输入输出接口技术精.ppt

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1、输入输出接口技术第1页，本讲稿共65页4.1 4.1 概述概述接接口口电电路路是是介介于于主主机机和和外外设设之之间间、起起缓缓冲冲、转转换换和和匹匹配配作作用用的的电电路路。它它负负责责协协调调CPUCPU与与外外设设之之间间的的数据传送数据传送。CPUCPU接口接口接口接口电路电路电路电路 I/OI/O设备设备设备设备接口在接口在CPUCPU与外与外设之间设之间第2页，本讲稿共65页常见接口常见接口PS2鼠标鼠标PS2键盘键盘千兆网千兆网10/100M网卡网卡USB并行口并行口MIDI/游戏接口游戏接口显示器接口显示器接口13941394a音箱音箱/线入接线入接口口/麦克风麦克风串行口串行

2、口第3页，本讲稿共65页4.1 4.1 概述概述接口是指计算机中两个不同部件之间的电路和软件。接口是指计算机中两个不同部件之间的电路和软件。一、接口结构和功能接口通常包括数据端口、状态端口和控制端口。接口通常包括数据端口、状态端口和控制端口。第4页，本讲稿共65页4.1 4.1 概述概述（2 2）状态端口状态端口：外设当前的状态信息，便于：外设当前的状态信息，便于CPUCPU测试。测试。（1 1）数据端口数据端口：传送数据信息，：传送数据信息，起起缓冲器缓冲器的作用。的作用。按按一次传送数据的位数一次传送数据的位数可分为：可分为：串行传送串行传送：逐位分别传送。：逐位分别传送。并行传送并行传送

3、：多位同时传送。：多位同时传送。CPUCPU只能读取状态信息，不能改写。只能读取状态信息，不能改写。（3 3）控制端口控制端口：暂存暂存CPUCPU发出的发出的控制命令控制命令。控制信息只能由控制信息只能由CPUCPU发出，不能由外设发出。发出，不能由外设发出。第5页，本讲稿共65页4.1 4.1 概述概述v为什么要接口电路为什么要接口电路?外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所传输的信息的电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求也各不相同，这就给计算机和外设之间的信息交换带来要求

4、也各不相同，这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题：以下一些问题：(1)(1)速度不匹配速度不匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低得多，而的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异甚大，它们之中既有每秒钟能传送兆位且不同的外设速度差异甚大，它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘，也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机数量级的硬磁盘，也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。或速度更慢的键盘。第6页，本讲稿共65页4.1 4.1 概述概述v为什么要接口电路为什么要接口电路?(2)(2)信号电平不匹配信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是所使用的信号都

5、是TTL电平，而外电平，而外设大多是复杂的机电设备，往往不能用设大多是复杂的机电设备，往往不能用TTL电平所驱动，必须电平所驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。有自己的电源系统和信号电平。(3)(3)信号格式不匹配信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是8位、位、16位位或或32位的并行数据，而各种外设使用的信息格式各不相同。有位的并行数据，而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是些设备上用的是模拟量模拟量，而有些是，而有些是数字量数字量或或开关量开关量；有些设；有些设备上的信息是备上的信息是电流量电流量，而有些却是，而有些却是电压量电压量，有些设备采用，

6、有些设备采用串行方式串行方式传送数据，而有些则用并行方式。传送数据，而有些则用并行方式。(4)(4)时序不匹配时序不匹配：各种外设都有自己的定时和控制逻辑，各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的与计算机的CPU时序不一致。时序不一致。第7页，本讲稿共65页(1)数据格式转换数据格式转换功能功能(串串/并转换并转换)(2)联络联络功能功能(协调数据传送的状态信息协调数据传送的状态信息)(3)速度匹配速度匹配功能（缓冲、定时和控制）功能（缓冲、定时和控制）(4)电平转换电平转换功能（功能（TTL、RS232）(5)负载匹配负载匹配功能（驱动和功率放大）功能（驱动和功率放大）接口功能接口功能4

