第八章 串行输入及输出接口

第8章串行输入/输出接口

▪概述

▪串行通信的实现

▪串行通信的基本术语

▪可编程串行通讯接口芯片8251A简介

▪串行通信RS－232C

▪USB总线简介

第一节串行通信基础知识

一、串行通信基本原理：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。

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。

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。

串行通信的方式:串行通信的方式:

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。 2.异步串行通信的字符格式:

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。 二、串行通信的传输方向 单工 半双工 全双工

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. 2.远程通信

停止

位数据位校验位起始位LSB MSB

空闲下一字符起始位空闲一个字符帧发送 接受

计算机A 计算机B

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(Demodulator)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

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

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。

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）

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。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。 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。

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

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

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的DB25针连接器

2．RS －232C 与TTL 转换

RS －232C 与TTL 电路之间进行电平和逻辑关系变换。

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

9芯 信号方向来

自

缩写

描述 1 调制解调器 CD 载波检测 2 调制解调器 RXD 接收数据 3 PC TXD 发送数据 4 PC DTR 数据终端准备好 5

GND

信号地 6

调制解调器 DSR

通讯设备准备好