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计算机接口技术 串行接口 本章重点 【学习目标】：了解串行通讯的基本概念，掌握利用8251A实现串行通讯的软硬件技术。 【知识点】： （1）串行通讯的概念； （2）同步串行通讯； （3）异步串行通讯； （4）单工； （5）半双工； （6）全双工； （7）波特率； （8）数据位； （9）起始位； （10）停止位； （11）校验位。 【重点】：利用8251A实现串行通讯的软硬件技术。 并行与串行 并行接口简而言之就是多位二进制信息同时传输的技术； 计算机中CPU与存储器、I/O接口的数据传输都属于并行传输； 在计算机发展初期，并行传输技术运用的较多。 并行传输有着其致命的缺陷，即传输距离短。由于并行传输需要多根线缆并排排列，随着排线距离的加大，线间的电容增加，对数字信号的传输的干扰加大，会出现数字信号的畸变，导致传输的误码率增高。 在实际应用中，并行传输被证明只适合近距离的传输，而不适合远距离的传输。同时也因为线间电容的影响，不适合高频信号的传输。 鉴于并行传输的技术的制约，计算机的数字信号传输慢慢地往更多地应用串行传输的方向发展。 到目前为止，计算机中利用串行通信的技术有很多，例如：USB、PCI Express、I2C、SPI，硬盘的SATA、SAS连接等都是采用串行接口技术。 7.1 串行传输的概念 串行传输是指数据的二进制代码在一条物理信道上以位为单位按时间顺序逐位传输的方式。 串行传输时，发送端逐位发送，接收端逐位接收，同时，还要对所接收的字符进行确认，所以收发双方要采取同步措施。 存在的问题 在设备I中（或可以理解为在CPU中），数据是并行存储的，8位二进制数存储在存储器中（或寄存器中），如何将并行存储的8位二进制数，按单位时间分解（或者拆解）为8个二进制位呢？ 设备II假设可以依次接收到8位二进制位，显然需要将其再合成为一个字节的数据存储起来，如何合成呢？ 从上面的叙述中，我们发现设备I既可以选择从D0开始发送，也可以从D7开始发送，设备II如何知道设备I是选择的哪种方式呢？如果方式理解的错误，显然合成的数据是错误的。 其中一个最难理解的内容是时间问题。设备I和设备II的运行速度很可能不一致，即设备之间的时间可能不统一，那么所谓的“单位时间”是什么呢？换句话讲，如何统一两个设备之间的单位时间呢？ 即使我们统一了单位时间，设备I什么时候发送第一个位，设备II如何能够知道并开始接收呢？ 设备II如何知道，什么时候设备I的发送停止了呢？或者说设备II如何知道设备I要发送多少位呢？ 7.2 串/并、并/串转化 7.3 串行通信的时间统一问题 串行通信的时间统一问题是串行通信的关键问题，为此，我们设计了两种方式来解决这个问题： 同步方式（同步通信）； 异步方式（异步通信）。 7.3.1 同步方式 7.3.2 异步方式 一个最基本的想法就是： 发送方发送数据的时钟频率（周期）和接收方接收数据的时钟频率要求相同。 即每一秒钟发送的数据（二进制）位数和接收的数据位数相同， 例如：发送方与接收方都设定为9600bps，我们称之为比特率（二进制时称波特率），即：9600 Baud rates per second（每秒钟收发9600位二进制位）。 如果按照这个想法，需要发送方和接收方都分别存在一个设备，该设备的发送/接收的波特率可以进行软件设定。 8086/8088系统中，有一个专用芯片8251A，该芯片可以对波特率进行设定。 7.3.2 异步方式 7.3.2 异步方式 虽然双方已经统一了时间（频率），但是发送方何时发送，接收方何时接收并没有确定。 发送方一次发送多少位二进制数据，接收方也无法知晓，要实现双方的正常通信，要求发送的数据必须准确地传送到接收方，接收方必须能够准确地接收到数据。 如何才能做到呢？ 7.3.2 异步方式 设定起始位（1位）。 设定数据通信位数（5位、6位、7位、8位）。 设定奇偶校验位（1位）。 设定停止位（1位、1.5位、2位）。 7.4 单、双向串行通信 7.4.1 全双工方式（full duplex） 7.4.2 半双式方式（half duplex） 7.5 可编程串行通信芯片（Intel 8251A） 8251A芯片系Intel公司为解决串行通信而设计的专用芯片，支持同步和异步串行通信，我们将支持异步串行通信的类芯片统称为：异步收发器 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter),在当今的很多单片机系统中均包含UART模块。 8251A的外形如图7.9所示 8251A的外部接口 8251A引脚 7.5.1 8251A内部结构图 7.5.3 8251A的控制字与状态字 方式字举例 【例7.1】某异步通信中，其数据格式采用8位数据位，1位起始位，2位停