1、微機原理與接口技術(shù)易凡 武漢大學物理學院電子科學與技術(shù)系,第九章 串行通信與接口,教學重點 異步通信協(xié)議和RS232C接口 8051、8250芯片的結(jié)構(gòu)與編程使用 異步通信程序,9.1 串行通信基礎,串行通信： 將數(shù)據(jù)分解成二進制位用一條信號線，逐位順序傳送的方式 串行通信的優(yōu)點： 通信的線路少，因而在遠距離通信時可以極大地降低成本 串行通信適合于遠距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送 PC系列機上有兩個串行異步通信接口、鍵盤、鼠標器與主機間采用串行數(shù)據(jù)傳送,傳輸制式,單工方式（Simplex）: 只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送,圖示,傳輸制式（續(xù)）,半雙工方式（Half-Du

2、plex） 收發(fā)雙方均具備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)能力。由于只有一條通道，不能同時在兩個方向上傳送數(shù)據(jù)。,圖示,傳輸制式（續(xù)）,全雙工方式（Full Duplex）: 收發(fā)雙方均具備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)能力，并可以同時進行雙向傳輸。,圖示,傳輸速率,比特率(信息傳輸速率) ： 每秒傳送的二進制數(shù)位數(shù)(比特數(shù)) 單位為bps (bit per second) 波特率(碼元傳輸率): 每秒傳送的碼元(符號)數(shù) 單位為: 波特(Baud)即每秒傳送1個碼元 (符號)稱傳輸率是1波特。,傳輸速率（續(xù)）,波特率與比特率的差異 若每個碼元所含的信息量為1比特(Bit)，則波特率等于比特率，否則二者不等 例如，在四相調(diào)制系

3、統(tǒng)中， 每次調(diào)制取4種相位差值，它代表2 位二進制信息位，此時, 比特率=2波特率 標準波特率系列為: 110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200,串行通信協(xié)議,通信協(xié)議： 收發(fā)雙方共同遵守的基本通信規(guī)程（Protocol） 通信協(xié)議主要內(nèi)容： 同步方式 傳輸控制步驟 差錯檢驗方式 數(shù)據(jù)編碼 數(shù)據(jù)傳輸速率 通信版文的格式 控制字符的定義等,串行通信的基本方式,串行通信有兩種基本方式 異步串行通信 在通信的數(shù)據(jù)流中，字符間異步，字符內(nèi)部各位間同步。 “異步” 體現(xiàn)在字符與字符之間通信沒有嚴格的定時要求。 一旦傳送開始，收/發(fā)雙方則以預先約定的傳輸速率，在

4、時鐘的作用下，傳送這個字符中的每一位。 同步串行通信 數(shù)據(jù)流中的字符與字符之間和字符內(nèi)部位與位之間都同步。 同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊（字符塊）為信息單位傳送，而每幀信息包括成百上千個字符； 傳送一旦開始，要求每幀信息內(nèi)部的每一位都要同步。,異步通信協(xié)議（起止式通信協(xié)議）格式,起始位：每一幀字符的開始，1位，邏輯0 數(shù)據(jù)位：緊接著起始位，數(shù)據(jù)位個數(shù)為58位，數(shù)據(jù)從最低位開始發(fā)送 奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位之后，發(fā)送1位奇偶校驗位，也可以不發(fā)校驗位 停止位：一幀字符的最后發(fā)停止位，它可以是1位、1.5位或2位的邏輯1信號 空閑位：在每一幀字符之間可以有不等位數(shù)的邏輯1信號，表示沒有傳送,圖示,異步通信協(xié)議（

5、起止式通信協(xié)議）格式,比如ASCII 字符 A, 二進制是0100 0001(8位)，它們在起始位和2位停止位之間傳送，并使用了1位奇校驗位。,Out,為了確保異步串行通信傳輸正確：,15,用相反極性的起始位和停止位/空閑位提供準確的時間基準 接收器在每位的中心采樣，以獲得最大的收/發(fā)時鐘頻率偏差容限 接收器采用比傳送波特率更高頻率的時鐘來控制采樣時間，以提高采樣的分辨能力和抗干擾能力。,例題：異步傳輸7位ASCII碼，如果需要數(shù)據(jù)傳輸速率為240字符/秒，使用1位奇偶校驗位和1位停止位，則：波特率應該是多少？有效數(shù)據(jù)位傳輸位是多少？傳輸效率是多少？,答： 波特率是 (7位數(shù)據(jù)位+1位起始位+

6、1位校驗位+1位停止位)240 =2400b/s 有效數(shù)據(jù)位傳輸位是 ：7240=1680b/s 傳輸效率是：1680/2400=70%,以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結(jié)束 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜 串行同步通信主要應用在網(wǎng)絡當中 最常使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC,同步通信協(xié)議,同步通信協(xié)議的格式：,多個數(shù)據(jù)字節(jié)加上同步字符構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包稱為1幀 每一幀以1個或2個同步字符(SYNC)為起始 緊跟同步字符之后是 N個數(shù)據(jù)字符，N可由用戶設定 以兩個檢驗字符(CRC)作為1幀的結(jié)束,SYNC2,a. 單同步數(shù)據(jù)格

