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第 章 串并行通信与接口技术

第 章 串并行通信与接口技术. 内容 串行通信 8251A 并行通信 8255. 串行通信与接口技术. 串行接口与通信的基本概念 串行通信控制器8251 A 原理和编程 16550、16450 及兼容接口. 计算机中的串行接口. CPU. 总线 (AB, DB, CB). 串行通信控制器（8251 A）. 存储器. 收发器. 机械接口（插座）. 串行通信与并行通信. 什么是串行通信 串行端口、 SATA 硬盘 什么是并行通信 打印机、 PATA 硬盘 问题？ 串行通信和并行通信的速度比较. 5.1 串行通信的基本概念. 串行通信的特点：

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第 章 串并行通信与接口技术

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  1. 第 章 串并行通信与接口技术 • 内容 • 串行通信 8251A • 并行通信 8255 97

  2. 串行通信与接口技术 • 串行接口与通信的基本概念 • 串行通信控制器8251A原理和编程 • 16550、16450 及兼容接口 97

  3. 计算机中的串行接口 CPU 总线(AB, DB, CB) 串行通信控制器（8251A） 存储器 收发器 机械接口（插座） 97

  4. 串行通信与并行通信 • 什么是串行通信 • 串行端口、SATA硬盘 • 什么是并行通信 • 打印机、PATA硬盘 • 问题？ • 串行通信和并行通信的速度比较 97

  5. 5.1 串行通信的基本概念 • 串行通信的特点： 数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送； • 优点：节省传输线；主要适用于长距离的通信中。 • 缺点：同等条件下（位速率相同时）数据传输率较低。 97

  6. 2.串行通信设计的常用术语 设备A 发送器 设备B 接收器 Data flow • 单工、半双工和全双工 （1）单工（Simplex) 特点：仅能进行一个方向的数据传送 例子：电台、mouse 97

  7. 设备A 发送器/ 接收器 设备B 接收器/ 发送器 Data flow （2）半双工（Half Duplex） 特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。【双向，但不同时】 例子：对讲机 97

  8. 设备A 发送器/ 接收器 设备B 接收器/ 发送器 （3）全双工（Full Duplex） 特点：能够在两个方向同时进行数据传送。 例子：电话，RS232 97

  9. 2.概念：数据传输率 • 每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也称比特率。 • 波特率―――每秒传输的“符号”（也称离散状态）的个数。 • 【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】 • 标准 波特率系列：50，75，110，150，300，600，1200，…… • 在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一致。 • 但在其他一些场合（例如通信中采用的“相一幅”复合调制技术一个“符号”的信息含量就不是一个比特，此时，波特率就不等于比特率。 • 本书－二进制传输 97

  10. 3.发送时钟和接收时钟 CLK(主时钟) 数据输入寄存器 系统总线 （串行数据输入） 输入移位寄存器 输入移位脉冲 ÷1，÷16，÷32 接收时钟 数据输出寄存器 输出移位寄存器 （串行数据输出） ÷1，÷16，÷32 输出移位脉冲 发送时钟 97

  11. 输入移位寄存器 并行数据 移位寄存器（8bit） 串行数据输入 移位时钟 串入－并出 97

  12. 输出移位寄存器 并行数据输出 移位寄存器（8bit） 串行数据输出 移位时钟 并入－串出 97

  13. 4.概念：波特率因子 • F（时钟频率）＝波特率因子＊波特率 • 波特率因子：数据传输率（波特率）与时钟频率之间的比例系数 • 给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波特率。 • 例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为16，则波特率为1200 bps。 • 若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率的要求。 • 1200＊16＝19200（时钟频率）→若外部时钟电路的频率F＝1Mhz，需用8253分频，试计算分频系数（8253的计数初值）＝？ • 计数初值＝时钟频率／（波特率＊波特率因子） 97

  14. 一种串行通信时钟方案 8251 外部的 时钟电路 CLK 8253 OUT 1MHz 19.2KHz ÷1，÷16，… N分频 移位脉冲 97

  15. 6.同步方式和异步方式 第n+1个字符 停止位或空闲位 第n个字符 空闲位 低位 高位 11…1 1/0 0 1/0 0 1… 1 5-8位数据位 起始位 奇偶校验 • (1)异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。 • 串行异步传输数据格式： • 工作特点：1－5 97

  16. 异步通信的效率 • 假设传输2048位，8位数据位，1个起始位，1个停止位 • 共传输2048/8×10＝2560bit • 传输效率＝2048/2560=80%(最大） 97

  17. （2）同步方式（Synchronous） • 串行同步通信信息格式 • 同步方式的工作特点：（1）－（5）， 同步字符（SYN1) 同步字符（SYN2) 数据（DATA) … 8251A的同步方式 97

  18. *同步通信的效率（协议开销） • 例：SDLC/HDLC帧格式： • 假定数据长度为2048位， • 通信效率为：2048/（2048＋48）＝97% • 协议开销仅为3％ • 一般公式：SDLC/HDLC协议开销＝1.0－N/(N+48)，其中N为发送数据的比特数。 标志 01111110 地址 8位 控制 8位 数据场 CRC 8位 CRC 8位 标志 01111110 97

