第11章串行通信接口

1、接口與通訊技術(shù)接口與通訊技術(shù)武漢科技大學(xué)武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第第11 11章串行通信接口章串行通信接口 本章內(nèi)容本章內(nèi)容11.1 11.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念11.2 11.2 串行通信中的傳輸速率控制串行通信中的傳輸速率控制11.3 11.3 串行通信中的數(shù)據(jù)格式串行通信中的數(shù)據(jù)格式11.4 11.4 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)11.5 11.5 串行通信接口電路串行通信接口電路11.6 11.6 用戶擴(kuò)展的串行通信接口用戶擴(kuò)展的串行通信接口11.7 11.7 系統(tǒng)配置的串行通信接口系統(tǒng)配置的串行通信接口11.1 11.1 串行通信的基

2、本概念串行通信的基本概念11.1.1 串行通信的基本特點(diǎn)串行通信的基本特點(diǎn) 在1根信號(hào)線上分時(shí)傳送多位信息；既傳數(shù)據(jù)又傳聯(lián)絡(luò)信息 為了區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和聯(lián)絡(luò)信息，有固定的數(shù)據(jù)格式(同步和異步) 對(duì)信號(hào)的邏輯定義與TTL不兼容 傳輸速率需要控制：雙方約定波特率 串行通信易受干擾，需進(jìn)行差錯(cuò)的檢測(cè)和控制既適用于近距離，又可用于遠(yuǎn)程；遠(yuǎn)程時(shí)需MODEM11.1.2 11.1.2 串行通信傳輸?shù)墓ぷ鞣绞酱型ㄐ艂鬏數(shù)墓ぷ鞣绞? (制式制式) )單工單工：數(shù)據(jù)只能單向傳送全雙工：全雙工：可同時(shí)進(jìn)行雙向傳送半雙工：半雙工：可分時(shí)進(jìn)行雙向傳送方向切換發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器A站B站信號(hào)地全雙工全雙工發(fā)送器接收器A站

3、B站信號(hào)地單工單工發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器A站B站信號(hào)地半雙工半雙工11.1.3 11.1.3 串行通信中的差錯(cuò)檢測(cè)串行通信中的差錯(cuò)檢測(cè)1. 1.誤碼率的控制誤碼率的控制誤碼率誤碼率數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸后發(fā)生錯(cuò)誤的位數(shù)與總傳輸位數(shù)之比；一般要求達(dá)到10-6數(shù)量級(jí)減少誤碼率措施減少誤碼率措施進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)(軟硬件)；檢糾錯(cuò)編碼2.2.檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼的使用檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼的使用基本通信規(guī)程：基本通信規(guī)程：奇偶校驗(yàn)、方陣碼檢錯(cuò) 反饋重發(fā)高級(jí)通信規(guī)程：高級(jí)通信規(guī)程：循環(huán)冗余碼(CRC)檢錯(cuò) 自動(dòng)糾錯(cuò)3.3.錯(cuò)誤狀態(tài)的分析與處理錯(cuò)誤狀態(tài)的分析與處理奇偶校驗(yàn)錯(cuò)：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)：請(qǐng)求重發(fā)溢出錯(cuò)：溢出錯(cuò)：降低發(fā)送速率或在接收方設(shè)

4、置FIFO緩沖器幀格式錯(cuò)：幀格式錯(cuò)：核對(duì)雙方的數(shù)據(jù)格式超時(shí)錯(cuò)：超時(shí)錯(cuò)：由于硬件接口電路速度跟不上產(chǎn)生4.4.錯(cuò)誤檢測(cè)只在接收方進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)只在接收方進(jìn)行11.1.4 11.1.4 串行通信的同步方式串行通信的同步方式1. 1.串行通信中的同步問(wèn)題串行通信中的同步問(wèn)題(1)(1)字符同步方案字符同步方案雙同步(BISYNC)通信：12個(gè)特定的同步字符高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制同步通信HDLC：特定0/1序列(01111110)起止式異步通信：起始位(2)(2)位同步方案位同步方案接收時(shí)鐘控制每一位數(shù)據(jù)的接收2.2.串行通信的基本方式串行通信的基本方式(1)(1)異步通信方式異步通信方式以字符為單位傳輸，每

