微機(jī)原理與接口技術(shù)-第5章4.ppt

1、微機(jī)原理及接口技術(shù),主編 梁建武,中國(guó)水利水電出版社,5.4 串行接口技術(shù),串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進(jìn)制位用一條信號(hào)線，一位一位順序傳送的方式 串行通信的優(yōu)勢(shì)：用于通信的線路少，因而在遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以極大地降低成本 串行通信適合于遠(yuǎn)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(jī)上有兩個(gè)串行異步通信接口、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器與主機(jī)間采用串行數(shù)據(jù)傳送,1.異步串行通信ASYNC,串行通信時(shí)的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號(hào)線傳送 收發(fā)雙方必須遵守共同的通信協(xié)議（通信規(guī)程），才能解決傳送速率、信息格式、位同步、字符同步、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等問(wèn)題 串行異步通信以字符為單位進(jìn)行傳輸，其通信協(xié)議是起止式

2、異步通信協(xié)議,起止式異步通信協(xié)議,起始位每個(gè)字符開(kāi)始傳送的標(biāo)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(gè)二進(jìn)制位組成，低位先傳送,校驗(yàn)位用于校驗(yàn)是否傳送正確；可選擇奇檢驗(yàn)、偶校驗(yàn)或不傳送校驗(yàn)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(méi)有進(jìn)行傳送,數(shù)據(jù)傳輸速率,數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率（Bit Rate） 每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)bps 字符中每個(gè)二進(jìn)制位持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù) 當(dāng)進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)碼傳輸，且每位時(shí)間長(zhǎng)度相等時(shí)，比特率還等于波特率（Baud Rate） 過(guò)去，串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸速

3、率限制在50 bps到9600 bps之間?，F(xiàn)在，可以達(dá)到115200 bps或更高,2.同步串行通信SYNC,以一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)塊附加1個(gè)或2個(gè)同步字符，最后以校驗(yàn)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(fù)雜 串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中 最常使用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC,3.串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式,全雙工,半雙工,單工,示例,設(shè)備 B,4.串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C,美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)串行接口 1962年公布，1969年修訂 1987年1月正式改名為EIA-232D 設(shè)計(jì)目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器 現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（例

4、如計(jì)算機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標(biāo)準(zhǔn)接口 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺(tái)微機(jī) 屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層,(1) RS-232C的引腳定義,232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個(gè)25針連接器 絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個(gè)信號(hào)，所以就有了9針連接器 232C包括兩個(gè)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,RS-232C的引腳（1）,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,RS-232C的引腳（2）,RTS：請(qǐng)求發(fā)送 當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時(shí)，就發(fā)出有效的RTS

5、信號(hào)，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) CTS：清除發(fā)送（允許發(fā)送） 當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出CTS有效信號(hào)來(lái)響應(yīng)RTS信號(hào) 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(duì)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號(hào),RS-232C的引腳（3）,DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 通常當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電，該信號(hào)就有效，表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備就緒 DSR：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)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(hào)，例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收,RS-232C的引腳（4）,GND：信號(hào)地 為所有的信號(hào)提供一個(gè)公共

6、的參考電平 CD：載波檢測(cè)（DCD） 當(dāng)本地調(diào)制解調(diào)器接收到來(lái)自對(duì)方的載波信號(hào)時(shí)，該引腳向數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供有效信號(hào) RI：振鈴指示 當(dāng)調(diào)制解調(diào)器接收到對(duì)方的撥號(hào)信號(hào)期間，該引腳信號(hào)作為電話鈴響的指示、保持有效,RS-232C的引腳（5）,保護(hù)地 起屏蔽保護(hù)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(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào) RxC：接收器時(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào),(2) RS-232C的連接,微機(jī)利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)器，用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)電話線路的遠(yuǎn)距離通信 微機(jī)利用232C接口直接連接進(jìn)行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器

7、，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(luò)信號(hào)的3線相連方式,為了交換信息，TxD和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不應(yīng)檢測(cè)CTS和DSR是否有效,“偽”使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的3線相連方式,RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接 表明請(qǐng)求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)備好,使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)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(jì),(3)RS-232C的電氣特性,232C接口采用EIA電平 高電平為3V15V 低電平為3V15V 實(shí)際常用12V或15V,標(biāo)準(zhǔn)TTL電平 高電平：2.4V5V 低電平：0V0.4V,相互轉(zhuǎn)換,5.4

8、.2 通用異步接收發(fā)送器 16550,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(gè)字符（或數(shù)據(jù)塊） 這些工作可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可用硬件實(shí)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(jī)的UART芯片是INS 8250 后來(lái)使用NS16550,1. 16550的內(nèi)部結(jié)構(gòu),16550實(shí)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(jìn)行奇偶校驗(yàn) 具有奇偶、幀和溢出錯(cuò)誤檢測(cè)電路 8250支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為50115 200bps,(1)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,

9、(2)起始位的檢測(cè),起始檢測(cè),確定已檢測(cè)到起始位,采樣數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍 正確識(shí)別起始位，防止因干擾引起的誤識(shí)別,(3)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,(4)接收錯(cuò)誤的處理,奇偶錯(cuò)誤PE（Parity Error） 若接收到的字符的“1”的個(gè)數(shù)不符合奇偶校驗(yàn)要求 幀錯(cuò)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(cuò)誤OE（Overrun Error） 若接收移位寄存器接收到一個(gè)數(shù)據(jù)，并送至輸入緩沖器時(shí)，CPU還未取走前一個(gè)數(shù)據(jù)，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出 若接收緩沖器的級(jí)數(shù)多，則溢出錯(cuò)誤的幾率就少,2. 16550的外

