微机原理与接口技术——第10章(8251)

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异步传输方式特点
• 起始位为同步信号。接收端在每个字符开始时，进 行一次重新定位。因此每传送一个字符都有一次同 步过程。 • 然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数 据位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大 于一位数据传送时间。就不会发生错误。 • 因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个 时钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要 有同一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较 低。 • 两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位）， 并且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始 位）。 • 异步传输效率低。 14
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计算机系统内部总线
• 地址总线，数据总线，控制总线。 • 地址总线：确定数据来源和目的地（片选信号和片 内单元）。 • 数据传送：数据总线。 • 其它信号大都属于控制总线。 • 在计算机内部，数据传送由CPU确定与控制。内存、 外围接口电路（8259、8255、 8237、8253）等，都 处于从属地位。 • 外围接口电路是否有数据交换要求，以及能否进行 数据传送，必须由CPU确定。 4 • CPU对外设的服务分查询方式和中断方式。DMA
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CRC码生成算法
1. 在数据报文后添入与CRC校验位数相同个0。 2. 根据数据的最高位的状态，若为1，进行异或 运算；若为0，不进行异或运算。然后将整个 数据报文连同添加的0一起左移一位。 3. 对剩余的报文继续第2步运算和左移过程，直 到添加的0也经异或运算完成。产生的余数即 为生存的CRC码，作为报文的添加字节，一 起发送。
串行通信基本概念
• 当收、发双方距离远时，若采用并行通信，需要较 多的数据线，投资大。 • 两个相距较远的系统，一般相互关系也不会太紧密。 速度不是关键因素，投资成本成关键因素。 • 使用较少的线路实现通信。 • 串行通信的特点：通信速度慢，通信距离远。经常 用于系统之间信息交换。
• USB接口、SATA接口：高速串行接口，距离近。
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串行异步通信的传输制式
• 单工：仅在一个方向上的数据传送。 • 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时 间只能在一个方向上。 • 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
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串行异步通信的同步
• 串行异步通信根据传送的波特率确定发送时钟和接 收时钟的频率。传送数据中不包括时钟信号。双方 要事先约定好。 • 发送一位数据的时间由发送端的时钟决定，接收一 位数据的时间由接收端的时钟决定。 • 双方采用不同的时钟源，用起始位同步。 • 双方时钟频率不一定完全相同，并且一般相位也不 会同步，但只要两者在传送1个字符的时间内，误差 不超过传送一位时间，就可以正确通信。 • 由于这个特点，异步串行通信尽管效率不高，还是 获得了广泛的应用。 22
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串行通信必须解决的问题
• • • • • 以何种速率进行数据的发送和接收(波特率)； 采用何种数据格式(帧格式)； 包含的控制信息的定义； 接收方如何得知数据的开始和结束(帧同步)； 接收方如何从位流中正确地得到每位数据(位 同步)； • 如何判断收到的数据的正确性(数据校验)； • 若发生错误，组成
• 以8255A为例，三种工作方式： • 方式0：简单并行接口，外设是简单对象，时刻处于 就绪状态。只需要数据线。 • 方式1：单向通信并行接口， 必须知道对方的状态， 和向对方申请。除了数据线外，增加表示状态和控 制读、写的选通线（握手信号），两根。 向CPU的中断线原则上不属于并行通信接口组 成部分。 • 方式2：双向通信并行接口：两个方向状态信号与控 制读、写的选通线，四根。要求接口具有三态功 能． • 16位并行接口、32位并行接口，数据线数量增加， 控制线保持不变。
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• 例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000 • x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1 110101 010110 -- 7 0111011 -- 2 101100 -- 8 110101 110101 0011101 -- 3 0110010 -- 9 111010 -- 4 110101 110101 0001110 -- 10 0011111 -- 5 发送序列： 111110 -- 6 1010001101 01110 110101 001011
串行通信的传输方式
• 不同的串行通信约定，有不同的帧格式。 • 异步传输方式： 以字符为单位进行传输，每一次传送一个字 符，（一帧一个字符）。用起始位进行同步。 • 同步传输方式： 以二进制流（多于一个字符）为单位进行传 输。（一帧可以多个字符） 接收端要求数据位与时钟脉冲在频率和相位 上与发送方保持一致。
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串行通信接口组成
