测试系统的接口技术和总线技术.ppt

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1、武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术第三章第三章 测试系统的接口技术和总线技术测试系统的接口技术和总线技术武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术测试系统接口和总线技术 接口技术是建立自动测试系统的重要环节，接口是自动测试系统与接口技术是建立自动测试系统的重要环节，接口是自动测试系统与外界之间或系统内部各环节之间相互传递信息的渠道和桥梁。计算机可外界之间或系统内部各环节之间相互传递信息的渠道和桥梁。计算机可以通过接口将各种程控指令送入测试系统，以此调整和控制被测对象的以通过接口将各种程控指令送入测试系统，以此调整和控制被测对象的工

2、作状态。总线是实现芯片与芯片之间、模块与模块之间、系统与系统工作状态。总线是实现芯片与芯片之间、模块与模块之间、系统与系统之间及系统与控制对象之间信息传递的各种信号的集合。之间及系统与控制对象之间信息传递的各种信号的集合。教学基本要求：教学基本要求：(1)了解测试系统接口的概念；掌握了解测试系统接口的概念；掌握A/D转换的基本原理、主要参数转换的基本原理、主要参数和选择原则；了解常用和选择原则；了解常用A/D转换器及接口电路设计转换器及接口电路设计 (2)了解串行通信的概念；掌握串行通信方法及了解串行通信的概念；掌握串行通信方法及RS-232接口标准；了接口标准；了解常用的串行通信接口电路设计

3、；解常用的串行通信接口电路设计；(3)了解总线的概念和常用的总线标准；熟悉常用的了解总线的概念和常用的总线标准；熟悉常用的PC系列总线；系列总线；武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术DnyDnx模拟信号 y(t)模拟信号 x(t)A/D转换器转换器数字信号数字信号处理器处理器D/A转换器转换器3.1 A/D转换技术3.1 A/D转换技术转换技术 A/D转换器是将输入的模拟电压或电流转换成数字量的器件或设备，即转换器是将输入的模拟电压或电流转换成数字量的器件或设备，即能把被测量对象的各种模拟消息变成计算机可以识别的数字信息，它是模能把被测量对象的各种模拟消息变成

4、计算机可以识别的数字信息，它是模拟系统和数字系统或计算机之间的接口。拟系统和数字系统或计算机之间的接口。3.1.1 模拟模拟-数字转换基本过程数字转换基本过程图图3-1 模拟模拟-数字转换基本过程数字转换基本过程武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-A/D转换过程1图图3-2 A/D转换过程转换过程1、A/D转换过程转换过程武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-A/D转换过程21、A/D转换过程转换过程(1)采样采样连续信号在时间上的离散化连续信号在时间上的离散化u采样方法：每隔一定

5、时间采样方法：每隔一定时间TS,从连续信号中抽取一个瞬时数据。从连续信号中抽取一个瞬时数据。u采样定理：采样定理：fS=2fmu采样保持：为后续的量化过程保持信号一段时间。采样保持：为后续的量化过程保持信号一段时间。图图5-40 采样保持器（采样保持器（S/H）原理）原理(2)量化量化采样后的模拟量在幅值上的离散化采样后的模拟量在幅值上的离散化u量化方法：将模拟量与一模拟基准量进行比较，就如用砝码称重一样。量化方法：将模拟量与一模拟基准量进行比较，就如用砝码称重一样。u量化增量量化增量(3)编码编码u编码的目的：将量化后的规定范围内的有限个值的数字量，用编码的目的：将量化后的规定范围内的有限个

6、值的数字量，用0、1两个两个符号转换成二进制数码。符号转换成二进制数码。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理13.1.2 常用常用A/D转换器转换原理转换器转换原理 A/D转换器的种类很多，按其转换原理分，主要有转换器的种类很多，按其转换原理分，主要有逐次逼近式、积分逐次逼近式、积分式、计数式和并行式式、计数式和并行式A/D转换器。转换器。双积分式双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强，转换精度高，性能价格比高的转换器具有抗干扰能力强，转换精度高，性能价格比高的特点，常用于数字式测量仪表或非高速数据采集过程中；逐次逼近式转换器特点

