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  • 文章目录第九章 串口通信9.1 串行通信基础一、计算机通信方式数据传送速度二、串行数据传输方式串行异步通信协议标准数据格式一帧数据发送时序通信速率(传输速率)信号的调制与解调(了解)RS232C标准——串行通信...

    第九章 串口通信

    9.1 串行通信基础

    一、计算机通信方式

    CPU与外部的信息交换称为通信

    • 并行通信:数据所有位同时被传输
    • 串行通信:数据被逐位顺序传送
      • 串行异步通信:指一帧字符用起始位和停止位来完成
      • 串行同步通信:靠同步字符来完成收发双方同步

    数据传送速度

    并行通信>串行同步通信>串行异步通信
    同步通信指的是发送端与接收端的时钟同步

    二、串行数据传输方式

    (远程)串行数据通信系统模型

    数字信道
    模拟信道 信道<传输线路>
    数字信道
    计算机
    MODEM1
    MODEM2
    terminal

    对一个通信系统来讲,必须要考虑的问题有以下几个方面:

    1. 信道的带宽和数据的传输速率
    2. 信号的调制与解调
    3. 串行通信的信号格式 等

    数据的传输方式

    1. 单工方式:只允许数据按照一个固定的方向传送
    2. 半双工方式:要求收发双方均具备接受和发送数据的能力,由于只有一条信道,数据不能同时在两个方向上传送
    3. 全双工方式:在全双工方式中,收发双方可同时进行数据传送(至少两根线)

    串行异步通信协议

    标准数据格式

    起始位 数据位 奇偶校验位 停止位
    1位 5~8位 0~1位 1、1.5、2 位
    逻辑‘0’ 0,1代码 0或1 逻辑‘1’

    • 数据位先发低字节
    • 奇偶校验位(可有可无):通信双方约定采用一致的奇偶校验方式,由发送方设置校验位,由接受方负责校验
      • 奇校验:数据位与校验位中’1’的个数为奇数
      • 偶校验:数据位与校验位中’1’的个数为偶数

    一帧数据发送时序

    异步通信时,
    一帧字符以起始位’0’开始,紧跟着是数据位(先发数据最低位,再是高位)奇偶校验位,最后以停止位结束(停止位可以是1位、1.5位或者2位的逻辑1信号)。无数据传送时,通信线长时间逻辑’1’。

    通信速率(传输速率)

    通信速率,又称波特率,表示每秒钟传送的0、1代码个数(包括起始位、校验位、停止位),单位为“波特”。
    (bite per second—— bps)—— 1

    异步通信传送中,收发双方必须约定:

    • 收发双方的通信速率必须一致
    • 收发双方的数据帧格式必须一致

    信号的调制与解调(了解)

    • 调制:用一个信号控制另一个信号的某个参数随之变化的过程,叫调制。

      这两个信号分别叫调制信号和被调信号,被调信号只作为传输过程中信息的载体,也叫载波。
    • 解调: 将已经调制的信号恢复成原来的数字信号的过程。

    通常情况下,通信是双向的,调制器和解调器设置在同一个装置中,称为调制解调器(MODEM,猫,ADSL )。这个设备在远距离通信中具有重要作用!

    RS232C标准——串行通信接口标准

    要进行串行通信,还要解决一个问题:计算机与MODEM怎样连接? —— 通过接口电路——串行接口电路 连接。
    这个接口其: 机械特性、电气特性、功能特性 都要遵循一定的规范,也就是要有一个标准。

    目前计算机通信使用最普遍的是RS-232C标准。它对两方面作了规定:信号的电平标准和控制信号的定义。

    1. 控制信号的定义(机械特性)早期的PC系列机一般有两个串行口:即COM1和COM2,使用9针和25针两种连接器,符合RS-232C接口标准。
      RS-232C使用25芯连接器和9芯连接器
    25针连接器中通信中常用的9个端子
    25针连接器端子号 名称 方向(从微机出发) 功能
    2 TXD 输出(DTE→DCE) 发送数据(Transmit Data)
    3 RXD 输入(DCE→DTE) 接收数据(Receive Data)
    4 RTS 输出(DTE→DCE) 请求发送(Request To Send)
    5 CTS 输入(DCE→DTE) 允许发送(Clear To Send)
    6 DSR 输入(DCE→DTE) 数据设备准备好(Data Set Ready)
    7 GND/SG 信号地(Signal Ground)
    8 DCD 输入(DCE→DTE) 载波检测(Carrier DeteCt)
    20 DTR 输出(DTE→DCE) 数据终端准备好(Data Term Ready)
    22 RI 输入(DCE→DTE) 振铃指示(Ring Indicator)
    信号电平标准(电器特性)

