七章串行通信接口技术ppt课件.ppt

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1、可编程串行通信接口芯片8251A,在串行通信时，收发双方要解决的问题: 以何种速率进行数据的发送和接收（波特率） 采用何种数据格式（帧格式） 接收方如何得知一批数据的开始和结束（帧同步） 接收方如何从位流中正确地采样到位数据（位同步） 接收方如何判断收到数据的正确性（数据校验） 收发出错时如何处理（出错处理）,串行通信的基本概念,全双工方式,半双工方式,单工方式,1. 数据传送方向,2. 串行通信的两种基本方式,（1）异步通信及其协议 所谓的异步通信，是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而同一字符中的相邻代码间时间间隔是固定的,串行异步通信以字符为单位进行传输，用起始位表示字符的开始，用停

2、止位表示字符结束，其通信协议是起止式异步通信协议 串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题,（2）同步通信及其协议,同步通信以一个数据块为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束 同步通信协议有多种，常用的有面向比特的高级数据链路控制协议HDLC（High-Level Data Link Control）。IBM系列微机中常用的同步数据链路控制协议SDLC（Synchronous Data Link Control）则是HDLC的子集,同步通信的特点是不

3、仅字符内部保持“同步”，而且字符与字符之间也是同步的。 在这种通信方式下，收/发双方必须建立准确的位定时信号，也就是收/发时钟的频率必须严格地一致。 每个字符不增加任何附加位，而是连续发送,3. 波特率与收/发时钟,串行传输速率也称波特率（Baud Rate） 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数,（1）串行传输速率,字符速率与波特率两者关系,字符速率：每秒钟传输的字符数。,波特率：指单位时间内传送二进制数据的位数。单位为：b/s,例: 异步传输过程 设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200bps

4、，那么，每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个,例2:同步传输 用1200bps的波特率工作，用4个同步字符作为信息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输100个字符所用的时间为7(100+4)/12000.6067s，这就是说，每秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067165个。 可见，在同样的传输率下，同步传输时实际字符传输率要比异步传输时高。,（2） 发送/接收时钟,发送/接收时钟频率与波特率之间的关系为： 发送/接收时钟频率=n发送/接收波特率,例：要求传输速率为1200 bps 当选择n=16时，表明一位数字信号中有16个时钟脉冲，故发送/接收时钟频率为： 120016=1

5、9.2kHz,其中n称为波特因子，一般n=1，16，32，64,调制和解调 长距离通信时，常需要利用电话线路，它的频带则只有300Hz3400Hz。为了通过电话线路传输数字信号，必须先把数字信号转换为适合在电话线路上传送的模拟信号，这就是调制；经过电话线路传输后，在接收端再将模拟信号转换为数字信号，这就是解调。 调制方法 ： 移频键控（FSK） 移相键控PSK 振幅键控（ASK）,4. 信号的调制解调,RS-232C信号定义的说明 RS-232C的25个插脚仅定义22个。在微机通信中，通常使用的RS-232C接口信号只有9根引脚（P299,图7-37）,5. RS232C接口,RS-232C总

6、线的电气规范,RS-232C标准与TTL标准之间的转换 常用于将TTL电平转换为RS-232C电平的芯片，除MC1488外还有75188，75150等；用于将RS-232C电平转换为TTL电平，除MC1489外，还有75189，75154等,RS-232C的应用 使用MODEM连接,直接连接,三线连接,计算机通常使用UART来实现数据的串/并和并/串转换 UART的基本原理（P301,图7-39、7-40） UART的工作过程 常用的错误标志 奇偶校验错 帧错误 溢出（丢失）错误,6. 通用异步收发器(UART),可编程异步通信接口INS8250,8250的基本功能： 全双工、双缓冲器接收和发

