1、6.1 6.1 串行接口系統概述串行接口系統概述6.2 6.2 可編程串行接口芯片可編程串行接口芯片16550165506.1 串行接口系統概述串行接口系統概述串行通信方式用于遠程通信。串行通信方式用于遠程通信。數據在單條傳輸線上，一位接一位地按順序傳送數據在單條傳輸線上，一位接一位地按順序傳送的方式稱為的方式稱為串行通信串行通信。串行通信主要優點是節省。串行通信主要優點是節省通信線路，但具有數據傳輸效率低的特點。因此，通信線路，但具有數據傳輸效率低的特點。因此，串行通信適合于遠距離傳送，可以從幾米到數千串行通信適合于遠距離傳送，可以從幾米到數千公里。對于長距離、低速率的通信，串行通信往公里。

2、對于長距離、低速率的通信，串行通信往往是唯一的選擇。往是唯一的選擇。6.1 串行接口系統概述串行接口系統概述6.1.1 6.1.1 串行串行I/OI/O接口接口6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議6.1.1串行I/O接口u串行通信方式串行通信方式u異步方式異步方式 串行異步接口串行異步接口 通用異步收發器通用異步收發器u同步方式同步方式 串行同步接口串行同步接口 通用同步收發器通用同步收發器串行接口與輸入輸出設備之間以串行方式傳送數據，串行接口與輸入輸出設備之間以串行方式傳送數據，與與CPUCPU之間以并行方式傳送數據。之間以并行方式

3、傳送數據。 CPUCPU串行串行接口接口外部外部設備設備串行串行并行并行6.1.1串行I/O接口u功能功能1 1 實現串行和并行數據格式之間的轉換。實現串行和并行數據格式之間的轉換。 u功能功能2 2 實現數據緩沖功能。實現數據緩沖功能。 u功能功能3 3 控制功能。接收控制功能。接收CPUCPU的命令，輸出接口的狀的命令，輸出接口的狀態等。態等。 6.1.1串行I/O接口二、串行接口的基本結構二、串行接口的基本結構6.1.1串行I/O接口串行接口的基本結構如下：串行接口的基本結構如下： 輸出緩沖寄存器：輸出緩沖寄存器：接收接收CPUCPU從數據總線上送來從數據總線上送來的并行數據，并加以保存

4、。的并行數據，并加以保存。 輸出移位寄存器：輸出移位寄存器：它接收從輸出緩沖器送來的并行它接收從輸出緩沖器送來的并行數據，以發送時鐘的速率把數據逐位移出，即將并行數據，以發送時鐘的速率把數據逐位移出，即將并行數據轉換為串行數據輸出。數據轉換為串行數據輸出。 輸入移位寄存器：輸入移位寄存器：它以接收時鐘的速率把出現在它以接收時鐘的速率把出現在串行數據輸入線上的數據逐位移入，當數據裝滿后，串行數據輸入線上的數據逐位移入，當數據裝滿后，并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數據轉換成并并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數據轉換成并行數據。行數據。 輸入緩沖寄存器：輸入緩沖寄存器：它從輸入移位寄存器中接收并行

5、數它從輸入移位寄存器中接收并行數據，然后由據，然后由CPUCPU取走。取走。 控制寄存器：控制寄存器：它接收它接收CPUCPU送來的控制字，由控制字的送來的控制字，由控制字的內容，決定通信時的傳輸方式以及數據格式等。內容，決定通信時的傳輸方式以及數據格式等。例如采用例如采用異步方式還是同步方式，數據字符的位數，有無奇偶校驗，異步方式還是同步方式，數據字符的位數，有無奇偶校驗，是奇校驗還是偶校驗，停止位的位數等參數。是奇校驗還是偶校驗，停止位的位數等參數。 串行接口的基本結構如下（續）：串行接口的基本結構如下（續）： 狀態寄存器：狀態寄存器：狀態寄存器中存放著接口的各種狀態信狀態寄存器中存放著接

6、口的各種狀態信息，例如輸出緩沖區是否空，輸入字符是否準備好等。在息，例如輸出緩沖區是否空，輸入字符是否準備好等。在通信過程中，當符合某種狀態時，接口中的狀態檢測邏輯通信過程中，當符合某種狀態時，接口中的狀態檢測邏輯將狀態寄存器的相應位置將狀態寄存器的相應位置“1”1”，以便讓，以便讓CPUCPU查詢。查詢。 三、串行接口的工作過程三、串行接口的工作過程CPUCPU串行串行接口接口外部外部設備設備接收接收發送發送串行接口將串行接口將CPUCPU送來的并行數據轉換成串行數送來的并行數據轉換成串行數據，并對有效數據據，并對有效數據“包裝包裝”，即加上起始位、即加上起始位、產生奇偶校驗位和停止位，再發

7、送出去。產生奇偶校驗位和停止位，再發送出去。發送發送數據數據接收接收數據數據串行接口將串行輸入的數據轉換成并行數據，同樣要對有串行接口將串行輸入的數據轉換成并行數據，同樣要對有效數據進行處理效數據進行處理（去掉起始位、校驗位和停止位）和奇偶（去掉起始位、校驗位和停止位）和奇偶校驗，然后等待校驗，然后等待CPUCPU取走。取走。 6.1.1串行I/O接口n有效數據由有效數據由CPUCPU寫入接口中的輸出緩沖寄存器，寫入接口中的輸出緩沖寄存器，再送到輸出移位寄存器。再送到輸出移位寄存器。n同時將狀態寄存器中的同時將狀態寄存器中的“發送準備好發送準備好”位置位置“1”1”，并發出中斷請求信號（用中斷