5、個(gè)字符隨機(jī)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中字符與字符之間是異步的，而字符內(nèi)位與位之間是同步的(2)(2)同步通信方式同步通信方式以數(shù)據(jù)塊(字符塊)為單位傳輸字符與字符之間以及字符內(nèi)位與位之間都是同步的11.1.5 11.1.5 串行通信中的調(diào)制與解調(diào)串行通信中的調(diào)制與解調(diào) 電話線電話線： 3003400Hz的音頻模擬信號(hào)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器(MODEM，調(diào)制器+解調(diào)器)的作用作用：發(fā)送時(shí)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)接收時(shí)對(duì)音頻模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)還原成數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)或數(shù)傳機(jī)數(shù)傳機(jī)(DATA SET)調(diào)制解調(diào)器的種類調(diào)制解調(diào)器的種類幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK

6、)頻率f01+-輸出S1S0數(shù)字信號(hào)頻率f1頻率f0FSK:11.2 11.2 串行通信中的傳輸速率控制串行通信中的傳輸速率控制11.2.1 11.2.1 數(shù)據(jù)傳輸速率控制的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)據(jù)傳輸速率控制的實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)字通信中的傳輸速率稱為波特率，單位波特 數(shù)據(jù)傳輸率的控制波特率時(shí)鐘發(fā)生器和波特率因子11.2.2 11.2.2 波特率與發(fā)送波特率與發(fā)送/ /接收時(shí)鐘接收時(shí)鐘1. 1.波特率波特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸串行數(shù)據(jù)的位數(shù)，1波特=1b/s位周期2.2.發(fā)送發(fā)送/ /接收時(shí)鐘接收時(shí)鐘(1)執(zhí)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收：發(fā)送時(shí)鐘的下降沿從發(fā)送移位寄存器輸出；接收時(shí)鐘的上升沿移入接收移位寄存器(2)進(jìn)行位同步

7、發(fā)送發(fā)送/ /接收時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送接收時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送/ /接收的控制接收的控制0111000111000起始位發(fā)送的數(shù)據(jù)接收的數(shù)據(jù)收/發(fā)時(shí)鐘理想情況理想情況在碼元中心采樣 收發(fā)時(shí)鐘頻率嚴(yán)格相等 采樣錯(cuò)位采樣錯(cuò)位(f收f(shuō)發(fā))111000111000起始位發(fā)送的數(shù)據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘1接收時(shí)鐘11.2.2 11.2.2 波特率與發(fā)送波特率與發(fā)送/ /接收時(shí)鐘接收時(shí)鐘3.3.波特率因子波特率因子：發(fā)送/接收1位數(shù)據(jù)所需的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)TXC(RXC)=BaudFactor同步：Factor=1；異步：Factor=1、16、641/0起始位1/0接收時(shí)鐘數(shù)據(jù)檢測(cè)到起始位前沿8個(gè)16個(gè)16個(gè)起始位中心位采

8、樣位采樣1616倍波特率時(shí)鐘的作用倍波特率時(shí)鐘的作用提高了采樣定位的分辨率提高可靠性提高了通信的抗干擾能力11.2.2 11.2.2 波特率與發(fā)送波特率與發(fā)送/ /接收時(shí)鐘接收時(shí)鐘4.4.波特率時(shí)鐘發(fā)生器波特率時(shí)鐘發(fā)生器：不是所有串行接口芯片內(nèi)都包含5.5.波特率時(shí)鐘的使用波特率時(shí)鐘的使用Factor一定，改變TXC控制Baud例例8.18.1 Factor=16個(gè)/位，第一次采樣TXC1=38400Hz，第二次TXC2=19200Hz；兩次通信的波特率各為多少解：解：Baud1=TXC1Factor=3840016=2400b/sBaud2=TXC2Factor=1920016=1200b/