7、式,b. 雙同步數(shù)據(jù)格式,c. 外同步數(shù)據(jù)格式,信號的調(diào)制與解調(diào),調(diào)制（Modulating） 發(fā)送方將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號（實現(xiàn)頻譜搬移） 解調(diào)（Demodulating） 接收方將接收的模擬信號還原成數(shù)字信號 調(diào)制解調(diào)器MODEM 具有調(diào)制和解調(diào)功能的器件合制在一個裝置 數(shù)字信號的帶寬較寬，模擬信號帶寬較窄 遠距離傳送需要調(diào)制,圖示,21,調(diào)制方法：,按照調(diào)制技術(shù)的不同分為調(diào)頻（FM）、調(diào)幅（AM）和調(diào)相（PM）三種，根據(jù)傳輸數(shù)字信號的變化規(guī)律去調(diào)整載波的頻率、幅度或相位,信道復用,時分多路復用TDM(Time Division Multiplexing) 就是將一條物理傳輸線路按時間分

8、成若干時間片輪換地為多個信號所占用，每個時間片由復用的一個信號占用。 頻分多路復用FDM(Frequency Division Multiplexing) 利用頻率調(diào)制原理，將要同時傳送的多個信號進行頻譜搬移，使它們互不重疊地占據(jù)信道頻帶的不同頻率段，然后經(jīng)發(fā)送器從同一信道上同時或不同時地發(fā)送出去。 計算機串行數(shù)據(jù)通信及其接口中使用時分多路復用系統(tǒng)。,9.2 串行接口標準RS-232C,RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用串行接口標準 1962年公布，1969年修訂，1987年1月正式改名為EIA-232D 是數(shù)據(jù)終端設備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)

9、據(jù)發(fā)送設備DCE(Data Communication Equipment) 之間相互連接的標準接口,最高數(shù)據(jù)傳輸率為19.2Kbps，傳輸電纜長度不超過15米 RS232C接口采用標準的D型25針連接器(DB25連接器)及九針連接器,圖示,9.2 串行接口標準RS-232C,RS232C引腳定義:,232C包括兩個信道：主信道和次信道 次信道為輔助串行通道提供數(shù)據(jù)控制和通道，但其傳輸速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常較少使用,表9.1 常用的RS232C接口信號,RS232C引腳定義（續(xù)）,DTR(Data Terminal Ready): DTE準備好信號 DET接通電源并進入工

10、作狀態(tài)后向DCE發(fā)出DTR信號，僅當DCE收到信號后方可進行通信 DSR(Data Set Ready): DCE準備好信號 DCE接通電源并進入工作狀態(tài)后向DTE發(fā)出DSR信號，DTE確信該信號有效后，發(fā)出請求發(fā)送信號。,RTS(Request To Send): 數(shù)據(jù)請求發(fā)送 當DTE設備準備發(fā)送數(shù)據(jù)時，向DCE發(fā)出RTS信號 CTS(Clear To Send): 允許發(fā)送信號 是DCE設備對DTE發(fā)來RTS信號的回答，數(shù)據(jù)才能被發(fā)送。,RS232C引腳定義（續(xù)）,DCD(Data Carrier Detected): 數(shù)據(jù)載波檢測信號 當DCE檢測到線路上出現(xiàn)有效載波信號后，向 DTE

11、發(fā)出DCD信號。 RI(Ring Indicate): 振鈴指示 當調(diào)制解調(diào)器接收到對方的撥號信號期間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效,TxD：發(fā)送數(shù)據(jù) 串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端 RxD：接收數(shù)據(jù) 串行數(shù)據(jù)的接收端 GND：信號地 為所有的信號提供一個公共的參考電平,RS232C引腳定義（續(xù)）,保護地（機殼地）： 起屏蔽保護作用的接地端 TxC：發(fā)送器時鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘信號 RxC：接收器時鐘 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號,RS-232C的連接,微機利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)器，用于實現(xiàn)通過電話線路的遠距離通信 微機利用232C接口直接連接進行短距離通信。這種連接不使

12、用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（Null Modem）連接,連接調(diào)制解調(diào)器,不使用聯(lián)絡信號的3線相連方式,為了交換信息，TxD和RxD應當交叉連接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不應檢測CTS和DSR是否有效,“偽”使用聯(lián)絡信號的3線相連方式,RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接 表明請求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準備好,使用聯(lián)絡信號的多線相連方式,通信比較可靠 所用連線較多，不如前者經(jīng)濟,電氣特性,RS-232C采用EIA電平 邏輯“1”在3V15V之間 邏輯“0”在3V15V之間 實際常用12V或15V,圖示,標準TTL電平 高電平：2.4V5V 低電平：0V0.4V,R

