第八章 串行输入输出接口
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RS-232C RS-232C
电话网 DTE DCE DCE DTE
9
四、传输速率
比特率和波特率
1.比特率:每秒钟传输二进制代码的位数，单位是： 位／秒(bps)。 如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位 (1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特 率为： 10位×240个/秒 = 2400 bps 2.波特率:每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特 (Baud)。 波特率和比特率不总是相同的，对于基带 注释 传输比特率和波特率是相同的。所以，我们 也经常用波特率表示数据的传输速率。
载波检测
接收数据 发送数据 数据终端准 备好 信号地 通讯设备准 备好 请求发送 允许发送 响铃指示器
2．RS－232C与TTL转换
RS－232C是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的规定不同。因此， 为了能够使计算机接口与终端的TTL器件连接，必 须在RS－232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系 变换。
接收数据子程序： receive proc far rec_check: mov ah,3 mov dx,0 int 14h test ah,20H jz rec_check mov ah,2 mov dx,0 int 14h ret
；这是接收数据子程序， ；出口AL，AH ；读通讯口状态字
；测试数据准备好位 ；数据未准备好，再读状态字 ；读通信端口数据
D6 ……
:
D0
D
D7
Q
:
D CLK
D7
Q ……
:
D CLK
D7
Q
并入串出移位寄存器 D1 …… D
:
D7
D7
Q
:
D CLK
D7
Q ……
:
D CLK
D7
Q
并出串入移位寄存器
第三节 异步接收/发送器（UART） 串行接口的基本结构主要是异步接收/发送 器（UART），它不仅包括并行数据和串行数 据之间的相互转换，还有检测串行通信在传 送过程中可能发生错误的逻辑部件。
串行通信的方式:
2.异步串行通信的字符格式:
异步串行通信的字符格式:
一个字符帧 空 闲 起 始 位 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点： 不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开 销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧 之间还有间隔，因此传输效率不高。
3 设置波特率因子
在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟 来决定每1位对应的时间长度，接收端也需要用一个时 钟来测定每1位的时间长度，前一个时钟叫发送时钟， 后一个时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以是波 特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就 称为波特率因子。
第二节
串行通信的实现
1、并行通信和串行通 信的特点：
串行通信是逐位传送数据，所 以一个多位数据需要多次传 送。比如一个8位的字节型数 据至少需要8次传送。它有如 下特点： 速度较慢； 引线少； 距离长。
TXD 计算机 RXD TXD 外设 RXD
2、串行通信的硬件条件
在硬件上，串行通信系统的核心部件是移 位寄存器，其中在发端要有一个并入串出 移位寄存器，在收端要有一个串入并出移 位寄存器（因为计算机内部均为并行数 据）。
3．RS-232C的接口信号 可以用电缆线直接连接标准RS232端口， 但通信距离较近(<12m)。若 距离较远，可 附加调制解调器（MODEM）。RS－232C规标准 接口有25条线，最常用的信号线有9根。
二、RS－232C应用举例 1．RS－232C串口通信接线方法（三线制）
TXD RS-232 RXD MAX232
TXD MCS51 RXD
2．BIOS串行通信口功能
IBM PC 及其兼容机提供了比较灵活的关于串行 口的BIOS中断调用方法，即通过INT 14H调用ROM BIOS串行通信口例行程序。该例行程序包括将串 行口初始化为指定的字节结构和传输速率，检查 控制器的状态，读写字符等功能
3．举例
设通信双方有一台计算机为 PC 机，使用 COM1 端口。在串行 通信中，必须首先设定通信双方所使用字符串的数据结构， 才能进行软件编程。这里我们设数据在接收和发送的字符串 中，序号为0的字节为数据长度，其后的字节为所接收的数据。
异步和同步方式 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟 控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调， 要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。
异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符 与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符 中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间是异步的 但同一字符内的各位是同步的。
4
二、串行通信的传输方向 传输。
单工 半双工 全双工
1、单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向
2、半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时 进行。
3、全双工是指数据可以同时进行双向传输。
三、串行通信的信号形式 近程和远程的串行通信的信号形式不同 1.近程通信(本地通信) 采用数字信号直接传送,在传送过程中不改变原数据代 码的波形和频率.这种数据传送方式称为基带传送方式.
