串口通讯的概念及接口电路

时间:2016年05月11日

随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要。这里所说的通信是只计算机与外界的信息交换。因此,通信既包括计算机与外部设备之间,也包括计算机和计算机之间的信息交换。由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行信息传送,因此,特别适合于远距离传输。对于那些与计算机相距不远的人-机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等,采用串行方式交换数据也很普遍。在实时控制和管理方面,采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中,各CPU之间的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。

      许多外设和计算机按串行方式进行通信,这里所说的串行方式,是指外设与接口电路之间的信息传送方式,实际上,CPU与接口之间仍按并行方式工作。 1 串行通信的概念 串口通讯的概念及接口电路  图1-1       所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线,可能还需要控制线),数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,每一位数据都占据一个固定的时间长度。如图1-1所示。这种通信方式使用的数据线少,在远距离通信中可以节约通信成本,当然,其传输速度比并行传输慢。
     由于CPU与接口之间按并行方式传输,接口与外设之间按串行方式传输,因此,在串行接口中,必须要有“接收移位寄存器”(串→并)和“发送移位寄存器”(并→串)。典型的串行接口的结构如1-2所示。 串口通讯的概念及接口电路  图1-2       在数据输入过程中,数据1位1位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”,当“接收移位寄存器”中已接收完1个字符的各位后,数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。CPU从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符。(并行读取,即D7~D0同时被读至累加器中)。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。
      在数据输出过程中,CPU把要输出的字符(并行地)送入“数据输出寄存器”,“数据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”,然后由“发送移位寄存器”移位,把数据1位1位地送到外设。“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。 接口中的“控制寄存器”用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息,这些控制信息决定接口的工作方式。
    “状态寄存器”的各位称为“状态位”,每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种错误。例如,用状态寄存器的D5位为“1”表示“数据输出寄存器”空,用D0位表示“数据输入寄存器满”,用D2位表示“奇偶检验错”等。
      能够完成上述“串<- ->并”转换功能的电路,通常称为“通用异步收发器”(UART:Universal Asynchronous Receiver and Transmitter),典型的芯片有:Intel 8250/8251,16550。
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