8、方式時），并發出中斷請求信號（用中斷方式時），表示接口可以接收表示接口可以接收CPUCPU寫入下一個有效數據。寫入下一個有效數據。n在輸出移位寄存器中。由發送控制邏輯對有效在輸出移位寄存器中。由發送控制邏輯對有效數據進行數據進行“包裝包裝”，即加上起始位、奇偶校驗位，即加上起始位、奇偶校驗位和停止位。和停止位。n經包裝后的數據由輸出移位寄存器按選定的傳經包裝后的數據由輸出移位寄存器按選定的傳輸率逐位移出，變成串行數據發送到串行輸出線輸率逐位移出，變成串行數據發送到串行輸出線上去。上去。發發送送過過程程6.1.1串行I/O接口n接收控制電路不斷地監視串行數據輸入線上的電接收控制電路不斷地監視串行

9、數據輸入線上的電平，一旦出現持續一個位周期的低電平（異步方式平，一旦出現持續一個位周期的低電平（異步方式下），則開始采樣有效數據位，并使數據進入輸入下），則開始采樣有效數據位，并使數據進入輸入移位寄存器。移位寄存器。n采樣重復進行，直至采樣到停止位。采樣重復進行，直至采樣到停止位。n接收控制邏輯對接收的數據進行格式檢查，若不接收控制邏輯對接收的數據進行格式檢查，若不正確，則將狀態寄存器中的相應位置正確，則將狀態寄存器中的相應位置“1”1”；若正確，；若正確，則將有效數據位并行傳送到輸入緩沖器。則將有效數據位并行傳送到輸入緩沖器。n然后，將狀態寄存器中的然后，將狀態寄存器中的“接收數據準備好接收

10、數據準備好”位位置置“1”1”；若接口處于中斷允許狀態，則還向；若接口處于中斷允許狀態，則還向CPUCPU發出中斷請求信號。發出中斷請求信號。CPUCPU可以通過查詢或中斷方可以通過查詢或中斷方式讀取輸入緩沖寄存器中的有效數據。式讀取輸入緩沖寄存器中的有效數據。 接接收收過過程程6.1.1串行I/O接口9.1.1串行I/O接口接收接收 過程過程 狀態 寄存器 控制 寄存器 數據輸入寄存器 數據輸出寄存器 輸入移位寄存器 輸出移位寄存器 串行輸出 串行輸入 接收時鐘 發送時鐘 聯絡信號 數據總線 收發器 控制 信號 邏輯 中斷請求 讀 寫 地址 譯碼 cs CPUCPU外部設備外部設備6.1.2

11、 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎1. 波特率（Baud）一、數據傳輸率一、數據傳輸率 數據傳輸率是指單位時間內傳輸的信息量，數據傳輸率是指單位時間內傳輸的信息量，可用比特率和波特率來表示。可用比特率和波特率來表示。 比特率：比特率：比特率是指每秒傳輸的二進制位數，單位為比特率是指每秒傳輸的二進制位數，單位為bit/s bit/s （ bpsbps）表示。表示。 波特率：波特率：波特率是指每秒傳輸的符號數，若每個符號所含的信波特率是指每秒傳輸的符號數，若每個符號所含的信息量為息量為1 1比特，則波特率等于比特率。單位為比特，則波特率等于比特率。單位為BaudBaud。在在計算機中計算機中,

12、 ,一個符號的含義為高低電平一個符號的含義為高低電平, ,它們分別代表邏輯它們分別代表邏輯1 1和邏和邏輯輯0,0,所以每個符號所含的信息為所以每個符號所含的信息為1 1位位, ,因此在計算機通信中因此在計算機通信中, ,常將比常將比特率稱為特率稱為波特率波特率, ,即即 1 1 （BaudBaud）=1 =1 bit/s bit/s 傳送一個二進制位所需的時間為位時間傳送一個二進制位所需的時間為位時間, ,用用TdTd表示。位時間與波特表示。位時間與波特率的關系是率的關系是Td=1/BTd=1/B2. 發送/接收時鐘（Txc /Rxc）發送數據時發送數據時，發送器在，發送器在發送時鐘作用下發

13、送時鐘作用下, ,將將“發送移位寄存器發送移位寄存器”的的數據按位串行移位輸出；數據按位串行移位輸出；接受數據時接受數據時，接受器在，接受器在接收時鐘作用下接收時鐘作用下, ,對來對來自通信線上的串行數據自通信線上的串行數據按位串行移入按位串行移入“接收移接收移位寄存器位寄存器”。 狀態 寄存器 控制 寄存器 數據輸入寄存器 數據輸出寄存器 輸入移位寄存器 輸出移位寄存器 串行輸出 串行輸入 接接收收時時鐘鐘 發發送送時時鐘鐘 聯絡信號 cs 6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎2. 發送/接收時鐘（Txc /Rxc）：單位時間內傳送的二進制數據的位數，以位：單位時間內傳送的二進制

14、數據的位數，以位/秒（秒（）表示，也稱為數據位率。表示，也稱為數據位率。直接決定了通信線路上數據傳輸的速率，對于直接決定了通信線路上數據傳輸的速率，對于收收/發雙方之間數據傳輸的同步有十分重要的作用。發雙方之間數據傳輸的同步有十分重要的作用。一般在發送端是由發送時鐘的一般在發送端是由發送時鐘的使送入移位寄存器使送入移位寄存器的數據串行移位輸出。而接收端則是在接收時鐘的的數據串行移位輸出。而接收端則是在接收時鐘的作用下將傳輸線上的數據逐位打入移位寄存器。作用下將傳輸線上的數據逐位打入移位寄存器。6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎二、串行通信的連接方式1. 單工（單工（simplex