7、，常用于数字式测量仪表或非高速数据采集过程中；逐次逼近式转换器兼顾了转换速度和转换精度两方面的指标，是测试系统中应用最广泛的兼顾了转换速度和转换精度两方面的指标，是测试系统中应用最广泛的A/D转换器件；并行转换器件；并行A/D转换器的转换速度最快，但结构复共、成本高，适合转转换器的转换速度最快，但结构复共、成本高，适合转换速度极高的场合。计数式换速度极高的场合。计数式AD转换器结构很简单，但转换速度也很慢，转换器结构很简单，但转换速度也很慢，目前很少采用。目前很少采用。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理2(1)计数式计数式A/

8、D转换器转换器u计数式计数式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 让采样后的模拟信号电压直接与一标准模拟电压进行比较，若相等，则让采样后的模拟信号电压直接与一标准模拟电压进行比较，若相等，则输入电压即转换成标准电压所对应的数字量输出。输入电压即转换成标准电压所对应的数字量输出。u计数式计数式A/D转换器的特点转换器的特点 对每个采样值都要从计数器低位开始从头计数逐渐逼近，因而转换速度对每个采样值都要从计数器低位开始从头计数逐渐逼近，因而转换速度慢，且对不同模拟输入，转换时间不同。结构简单、工艺性好，易于集成。慢，且对不同模拟输入，转换时间不同。结构简单、工艺性好，易于集成。图图5-42 计数

9、式计数式A/D转换器原理转换器原理武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理3(2)逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器u逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器工作原理转换器工作原理 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器也是利用电压比较原理，但由于初始标准模拟电转换器也是利用电压比较原理，但由于初始标准模拟电压取为全量程的一半压取为全量程的一半，即计数器从高位开，即计数器从高位开始，逐位比较，因而始，逐位比较，因而转换速度大大提高，转换速度大大提高，而且要求转换的精度而且要求转换的精度越低，速度越快。比越低，速度越快。比较于计数式较于计数式A

10、/D转换，转换，实现了实现了算法上的优化算法上的优化。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理4(3)双积分式双积分式A/D转换器转换器u双积分式双积分式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 采用间接转换方式工作，先将模拟电压转换成时间量，然后再将时间量采用间接转换方式工作，先将模拟电压转换成时间量，然后再将时间量转换为数字量。实际上是一种转换为数字量。实际上是一种V/T(电压时间电压时间)转换器。转换器。主要电路是积分器，还有比较器、正负基准电压源、控制电路、计数器主要电路是积分器，还有比较器、正负基准电压源、控制电路、计数器和

11、时钟脉冲。和时钟脉冲。三个工作阶段：积分（充电）、反积分（放电）和结束阶段三个工作阶段：积分（充电）、反积分（放电）和结束阶段 工作原理：在固定时间（工作原理：在固定时间（T1）内对积分器中的电容充电，在时段）内对积分器中的电容充电，在时段T2中对中对电容放电，记录放电时间电容放电，记录放电时间T2，它和充电电压（比较器上所加的待转换电压），它和充电电压（比较器上所加的待转换电压）成正比。成正比。u双积分式双积分式A/D转换器的特点转换器的特点武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理5(3)双积分式双积分式A/D转换器转换器u双积分

12、式双积分式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理u双积分式双积分式A/D转换器的特点转换器的特点武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理6武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理7(4)并行式并行式A/D转换器转换器u特点：并行式特点：并行式A/D转换器是一种转换速度最快，转换原理最只管的转换器是一种转换速度最快，转换原理最只管的A/D转转换技术，它克服了换技术，它克服了N位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换完成一次转换需要进行转换完成一次转换需要进行N次比次比较的缺点，大

13、大提高了较的缺点，大大提高了A/D转换的速度。转换的速度。u8路并行式路并行式A/D转换器原理结构（图转换器原理结构（图3-4）由电阻分压网络、比较器、段鉴别由电阻分压网络、比较器、段鉴别“与与”门、编码电路等组成。门、编码电路等组成。u并行式式并行式式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 同时建立多路比较电路，一次性完成多量值比较，统一编码，形成转换同时建立多路比较电路，一次性完成多量值比较，统一编码，形成转换数字量。相当于一次性完成多种量值砝码的称重。数字量。相当于一次性完成多种量值砝码的称重。转换器系统结构复杂，对转换器系统结构复杂，对N位并行式位并行式A/D转换器，分压电阻网络需要转