7、.1 4.1 概述概述第8页，本讲稿共65页v概念概念I/OI/O端口端口:是接口电路中是接口电路中CPUCPU能访问的能访问的寄存器。寄存器。I/OI/O端口地址端口地址:为了区分不同的外设接口，微机系统为外设的每个寄存为了区分不同的外设接口，微机系统为外设的每个寄存器进行了编号（即分配地址），又称端口号。器进行了编号（即分配地址），又称端口号。I/OI/O操作操作:CPU:CPU对对I/OI/O接口电路接口电路(与设备相关与设备相关)的操作。的操作。不是访问不是访问I/OI/O设设备备。v端口编址方式端口编址方式两种方式两种方式统一编址统一编址：将存储单元与：将存储单元与I/OI/O端口端

8、口统一统一编址。编址。独立编址独立编址：将存储单元与：将存储单元与I/OI/O端口端口各自独立各自独立编址。编址。二、端口的编址4.1 4.1 概述概述第9页，本讲稿共65页独立编址v优点：优点：I/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单专门专门I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读v缺点：缺点：I/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富内内存存空空间间I/O空间空间FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址4.1 4.1 概述概述第10页，本讲稿共65页统一编址v优点：优点：不需要专门的不需要专门的I

9、/O指令指令I/O数据存取与存储器数据数据存取与存储器数据存取一样灵活存取一样灵活v缺点：缺点：I/O端口要占去部分存储器端口要占去部分存储器地址空间地址空间程序不易阅读（不易分清访程序不易阅读（不易分清访问内存和访问外设）问内存和访问外设）内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000FFFFF4.1 4.1 概述概述第11页，本讲稿共65页三、CPU与外设的数据传送方式 程序控制方式无条件传送方式查询传送方式中断传送方式DMA（直接存储器存取）方式4.1 4.1 概述概述程序控制方式：CPU与外设的输入/输出数据传送完全由程序控制。第12页，本讲稿共65页1、无条件传送方式又

10、称又称同步传送同步传送方式。方式。传送过程：传送过程：v外设已准备好，不查询外设的状态外设已准备好，不查询外设的状态v输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。v输出时，输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器的输入的输出信息已送到输出锁存器的输入端。端。用途：用途：用于用于简单外设简单外设，外部动作时间固定且已知，外部动作时间固定且已知v开关开关vLED显示器显示器4.1 4.1 概述概述第13页，本讲稿共65页选中地址选中地址数据数据写信号写信号读信读信号号输出端口输出端口无条件传送无条件传送输入端口输入端口1、无条件传送方式4.1 4.1 概述概述第14页，

11、本讲稿共65页查询式数据传送过程查询式数据传送过程3个环节个环节：查询状态环节查询状态环节vCPU寻址状态口，读取状态字寻址状态口，读取状态字检测是否满足检测是否满足“就绪就绪”条件条件v如果不满足，回到第一步读取状态字如果不满足，回到第一步读取状态字数据传送环节数据传送环节v外设已处于外设已处于“就绪就绪”状态，寻址数据口状态，寻址数据口v是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输入，通过输入指令从数据端口读入数据v是输出，通过输出指令向数据端口输出数据是输出，通过输出指令向数据端口输出数据特点：工作可靠，适用面宽，但特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低传送效率低输入状态输入状态就就绪绪？

12、数据交换数据交换YN流程流程2、查询传送方式：查询传送方式：又称又称异步传送异步传送方式。方式。4.1 4.1 概述概述第15页，本讲稿共65页1 1）查询输入查询输入：CPUCPU查询外设状态是否查询外设状态是否准备好准备好（就绪）（就绪）,准准备好备好,执行输入执行输入;否则等待否则等待。2、查询传送方式查询传送方式4.1 4.1 概述概述第16页，本讲稿共65页2 2）查询输出查询输出：CPUCPU查询外设状态是否查询外设状态是否忙忙,不忙不忙,执行输出执行输出;否则否则等待等待。2、查询传送方式查询传送方式4.1 4.1 概述概述第17页，本讲稿共65页当系统中有多个外设时当系统中有多