一、主要基本性能 1． 可用于同步和异步传送 2． 波特率, DC－19.2K(异步)；DC－ 64K(同步)。 3． 完全双工，双缓冲发送和接收 4． 与8080/8085CPU完全兼容
二、内部结构
发送和接 收电路
总线接 口部分
调制解调 控制电路
8.4 串行通信接口RS－232C
一、RS－232C电器特性及接口信号 1．电气特性 在数据线TXD和RXD上： 逻辑1=－3V～－15V 逻辑0=＋3V～＋15V 在控制线和状态线RTS、CTS、 DSR、DTR和DCD上： 信号有效＝＋3V～＋15V 信号无效＝－3V～－15V
四．USB系统拓扑结构
对于每个PC来说，都有一个 或者多个称为Host控制器的设备， 该Host控制器和一个根Hub作为一 个整体。这个根Hub下可以接多级 的Hub，每个子Hub又可以接子 Hub。每个USB作为一个节点接在 不同级别的Hub上。 每个USB Host控制器都会自 带一个USB Hub，被称为 (Root)Hub。这个根Hub可以接子 (Sub)Hub，每个Hub上挂载USB 设备。一般PC有8个USB口，通过 外接USB Hub，可以插更多的 USB设备。当USB设备插入到 USB Hub或从上面拔出时，都会 发出电信号通知系统。这样可以枚 举USB设备，例如当被插入的时候， 系统就会创建一个USB物理总线， 并询问用户安装设备驱动
发 送 设 备
串行数据传送的特点：数据传送按位数需进行，最少只 需一根传输线，成本低,可利用电话网等现成的设备；速 度慢,控制复杂。距离可从几米到几千公里。
接 收 设 备
D0 D7
8位顺次传送
发 送 设 备
计算机通信(串行通信)是指计算机与外部设备或计算机 与计算机之间的信息交换。 在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用 串行通信方式。
8.3 可编程串行通讯接口芯片8251A简介
8251A芯片是INTEL公司生产的大规模集成电路 芯片，是与INTEL系列CPU兼容的可编程的串行通讯 接口。虽然8251A功能较强，但它需要外部时钟电 路。因此采用8251A作为接口电路时需要比较复杂 的外围电路。而目前流行的单片机如MCS51系列， CPU内部就集成了串行接口部件及定时器/计数器， 几乎不需要外围辅助电路，使用起来非常简单，性 能价格比很高，因此现在越来越多的数字化仪器仪 表电路中不再采用8251A而是使用单片机作为串行 通信接口了。
寄存器 寄存器 RS-232 电平
串行接口
串行接口
TTL电平 计算机A
TTL电平 计算机B
2.远程通信 利用调制器(Modulator)把数字信号转换成模拟信号， 然后送到通信线路上去，再由解调器(DБайду номын сангаасmodulator) 把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。 通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中， 这就是通常说的调制解调器MODEM。
现在的台式PC机一般至少有两个RS－ 232串行口COM1和COM2，通常使用的 是9针D形连接器，而也有使用的是老式 信号方向来 的DB25针连接器。 9芯 缩写 自
1
2 3 4 5 6 7 8 9 调制解调器 PC 调制解调器 调制解调器
描述
调制解调器
调制解调器 PC PC
CD
RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI
send_check:
；测试“发送保存寄存器空”位 ；发送保存寄存器满，再读状态字 ；发送数据
send
8 ．5
一、 USB的定义
USB总线简介
USB是Universal Serial Bus的缩写,中文意思就 是“通用串行总线”, 是连接有USB接口的计算 机外围设备到计算机的一种计算机外部总线结构
receive endp
发送数据子程序： send proc far push ax mov ah,3 mov dx,0 int 14h test ah,20h jz send_check pop ax mov ah,2 mov dx,0 int 14h ret endp
;这是发送数据子程序, ;输入参数:AL,输出参数:AL,AH ；读通讯口状态字
7 ． USB2.0 的 High-speed 模式支持音频和视频设备，可 以保证其固定带宽； 8 ．为了适应各种不同类型外围设备的要求 USB 提供了 四种不同的数据传输类型：控制传输，Bulk数据传输， 中断数据传输，同步数据传输。同步数据传输可为音 频和视频等实时设备的实时数据传输提供固定带宽。 9 ． USB 的端口具有很灵活的扩展性。一个 USB 端口串 接上一个 USB Hub 就可以扩展为多个 USB 端口。规范 中说，USB可以扩展到127个外设端口。
对于具体USB设备来说，每个USB 设备的传输绝对不会影响其他USB设备 的传输。例如，在有USB设备传输的时 候，其他USB设备的带宽不会被占用。 对于USB设备来说，每个USB设备是直 接连接到USB Host控制器上的。
五． USB的特点
1．USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的 标准的连接类型。 2．USB整个的系统只有一个端口和一个中断； 3．USB支持热插拔(hot plug)； 4．USB支持PNP； 5．USB在设备供电方面提供了灵活性； 6 ．USB提供全速 12Mbps的速率和低速 1.5Mbps 的速率 来适应各种不同类型的外设；USB2.0 还支持 480Mbps 的高速传输速率；