9、s例例8.28.2 甲乙兩機(jī)通信，甲機(jī)發(fā)送時(shí)鐘TXC=38400Hz，F(xiàn)actor1= 16個(gè)/位；乙機(jī)Factor2=64個(gè)/位，求乙機(jī)的接收時(shí)鐘頻率RXC解：解：RXC=BaudFactor2=(TXCFactor1)Factor2=384001664=153600Hz6.6.傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系傳輸線電氣特性一定情況下，直接傳輸最大距離隨速率的增加而減小11.2.3 11.2.3 波特率時(shí)鐘發(fā)生器設(shè)計(jì)波特率時(shí)鐘發(fā)生器設(shè)計(jì)( (略略) )例例8.38.3 設(shè)計(jì)一個(gè)波特率時(shí)鐘發(fā)生器，輸入時(shí)鐘CLK=1.19318MHz， Factor=16，輸出Baud=9600

10、b/s，按ESC退出解：解：通常用82C54A輸出方波作為串行通信的發(fā)送/接收時(shí)鐘N=CLKOUT=CLK(BaudFactor)=1.19318106(960016)8硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)(選用T2)8251ATXDRXDSGTXCRXC三總線92582C54A82C55ACLK2GATE2OUT2PC6擴(kuò)展總線1.19318MHz波特率時(shí)鐘發(fā)生器的軟件編程波特率時(shí)鐘發(fā)生器的軟件編程DATASEGMENTTC EQU 8;82C54A的T2初值DATA54EQU 306H;82C54A的T2地址CTRL54EQU 307H;82C54A控制口地址CTRL55EQU 303H;82C55A控制口地

11、址DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,CTRL54MOV AL,0B6H;82C54A方式字OUT DX,ALMOV DX,CTRL55MOV AL,80H;82C55A方式字OUT DX,ALMOV AL,0CHOUT DX,AL;PC6=0,關(guān)82C54ACALL LOAD;裝入計(jì)數(shù)初值波特率時(shí)鐘發(fā)生器的軟件編程波特率時(shí)鐘發(fā)生器的軟件編程( (續(xù)續(xù)) );給82C54A裝入計(jì)數(shù)初值的子程序LOADPROC NEARPUSH AXPUSH DXMOV DX,DATA54MOV AX

12、,TCOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,ALPOP DXPOP AXRETLOADENDPCODEENDSEND STARTMOV DX,CTRL55MOV AL,0DH;PC6=1,啟動(dòng)82C54AOUT DX,ALNOPLOP:MOV AH,08HINT 21HCMP AL,1BH;檢測(cè)ESC鍵JNE LOPMOV DX,CTRL55MOV AL,0CH;關(guān)閉82C54AOUT DX,ALMOV AX,4C00HINT 21H11.3 11.3 串行通信中的數(shù)據(jù)格式串行通信中的數(shù)據(jù)格式通信控制規(guī)程通信控制規(guī)程(傳輸控制規(guī)程、通信協(xié)議傳輸控制規(guī)程、通信協(xié)議)數(shù)據(jù)格式、同步方式

13、、傳輸速度、檢錯(cuò)糾錯(cuò)方式、控制字符定義等11.3.1 11.3.1 起止式異步通信數(shù)據(jù)格式起止式異步通信數(shù)據(jù)格式1. 特點(diǎn)特點(diǎn)字符隨機(jī)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中字符之間有不定長(zhǎng)的空閑位靠起始位和停止位定界1幀數(shù)據(jù)高可靠高可靠 低效率低效率11.3.1 11.3.1 起止式異步通信數(shù)據(jù)格式起止式異步通信數(shù)據(jù)格式( (續(xù)續(xù)) )2. 2. 起止式數(shù)據(jù)幀格式起止式數(shù)據(jù)幀格式起始位：起始位：1位，低電平數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位：58位，先低位后高位校驗(yàn)位：校驗(yàn)位：1位/0位，奇偶校驗(yàn)停止位：停止位：1位、1.5位或2位，高電平空閑 位停止位 1,1.5奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)位(58位)起始位不限或2位有/無(wú)(先低后高位)1位0/10