13、个外设时查询方式如何工作？查询方式如何工作？2、查询传送方式查询传送方式4.1 4.1 概述概述轮询方式轮询方式第19页，本讲稿共65页v优点：优点：接口电路和程序设计都较为简单，容易实接口电路和程序设计都较为简单，容易实现。现。v缺点：缺点：CPU外设不能并行工作，外设不能并行工作，CPU的效率低，的效率低，外设得不到及时响应。外设得不到及时响应。v适用场合：适用场合：这种传送方式适用于一般这种传送方式适用于一般工作速度较工作速度较慢慢的外设，特别是的外设，特别是外设数量不多外设数量不多，实时性要求不实时性要求不高高的场合。的场合。2、查询传送方式查询传送方式4.1 4.1 概述概述第20页

14、，本讲稿共65页v原理原理 在每次外设在每次外设准备准备好或空闲好或空闲时，主动向时，主动向CPUCPU发出发出中断请求中断请求，以示要传送数据，以示要传送数据，CPUCPU响应响应该请求后，执该请求后，执行行中断服务程序中断服务程序，实，实现与外设的现与外设的数据传送数据传送。3、中断传送方式断断点点主程序主程序中断服务程中断服务程序序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点4.1 4.1 概述概述第21页，本讲稿共65页v中断过程中断过程大致分为：大致分为：中断请求中断请求：由需要提供中断服务的设备提出；：由需要提供中断服务的设备提出；中断响应中断响应：

15、CPUCPU给设备发出一个中断应答信号；给设备发出一个中断应答信号；现场保护现场保护：保护执行中断服务程序前的各种信息；：保护执行中断服务程序前的各种信息；执行中断服务程序执行中断服务程序：完成特定的操作；：完成特定的操作；恢复现场恢复现场：恢复执行中断服务程序前的各种信息；恢复执行中断服务程序前的各种信息；中断返回中断返回：返回到主程序：返回到主程序3、中断传送方式4.1 4.1 概述概述第22页，本讲稿共65页3、中断传送方式4.1 4.1 概述概述第23页，本讲稿共65页3、中断传送方式4.1 4.1 概述概述第24页，本讲稿共65页v优点：优点：系统的系统的工作效率高工作效率高，CPU

16、、I/O设备可以并行工作，设备可以并行工作，外设可以主动向外设可以主动向CPU请求，能够得到请求，能够得到CPU的及时响应。的及时响应。v缺点：接口电路比较复杂；缺点：接口电路比较复杂；每次传送数据，每次传送数据，CPU都要做许多都要做许多额外的工额外的工 作作，传，传送速度仍然不是很快。送速度仍然不是很快。v适用场合：适用场合：这种方式适用于一般这种方式适用于一般工作速度不是很快工作速度不是很快的外的外设，特别是设，特别是实时控制、检测实时控制、检测场合。场合。3、中断传送方式4.1 4.1 概述概述第26页，本讲稿共65页4、直接存储器存取方式（DMA）(Direct Memory Acc

17、ess)v希望克服程序控制传送和中断传送的不足希望克服程序控制传送和中断传送的不足CPU外外设设存存储储器器数据数据数据数据用专用接口直接数据传送用专用接口直接数据传送4.1 4.1 概述概述第27页，本讲稿共65页DMAC的功能有哪些？能接受外设的请求，并能向能接受外设的请求，并能向CPUCPU发发DMADMA请求信号；请求信号；CPUCPU接到接到DMADMA请求信号，如果允许，请求信号，如果允许，CPUCPU发发DMADMA响应信响应信号，号，DMADMA控制器接管总线，进入控制器接管总线，进入DMADMA方式；方式；能寻址存储器，并修改地址；能寻址存储器，并修改地址；能向外设发读能向外

18、设发读/写信号；写信号；能控制传送的字节数，判断能控制传送的字节数，判断DMADMA是否结束；是否结束；DMADMA结束时，能向结束时，能向CPUCPU发出结束信号，将总线控制权交还发出结束信号，将总线控制权交还CPUCPU。4.1 4.1 概述概述第29页，本讲稿共65页HLDA发存储器地址发存储器地址传送数据传送数据传送结束传送结束？DMA结束结束修改地址指针修改地址指针 DMA流程图流程图4.1 4.1 概述概述第30页，本讲稿共65页几种数据传送方式特点？v无条件传送无条件传送：慢速外设需与：慢速外设需与CPU保持同步。保持同步。v查询传送查询传送：简单实用，效率较低。简单实用，效率较

