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1、第七章串行通信接口及总线标准,第7章 串行通信接口及总线标准,7.1 串行通信的基本概念 7.2 串行通信的物理标准 7.3 可编程串行通信接口芯片INS8250 7.4 PC系列微机的异步串行通信适配器及其编程,7.1 串行通信的基本概念,7.1.1 并行通信和串行通信,并行通信,串行通信,一组数据的各位同时进行传输,一组数据一位一位进行传输,联络信号线,优点：速度快，控制简单,缺点：连接线多，易受干扰 不适合远距离传输。,优点：连线少,缺点：传输速率较低,主要用于长距离、低速率通信 两个串口等,主要用于近距离、高速率通信（打印机等）,7.1.2 两种串行通信,异步串行通信,同步串行通信,A
2、SYNC(Asynchronous Data Communication),SYNC(Synchronous Data Communication),一、异步串行通信,起始位 (start bit),空闲位,数据位(data bit),字符,校验位 (parity bit),停止位 (stop bit),问题：,双方使用本地时钟,1、波特率(baud rate):,2、帧(frame)格式：,3、错误检测：,每秒传输码元的个数，称,奇偶校验错误(Parity error),溢出错误(Overrun error),帧格式错误(Frame error),异步传输的时钟定时方法,返回,上一张,二、同
3、步串行通信SYNC(Synchronous Data Communication),使用公共时钟,单同步格式,面向字符,面向位型,双同步格式,外同步格式,同步数据链路控制规程SLDC,高级数据链路控制规程HLDC,先进数据链路控制规程ADCCP,内同步格式,公共时钟,发送方,接收方,用一根同步时钟线来同步收发数据,由传输的数据中携带同步信息 通过调制解调器从数据流中提出同步信号，用锁相技术获得。,同步通信的时钟定时方法,数据（62H）,0,同步传输先发送高位(MSB),发送方在时钟信号的下降沿发送字节,接收方在时钟信号的上升沿接收字节,时钟 （发送时钟与接收时钟完全同步）,LSB,MSB,同步
4、传送数据格式 (a) 单同步数据格式；(b) 双同步数据格式；(c) SDLC数据格式; (d) HDLC数据格式；(e) 外同步格式,三、同步通信协议 1、同步方式通信的特点 异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位 均保持同步，而仅要求在一个字符的起始位后，使其中 的每一位同步。而同步方式通信则要求对传送数据的每 一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓“位同步” 。因此，同步方式中，收、发两端需用同一个时钟源作 为时钟信号。 同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它不是用 起始位表示字符的开始，收发双方的同步方法可分为,外同步法和内同步法。外同步法是在发送数据之前向接收 端发送一
5、串时钟脉冲，接收端按这个时钟频率调整自己 的时序，使接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上， 并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端从接收 到的数据信息波形本身提取同步的方法。 同步通信协议分为面向字符和面向比特两种。 同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或 没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。 同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送。,2、同步通信协议概述,如上所说，同步通信协议可分为两类： 面向字符的同步通信协议，这类协议目前有两种： BM国际标准化组织ISO提出的基本型同步通信协 议； BSC IBM公司提出的二进制同步通信协议。 面向比特的同步通信协议
6、HDLC 国际标准化组织ISO提出的高级链路控制协 议； SDLC IBM公司提出的同步数据链路控制协议； ADCCP 美国国家标准化协会ANSI提出的先进数 据通信协议； X.25 第二级国际电报电话咨询委员会CCITT提出 的协议； DDCMP 美国DEC公司提出的数字数据通信信息协议。,3、面向字符的同步通信协议,这种协议较早在二十世纪60年代就开始发展，目前仍在 使用，其典型代表是IBM公司提出的二进制同步通信协议 BSC，下面简单介绍一下这种通信协议。 面向字符的同步通信协议BSC的帧格式 该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信 息块称为一帧，用一些特殊定义的字符来定界一帧的
7、开 始、结束和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。 此种协议的一般帧格式如图8.21所示。,SYN是同步字符，每帧开始有若干个SYN。接收端一 旦检测到同步字符SYN，就知道一帧开始了。 SOH（Start of Header）表明标题的开始，称为序始符。 标题中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。 STX（Start of Text）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。 数据块是传送正文的内容。 ETB（End of Transmission Block）称为组终符 ETX（End of Text）称为文终符。ETB用在正文很长，需分成若干个数据块，在不同帧中传送的情况，除最后 一