14、换器，分压电阻网络需要2N个分压电阻、个分压电阻、2N个比较器和段鉴别个比较器和段鉴别“与与”门，因此制造困难，成本高，只用门，因此制造困难，成本高，只用于对转换速度要求极高的系统。于对转换速度要求极高的系统。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-转换原理8表表3-1 多种多种A/D转换原理比较转换原理比较转换转换形式形式转换转换精度精度转换转换速度速度结结构形式构形式其它性能其它性能应应用用场场合合逐次逼近式逐次逼近式较较高高较较快快兼兼顾顾速度和精速度和精度两方面的指度两方面的指标标测试测试系系统统中中应应用最广泛用最广泛积积分式分式

15、高高较较慢慢抗干抗干扰扰能力能力强强，性能价格比高性能价格比高常用于数字式常用于数字式测测量量仪仪表或非表或非高速数据采集高速数据采集过过程程计计数式数式慢慢简单简单目前很少采用目前很少采用并行式并行式较较高高最快最快最直最直观观精度高精度高时时制造制造困困难难、成本高、成本高转换转换速度要求速度要求极高的极高的场场合合武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-性能指标13.1.3 A/D转换器主要技术指标转换器主要技术指标(1)分辨力分辨力 指指A/D转换器可转换成二进制数的位数或转换器可转换成二进制数的位数或BCD码的位数，也可认为是码的

16、位数，也可认为是A/D转换器可转换成数字量的最小电压。分辨的输入模拟电压相对值表示。转换器可转换成数字量的最小电压。分辨的输入模拟电压相对值表示。例如，例如，8位的位的ADC0809，转换满量程，转换满量程5V的电压，其分辨率为的电压，其分辨率为1LSB，用，用百分数表示为：百分数表示为：用可转换的最小电压表示为：用可转换的最小电压表示为：可见，可见，A/D转换器的位数越多，分辨率就越高，但转换速度就越慢。转换器的位数越多，分辨率就越高，但转换速度就越慢。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-性能指标2(2)转换精度转换精度u出现误差的原

17、因：出现误差的原因：模拟误差模拟误差(比较器、电阻值以及基准电压波动比较器、电阻值以及基准电压波动)+数字误差数字误差(失码误差和失码误差和量量化误差化误差)模拟误差由器件质量决定，为非固定误差；数字误差和模拟误差由器件质量决定，为非固定误差；数字误差和ADC位数有关。位数有关。u 转换精度的实质：全量程的相对误差转换精度的实质：全量程的相对误差(3)转换时间与转换速度转换时间与转换速度u转换速度的定义：转换速度的定义：A/D转换器完成一次转换所需时间。转换器完成一次转换所需时间。u转换速度越快越好，特别是对动态信号采集。转换速度越快越好，特别是对动态信号采集。u常见的常见的A/D转换速度：超

18、高速型（转换时间转换速度：超高速型（转换时间 1ns）、高速型（转换时间）、高速型（转换时间 1us）、中速型（转换时间）、中速型（转换时间 1ms）和低速型（转换时间）和低速型（转换时间 1s）。）。u影响转换速度的因素：影响转换速度的因素：A/D转换原理和位数转换原理和位数u转换速度对最高采样频率的限制转换速度对最高采样频率的限制采样定律采样定律 武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-性能指标3(4)量化误差量化误差 *产生原因：有限数字对模拟数字进行离散取值而引起产生原因：有限数字对模拟数字进行离散取值而引起 *衡量单位：数字量的最

19、低有限位衡量单位：数字量的最低有限位(1/2LSB)*提高分辨率可减少量化误差提高分辨率可减少量化误差(5)电源抑制比电源抑制比(PSRR)*反映了反映了A/D转换器对电源电压变化的抑制能力转换器对电源电压变化的抑制能力u注意：分辨率和量化误差参数仅对注意：分辨率和量化误差参数仅对A/D过程，而转换精度是相对过程，而转换精度是相对A/D转换转换器的整个过程而言，量化误差仅是转换误差中的一种。器的整个过程而言，量化误差仅是转换误差中的一种。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-选择原则 3.1.4 A/D转换器的选择原则转换器的选择原则 *