19、低。v中断传送中断传送：外设主动，可与：外设主动，可与CPU并行工作，但中断并行工作，但中断服务保护现场等需要额外时间开销，还需要硬件开销服务保护现场等需要额外时间开销，还需要硬件开销进行中断管理。进行中断管理。vDMA传送传送：无需软件介入，：无需软件介入，DMAC控制，外设直接控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送，需要硬件开销。送，需要硬件开销。4.1 4.1 概述概述第31页，本讲稿共65页4.2 4.2 串行接口串行接口u数据在单条传输线上，一位接一位地按顺序传数据在单条传输线上，一位接一位地按顺序传送的方式称为送的方式称

20、为串行通信串行通信。u串行通信方式用于串行通信方式用于远程远程通信。通信。u串行通信主要优点是串行通信主要优点是节省通信线路节省通信线路，但具有，但具有数据传输效率低数据传输效率低的特点。的特点。u串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数千公里。对于千公里。对于长距离、低速率长距离、低速率的通信，通常采用的通信，通常采用串行通信。串行通信。第32页，本讲稿共65页串行接口与输入输出设备之间以串行方式传送数据，串行接口与输入输出设备之间以串行方式传送数据，与与CPU之间以并行方式传送数据。之间以并行方式传送数据。CPU串行串行接口接口外部外部设备设备串行串

21、行并行并行4.2 4.2 串行接口串行接口第33页，本讲稿共65页u功能功能1 实现串行和并行数据实现串行和并行数据格式格式之间的之间的转换转换。u功能功能2 实现实现数据缓冲数据缓冲功能。功能。u功能功能3 控制控制功能。接收功能。接收CPU的命令，输出接口的状的命令，输出接口的状态等。态等。u串行接口的基本功能如下：串行接口的基本功能如下：4.2 4.2 串行接口串行接口第34页，本讲稿共65页一、串行传输方式一、串行传输方式 在串行通信中在串行通信中,发送端发送数据时发送端发送数据时,一位一位往外发送一位一位往外发送,没有问题没有问题,问题是接收端问题是接收端,一根线传送过来的信息一根线

22、传送过来的信息01101100110110表示什么意思表示什么意思?不知不知道道.所以发、收双方一定要有所以发、收双方一定要有约定约定。1 1、接收方怎么知道数据传送的开始和结束？、接收方怎么知道数据传送的开始和结束？2 2、接收方怎么判断所接收数据的正确性。、接收方怎么判断所接收数据的正确性。所以，串行通信中，如何使所以，串行通信中，如何使收发双方同步收发双方同步工作是关键。工作是关键。为了实现同步，互相通信的双方必须就数据传输方式、同为了实现同步，互相通信的双方必须就数据传输方式、同步控制方式、差错处理、应答方式和信号格式等问题作出共同步控制方式、差错处理、应答方式和信号格式等问题作出共同

23、遵守的一组规定，这种规定称为遵守的一组规定，这种规定称为通信协议通信协议。常用的串行通信中数据传输的常用的串行通信中数据传输的同步方法有同步方法有2种种，即，即异步方异步方式式和和同步方式同步方式，相应的有异步通信协议和同步通信协议。，相应的有异步通信协议和同步通信协议。4.2 4.2 串行接口串行接口第35页，本讲稿共65页1、异步通信：非同步通信或不同步通信、异步通信：非同步通信或不同步通信异步方式通信是以异步方式通信是以字符字符为单位进行传输的，字符之间为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求。没有固定的时间间隔要求。收、发双方取得同步的方法是采用在字符格式中收、发双方取得同步的

24、方法是采用在字符格式中设置起始设置起始位和停止位位和停止位。在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个起始位，在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。起始位至停止位构成一帧。串行异步通信以串行异步通信以帧帧为基本单位发送和接收信息。一帧为基本单位发送和接收信息。一帧由由起始位起始位、字符字符、奇偶校验位奇偶校验位、停止位停止位组成。组成。4.2 4.2 串行接口串行接口第36页，本讲稿共65页奇偶校验的基本原理奇偶校验的基本原理利用信息位中利用信息位中“1”的个