    标准规定:

    • 逻辑“1”信号,电平在 –3V ~ -15V 之间;
    • 逻辑“0”信号,电平在 +3V ~ +15V 之间;
      因此,使用RS-232C与微机接口时,需要将TTL电平2 (0 ~ 5V)与RS-232C电平进行转换。

    在这里插入图片描述

    9.2 可编程串行异步通信接口芯片8250

    详细见:可编程串行异步通信接口芯片8250

    • 能实现数据串\Leftrightarrow并变换,实现全双工异步通信支
    • 持异步通信协议,数据格式、通信速率等由初始化编程设定
    • 内部有MODEM控制器,可直接和MODEM相连
    • 内部有中断机制,CPU可用查询、中断方式与之交换信息
    • 以Ins 8250为核心器件的微机串行口,基于RS-232C标准,微机之间既通过连接调制解调器实现通过电话线路的远距离通信,也可以
    • 直接连接进行短距离的点到点通信。

    PC机有2个串行口,端口I/O地址分别为主串口3FXH、辅串口2FXH(高档微机中,8250的功能被一些多功能芯片取代)

    在这里插入图片描述

    • **串行数据发送过程:**CPU执行OUT指令,将待发送的数据→发送保持寄存器暂存,当发送移位寄存器空闲时自动装入,后者在发送器时钟控制下将并行数据添加起始位、校验位、停止位,一位一位发出。

    • **串行数据接收过程:**在接收器时钟控制下,接收移位寄存器一位一位地接收串行数据,自动的去掉起始位、校验位、停止位,并转换成并行数据→接收缓冲寄存器暂存,在接收过程中对一帧数据自动进行校验。

    内部结构

    TIP:寄存器不一定有口地址,口地址一样的寄存器不一定是同一个寄存器,口地址相同不会同时访问两个寄存器

    1. 发送保持寄存器(3F8H/2F8H)
      该寄存器保存CPU传送来的并行数据,并转移至发送移位寄存器
      注:只有在发送保持寄存器空闲时,CPU才能写入下一个数据。

    2. 接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)
      接收移位寄存器,去掉起始位,校验位和停止位,转换成并行数据,转换后的并行数据存入接收缓冲寄存器,等待CPU接收。
      注:只有当一帧数据收完后,CPU才能用IN指令读接收缓冲寄存器

    3. 通信线状态寄存器(3FDH/2FDH):D0与D5最重要,D1到D5之间的是

    • D0位:接收数据准备好(接收缓冲器满)标志位。 D0=1,表示接收器已接收到一帧完整的数据,并已转换成并行数据,存入接收缓冲寄存器。(CPU接收数据时一定要查询)
    • D5位:***发送保持寄存器***空闲标志位。D5=1,表示数据已从发送保持寄存器转移到发送移位寄存器,发送保持寄存器空闲,CPU可以写入新数据。当新数据送入发送保持寄存器后, D5置0。
    • D7位:恒为0。

    注意:D0位(接收数据准备好)和D5位(发送保持寄存器空)是串行接口最基本的标志位,它们决定了CPU能不能向8250进行读写操作,只有当D0=1时,CPU才能读数;只有当D5=1或D6=1时,CPU才能写数据。

    1. 中断允许寄存器(3F9H/2F9H)
    2. 中断识别寄存器(3FAH/2FAH)
    3. MODEM控制寄存器(3FCH/2FCH)
    4. 除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ,低8位3F8H/2F8H )
    5. 通信线控制寄存器(3FBH/2FBH)
    6. MODEM状态寄存器(3FEH/2FEH)

    9.3 8250初始化编程

    • 直接对8250端口操作
    • 利用BIOS通信软件(INT 14H)(了解)

    直接对8250端口进行 初始化编程 步骤:

    1. 确定波特率 —— 设置除数锁存器3FBH9行

    2. 确定数据格式 —— 设置通信线路控制寄存器;3行

    3. 确定是否使用中断方式 —— 若使用,需设置中断允许寄存器的相应位置“1”,否则对应位置“0”;3行

    4. 设置MODEM 控制寄存器 3行

    子程序一定要有ret

    I8250    PROC
    ;除数锁存器(分频系数)
    MOV       DX,3FBH;
    MOV       AL,80H
    OUT        DX,AL;通讯线路控制寄存器最高位置“1”
    MOV       DX,3F9H;D7设置
    MOV       AL,0
    OUT        DX,AL;除数低位送入 除数锁存器 LSB (低8位)
    MOV       DX,3F8H
    MOV       AL,60H
    OUT        DX,AL;除数高位送入 除数锁存器 MSB (高8位)
    
    MOV       DX,3FBH;定义数据帧格式
    MOV       AL,03H
    OUT        DX,AL
    MOV       DX,3F9H;中断允许寄存器
    MOV       AL,0
    OUT        DX,AL
    MOV       DX,3FCH;MODERM控制寄存器
    MOV       AL,10H
    OUT        DX,AL
    RET
    I8250  ENDP
    

    9.4 串行通信的外部环境

    1. 短距离(无MODEM)点——点全双工通信

    1. 短距离单工通信

    1. 外环自发/自收

    9.5 串行通信程序设计举例

    设计时需要考虑:

    ① 题型:单端自发自收,点—点通信(全双工、单工)

    ② CPU与串口交换信息的方式:查询?中断?