7、送 15种波特率，50-9600bps 可编程的异步通信格式 提供奇偶、溢出和帧校验等错误检测 片内具有优先权中断控制逻辑,8250的内部结构,8250芯片引脚定义与功能,（1）面向CPU一侧的引脚（1）,数据线D7 D0 ：在CPU与8250之间交换信息 地址线A0A2：寻址8250内部寄存器 片选线：8250设计了3个片选输入信号CS0、CS1、CS2*和一个片选输出信号CSOUT。3个片选输入都有效时，才选中8250芯片，同时CSOUT输出高电平有效。 地址选通信号ADS*：当该信号低有效时，锁存上述地址线和片选线的输入状态，保证读写期间的地址稳定,（1）处理器接口引脚（2）,读控制线

8、数据输入选通DISTR（高有效）和DISTR*（低有效）有一个信号有效，CPU从8250内部寄存器读出数据 相当于I/O读信号 写控制线 数据输出选通DOSTR（高有效）和DOSTR*（低有效）有一个有效，CPU就将数据写入8250内部寄存器 相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相同，只不过有效电平不同而己,（1）处理器接口引脚（3）,驱动器禁止信号DDIS：CPU从8250读取数据时，DDIS引脚输出低电平，用来禁止外部收发器对系统总线的驱动；其它时间，DDIS为高电平 主复位线MR：硬件复位信号RESET 中断请求线INTRPT：8250有4级共10个中断源，当

9、任一个未被屏蔽的中断源有请求时，INTRPT输出高电平向CPU请求中断,（2）面向外设引脚信号,（3）时钟信号,时钟输入引脚XTAL1：8250的基准工作时钟 时钟输出引脚XTAL2：基准时钟信号的输出端 波特率输出引脚BAUDOUT*：基准时钟经8250内部波特率发生器分频后产生发送时钟，为波特率16倍 接收时钟引脚RCLK：接收外部提供的接收时钟信号；若采用发送时钟作为接收时钟，则只要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连,（4）输出线,OUT1*和OUT2*： 两个一般用途的输出信号 由调制解调器控制寄存器的D2和D3使其输出低电平有效信号 复位使其恢复为高,8250的寄存器及编程

10、方法,8250内部有10个可访问的寄存器，除数寄存器是16位的，占用两个连续的8位端口 内部寄存器用引脚A0A2来寻址；同时还要利用通信线路控制寄存器的最高位，即除数寄存器访问位DLAB的0和1两种状态，来区别公用1个端口地址所访问的两个寄存器,8250内部寄存器端口地址,（1） 发送保持寄存器THR (3F8H) ：“写”,包含将要串行发送的并行数据,（1） 接收缓冲寄存器RBR (3F8H) ：“读”,存放串行接收后转换成并行的数据,（2）波特率除数寄存器BRD(3F8H,3F9H),除数寄存器保存设定的分频系数 BRD基准时钟频率（16波特率）,例：计算波特率为1200bps的波特率除数

11、。 当使用UART的内部时钟为1.8432MHz时（或由外部通过XTAL1引脚输入）， BRD=1843200/（161200）=0060H,（3） 通信线路控制寄存器LCR（3FBH）,指定串行异步通信的字符格式,例：通信线路控制寄存器（LCR）的编程，设置发送数据字长为8位，2位停止位，偶校验，其程序段为： MOV DX，3FBH ；LCR的地址 MOV AL， 00011111B ；LCR内容数 ；据格式参数 OUT DX，AL,（4）通信线路状态寄存器LSR（3FDH),提供串行异步通信的当前状态 供CPU读取和处理,（5）MODEM控制寄存器MCR(3FCH),设置8250与数据通信

12、设备之间 联络应答的输出信号,例：要使MCR的DTR，RTS有效，OUT1，OUT2以及LOOP无效，则编程如下： MOV DX，3FCH ；MCR的地址， MOV AL，00000011B ；MCR的控制字 OUT DX，AL,例：要对8250通过自发自收进行诊断，则程序为: MOV DX ，3FCH ；MCR的地址 MOV AL，00010011B ；LOOP位置“1” OUT DX，AL,（6）MODEM状态寄存器MSR(3FEH),反映4个控制输入信号的当前状态及其变化 MSR高4位中某位为1，说明相应输入信号当前为低有效，否则为高电平 MSR低4位中某位为1，则说明从上次CPU读取该