25、数的奇偶性来达到检验目的的编码的个数的奇偶性来达到检验目的的编码称为称为奇偶校验码奇偶校验码。使整个信息位。使整个信息位“1”的个数为奇数的编码叫的个数为奇数的编码叫奇校验码奇校验码；而使整个信息位；而使整个信息位“1”的个数为偶数的编码叫的个数为偶数的编码叫偶校偶校验码验码。附加的信息位称为。附加的信息位称为奇偶校验位奇偶校验位，简称，简称校验位校验位。需要传。需要传送的数据位本身称为有效信息位。送的数据位本身称为有效信息位。在所传输的有效数据中附加在所传输的有效数据中附加冗余位冗余位（即（即检验位检验位），使），使整个整个信息位信息位（包括有效位和检验位）中（包括有效位和检验位）中“1”的

26、个数的个数具有奇数具有奇数或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若原来所具有或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若原来所具有的的“1”的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现了传输错的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现了传输错误，可由专门的检测电路检测出来。误，可由专门的检测电路检测出来。4.2 4.2 串行接口串行接口第37页，本讲稿共65页有效信息位是有效信息位是1011101，采用偶校验，则附加的校验位，采用偶校验，则附加的校验位是是1。最后得到的信息是。最后得到的信息是10111011有效信息位是有效信息位是1011011，采用奇校验，则附加的校验，采用奇校验，则附加的校验位是位是0

27、。最后得到的信息是。最后得到的信息是10110110例例1例例24.2 4.2 串行接口串行接口第38页，本讲稿共65页起始位起始位校验位校验位 停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平数数据据位位数数据据位位紧紧跟跟着着起起始始位位传传送送。由由5 58 8个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，低位先传送校校验验位位用用于于校校验验是是否否传传送送正正确确；可可选选择择奇检验、偶校验或不传送校验位奇检验、偶校验或不传送校验位停停止止位位表表

28、示示该该字字符符传传送送结结束束。停停止止位位采采用逻辑用逻辑1 1电平，可选择电平，可选择1 1、1.51.5或或2 2位位空空闲闲位位传传送送字字符符之之间间的的逻逻辑辑1 1电电平平，表表示没有进行传送示没有进行传送4.2 4.2 串行接口串行接口第39页，本讲稿共65页比如比如ASCII 字符字符 A,二进制是二进制是0100 0001(8位位)，它们在起始位和，它们在起始位和2位停止位之间传送，并使用了位停止位之间传送，并使用了1位奇偶校验位。位奇偶校验位。4.2 4.2 串行接口串行接口第40页，本讲稿共65页串行接口的工作过程串行接口的工作过程CPU串行串行接口接口外部外部设备设

29、备接收接收发送发送串行接口将串行接口将CPU送来的并行数据转换成串行数据，送来的并行数据转换成串行数据，并对有效数据并对有效数据“包装包装”，即加上起始位、奇偶校验即加上起始位、奇偶校验位和停止位，再发送出去。位和停止位，再发送出去。发送发送数据数据接收接收数据数据串行接口将串行输入的数据转换成并行数据，同样要对有效数串行接口将串行输入的数据转换成并行数据，同样要对有效数据进行处理据进行处理（去掉起始位、奇偶校验位和停止位），然后等待（去掉起始位、奇偶校验位和停止位），然后等待CPU取走。取走。4.2 4.2 串行接口串行接口第41页，本讲稿共65页波特率（Baud）数据传输率数据传输率 数据

30、传输率是指单位时间内传输的信息量，可用波数据传输率是指单位时间内传输的信息量，可用波特率来表示。特率来表示。单位时间内传送的单位时间内传送的二进制二进制数据的位数，以数据的位数，以位位/秒秒（b/s）表示，也称为数据位率。）表示，也称为数据位率。它是衡量串行通信速率的重要指标它是衡量串行通信速率的重要指标它是衡量串行通信速率的重要指标它是衡量串行通信速率的重要指标。常用波特率：常用波特率：1200、2400、4800、96004.2 4.2 串行接口串行接口第42页，本讲稿共65页例题：例题：异步传输异步传输7 7位位ASCIIASCII码，如果需要数据传输速率为码，如果需要数据传输速率为24

