6.3 串行通信（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第27课时- 电工版第五版 串行通信 教学目标 熟悉串行通信接口标准（EIA RS - 232）的功能、电信号特性和机械描述 掌握串行通信的基本概念，如单工、半双工、全双工等 掌握通用串行总线（USB）的特点、物理接口及逻辑功能 教学重难点 串行通信的基本概念和数据传输方式 EIA RS - 232 标准的接口功能和电信号特性 异步方式与同步方式的原理和应用 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 在数据通信与计算机领域，我们日常使用的设备是如何进行数据传送的呢？ 是一位一位地传，还是多位同时传？ 让我们带着这些疑问，开始串行通信的学习。 新知讲授 在数据通信与计算机领域，存在串行和并行两种基本的数据传送方式。 串行数据传送是在单条一位宽传输线上按时间先后一位一位传送，常用于远距离； 并行传送则是在多条并行传输线上每位同时传送，多用于近距离。 数据传送方式概述 新知讲授 串行通信的发展历程 早在1790年，欧洲就开启了远距离电子通信试验 早期电子通信试验 1837年，Samrel F.B.Morse创立了完全串行二进制数据系统的首次实践，发明了Morse代码（摩尔斯码），这是不定长代码，为电报通信奠定了基础。 莫尔斯码发明 1874年，法国人Emile Baudot发明了定长代码BAUDOT码，推动了编码技术的标准化进程。 博多码发展 目前常用的是ASCII码，作为现代计算机和通信系统中广泛使用的字符编码标准。 ASCII码应用 新知讲授 单工仅能进行一个方向的数据传送，如从设备 A 到设备 B； 半双工能在设备 A 和 B 之间交替双向传送，但不同时； 全双工能在两个方向同时进行数据传送，设备 A 和 B 需有独立的发送器和接收器。 串行通信基本概念 - 单工、半双工和全双工 新知讲授 数据传输速率即每秒传输的二进制数位数（比特数），也称比特率，单位为 b/s。 波特率是每秒传输的波特数，若每个符号所含信息量为 1 位，则波特率等于比特率，计算机中常将两者等同，但其他场合需注意区别。 串行通信基本概念 - 数据传输速率 波特率：单位时间内传送的二进制数据的位数，单位用bps（位/秒）表示，记作波特 比特率：单位时间内传送二进制有效数据的位数，单位用bps表示，bps即bit/s 新知讲授 在串行通信中，发送器用发送时钟决定发送每一位数据的时间长度，接收器用接收时钟检测每一位输入数据。 串行数据发送时以发送时钟划分数据位界限，接收时以接收时钟检测和采样定时。 串行通信基本概念 - 发送时钟和接收时钟 新知讲授 发送（或接收）时钟频率 F、波特率因子和波特率存在关系 F = 波特率因子 × 波特率。 当发送和接收时钟频率一定时，选择不同波特率因子可得到不同波特率； 若频率不等，需改变波特率因子或调整时钟频率以保证双方波特率一致。 串行通信基本概念 - 波特率因子 新知讲授 数据传输同步方式有异步和同步两种。 异步方式又称起止同步方式，用起始位和停止位构成一帧； 同步方式去掉起始和停止位，用同步字符指示数据块开始，速率高但硬件复杂。 串行通信基本概念 - 异步方式与同步方式 新知讲授 串行通信同步特点： 1.拥有同步时钟线； 2.数据的每一位通过时钟信号进行传输； 3.时钟统一、字符与字符间同步无间隔。接收器。 串行通信基本概念 - 单工、半双工和全双工 串行通信异步特点： 1.不需要同步时钟线； 2.通信双方需要在数据传输前配置相同数据传输速率，例如：UART常用波特率9600。 新知讲授 在数据块传送时，为提高速度采用同步传送。它去掉起始和停止位，在数据块开始处用同步字符指示，同步传送速率高于异步传送，通常为几十至几百千波特，但要求由时钟实现发送端与接收端同步，硬件复杂。 串行同步传送的数据格式 新知讲授 串行异步传送用一个起始位（恒为 “0”）表示字符开始，字符编码为 n 位，第 n + 1 位为奇偶校验位，停止位（恒为 “1”）可以是 1 位、1.5 或 2 位。以 7 位 ASCII 码为例，一个字符由 10、10.5 位或 11 位构成。 