林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.1
三種基本資料轉移模式
計算機 顯示器
(a)
單工(
單向轉移)
計算機 終端機
(b)
半多工 傳送與接收不能同時進行計算機 終端機
(c)
全多工 傳送與接收可以同時進行微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
微處理器與串列I/O裝置的界接
CPU
界面電路 串列 I/O 裝置
並列資料匯流排 串列資料
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.3
非同步串列資訊標準格式(TTL信號)
1 2 4 4 3
同位位元或第 9個資料位元
STOP位元 START位元
1 44 2 44 3
5到8個資料位元
MARK MARK
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
資料字元(01001101)的波形
偶同位位元
STOP
位元START
位元8
個資料位元MARK
1 44 2 44 3 MARK t
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.5
連續傳送兩個資料字元
偶同位位元 STOP START位元 位元
8個資料位元 MARK
t
1 44 2 44 3
START位元 8個資料位元
偶同位位元 STOP
位元
6 44
第一個字元7 44 8
第二個字元1 44 2 44 3
6 44 7 44 8
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
在不同取樣頻率下的非同步串列資料的接收
RxD RxC 取樣脈波
中心點 中心點 (a) RxC 1
×RxD
RxC 取樣脈波
(b) RxC 4
×林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.7
同步串列資料轉移的資料框格式
SYN SYN SOH 抬頭 STX 資訊(256/512B) ETX BCC
(a) 首、尾旗號方式
(b) 字元長度方式
7E 位址 控制 資訊 CRC 7E
BISYNC
HDLC
Ethernet PPP 7E FF 03 協定 資訊( 1,500B)
≤
CRC 7E冠碼 DA SA 長度 資訊( 1,500B)
≤
PAD CRC微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
VRC與LRC檢查
P D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0
VRC偶同位位元 (a) VRC檢查
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0
LRC偶同位位元 (b) LRC檢查
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.9
VRC與LRC檢查
LRC偶同位位元
(c) LRC與VRC合併使用 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 P
1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0
VRC 偶同位位元
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
CRC檢查
餘式計算的方法
1. 設 G(x)為 r 階多項式,在欲傳送資訊 D(x)的尾端加 r 個 0 ; 2. 將步驟 1 得到的資訊位元串除以 G(x)位元串(使用 modulo 2 除法);
3. 將步驟 1 得到的資訊位元串減去餘式(使用 modulo 2 減法),結果即為真正傳 送的資訊位元串 T(x)。
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.11
CRC檢查
10011 11010110110000 10011
10011 10011 00001 00000 00010
1100001010
00000 00101
00000 01011
00000 10110
10011 01010 00000 10100 10011 01110 00000 1110 T’(x) G (x)
R(x)
(a) 產生餘式 (b) 檢查餘式
10011 11010110111110 10011
10011 10011 00001 00000 00010
1100001010
00000 00101
00000 01011
00000 10111
10011 01001 00000 10011 10011 00000 00000 00000 T (x) G(x)
R(x)
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
CRC多項式執行電路
D CK
Q Q'
D CK
Q Q'
D CK
Q Q' D
CK Q
0 Q' a1 1 a2 2 k-1
a0 ak-1 ak
CP
D(x)
G x ( ) = a x
k k+ a
k−1x
k−1+ + a x a +
1 0
LL
x
32+ x
26+ x
23+ x
16+ x
12+ x
11+ x
10+ x