二、 USB的开发背景
制定了USB的规范： 1．连接PC 与电话。 2．Plug-and-Play （即插即用）。 3．端口扩展。USB提供双向低成本低速到中速(USB 2.0 可达480Mb/s)的通用外设总线适用于连接各种 各样的外设并且易于扩展。
三、 USB的变革
至目前为止，USB共经历以下几次重大变革： 0.7版本 于1994年11月11日发布。是USB的最早版本。 1.0版本 于1995年11月13日制定发布了,规定USB具有2 种传输速度 Low-speed 1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s。 1.1版本 于1998年9月23日制定了1.1规格版本,速度不 变。 2.0 (草案)版本 于1999年10月5日发布。制定了Highspeed的概念，规格 。 2.0版本 于2000年4月27日发布。
四、信号的调制和解调 由于模拟信号的传输比数字信号传 输更为有效，因而可将数字信号调制成 模拟信号进行传输，用解调器把接收的 模拟信号再转换成数字信号。
FSK（Frequency-shift keying）：频移键控。就是用数字信号去调制载波 的频率。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种 数字调制技术。 最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。
第一节 串行通信基础知识 一、串行通信基本原理 1.计算机的数据传送方式：并行数据传送和串行数据传送 并行数据传送的特点：各数据位同时传送，控制简单, 速度快、效率高；成本高，且距离通常小于30米。
计算机内部的数据传送都使并行数据传送。
8位同时传送 接 收 设 备 询问 应答
1 0 1 0 1 1 0 0
电话网 DTE DCE DCE DTE
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四、传输速率
比特率和波特率
1.比特率:每秒钟传输二进制代码的位数，单位是： 位／秒(bps)。 如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位 (1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特 率为： 10位×240个/秒 = 2400 bps 2.波特率:每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特 (Baud)。 波特率和比特率不总是相同的，对于基带 注释 传输比特率和波特率是相同的。所以，我们 也经常用波特率表示数据的传输速率。
载波检测
接收数据 发送数据 数据终端准 备好 信号地 通讯设备准 备好 请求发送 允许发送 响铃指示器
2．RS－232C与TTL转换
RS－232C是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的规定不同。因此， 为了能够使计算机接口与终端的TTL器件连接，必 须在RS－232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系 变换。
接收数据子程序： receive proc far rec_check: mov ah,3 mov dx,0 int 14h test ah,20H jz rec_check mov ah,2 mov dx,0 int 14h ret
；这是接收数据子程序， ；出口AL，AH ；读通讯口状态字
；测试数据准备好位 ；数据未准备好，再读状态字 ；读通信端口数据
D6 ……
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D0
D
D7
Q
:
D CLK
D7
Q ……
:
D CLK
D7
Q
并入串出移位寄存器 D1 …… D
:
D7
D7
Q
:
D CLK
D7
Q ……
:
D CLK
D7
Q
并出串入移位寄存器
第三节 异步接收/发送器（UART） 串行接口的基本结构主要是异步接收/发送 器（UART），它不仅包括并行数据和串行数 据之间的相互转换，还有检测串行通信在传 送过程中可能发生错误的逻辑部件。
串行通信的方式:
2.异步串行通信的字符格式:
异步串行通信的字符格式:
一个字符帧 空 闲 起 始 位 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点： 不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开 销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧 之间还有间隔，因此传输效率不高。
3 设置波特率因子
在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟 来决定每1位对应的时间长度，接收端也需要用一个时 钟来测定每1位的时间长度，前一个时钟叫发送时钟， 后一个时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以是波 特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就 称为波特率因子。