20、重点考虑重点考虑分辨率分辨率和和转换时间转换时间两个重要参数两个重要参数 (1)根据测试系统的总误差要求，遵循系统误差分配原则，确定根据测试系统的总误差要求，遵循系统误差分配原则，确定A/D转转换器的精度和分辨率。换器的精度和分辨率。(2)根据系统使用范围、被测信号的变化率以及转换精度，确定根据系统使用范围、被测信号的变化率以及转换精度，确定A/D转转换器的转换时间。换器的转换时间。(3)根据计算机接口电路特征，选择根据计算机接口电路特征，选择A/D转换器的输出状态。如：串行转换器的输出状态。如：串行输出还是并行输出；输出数字代码形式；参考电压采用内部还是外加输出还是并行输出；输出数字代码形式

21、；参考电压采用内部还是外加的、是固定的还是可调的等。的、是固定的还是可调的等。(4)根据根据A/D转换器的工作条件选择芯片的一些环境参数，如工作环境转换器的工作条件选择芯片的一些环境参数，如工作环境温度、湿度、电源电压稳定度、芯片功耗、可靠性等级等。温度、湿度、电源电压稳定度、芯片功耗、可靠性等级等。(5)要综合考虑成本、资源及芯片的来源等因素。要综合考虑成本、资源及芯片的来源等因素。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口方法13.1.5 A/D转换器与微处理器的接口方法转换器与微处理器的接口方法1.AD转换器接口的任务转换器接口的任

22、务 A/D转换器与微处理器的接口，要实现转换器与微处理器的接口，要实现ADC与与CPU的双向信息交的双向信息交互，互，般要充成以下几个操作；般要充成以下几个操作；(1)发转换启动信号。发转换启动信号。(2)取回取回“转换结束转换结束”状态信号：该信号可作查询的依据，或利用它产生状态信号：该信号可作查询的依据，或利用它产生“中断请求中断请求”或或“DMA请求请求”。(3)读取转换数据：当得到转换结束信号后，在读取转换数据：当得到转换结束信号后，在CPU控制下，采用查询方控制下，采用查询方式或中断方式将数据读入内存，或者在式或中断方式将数据读入内存，或者在DMA控制下，直接读入内存。控制下，直接读

23、入内存。(4)进行通道寻址：对具有多路模拟量输入通道的系统需要通道寻址以进行通道寻址：对具有多路模拟量输入通道的系统需要通道寻址以选择相应的模拟量输入通道。选择相应的模拟量输入通道。(5)发发S/H控制信号：对高速信号进行控制信号：对高速信号进行AD转换时，一般需要设置采样保转换时，一般需要设置采样保持器、所以接口要对采样保持器发控制信号，以进行采样持器、所以接口要对采样保持器发控制信号，以进行采样/保持操作。保持操作。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口方法22.AD转换器接口形式转换器接口形式 根据根据AD转换器接口电路结构形式

24、，转换器接口电路结构形式，ADC芯片与芯片与CPU接口有如下几种：接口有如下几种：(1)与与CPU直接连接：内部带有数据输出锁存器和三态门，如直接连接：内部带有数据输出锁存器和三态门，如AD574A、(2)ADC0809、ADC08016等。它们的数据输出端可以直接与等。它们的数据输出端可以直接与CPU的数据的数据总线总线(3)相连。这种接口电路简单，成本低，是目前应用较多的相连。这种接口电路简单，成本低，是目前应用较多的A/D转换器接转换器接口。口。(2)利用三态门与利用三态门与CPU连接连接:需外接三态门锁存器，才能与需外接三态门锁存器，才能与CPU相连。相连。(3)通过通过I/O接口芯片