14、1110/10/10/10/10/10LSBMSB第n個(gè)字符第n+1個(gè)字符712位位3. 3. 起起/ /止位的作用止位的作用定界一幀數(shù)據(jù)定界一幀數(shù)據(jù)建立收發(fā)雙方同步：建立收發(fā)雙方同步：起始位標(biāo)志一幀開始，停止位標(biāo)志著結(jié)束11.3.2 11.3.2 面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式特點(diǎn)：特點(diǎn)：u一幀由一個(gè)數(shù)據(jù)塊(若干字節(jié))組成，以12個(gè)同步字符開始u控制字符定界數(shù)據(jù)和控制傳輸SYNCSYNC：同步字符，單同步加1個(gè)，雙同步加2個(gè)SOHSOH：序始，引導(dǎo)標(biāo)題標(biāo)題：標(biāo)題：源地址、目標(biāo)地址、路由等附加信息STXSTX：文始，引導(dǎo)正文ETB/ETXETB/ETX：組終/文終，當(dāng)正文

15、很長(zhǎng)，分n幀傳送時(shí)，前n-1幀用ETB，最后1幀用ETXBCCBCC：塊校驗(yàn)(從SOH到ETB/ETX)，縱橫奇偶校驗(yàn)或CRC校驗(yàn) SYNCSYNCSOH標(biāo)題STX數(shù)據(jù)塊ETB/ETXBCC11.4 11.4 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)11.4.1 RS-232C11.4.1 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)1. 關(guān)于關(guān)于RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明接口標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明EIA與BELL公司1969年公布，020000b/s，數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)通信；接收和發(fā)送針對(duì)終端而言2. 信號(hào)線定義信號(hào)線定義數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：TXDTXD(發(fā)送數(shù)據(jù)),DTEDCE；RXDRXD(接收

16、數(shù)據(jù)),DCEDTE狀態(tài)線：狀態(tài)線：DTRDTR(DTE準(zhǔn)備好),DTEDCE；DSRDSR(DCE準(zhǔn)備好),DCEDTE聯(lián)絡(luò)線：聯(lián)絡(luò)線：RTSRTS(請(qǐng)求發(fā)送),DTEDCE；CTSCTS(允許發(fā)送),DCEDTE振鈴信號(hào)：振鈴信號(hào)：RIRI(MODEM已收到交換臺(tái)的呼叫信號(hào)),DCEDTE載體檢出信號(hào)：載體檢出信號(hào)：DCDDCD(MODEM已收到數(shù)據(jù)載波信號(hào)),DCEDTE信號(hào)地線：信號(hào)地線：SGSG(公共地線)11.4.1 RS-232C11.4.1 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)3.3.信號(hào)線的使用信號(hào)線的使用(1)遠(yuǎn)程通信使用MODEM和電話線TxDRxDRTSCTSDTRDSRRI

17、DCDSG串口調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)TxDRxDRTSCTSDTRDSRRIDCDSG串口調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)電話線注：注：若不通過(guò)交換式電話系統(tǒng)，而使用專用線，則不用RI11.4.1 RS-232C11.4.1 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)3.3.信號(hào)線的使用信號(hào)線的使用(2)近程通信(15m以內(nèi))零MODEM方式,微機(jī)通信中常用DTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGDTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGuTxD與RxD交叉相連：可實(shí)現(xiàn)全雙工通信uDTR與DSR反饋相連：只要終端準(zhǔn)備好就認(rèn)為DTE和DCE都準(zhǔn)備好uRTS與CTS反饋相連：隨時(shí)都可以發(fā)送11.4.1 RS-232C11

18、.4.1 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)4.4.電氣特性電氣特性(1)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)的邏輯定義(EIA邏輯)邏輯邏輯1 1：-5V-15V，負(fù)載端要求小于-3V邏輯邏輯0 0：+5V+15V，負(fù)載端要求大于+3V(2)EIA與TTL之間的轉(zhuǎn)換EIA:電壓極性、負(fù)邏輯TTL:電壓幅值、正邏輯不兼容不兼容發(fā)送:TTL EIA,MC1488,SN75150接收:EIA TTL,MC1489,SN75154MAX232可雙向轉(zhuǎn)換11.4.1 RS-232C11.4.1 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)( (續(xù)續(xù)) )RXDTXDRTSCTSDSRSGDCD發(fā)送電流(+)發(fā)送電流(-)13142