13、S232C電平與 TTL電平不兼容，二者之間通常需加電平轉(zhuǎn)換電路,圖示,必須抗共模噪聲干擾,RS-232C由于在發(fā)送器與接收器之間有公共信號地，不可能使用雙端信號，因此共模噪聲很容易引入信號系統(tǒng)中，且噪聲幅度可高達好幾伏，這是迫使RS-232C使用較高傳輸電壓的主要原因。 另一個原因是為了補償傳輸線上的信號衰減和沿線附加電平的影響。,最大傳輸速率和最大傳輸線長度的關(guān)系,37,一般應用情況下，RS-232C的最高傳輸速率為20Kb/s，最大傳輸線長度為30m。,機械特性,連接器,連接器的連接,電纜長度,在通信速率低于20Kb/s時，RS-232C所能直接連接的最大物理距離為15m（50ft）。

14、RS-232C規(guī)定，若不使用MODEM，則碼元的畸變要小于4%，驅(qū)動器的負載電容應該小于2500pF，則單位（1ft）長度的電容值為NpF的電纜的長度應該是：,使用特制的低電容電纜也能有效地提高電纜長度，可以達到150m（500ft）甚至更多。,RS-232 的局限,RS-232C采用單端驅(qū)動、單端接收的單端雙極性電路標準。僅用一條線路傳輸一種信號，根據(jù)該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯的“1”和“0” 。 對于多條信號線來講，它們的地線是公共的，這種共地傳輸方式，抗干擾能力很差。 盡管采用電平轉(zhuǎn)換器來提高信號傳輸電平，但在較長距離時，由于電壓損失，仍不可避免錯誤。 當信號穿

15、過電磁干擾環(huán)境時，也可能因附加的干擾信號電平使發(fā)送的“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”。故其信號波特率不能過高，僅限在20Kb/s以下，且距離不大于15m。,異步通信適配器,PC微機異步通信適配器是微機與微機、微機與MODEM及微機與外設之間進行異步通信的接口。其核心是UART。 USART (Universal Synchronous /Asynchronous Receiver and Transmitter ) 通用同步/異步接收發(fā)送器 常見的UART主要有8251A、 INS8250、PC16450和PC16550。此外，還有帶更大緩沖的UART，稱為PC16650和PC16750,9

16、.3 可編程串行通信接口芯片8251A,可用于同步傳送和異步傳送 同步傳送 58位/字符；內(nèi)同步或外同步；可自動插入同步字符 異步傳送 58位/字符；時鐘頻率為波特率的1、16、64倍；可產(chǎn)生終止字符；可產(chǎn)生1、1.5、2位的停止位；可檢測假起始位；自動檢測和處理終止字符,9.3.1 8251A的基本功能,9.3.1 8251A的基本功能,波特率： 064K(同步)；019.2K(異步) 全雙工 雙緩沖器發(fā)送和接收 出錯檢測： 具有奇偶、溢出和幀錯等檢測電路 輸入輸出電平與TTL電平兼容； 單一+5V電源；單一TTL電平時鐘； 雙列直插封裝,9.3.2 8251A的結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)總線緩沖器： 三態(tài)

17、雙向8位緩沖器，8251A通過它與CPU交換信息 讀/寫控制邏輯電路： 控制讀/寫、復位等操作,圖示,調(diào)制/解調(diào)控制電路: 提供一組調(diào)制/解調(diào)控制信號，使8251A可與MODEM相連 發(fā)送緩沖器: 由數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器與并串移位寄存器組成，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)發(fā)送出去,9.3.2 8251A的結(jié)構(gòu)（續(xù)）,發(fā)送控制電路: 協(xié)調(diào)發(fā)送緩沖器工作，為傳送提供識別控制信息位（如起始位，停止位、同步字符等） 接收緩沖器: 接收串行數(shù)據(jù)，并按相應格式轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù) 接收控制電路: 協(xié)調(diào)接收緩沖器工作,8251A的引腳功能,與CPU連接信號 D7D0：雙向數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連，傳送命令字，狀態(tài)信息和收

18、發(fā)數(shù)據(jù) RESET：復位信號，有效時，將內(nèi)部寄存器和控制邏輯清0 CS#(Chip Select)：片選信號，來自CPU的I/O地址譯碼器 RD#、WR#：讀、寫控制信號，與系統(tǒng)的IOR、IOW相連 CLK ：系統(tǒng)時鐘信號，產(chǎn)生8251A內(nèi)部的時序信號 C/D# ：控制口/數(shù)據(jù)口選擇信號； C/D# = 1，選中控制/狀態(tài)端口 C/D# = 0，選中數(shù)據(jù)端口,表9.2 RD*、WR*、C/D* 的編碼和對應的操作,與CPU連接信號,TxRDY(transmitter Ready)：發(fā)送器準備好信號，輸出，高電平有效 TxRDY有效的條件是: CTS#引腳是低電平，初始化命令字的TxEN=1，當

19、發(fā)送緩沖器為空時，此信號有效 它有效表明CPU可以向8251A發(fā)送數(shù)據(jù) 在中斷方式下，TxRDY可作為中斷請求信號 CPU向8251A寫入一個字符后，TxRDY自動復位,與CPU連接信號,TxE(Transmitter Empty) 發(fā)送器空信號，輸出，高電平有效 表示發(fā)送器中并串轉(zhuǎn)換器已空，發(fā)送過程已完成； 8251A從CPU接收待發(fā)的數(shù)據(jù)后，自動復位； 字符發(fā)送完，TxE又變?yōu)楦撸?TxRDY較TxE之前有效,RxRDY(Receiver Ready) 接收器準備好信號，輸出，高電平有效 表示8251A已經(jīng)接收了一個數(shù)據(jù)，正等待CPU取走； 該信號可作為向CPU發(fā)出的中斷請求信號； 當CP