25、与接口芯片与CPU连接，无需附加电路，简化接口设计。连接，无需附加电路，简化接口设计。(4)DMA传送数据：在接口板上增加传送数据：在接口板上增加RAM，采用，采用DMA数据传送方式，直数据传送方式，直接将接将ADC板数据传输到计算机的板数据传输到计算机的RAM中，适合高频的大数据量传送，可中，适合高频的大数据量传送，可减小系统总线占有率，提高减小系统总线占有率，提高CPU工作效率并可增强数据传送可靠性。工作效率并可增强数据传送可靠性。(5)集成集成A/D转换芯片的单片微机，如转换芯片的单片微机，如Intel8096系列高档单片机。系列高档单片机。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算

26、机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口电路设计13.1.6 常用常用A/D转换器及接口电路设计转换器及接口电路设计(1)8位单片逐次逼近式位单片逐次逼近式A/D转换器转换器ADC0801(2)8位位8输入逐次逼近式输入逐次逼近式A/D转换器转换器ADC0809u性能指标：采用性能指标：采用+5V电源，工作时钟典型值为电源，工作时钟典型值为640kHz，转换时间为，转换时间为100us，分辨率为，分辨率为8位，总失调误差为位，总失调误差为1LSB；模拟量输入电平范围为；模拟量输入电平范围为0-5V，不需零点和满度调节；内部具有，不需零点和满度调节；内部具有8通道选择开关，可输入通道

27、选择开关，可输入8路模拟路模拟信号；数字量输出采用三态逻辑，输出符合信号；数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。电平。u内部结构：主要由内部结构：主要由8路模拟选择开关、地址锁存与译码器、路模拟选择开关、地址锁存与译码器、A/D转换器转换器和三态输出锁存器等。和三态输出锁存器等。u引脚功能：引脚功能：28脚双列直插式封装。包括模拟信号输入线脚双列直插式封装。包括模拟信号输入线8条、地址线条、地址线3条、条、数字量输出线数字量输出线8条、控制线条、控制线4条、电源及其它条、电源及其它5条。条。u与与MCS-51的硬件连接的硬件连接(3)12位位A/D转换器转换器AD574A武汉工程大学机械

28、学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口电路设计2武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口电路设计3武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口电路设计4uADC0809与与MCS-51的硬件连接：的硬件连接：外部时钟外部时钟利用利用8031地址锁存器允许信号地址锁存器允许信号ALE经触发器分频后经触发器分频后接到接到ADC0809的的 CLOCK输入端输入端数据线与地址线复用数据线与地址线复用P0口通过外接一片地址锁存器将其分离，口通过外接

29、一片地址锁存器将其分离，从而构成从而构成8位数据总线和位数据总线和16 位地址总线的低位地址总线的低8位；位；ADC0809具有通具有通道地址锁存功能，故模拟输入通道地址的译码输入道地址锁存功能，故模拟输入通道地址的译码输入ADDA/ADDAB/ADDC由由P0.0P0.2直接提供。直接提供。A/D后的数字量输出直接与后的数字量输出直接与8031的数据总线相连的数据总线相连ADC0809具具有有“三态输出数据锁存器三态输出数据锁存器”8031采用中断方式读取采用中断方式读取ADC0809的转换数据的转换数据EOC线经反相器线经反相器和和8031的的INT1线相连。线相连。武汉工程大学机械学院武

30、汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.1 A/D转换技术-接口电路设计5武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口3.2.1 串行通信接口概述串行通信接口概述u系统之间的信息交换即所谓系统之间的信息交换即所谓通信通信。常用的通信方式有。常用的通信方式有并行通信并行通信和和串行通串行通信信两种。目前计算机系统中两种。目前计算机系统中常用串行通信常用串行通信，由于计算机内部数据传送，由于计算机内部数据传送采用并行通信，若要实现计算机和外部设备之间的串行通信就需要采用并行通信，若要实现计算机和外部设备之间的串行通信就需要种接口电路种接口电

31、路完成串行完成串行-并行数据传送方式的双向转换并行数据传送方式的双向转换，这种接口电路称，这种接口电路称为为串行接口串行接口。u串行通信接口的工作过程和特点串行通信接口的工作过程和特点 计算机在接收数据时，由串行接口沿着一条传输线计算机在接收数据时，由串行接口沿着一条传输线一位一位一位一位地接收数地接收数据当一帧数据接收完后，由串行接口将串行数据转换为并行数据供据当一帧数据接收完后，由串行接口将串行数据转换为并行数据供CPU读取；当计算机发送数据时，由读取；当计算机发送数据时，由CPU把数据传送给串行接口，再由申行接把数据传送给串行接口，再由申行接口通过一条传输线在发送时钟的触发下一位口通过一

