1、第十一章 串行通信及接口電路,11.1 串行通信 11.1.1 概述 11.1.2 串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-232C接口 11.2 8251A可編程通信接口 11.2.1 8251的基本性能 11.2.2 8251的結(jié)構(gòu) 11.2.3 8251的初始化編程 11.2.4 8251應(yīng)用舉例,11.1 串行通信,11.1.1 概述 1串行通信的概念 所謂串行通訊是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。 “串行”是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，CPU與接口之間仍按并行方式工作。,11.1 串行通信,2串行通信的優(yōu)點(diǎn) 在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少

2、位就需要有多少條傳送線，而串行通信只需要一條傳送線。 3. 在串行通信中，有兩種最基本的通信方式： (1)非同步(異步)通信ASYNC(Asynchronous Data Communication):它用起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。 一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，每個(gè)字符一位一位地傳輸，傳輸一個(gè)字符時(shí)，以起始位開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸校驗(yàn)位，最后以停止位結(jié)束該字符的傳輸。一次傳輸?shù)钠鹗嘉?、字符各位、校?yàn)位、停止位構(gòu)成一組完整的信息，稱為幀（Frame） 幀與幀之間可有任意個(gè)空閑位,11.1 串行通信,(2)同步傳送: 在數(shù)據(jù)塊開始處用同步字符來指示。 多個(gè)字符成組傳

3、送，在每組信息的開始，加上同步字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構(gòu)成一個(gè)信息幀,11.1 串行通信,規(guī)定： 字符格式: 數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率:在串行通訊中，用波特率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。 波特率:每秒傳送的離散狀態(tài)數(shù)的量。,例如：數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适?20字符/秒，而每一字符包含10個(gè)數(shù)據(jù)位，則每秒傳輸傳送的二進(jìn)制位數(shù)為 101201200位/秒1200bit/s 則每一位的傳送時(shí)間為 Td1/12000.833ms,11.1 串行通信,串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯(cuò) 如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤，叫檢錯(cuò)。 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除錯(cuò)誤，叫糾錯(cuò) 最簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方法是奇偶校驗(yàn)，即在傳送字符的各

4、位之外，再傳送1位奇/偶校驗(yàn)位。可采用奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。 奇校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。 偶校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。,11.1 串行通信,4數(shù)據(jù)傳送方式,通常串行通信，數(shù)據(jù)在兩個(gè)站之間是雙向傳送的，A站可作為發(fā)送端，B站作為接收端，也可以A站作為接收端，而B站作為發(fā)送端，根據(jù)要求又可以分為半雙工和完全雙工兩種。 （1）半雙工(Half Duplex) 每次只能有一個(gè)站發(fā)送，即只能是由A發(fā)送到B，或是由B發(fā)送到A，不能A和B同時(shí)發(fā)送。,11.1 串行通信,（2）完全雙工(Full Duplex) 兩個(gè)站同時(shí)都能發(fā)送和接

5、收。,（3）單工方式(Full Duplex) 只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送,11.1 串行通信,數(shù)字信號(hào)的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅3003400Hz 所以采用普通通信線路進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要在發(fā)送端用調(diào)制器（Modulator）把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)通信線路傳送到接收方，接收方再以解調(diào)器（Demodulator），把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個(gè)裝置中，稱為調(diào)制解調(diào)器Modem,5信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),11.1 串行通信,在通訊中，Modem起著傳輸信號(hào)的作用，是一種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，簡(jiǎn)稱DCE。 接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)

6、據(jù)終端設(shè)備，簡(jiǎn)稱DTE。,11.1 串行通信,11.1.2 RS-232C標(biāo)準(zhǔn) 在串行通信中，DTE和DCE之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)通信中使用最普遍的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn) PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9 針和25針連接器。,11.1 串行通信,TXD：發(fā)送 RXD：接收 SG：信號(hào)地 DSR：DCE準(zhǔn)備好 DTR：DTE(即微機(jī)接口電路，如8250/8251)準(zhǔn)備好 RTS：DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送 CTS：DCE允許DTE發(fā)送,該信號(hào)是對(duì)RTS信號(hào)的回答。 DCD：數(shù)據(jù)載波檢出 當(dāng)本地DCE收到對(duì)方的DCE設(shè)備送來的載波信號(hào)時(shí)，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)

7、備接收，并且由DCE將接收到的載波信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)RXD線送給DTE。 RI：振鈴信號(hào) 當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效，通知DTE已被呼叫。,11.1 串行通信,RS-232-C采用負(fù)邏輯，且信號(hào)電平與TTL不兼容,串行接口芯片8250、8251均使用TTL電平，應(yīng)使用電平轉(zhuǎn)換電路與RS-232C連接器連接。 MC1488：TTL電平RS232電平 （用于發(fā)送方） MC1489：TTL電平RS232電平 （用于接收方）,11.1 串行通信,對(duì)各種信號(hào)的規(guī)定如下：,（1）在TxD和RxD線上 MARK（即表示為1）3到25V SPACE（即表示為0）+3到+25V （