第二节
串行通信的实现
1、并行通信和串行通 信的特点：
串行通信是逐位传送数据，所 以一个多位数据需要多次传 送。比如一个8位的字节型数 据至少需要8次传送。它有如 下特点： 速度较慢； 引线少； 距离长。
TXD 计算机 RXD TXD 外设 RXD
2、串行通信的硬件条件
在硬件上，串行通信系统的核心部件是移 位寄存器，其中在发端要有一个并入串出 移位寄存器，在收端要有一个串入并出移 位寄存器（因为计算机内部均为并行数 据）。
3．RS-232C的接口信号 可以用电缆线直接连接标准RS232端口， 但通信距离较近(<12m)。若 距离较远，可 附加调制解调器（MODEM）。RS－232C规标准 接口有25条线，最常用的信号线有9根。
二、RS－232C应用举例 1．RS－232C串口通信接线方法（三线制）
TXD RS-232 RXD MAX232
TXD MCS51 RXD
2．BIOS串行通信口功能
IBM PC 及其兼容机提供了比较灵活的关于串行 口的BIOS中断调用方法，即通过INT 14H调用ROM BIOS串行通信口例行程序。该例行程序包括将串 行口初始化为指定的字节结构和传输速率，检查 控制器的状态，读写字符等功能
3．举例
设通信双方有一台计算机为 PC 机，使用 COM1 端口。在串行 通信中，必须首先设定通信双方所使用字符串的数据结构， 才能进行软件编程。这里我们设数据在接收和发送的字符串 中，序号为0的字节为数据长度，其后的字节为所接收的数据。
异步和同步方式 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟 控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调， 要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。
异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符 与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符 中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间是异步的 但同一字符内的各位是同步的。
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二、串行通信的传输方向 传输。
单工 半双工 全双工
1、单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向
2、半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时 进行。
3、全双工是指数据可以同时进行双向传输。
三、串行通信的信号形式 近程和远程的串行通信的信号形式不同 1.近程通信(本地通信) 采用数字信号直接传送,在传送过程中不改变原数据代 码的波形和频率.这种数据传送方式称为基带传送方式.
一、主要基本性能 1． 可用于同步和异步传送 2． 波特率, DC－19.2K(异步)；DC－ 64K(同步)。 3． 完全双工，双缓冲发送和接收 4． 与8080/8085CPU完全兼容
二、内部结构
发送和接 收电路
总线接 口部分
调制解调 控制电路
8.4 串行通信接口RS－232C
一、RS－232C电器特性及接口信号 1．电气特性 在数据线TXD和RXD上： 逻辑1=－3V～－15V 逻辑0=＋3V～＋15V 在控制线和状态线RTS、CTS、 DSR、DTR和DCD上： 信号有效＝＋3V～＋15V 信号无效＝－3V～－15V
四．USB系统拓扑结构
对于每个PC来说，都有一个 或者多个称为Host控制器的设备， 该Host控制器和一个根Hub作为一 个整体。这个根Hub下可以接多级 的Hub，每个子Hub又可以接子 Hub。每个USB作为一个节点接在 不同级别的Hub上。 每个USB Host控制器都会自 带一个USB Hub，被称为 (Root)Hub。这个根Hub可以接子 (Sub)Hub，每个Hub上挂载USB 设备。一般PC有8个USB口，通过 外接USB Hub，可以插更多的 USB设备。当USB设备插入到 USB Hub或从上面拔出时，都会 发出电信号通知系统。这样可以枚 举USB设备，例如当被插入的时候， 系统就会创建一个USB物理总线， 并询问用户安装设备驱动
发 送 设 备
串行数据传送的特点：数据传送按位数需进行，最少只 需一根传输线，成本低,可利用电话网等现成的设备；速 度慢,控制复杂。距离可从几米到几千公里。
接 收 设 备
D0 D7
8位顺次传送
发 送 设 备
计算机通信(串行通信)是指计算机与外部设备或计算机 与计算机之间的信息交换。 在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用 串行通信方式。
8.3 可编程串行通讯接口芯片8251A简介
8251A芯片是INTEL公司生产的大规模集成电路 芯片，是与INTEL系列CPU兼容的可编程的串行通讯 接口。虽然8251A功能较强，但它需要外部时钟电 路。因此采用8251A作为接口电路时需要比较复杂 的外围电路。而目前流行的单片机如MCS51系列， CPU内部就集成了串行接口部件及定时器/计数器， 几乎不需要外围辅助电路，使用起来非常简单，性 能价格比很高，因此现在越来越多的数字化仪器仪 表电路中不再采用8251A而是使用单片机作为串行 通信接口了。