32、条传输线在发送时钟的触发下一位位地把数据传送出去。串行位地把数据传送出去。串行通信所用的通信所用的传输线少传输线少并可借助现成的电话网进行信息传输，特别适合并可借助现成的电话网进行信息传输，特别适合远远距离通信距离通信。所以串行接口已成为微机自动测试系统的必需部件和接口。所以串行接口已成为微机自动测试系统的必需部件和接口。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-数据传送方式13.2.2 数据传送方式数据传送方式 按照同一时刻数据流的方向可分为按照同一时刻数据流的方向可分为全双工、半双工全双工、半双工和和单工单工三种方式。三种方式。1.全双工传

33、送方式全双工传送方式 在通信系统中，当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送在通信系统中，当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同时刻进行发送和接收操作，这样的传送数据方式称时，通信双方都能在同时刻进行发送和接收操作，这样的传送数据方式称为全双工传送方式，如图为全双工传送方式，如图3-13所示。全双工传送方式无须方向的切换，数所示。全双工传送方式无须方向的切换，数据传送效率高。据传送效率高。回波计算机计算机(CPU)串行接口串行接口终端设备终端设备发送字符图图3-13 全双工通信方式全双工通信方式武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术

34、3.2 串行通信接口-数据传送方式12.半双工传送方式半双工传送方式 在通信系统中，在通信系统中，根传输线既作数据输入又作数据输出虽然数据是根传输线既作数据输入又作数据输出虽然数据是双向传送，但通信双方不能同时收发数据，这种传输方式称为半双工传送双向传送，但通信双方不能同时收发数据，这种传输方式称为半双工传送方式如图方式如图3-13所示。在半双工传送方式下，要进行输入输出的双向传所示。在半双工传送方式下，要进行输入输出的双向传送，必须设置通信链路的送，必须设置通信链路的“换向逻辑换向逻辑”，进行方向的转换。，进行方向的转换。分时进行发送、接收发送、接收计算机计算机(CPU)串行接口串行接口终端

35、设备终端设备图图3-13 半双工通信方式半双工通信方式武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-串行通信方式13.2.3 串行通信方式串行通信方式 根据时钟控制方式不同串行通信分为：异步串行通信方式和同步串行根据时钟控制方式不同串行通信分为：异步串行通信方式和同步串行通信方式。通信方式。1.异步串行通信方式异步串行通信方式 通信系统的发送与接收设备都使用各自的时钟控制数据的发送和接通信系统的发送与接收设备都使用各自的时钟控制数据的发送和接收；数据通常以字符为单位组成字符帧传送的；异步通信传输格式一般由收；数据通常以字符为单位组成字符帧传送的；异

36、步通信传输格式一般由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成。起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成。波特率波特率：1秒钟传输二进制数据的位数秒钟传输二进制数据的位数(bps，位，位/秒秒)，表征串行通信数，表征串行通信数据传输速度。据传输速度。异步通信的异步通信的特点特点；不需传送同步脉冲，字符帧长度不受限制，所需设；不需传送同步脉冲，字符帧长度不受限制，所需设备简单，但因字符帧格式复杂，降低了有效数据的传输速率。异步通信一备简单，但因字符帧格式复杂，降低了有效数据的传输速率。异步通信一般应用在数据传输速率较慢的场合。般应用在数据传输速率较慢的场合。武汉工程大学机械学院武汉工程大学

37、机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-串行通信方式2 图图3-15 异步串行通信数据传输格式异步串行通信数据传输格式武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-串行通信方式32.同步串行通信方式同步串行通信方式 数据传输格式均由同步字符、数据传输格式均由同步字符、n个数据字符和校验字符三部分组成。个数据字符和校验字符三部分组成。特点：双方使用同一个时钟控制数据的发送与控制；数据格式中没有特点：双方使用同一个时钟控制数据的发送与控制；数据格式中没有设置起始位和停止位，而是利用同步字符来完成收发同步，并且数据信息设置起始位和停止