31、0240字字符符/秒，使用秒，使用1 1位奇偶校验位和位奇偶校验位和1 1位停止位，则：位停止位，则：1 1）波特率应该是多少？）波特率应该是多少？2 2）有效数据位传输位是多少？）有效数据位传输位是多少？3 3）传输效率是多少？）传输效率是多少？1）波特率）波特率=(7 7位数据位位数据位位数据位位数据位+1 1位起始位位起始位位起始位位起始位+1 1位校验位位校验位+1位停止位）位停止位）位停止位）位停止位）240=24002400b/sb/s2 2）有效数据位传输位）有效数据位传输位）有效数据位传输位）有效数据位传输位 ：7240=1680b/s7240=1680b/s3 3）传输效率：

32、）传输效率：）传输效率：）传输效率：1680/2400=70%1680/2400=70%4.2 4.2 串行接口串行接口第43页，本讲稿共65页异步通信的特点由于存在由于存在附加信息位附加信息位（属于额外开销），使通信效（属于额外开销），使通信效率降低。率降低。4.2 4.2 串行接口串行接口适用场合：适用场合：信息量不大、传送速度要求较低信息量不大、传送速度要求较低。第44页，本讲稿共65页2 2、同步通信、同步通信 要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓持同步，即所谓“位同步位同步”。因此，收、发两端需用。因此，收、发两端

33、需用同一同一个时钟源个时钟源作为时钟信号。作为时钟信号。没有起始位和停止位，没有起始位和停止位，发送收、发双方约定的发送收、发双方约定的同步字同步字符符。(4)(4)传输效率高，波特率达几十万传输效率高，波特率达几十万bpsbps，适合于，适合于快速、大快速、大量数据的传送量数据的传送。4.2 4.2 串行接口串行接口(3)(3)需需传送同步信号传送同步信号，设备较复杂。，设备较复杂。第45页，本讲稿共65页2、同步通信、同步通信外同步法外同步法：用一条：用一条专用线专用线来传递同步字符。来传递同步字符。外同步法外同步法内同步法内同步法同步方法同步方法内内同同步步法法：发发送送方方先先发发送送

34、1-2个个同同步步字字符符，再再传传送送数数据据块块；接接收收方方检检测测到到同同步步字字符符后后接接收收数数据据。故故又分为又分为单同步单同步和和双同步双同步。4.2 4.2 串行接口串行接口第46页，本讲稿共65页二、串行传送方向二、串行传送方向1.单工单工（simplex）2.单向传送、一根线单向传送、一根线2.半双工半双工（half-duplex）交替双向传送、一根线交替双向传送、一根线3.全双工全双工（full-duplex）同时双向传送、两根线同时双向传送、两根线TRTRRTTTRR4.2 4.2 串行接口串行接口第47页，本讲稿共65页3 3、RS-232CRS-232C串行通信

35、标准串行通信标准EIA Electronic Industry Association，美，美国电子工业协会国电子工业协会RS Recommended standard，推荐标准，推荐标准232 标识号标识号C RS232的最新一次修改的最新一次修改EIA-RS-232C全称全称4.2 4.2 串行接口串行接口第48页，本讲稿共65页RS-232C串行通信标准定义说明：串行通信标准定义说明：当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备的设备能达到接插的能达到接插的“兼容性兼容性”。也就是说不同厂家所也就是说不同厂家所生产的设备，只要它们都有具有生产的设

36、备，只要它们都有具有RS-232CRS-232C标准接口，则不标准接口，则不需要任何转换电路，就可以互相插接起来。这个标准仅需要任何转换电路，就可以互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，用它进行数据传保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声干扰，输时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离传输距离一般一般不超不超过过15m15m。通常两计算机的近距离通信可以通过。通常两计算机的近距离通信可以通过RS-RS-232C232C标准接口连接起来。标准接口连接起来。RS-232C标准包括标准包括机械特性机械特性和和电气特性电气特性。4.2 4.2 串行

