可編程串行接口芯片16550.ppt

第6章 可編程串行接口芯片16550,6.1 串行接口系統(tǒng)概述,6.2 可編程串行接口芯片16550,6.1 串行接口系統(tǒng)概述,串行通信方式用于遠程通信。 數(shù)據(jù)在單條傳輸線上，一位接一位地按順序傳送的方式稱為串行通信。串行通信主要優(yōu)點是節(jié)省通信線路，但具有數(shù)據(jù)傳輸效率低的特點。因此，串行通信適合于遠距離傳送，可以從幾米到數(shù)千公里。對于長距離、低速率的通信，串行通信往往是唯一的選擇。,6.1 串行接口系統(tǒng)概述,6.1.1 串行I/O接口,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),6.1.3 串行通信協(xié)議,6.1.1串行I/O接口,串行通信方式 異步方式 串行異步接口 通用異步收發(fā)器 同步方式 串行同步接口 通用同步收發(fā)器,一、串行接口的基本功能,串行接口與輸入輸出設(shè)備之間以串行方式傳送數(shù)據(jù)，與CPU之間以并行方式傳送數(shù)據(jù)。,CPU,串行 接口,外部 設(shè)備,串行,并行,6.1.1串行I/O接口,功能1 實現(xiàn)串行和并行數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換。,功能2 實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖功能。,功能3 控制功能。接收CPU的命令，輸出接口的狀態(tài)等。,6.1.1串行I/O接口,串行接口的基本功能如下：,二、串行接口的基本結(jié)構(gòu),6.1.1串行I/O接口,串行接口的基本結(jié)構(gòu)如下：, 輸出緩沖寄存器：接收CPU從數(shù)據(jù)總線上送來的并行數(shù)據(jù)，并加以保存。, 輸出移位寄存器：它接收從輸出緩沖器送來的并行數(shù)據(jù)，以發(fā)送時鐘的速率把數(shù)據(jù)逐位移出，即將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出。, 輸入移位寄存器：它以接收時鐘的速率把出現(xiàn)在串行數(shù)據(jù)輸入線上的數(shù)據(jù)逐位移入，當數(shù)據(jù)裝滿后，并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。, 輸入緩沖寄存器：它從輸入移位寄存器中接收并行數(shù)據(jù)，然后由CPU取走。, 控制寄存器：它接收CPU送來的控制字，由控制字的內(nèi)容，決定通信時的傳輸方式以及數(shù)據(jù)格式等。例如采用異步方式還是同步方式，數(shù)據(jù)字符的位數(shù)，有無奇偶校驗，是奇校驗還是偶校驗，停止位的位數(shù)等參數(shù)。,串行接口的基本結(jié)構(gòu)如下（續(xù)）：, 狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器中存放著接口的各種狀態(tài)信息，例如輸出緩沖區(qū)是否空，輸入字符是否準備好等。在通信過程中，當符合某種狀態(tài)時，接口中的狀態(tài)檢測邏輯將狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位置“1”，以便讓CPU查詢。,三、串行接口的工作過程,接收,發(fā)送,串行接口將CPU送來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并對有效數(shù)據(jù)“包裝”，即加上起始位、產(chǎn)生奇偶校驗位和停止位，再發(fā)送出去。,發(fā)送 數(shù)據(jù),接收 數(shù)據(jù),串行接口將串行輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，同樣要對有效數(shù)據(jù)進行處理（去掉起始位、校驗位和停止位）和奇偶校驗，然后等待CPU取走。,6.1.1串行I/O接口,有效數(shù)據(jù)由CPU寫入接口中的輸出緩沖寄存器，再送到輸出移位寄存器。 同時將狀態(tài)寄存器中的“發(fā)送準備好”位置“1”，并發(fā)出中斷請求信號（用中斷方式時），表示接口可以接收CPU寫入下一個有效數(shù)據(jù)。 在輸出移位寄存器中。由發(fā)送控制邏輯對有效數(shù)據(jù)進行“包裝”，即加上起始位、奇偶校驗位和停止位。 經(jīng)包裝后的數(shù)據(jù)由輸出移位寄存器按選定的傳輸率逐位移出，變成串行數(shù)據(jù)發(fā)送到串行輸出線上去。,發(fā) 送 過 程,6.1.1串行I/O接口,接收控制電路不斷地監(jiān)視串行數(shù)據(jù)輸入線上的電平，一旦出現(xiàn)持續(xù)一個位周期的低電平（異步方式下），則開始采樣有效數(shù)據(jù)位，并使數(shù)據(jù)進入輸入移位寄存器。 采樣重復(fù)進行，直至采樣到停止位。 接收控制邏輯對接收的數(shù)據(jù)進行格式檢查，若不正確，則將狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位置“1”；若正確，則將有效數(shù)據(jù)位并行傳送到輸入緩沖器。 