寄存器 寄存器 RS-232 电平
串行接口
串行接口
TTL电平 计算机A
TTL电平 计算机B
2.远程通信 利用调制器(Modulator)把数字信号转换成模拟信号， 然后送到通信线路上去，再由解调器(DБайду номын сангаасmodulator) 把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。 通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中， 这就是通常说的调制解调器MODEM。
现在的台式PC机一般至少有两个RS－ 232串行口COM1和COM2，通常使用的 是9针D形连接器，而也有使用的是老式 信号方向来 的DB25针连接器。 9芯 缩写 自
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2 3 4 5 6 7 8 9 调制解调器 PC 调制解调器 调制解调器
描述
调制解调器
调制解调器 PC PC
CD
RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI
send_check:
；测试“发送保存寄存器空”位 ；发送保存寄存器满，再读状态字 ；发送数据
send
8 ．5
一、 USB的定义
USB总线简介
USB是Universal Serial Bus的缩写,中文意思就 是“通用串行总线”, 是连接有USB接口的计算 机外围设备到计算机的一种计算机外部总线结构
receive endp
发送数据子程序： send proc far push ax mov ah,3 mov dx,0 int 14h test ah,20h jz send_check pop ax mov ah,2 mov dx,0 int 14h ret endp
;这是发送数据子程序, ;输入参数:AL,输出参数:AL,AH ；读通讯口状态字
7 ． USB2.0 的 High-speed 模式支持音频和视频设备，可 以保证其固定带宽； 8 ．为了适应各种不同类型外围设备的要求 USB 提供了 四种不同的数据传输类型：控制传输，Bulk数据传输， 中断数据传输，同步数据传输。同步数据传输可为音 频和视频等实时设备的实时数据传输提供固定带宽。 9 ． USB 的端口具有很灵活的扩展性。一个 USB 端口串 接上一个 USB Hub 就可以扩展为多个 USB 端口。规范 中说，USB可以扩展到127个外设端口。
对于具体USB设备来说，每个USB 设备的传输绝对不会影响其他USB设备 的传输。例如，在有USB设备传输的时 候，其他USB设备的带宽不会被占用。 对于USB设备来说，每个USB设备是直 接连接到USB Host控制器上的。
五． USB的特点
1．USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的 标准的连接类型。 2．USB整个的系统只有一个端口和一个中断； 3．USB支持热插拔(hot plug)； 4．USB支持PNP； 5．USB在设备供电方面提供了灵活性； 6 ．USB提供全速 12Mbps的速率和低速 1.5Mbps 的速率 来适应各种不同类型的外设；USB2.0 还支持 480Mbps 的高速传输速率；
二、 USB的开发背景
制定了USB的规范： 1．连接PC 与电话。 2．Plug-and-Play （即插即用）。 3．端口扩展。USB提供双向低成本低速到中速(USB 2.0 可达480Mb/s)的通用外设总线适用于连接各种 各样的外设并且易于扩展。
三、 USB的变革
至目前为止，USB共经历以下几次重大变革： 0.7版本 于1994年11月11日发布。是USB的最早版本。 1.0版本 于1995年11月13日制定发布了,规定USB具有2 种传输速度 Low-speed 1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s。 1.1版本 于1998年9月23日制定了1.1规格版本,速度不 变。 2.0 (草案)版本 于1999年10月5日发布。制定了Highspeed的概念，规格 。 2.0版本 于2000年4月27日发布。
四、信号的调制和解调 由于模拟信号的传输比数字信号传 输更为有效，因而可将数字信号调制成 模拟信号进行传输，用解调器把接收的 模拟信号再转换成数字信号。
FSK（Frequency-shift keying）：频移键控。就是用数字信号去调制载波 的频率。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种 数字调制技术。 最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。
第一节 串行通信基础知识 一、串行通信基本原理 1.计算机的数据传送方式：并行数据传送和串行数据传送 并行数据传送的特点：各数据位同时传送，控制简单, 速度快、效率高；成本高，且距离通常小于30米。
计算机内部的数据传送都使并行数据传送。
8位同时传送 接 收 设 备 询问 应答
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