20、U讀取數(shù)據(jù)后，RxRDY自動復位。,與CPU連接信號,SRNDET(Synchronous Detect) 同步檢驗信號，雙向，高電平有效。該信號僅用于同步方式，其輸入輸出由程序控制。 內(nèi)同步方式： SRNDET端輸出。當8251A檢測到同步字符時，該信號為高電平，表示接收發(fā)送達到同步。 外同步方式： SRNDET端輸入。當片外電路檢測到同步字符時從該端輸入高電平，它使8251A在RxC時鐘下開始裝配字符。,與調(diào)制/解調(diào)器的接口信號,DTR#(Data Terminal Ready) 數(shù)據(jù)終端準備好信號，低電平有效。 有效表示DTE設備已準備好。 DSR#(Data Set Ready) 數(shù)據(jù)

21、裝置準備好，輸入，低電平有效。 它是MODEM對DTR信號的回答，表示MODEM已準備好。,RTS#(Request To Send) 請求發(fā)送信號，輸出，低電平有效。 用于通知MODEM，DTE設備要求發(fā)送數(shù)據(jù),與調(diào)制/解調(diào)器的接口信號,CTS#(Clear To Send) 允許發(fā)送信號，輸入，低電平有效。 是MODEM對RTS 的響應信號，表示允許DTE設備發(fā)送數(shù)據(jù) TxD(Transmitter Data) 發(fā)送數(shù)據(jù)線 RxD(Receiver Data) 接收數(shù)據(jù)線,傳輸速率控制線,TxC(Transmitter Clock) 發(fā)送器時鐘，控制8251A發(fā)送字符的速率 RxC(Rec

22、eiver Clock) 接收器時鐘，控制8251A接收字符的速率 在同步方式下：TxC和RxC的頻率等于字符傳輸?shù)牟ㄌ芈?在異步方式下：TxC和RxC的頻率可以是字符傳輸波特率的1倍、16倍或64倍，由初始化編程設定,9.3.3 8251A的編程使用,工作方式字 作用： 設定8251A的工作方式，如異步/同步方式，字符格式，傳輸率等 寫入次序 工作方式字必須緊跟復位操作之后寫入 工作方式字的格式為:,工作方式字的格式,工作方式字的格式說明,D1、D0：同步異步/波特率系數(shù)選擇 D1D0=00，為同步方式控制字 此時由D7D6位來選擇同步的方式 D1D000，是異步方式控制字 D1D0=01、

23、10、11，其波特率系數(shù)分別為：1、16、64 TxC和RxC的頻率、波特率系數(shù)和波特率的關(guān)系為:,工作方式字的格式說明,D3、D2：字符長度選擇 D3D2=00 、01、10、11，數(shù)據(jù)分為：5、6、7、8位 D5、D4：奇/偶校驗選擇 D5D4=0、10、11，分別為：無校驗、奇校驗、偶校驗 D7、D6：同步控制方式/停止位長選擇 當D1D0=00，為同步控制方式設置 D7D6=00、01、10、11，分別為雙/單同步下的內(nèi)/外同步； 當D1D000，為停止位長選擇 D7D6=01、10、11，停止位長分別為：1、1.5、2位,例9.1 設定8251A工作于異步方式，波特率系數(shù)是16, 每

24、個字符7位數(shù)據(jù)位，1位起始位，2位停止位，偶校驗。,則其工作方式字為 : 1111 1010B=0FAH 設定工作方式程序段為: MOVDX ，309H；8251A的控制口 MOVAL ，0FAH；工作方式字 OUTDX ，AL,工作命令字,作用： 確定8251A的實際操作，使8251A進入某種工作狀態(tài)，以便發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 工作命令字的格式:,工作命令字的格式:,D0：發(fā)送允許 D0=1，允許發(fā)送，D0=0，禁止發(fā)送 D1：數(shù)據(jù)終端準備就緒。 D1=1，置引腳DTR#有效，表示數(shù)據(jù)終端準備好 D2：接收允許 D2=1，允許接收，D2=0，禁止接收 D3：發(fā)中止字符 D3=1，使引腳TxD為低電

25、平，輸出中止字符 D3=0，正常工作情況,工作命令字的格式說明,D4：錯誤標志復位 D4=1，使狀態(tài)寄存器中出錯標志(FE、OE、PE)復位 D5：發(fā)送請求 D5=1，置引腳RTS#為低電平，向MODEM提出發(fā)送請求 D6：內(nèi)部復位。 D6=1，使8251A復位 D7：搜索同步字符，只用于內(nèi)同步方式 D7=1，8251A對RxD引腳輸入的信息進行同步字符搜索，若搜索到，使SYNDET輸出高電平,例9.2 要使8251A內(nèi)部復位，且允許接收和發(fā)送，應先發(fā)復位字，再發(fā)允許收發(fā)字。,程序段為： MOVDX , 309H ；309H 8251A命令口 MOVAL , 0100 0000B；置D6=1，