然后，將狀態(tài)寄存器中的“接收數(shù)據(jù)準備好”位置“1”；若接口處于中斷允許狀態(tài)，則還向CPU發(fā)出中斷請求信號。CPU可以通過查詢或中斷方式讀取輸入緩沖寄存器中的有效數(shù)據(jù)。,接 收 過 程,6.1.1串行I/O接口,9.1 串行接口系統(tǒng)概述,9.1.1串行I/O接口,接收 過程,CPU,外部設(shè)備,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),1. 波特率（Baud）,一、數(shù)據(jù)傳輸率,數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，可用比特率和波特率來表示?比特率：比特率是指每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，單位為bit/s （ bps）表示。, 波特率：波特率是指每秒傳輸?shù)姆枖?shù)，若每個符號所含的信息量為1比特，則波特率等于比特率。單位為Baud。,在計算機中,一個符號的含義為高低電平,它們分別代表邏輯1和邏輯0,所以每個符號所含的信息為1位,因此在計算機通信中,常將比特率稱為波特率,即 1 （Baud）=1 bit/s 傳送一個二進制位所需的時間為位時間,用Td表示。位時間與波特率的關(guān)系是Td=1/B,2. 發(fā)送/接收時鐘（Txc /Rxc）,發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘作用下,將“發(fā)送移位寄存器”的數(shù)據(jù)按位串行移位輸出；,接受數(shù)據(jù)時，接受器在接收時鐘作用下,對來自通信線上的串行數(shù)據(jù)按位串行移入“接收移位寄存器”。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),2. 發(fā)送/接收時鐘（Txc /Rxc）,波特率：單位時間內(nèi)傳送的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，以位/秒（b/s）表示，也稱為數(shù)據(jù)位率。它是衡量串行通信速率的重要指標。,收/發(fā)時鐘直接決定了通信線路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，對于?發(fā)雙方之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐接惺种匾淖饔谩?一般在發(fā)送端是由發(fā)送時鐘的下降沿使送入移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出。而接收端則是在接收時鐘的上升沿作用下將傳輸線上的數(shù)據(jù)逐位打入移位寄存器。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),二、串行通信的連接方式,串行,并行,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),三、信號的調(diào)制和解調(diào),原因：如果數(shù)字信號直接在公用電話網(wǎng)的傳輸線上傳送，高次諧波的衰減會很厲害，從而使信號到了接收端后將發(fā)生嚴重畸變和失真 解決：發(fā)送方使用調(diào)制器（Modulator），把要傳送的數(shù)字信號調(diào)制轉(zhuǎn)換為適合在線路上傳輸?shù)囊纛l模擬信號；接收方則使用解調(diào)器（Demodulator）從線路上測出這個模擬信號，并還原成數(shù)字信號,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),四、串行通信的檢錯和糾錯,信息的正確性對計算機的可靠工作具有極其重要的意義，但在信息的存儲與傳輸過程中，?？赡苡捎谀撤N干擾或其他不可靠因素的存在而發(fā)生差錯。 在串行通信中，由于線路長和噪聲干擾的存在，會導(dǎo)致信息傳輸過程中出現(xiàn)錯誤。 為保證信息傳輸?shù)恼_性，必須對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行差錯檢查和校正，即檢錯和糾錯。 檢錯是如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，而糾錯是發(fā)現(xiàn) 錯誤后如何消除錯誤。 在基本通信協(xié)議中，一般采用奇偶檢驗或方陣碼檢錯，以反饋重發(fā)方式糾錯。在高級通信協(xié)議中，一般采用循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯，以自動糾錯方式來糾錯。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),奇偶校驗的基本原理,這種利用信息位中“1”的個數(shù)的奇偶性來達到檢驗?zāi)康牡木幋a稱為奇偶校驗碼。