8+ x
7+ x
5+ x
4+ x
2+ + x 1 x
16+ x
15+ x
2+ 1
CRC-16 =
CRC-32 =
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.13
CRC多項式執行電路
D CK
Q Q'
D CK
Q Q'
D CK
Q Q' D
CK Q
0
Q' a
1 1 2 3a
0a
4CP
D(x)
G x 9 ) = x
4+ + x 1
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
CRC多項式執行電路
(=D’) (=D’ ⊕Q0) (=Q3⊕D)
Q0 Q1 Q2 Q3 D D’
0 0 0 0 1 1
1 1 0 0 1 1
1 0 1 0 0 0
0 1 0 1 1 0
0 0 1 0 0 0
0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 1 1
1 1 0 0 0 0
0 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 0
0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 0
0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 0 0
R(x) 接收端
餘式為0沒有錯誤發生
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.15
近距離的數據通信
PC1 PC2
RS-232
(a) 近距離的數據通信例
PC 1 信號接腳 2(傳送資料) 3(接收資料) 7(信號接地)
PC 2 信號接腳 2(傳送資料) 3(接收資料) 7(信號接地) (b) RS-232信號連接
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
典型的數據通信系統(利用電話網路)
數據機
電話線 codec
RS-232
端局
數據機
電話線
codec RS-232
端局 codec
codec 數據機陣列
數位傳輸線
ISP 2 ISP 1
數位傳輸幹線 PC 1
PC 2
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.17
RS-232界面的9/25接腳連接器
1 13
14 25
(b) DB25連接器
1 5
6 9
(a) DB9連接器
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
與數據機相關的控制線
• CTS(clear to send,CB,接腳5)
• DCD(data carrier detect,CF,接腳8)
• DSR(data set ready,CC,接腳6)
• DTR(data terminal ready,CD,接腳20)
• RTS(request to send,CA,接腳4)
• RI(ring,CE,接腳22)
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.19
資料交換協定
資料傳送演算法
BEGIN
1. PC 啟動 DTR ;
2. 若 DSR 信號尚未啟動,則持續等待到啟動為止;
3. 經由 AT 命令,指引數據機產生”拿起話筒”的信號,與進行撥號的動作;
4. 數據機持續監視電話線上的信號,直到收到一個成立的載波信號為止,然 後啟動 DCD 告知 PC ;
5. PC 接著送出 RTS 信號,並等待數據機送回 CTS 信號;
6. (資料傳送來復式控制) Repeat
PC 傳送資料,然後等待數據機送回 CTS 信號。
Until (資料傳送完畢) END{資料傳送演算法
}微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
資料交換協定
資料接收演算法
BEGIN
1. PC 接到啟動的 RI 信號後送出 DTR 信號;
2. 若 DSR 信號尚未啟動,則持續等待到啟動為止;
3. 經由 AT 命令,指引數據機產生”拿起話筒”的信號;
4. 數據機持續監視電話線上的信號,直到收到一個成立的載波信號為止,然 後啟動 DCD 告知 PC ;
5. PC 接著送出 RTS 信號,並等待數據機送回 CTS 信號;
6. (資料傳送來復式控制);
Repeat
PC 接收資料,然後等待數據機送回 CTS 信號。
Until (資料接收完畢)
END{資料接收演算法
}林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.21
本地與遠端迴路測試
傳送器 接收器
DTE 本地數據機
(a) 本地迴路測試
DTE
傳送器 接收器 本地數據機
接收器 傳送器 遠端數據機 公共電話系統
(b) 遠端迴路測試
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
RS-422A信號與TTL轉換器
TTL位準 1 TTL位準
2
8 16
+12 V +12 V
16
8 1 2
3
220
Ω
MC3487 3 220Ω MC3486
a b
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.23