26、 OUTDX , AL；使內(nèi)部復位 MOVAL , 0000 0101B；置D2=1, D0=1 OUTDX , AL；允許接收與發(fā)送,狀態(tài)字,8251A內(nèi)部設有狀態(tài)寄存器，CPU用IN指令讀入8251A的狀態(tài)字，查詢接口當前的工作狀態(tài)。 狀態(tài)字的格式：,狀態(tài)字的格式說明,RxRDY（D1）、TxE（D2）和SYNDET（D6）的含義與同名引腳的含義和狀態(tài)相同 DSR（D7）=1，表示DSR#引腳為低電平 TxRDY（D0）=1，只表示輸出緩沖器已空， 這與輸出引腳TxRDY的含義有所不同。 僅當狀態(tài)位TxRDY=1，引腳CTS#為低和命令字的TxEN位=1， 三者同時滿足時， 輸出引腳TxR

27、DY=1,狀態(tài)字的格式說明,FE=1表示幀格式錯，即在異步方式下，當一個字符結(jié)束而沒有檢測到規(guī)定的停止位的差錯 OE=1表示溢出錯，即CPU尚未讀取上一個字符而又接收了下一個字符的錯誤 PE=1表示當前出現(xiàn)了奇偶校驗錯 FE、OE和PE的有效并不影響8251A的操作，它們被工作命令字的ER位復位。,例9.3 查詢8251A接收器是否準備好，可用以下程序段:,MOVDX , 309H；309H：狀態(tài)口地址 L： INAL , DX；讀狀態(tài)字 ANDAL , 02H；查D1 (RxRDY) =1? JZL；未準備好，繼續(xù)查詢 MOVDX , 308H； 308H： 數(shù)據(jù)口地址 INAL , DX

28、；已準備好，讀取數(shù)據(jù),例9.4 在傳輸過程中要檢查出錯信息,MOV DX , 309H； 309H為 狀態(tài)口 IN AL , DX；讀狀態(tài)字 TEST AL , 38H；檢查D5D4D3三位 (FE、OE、PE) JNZ ERROR；若其中有一位為1，則出錯 ERROR：,工作方式字和 工作命令字的使用,方式字、命令字、狀態(tài)字之間的關(guān)系 方式字只約定了雙方通信的方式、數(shù)據(jù)格式、傳輸速率等參數(shù) 數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，要靠命令字來確定 要正確地接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，則需要CPU查詢狀態(tài)字來進行控制,方式字和命令字的寫入,8251A的工作方式字與操作命令字占有同一端口地址，寫入方式字和命令字時要按一定的順序先

29、后寫入 對8251A復位之前，最好先寫3個“0”，并作相應的延時 寫入順序：寫三個0 復位工作方式字工作命令字1工作命令字2 。,圖示,8251A與CPU的信息交換方式,查詢方式 CPU先讀入8251A狀態(tài)字 若狀態(tài)字的D0(TxRDY)=1，CPU可向8251A數(shù)據(jù)口寫入數(shù)據(jù)，完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送 若狀態(tài)字的D1(RxRDY)=1，CPU可從8251A數(shù)據(jù)口讀取數(shù)據(jù)，完成一幀數(shù)據(jù)的接收,中斷方式,8251A沒有單獨的中斷請求引腳，TxRDY引腳可作為發(fā)送中斷求信號 引腳RxRDY可作為接收中斷請求信號； 若數(shù)據(jù)發(fā)送與接收均采用中斷方式，則TxRDY和RxRDY可通過“或門”向CPU提出中斷請求

30、，CPU轉(zhuǎn)入中斷程序后再查詢狀態(tài)字，分別轉(zhuǎn)向發(fā)送或接收處理程序,8251A的編程舉例,例9.5 設定8251A工作于異步方式，波特率因子為64， 每字符7個數(shù)據(jù)位，偶校驗，2個停止位，寫出初始化程序段，設數(shù)據(jù)口地址為50H，控制口地址為51H。 工作方式字：1111 1011B=0FBH 工作命令字：0100 0000B=40H (內(nèi)部復位) 工作命令字：0001 0111B=17H (清出錯標志，接收發(fā)送允許，使DTR有效),初始化程序段：,MOV AL , 40H； 使內(nèi)部復位 OUT 51H , AL； 51H 是8251A的控制口 MOV AL , 0FBH； 設定工作方式 OUT 5

31、1H , AL MOV AL , 17H ；設定工作命令字 OUT 51H , AL,例9.6 8251A工作于同步方式，雙同步，采用內(nèi)同步方式(SYNDET引腳為輸出)，奇校驗，每個字符8個數(shù)據(jù)位，寫出初始化程序段。設8251A的數(shù)據(jù)口地址為308H，控制口地址為309H。,工作方式字：0001 1100B=1CH 同步字符： 16H 工作命令字：1000 0111B=97H,工作程序段：,MOV AL , 40H；使內(nèi)部復位 MOV DX , 309H；309H 是控制口地址 OUT DX , AL MOV AL , 1CH； 設定工作方式 OUT DX , AL MOV AL , 16H