8、个数据块后用 外，其余数据块后都用ETB。,SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB或ETX 块校验, 特殊定义的字符,三、同步与异步的差别,1、时钟 要求,同步串行通信,异步串行通信,必须精确、相等的时钟,收发时钟基本相等即可,2、控制 信息,有累积误差,累积误差下字节消除,整块数据附加帧信息,每个字符附加帧信息,传输数据效率高， 信息量大。 高速数据链路,传输效率固定 低速数据链路,3、校验 方式,16位CRC循环冗余校验,采用1位奇偶校验,可靠性高,可靠性比同步的低,高,低,4、复杂 程度,7.1.3串行通信连接方式,A站,B站,单工通信Simplex,半双工通信Half D
9、uplex,全双工通信Full Duplex,7.1.4 调制解调器(Modem),电话线传送音频3003400HZ，不适合不适合传数据传输。,模拟调制： 调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM),数字调制： 幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),计算机常用频移键控(FSK),7.1.6 硬件实现,一、UART通用异步收/发器 (Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter),7.1.5 串行通信的校验方法,一、奇偶校验,二、方阵校验,三、 CRC循环冗余校验,二、USRT通用同步收/发器 (Universal Synchronou
10、s Receiver/Trasmitter),三、USART通用同步异步收/发器 (Universal Asychronous/Synchronous Receiver/Trasmitter),四、ACIA异步通信接口适配器 (Asyn-chronous Communication InterfaceAdapter),7.2 串行通信的物理标准,常用的串行通信标准由 RS-232C、RS-422A、RS-485A，RS-423A,串行接口的标准化，就是指与通信设备相连接的这组信号的内容、形式以及接插件引脚的排列等的标准化。,EIA RS232C是美国电子工业协会推荐标准 (Electronic
11、 Industries Association Recommended Standard232C) 第232代号的标准，C为标准的版本号。,1RS-232C的引脚定义,RS-232C接口标准使用标准的25针D型连接器即DB-25。PC机已使用9针连接器取代25针连接器。,TxD 发送数据串行数据的发送端。 RxD 接收数据串行数据的接收端。 GND 信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS 清除发送当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS
12、信号。 DTR 数据终端准备好通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。 DSR 数据装置准备好通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。 CD 载波检测当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。 RI 振铃指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示，保持有效。,2RS-232C的连接,计算机由RS-232C接口连接调制解调器,两台微机直接利用RS-232C接口进行短距离通信,RS-232C接口连接方式（续）,一种简
13、化的连接方式（Null Modem） 适用于双机直连,TD RD RTS CTS DCD GND DTR DSR RI,TD RD RTS CTS DCD GND DTR DSR RI,3RS-232C的电气特征,“1 ”=-3V-25V,传号 MARK “1 ”,空号 SPACE “0 ”,“0 ”=+3V+25V,PC机中-3V-12V,PC机中+3V+12V,(2)电平转换,(1)负逻辑电平,EIA 电平,TTL电平或 CMOS电平,MCl488,MCl489,EIA 电平,TTL电平或 CMOS电平,MAX232,TTL电平或 CMOS电平,TTL电平或 CMOS电平,EIA 电平,E
14、IA 电平,EIA电平,(3)其他电气参数：,电缆的旁路电容2500pF(包括电缆电容),开路电压25V,一般传输最大速度20kbps,小于15cm,RS-423A、RS422、RS485,7.3 可编程串行通信接口芯片INS8250,1、进行串行/并行转换，实现串行数据格式化,停止位可选 1、1.5、2位,可选5、6、7、8位数据位,可选择奇校验、 偶校验、不校验 或校验位强制为 “1”/“0”,起始位 为1位,空闲位 为“1”,发送时自动插入起始位、停止位和奇偶校验位,一、8250内部结构及外部引脚,2、接收和发送电路,SIN,接收移位寄存器RSR,接收缓冲寄存器RBR,接收同步控制,传输
15、线控制寄存器LCR,传输线状态寄存器LSR,RCLK,SOUT,发送移位寄存器TSR,发送缓冲寄存器TBR,发送同步控制,波特率发生器,双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送,3、波特率发生器,分频次数寄存器(高),分频次数寄存器(低),发送缓冲寄存器TBR,选择和读/写控制逻辑,除数寄存器保存设定的分频系数 分频系数基准时钟频率（16比特率）,起 始 位,16 T,4、中断控制系统,中断识别寄存器IIR,中断允许寄存器IER,中断控制逻辑,5、MODEM控制逻辑,MODEM 状态寄存器,MODEM 控制寄存器,调制解调控制逻辑,允许发送信号,请求发送信号,发送数据终端准备好信号,接收数据装置准