8、2）在RTS、CTS、DSR等線上 ON +3到+25V OFF3到25V,采用Modem(DCE)和電話網(wǎng)通信時(shí)的信號(hào)連接,11.1 串行通信,采用專用線通訊時(shí)的信號(hào)連接,11.1 串行通信,無Modem的標(biāo)準(zhǔn)連接,11.1 串行通信,無Modem 的最簡(jiǎn)連接,11.1 串行通信,無Modem時(shí)，最大通訊距離的計(jì)算： RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)誤碼率小于4%時(shí)，要求導(dǎo)線的電容值應(yīng)小于2500PF。 普通導(dǎo)線的電容值約為170PF/M。 則允許距離L=2500PF/（170PF/M）=15M,11.1 串行通信,11.2.1 8251的基本性能 可用于同步和異步傳送。 同步傳送：5-8bit/

9、字符，內(nèi)部或外部同步，可自動(dòng)插入同步字符。 異步傳送：5-8bit/字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的1，16，64。 可產(chǎn)生中止字符：可產(chǎn)生1、3/2、或2個(gè)位的停止位。 通過編程，可以實(shí)現(xiàn)異步通訊協(xié)議或面向字符的同步通訊協(xié)議，波特率：同步方式下：0-64Kbps；異步方式下：0-19.2Kbps。 同步方式下，每字符為5，6，7，8位，能自動(dòng)檢測(cè)同步字符，自動(dòng)添加奇偶校驗(yàn)。 異步方式下，每字符可為5，6，7，8位，自動(dòng)增加起始位、停止位和校驗(yàn)位。 完全雙工，雙緩沖器發(fā)送和接收器。,11.2 8251A可編程通信接口,11.2 8251A可編程通信接口,11.2.2 8251的結(jié)構(gòu),11.2 82

10、51A可編程通信接口,模式寄存器：決定工作于同步或異步模式以及接收和發(fā)送的字符格式 同步字符寄存器：存放同步模式下的同步字符,C/D#: 該信號(hào)一般連至地址線A0，用于選擇控制端口/數(shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器合用一個(gè)端口，控制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個(gè)端口。 TxE：通知CPU發(fā)送移位寄存器空。此時(shí)，在狀態(tài)寄 存器的TxE位置1。CPU可以查詢TxE信號(hào)或狀態(tài)寄存器的TxE位 TxRDY:告訴CPU，8251已準(zhǔn)備好發(fā)送，CPU可以為其提供需要發(fā)送的字符 RxRDY:通知CPU，8251已從外部設(shè)備收到一個(gè)字符，等待CPU讀取。CPU可以查詢?cè)撔盘?hào)，或把該信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。,11.2 8

11、251A可編程通信接口,SYNDET:同步檢測(cè)信號(hào)，只用于同步方式 TXC、RXC: 8251沒有內(nèi)置的波特率發(fā)生器，必須由外部產(chǎn)生建立波特率的時(shí)鐘信號(hào)，TXC、RXC通常與8253連接,11.2 8251A可編程通信接口,11.2.3 8251的初始化編程 8251是一個(gè)可編程的多功能通信接口。所以在具體使用時(shí)必須對(duì)它進(jìn)行初始化編程，確定它的具體工作方式。 例如：規(guī)定工作于同步還是異步方式；傳送的波特率；字符格式等等。 初始化編程的過程如圖12-21的流程圖所示。,11.2 8251A可編程通信接口,方式選擇字格式如圖12-22所示。 方式選擇字可以分為四組，每組兩位。首先，由D1D0確定是

12、工作于同步方式還是異步方式。當(dāng)D1D0=00時(shí)，則為同步方式；而在D1D000時(shí)為異步方式，且D1D0的三種組合用以選擇輸入時(shí)鐘頻率與波特率之間的系數(shù)。 D3D2用以確定字符的位數(shù)： D5D4用以確定奇偶校驗(yàn)的性質(zhì)，它們的規(guī)定都是很明確的。 D7D6在同步和異步方式時(shí)的意義是不同的。異步時(shí)，用以規(guī)定停止位的位數(shù)；同步時(shí)，用以確定是內(nèi)同步還是外同步，以及同步字符的個(gè)數(shù)。 在同步方式時(shí)，緊跟在方式選擇字后面的是由程序輸入的同步字符。它是用與方式選擇字類似的方法由CPU輸給USART的。,11.2 8251A可編程通信接口,11.2 8251A可編程通信接口,在輸入同步字符后，或在異步方式時(shí)，在方式

13、選擇字后應(yīng)由CPU輸給命令字，其格式如圖12-23所示。 方式選擇字是規(guī)定8251的工作方式，而命令字直接使8251處于規(guī)定的工作狀態(tài)。以準(zhǔn)備接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。 8251上還有狀態(tài)寄存器，CPU可通過I/O讀操作把8251的狀態(tài)字讀入CPU，用以控制CPU與8251之間的數(shù)據(jù)交換。,11.2 8251A可編程通信接口,發(fā)送允許 1允許 0屏蔽,數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 “高”將迫使DTR輸出至0,接收允許 1允許 0屏蔽,送中止字符 1迫使TxD“低” 0正常工作,錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位 1使全部錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位 （PE OE FE）,請(qǐng)求發(fā)送 “高”將迫使RTS輸出至0,內(nèi)部復(fù)位 “高” 使8251返回到方式指令格式