15、simplex）連接連接2. 半雙工（半雙工（half-duplexhalf-duplex）連接連接3. 全雙工（全雙工（full-duplexfull-duplex）連接連接CPUCPU串行串行接口接口外部外部設備設備串行串行并行并行TRTRRTTTRR6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎三、信號的調制和解調三、信號的調制和解調如果數字信號直接在公用電話網的傳輸線上傳送，高次諧波如果數字信號直接在公用電話網的傳輸線上傳送，高次諧波的衰減會很厲害，從而使信號到了接收端后將發生嚴重畸變和失真的衰減會很厲害，從而使信號到了接收端后將發生嚴重畸變和失真發送方使用發送方使用（Modulat

16、orModulator），），把要傳送的把要傳送的調調制轉換為適合在線路上傳輸的制轉換為適合在線路上傳輸的；接收方則使用；接收方則使用（DemodulatorDemodulator）從線路上測出這個模擬信號，并還原成數字信號從線路上測出這個模擬信號，并還原成數字信號6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎四、串行通信的檢錯和糾錯四、串行通信的檢錯和糾錯信息的正確性對計算機的可靠工作具有極其重要的意義，但在信息信息的正確性對計算機的可靠工作具有極其重要的意義，但在信息的存儲與傳輸過程中，常可能由于某種干擾或其他不可靠因素的存的存儲與傳輸過程中，常可能由于某種干擾或其他不可靠因素的存在而發

17、生差錯。在而發生差錯。在串行通信中，由于線路長和噪聲干擾的存在，會導致信息傳輸過在串行通信中，由于線路長和噪聲干擾的存在，會導致信息傳輸過程中出現錯誤。程中出現錯誤。為保證信息傳輸的正確性，必須對傳輸的數據信息進行差錯檢查和為保證信息傳輸的正確性，必須對傳輸的數據信息進行差錯檢查和校正，即檢錯和糾錯。校正，即檢錯和糾錯。檢錯是如何發現傳輸中的錯誤，而糾錯是發現檢錯是如何發現傳輸中的錯誤，而糾錯是發現 錯誤后如何消除錯錯誤后如何消除錯誤。誤。在基本通信協議中，一般采用在基本通信協議中，一般采用奇偶檢驗奇偶檢驗或或方陣碼檢錯方陣碼檢錯，以反饋重發，以反饋重發方式糾錯。在高級通信協議中，一般采用方式

18、糾錯。在高級通信協議中，一般采用循環冗余碼（循環冗余碼（CRCCRC）檢檢錯，錯，以自動糾錯方式來糾錯。以自動糾錯方式來糾錯。 6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎奇偶校驗的基本原理奇偶校驗的基本原理這種利用信息位中這種利用信息位中“1”1”的個數的奇偶性來達到檢驗目的的個數的奇偶性來達到檢驗目的的編碼稱為的編碼稱為奇偶校驗碼奇偶校驗碼。使整個信息位。使整個信息位“1”1”的個數為奇的個數為奇數的編碼叫數的編碼叫奇校驗碼奇校驗碼；而使整個信息位；而使整個信息位“1”1”的個數為偶的個數為偶數的編碼叫數的編碼叫偶校驗碼偶校驗碼。附加的信息位稱為。附加的信息位稱為奇偶校驗位奇偶校驗位，

19、簡稱校驗位。需要傳送的數據位本身稱為有效信息位。簡稱校驗位。需要傳送的數據位本身稱為有效信息位。在所傳輸的有效數據中附加冗余位（即檢驗位），使整在所傳輸的有效數據中附加冗余位（即檢驗位），使整個信息位（包括有效位和檢驗位）中個信息位（包括有效位和檢驗位）中“1”1”的個數具有奇的個數具有奇數或偶數的特性。整個信息位經過線路傳輸后，若原來數或偶數的特性。整個信息位經過線路傳輸后，若原來所具有的所具有的“1”1”的個數的奇偶性發生了變化，則說明出現的個數的奇偶性發生了變化，則說明出現了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。6.1.2 6.1.2 串行通信基礎

20、串行通信基礎有效信息位是有效信息位是10111011011101，采用偶校驗，則附加的校，采用偶校驗，則附加的校驗位是驗位是1 1。最后得到的信息是。最后得到的信息是101110110111011 1有效信息位是有效信息位是10110111011011，采用奇校驗，則附加的校，采用奇校驗，則附加的校驗位是驗位是0 0。最后得到的信息是。最后得到的信息是101101110110110 0例例1 1例例2 26.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎2. 方陣碼校驗 基本原理：基本原理：先在每個先在每個7 7位編碼的字符位編碼的字符后附加后附加1 1位奇偶校驗位，使整個字符位奇偶校驗位，使整

21、個字符的的“1”1”的個數為偶數或奇數。然后的個數為偶數或奇數。然后使若干個字符組成一個數據塊，列使若干個字符組成一個數據塊，列成方陣，再在縱向按位加，產生一成方陣，再在縱向按位加，產生一個字符的檢驗字符，并將它附在數個字符的檢驗字符，并將它附在數據的末尾。據的末尾。這一檢驗字符是所有數據字符這一檢驗字符是所有數據字符“異或異或”的結果，反映了整個數據的結果，反映了整個數據的奇偶性。的奇偶性。在數據接收過程中，數據塊讀出產生一個檢驗字符，并與發送來在數據接收過程中，數據塊讀出產生一個檢驗字符，并與發送來的檢驗字符進行比較，若兩者不同，說明出現差錯，則以反饋重的檢驗字符進行比較，若兩者不同，說明