13、状态字后，相应输入信号已发生改变，从高变低或反之 MCR低4位任一位置1，均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,（7）中断允许寄存器IER （3F9H）,8250设计有2个中断寄存器和4级中断 4级中断的优先权，是按照串行通信过程中事件的紧迫程度安排的、是固定不变的 用户可利用中断允许或禁止进行控制 中断允许寄存器的低4位控制8250这4级中断是否被允许 某位为1，则对应的中断被允许 否则，被禁止,8. 中断识别IIR（3FAH）,保存正在请求中断的优先权最高 的中断级别编码,3. 8250应用举例,写通信控制字D7=1,写除数低8位,写通信控制字,写除数高8位

14、,写MODEM控制字,写中断允许字,结束,8250的初始化过程,例：8250端口地址为3F8H3FFH，若8250以波特率9600bps，进行异步通信，每字符8位，1位停止位，采用奇校验，允许所有中断，试编程初始化。 解：MOV DX，3FBH ；8250线路控制寄存器地址送DX MOV AL，80H ；置DLAB=1，设置除数寄存器 OUT DX，AL MOV DX，3F8H ；除数寄存器地址送DX MOV AL，0CH ；波特率为9600bps OUT DX，AL ；送除数低8位 INC DX,MOV AL，00H ；送除数高8位 OUT DX，AL MOV DX，3FBH ；8250控制

15、寄存器地址送DX MOV AL，00001011B ；8位数据，奇校验，1位停止位 OUT DX，AL MOV DX，3F9H ；中断允许寄存器地址送DX MOV AL，0FH ；设置中断允许控制字，允许所有中断 OUT DX，AL MOV DX，3FCH ；设置MODEM控制字 MOV AL，0FH OUT DX，AL ；OUT1*,OUT2*均为0 ,8250查询方式发送,查询方式接收,例：两台PC机用RS-232C串口采用零MODEM方式实现近距离串行通信。数据传送波特率为9600bps，数据格式为8位/每字符，1位停止位，奇校验，双机8250端口地址均为2F8H2FFH。试编写发送和接

16、收程序，其功能如下： 通信双方执行程序后，均等待键盘输入字符 双方只要按下一个键，键值在本机当前光标处显示，而且传送到对方，在对方当前光标处显示出来 双方只要按下ESC键，则停止程序的执行，返回到DOS状态 通信双方如果出现通信错误，则屏幕显示“？”，并继续等待键入新字符或接收新字符,MOV DX，2FBH ；8250控制寄存器地址送DX MOV AL，80H ；置DLAB=1，设置除数寄存器 OUT DX，AL MOV DX，2F8H ；除数寄存器地址送DX MOV AL，0CH ；波特率为9600bps OUT DX，AL ；送除数低8位 INC DX MOV AL，00H ；送除数高8位

17、 OUT DX，AL,MOV DX，2FBH ；8250控制寄存器地址送DX MOV AL，0BH ；8位数据，奇校验，1位停止位 OUT DX，AL MOV DX，2FCH ；设置MODEM控制字 MOV AL，03H ；RTS，CTS有效 OUT DX，AL MOV DX，2F9H ；禁止中断 MOV AL，00H OUT DX，AL,FOREVER：MOV DX，2FDH IN AL，DX ；读线路状态寄存器 TEST AL，1EH JNZ ERROR ；有错，转错误处理程序 TEST AL，01H ；查接收缓冲器是否满 JNZ RECEIVE TEST AL，20H ；查发送缓冲器是否