37、接口串行接口第49页，本讲稿共65页（1）电气特性RS-232C串行通信标准串行通信标准逻辑逻辑1（MARK）=-3V-15V逻辑逻辑0（SPACE）=+315V 在在TxD和和RxD上上信号有效（接通，信号有效（接通，ON状态，正电压）状态，正电压）=+3V+15V信号无效（断开，信号无效（断开，OFF状态，负电压）状态，负电压）=-3V-15V在在RTS、CTS、DSR、DTR和和DCD等联络控制线上等联络控制线上4.2 4.2 串行接口串行接口第50页，本讲稿共65页（1）电气特性为了能够同计为了能够同计算机接口或终算机接口或终端的端的TTL器件器件连接，必须在连接，必须在EIA-RS-

38、232C与与TTL电电路之间进行电平路之间进行电平和逻辑关系的变和逻辑关系的变换。换。集成转换器件集成转换器件TTLEIA MC1488、SN75150EIATTL MC1489、SN75154TTLEIA MAX232 v232C232C接口采用接口采用EIAEIA电平电平高电平为高电平为3V3V15V15V低电平为低电平为3V3V15V15Vn标准标准TTLTTL电平电平n高电平：高电平：2.4V2.4V5V5Vn低电平：低电平：0V0V0.4V0.4V相互转换相互转换4.2 4.2 串行接口串行接口第51页，本讲稿共65页（2）机械特性13125141131425 异步通信的异步通信的9

39、个电压信号（含信号地个电压信号（含信号地SG）：）：2，3，4，5，6，7，8，20，22 20mA电流环信号电流环信号 9个：个：12，13，14，15，16，17，19,23，24 空引脚空引脚6个：个：9，10，11，18，21，25 保护地（保护地（PE）1个，作为设备接地端：个，作为设备接地端：14.2 4.2 串行接口串行接口第52页，本讲稿共65页 DB-9型连接器与型连接器与DB-25型引脚信号定义型引脚信号定义DCD RxD TxD DTR SG DSR RTS CTSRIDB-9123456789DB-2583220764522AT机以后使用机以后使用DB-9连接器，作为提

40、供连接器，作为提供多功能多功能I/O卡或主板上卡或主板上COM1和和COM2两两个串行接口的连接器。它只提供异步通个串行接口的连接器。它只提供异步通信的信的9个信号。个信号。DB-9型连接器的引脚分配与型连接器的引脚分配与DB-25型引型引脚信号完全不同。脚信号完全不同。4.2 4.2 串行接口串行接口第53页，本讲稿共65页引脚功能引脚功能常用的只有常用的只有9根根DTE：数据终端设备：数据终端设备DCE：数据通信设备：数据通信设备4.2 4.2 串行接口串行接口第54页，本讲稿共65页vTxD：发送数据串行数据的发送端vRxD：接收数据串行数据的接收端4.2 4.2 串行接口串行接口第55

41、页，本讲稿共65页vRTS：请求发送请求发送当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTSRTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据信号，用于通知数据通信设备准备接收数据vCTS：清除发送（允许发送）（请求响应）：清除发送（允许发送）（请求响应）当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出时，发出CTSCTS有效信号来响应有效信号来响应RTSRTS信号信号RTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号（握手信号）。对用于数据发送

42、的联络信号（握手信号）。4.2 4.2 串行接口串行接口第56页，本讲稿共65页vDTR：数据终端准备好数据终端准备好通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪表明数据终端设备准备就绪vDSR：数据装置准备好数据装置准备好通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式到通信线路上，并处在数据传输方式DTR和和DSR也可用做数据终端设备与数据通信也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，表示设备的状态。设备间的联络信号，表示设备的状态。4.2 4.2

43、串行接口串行接口第57页，本讲稿共65页vSG：信号地信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平vDCD：载波载波检测（检测（DCD）当本地调制解调器接收到来自对方的载波当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号信号vRI：振铃振铃指示指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效4.2 4.2 串行接口串行接口第58页，本讲稿共65页 零Modem 的最简连线（3线制）微机利用微机利