22、出現差錯，則以反饋重發來糾錯。若兩者相同，表示接收數據正確發來糾錯。若兩者相同，表示接收數據正確。6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎3. CRC校驗CRCCRC是利用編碼原理，對傳送的二進制碼序列以一定是利用編碼原理，對傳送的二進制碼序列以一定的規則產生一定的校驗碼，并將校驗碼放在二進制序的規則產生一定的校驗碼，并將校驗碼放在二進制序列之后，形成符合一定規則的新的二進制碼序列（稱列之后，形成符合一定規則的新的二進制碼序列（稱為編碼），并將新的二進制碼序列發送出去。為編碼），并將新的二進制碼序列發送出去。在接收時，就根據信息和校驗碼之間所遵循的規則進在接收時，就根據信息和校驗碼之間

23、所遵循的規則進行檢測（稱為譯碼），從而檢測出傳輸過程中是否發行檢測（稱為譯碼），從而檢測出傳輸過程中是否發生差錯。生差錯。CRCCRC校驗是對整個數據塊進行校驗，同步串行通信都校驗是對整個數據塊進行校驗，同步串行通信都采用采用CRCCRC校驗。校驗。6.1.2 6.1.2 串行通信基礎串行通信基礎一、概述一、概述 在串行通信中在串行通信中, ,發送端發送數據時發送端發送數據時, ,一位一位往外發送一位一位往外發送, ,沒有問沒有問題題, ,問題是接收端問題是接收端, ,一根線傳送過來的信息一根線傳送過來的信息01101100110110表示什么意表示什么意思思? ?不知道不知道. .所以發、收

24、雙方一定要有約定。所以發、收雙方一定要有約定。1 1、接收方怎么知道數據傳送的開始和結束？、接收方怎么知道數據傳送的開始和結束？2 2、接收方怎么判斷所接收數據的正確性。、接收方怎么判斷所接收數據的正確性。所以，串行通信中，如何使收發雙方同步工作是關鍵。所以，串行通信中，如何使收發雙方同步工作是關鍵。 為了實現同步，互相通信的雙方必須就數據傳輸方式、為了實現同步，互相通信的雙方必須就數據傳輸方式、同步控制方式、差錯處理、應答方式和信號格式等問題作同步控制方式、差錯處理、應答方式和信號格式等問題作出共同遵守的一組規定，這種規定稱為出共同遵守的一組規定，這種規定稱為通信協議通信協議。 常用的串行通

25、信中數據傳輸的常用的串行通信中數據傳輸的同步方法有同步方法有2 2種種，即，即異異步方式步方式和和同步方式同步方式，相應的有異步通信協議同步通信協議。，相應的有異步通信協議同步通信協議。6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議1、串行異步通信時的數據格式二、異步通信協議二、異步通信協議異步方式通信是以字符為單位進行傳輸的，字符之間沒有固定的異步方式通信是以字符為單位進行傳輸的，字符之間沒有固定的時間間隔要求，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。時間間隔要求，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。收、發雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設置起始位和停收、發雙方取得同步的方法是采用在字

26、符格式中設置起始位和停止位。（把一個字符看作是一個獨立的信息單元，并且字符出現止位。（把一個字符看作是一個獨立的信息單元，并且字符出現在數據流中相對時間是任意的。）在數據流中相對時間是任意的。）在一個有效字符正式發送前，發送器先發送一個在一個有效字符正式發送前，發送器先發送一個起始位，然后發送有效字符位，在字符結束時再起始位，然后發送有效字符位，在字符結束時再發送一個停止位，起始位至停止位構成一幀。發送一個停止位，起始位至停止位構成一幀。6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議起始位起始位校驗位校驗位 停止位停止位空閑位空閑位數據位數據位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/

27、10/10/10/10/11 10 01 11 11 1起始位每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數據位數據位數據位緊跟著起始位傳送。數據位緊跟著起始位傳送。由由5 58 8個二進制位組成，低位先傳送個二進制位組成，低位先傳送校驗位校驗位用于校驗是否傳送正確；可用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位停止位表示該字符傳送結束。停止表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯位采用邏輯1 1電平，可選擇電平，可選擇1 1、1.51.5或或2 2位位空閑位空閑位傳送字符之間的邏輯傳送字符之間的邏輯1 1電平，電平，表示沒有進行傳送表示沒有進行傳送

28、6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議比如比如ASCII 字符字符 A, 二進制是二進制是0100 0001(8位位)，它們在，它們在起始位和起始位和2位停止位之間傳送，并使用了位停止位之間傳送，并使用了1位奇偶校驗位。位奇偶校驗位。6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議2、串行異步通信時的數據接收接收端采樣時鐘頻率為位頻率的接收端采樣時鐘頻率為位頻率的1616倍，采樣時間基倍，采樣時間基準應確保采樣時刻在每一位的中間。準應確保采樣時刻在每一位的中間。注意注意在接收端設置一采樣時鐘頻率計數器，當檢測到起始位下降沿在接收端設置一采樣時鐘頻率計數器，當檢測到起始位下降沿時，將其