19、34567891120222518接收電流(-)接收電流(+)RIDTRRXDTXDRTSCTSDSRSGDCD43267891RIDTR55. 5. 機(jī)械特性機(jī)械特性(1)連接器連接器DB-25型(還支持20MA電流環(huán)接口)DB-9型(2)通信電纜長(zhǎng)度通信電纜長(zhǎng)度速率低于20kb/s，誤碼率4%15米實(shí)際誤碼率允許10%20%，15米保守RS-232C缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：?jiǎn)味税l(fā)送和接收，易受共模干擾直接傳輸距離短，速率低；只能單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)通信11.4.2 RS-48511.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)1. RS-4851. RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的新概念與新定義接口標(biāo)準(zhǔn)的新概念與新定義(1)(1

20、)采用雙線平衡方式傳輸采用雙線平衡方式傳輸(2)(2)采用電位差值定義信號(hào)邏輯采用電位差值定義信號(hào)邏輯邏輯邏輯1 1：AA電平比BB高200mV；邏輯邏輯0 0：AA電平比BB低200mV(3)(3)允許多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信允許多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信(4)(4)采用采用4 4芯水晶頭連接器芯水晶頭連接器更方便方便且便宜便宜MAX491RS-485電平MAX491AABB平衡發(fā)送器差動(dòng)接收器11.4.2 RS-48511.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)2. 2. 平衡發(fā)送器平衡發(fā)送器/ /差動(dòng)接收器的作用差動(dòng)接收器的作用MAX485用于半雙工；MAX491可用于全雙工(1)(1)收發(fā)器芯片收發(fā)器芯片MA

21、X485MAX485和和MAX491MAX491的引腳功能的引腳功能引腳引腳名稱名稱功能功能MAX485MAX49112RO接收器輸出:當(dāng)VA-VB+200mV時(shí),RO=1;當(dāng)VA-VB-200mV時(shí),RO=023RE接收器輸出允許:當(dāng)RE=0時(shí),允許輸出;當(dāng)RE=1時(shí),輸出呈高阻(三態(tài))34DE驅(qū)動(dòng)器輸出允許:當(dāng)DE=1時(shí),允許輸出;當(dāng)DE=0時(shí),輸出呈高阻(三態(tài))45DI驅(qū)動(dòng)器輸入:當(dāng)DI=0時(shí),Y=0,Z=1;當(dāng)DI=1時(shí),Y=1,Z=056, 7GND接地-9Y驅(qū)動(dòng)器非反向輸出-10Z驅(qū)動(dòng)器反向輸出6-A接收器非反向輸入和驅(qū)動(dòng)器非反向輸出-12A接收器非反向輸入7-B接收器反向輸入和驅(qū)

22、動(dòng)器反向輸出-11B接收器反向輸入814VCC正電源:4.75V VCC 5.25V11.4.2 RS-48511.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)2. 2. 平衡發(fā)送器平衡發(fā)送器/ /差動(dòng)接收器的作用差動(dòng)接收器的作用(2)(2)信號(hào)的邏輯定義信號(hào)的邏輯定義當(dāng)差動(dòng)輸入VA-VB+200mV時(shí),輸出為邏輯1當(dāng)差動(dòng)輸入VA-VB-200mV時(shí),輸出為邏輯0發(fā)送端發(fā)送端(驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器)接收端接收端(接收器接收器)輸入(DI)輸出輸入輸出(RO)Y(A)Z(B)VA-VB110+0.2V1001-0.2V011.4.2 RS-48511.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)3. RS-4853.

23、RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)采用差動(dòng)發(fā)送/接收和雙絞線共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)傳輸速率高，可達(dá)10Mb/s(傳輸15m)，傳輸信號(hào)擺幅小(200mV)傳輸距離長(zhǎng)，不使用MODEM，采用雙絞線，傳輸距離為1.2km(100kb/s)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信4. RS-4854. RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)在多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信中的應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)在多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信中的應(yīng)用在一對(duì)平衡傳輸線的兩端配置終端電阻后，最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和32個(gè)接收器共用同一傳輸線的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信11.4.3 RS-232C11.4.3 RS-232C與與RS-485RS-485的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換發(fā)送端：發(fā)送端：將TXD發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)