18、空 JNZ FOREVER ；为空则发送字符 MOV AH，01H ；读键盘缓冲器内容 ；若有键按下，则ZF=0，且AL=字符码,INT 16H JZ FOREVER MOV AH，00H ；AL=字符ASCII码 INT 16H MOV DX，2F8H OUT DX，AL MOV AH，02H ；显示字符 MOV DL，AL INT 21H,CMP AL，27 ；若按下ESC键，则退出 JNZ NEXT MOV AH，4CH INC 21H NEXT：JMP FOREVER RECEIVE：MOV DX，2F8H ；接收数据 IN AL，DX AND AL，7FH ；检查是否ESC CMP

19、AL，27,JNZ DISP ；不是ESC，则显示 MOV AH，4CH ；是ESC，退出 INT 21H DISP： PUSH AX MOV BX，0 ；显示字符 MOV AH，14 INT 10H POP AX CMP AL，0DH ；处理回车,JNZ FOREVER MOV AL，0AH MOV BX，0 MOV AH，14 INT 10H JMP FOREVER ERROR：MOV DX，3F8H IN AL，DX MOV AL，？,MOV BX,0 MOV AH,14 INT 10H JMP FOREVER,8250中断方式通信 中断通信方式初始化 修改中断向量：按使用的端口COM1

20、或COM2，接管中断0CH或中断0BH（保存原中断向量，将新的中断向量替换上去，注意程序结束时恢复原中断向量） 确定通信协议：设置波特率及数据传输格式，设置中断允许寄存器相应位的允许或禁止 开放通信中断：对8259A中断控制器的屏蔽寄存器编程（OCW1），允许中断IRQ4或IRQ3,通信中断服务程序 首先读中断识别寄存器IIR，判断中断源，然后转向对应的处理子过程(程序)。 当中断识别寄存器D2D1=11时，表明接收出错中断，需要再读取线路状态寄存器，分析错误原因，再进行错误处理 可能出现多个中断源同时引发中断。因此，每处理完一种中断源后，应继续读取中断识别寄存器，检测D0是否为“0”，当D0

21、=0时，表明还有未决中断，应该继续分析中断源并进行中断处理。 中断程序返回的条件是中断识别寄存器的D0=1。,可编程串行通信接口芯片8251A,8251A基本性能： 全双工、双缓冲器 两种传送方式：同步和异步传送 同步传送：58位/字符，内部或外部同步，可自动插人同步字符 异步传送：58位/字符，时钟速率为通信波特率的1、16或64倍,可自动产生、检测和处理终止字符，可产生1、1.5或2位的停止位 波特率在同步方式时为064Kbps，异步方式时为019.2Kbps 出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路,8251A的内部结构：,（1） 8251A与CPU接口信号,1、片选信号 CS*为低电

22、平时，8251A被选中 2、数据信号 D7D0与系统的数据总线相连 3、读写控制信号 RD*为读信号 WR*为写信号 C/D*为控制/数据信号 RESET复位 CLK时钟,8251A的接口信号,（2）8251A与外部设备之间的连接信号,1.发送器 1）TxRDY（Transmitter Ready）：发送器准备好，高电平有效 2）TxEMPTY（Transmitter Empty）：发送器空，高电平有效 3）TxD：发送数据线 4）TxC：发送器输入时钟 2.接收器 1）RxD：接收数据线 2）RxRDY：接收器准备好 3）SYNDET：同步检测 4）RxC：接收器输入时钟 3.与调制器的接口

23、接号 1）DTR：数据终端准备好 2）RTS：请求发送 3）DSR：数据装置准备好 4）CTS：清除传送,8251A的编程,8251A的编程模型（P312, 图7-52） 8251A的读写操作,8251A的工作过程(P315,图7-56),（1）方式命令字,（2）操作命令字(用于控制发/收，数据传送方向),（3）状态寄存器格式,例：若要查询8251A接收器是否准备好，可用下列程序实现： MOV DX，3F9H ；状态口 NEXT： IN AL，DX ；读状态口 AND AL，02H ；查询D1=1？ JZ NEXT ；未准备好，转NEXT等待 MOV DX，3F8H ；数据口地址送DX IN

