,Modem,計(jì)算機(jī),RS,232C,Modem,數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào),模擬傳輸,圖9.6 RS-232C串行通信,在使用電話線遠(yuǎn)距離通信時(shí)，發(fā)送端要用調(diào)制器把數(shù),15,TTL,圖9.7 TTL電平與RS-232C電平轉(zhuǎn)換示意圖,RS-232C電平,MC1488,MC1489,TTL,發(fā)送,接收,3.RS-485接口電路,RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口可使用單一+5V（或+3V）電源，輸入輸出電平與TT

12、L電路兼容，共模電壓最大最小值分別為+12V和-7V，差分輸入范圍為-7V,+12V，接收器的靈敏度為200mV，支持半雙工和全雙工通信.,在RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中，邏輯1用負(fù)電平（-3V,-15V）表示，邏輯0用（+3V,+15V）表示。而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用的是TTL電平，所以常用MC1488/MC1489進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，其示意如,圖9.7,所示。,TTL圖9.7 TTL電平與RS-232C電平轉(zhuǎn)換示意圖R,16,圖9.8,所示是用MAX481類(lèi)芯片構(gòu)成的半雙工通信電路。其中每個(gè)芯片包含一個(gè)非對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)器D和一個(gè)對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的接收器R。DI表示數(shù)據(jù)輸入端，RO表示數(shù)據(jù)輸出端。特點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)

13、，可靠性高，在傳輸速率為9600b/s時(shí)最大距離為1500m；在傳輸速率為100Mb/s時(shí)，傳輸距離可達(dá)15m。,圖9.8 RS-485半雙工通信電路,V,C,D,R,DE,DI,RO,RE,V,C,D,R,DE,DI,RO,RE,DE,DI,RO,RE,D,R,V,C,DE,DI,RO,RE,D,R,V,C,圖9.8所示是用MAX481類(lèi)芯片構(gòu)成的半雙,17,9.2 可編程串行通信接 8251A,9.2.1 8251A引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu),9.2.2 8251A控制與狀態(tài)寄存器,9.2 可編程串行通信接 8251A9.2.1 8251,18,9.2.1 8251A引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.8251A外部

14、引腳,8251A的引腳如,圖9.9,所示，除地線和電源線外，可分為四組。,（1）與CPU連接引腳,D,7,D,0,：數(shù)據(jù)線，雙向，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接，傳送數(shù)據(jù)、命令及8251A狀態(tài)字。,CS：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。,RD：讀信號(hào)，輸入，低電平有效。,WR：寫(xiě)信號(hào)，輸入，低電平有效。,C/D,：,控制/數(shù)據(jù)選擇，輸入，高電平時(shí)CPU讀/寫(xiě)8251A控制/狀態(tài)寄存器，低電平時(shí)CPU讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器。,9.2.1 8251A引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.,19,CS、RD、WR 和 C/D 信號(hào)的作用如,表9.2,所示。,RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效，寬度為6個(gè)時(shí)鐘周期，復(fù)位后8251A處于空

15、閑等待狀態(tài)。,CLK：時(shí)鐘信號(hào)，同步方式時(shí)其頻率數(shù)據(jù)傳輸頻率的30倍；異步方式時(shí)，傳輸頻率的4.5倍。,表9.2 8251A的控制信號(hào)的功能組合,CS,RD,WR,C/D,方向,功能,0,0,1,0,CPU8251A,讀數(shù)據(jù),0,1,0,0,CPU8251A,寫(xiě)數(shù)據(jù),0,0,1,1,CPU8251A,讀狀態(tài),0,1,0,1,CPU8251A,寫(xiě)控制命令,0,1,1,X,高阻態(tài),1,X,X,X,高阻態(tài),CS、RD、WR 和 C/D 信號(hào)的作用如表9.2所,20,（2）與外部設(shè)備/調(diào)制解調(diào)器連接引腳,DTR：,數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，輸出，低電平有效，通過(guò)編程使方式命令字的D,1,位置1，信號(hào)有效。,DS

16、R：,數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好，輸入，低電平有效，是對(duì),DTR,的響應(yīng)，表示調(diào)制解調(diào)器或外設(shè)發(fā)送準(zhǔn)備就緒，通過(guò)讀入狀態(tài)字的D,7,位檢測(cè)該信號(hào)。,RTS：,請(qǐng)求發(fā)送，輸出，低電平有效，表示8251A發(fā)送準(zhǔn)備就緒，通過(guò)編程使方式命令字的D,5,位置1，信號(hào)有效。,CTS：,允許發(fā)送，輸入，低電平有效，是對(duì),RTS,的響應(yīng)；有效時(shí)，表示外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器允許8251A發(fā)送數(shù)據(jù)。,（3）與發(fā)送控制有關(guān)的引腳,TxD：,數(shù)據(jù)發(fā)送端，輸出。,TxRDY：,發(fā)送器準(zhǔn)備好，輸出，高電平有效，表示8251A準(zhǔn)備好接收CPU的數(shù)據(jù)。,（2）與外部設(shè)備/調(diào)制解調(diào)器連接引腳,21,TxE：,發(fā)送器空，輸出，高電平有效，表示8251A發(fā)送器空。,TxC：,發(fā)送器時(shí)鐘，輸入，同步方式下,TxC,的頻率等于波特率；異步方式下,TxC,的頻率可以是數(shù)據(jù)速率的1、16或64倍。,（4）與接收控制有關(guān)的引腳,RxD：,數(shù)據(jù)接收端，輸入。,RxRDY：,接收器準(zhǔn)備好，輸出，高電平有效，表示8251A從外部設(shè)備/調(diào)制解調(diào)器上接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，等待CPU的讀取。,SYNDET/BRKDET：,同步/間斷檢測(cè)信號(hào)，雙向。同步方式時(shí)作為