24、MAX485/491轉(zhuǎn)換為差動(dòng)信號(hào)通過(guò)雙絞線送出接收端：接收端：將雙絞線傳來(lái)的差動(dòng)信號(hào)經(jīng)MAX485/491轉(zhuǎn)換為單根數(shù)據(jù)信號(hào)由RXD接收進(jìn)來(lái)11.5 11.5 串行通信接口電路串行通信接口電路11.5.1 11.5.1 串行通信接口的基本任務(wù)串行通信接口的基本任務(wù)(1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化異步：起止位的處理；同步：SYN等的處理(2)進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換發(fā)送：并串；接收：串并(3)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)(4)提供符合RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)線遠(yuǎn)程9根，近程3根(5)進(jìn)行TTL與EIA邏輯關(guān)系及邏輯電平的轉(zhuǎn)換(6)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸速率的控制選擇和控制波特率11.5.2 11.5.2 串行通信接口電路的組成串行通信接

25、口電路的組成可編程串行通信接口芯片(同步收/發(fā)器、異步收/發(fā)器)、波特率時(shí)鐘發(fā)生器、EIA與TTL轉(zhuǎn)換器、地址譯碼電路常用串行通信接口芯片：常用串行通信接口芯片：16450、8250、16550、8251A11.6 11.6 用戶擴(kuò)展的串行通信接口用戶擴(kuò)展的串行通信接口8251A8251A支持異步起止式和同步面向字符的數(shù)據(jù)格式11.6.1 8251A11.6.1 8251A的外部特性的外部特性(28引腳)1. 面向面向CPU的引腳的引腳(13)D07、CS、RD、WRC/D：端口選擇；=0，數(shù)據(jù)口；=1命令口或狀態(tài)口RESET：復(fù)位，高有效，復(fù)位后等待接收方式字2. 面向面向MODEM的引腳的

26、引腳(6)6根RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線：TXD、RXD、DTR、DSR、RTS、CTS3. 狀態(tài)及時(shí)鐘信號(hào)狀態(tài)及時(shí)鐘信號(hào)(7) TXRDY/RXRDY發(fā)送/接收準(zhǔn)備好，高有效，引發(fā)中斷或供CPU查詢TXEMPTY發(fā)送器空，高有效，半雙工方式用于傳輸方向切換SYNDETSYN檢出，同步通信中表示接收端已收到同步字符TXC/RXC發(fā)送/接收時(shí)鐘；CLK工作時(shí)鐘11.6.2 8251A11.6.2 8251A的編程模型的編程模型1. 1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)送器和接收器：發(fā)送器和接收器：串-并轉(zhuǎn)換；格式化；奇偶校驗(yàn)；接收/發(fā)送讀讀/ /寫控制邏輯：寫控制邏輯：方式命令/工作命令/狀態(tài)字/數(shù)據(jù)擴(kuò)展擴(kuò)展

27、8251A8251A的地址：的地址：數(shù)據(jù)口308H，控制口/狀態(tài)口309H讀/寫控制 邏輯數(shù)據(jù)總線緩沖器D0D7CLKRDWR調(diào)制控制CSC/DRESETDTRCTSDSRRTS發(fā)送緩沖器發(fā)送控制接收緩沖器接收控制發(fā)送器接收器TxDTxEMPTYTxRDYTxCRxDSYNDETRxRDYRxC11.6.2 8251A11.6.2 8251A的編程模型的編程模型2. 2. 通信方式命令通信方式命令指定8251A的通信方式及數(shù)據(jù)幀格式S1S0EPPENL1L0B1B0停止位奇偶校驗(yàn)字符長(zhǎng)度波特率因子00:同步 01:1 10:16 11:64異步00:5位 01:6位 10:7位 11:8位 0

28、:無(wú)校驗(yàn) 01:奇校驗(yàn) 11:偶校驗(yàn)00:不用 01:1位 10:1.5位 11:2位 異步:停止位0:內(nèi)同步 1:外同步 0:雙同步 1:單同步 同步:同步方式MOV DX,309HMOV AL,0DAHOUT DX,AL例：例：異步通信,7位數(shù)據(jù)位, 奇校驗(yàn),2位停止位,波特率因子16 同步通信，字符長(zhǎng)度8位，雙同步字符，內(nèi)同步，奇校驗(yàn)MOV DX,309HMOV AL,1CHOUT DX,AL11.6.2 8251A11.6.2 8251A的編程模型的編程模型3. 3. 工作命令工作命令控制串口內(nèi)部復(fù)位、發(fā)送、接收、清除錯(cuò)誤標(biāo)志等EHIRRTSERSBRKRxENDTRTxEN進(jìn)入搜索方