RS-423A信號與TTL位準轉換器
TTL位準 1 TTL位準
2
8 16
+12 V +12 V
16
8 1 2
50
Ω 3MC3487 3 MC3486
同軸電纜 a
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
RS-485多點的主從式應用系統例
(a) 兩線結構
(b) 四線結構 TxD RxD
主站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
TxD RxD 主站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
TxD RxD 副站
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.25
RS-232、RS-422、RS-423、與RS-485電氣界面特性
特性 RS-232 RS-423A RS-422A RS-485
操作模式 單端 單端 差分 差分
線上傳送端數目 1 1 1 1
線上接收端數目 1 10 10 32
電纜最大長度 50 呎 4,000 呎 4,000 呎 4,000 呎
最大資料傳送速率 20 k 鮑 300 k 鮑/30 呎 10 M 鮑/40 呎 10 M 鮑 /40 呎
推動器邏輯值
“0” > +5 V ~ +15V > +3.6 V ~ +6 V > +2 V ~ +6 V +1.5 V ~ +6 V “1” < -5 V ~ -15 V < -3.6 V ~ -6 V < -2 V ~ -6 V -1.5 V ~ -6 V
雜訊免疫力 2.0 V 3.4 V 1.8 V -
輸入阻抗 3~7 kΩ > 4 kΩ > 4 kΩ ≥ 12 kΩ
輸出阻抗 3~7 kΩ > 450 Ω 100 Ω 54 Ω
短路電流 500 mA 150 mA 150 mA 150 mA
輸出電壓轉移率 30 V/µs(最大) - - -
輸入端最小臨限電壓 “0”
“1”
+3 V -3 V
+0.2 V -0.2 V
+0.2 V -0.2 V
+0.2 V -0.2 V
接收端輸入電壓範圍 ±15 V ±12 V ±10 V -7 V ~ +12 V
加於輸出端的最大電 壓範圍
±25 V ±6 V -0.25 V ~ +6 V -7 V ~ +12 V
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
MCS-51串列通信埠邏輯方塊圖
SBUF
(只能寫入) 移位暫存器
SBUF (只能讀取) 傳送鮑
速率時脈
接收鮑 速率時脈
MCS-51內部資料匯流排 TxD(P3.1) RxD(P3.0)
CK CK
MCS-51
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.27
串列通信埠控制暫存器 SCON (*SMOD0 = 0/1)
SCON 位址: 98H 重置值: 00H 位元可存取
SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0
9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
SM0/FE* SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*8xC51Fx與8xC51GB的PCON暫存器
PCON 位址: 87H 重置值: 00xx0000 非位元可存取
7 6 5 4 3 2 1 0
SMOD1 SMOD0 - - GF1 GF0 PDE IDLE
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.29
使用定時器1產生的常用鮑速率
定時器 1 鮑速率 系統時脈 SMOD/SMOD1
C / T模式 重新載入值
模式 0 :最大為 1 MHz 12 MHz x x x x
模式 2 :最大為 375 kHz 12 MHz 1 x x x
模式 1 與 3 : 62.5 kHz 12 MHz 1 0 2 FFH
19.2 kHz 11.059 MHz 1 0 2 FDH
9.6 kHz 11.059 MHz 0 0 2 FDH
4.8 kHz 11.059 MHz 0 0 2 FAH
2.4 kHz 11.059 MHz 0 0 2 F4H
1.2 kHz 11.059 MHz 0 0 2 E8H
137.5 Hz 11.059 MHz 0 0 2 1DH
110 Hz 6 MHz 0 0 2 72H
110 Hz 12 MHz 0 0 1 FEEBH
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
定時器2操作於鮑速率產生器模式
OSC ÷2
(8位元)TH2 TL2 (8位元)
溢位
T2接腳
C / T 2=0
TR2 控制
RCAP2H RCAP2L C / T2=1
EXF2
控制 EXEN2 T2EX接腳
轉態偵測
重新 載入
定時器2 中斷要求 定時器1計數溢位
÷2 0 1 SMOD/SMOD1 位元
÷16
÷16 TCLK
RCLK 1
1 0
0
RxC
TxC
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.31
使用定時器2產生的常用鮑速率
定時器 2
鮑速率 系統時脈
RCAP2H RCAP2L