29、清零，并開始對采樣時鐘計數。時，將其清零，并開始對采樣時鐘計數。 當計數器計到當計數器計到8 8時，表示已到達起始位的中間位置，此時采樣值時，表示已到達起始位的中間位置，此時采樣值為為0 0，說明是真正的起始位，同時將計數器清零；若采樣值不為，說明是真正的起始位，同時將計數器清零；若采樣值不為0 0，則說明一開始檢測到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是，則說明一開始檢測到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干擾，此次檢測應作廢，計數器清零，并重新開始檢測起一次干擾，此次檢測應作廢，計數器清零，并重新開始檢測起始位始位。 6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議2、串行異步通信時的數據

30、接收檢測到真正的起始位后，計數器清零，以后每次計到檢測到真正的起始位后，計數器清零，以后每次計到1616時，便采樣收到的信號波形（即每一位的中間），時，便采樣收到的信號波形（即每一位的中間），將采到的數值暫存起來，同時將計數器清零，重新計將采到的數值暫存起來，同時將計數器清零，重新計數，直至最后的停止位被采樣。數，直至最后的停止位被采樣。 如果停止位采樣正確（為如果停止位采樣正確（為1 1），則字符被接收，并由），則字符被接收，并由暫存器裝入寄存器。若停止位采樣值為暫存器裝入寄存器。若停止位采樣值為0 0，說明同步，說明同步或傳輸有問題，此次采樣所得字符作廢或傳輸有問題，此次采樣所得字符作廢,

31、 ,不被接收。不被接收。 6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議3、串行異步通信的特點 起止式異步通信協議傳輸數據對收發雙方的時鐘同起止式異步通信協議傳輸數據對收發雙方的時鐘同步要求不高，發送器和接收器可以不用共同的時鐘。步要求不高，發送器和接收器可以不用共同的時鐘。 串行異步通信的數據格式可以根據實際需要，通過可串行異步通信的數據格式可以根據實際需要，通過可編程串行接口電路，用軟件命令的方式進行設置。在不編程串行接口電路，用軟件命令的方式進行設置。在不同傳輸系統中，這些通信格式的設定完全可以不同。同傳輸系統中，這些通信格式的設定完全可以不同。 附加信息位（額外開銷），使通信效率降低

32、。附加信息位（額外開銷），使通信效率降低。6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議例題：例題： 異步傳輸異步傳輸7位位ASCII碼，如果需要數據傳輸速率為碼，如果需要數據傳輸速率為240字符字符/秒，使用秒，使用1位奇偶校驗位和位奇偶校驗位和1位停止位，則：位停止位，則：1）波特率應該是多少？）波特率應該是多少？2）有效數據位傳輸位是多少？）有效數據位傳輸位是多少？3）傳輸效率是多少？）傳輸效率是多少？解：解：6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議1、串行同步通信的特點三、串行同步通信協議三、串行同步通信協議 要求對傳送數據的每一位都必須在收、發兩端嚴格保要求對傳送數據的每一

33、位都必須在收、發兩端嚴格保持同步，即所謂持同步，即所謂“位同步位同步”。因此，收、發兩端需用同。因此，收、發兩端需用同一個時鐘源作為時鐘信號。一個時鐘源作為時鐘信號。沒有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的開沒有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的開始。始。(3) (3) 通信時，字符數據不允許有空隙。當線路空閑或沒通信時，字符數據不允許有空隙。當線路空閑或沒有字符可發送時，可發送收、發雙方約定的同步字符。有字符可發送時，可發送收、發雙方約定的同步字符。6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議(4)(4)傳輸效率高，適合于快速、大量數據的傳送。傳輸效率高，適合于快速、大量數據的

34、傳送。三、串行同步通信協議三、串行同步通信協議外同步法是在發送數據之前向接收端發送一串時鐘脈外同步法是在發送數據之前向接收端發送一串時鐘脈沖，接收端按這個時鐘頻率調整自己的時序，使接收時沖，接收端按這個時鐘頻率調整自己的時序，使接收時鐘頻率鎖定在接收到的時鐘頻率上，并作為同步時鐘來鐘頻率鎖定在接收到的時鐘頻率上，并作為同步時鐘來接收數據。（接收數據。（沒有同步字符，靠外部時鐘同步沒有同步字符，靠外部時鐘同步）外同步法外同步法內同步法內同步法同步方法同步方法內同步法是接收端從接收到的數據信息波形本身提內同步法是接收端從接收到的數據信息波形本身提取同步的方法。取同步的方法。（有一個（單同步）或兩個

35、（雙同有一個（單同步）或兩個（雙同步）同步字符步）同步字符）6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議2、同步通信協議概述三、串行同步通信協議三、串行同步通信協議 面向字符的同步通信協議面向字符的同步通信協議 面向比特的同步通信協議面向比特的同步通信協議6.1.3 6.1.3 串行通信協議串行通信協議6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準一、一、RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準EIAEIA Electronic Industry AssociationElectronic Industry Association，美國美國電子工業

36、協會電子工業協會RS RS Recommended standardRecommended standard，推薦標準推薦標準232232 標識號標識號C C RS232RS232的最新一次修改（的最新一次修改（19691969年）年）EIA-RS-232CEIA-RS-232C全稱全稱RS-232C串行通信標準定義說明：串行通信標準定義說明： 當初制定此標準的目的是為了使不同廠家生產的設備當初制定此標準的目的是為了使不同廠家生產的設備能達能達到接插的到接插的“兼容性兼容性”。也就是說不同廠家所生產的設備，只要它也就是說不同廠家所生產的設備，只要它們都有具有們都有具有RS-232CRS-232