    ③ 编程手段:对端口直接编程?调用BIOS通信软件

    ④ 根据题目要求组织相应的外部环境

    1. 对端口直接操作发送和接收数据,
      程序中查询联络线,可以按“有联络线”方式接线
      程序中不查询联络线,可以按“无联络线”方式接线

    2. BIOS通信软件是一个全双工的通信软件,发送和接收之前都要使用联络线与对端“握手”,只有联络畅通,才能发送或接收数据!

    3. 当8250设置为内环自检方式的时候,只能采用查询方式,而且只能采用对端口直接操作的编程手段,完成数据的发送和接收。


    1. 注:本书中的信号传输是使用二进制信号进行的,此处的波特率(数据信号速率)也指比特率(数据通信速率)。 ↩︎

    2. 注:计算机处理器中数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 ↩︎

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    在计算机中,总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调如何配合。

    通常用四种方式:同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。

    在异步通信中,又分为两中方式:并行传送、串行传送。

    在进行异步串行通信时,没有同步时钟,也不需要在数据传送中传送同步信号。为了确认被传送字符,约定字符格式为:

     1个起始位(低电平)、5~8个数据位(如ASCLL码为7位)、1个奇偶校验位(作检错用)、1或1.5或2个终止位(高电平)。

     1)起始位后面紧跟要传送字符的最低位,在奇偶校验位应该为传送字符的最高位,实际上就是将字符的二进制数倒过来放置,整个字符的结束是一个高电平的终止位。

     2)起始位和终止位构成一帧,两帧之间的间隔是任意的,这部分间隔被称为空闲位(高电平)。

     3)两帧之间的空闲位越少,其数据传输率越高。


    例题:画图说明用异步串行传输方式发送十六进制数据95H。要求字符格式为:1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位、1位终止位。假设每秒传输120个数据帧,试计算波特率、比特率。

     

    根据题目给出的字符格式,一帧包含1+8+1+1=11位

    故波特率为:(1+8+1+1)*120=1320bps=1320波特

    比特率为:1320*(8/11)=960bps

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  • 数据传输主要有三种不同的划分方式。 并行/串行通信; 同步/异步传输; 按数据的不同传输方向可分为单工、半双工、全双工。 1.并行通信串行通信 (1)并行通信 并行通信是同时传送数据的各个位进行发送or接收的...

    数据传输主要有三种不同的划分方式。
    并行/串行通信;
    同步/异步传输;
    按数据的不同传输方向可分为单工、半双工、全双工。

    1.并行通信和串行通信
    (1)并行通信
    并行通信是同时传送数据的各个位进行发送or接收的通信方式。
    传输率比串行接口快8倍,理论值为1Mbits/s.
    传输的信息不要求固定格式
    通信抗干扰能力插
    传输距离小于30m

    (2)串行通信
    串行通信是常用的通信协议,其会将数据按位一次传输。
    线路简单、成本较低
    传输速度比并行通信慢。
    RS-232一般通信距离较近时使用(<12m),最大速度为20Kbits/s。
    RS-422/485通信距离与速率成反比,理论最大距离为1.2KM,最大速度为10Mbits/s。
    422最多可以接10个节点,485最多可以接32个节点。

    2.同步/异步传输
    (1)同步传输
    同步传输,是将许多字符组成一个信息组,字符可以一个接一个地传输,但是,在每组信息的开始要加上同步字符,如果没有信息要传输,则要填上空字符,因为同步传输不允许有间隙。在整个系统中,由统一的时钟控制发送端来发送空字符。接收端同样要求能识别同步字符,当见检测到有一串位和同步字符相匹配时,就认为开始一个信息帧,于是,把此后的BIT作为实际传输信息来处理。

    (2)异步传输
    异步传输,是指位被划分成小组独立传送。每次异步传输都以一个开始位开头,它通知接收方数据已经到达了;在传输结束时,一个停止位表示一次传输的终止。
    常用于低速设备,传送负载也要比同步通讯大25%。

    3.数据传输方向(单工、半双工、全双工)
    (1)单工方式
    单工通信使用一根导线,信息只能由一方A传到另一方B。
    (2)半双工方式
    同样使用一根传输线,它既作接收又作发送,收/发的开关实际由软件的电子开关控制。
    (3)全双工方式
    当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻发送和接收。

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  • 数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输,而同步和异步同属于串行通信,是串行通信的两种基本形式!!! 按数据传输的流向和时间关系可以分为单工、半双工和全双工数据传输。 1、并行通信(传输)和串行...