16、备好信号,MODEM接收信号检测输入,振铃指示输入,用户指定两个输出信号,选择和读/写控制逻辑,7.3.3 8250内部寄存器和控制字及状态字,PC机的串口地址COM1口 03F8H03FEH,8250用3根地址线，7个地址，区分出10个寄存器,状态寄存器3个 LSR，MSR，IIR,PC机的串口地址COM2口 02F8H02FEH,A8选中是COM1还是COM2,初始化寄存器5个 LCR，MCR，IER，DLL，DLH,数据寄存器2个 TBR，RBR,其中TBR,RBR 用读写区分,DLH,DLL,LCR中D7位DLAB 1 0,0 0 0,0 0 1,TBR和RBR IER,IER,A2A
17、1A0,一、数据寄存器,假设COM为03F8H或02F8H,COM+0,发送缓冲寄存器TBR,接收缓冲寄存器RBR,只写,只读,二、除数锁存器:(分频次数),DLL,COM+0,COM+1,DLAB=0,DLH,DLAB=1,对外部时钟分频,波特率=外部时钟/16分频次数,例如：fosc=1.8432MHz,波特率为4800BAUD，,N=1.8432*106/(16*4800),N=24=18H,分频次数=外部时钟/16波特率,三、传输线控制与状态寄存器,寄存器选择 0正常值 1除数寄存器,中止字符 0无作用 1发送中止字符,校验位设置 *0无校验 01设置奇校验 11设置偶校验,附加 校验
18、位 0无附加 1附加,停止位个数 0 1位 1 1.5位（数据位为5位时） 1 2位（数据位为68位时）,数据位个数 00 5位 01 6位 10 7位 11 8位,COM+3,例如：设为COM1口，数据位为 7位，2位停止位，附加奇校验位， fosc=1.8432MHz,波特率为4800,COM EQU 3F8H MOV DX,COM+3 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,COM MOV AL,18H OUT DX,AL,MOV DX,COM+1 MOV AL,00H OUT DX,AL,MOV DX,COM+3 MOV AL,0010 1110B OUT DX,AL,
19、1、LCR,2、LSR,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,COM+5,发送移位寄存器空,接收数据 缓冲器满,溢出错,发送保持寄存器空,检测到 间断,帧错误,奇偶错,MOV DX，COM+5 IN AL，DX TEST AL，？,1)接收错误：00011110B，1EH,2)接收数据：00000001B，01H,2)发送数据：00100000B，20H,D0,D1,D2,D4,D7 D5,D3,四、MODEM控制,1、调制解调器控制寄存器MCR,1 自测循环 0 正常工作,有效引脚状态设置,1 低 0 高,2、调制解调器状态寄存器MSR,COM+4,D0,D1,D2,D3,D4,D
20、5,D6,D7,高4位中某位为1，说明相应 输入信号当前为低电平有效,低4位中某位为1， 则说明从上次CPU读取该状态字后 相应输入信号已发生改变,MSR反映4个控制输入信号的当前状态及其变化 MSR低4位中任一位置1，均将产生调制解调器状态中断，当CPU读取该寄存器或复位后，低4位被清零,COM+6,五、中断控制,1、中断允许寄存器IER,1，允许 0，禁止,MODEM 状态改变,接收错误,发送缓冲区空,接收缓冲区满,0 有中断 1 无中断,标识哪一级有中断,D0,D1,D2,D7-D3,2、中断识别寄存器IIR,COM+1,COM+2,4级中断（ 4个优先级、10个源）,接收线路状态中断
21、奇偶错 溢出错 帧错 收到中止字符 接收器数据准备好中断 发送保持寄存器空中断 调制解调器状态中断 清除发送状态改变 数据终端准备好状态改变 振铃接通变成断开 接收线路信号检测状态改变,优先权高,优先权低,7.3.4 8250初始化编程,对8250的内部控制寄存器进行编程写入 写入除数寄存器DLL,DLH设置传输率 COM+0，COM+1 写入通信线路控制寄存器LCR设置字符格式 COM+3 写入调制解调器控制寄存器MCR设置工作方式 COM+4 写入中断允许寄存器IER设置中断允许或屏蔽 COM+2,1)接收错误：00011110B，1EH,2)接收数据：00000001B，01H,2)发送
22、数据：00100000B，20H,查询方式,DLL COM+0 DLH COM+1 LCR COM+3 MCR COM+4 IER COM+2,例：初始化8250不用中断，查询方式，检测同时发送数据，设为COM1口，数据位为7位，2位停止位，附加奇校验位，fosc= 1.8432MHz,波特率为4800,COM EQU 3F8H MOV DX,COM+3 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,COM MOV AL,18H OUT DX,AL MOV DX,COM+1 MOV AL,00H OUT DX,AL,MOV DX,COM+3 MOV AL,0010 1110B OUT DX,AL,MOV DX,COM+4 MOV AL,03H OUT DX,AL,MOV DX,COM+2 MOV AL,00H OUT DX,AL, LOP：MOV DX,COM+5 IN AL,DX TEST AL,1EH JNZ ERROR TEST AL,01H JNZ RCV,TEST AL,20H JZ LOP ;发送程序 JMP LOP,RCV: ;接收程序 JMP LOP,ERROR: ;错误程序 JMP LOP,