37、C標準接口，則不需要任何轉換電路，就可以標準接口，則不需要任何轉換電路，就可以互相插接起來。這個標準僅保證硬件兼容而沒有軟件兼容。此外，互相插接起來。這個標準僅保證硬件兼容而沒有軟件兼容。此外，用它進行數據傳輸時，由于線路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離一用它進行數據傳輸時，由于線路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離一般不超過般不超過15m15m。通常兩計算機的近距離通信可以通過通常兩計算機的近距離通信可以通過RS-232CRS-232C標準標準接口連接起來。接口連接起來。最初是為遠程通信連接數據終端設備最初是為遠程通信連接數據終端設備DTE (Data Terminal Equipment)與數據通信設備

38、與數據通信設備DCE（Data Communication Equipment)而制定的而制定的。RS-232CRS-232C標準包括機械指標和電氣指標。標準包括機械指標和電氣指標。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準1. 電氣特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準邏輯電平邏輯電平邏輯邏輯1 1（MARKMARK）= -3V= -3V-15V-15V邏輯邏輯0 0（SPACESPACE）= +3= +315V 15V 在在TxDTxD和和RxDRxD上上信號有效（接通，信號有效（接通，ONON狀態，正電壓）狀態，正電壓）= +3

39、V= +3V+15V+15V信號無效（斷開，信號無效（斷開，OFFOFF狀態，負電壓）狀態，負電壓）= -3V= -3V-15V-15V在在RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等控制線上等控制線上!RTS!RTS：為請求發送信號。為請求發送信號。DTEDTEDCEDCE!CTS!CTS：為允許發送信號為允許發送信號。 DCE DCE DTEDTE!DSR!DSR：為數據裝置準備好信號。有效時，表明為數據裝置準備好信號。有效時，表明DCEDCE可以使用可以使用!DTR!DTR：為數據終端準備好信號。有效時表明為數據終端準備好信號。有效時表明DTEDTE可可以使用

40、。以使用。!DCD!DCD：載波檢測輸出。載波檢測輸出。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準1. 電氣特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準TTL-EIATTL-EIA電平轉換電平轉換為了能夠同計為了能夠同計算機接口或終算機接口或終端的端的TTLTTL器件器件連接，必須在連接，必須在EIA-RS-EIA-RS-232C232C與與TTLTTL電路之間進行電路之間進行電平和邏輯關電平和邏輯關系的變換。系的變換。 集成轉換器件集成轉換器件TTLEIATTLEIAMC1488MC1488、SN75150SN75150EIATTLEIA

41、TTLMC1489MC1489、SN75154SN75154TTLEIA TTLEIA MAX232 MAX232 l232C接口采用EIA電平高電平為3V15V低電平為3V15V實際常用12V或15Vn標準標準TTL電平電平n高電平：高電平：2.4V5Vn低電平：低電平：0V0.4V相互轉換相互轉換6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準2. 連接器的機械特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信標準串行通信標準DB-25DB-2513131 1252514141 11313141425 異步通信的異步通信的9 9個電壓信號（含信號地個電壓信號（含信

42、號地SGSG）：）： 2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，2020，2222 20mA 20mA電流環信號電流環信號 9 9個：個： 1212，1313，1414，1515，1616，1717，19,2319,23，2424 空引腳空引腳6 6個：個： 9 9，1010，1111，1818，2121，2525 保護地（保護地（PEPE）1 1個，作為設備接地端：個，作為設備接地端： 1 1DB-9DB-9 B-9型連接器與型連接器與DB-25型引腳信號定義型引腳信號定義DCDRxDTxD DTR SG DSR RTS CTS RIDB-9123456789DB-258322

43、0764522ATAT機以后（不支持機以后（不支持20mA20mA電流環接口），電流環接口），使用使用DB-9DB-9連接器，作為提供多功能連接器，作為提供多功能I/OI/O卡卡或主板上或主板上COM1COM1和和COM2COM2兩個串行接口的兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的連接器。它只提供異步通信的9 9個信號。個信號。DB-9DB-9型連接器的引腳分配與型連接器的引腳分配與DB-25DB-25型引型引腳信號完全不同。因此，若與配接腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25DB-25型連接器的型連接器的DCEDCE設備連接，必須使用專門設備連接，必須使用專門的電纜線。的電纜線。6.1.

44、4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準3. RS-232C的接口信號4 4條數據線、條數據線、1111條控制線、條控制線、3 3條定時線、條定時線、7 7條備用和未定義線條備用和未定義線常用的只有常用的只有9 9根根6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準(1)(1)聯絡控制信號線聯絡控制信號線nTxD：發送數據n串行數據的發送端nRxD：接收數據n串行數據的接收端6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準nRTS：請求發送請求發送n當數據終端設備準備好送出數據時，就發出有效當數據終端設備準備好

45、送出數據時，就發出有效的的RTSRTS信號，用于通知數據通信設備準備接收數據信號，用于通知數據通信設備準備接收數據nCTS：清除發送（允許發送）（請求響應）清除發送（允許發送）（請求響應）n當數據通信設備已準備好接收數據終端設備的傳當數據通信設備已準備好接收數據終端設備的傳送數據時，發出送數據時，發出CTSCTS有效信號來響應有效信號來響應RTSRTS信號信號nRTS和和CTS是數據終端設備與數據通信設備是數據終端設備與數據通信設備間一對用于數據發送的聯絡信號（握手信號）間一對用于數據發送的聯絡信號（握手信號）6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準nDTR