串行异步传送的数据格式 新知讲授 串行通信接口标准 - EIA RS - 232 概述 新知讲授 串行通信接口标准 - RS - 232 概述 RS - 232 标准用于数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的串行二进制数据交换。 新知讲授 RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。 EIA RS - 232 接口电路的功能描述 RS - 232 功能分为数据功能和控制功能。数据功能通过引脚 2 的发送器和引脚 3 的接收器实现，其余为控制功能。信号从 DTE 观点说明，如发送数据（TD，引脚 2）对 DTE 是输出，对 DCE 是输入。 新知讲授 RS - 232 标准指明双极性逻辑电平，由电压幅值和极性描述。定义了 4 种逻辑电平，输入与输出电平定义不同，数据功能和控制功能也不同，考虑了噪声容限，允许有 2V 噪声（峰值）或 - 2V 电压降。 RS - 232 电信号特性 - 逻辑电平 新知讲授 由于 RS - 232 电压和逻辑电平通常不用于计算机电路，需电平转换。专门集成电路 “EIA（RS - 232）线路驱动器” 及 “线路接收器” 完成此功能，通常是倒相器，异步 I/O 控制电路除发送和接收数据端外其他控制输入和输出需倒相。 RS - 232 电信号特性 - 电平转换 新知讲授 USB（Universal Serial Bus）通用串行总线是由Compaq、Digital Equipment、Intel、Microsoft、IBM、NEC及Northern Telecom等7家公司联合开发的一种流行的外设接口标准。 通用串行总线（USB） - 概述 新知讲授 全速设备：D+上接1.5k上拉电阻； 低速设备： D-上接1.5k上拉电阻； 全速/低速USB总线设备连接方法 新知讲授 通用串行总线（USB） - 物理接口 - 电气特性 USB 总线传输介质是 4 线电缆，两条供电，两条传输数据。信号线特性阻抗为 90Ω，采用差模方式传输信号，接收端灵敏度不低于 200mV。 新知讲授 每个 USB 设备有 “上行”（A 系列）和 “下行”（B 系列）连接端口，不可互换。电缆 4 根导线颜色不同，电源 VBus 为红色，电源地 GND 为黑色，D + 数据线为绿色，D - 数据线为白色。连接器有 4 个引脚和屏蔽外壳，坚固且易插拔。 通用串行总线（USB） - 物理接口 - 机械特性 随堂检测1 串行通信中，单工通信的特点是什么？ 答案：仅能进行一个方向的数据传送，如从设备 A 到设备 B，A 只能作为发送器，B 只能作为接收器。 解析：单工通信是数据传输方向固定的通信方式，这是其基本定义和特点。 RS - 232 标准中，输入逻辑电平的有效区间是？ 答案：+5～+15V 和 - 5～ - 15V 之间。 解析：RS - 232 标准明确规定了输入逻辑电平的有效区间，这是该标准的重要内容。 练一练 随堂检测2 波特率与比特率在什么情况下相等？ 答案：当每个符号所含信息量为 1 位（bit）时，波特率等于比特率。 解析：这是波特率与比特率关系的基本概念，每个符号信息量为 1 位时两者数值相同。 同步传送与异步传送相比，主要优点是？ 答案：速率高。 解析：同步传送去掉了起始和停止位，在数据块传送时速度更快，这是其相对于异步传送的主要优点。 练一练 随堂检测3 USB 接口的优点不包括以下哪项？ A. 速度慢 B. 可热插拔 C. 无须外接电源 D. 标准统一 答案：A 解析：USB 接口的特点是速度快，而不是速度慢，其他选项都是 USB 接口的优点。 练一练 随堂检测4 以下哪种通信方式中，数据可以在两个方向同时进行传送（ ）。 A. 单工 B. 半双工 C. 全双工 D. 以上都不是 【答案】C 【解析】全双工能够在两个方向同时进行数据传送，在设备 A 向设备 B 发送数据的同时，设备 B 也向设备 A 发送数据。而单工仅能进行一个方向的数据传送，半双工能在设备 A 和设备 B 之间交替地进行双向数据传送，但不能同时进行。所以选 C。 练一练 师生互动 1 在实际的计算机设备连接中，如何根据不同的应用场景选择合适的通信方式和接口标准？请分组讨论并举例说明。 课题小结 1. 串行通信基础概念 串行通信 2. 串行通信核心要素 基本概念 接口标准 数据传送方式 通信发展史 USB 概述 USB 物理接口 3. 通用串行总线 谢谢观看 THANKS $