38、位，而是利用同步字符来完成收发同步，并且数据信息以连续形式发送，传输效率较高。但该种方式通信技术复杂，故一般应用以连续形式发送，传输效率较高。但该种方式通信技术复杂，故一般应用于高速数据传输。于高速数据传输。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-调制解调器件13.2.4 串行通信中的调制解调器串行通信中的调制解调器1.传输速率与传输距离传输速率与传输距离 串行接口或终端直接传送数据的最大距离与传输速率及传输线的电气特串行接口或终端直接传送数据的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关，一般为性有关，一般为30m以内，对远距离传输，一般需加入

39、以内，对远距离传输，一般需加入MODEM，如图，如图3-17所示。所示。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口标准12.MODEM的分类的分类u按工作速度分：高速按工作速度分：高速(波特率波特率9600bps)；中速；中速(1200-9600bps)；低速；低速(600bps)u按调制技术分：相移键控按调制技术分：相移键控(PSK)、频移键控、频移键控(FSK)和相幅调制和相幅调制(PAM)u计算机系统中一般采用频移键控方式，即将数字计算机系统中一般采用频移键控方式，即将数字0和和1调制为不同频率的调制为不同频率的两个信号，如图两个信号

40、，如图3-18所示。所示。3.2.5 串行通信的接口标准串行通信的接口标准RS-232Cu串行通信接口标准是计算机与外设之间进行串行连接时双方要共同遵循串行通信接口标准是计算机与外设之间进行串行连接时双方要共同遵循的某种的某种特殊约定或协议特殊约定或协议。u符合国际电气化标准的符合国际电气化标准的串口标准串口标准有：有：RS-232、RS-232C、RS-422和和RS-485等。等。RS-232C是计算机系统中应用最多的串行通信标准，用于数据是计算机系统中应用最多的串行通信标准，用于数据终端设备终端设备(DTE)和数据通信设备和数据通信设备(DCE)之间的接口。接口之间的接口。接口标准内容标

41、准内容包括包括机械、电气和协议机械、电气和协议相容。相容。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口标准23.2.5 串行通信的接口标准串行通信的接口标准RS-232C1.RS-232C电气特性电气特性 使用双极性负逻辑电平，信号电平在使用双极性负逻辑电平，信号电平在(5-15)V和和-(5-15)V。2.RS-232C接口信号接口信号 标准接口有标准接口有25根线，采用根线，采用25芯标准接口芯标准接口(如图如图3-19)，包括，包括4条数据线、条数据线、11条控制线、条控制线、3条定时线以及条定时线以及7条备用和未定义线。实际条备用和未

42、定义线。实际常用常用9针的针的COM接口接口。实物图片实物图片 9针的针的COM接口接口武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 实物图片COM接口实物图片实物图片 9针的针的COM接口接口武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口标准32.RS-232C接口信号接口信号 TXD(2)：发送数据线，输出，：发送数据线，输出，DTE将串行数据发送到将串行数据发送到DCE。RXD(3)：接收数据线，输入，：接收数据线，输入，DTE接收接收DCE发送来的数据。发送来的数据。RTS(4)：请求对方发送信号，输出，

43、高电平有效。：请求对方发送信号，输出，高电平有效。CTS(5)：清除发送信号，：清除发送信号，DCE发送清除发送信号到发送清除发送信号到DTE，响应，响应DTE请求请求发送要求，表示发送要求，表示DCE已处于发送状态且准备发送数据，已处于发送状态且准备发送数据，DTE作好接收数据作好接收数据的淮备。的淮备。DTR(20)：数据终端准备就绪，此时：数据终端准备就绪，此时DCE可以发送数据。可以发送数据。DSR(6)：数据设备准备就绪，只用来表示本端的数据设备已连通通信信：数据设备准备就绪，只用来表示本端的数据设备已连通通信信道。道。DCD(8)：接收线信号测试。：接收线信号测试。GND(7)：信