29、式內(nèi)部復(fù)位1：復(fù)位發(fā)送請(qǐng)求錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位1：復(fù)位發(fā)中止符接收允許DTE準(zhǔn)備好發(fā)送允許異步通信，允許發(fā)送和接收異步通信，允許發(fā)送和接收MOV DX,309HMOV AL,05HOUT DX,AL利用利用IR=1IR=1，對(duì)芯片進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位，對(duì)芯片進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位MOV DX,309HMOV AL,40H;只要IR=1即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位OUT DX,AL11.6.2 8251A11.6.2 8251A的編程模型的編程模型4. 4. 狀態(tài)字狀態(tài)字向CPU提供何時(shí)能發(fā)送/接收及接收是否有錯(cuò)誤的信息FEFE=1,格式錯(cuò),只用于異步方式,即停止位接收錯(cuò)OEOE=1,溢出錯(cuò),溢出的字符丟失PEPE=1,奇偶校驗(yàn)錯(cuò)由ER

30、=1的工作命令字復(fù)位DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDYDCE就緒同步字符檢出格式錯(cuò)溢出錯(cuò)奇偶錯(cuò)發(fā)送器空接收準(zhǔn)備好發(fā)送準(zhǔn)備好; ;發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)(SI)(SI) MOV DX,309HL: IN AL,DX AND AL,01H JZ L ;TXRDY=0等待 MOV DX,308H ;TXRDY=1發(fā)送 MOV AL,SI OUT DX,AL; ;接收一個(gè)數(shù)據(jù)接收一個(gè)數(shù)據(jù)( (存入存入DI)DI) MOV DX,309HL: IN AL,DX TEST AL,38H JNZ ERR ;出錯(cuò)轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理 AND AL,02H JZ L ;RXRDY=0等待 MOV

31、DX,308H ;RXRDY=1接收 IN AL,DX MOV DI,AL11.6.3 8251A11.6.3 8251A的初始化的初始化1. 1. 初始化內(nèi)容初始化內(nèi)容(空操作)、內(nèi)部復(fù)位、方式命令、工作命令2. 2. 初始化順序初始化順序8251A的方式命令和工作命令寫入同一端口，且無(wú)特征位 區(qū)分方式區(qū)分方式：按規(guī)定的順序?qū)懭?，?fù)位方式命令字工作命令字1(D61)工作命令字2注：注：同步方式同步方式的初始化還要設(shè)置同步字符復(fù)位操作方式命令字同步?雙同步?同步字符工作命令字D6=1?同步字符YNNYYN對(duì)C/D=1寫異步方式下命令字寫入流程異步方式下命令字寫入流程復(fù)位操作方式命令字工作命令字

32、D6=1?YN例：例：異步通信,7位數(shù)據(jù)位,奇校驗(yàn),2位停止位,波特因子16,寫入方式字的程序段MOV DX,309HMOV AL,01H;方式命令或工作命令OUT DX,ALMOV AL,40H;內(nèi)部復(fù)位命令OUT DX,ALMOV AL,0DAH;方式命令OUT DX,AL11.6.4 11.6.4 基于基于8251A8251A的串行通信接口設(shè)計(jì)的串行通信接口設(shè)計(jì)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)例例8.48.4 甲向乙發(fā)送2DH個(gè)字節(jié)，異步方式，8位數(shù)據(jù)，2位停止位，無(wú)校驗(yàn)，波特率因子64，波特率4800b/s；查詢方式，零MODEM連接，8251A地址308H、309H硬件設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)：甲、乙機(jī)方式