32、；輸出工作命令字 OUT DX , AL；連續(xù)輸出兩個同步字符 OUT DX , AL MOV AL , 97H；寫工作命令字 OUT DX , AL,例9.7 用8251A實現(xiàn)與終端(顯示器, 鍵盤)的串行通信, 即CPU接收鍵盤輸入字符, 然后輸出到顯示器顯示。設8251A工作于異步方式，波特率因子為16， 每字符7個數(shù)據(jù)位，奇校驗，1個停止位。 8251A數(shù)據(jù)口地址為0D0H，控制口地址為0D1H。,硬件連接: 采用“自環(huán)”方式連接,傳送單個字符到顯示器的程序段,BEGIN: MOV AL , 5AH；寫方式字 OUT 0D1H , AL； 0D1H為控制口地址 MOV AL , 37H

33、；寫命令字，使錯誤標志復位 OUT 0D1H , A；發(fā)送、接收允許，DTR和RTS輸出低電平 STATE: IN AL , 0D1H ；讀狀態(tài)字 TESTAL , 01H；檢查TxRDY1？ JZSTATE；如不為1，則繼續(xù)查詢 MOVAL , 4AH；輸出字符 J的ASCII碼 OUT0D0H , AL； 0D0H為數(shù)據(jù)口地址 HLT,字符回送到顯示器程序段，要求串行接口接收從鍵盤輸入的一個字符，并立即將該字符回送到顯示器顯示。,BEGIN: MOVAL , 5AH；寫方式字 OUT0D1H , AL；到控制口 MOVAL , 37H；寫命令字，使錯誤標志復位 OUT0D1H , AL；發(fā)

34、送、接收允許，DTR和RTS輸出低電平 STATE1: INAL , 0D1H；讀狀態(tài)字 TESTAL , 02H；檢查RxRDY1？ JZSTATE1；不為1，則繼續(xù)查詢,INAL , 0D0H；接收一個字符 MOVBL , AL；暫存于BL中 STATE2: INAL , 0D1H；讀狀態(tài)字 TESTAL , 01H；檢查TxRDY1？ JZSTATE2；不為1， 則繼續(xù)查詢 MOVAL , BL；BL中暫存的字符送AL OUT0D0H , AL；字符輸出給顯示器 JMPSTATE1；繼續(xù)準備接收,字符回送到顯示器程序段，要求串行接口接收從鍵盤輸入的一個字符，并立即將該字符回送到顯示器顯示

35、。,例9.8 利用8251A實現(xiàn)雙機通信,要求： 甲，乙兩臺微機之間串行通信，甲發(fā)，乙收，要把甲機上的一段程序(長度為2DH)傳送到乙機中； 采用異步方式，每個字符8個數(shù)據(jù)位，2個停止位，波特率因子為64，無校驗； CPU于8251A之間用查詢方式交換數(shù)據(jù)； 口地址分配是：309H命令口/狀態(tài)口，308H為數(shù)據(jù)口。 硬件連接: 用兩片8251A，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換構(gòu)成RS-232C接口，最簡方式連接。,圖示,發(fā)送方(甲機)初始化及控制程序段,START : MOV DX , 309H；命令口 MOV AL , 00H OUT DX , AL；空操作 MOV AL , 40H；內(nèi)部復位 OUT DX ,

36、 AL NOP；空格延時 MOV AL , 0CFH；方式字 OUTDX , ALMOVAL , 11H；命令字（ER和TXEN均置1） MOV CX , 2DH；傳送字節(jié)數(shù)MOV SI , 300H；發(fā)送區(qū)首址為300H,L1:MOV DX , 309H；狀態(tài)口TEST AL , 01H；檢查TxRDY1？ JZ L1；發(fā)送未準備好，繼續(xù)查詢MOVDX , 308H；數(shù)據(jù)口MOVAL , SI；取一個字節(jié)數(shù)據(jù)OUTDX , AL；發(fā)出INCSI；修改地址指針DECCX；字節(jié)數(shù)減1JNZL1；未發(fā)完繼續(xù)發(fā)HLT,發(fā)送方(甲機)初始化及控制程序段（續(xù)）,接收方(乙機)初始化及控制程序段,STAR

37、T : MOV DX , 309H；命令口 MOV AL , 00H OUT DX , AL；空操作 MOV AL , 40H；內(nèi)部復位 OUT DX , AL NOP ；空格延時 MOV AL , 0CFH ；工作方式字 OUT DX , AL MOV AL , 14H ；命令字（ER和RXE均置1）OUT DX , AL ； 錯誤標志復位，接收允許 MOV CX , 2DH；接收字節(jié)數(shù) MOV DI , 400H；接收區(qū)首址為400H,L2: MOVDX , 309H；狀態(tài)口INAL , DX；查狀態(tài)字 TESTAL , 02H；查D1(RXRDY)=1?JZL2 ；接收未準備好，繼續(xù)查詢