375 kHz 12 MHz FFH FFH
9.6 kHz 12 MHz FFH D9H
4.8 kHz 12 MHz FFH B2H
2.4 kHz 12 MHz FFH 64H
1.2 kHz 12 MHz FEH C8H
300 Hz 12 MHz FBH 1EH
110 Hz 12 MHz F2H AFH
300 Hz 6 MHz FDH 8FH
110 Hz 6 MHz F9H 57H
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
MAX232/MAX233與MCS-51的界接
+5 V
MCS-51
P3.1 P3.0
VCC
8 5
11 10
9
MAX 232
10
2 3 7 11
12
14 13 6 2 16
GND 15 1
3 4 5
DB-9 C1
C2
C3
C4
(a) 使用MAX232 (b) 使用MAX233
+5 V
MCS-51
P3.1 P3.0
VCC
19 5
11 1
20
MAX 233
10
2 3 18 2
2
5 4 16 15 11
10 13
14 12 17
DB-9 7
6 9
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.33
*MCS-51的多重微處理器例
TxD 主控制器
RxD 從屬控制器
RxD 從屬控制器
RxD 從屬控制器
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*8xC51GB串列擴充埠控制暫存器SEPCON
SEPCON 位址: D7H 重置值: 00H 非位元可存取
7 6 5 4 3 2 1 0
- - SEPE SEPREN CLKPOL CLKPH SEPS1 SEPS0
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.35
*8xC51GB串列擴充埠狀態暫存器SEPSTAT
SEPSTAT 位址: F7H 重置值: 00H 非位元可存取
7 6 5 4 3 2 1 0
- - - SEPFWR SEPFRD SEPIF
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*8xC51GB串列擴充埠(SEP)操作模式 (模式1與3不能使
用在接收模式中)
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
輸出資料 模式0
模式2 取樣資料
輸出資料 模式1 模式3 取樣資料
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.37
*MM74HC589元件及其與8xC51GB的界接
8位元資料門閂
A B C D E F G H
LC 8位元PISO移位暫存器
SA
QH SC
SS / PL OE
14
15
12
11
13 10 1 2 3 4 5 6 7
9 Vcc = 16 Gnd = 8 MM 74HC589
8xC51GB P4.0
P1.0 P1.1
SC
QH
LC
MM 74HC589
A到H
P4.1
SS PL/ OE
(a) MM74HC589 (b) 與8xC51GB界接
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*74HC589元件及其與8xC51GB的界接
8xC51GB P4.0
P1.0
SC A
LC MM 74HC595
QA到QH
P4.1
OE RESET 10 k
VCC
(a) MM 74HC595
SQH QA QB QD QE QF QG QH
LC A
SC
OE
14 15
13
9
8位元資料門閂
8位元SIPO移位暫存器
1 2 3 4 5 6 7 Vcc = 16 Gnd = 8
QC
11
10 RESET 12
(b) 與8xC51GB界接
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.39
MCS-51與X24C44 NOVRAM界接
+5 V
MCS-51 P1.2 P1.1 P1.0
CE SK DI DO
V
CCV SS STORE
RECALL8 7 6 5 1
2 3 4
X24C44
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
X24C44指令組
指令 格式, I2 I1 I0 動作
WRDS 1xxxx000 重置寫入致能門閂(即抑制寫入與儲存的動作)
STO 1xxxx001 (store 指令)儲存 RAM 的資料於 EEPROM 內 (保留) 1xxxx010 N/A
WRITE 1AAAA011 寫入資料於 RAM 的 AAAA 位置中
WREN 1xxxx100 設定寫入致能門閂(即致能寫入與儲存的動作)
RCL 1xxxx101 (recall 指令)自 EEPROM 中取回 RAM 的資料 READ 1AAAA11x 讀取位於 RAM 之 AAAA 位置中的資料
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.41
MC14489與MCS-51界接
+5 V
MCS-51
P1.0 P1.1 P1.2
VCC
V
SS 3a cb d h e f g 8
8 8 8 8 8
a b c d e f g h
