第8章通用串行.ppt
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1、2019/4/7,1,第八章 通用串行通信总线,串行通信优点:便于长距离传送 缺点:传送速度较慢,计算机与外界信息交换称为通信。,通信的基本方式可分为并行通信和串行通信:,并行通信是数据的各位同时发送或同时接收;,串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。,并行通信优点:传送速度快 缺点:不便长距离传送,2019/4/7,2,2019/4/7,3,0 1 1 0 1 0 1 0,将数据的各位按时间顺序依次在一根传输线上传输。,RS- 232C连接方式,2019/4/7,4,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 串行通信的格式及约定(如:同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平等)不同,形成了
2、多种串行通信的协议与接口标准。常见的有: 通用异步收发器(UART) 通用串行总线(USB) I2C总线 CAN总线 SPI总线 RS-485,RS-232C,RS422A标准等等,完成串行通信最少用一对线即可进行。线路成本低,传送距离远,速度慢。为了恢复发送的信息,收发双方必须协调工作,协调方法从原理上可分成两种:同步串行通信和异步串行通信。,2019/4/7,5,异步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。异步通信数据传送按帧传输,一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。 异步通信即每个字符都要额外附加两位,所以工作速度较低,在单片机中主要采用异步通信方式。(字符间异步,字符内部各位间同步
3、),1、异步通信,(a)起始位:逻辑0,1位; (b)数据位:58位(1/0); (c)奇偶校验:1位(有/无、奇/偶均可选); (d)停止位:逻辑1,1、1.5、2位,空闲位逻辑1,2019/4/7,6,同步通信依靠同步字符保持通信同步。 同步通信是由12个同步字符和多字节数据位组成,同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据;多字节数据之间不允许有空隙,每位占用的时间相等;空闲位需发送同步字符。,2、 同步通信,同步字符1,同步字符2,数据块,CRC1,CRC2,循环冗余校验码,数据块可以为任意长度,同步检测,2019/4/7,7,简单理解: 异步:发送和接收端的发送和接收动作不需
4、要时序上的同步,即两时钟互不干涉,但振动频率还是必须一致(低要求),这就是要求两端时钟必须使用同一种波特率的原因。 同步:在要求振动频率保持一致(高要求)的基础上,还要求发送和接收动作也必须保持时序上的同步,即两时钟必须以某种方式取得联系,使得发送和接收动作总是在同一时刻发生,显然这需要更多的信号开销。,2019/4/7,8,3、串行通信波特率,波特率bps(bit per second)定义: 每秒传输数据的位数,即: 1波特 = 1位/秒(1bps) 波特率的倒数即为每位传输所需的时间。 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率,否则无法成功地完成串行数据通信。,2019/4/7,9,一般说
5、来,通过串行接口直接发送的串行数据在其基本不产生信号畸变和失真的条件下,所能传送的最大距离取决于传输速率和传输线的电气性能。对于同种传输线,最大传输距离和传输速率是一对矛盾,下图给,出的是使用一种每英尺有50pF分布电容的非平衡的双屏蔽线时,最大传输距离随波特率变化的典型曲线。,2019/4/7,10,4、串行通信的制式,串行通信按照数据传送方向可分为三种制式:,单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传送数据,发送方和接收方固定。,1、单工制式(Simplex),2019/4/7,11,半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收器,既可发送也可接收,但不能同时接收和发送,发送时不能接收,接收时不能发
6、送。,2、半双工制式(Half Duplex),2019/4/7,12,全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收器,并且信道划分为发送信道和接收信道,因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据,发送时能接收,接收时也能发送。,3、全双工制式(Full Duplex),2019/4/7,13,通用串行总线USB,Universal Serial Bus(USB)是连接外部设备的一个串口总线标准,在计算机上使用广泛,但也可以用在机顶盒和游戏机上,补充标准(On-The-Go)使其能够用于在便携设备之间直接交换数据。 可以把各种各样的I/O设备连接到系统中,最大数量可达127台。 USB最初是由
7、英特尔与微软公司倡导发起,2019/4/7,14,USB接口的系统结构,通常,USB系统由以下三部分组成: USB互连(USB interconnection)、 USB主机(USB host)、 USB设备(USB device)。,返回,2019/4/7,15,2019/4/7,16,USB接口的连接器,2019/4/7,17,USB主机,逻辑信道所有用户(包括基站,终端)的纯数据集合 传输信道定义传输特征参数并进行特定处理后的所有用户的数据集合 物理信道定义物理媒介中传送特征参数的各个用户的数据的总称 逻辑信道信的内容 传输信道平信、挂号信、航空快件等等 物理信道写上地址,贴好邮票后的信
8、件,2019/4/7,18,1) 支持热插拔(Hot plug)和即插即用(Plug&Play,PnP)。当设备插入时,主机枚举(enumerate)此设备并加载所需的驱动程序,因此使用远比PCI和ISA总线方便。,通用串行总线特点,2) USB速度比并行端口(Parallel Port,例如EPP、LPT)与串行接口(Serial Port,例如RS-232)等传统计算机用标准总线快上许多。原标准中USB 1.1 的最大传输频宽为 12Mbps,USB 2.0 的最大传输频宽为 480Mbps。,2019/4/7,19,3) USB的设计为非对称式的,它由一个主机(host)控制器和若干通过
9、hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级hub,包括Hub在内,最多可以连接127个设备,而一台计算机可以同时有多个控制器。 USB hub不需要终结器。,2019/4/7,20,USB hub USB可以连接的外设有鼠标、键盘、游戏手柄、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口;由于大大简化了与计算机的连接,USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。 USB接口可以向外部提供+5V、0.5A电源,这使得一些小功率的外设可以省去自身的电源电路。 2005年显示器和高清晰度数字视频外设是仅有的USB未能染指的外设类别,
10、因为他们需要更高的传输速率。,2019/4/7,21,现标准中将USB统一为USB2.0,分为: 高速:传输速率25Mbps400Mbps(最大480Mbps) 全速:传输速率500Kbps10Mbps(最大12Mbps) 低速:传输速率10Kbps100Kbps(最大1.5Mbps),2019/4/7,22,USB电缆有4条线,2条信号线,2条电源线,可提供5伏特电源。允许的电压范围是 4.75V 至 5.25V,可提供的最大电流500mA, 线缆最大长度可以达到5米。 USB接口有上行口和下行口两种不同的物理接口,目的是防止形成回路。两种接口都是四个引脚,针脚定义是相同的。,2019/4/
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