使整個信息位“1”的個數(shù)為奇數(shù)的編碼叫奇校驗碼；而使整個信息位“1”的個數(shù)為偶數(shù)的編碼叫偶校驗碼。附加的信息位稱為奇偶校驗位，簡稱校驗位。需要傳送的數(shù)據(jù)位本身稱為有效信息位。,在所傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)中附加冗余位（即檢驗位），使整個信息位（包括有效位和檢驗位）中“1”的個數(shù)具有奇數(shù)或偶數(shù)的特性。整個信息位經(jīng)過線路傳輸后，若原來所具有的“1”的個數(shù)的奇偶性發(fā)生了變化，則說明出現(xiàn)了傳輸錯誤，可由專門的檢測電路檢測出來。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),有效信息位是1011101，采用偶校驗，則附加的校驗位是1。最后得到的信息是10111011,有效信息位是1011011，采用奇校驗，則附加的校驗位是0。最后得到的信息是10110110,例1,例2,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),2. 方陣碼校驗,基本原理：先在每個7位編碼的字符后附加1位奇偶校驗位，使整個字符的“1”的個數(shù)為偶數(shù)或奇數(shù)。然后使若干個字符組成一個數(shù)據(jù)塊，列成方陣，再在縱向按位加，產(chǎn)生一個字符的檢驗字符，并將它附在數(shù)據(jù)的末尾。,這一檢驗字符是所有數(shù)據(jù)字符“異或”的結(jié)果，反映了整個數(shù)據(jù)的奇偶性。 在數(shù)據(jù)接收過程中，數(shù)據(jù)塊讀出產(chǎn)生一個檢驗字符，并與發(fā)送來的檢驗字符進行比較，若兩者不同，說明出現(xiàn)差錯，則以反饋重發(fā)來糾錯。若兩者相同，表示接收數(shù)據(jù)正確。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),3. CRC校驗,CRC是利用編碼原理，對傳送的二進制碼序列以一定的規(guī)則產(chǎn)生一定的校驗碼，并將校驗碼放在二進制序列之后，形成符合一定規(guī)則的新的二進制碼序列（稱為編碼），并將新的二進制碼序列發(fā)送出去。 在接收時，就根據(jù)信息和校驗碼之間所遵循的規(guī)則進行檢測（稱為譯碼），從而檢測出傳輸過程中是否發(fā)生差錯。 CRC校驗是對整個數(shù)據(jù)塊進行校驗，同步串行通信都采用CRC校驗。,6.1.2 串行通信基礎(chǔ),一、概述,在串行通信中,發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時,一位一位往外發(fā)送,沒有問題,問題是接收端,一根線傳送過來的信息0110110表示什么意思?不知道.所以發(fā)、收雙方一定要有約定。 1、接收方怎么知道數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束？ 2、接收方怎么判斷所接收數(shù)據(jù)的正確性。 所以，串行通信中，如何使收發(fā)雙方同步工作是關(guān)鍵。,為了實現(xiàn)同步，互相通信的雙方必須就數(shù)據(jù)傳輸方式、同步控制方式、差錯處理、應(yīng)答方式和信號格式等問題作出共同遵守的一組規(guī)定，這種規(guī)定稱為通信協(xié)議。 常用的串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ?種，即異步方式和同步方式，相應(yīng)的有異步通信協(xié)議同步通信協(xié)議。,6.1.3 串行通信協(xié)議,1、串行異步通信時的數(shù)據(jù)格式,二、異步通信協(xié)議,異步方式通信是以字符為單位進行傳輸?shù)?，字符之間沒有固定的時間間隔要求，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。 收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設(shè)置起始位和停止位。（把一個字符看作是一個獨立的信息單元，并且字符出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中相對時間是任意的。） 在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時再發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。,6.1.3 串行通信協(xié)議,起始位每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平,數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個二進制位組成，低位先傳送,校驗位用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位,停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位,空閑位傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送,6.1.3 串行通信協(xié)議,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位奇偶校驗位。