14、,外部搜索方式 1啟動(dòng)搜索同步字符,讀狀態(tài)字時(shí)， 端為“1”。狀態(tài)字的格式如圖12-24所示。 狀態(tài)字中的TxRDY，只要數(shù)據(jù)緩沖器一空就置位；而引腳TxRDY只有當(dāng)條件： 數(shù)據(jù)緩沖器空 TxEN成立時(shí)，才置位。,11.2 8251A可編程通信接口,奇偶錯(cuò)誤 當(dāng)檢測(cè)到奇偶錯(cuò)誤時(shí)使標(biāo)志置位。 它由命令指令中的ER復(fù)位。 PE并不禁止8251 工作。,溢出錯(cuò)誤 在下一個(gè)輸入字符變?yōu)榭捎玫?，CPU 沒有把字符讀走，OE標(biāo)志置位，它的命 令指令中的ER位復(fù)位。 此標(biāo)志不禁止8251工作，但發(fā)出此錯(cuò) 誤時(shí)上一個(gè)字符已經(jīng)丟失。,幀錯(cuò)誤（只用于異步方式） 當(dāng)在任意字符的結(jié)尾沒有檢測(cè)到規(guī)定 的停止位時(shí)，這個(gè)標(biāo)

15、志置位。它由命令指 令中的ER位復(fù)位，此標(biāo)志不禁止8251工作。,11.2.4 8251應(yīng)用舉例 例111：編寫8251異步模式下的接收和發(fā)送程序，完成256個(gè)字符的發(fā)送和接收，設(shè)端口地址：208H，209H，波特率因子16，1起始位，1停止位，無奇偶校驗(yàn)，每字符8位。,11.2 8251A可編程通信接口,MOV DX,209H MOV AL,40H ；復(fù)位命令。 OUT DX，AL,發(fā)送程序,11.2 8251A可編程通信接口,MOV AL，01001110B ；模式字 OUT DX，AL,MOV AL，00110111B ；控制字 MOV DX, AL,MOV CX, 256 ；發(fā)送256

16、字節(jié) MOV SI, 0,MOV DX，209H IN AL，DX ；狀態(tài)字,AND AL，01H ；TXRDY？ JZ NEXT,NEXT：,MOV DX，208H MOV AL, SHUSI OUT DX，AL ；發(fā)送 INC SI,LOOP NEXT,Data segment SHU DB 256 dup(?) Data ends,接收程序,接收256字節(jié)，放在buf中,MOV DX,209H MOV AL,40H ；復(fù)位 OUT DX，AL MOV AL，0100,1110B ；模式字 OUT DX，AL MOV AL，00110111B ；控制字 OUT DX，AL MOV CX，2

17、56 ；接收256字節(jié) MOV DI，0,11.2 8251A可編程通信接口,MOV DX，209H IN AL，DX ；狀態(tài)字,AND AL，02H ； RXRDY？ JZ NEXT,NEXT：,MOV DX，208H IN AL，DX ；接收1字符,MOV bufDI，AL INC DI,LOOP NEXT,Data segment Buf DB 256 dup(?) Data ends,例112：在甲乙兩臺(tái)微機(jī)之間串行通信。A機(jī)發(fā)送，B機(jī)接收。要求把A機(jī)上開發(fā)的應(yīng)用程序（其長(zhǎng)度2DH）傳送到B機(jī)中去。采用異步方式，字符長(zhǎng)度為8位，2個(gè)停止位，波特率因子為64，無校驗(yàn)，波特率為4800。C

18、PU與8251之間采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。端口地址分配是：命令/狀態(tài)為309H，數(shù)據(jù)口為308H。,甲,11.2 8251A可編程通信接口,CSEG SEGMENT ASSUME CS:CSEG,發(fā)送程序,11.2 8251A可編程通信接口,START: MOV DX,309H ;控制口地址 MOV AL,00H OUT DX，AL MOV AL，40H ;內(nèi)部復(fù)位 MOV DX，AL,MOV AL，0CFH ;方式字 OUT DX，AL MOV AL，37H ;命令字 OUT DX，AL,MOV CX ，2DH ；傳送字節(jié)數(shù) MOV SI，300H ；發(fā)送首地址,MOV DX，309H ；狀態(tài)口地址 IN AL,DX ；輸入狀態(tài) TEXT AL,38H ；檢查三個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志位 JNZ ERR ；有錯(cuò)，轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理,AND AL,01H JZ L1 ；發(fā)送未準(zhǔn)備好，則等待,L1：,MOV DX,308H ；數(shù)據(jù)口地址 MOV AL,SI ；取發(fā)送數(shù)據(jù)