46、：數據終端準備好數據終端準備好n通常當數據終端設備一加電，該信號就有效，通常當數據終端設備一加電，該信號就有效，表明數據終端設備準備就緒表明數據終端設備準備就緒nDSR：數據數據裝置準備好裝置準備好n通常表示數據通信設備（即數據裝置）已接通常表示數據通信設備（即數據裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數據傳輸方通電源連到通信線路上，并處在數據傳輸方式式nDTR和和DSR也可用做數據終端設備與數也可用做數據終端設備與數據通信設備間的聯絡信號，例如表示設據通信設備間的聯絡信號，例如表示設備的狀態備的狀態6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準nSG：信號地信號

47、地n為所有的信號提供一個公共的參考電平為所有的信號提供一個公共的參考電平nDCD：載波載波檢測（檢測（DCD）n當本地調制解調器接收到來自對方的載當本地調制解調器接收到來自對方的載波信號時，該引腳向數據終端設備提供波信號時，該引腳向數據終端設備提供有效信號有效信號nRI：振鈴振鈴指示指示n當調制解調器接收到對方的撥號信號期當調制解調器接收到對方的撥號信號期間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效保持有效6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準lPG：保護地（機殼地）起屏蔽保護作用的接地端，一般應參照設備的使用規定，連接到設

48、備的外殼或大地lTxC：發送器時鐘控制數據終端發送串行數據的時鐘信號lRxC：接收器時鐘控制數據終端接收串行數據的時鐘信號6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準二、串行口互連二、串行口互連微機利用微機利用232C接口接口連接調制解調器連接調制解調器，用于實現通過電，用于實現通過電話線路的遠距離通信話線路的遠距離通信6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準MODEM微機微機2345678202223456782022數據裝置準備好數據裝置準備好DSRDSR數據終端準備好數據終端準備好DTRDTR發送數據發送數據TxDTxD

49、接收數據接收數據RxDRxD請求發送請求發送RTSRTS允許發送允許發送CTSCTS信號地信號地GNDGND載波檢測載波檢測DCDDCD振鈴指示振鈴指示RIRI9.1.4 RS-232C9.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準電話線電話線MODEM微機微機2345678202223456782022MODEM23456782022數據裝置準備好數據裝置準備好DSRDSR數據終端準備好數據終端準備好DTRDTR發送數據發送數據TxDTxD接收數據接收數據RxDRxD請求發送請求發送RTSRTS允許發送允許發送CTSCTS信號地信號地GNDGND載波檢測載波檢測DCDDCD振鈴指示振鈴指

50、示RIRI微機微機234567820221. 零Modem 的最簡連線（3線制）微機利用微機利用232C接口接口直接連接直接連接進行短距離通信。這進行短距離通信。這種連接不使用調制解調器，所以被稱為零調制解種連接不使用調制解調器，所以被稱為零調制解調器（調器（Null Modem）連接。連接。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準2. 零Modem標準連接TxD 2RxD 3SG 7RTS 4CTS 6DCD 8DSR 6RI 22DTR 202 TxD3 RxD7 SG4 RTS6 CTS8 DCD6 DSR22 RI20 DTR微機微機微機微機6.1.

51、4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信標準串行通信標準6.2 可編程串行接口芯片可編程串行接口芯片165506.2.1 165506.2.1 16550介紹介紹6.2.2 165506.2.2 16550編程舉例編程舉例9.2.1 82509.2.1 8250的邏輯結構和引腳功的邏輯結構和引腳功能能 PC微機異步通信適配器是微機與微機、微機異步通信適配器是微機與微機、微機與微機與MODEM及微機與外設之間進行異步通及微機與外設之間進行異步通信的接口。其核心是信的接口。其核心是UART。 常見的常見的UART主要有主要有、和和。此外，還有帶更大緩沖的此外，還有帶更大緩沖的UART，

52、稱為稱為和和。 16550引腳簡介引腳簡介l數據信號數據信號D7-D0：8根數據線和根數據線和CPU數據總線連接。數據總線連接。l與地址有關的信號與地址有關的信號:CS0、CS1、!CS2、!ADS。當。當CS0=CS1=1、!CS2=0時，時，16550可被可被CPU訪問，并由訪問，并由A2- A0選擇要訪問的寄存器。地址選通信號選擇要訪問的寄存器。地址選通信號!ADS為低電平時，鎖存為低電平時，鎖存三個片選信號以及三個片選信號以及A2- A0的輸入狀態。的輸入狀態。l讀寫控制信號讀寫控制信號。16550有兩對讀寫控制信號，兩對信號功能有兩對讀寫控制信號，兩對信號功能完全相同，只不過是信號電

53、平不同而已。完全相同，只不過是信號電平不同而已。RD、WR為高電平有為高電平有效，效，!RD、 !WR為低電平有效。為低電平有效。l中斷控制和復位信號中斷控制和復位信號。16550具有中斷控制和具有中斷控制和中斷優先級處理能力，中斷優先級處理能力，INTR引腳產生高電平引腳產生高電平有效地中斷請求信號。有效地中斷請求信號。PC中，使用中，使用OUT2來控來控制中斷請求信號制中斷請求信號INTR的輸出，而的輸出，而OUT1沒有使沒有使用。用。MR是復位信號，通常與系統是復位信號，通常與系統RESET信號信號連接，在系統復位時對連接，在系統復位時對16550復位。復位。l時鐘信號時鐘信號。XIN和