,6.1.3 串行通信協(xié)議,2、串行異步通信時的數(shù)據(jù)接收,接收端采樣時鐘頻率為位頻率的16倍，采樣時間基準應(yīng)確保采樣時刻在每一位的中間。,注意,在接收端設(shè)置一采樣時鐘頻率計數(shù)器，當檢測到起始位下降沿時，將其清零，并開始對采樣時鐘計數(shù)。 當計數(shù)器計到8時，表示已到達起始位的中間位置，此時采樣值為0，說明是真正的起始位，同時將計數(shù)器清零；若采樣值不為0，則說明一開始檢測到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干擾，此次檢測應(yīng)作廢，計數(shù)器清零，并重新開始檢測起始位。,6.1.3 串行通信協(xié)議,2、串行異步通信時的數(shù)據(jù)接收,檢測到真正的起始位后，計數(shù)器清零，以后每次計到16時，便采樣收到的信號波形（即每一位的中間），將采到的數(shù)值暫存起來，同時將計數(shù)器清零，重新計數(shù)，直至最后的停止位被采樣。 如果停止位采樣正確（為1），則字符被接收，并由暫存器裝入寄存器。若停止位采樣值為0，說明同步或傳輸有問題，此次采樣所得字符作廢,不被接收。,6.1.3 串行通信協(xié)議,3、串行異步通信的特點, 起止式異步通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)對收發(fā)雙方的時鐘同步要求不高，發(fā)送器和接收器可以不用共同的時鐘。, 串行異步通信的數(shù)據(jù)格式可以根據(jù)實際需要，通過可編程串行接口電路，用軟件命令的方式進行設(shè)置。在不同傳輸系統(tǒng)中，這些通信格式的設(shè)定完全可以不同。, 附加信息位（額外開銷），使通信效率降低。,6.1.3 串行通信協(xié)議,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： 1）波特率應(yīng)該是多少？ 2）有效數(shù)據(jù)位傳輸位是多少？ 3）傳輸效率是多少？,解： 1）波特率是 (7位數(shù)據(jù)位+1位起始位+1位校驗位+1位停止位)240 =2400b/s 2）有效數(shù)據(jù)位傳輸位是 ：7240=1680b/s 3）傳輸效率是：1680/2400=70%,6.1.3 串行通信協(xié)議,1、串行同步通信的特點,三、串行同步通信協(xié)議,要求對傳送數(shù)據(jù)的每一位都必須在收、發(fā)兩端嚴格保持同步，即所謂“位同步”。因此，收、發(fā)兩端需用同一個時鐘源作為時鐘信號。,沒有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的開始。,(3) 通信時，字符數(shù)據(jù)不允許有空隙。當線路空閑或沒有字符可發(fā)送時，可發(fā)送收、發(fā)雙方約定的同步字符。,6.1.3 串行通信協(xié)議,(4)傳輸效率高，適合于快速、大量數(shù)據(jù)的傳送。,三、串行同步通信協(xié)議,外同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前向接收端發(fā)送一串時鐘脈沖，接收端按這個時鐘頻率調(diào)整自己的時序，使接收時鐘頻率鎖定在接收到的時鐘頻率上，并作為同步時鐘來接收數(shù)據(jù)。（沒有同步字符，靠外部時鐘同步）,內(nèi)同步法是接收端從接收到的數(shù)據(jù)信息波形本身提取同步的方法。（有一個（單同步）或兩個（雙同步）同步字符）,6.1.3 串行通信協(xié)議,2、同步通信協(xié)議概述,三、串行同步通信協(xié)議, 面向字符的同步通信協(xié)議 面向比特的同步通信協(xié)議,6.1.3 串行通信協(xié)議,6.1.4 RS-232C串行通信標準,一、RS-232C串行通信標準,EIA Electronic Industry Association，美國電子工業(yè)協(xié)會 RS Recommended standard，推薦標準 232 標識號 C RS232的最新一次修改（1969年）,EIA-RS-232C,全稱,RS-232C串行通信標準定義說明：,當初制定此標準的目的是為了使不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備能達到接插的“兼容性”。也就是說不同廠家所生產(chǎn)的設(shè)備，只要它們都有具有RS-232C標準接口，則不需要任何轉(zhuǎn)換電路，就可以互相插接起來。這個標準僅保證硬件兼容而沒有軟件兼容。此外，用它進行數(shù)據(jù)傳輸時，由于線路的損耗和噪聲干擾，傳輸距離一般不超過15m。通常兩計算機的近距離通信可以通過RS-232C標準接口連接起來。,最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE (Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。