38、TEST AL , 38H；查出錯JNZ ERR；有錯誤轉(zhuǎn)出錯處理MOV DX , 308H；數(shù)據(jù)口IN AL , DX；接收準備好，接收一個字符MOV DI , AL；存入接收區(qū)INC DI；修改接收區(qū)地址指針LOOP L2；未接收完，繼續(xù)HLT,接收方(乙機)初始化及控制程序段（續(xù)）,9.4 通用異步接收發(fā)送器8250,串行傳輸，需要并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)換，并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個字符（或數(shù)據(jù)塊） 這些工作可由軟件實現(xiàn)，也可用硬件實現(xiàn) 通用異步接收發(fā)送器UART是串行異步通信的接口電路芯片 IBM PC/XT機的UART芯片是INS8250 后來使用NS16550,9.4.1 8

39、250的內(nèi)部結(jié)構(gòu),8250實現(xiàn)了起止式串行異步通信協(xié)議，支持全雙工通信 通信字符可選擇數(shù)據(jù)位為58位 停止位1、1.5或2位 可進行奇偶校驗 具有奇偶、幀和溢出錯誤檢測電路 8250支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為509600bps,8250的內(nèi)部結(jié)構(gòu),88,串行數(shù)據(jù)的發(fā)送,雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu) 保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送,起始位的檢測,起始檢測,確定已檢測到起始位,采樣數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)接收時鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍 正確識別起始位，防止因干擾引起的誤識別,串行數(shù)據(jù)的接收,雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu) 保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收,接收錯誤的處理,奇偶錯誤PE（Parity Error） 若接收到的字符的“1”的個數(shù)不符合奇偶校驗要求 幀錯

40、誤FE（Frame Error） 若接收到的字符格式不符合規(guī)定（如缺少停止位） 溢出錯誤OE（Overrun Error） 若接收移位寄存器接收到一個數(shù)據(jù)，并送至輸入緩沖器時，CPU還未取走前一個數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出 若接收緩沖器的級數(shù)多，則溢出錯誤的幾率就少,9.4.2 8250的引腳,分成連接CPU的部分和連接外設的部分 注意：8250不是Intel公司的產(chǎn)品，所以該芯片引腳名稱與前面學習的8253、8255等Intel產(chǎn)品有所不同，但是引腳功能卻是類似的,9.4.2 8250的引腳,處理器接口引腳（1）,數(shù)據(jù)線D0D7： 在CPU與8250之間交換信息 地址線A0A2： 尋址8250內(nèi)

41、部寄存器 片選線： 8250設計了3個片選輸入信號CS0、CS1、CS2#和一個片選輸出信號CSOUT。3個片選輸入都有效時，才選中8250芯片，同時CSOUT輸出高電平有效。 地址選通信號ADS#： 當該信號低有效時，鎖存上述地址線和片選線的輸入狀態(tài)，保證讀寫期間的地址穩(wěn)定,處理器接口引腳（2）,讀控制線 數(shù)據(jù)輸入選通DISTR（高有效）和DISTR#（低有效）有一個信號有效，CPU從8250內(nèi)部寄存器讀出數(shù)據(jù) 相當于I/O讀信號 寫控制線 數(shù)據(jù)輸出選通DOSTR（高有效）和DOSTR#（低有效）有一個有效，CPU就將數(shù)據(jù)寫入8250內(nèi)部寄存器 相當于I/O寫信號 8250讀寫控制信號有兩對

42、，每對信號作用完全相同，只不過有效電平不同而己,處理器接口引腳（3）,驅(qū)動器禁止信號DDIS： CPU從8250讀取數(shù)據(jù)時，DDIS引腳輸出低電平，用來禁止外部收發(fā)器對系統(tǒng)總線的驅(qū)動； 其他時間，DDIS為高電平 主復位線MR 硬件復位信號RESET 中斷請求線INTRPT： 8250有4級共10個中斷源，當任一個未被屏蔽的中斷源有請求時，INTRPT輸出高電平向CPU請求中斷,時鐘信號,時鐘輸入引腳XTAL1： 8250的基準工作時鐘 時鐘輸出引腳XTAL2： 基準時鐘信號的輸出端 波特率輸出引腳BAUDOUT#： 基準時鐘經(jīng)8250內(nèi)部波特率發(fā)生器分頻后產(chǎn)生發(fā)送時鐘 接收時鐘引腳RCLK：

43、 接收外部提供的接收時鐘信號；若采用發(fā)送時鐘作為接收時鐘，則只要將RCLK引腳和BAUDOUT#引腳直接相連,串行異步接口引腳,SIN：串行數(shù)據(jù)輸入。 SOUT：串行數(shù)據(jù)輸出。 DSR#：數(shù)據(jù)設備就緒，輸入線 DTR#：數(shù)據(jù)終端就緒，輸出線 RI#：振鈴指示，輸入線。 RLSD#：接收線路信號檢測，輸入線。 RTS#：請求發(fā)送，輸出線。 CTS#：清除發(fā)送，輸入線。,串行異步接口引腳（續(xù)）,輸出線,OUT1#和OUT2#： 兩個一般用途的輸出信號 由調(diào)制解調(diào)器控制寄存器的D2和D3使其輸出低電平有效信號 復位使其恢復為高,9.4.3 8250的寄存器,8250內(nèi)部有9種可訪問的寄存器，除數(shù)寄存