44、号地。：信号地。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口标准43.RS-232C与与TTL器件接口器件接口 一般的一般的TTL(CMOS)器件使用高低电平表示逻辑状态，而器件使用高低电平表示逻辑状态，而RS-232C使用使用负逻辑电平，两者不相容，必须进行转换。负逻辑电平，两者不相容，必须进行转换。完成电平转换的常用芯片完成电平转换的常用芯片MAX232，能实现电平的双向转换。，能实现电平的双向转换。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计13.2.6 串行通信的接口电路设计串行

45、通信的接口电路设计1串行接口形式串行接口形式 目前的单片机内部都含有串行通信接口，可方便实现器件之间或单片机目前的单片机内部都含有串行通信接口，可方便实现器件之间或单片机与与PC机之间的通信。机之间的通信。MCS-51的串行接口是一种异步通信接口，不能用于同步串行通信，但的串行接口是一种异步通信接口，不能用于同步串行通信，但可采用同步可采用同步/异步接收发送器（异步接收发送器（USART）器件来扩展串行接口。）器件来扩展串行接口。2串行接口基本任务串行接口基本任务u串串-并转换并转换串行数据和并行数据间的双向转换串行数据和并行数据间的双向转换u串行数据格式化串行数据格式化产生不同通信方式下的数

46、据格式产生不同通信方式下的数据格式u可靠性测试可靠性测试自动生成奇偶校验位自动生成奇偶校验位u接口与接口与DCE之间的联络控制之间的联络控制提供符合提供符合RS-232C标准规定的信号线标准规定的信号线武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计23常见的接口芯片常见的接口芯片8251及接口电路及接口电路(1)8251A的功能特点的功能特点 8251A是一种高性能串行通信接口，可以和多种单片机或微机连接，是一种高性能串行通信接口，可以和多种单片机或微机连接，具有同步、异步接收或发送功能。具有同步、异步接收或发送功能。(2)8251A的内部

47、结构（图的内部结构（图3-20）由接收器、发送器、调制控制、读写控制以及系统数据总线缓冲器由接收器、发送器、调制控制、读写控制以及系统数据总线缓冲器5部部分组成。内部由内部数据总线实现相互之间的通信。分组成。内部由内部数据总线实现相互之间的通信。u接收器：从接收器：从RXD线上串行接收数据，并按规定的格式把串行数据转换线上串行接收数据，并按规定的格式把串行数据转换成并行数据，经内部总线传送并存放在数据总线缓冲器。成并行数据，经内部总线传送并存放在数据总线缓冲器。u发送器：将并行接收来自发送数据缓冲器中的数据，经发送器：将并行接收来自发送数据缓冲器中的数据，经TXD线串行发线串行发送出去。送出去

48、。u数据总线缓冲器：与数据总线缓冲器：与CPU的数据线相接，用于存放的数据线相接，用于存放8251A的状态字，使的状态字，使8251A与系统数据总线连接起来。与系统数据总线连接起来。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计2武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计3u读读/写逻辑控制：用于接收写逻辑控制：用于接收CPU送来的控制信号并进行译码，以实现对送来的控制信号并进行译码，以实现对8251A的读的读/写操作控制。写操作控制。u调制控制：实现调制控制：实现8251A和调制解

49、调器的直接接口，用于传送和调制解调器的直接接口，用于传送8251A与调与调制解调器之间的应答信号。制解调器之间的应答信号。(3)引脚功能引脚功能 共有共有28 个引脚，根据功能分为三组：与个引脚，根据功能分为三组：与CPU接口的信号线、与外设的接口的信号线、与外设的接口线和电源线。接口线和电源线。u与与CPU接口的信号线（接口的信号线（14条）：包括条）：包括8根双向数据线（根双向数据线（D0-D7）等）等u与外设的接口线（与外设的接口线（12条）：条）：接收和接收控制线（接收和接收控制线（RXD/RXC/RXRDY/SYNDET）；）；发送和发送控制线（发送和发送控制线（TXD/TXC/TX

50、RDY/TXE）；）；与调制器连接的接口信号（与调制器连接的接口信号（DTR/DSR/RTS/CTS）。）。u电源线（电源线（2条）：条）：Vcc接接+5V电源，电源，GND接地。接地。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计4武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计5(4)8251A和和MCS-51的接口的接口武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术3.2 串行通信接口-接口设计64电平转换芯片电平转换芯片MAX232及接口电路及接口电路 单片