,RS-232C標準包括機械指標和電氣指標。,6.1.4 RS-232C串行通信標準,1. 電氣特性,一、RS-232C串行通信標準,邏輯電平,邏輯1（MARK）= -3V-15V 邏輯0（SPACE）= +315V,在TxD和RxD上,信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）= +3V+15V 信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓）= -3V-15V,在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上,!RTS：為請求發(fā)送信號。DTEDCE !CTS：為允許發(fā)送信號。 DCE DTE !DSR：為數(shù)據(jù)裝置準備好信號。有效時，表明DCE可以使用 !DTR：為數(shù)據(jù)終端準備好信號。有效時表明DTE可以使用。!DCD：載波檢測輸出。,6.1.4 RS-232C串行通信標準,1. 電氣特性,一、RS-232C串行通信標準,TTL-EIA電平轉(zhuǎn)換,為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。,集成轉(zhuǎn)換器件 TTLEIA MC1488、SN75150 EIATTL MC1489、SN75154 TTLEIA MAX232,232C接口采用EIA電平 高電平為3V15V 低電平為3V15V 實際常用12V或15V,標準TTL電平 高電平：2.4V5V 低電平：0V0.4V,相互轉(zhuǎn)換,6.1.4 RS-232C串行通信標準,2. 連接器的機械特性,一、RS-232C串行通信標準,DB-25,異步通信的9個電壓信號（含信號地SG）： 2，3，4，5，6，7，8，20，22 20mA電流環(huán)信號 9個： 12，13，14，15，16，17，19,23，24 空引腳6個： 9，10，11，18，21，25 保護地（PE）1個，作為設(shè)備接地端： 1,DB-9,AT機以后（不支持20mA電流環(huán)接口），使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。,DB-9型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。,6.1.4 RS-232C串行通信標準,3. RS-232C的接口信號,4條數(shù)據(jù)線、 11條控制線、 3條定時線、 7條備用和未定義線,常用的只有9根,6.1.4 RS-232C串行通信標準,(1) 聯(lián)絡(luò)控制信號線,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,6.1.4 RS-232C串行通信標準,RTS：請求發(fā)送 當數(shù)據(jù)終端設(shè)備準備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有效的RTS信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準備接收數(shù)據(jù) CTS：清除發(fā)送（允許發(fā)送）（請求響應(yīng)） 當數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)出CTS有效信號來響應(yīng)RTS信號 RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號（握手信號）,6.1.4 RS-232C串行通信標準,DTR：數(shù)據(jù)終端準備好 通常當數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電，該信號就有效，表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準備就緒 DSR：數(shù)據(jù)裝置準備好 通常表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方式 DTR和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號，例如表示設(shè)備的狀態(tài),6.1.4 RS-232C串行通信標準,SG：信號地 為所有的信號提供一個公共的參考電平 DCD：載波檢測（DCD） 當本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對方的載波信號時，該引腳向數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供有效信號 RI：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,6.1.4 RS-232C串行通信標準,PG：保護地（機殼地） 起屏蔽保護作用的接地端，一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定，連接到設(shè)備的外殼或大地 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,6.1.4 RS-232C串行通信標準,二、串行口互連,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,6.1.4 RS-232C串行通信標準,9.1 串行接口系統(tǒng)概述,9.1.4 RS-232C串行通信標準,1. 