  19. 同步通信与异步通信效率比较 • 同步通信高于异步通信 • 计算机网络使用同步通信 97

  20. 7.差错校验 奇偶校验（Parity Check ） CRC校验（Cyclic Redundancy Check ） 97

  21. 5.2 串行通信接口标准 • EIA RS—232C，1969年，适合于DTE和DCE之间相互连接与通信的串行通信规程。（1987年11月，经修改正式命名为RS—232D） • DTE－Data Terminal Equipment • DCE－Data Communication Equipment。 • 【Data Circuit－terminating Equipment】 • PSTN－Public Switched Telephone Network 97

  22. 机械接口 • DB－25连接器 国际标准ISO 2113 【EIA RS－232D为ISO 2110】 • EIA规定：插座（female）应装在DCE上；插头（male）应插在DTE上。 97

  23. 电路功能特性 • 25个功能引脚仅定义了22个，22个信号分成两个信道组——主信道组（第一信道）和辅信道组（第二信道） • 常用的RS-232C接口信号（表8－2） • 信号定时关系 97

  24. 电气信号特性 ＋15V ＋15V “0” “0” ＋5V ＋3V 转换区 转换区 －5V －3V “1” “1” 2V噪声容限 －15V －15V • 采用负逻辑：＋5V～＋15V——逻辑0 • －5V～－15V——逻辑1 • RS-232C电平与TTL电平之间的转换（图8.8） • TTL电平→RS-232C电平：MC1488 • RS-232C电平→TTL电平：MC1489 电平转换电路 97

  25. RS232-C 97

  26. 常见的几种RS-232C电缆连接方式 全双向标准电缆 三线经济方式 具有多种“自环”的三线方式 零调制解调器（Null Modem） ＊DB-9连接器 97

  27. DB-9 and DB-25 RS-232 Pin Designations • The 9- and 25-Pin Connectors used by the PC’s serial ports are male connectors; the printer and video cards use female connectors. • 参见“Modem连线大全”P81 97

  28. 插脚号 CCITT 信号名 机壳地 101 103 104 105 106 107 102 109 108 125 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 发送数据 载波检测 接收数据 本 地 Modem 远 程 Modem 计 算 机 请求发送 终 端 允许发送 Modem就绪 信号地 电话线 呼叫指示 载波检测 终端就绪 呼叫指示 图3-5 V.24/RS-232C 信号连接与定时关系 a)信号线连接 97

  29. 计算机中串行通信的应用例子 97

  30. 5.3 8251A通信控制器 • 基本串行接口概述 • 基本性能 • 基本工作原理 • 对外信号 • 编程 • 应用 97

  31. 5.3.0串行接口的基本结构与功能 第三节串行接口的基本结构与功能 典型的串行异步接口的基本结构如图8.10所示。 97

  32. 5.3.1 8251A的基本性能 • 同步0-64kbps，数据位5、6、7、8，内部自动检测同步字符 • 异步方式0-19.2kbps，数据位5、6、7、8，奇偶校验。 • 不提供全部RS232-C信号 97

  33. 5.3.2 8251A基本工作原理 1 编程结构 97

  34. 2.功能结构 97

  35. 3. 8251A的发送和接收 • 同步方式 • （遵守RS232C的同步规范） • 异步方式 • （与HDLC/SDLC不同） 97

  36. 同步方式 97

  37. 5.3.3 8251A对外信号 • 8251A与CPU之间的连接 • 8251A与外设之间的连接 97

  38. 1.8251A与CPU之间的连接 • CS* • D7-D0 • RD* • WR* • C/D* • TxRDY • TxE • SYNDET 97

  39. 2. 8251A与外设之间的信号 • DTR* • DSR* • RTS* • CTS* • TXD • RXD 97

  40. C/D、RD、WR的编码和对应的操作 97

  41. 5.3.4 8251A的编程 • 内容 • 8位接口芯片与16位数据总线的连接 • 8251A的初始化 • 8251A的寄存器 • 模式寄存器 • 控制寄存器 • 状态寄存器 97

  42. 1、 8位接口与16位总线的连接 97

  43. 2、8251A的初始化 • 复位 • 设置模式寄存器 • 通信速率 • 工作方式 • 同步（同步字符及个数） • 异步（起始位、停止位、数据位等） • 设置控制寄存器 • 控制收发 97

  44. 初始化约定 • 可写的寄存器（4个） • 模式寄存器 • 同步字符寄存器2个 • 控制寄存器 • C/D*=1时选中模式/控制端口 97

  45. 3. 模式寄存器格式 97

  46. 4. 控制寄存器格式 操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或进入规定的工作状态，它只有在设定了方式选择控制字后，才能由CPU写入。 97

  47. 5.状态寄存器 CPU可在8251A工作过程中利用输入指令（IN指令）读取当前8251A的状态字，从而可以检测接口和数据传输的工作状态。 97

  48. 5.3.5 8251A应用编程举例 图6.11 8251A和调制解调器的连接 (a) 异步模式；　(b) 同步模式 97

  49. 1.异步方式初始化 MOV DX,52H MOV AL,0FAH OUT DX,AL MOV AL,37H OUT DX,AL 异步方式；波特率因子16；7个数据位；偶校验；2个停止位 设置控制字，发送启动。接收启动，并设置有关信号 97

  50. 异步方式发送字符 mov dx,52h ;状态端口 abc: in al,dx test al,01h; 测试输出缓冲区是否空 jnz abc mov dx,50h; 数据端口 mov al, xxh out dx,al ;发送字节 97

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