• 并行接口，数据线越多，同时传送的数据位越多，但 控制（状态）线数量不变。 • 若将数据线减到最少（1根），表示状态与控制线不 能少，至少2根（单向）。 • 串行接口要解决的问题成为，如何取消状态与控制线。 只用一根数据线（和一根地线），就能完成数据传送， 协调传送过程。 • 串行数据通信没有控制线，所有通信控制信号也必须 通过这根信号线传送。 • 串行数据传送比并行数据传送控制要复杂。 • 为了正确传送数据，通信双方要遵守一定的规约—— 协议。
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串行通信的异步传输方式
•以字符为基本通信单位
•起始位标志着每一个字符的开始
•停止位标志着每一个字符的结束
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串行通信的异步传输方式
• 平时通信线处于空闲状态（“1‖状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0‖，称为起始位； • 接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 • 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、 无校验等各种情况。其中无校验情况，没有该位。 • 最后为停止位，有1、1.5、2位停止位。 • 所谓停止位，其实不是发送数据编码，而是线路在 两个数据传送之间必需的至少的时间间隔。比如2位 停止位，是说发送完一个字符后，至少要间隔两个 一位数据传送持续时间。多余两个间隔均允许。
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几种不同的数据编码
数字信号用一串离散电平脉冲序列来表示,最简单的是用二位 电平脉冲序列表示 18
几种不同的数据编码
• 不归零编码(NRZ)：0和1用两种电平一一对应。 • 不归零1制（NRZI）： 0，在每位数据传送起始时没 有跳变，1，在数据传送起始时有跳变，。 • 曼彻斯特编码：0：每位数据传送的中间有下跳；1： 每数据传送的中间有上跳。跳变同时具有定时功能。 • 差分曼彻斯特编码：在每位数据传输的中间位置总有 跳变（定时），0：在每个数据起始时有跳变；1：在 数据的起始位置没有跳变。
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串行通信的波特率
• 双方事先约定的数据发送和接收的速度。 • 每一位数据在通信线上持续的时间。 • 110，220，300，600，1200，2400，4800， 9600，19200等。 • 在传输时、接收端必须有与发送端相同的时 钟频率。 • 两端的相位保持在允许的范围内。 • 接收端使时钟脉冲在频率和相位上与发送端 保持一致的机制称为同步，实现这种同步的 技术称为同步方式。 9
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同步传输方式
• 字符之间没有空隙，以连续的形式发送，每个时钟 周期发送一位数据。 • 数据信息后是错误校验字符（通常为两个字节）。 • 接收方在收到同步字符后立即按事先约定的长度(5、 6、7或8位)从二进制流中逐个提出字符。 • 同步通信采用的同步手段和同步字符的个数不同， 存在着不同的格式结构。单同步数据格式。双同步 数据格式。 • 它对时钟同步的要求特别高 ，硬件电路比较复杂 。
同步传输方式
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同步传输方式 特点
• 同步传输方式无法区分字符之间的界限。在 传输时不能从一个二进制位串中提取正确的 字符信息 。 • 发送方需要在一组数据前附加1个或2个称为 同步字符的特殊代码，通知接收方串行数据 第一位何时到达 。 • 字符之间没有像异步传输那样的间隙，必须 以连续的形式发送。 • 利用编码机制将时钟信息和数据放在一起发 送给接收端，以保证每一位的正确性。
计算机系统内部总线
• 数据总线：CPU与内存关系最紧密。 • 8088、8086、80486， • 数据总线根数越来越多（总线越来越宽），单位时 间内可传送数据多。 • 控制信号数量保持不变。 • 系统内部传送数据速率越高，系统能力越强。 • 计算机内部都采用并行传送（并行通信） • 为了加快信息传送速度采用并行传送，如打印机接 口。 5
第十章 串行通信与接口
串行通信 串行通信芯片 编程技术
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并行通信特点
• 每一位数据用一根数据线，要求通信线多； • 通信速度快，通信距离短； • 为了协调通信双方的同步工作，需若干根状 态、控制线，协调信号传送。 • 系统内部通信，如计算机系统内的数据总线 与各外围芯片之间数据传送；或与相近设备 之间通信，如打印机等。
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循环冗余码校验（CRC校验）
• 循环冗余码校验是目前一种最常用的，也是 最有效的差错检测编码。 • 对一个K比特的数据块（或称报文），发送方 生成一个N比特的序列，称为帧检验序列 （FCS），这个序列与原K比特的数据块组成 一个长为K+N比特的新序列（帧），一起发 送。 • 当接收方收到这个K+N比特的新序列（帧） 后，用同样运算方法，若余数为0，则认为没 有差错；否则有差错。
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串行通信的校验--纵横校验
例：将传送的数据按每8个字节为一块，按偶校 验，得到校验字节。
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串行通信的校验--纵横校验
• 纵横校验不仅能发现错误，在有的情况下还可以纠正 错误。 • 发生错误的交叉点，若在同一行或同一列发生偶数个 错，只能检出错，但无法纠正。 • 奇偶校验由硬件自动完成，纵校验字节要通过硬件 （软件）对传输的字节进行异或运算产生。然后附加 到发送数据后。 • 校验字节的校验位，仍由硬件自动完成。 • 纵横校验不一定是按8个字符为单位，可以按发送数据 帧为单位。