54、和XOUT是是16550的主時鐘引腳，的主時鐘引腳，晶體振蕩器可連接在它們兩者之間，或者晶體振蕩器可連接在它們兩者之間，或者XIN與外部時鐘源連接。與外部時鐘源連接。BAUDOUT輸出是由發送輸出是由發送器的波特率發生器產生的時鐘信號，它常與器的波特率發生器產生的時鐘信號，它常與RCLK輸入連接，產生與發送器相等的接收器輸入連接，產生與發送器相等的接收器時鐘。時鐘。l與通信設備連接的信號與通信設備連接的信號。請求發送。請求發送RTS、允許、允許發送發送CTS、數據終端準備好、數據終端準備好DTR、數據裝置準、數據裝置準備好備好DSR、振鈴、振鈴RI、載波檢測、載波檢測DCD、串行數據、串行數據

55、信號信號RxD和和TxD。這些信號經過。這些信號經過EIA驅動器驅驅動器驅動后與動后與9腳腳D型連接器相連。型連接器相連。l數據就緒信號數據就緒信號。RxRDY和和 TxRDY是接收器和是接收器和發送器的就緒信號，常用于發送器的就緒信號，常用于DMA方式控制數據方式控制數據傳送。傳送。u16550內部有內部有12個個8位位寄存器寄存器，但是只有，但是只有8個端個端口地址口地址，用，用8個地址表示個地址表示12個寄存器，所采取個寄存器，所采取的措施如下：的措施如下：u發送保持寄存器發送保持寄存器THR 和和 接收數據寄存器接收數據寄存器RBR 共用共用一個地址，以一個地址，以讀寫信號來加以區分讀

56、寫信號來加以區分。u以讀方式訪問以讀方式訪問RBR， 以寫方式訪問以寫方式訪問THRu波特率除數寄存器的高字節波特率除數寄存器的高字節TLH與中斷允許寄存器與中斷允許寄存器IER使用相同的地址使用相同的地址; 波特率除數寄存器的低字節波特率除數寄存器的低字節TLL與接收數據寄存器與接收數據寄存器RBR和發送保持寄存器和發送保持寄存器THR使用相同的地址使用相同的地址，為了區分，借用線路控制寄存器，為了區分，借用線路控制寄存器LCR的最高位的最高位DLAB位位來區分來區分 16550內部寄存器地址及其選擇方法內部寄存器地址及其選擇方法DLABA2 A1 A0被訪問的寄存器被訪問的寄存器0000接

57、收數據寄存器接收數據寄存器RBR（讀讀）;發送保持寄存器發送保持寄存器THR（寫寫）0001中斷允許寄存器中斷允許寄存器IER1000波特率除數寄存器（低字節）波特率除數寄存器（低字節）1001波特率除數寄存器（高字節）波特率除數寄存器（高字節）X010中斷識別寄存器中斷識別寄存器IIR（只讀）（只讀）;FIFO控制器控制器FCR（只寫）（只寫）X011線路控制寄存器線路控制寄存器LCRX100MODEM控制寄存器控制寄存器MCRX101線路狀態寄存器線路狀態寄存器LSRX110MODEM狀態寄存器狀態寄存器MSRX111暫存暫存表表 LCR格式格式D7D6D5D4D3D2D1D0DLABSB

58、SPEPSPENSTBWLS1WLS0除數寄存器除數寄存器訪問允許訪問允許中止中止設定設定附加奇偶附加奇偶標志位選標志位選擇擇奇偶奇偶校驗校驗選擇選擇奇偶奇偶校驗校驗允許允許停止位選擇停止位選擇字符長度選擇字符長度選擇1-允許允許0-禁止禁止1-中中止止0-正正常常1-附加附加1位位0-不附不附加加11-偶校驗偶校驗01-奇校驗奇校驗X0-無校驗無校驗0-1位停止位停止位位1-1.5或或2位位停止位停止位根據根據D1 D0區區分分00-5位位01-6位位10-7位位11-8位位1，線路控制寄存器，線路控制寄存器（LCR：Line Control Register）用于指定異步串行通信的數據格式

59、用于指定異步串行通信的數據格式 2，線路狀態寄存器（，線路狀態寄存器（LSR：Line Status Register）：只讀存儲器，：只讀存儲器，用來向用來向CPU提供數據接收和發送時的狀態。這些狀態可以被提供數據接收和發送時的狀態。這些狀態可以被CPU查查詢，也可以觸發中斷請求。詢，也可以觸發中斷請求。LSR格式格式D7D6D5D4D3D2D1D0ERTEMTTHREBIFEPEOEDR錯誤錯誤標志標志發送器發送器空空發送保發送保持寄存持寄存器器中止識別中止識別指示指示接收格式接收格式錯錯接收奇接收奇偶錯偶錯越限出越限出錯錯接收數據接收數據準備準備0- 無錯無錯誤誤1-FIFO至少至少有一

60、有一個錯個錯誤誤0-發發送器不送器不空空1-發發送器空送器空0-等等待發送待發送器器1-發發送器就送器就緒緒0- 無中無中止狀態止狀態1-進入進入中止狀態中止狀態0-正常正常1-出錯出錯0-正正常常1-出出錯錯0-正常正常1-出錯出錯0-數據未數據未準備好準備好1-FIFO或接收緩或接收緩沖器中有沖器中有數據數據u波特率除數寄存器分為波特率除數寄存器分為高字節寄存器高字節寄存器TLH和和低字節寄存器低字節寄存器TLLu該寄存器用于存放該寄存器用于存放除數寄存器值除數寄存器值，從而確定，從而確定波特率波特率。除數寄存器。除數寄存器值不同，則波特率不同。（分頻系數：在基準時鐘頻率的基礎上所值不同，