BANK 5 BANK 4 BANK 3 BANK 2 BANK 1
7 6 5 4 2 1 20 19
17 16 15 13 9
MC14489
DATA IN CLOCK ENABLE
DATA OUT 18
14 8
12 11 10 3.6 k
Rx
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*使用I2C匯流排的典型系統架構
主元件
SDA
從屬元件 從屬元件
SCL 從屬元件 + 5 V
R R #1 #2 #3 #4
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.43
*I2C匯流排的START與STOP
START SCL
SDA
STOP 資料值改變
穩定的資料值
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*I2C匯流排的資料傳送例
START SDA SCL
STOP
1 2 7 8 9
MSB ACK
NACK
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.45
*I2C匯流排的時序
t
SU:STASDA SCL
t
Ft
Rt
HD:STAt
HIGHt
LOWt
SU:DATt
HD:DATt
BUFt
SU:STO微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*I2C匯流排的時序參數值
標準模式 快速模式
符號 參數
最小值 最大值 最小值 最大值 單位
fOSC
SCL 時脈信號頻率 0 100 0 400 kHz
tBUF
兩個資料傳輸動作的最小時距 4.7 - 1.3 -
µstHD STA:
START 信號的持住時間 4.0 - 0.6 -
µstSU STA:
START 信號的設定時間 4.7 - 0.6 -
µstHIGH
SCL 時脈信號的高電位期間 4.0 - 0.6 -
µs tLOWSCL 時脈信號的低電位期間 4.7 - 1.3 -
µstHD DAT:
DATA 的持住時間 0 3.45 0 0.9
µstSU DAT:
DATA 的設定時間 250 - 100 - ns
tR
SCL 與 SDA 信號的上升時間 - 1000 - 300 ns
tFSCL 與 SDA 信號的下降時間 - 300 - 300 ns
tSU STO:STOP 信號的設定時間 4.0 - 0.6 -
µs林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.47
*MCS-51與X24164元件界接
+5 V
MCS-51 P1.1 P1.0
SCL SDA V
CCVSS
8
7 2
4 6
5
X24164 S0 S1 S2
TEST
3 1
1 1 0 0
A10 A9 A8 RW1 2 4 4 3
由S2 S1 S0決定
(b) 從屬元件位址位元組
(a) 與MCS-51界接
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*X24164元件的資料寫入
(a) 位元組寫入
S P
ACK ACK ACK
START STOP
X24264的動作 MCS-51
的動作 從屬元件位址 語句位址 資料
6 74 48 6 74 48 6 74 48
SDA信號
(b) 頁區寫入
S P
ACK ACK ACK
START STOP
X24264的動作 MCS-51
的動作 從屬元件位址 語句位址(n) 資料(n)
6 74 48 6 74 48 6 74 48
SDA信號
ACK ACK
資料(n+15) 資料(n+1) 6 74 48 6 74 48
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.49
*X24164元件的資料讀取
(b) 任意位址讀取
P
ACK ACK ACK STOP
X24264的動作 MCS-51
的動作 從屬元件位址
6 74 48 SDA信號
ACK
資料(n) 資料(n+1) 資料(n+2) 資料(n+x)
1 2 4 4 3 1 2 4 4 3 1 2 4 4 3 1 2 4 4 3
(c) 循序位址讀取 X24264的動作
S P
ACK
START STOP
MCS-51
的動作 6從屬元件位址4748 6 74資料48
SDA信號
(a) 目前位址讀取
S P
ACK ACK
START STOP
X24264的動作 MCS-51
的動作 6 7從屬元件位址4 48 6 7語句位址(n)4 48 6 74資料(n)48
SDA信號
ACK
6 7從屬元件位址4 48
S
START
微算機基本原理與應用 第15章 串列I/O、界面、與應用
*X24164元件的I2C匯流排時序
tSU:STA
SDA OUT SDA IN
SCL
tF tR
tHD:STA
tAA
tHIGH tLOW
tSU:DAT tHD:DAT
tDH tBUF
tSU:STO
林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 15.51
*X24164的時序參數值 (未列出者與表15.5-1的標準模式相同)
符號 參數 最小值 最大值
tAA SCL 低電位到 SDA 輸出穩定的資料 0.3 0.5 µs
tHD DATA OUT 的持住時間 300 - ns