零Modem 的最簡連線（3線制）,微機利用232C接口直接連接進行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（Null Modem）連接。,6.1.4 RS-232C串行通信標準,2. 零Modem標準連接,6.1.4 RS-232C串行通信標準,6.2 可編程串行接口芯片16550,6.2.1 16550介紹,6.2.2 16550編程舉例,9.2 可編程串行口控制器8250,9.2.1 8250的邏輯結(jié)構(gòu)和引腳功能,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(shè)之間進行異步通信的接口。其核心是UART。 常見的UART主要有INS8250、PC16450和PC16550。此外，還有帶更大緩沖的UART，稱為PC16650和PC16750。,16550引腳簡介 數(shù)據(jù)信號D7-D0：8根數(shù)據(jù)線和CPU數(shù)據(jù)總線連接。 與地址有關(guān)的信號:CS0、CS1、!CS2、!ADS。當CS0=CS1=1、!CS2=0時，16550可被CPU訪問，并由A2- A0選擇要訪問的寄存器。地址選通信號!ADS為低電平時，鎖存三個片選信號以及A2- A0的輸入狀態(tài)。 讀寫控制信號。16550有兩對讀寫控制信號，兩對信號功能完全相同，只不過是信號電平不同而已。RD、WR為高電平有效，!RD、 !WR為低電平有效。,中斷控制和復(fù)位信號。16550具有中斷控制和中斷優(yōu)先級處理能力，INTR引腳產(chǎn)生高電平有效地中斷請求信號。PC中，使用OUT2來控制中斷請求信號INTR的輸出，而OUT1沒有使用。MR是復(fù)位信號，通常與系統(tǒng)RESET信號連接，在系統(tǒng)復(fù)位時對16550復(fù)位。 時鐘信號。XIN和XOUT是16550的主時鐘引腳，晶體振蕩器可連接在它們兩者之間，或者XIN與外部時鐘源連接。BAUDOUT輸出是由發(fā)送器的波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘信號，它常與RCLK輸入連接，產(chǎn)生與發(fā)送器相等的接收器時鐘。,與通信設(shè)備連接的信號。請求發(fā)送RTS、允許發(fā)送CTS、數(shù)據(jù)終端準備好DTR、數(shù)據(jù)裝置準備好DSR、振鈴RI、載波檢測DCD、串行數(shù)據(jù)信號RxD和TxD。這些信號經(jīng)過EIA驅(qū)動器驅(qū)動后與9腳D型連接器相連。 數(shù)據(jù)就緒信號。RxRDY和 TxRDY是接收器和發(fā)送器的就緒信號，常用于DMA方式控制數(shù)據(jù)傳送。,16550內(nèi)部有12個8位寄存器，但是只有8個端口地址，用8個地址表示12個寄存器，所采取的措施如下： 發(fā)送保持寄存器THR 和 接收數(shù)據(jù)寄存器RBR 共用一個地址，以讀寫信號來加以區(qū)分。 以讀方式訪問RBR， 以寫方式訪問THR 波特率除數(shù)寄存器的高字節(jié)TLH與中斷允許寄存器IER使用相同的地址; 波特率除數(shù)寄存器的低字節(jié)TLL與接收數(shù)據(jù)寄存器RBR和發(fā)送保持寄存器THR使用相同的地址，為了區(qū)分，借用線路控制寄存器LCR的最高位DLAB位來區(qū)分,16550內(nèi)部寄存器地址及其選擇方法,表 LCR格式,1，線路控制寄存器（LCR：Line Control Register）用于指定異步串行通信的數(shù)據(jù)格式,2，線路狀態(tài)寄存器（LSR：Line Status Register）：只讀存儲器，用來向CPU提供數(shù)據(jù)接收和發(fā)送時的狀態(tài)。這些狀態(tài)可以被CPU查詢，也可以觸發(fā)中斷請求。 LSR格式,3，波特率除數(shù)寄存器（TLH與TLL）,波特率除數(shù)寄存器分為高字節(jié)寄存器TLH和低字節(jié)寄存器TLL 該寄存器用于存放除數(shù)寄存器值，從而確定波特率。除數(shù)寄存器值不同，則波特率不同。（分頻系數(shù)：在基準時鐘頻率的基礎(chǔ)上所作的分頻。） 除數(shù)寄存器值=基準時鐘頻率（16波特率） 注： 16為分頻系數(shù)，即每16個基準時鐘頻率才會發(fā)送一位二進制數(shù)據(jù) 在寫入除數(shù)之前，應(yīng)將線路控制寄存器的最高位DLAB置1，只有這樣才可以訪問到除數(shù)寄存器 由于除數(shù)是16位的，所以應(yīng)分別向TLH和TLL兩個端口分別寫入除數(shù)值的高8位和低8位。 