10、部引腳（1）,數(shù)據(jù)線D0D7：在CPU與16550之間交換信息 地址線A0A2：尋址16550內(nèi)部寄存器 片選線：16550設(shè)計(jì)了3個(gè)片選輸入信號(hào)CS0、CS1、CS2*和一個(gè)片選輸出信號(hào)SOUT。3個(gè)片選輸入都有效時(shí)，才選中16550芯片，同時(shí)SOUT輸出高電平有效。 地址選通信號(hào)ADS*：當(dāng)該信號(hào)低有效時(shí)，鎖存上述地址線和片選線的輸入狀態(tài)，保證讀寫(xiě)期間的地址穩(wěn)定,2. 16550的外部引腳（2）,驅(qū)動(dòng)器禁止信號(hào)DDIS：CPU從16550讀取數(shù)據(jù)時(shí)，DDIS引腳輸出低電平，用來(lái)禁止外部收發(fā)器對(duì)系統(tǒng)總線的驅(qū)動(dòng)；其他時(shí)間，DDIS為高電平 主復(fù)位線MR：硬件復(fù)位信號(hào)RESET 中斷請(qǐng)求線INT

11、RPT：16550有4級(jí)共10個(gè)中斷源，當(dāng)任一個(gè)未被屏蔽的中斷源有請(qǐng)求時(shí)，INTRPT輸出高電平向CPU請(qǐng)求中斷,3. 時(shí)鐘信號(hào),時(shí)鐘輸入引腳XTAL1：16550的基準(zhǔn)工作時(shí)鐘 時(shí)鐘輸出引腳XTAL2：基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的輸出端 波特率輸出引腳BAUDOUT*：基準(zhǔn)時(shí)鐘經(jīng)16550內(nèi)部波特率發(fā)生器分頻后產(chǎn)生發(fā)送時(shí)鐘 接收時(shí)鐘引腳RCLK：接收外部提供的接收時(shí)鐘信號(hào)；若采用發(fā)送時(shí)鐘作為接收時(shí)鐘，則只要將RCLK引腳和BAUDOUT*引腳直接相連,4. 串行異步接口引腳,5. 輸出線,OUT1*和OUT2*： 兩個(gè)一般用途的輸出信號(hào) 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(hào) 復(fù)位使其恢

12、復(fù)為高,5.4.3 16550的初始化編程,串口初始化程序必須在系統(tǒng)復(fù)位之后，在16550工作以前進(jìn)行。16550的初始化編程主要用來(lái)設(shè)置16550的通信格式、傳輸波特率、是否使用中斷、是否自檢測(cè)試等操作。需要編程的寄存器有：除法寄存器、線路控制寄存器、MODEM控制寄存器和中斷允許寄存器。,設(shè)置通信格式,設(shè)通信格式為每字符7位數(shù)據(jù)、2位停止位、采用偶校驗(yàn)，初始化程序段： MOV AL, 00011110B ;線路控制寄存器的控制字 MOV DX, 3FBH ;線路控制寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入線路控制寄存器,設(shè)置通信波特率,設(shè)串口通信波特率需要設(shè)置為115200波特，初始化

13、程序段： MOV AL, 10000000B ;線路控制寄存器控制字DLAB = 1 MOV DX, 3FBH ;線路控制寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入線路控制寄存器 MOV AL, 10 ;產(chǎn)生115200波特率的除數(shù)系數(shù)低字節(jié) MOV DX, 3F8H ;除數(shù)低字節(jié)寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入除數(shù)低字節(jié) MOV AL, 00H ;除數(shù)高字節(jié) INC DX ;指向除數(shù)高字節(jié)寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入除數(shù)高字節(jié),設(shè)置操作方式,設(shè)串口需要自檢測(cè)試，初始化程序段： MOV AL, 00011011B ;MODEM控制寄存器控制字 MOV DX, 3F

14、CH ;MODEM控制寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入MODEM控制寄存器,設(shè)置中斷允許,設(shè)允許接收數(shù)據(jù)中斷，初始化程序段： MOV AL, 00000001B ;中斷允許控制寄存器控制字 MOV DX, 3F9H ;中斷允許控制寄存器端口地址 OUT DX, AL ;寫(xiě)入中斷允許控制寄存器,16550的初始化流程,5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例,例1：16550的地址為03F8H03FFH。 （1）16550初始化 對(duì)16550進(jìn)行初始化程序： MOV DX, 3FBH MOV AL, 80H OUT DX, AL ;置位線路控制寄存器D7，DLAB = 1 MOV DX, 3

15、FBH MOV AL, 60H OUT DX, AL ;鎖存除數(shù)寄存器低8位 INC DX MOV AL, 0 OUT DX, AL ;鎖存除數(shù)寄存器高8位,5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例 續(xù),MOV DX, 3FBH MOV AL, 0AH OUT DX, AL ;初始化線路控制寄存器 MOV DX, 3FAH MOV AL, 07H OUT DX, AL ;初始化FIFO控制器 MOV DX, 3FCH MOV AL, 03H OUT DX, AL ;初始化MODEM控制器 MOV DX, 3F9H MOV AL, 0 OUT DX, AL ;寫(xiě)中斷允許控制寄存器,5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例 續(xù),（2）以查詢方式串行發(fā)送與接收數(shù)據(jù) 采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù)的程序： SEND: MOV DX, 3FDH LEA SI, SEND_DATA WAIT1: IN AL, DX TEST AL, 20H JZ WAIT1 PUSH DX MOV