    首先,必须搞清楚他们的分类和从属关系:

    按数据传输的顺序可以分为串并行通信(传输)和串行通信(传输);

    按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输,而同步和异步同属于串行通信,是串行通信的两种基本形式!!!

    按数据传输的流向和时间关系可以分为单工、半双工和全双工数据传输。

    1、并行通信(传输)和串行通信(传输)

    并行通信(传输):数据的各位(比特)同时由多跟数据线传送。并行方式传输数据速度快,但占用的通信线多,传输数据的可靠性随距离的增加而下降,只是用于近距离的数据传送。

    串行通信(传输):在单根数据线上将数据一位(比特)一位(比特)地依次传送。在远距离数据通信中,一般采用串行通信方式,它具有占用通信线少、成本低等优点。

     对于这两个概念,我觉得还是比较容易理解,可以从字面意思就能理解个大概。

    2、串行通信的两种基本形式:同步和异步通信

    (1)同步通信

    (a)同步通信定义:“同步”有两重含义①所谓同步通信是指在约定的通信速率下,发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致(同步),这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系;②指数据传送是以数据块(一组字符)为单位,字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步(时间间隔固定)。

    (b)同步串行通信的特点:

    ①以数据块为单位传送信息;

    ②在一个数据块(信息帧)内,字符与字符间无间隔;

    ③接收时钟与发送时钟严格同步;

    ④同步通信传送信息的位数几乎不受限制,通常一次通信传的数据有几十到几千个字节,通信效率较高;

    ⑤它要求在通信中保持精确的同步时钟,所以其发送器和接收器比较复杂,成本也较高,一般用于传送速率要求较高的场合;

    ⑥同步通信要求在传输线路上始终保持连续的字符位流,若计算机没有数据传输,则线路上要用专用的“空闲”字符或同步字符填充。

    (c)同步串行通信的数据格式如下图:每个数据块(信息帧)由3部分组成①2个同步字符作为一个数据块(信息帧)的起始标志;②n个连续传送的数据;③2个字节循环冗余校验码(CRC)

     

    (2)异步通信

    (a)异步通信的定义:“异步”也可以有两重含义①所谓异步通信,是指数据传送以字符为单位,字符与字符间的传送是异步的(时间间隔是不固定的),而在一个字符内位与位之间是同步的(时间间隔是固定的);②发送端和接收端的时钟可以不一致(只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持同步即可)。

    (b)异步串行通信的特点:

    ①以字符为单位传送信息;

    ②相邻字符间的间隔是任意的;

    ③因为一个字符中的比特位数是有限的,所以需要的接收机时钟和发送时钟只要相近就可以;

    ④字符间异步,字符内部各位同步;

    ⑤接收端的同步时钟信号并不需要严格地与发送方同步,只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持同步即可,这意味着对时钟信号漂移的要求要比同步信号低得多,硬件成本也要低的多,但是异步传送一个字符,要增加大约20%的附加信息位,所以传送效率比较低;

    ⑥异步通信方式简单可靠,也容易实现,故广泛地应用于各种微型机系统中。

    (c)异步串行通信的数据格式如下图:每个字符(帧)由4部分组成①1位起始位,规定为低电平0;②5~8位数据位,即要传送的有效信息;③1位奇偶校验位;④1~2位停止位,规定高电平1.

     

    3、单工、半双工、全双工

    (1)单工数据传输是两数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。即一端的DTE(数据终端设备)固定为数据源,另一端的DTE(数据终端设备)固定为数据宿。

    (2)半双工数据传输是两数据站之间可以在两个方向上进行数据传输,但不能同时进行。即每一端的DTE(数据终端设备)既可作数据源,也可作数据宿,但不能同时作为数据源与数据宿。

    (3)全双工数据传输是在两数据站之间,可以在两个方向上同时进行传输。即每一端的DTE均可同时作为数据源与数据宿。

    通常四线线路实现全双工数据传输。二线线路实现单工或半双工数据传输。在采用频率复用、时分复用或回波抵消等技术时,二线线路也可实现全双工数据传输。

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/pdf000/p/7664753.html

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空空如也

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串行通信的数据传输方式