44、器是16位的，占用兩個連續(xù)的8位端口 內(nèi)部寄存器用引腳A0A2來尋址；同時還要利用通信線路控制寄存器的最高位，即除數(shù)寄存器訪問位DLAB，來區(qū)別共用兩個端口地址的不同寄存器,注：DLAB是線路控制寄存器的D7位。,表9.2 8250內(nèi)部寄存器的訪問控制,A2A1A0=011,線路控制寄存器LCR,線路狀態(tài)寄存器LSR,接收緩沖區(qū)滿,接收奇偶錯,接收格式錯（無正確的停止位）,中止識別標志,發(fā)送移位器空,A2A1A0=101,接收重疊錯,發(fā)送保持器空,FIFO中接收數(shù)據(jù)錯誤(16550),接收緩沖寄存器RBR,存放串行接收后轉(zhuǎn)換成并行的數(shù)據(jù),DLAB=0，A2A1A0=000,發(fā)送保持寄存器THR

45、,包含將要串行發(fā)送的并行數(shù)據(jù),DLAB=0，A2A1A0=000,這是軟件控制的分頻器，輸出的工作時鐘頻率為16倍的波特率。 除數(shù)寄存器值 = 基準時鐘頻率（16波特率） INS8250芯片輸入的基準時鐘頻率為1.8432MHz，若波特率為4800b/s，則波特率除數(shù)為0018H，DLH中應填00H，DLL中應填18H 。 注意：PC16550的基準時鐘一般為18.432MHz。,DLAB=1, A2A1A0=001(高)或000(低),波特率除數(shù)鎖存器 DLH、DLL,中斷識別寄存器IIR,中斷類型標識,A2A1A0=010（讀）,表9.3 8250的中斷類型控制,中斷允許寄存器IER,進入

46、低功耗模式(16550),進入睡眠模式 (16750),DLAB=0，A2A1A0=001,MODEM控制寄存器MCR,A2A1A0=100,數(shù)據(jù)終端就緒,請求發(fā)送,輔助輸出1,自動流量控制(16750),環(huán)路檢測(內(nèi)部自循環(huán)）,輔助輸出2，PC用做中斷,注意:這里的OUTi位極性和OUTi引腳相反。,A2A1A0=110,CTS位發(fā)生改變,DSR位發(fā)生改變,收到“振鈴指示”后沿 （下降沿）,收到“數(shù)傳機就緒”,收到“清除發(fā)送”,RLSD位發(fā)生改變,收到“振鈴指示”,收到“接收線載波檢測”,MODEM狀態(tài)寄存器MSR,FIFO控制寄存器(FCR),A2A1A0=010（寫）16550后才有,允

47、許FIFO緩沖器工作,清除接收FIFO緩沖器,清除發(fā)送FIFO緩沖器,允許64字節(jié)FIFO (16750),保留,DMA方式選擇,接收端中斷觸發(fā)器水平(LSB),接收端中斷觸發(fā)器水平(MSB),觸發(fā)器水平即是指示在中斷產(chǎn)生之前，接收緩沖器應該裝滿多少個字節(jié)。,9.5 異步通信適配器,IBM PC/XT機的串行異步通信適配器 以8250為核心 完成發(fā)送時的并轉(zhuǎn)串和接收時的串轉(zhuǎn)并以及相應的控制工作 配置了TTL電平與EIA電平轉(zhuǎn)換電路等 展開異步通信適配器的 硬件電路 軟件編程,9.5.1 異步通信適配器的接口電路,注意：J9J11跨接器 和OUT2#的作用,9.5.2 異步通信適配器的初始化編程

48、,對8250的內(nèi)部控制寄存器進行編程寫入 寫入除數(shù)寄存器 設置傳輸率 寫入通信線路控制寄存器 設置字符格式 寫入調(diào)制解調(diào)器控制寄存器 設置工作方式 寫入中斷允許寄存器 設置中斷允許或屏蔽位,設置傳輸率,mov al,80h mov dx,3fbh out dx,al;寫入通信線路控制寄存器，使DLAB1 mov ax,96 ;分頻系數(shù)：1.8432MHz(120016)9660H mov dx,3f8h out dx,al;寫入除數(shù)寄存器低8位 mov al,ah inc dx out dx,al;寫入除數(shù)寄存器高8位,8250初始化編程舉例,寫入除數(shù)寄存器,設置字符格式,mov al,00001010b mov dx,3fbh out dx,al;寫入通信線路控制寄存器 ;這段程序同時使DLAB0,8250初始化編程舉例,寫入通信線路控制寄存器,設置工作方式,；設置查詢通信方式 mov al,03h;控制OUT2#為高，DTR#和RTS#為低 mov dx,3fch outdx,al;寫入調(diào)制解調(diào)器控制寄存器 ；設置中斷通信方式 mov al,0bh;控制為OUT2#低，允許INTRPT產(chǎn)生請求 m