24、AL，DX,8251A应用举例,1.异步方式下初始化程序,例：设8251A工作于异步方式，波特率系数为16，具有7位数据位，1 位停止位，偶校验，发送、接收允许，设端口地址为3F8H和3F9H，试编程初始化。 分析：根据题目要求，可以确定方式命令字为：01111010B，即7AH。而操作命令字为00110111B，即37H,初始化程序如下： MOV DX，3F9H MOV AL，7AH ；送方式命令字 OUT DX，AL MOV AL，37H ；设操作命令字 OUT DX，AL,2.同步方式下初始化程序,例：设8251A工作于同步方式，控制口的端口地址为3F9H，采用双同步字符，奇校验，7 位

25、数据位，试编程初始化。 分析：根据题目要求，可以确定方式命令字为00011000B，即18H。而操作命令字为10110111B即B7H。它使8251A对同步字符进行检索；同时使状态寄存器中3个出错标志复位；此外，使8251A的发送器启动，接收器也启动；控制字还通知8251A，CPU当前已经准备好进行数据传输。,MOV DX，3F9H ；命令端口地址给DX MOV AL，00011000B ；方式命令字 OUT DX，AL MOV AL，16H OUT DX，AL ；送第一个同步字符16H OUT DX，AL ；送第二个同步字符16H MOV AL，B7H ；设置操作命令字 OUT DX，AL,

26、3.两台微机之间进行双机串行通信的举例,例：通过8251A实现两台微机相互通信的硬件连接图如图8-25所示。利用两片8251A通过标准串行接口RS-232C实现两台8086微机之间的异步串行通信。设两台微机中8251A的命令端口地址为均3F9H，数据端口地址均为3F8H。,分析：设系统采用查询方式控制串行通信的过程。 初始化程序由两部分组成： 将一方定义为发送方，发送方CPU查询到TxRDY有效时，则CPU向8251A并行输出一个待发送的字节数据； 将对方定义为接收方，接收方CPU查询到RxRDY有效时，则从8251A输入一个已接收到的字节数据，直到全部数据传送完毕为止。,发送程序如下： ST

27、ART：MOV DX，3F9H MOV AL，7FH ；异步方式，8位数据， ；一位停止位，偶校验 OUT DX，AL ；波特率因子为64，允许 ；发送 MOV AL，11H ；操作命令字 OUT DX，AL MOV DI，1000H ；设置地址指针 MOV CX，40H ；设置计数器初值,L1： MOV DX，3F9H IN AL，DX AND AL，01H ；查询TxRDY是否有效 JZ L1 ；无效则等待 MOV DX，3F8H MOV AL，DI ；向8251A输出一个字节数据 OUT DX，AL INC DI ；修改地址指针 LOOP L1 ；未传送完，则继续下一个 HLT,接收程序

28、如下： BEGIN：MOV DX，3F9H MOV AL，7FH ；异步方式，8位数据，1位停止位 OUT DX，AL ；偶校验，波特率因子64，允许接收 MOV AL，14H ；操作命令字（置ER，RxE 为1） OUT DX，AL MOV SI， 2000H ；设置地址指针 MOV CX，40H ；设置计数器初值 L2：MOV DX，3F9H IN AL，DX ；读取状态字,TEST AL，38H ；查询接收器是否有错。 JNZ ERR ；有错则转错误处理 AND AL，02H ；无误则查状态位D1（RxRDY） JZ L2 ；接收未准备好则等待 MOV DX，3F8H IN AL，DX ；接受准备好，则接收1个字 ；节数据,MOV SI，AL INC SI ；修改接收数据区地址 LOOP L2 JMP L3 ERR：CALL ERR-OUT（略） L3：MOV AX，4C00H ；已接收完，返回DOS INT 21H,