44、用232C接口接口直接连接直接连接进行短距离通信。这种连进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（Null Modem）连接。）连接。4.2 4.2 串行接口串行接口第59页，本讲稿共65页RS-232接口不足之处接口不足之处4.2 4.2 串行接口串行接口（1 1）接口的接口的信号电平值较高信号电平值较高，易损坏接口电路的，易损坏接口电路的芯片，又因为与芯片，又因为与TTLTTL电平不兼容故需使用电平转换电平不兼容故需使用电平转换电路方能与电路方能与TTLTTL电路连接。电路连接。（2 2）传输速率较低传输速率较低，在异步传输

45、时，波特率最高，在异步传输时，波特率最高为为20Kbps20Kbps。（3 3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，这种共地传输容易产生共模干扰，所以所以抗噪声干扰性弱抗噪声干扰性弱。（4 4）传输距离有限传输距离有限。第60页，本讲稿共65页RS-485串行通信标准串行通信标准4.2 4.2 串行接口串行接口（1 1）电气特性：电气特性：逻辑逻辑“1”“1”：两线间的电压差：两线间的电压差+2V+2V+6V+6V 逻辑逻辑“0”“0”：两线间的电压差：两线间的电压差-2V-2V-6V-6

46、V接口信号电平比接口信号电平比RS-232RS-232降低，不易损坏接口电路芯片，该电降低，不易损坏接口电路芯片，该电平与平与TTLTTL电平兼容，可方便与电平兼容，可方便与TTL TTL 电路连接。电路连接。（2 2）最高传输速率为最高传输速率为10Mbps10Mbps。（3 3）采用平衡驱动器和采用平衡驱动器和差分差分接收器的组合，抗共模干接收器的组合，抗共模干能力增强，即能力增强，即抗噪声干扰性好抗噪声干扰性好。（4 4）最大最大传输距离传输距离标准值为标准值为40004000英尺，实际可达英尺，实际可达 30003000米米，另外，另外RS-232-CRS-232-C接口在总线上只允许

47、连接接口在总线上只允许连接1 1个收发器，个收发器，即单站能力。而即单站能力。而RS-485RS-485接口在总线上是允许连接多达接口在总线上是允许连接多达128128个收发器，即具有多站能力个收发器，即具有多站能力,这样用户可以利用单一的这样用户可以利用单一的RS-485RS-485接口方便地建立起设备网络。接口方便地建立起设备网络。第61页，本讲稿共65页RS-485串行通信标准串行通信标准4.2 4.2 串行接口串行接口（1 1）RS-485RS-485有有两线制两线制和和四线制四线制两种接线。两种接线。现在多采用的是两线制接线方式。现在多采用的是两线制接线方式。（2 2）采用）采用差分

48、差分方式传输信号，可以方式传输信号，可以忽略信号地忽略信号地的连接，的连接，可用一对双绞线互连。可用一对双绞线互连。（3 3）RS-485RS-485只能只能半双工半双工工作，收发不能同时进行。工作，收发不能同时进行。（4 4）RS-485RS-485的国际标准并的国际标准并没有没有规定规定RS-485RS-485的接口的接口连接连接器标准器标准，所以采用接线端子或者，所以采用接线端子或者DB-9DB-9、DB-25DB-25等连接等连接器都可以。器都可以。第62页，本讲稿共65页RS-485串行通信标准串行通信标准4.2 4.2 串行接口串行接口2线制举例线制举例第63页，本讲稿共65页RS

49、-485串行通信标准串行通信标准4.2 4.2 串行接口串行接口4线制举例线制举例第64页，本讲稿共65页u 并行通信并行通信：是把一个字符的：是把一个字符的多位同时多位同时用几根线进用几根线进行传输。传输行传输。传输速度快速度快（一般单位为（一般单位为BPSBPS），信息率高，），信息率高，需要的电缆多。随着传输距离的增加，电缆的开销会成需要的电缆多。随着传输距离的增加，电缆的开销会成为突出的问题，所以并行通信用在为突出的问题，所以并行通信用在传输速率要求较高传输速率要求较高，而而传输距离较短传输距离较短的场合。的场合。u 并行接口并行接口：是指采用并行传输方式来传输数据的接是指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。可以做输入或输出接口使用。口标准。可以做输入或输出接口使用。4.3 4.3 并行接口并行接口第65页，本讲稿共65页