16550芯片輸入的基準時鐘頻率為1.18432MHz,常用波特率常數(shù),4,中斷允許寄存器（IER：Interrupt Enable Register）：16550有4級中斷，按優(yōu)先級從高到低依次為：接收出錯中斷、接收緩沖器滿中斷、發(fā)送保持寄存器空中斷和MODEM輸入狀態(tài)改變中斷。這些中斷的允許或屏蔽由IER來控制,IER格式,只要IER寄存器的相應(yīng)位寫“1”就允許中斷請求，寫“0”就禁止中斷請求,5,中斷標識寄存器（IIR：Interrupt identifier Register）：如果16550工作于中斷方式，IIR指出有無待處理的中斷發(fā)生及其類型，并封鎖比此類優(yōu)先級低的所有類型中斷。 IIR格式,為了具體識別究竟是哪種事件引起的中斷（即中斷源），UART內(nèi)部設(shè)置了中斷識別寄存器IIR。它保存著在請求中斷的中斷類型編碼。IIR是只讀寄存器，它的內(nèi)容隨中斷源而改變。,6,發(fā)送保持寄存器（THR：Transmit Holding Register）:該寄存器寄存CPU寫入的一字節(jié)數(shù)據(jù)，在發(fā)送移位寄存器空閑時，自動轉(zhuǎn)存到發(fā)送移位寄存器。按照編程制定的幀格式，發(fā)送移位寄存器為每一個數(shù)據(jù)添加起始位、校驗位和停止位，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，在發(fā)送器時鐘的控制下，經(jīng)SOUT端一位一位地發(fā)送出去。 7,接收緩沖寄存器（RBR：Receive Buffering Register）：在接收器時鐘的控制下，接收移位寄存器從SIN端子接收的一幀數(shù)據(jù)，去掉起始位、校驗位和停止位，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送接收緩沖寄存器等待cpu讀取。,16550芯片數(shù)據(jù)傳輸過程,由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串并）和“發(fā)送移位寄存器”（并串）。,8,MODEM控制寄存器（MCR）。控制芯片的4個管腳的輸出和芯片的環(huán)路檢測。MCR的格式如表7所示。 MCR格式,9, MODEM狀態(tài)寄存器（MSR）。反映UART與通信設(shè)備（如MODEM）之間聯(lián)絡(luò)信號的當前狀態(tài)以及這些信號的變化情況。 MSR格式,10, FIFO控制寄存器（FCR）。16550有一個FIFO緩沖器，用于緩沖正在發(fā)出或接收的數(shù)據(jù)。 FCR格式,6.2.2 16550編程舉例,1初始化串行通信口,一 查詢方式異步串行通信編程,在查詢方式下異步通信編程一般有三個部分：初始化、發(fā)送一個字符及接收一個字符。 下面以串行口COM1(端口地址3F8H)為例，分別說明這三個部分的編程方法。,初始化串行通信口的內(nèi)容是：確定數(shù)據(jù)傳輸幀格式（包括數(shù)據(jù)位長度、停止位長度及有無奇偶校驗和校驗的類型）、確定傳輸波特率以及確定INS8250操作方式。操作方式是指自發(fā)自收的循環(huán)反饋方式（用于診斷）還是通常的兩點之間的通信方式，是程序查詢方式傳送還是中斷方式傳送。,1初始化串行通信口,初始化的一般方法是按一定的步驟分別對線路控制寄存器LCR、波特率除數(shù)寄存器TLL、TLH 和 MODEM控制寄存器MCR等進行參數(shù)寫入操作，其參數(shù)是在程序中由指令分散設(shè)定的； 通過寫除數(shù)寄存器TLL與TLH設(shè)置波特率 通過寫線路控制寄存器LCR設(shè)置通信數(shù)據(jù)格式 通過寫MODEM控制寄存器MCR設(shè)置MODEM控制字 通過寫中斷允許寄存器IER設(shè)置中斷允許控制字,1初始化串行通信口,MOV DX,LCR ；線路控制寄存器地址 MOV AL,80H OUT DX, AL ；使DLAB=1，以便下面寫除數(shù)寄存器 MOV DX,DLL ；低位除數(shù)寄存器 MOV AL,0CH ；9600波特率的除數(shù)低8位 OUT DX, AL MOV AL,00H INC DX ；高位除數(shù)寄存器 OUT DX, AL,1初始化串行通信口,MOV AL, 00011011b ；偶校驗、1位停止位 ；8位數(shù)據(jù)位 MOV DX,LCR ；線路控制寄存器地址 OUT DX, AL MOV AL, 03H ； MOV DX, MCR ；MODEM控制寄存器地址 OUT DX, AL MOV AL, 0 ；禁止中斷 MOV DX, IER ；中斷允許寄存器地址 OUT DX, AL,6.2.2 16550編程舉例,1發(fā)送一個字符程序,一 查詢方式異步串行通信編程,采用查詢方式下的字符發(fā)送編程，有兩種方法：第一種方法，近距離傳送不考慮RS-232C的MODEM控制信號，CPU只要檢測到INS8250發(fā)送保持寄存器為空(即線路狀態(tài)寄存器D5=1)，即可向發(fā)送保持寄存器輸出一個字符；第二種方法，考慮到發(fā)送持續(xù)的通用性，即可能用于遠距離通信的要求，故應(yīng)按照RS-232C配置MOD