33、命令：0CFH甲機(jī)發(fā)送工作命令：37H； 乙機(jī)接收工作命令：14H波特率發(fā)生器甲 CPU乙 CPUEIA/TTL轉(zhuǎn)換EIA/TTL轉(zhuǎn)換8251ATxDRxDSGRxCTxC8251ATxDRxDSGRxCTxC波特率發(fā)生器8251A8251A應(yīng)用的軟件編程應(yīng)用的軟件編程甲機(jī)發(fā)送程序DATASEGMENTBUF_T DB 45 DUP(?)DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,309HMOV AL,01H;空操作OUT DX,ALMOV AL,40H;內(nèi)部復(fù)位OUT DX,ALNOPM

34、OV AL,0CFH;方式命令OUT DX,ALMOV AL,37H;工作命令OUT DX,ALMOV SI,OFFSET BUF_TMOV CX,2DHL1:MOV DX,309HIN AL,DXAND AL,01HJZ L1 ;TXRDY=0等待MOV DX,308H;TXRDY=1發(fā)送MOV AL,SIOUT DX,ALINC SIDEC CXJNZ L1;未發(fā)完繼續(xù)MOV AX,4C00HINT 21HCODEENDSEND START8251A8251A應(yīng)用的軟件編程應(yīng)用的軟件編程乙機(jī)接收程序DATASEGMENTBUF_R DB 45 DUP(?)DATAENDSCODESEGME

35、NTASSUME CS:CODE,DS:DATABEGIN: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,309HMOV AL,01H;空操作OUT DX,ALMOV AL,40H;內(nèi)部復(fù)位OUT DX,ALNOPMOV AL,0CFH;方式命令OUT DX,ALMOV AL,14H;工作命令OUT DX,ALMOV DI,OFFSET BUF_RMOV CX,2DHL2:MOV DX,309HIN AL,DXTEST AL,38H;是否有錯(cuò)誤JNZ ERR;轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理AND AL,02HJZ L2 ;RXRDY=0等待MOV DX,308H;RXRDY=1接收IN AL,DXMOV

36、 DI,ALINC DILOOP L2;未收完繼續(xù)JMP EXITERR:(略)EXIT:MOV AX,4C00HINT 21HCODEENDSEND BEGIN8.6.4 8.6.4 基于基于8251A8251A的串行通信接口設(shè)計(jì)的串行通信接口設(shè)計(jì)RS-485標(biāo)準(zhǔn)( (略略) )例例8.58.5 甲乙全雙工方式異步通信，零MODEM連接，雙方將各自鍵盤上的按鍵發(fā)給對(duì)方，按ESC鍵退出，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)，波特率因子16，8251A地址308H、309H硬件設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)：ZCPU總線插槽OSCRXD8251ATXDTXCRXC82C54AOUT2CLK2GATE282C55APC

37、612MAX491RODEREDIVCCGNDABYBYZAREDIDEROTXDVCCGNDRXDMAX491接線盒BYZAREDIDEROTXDVCCGNDRXDMAX491三總線RS-485RS-485全雙工異步串行通信程序流程圖全雙工異步串行通信程序流程圖開始結(jié)束8251A初始化查鍵盤有鍵按下?是ESC鍵?顯示發(fā)送字符發(fā)送準(zhǔn)備好?發(fā)送1個(gè)字符是ESC?接收1個(gè)字符接收準(zhǔn)備好?顯示接收字符返回DOSTXRDY=1?YNYNYYYNRXRDY=1?NNRS-485RS-485全雙工異步串行通信匯編語(yǔ)言程序全雙工異步串行通信匯編語(yǔ)言程序DATASEGMENTDATA51EQU 308HCTR

38、L51EQU 309HERROR_MESS DB DATA IS BAD!,0DH,0AH,$DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATABEGIN:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,CTRL51;8251A初始化XOR AX,AX;空操作LL:CALL CHAR_OUTMOV AL,40H;8251A內(nèi)部復(fù)位OUT DX,ALMOV AL,4AH;8251A方式命令OUT DX,ALMOV AL,37H;8251A工作命令OUT DX,ALKB_TR:MOV AL,0BHINT 21H;有按鍵?CMP AL,0JE RECEIVE;沒(méi)

39、按鍵,判能否接收MOV AH,1INT 21HCMP AL,1BH;按下ESC鍵?JZ OVERRS-485RS-485全雙工異步串行通信匯編語(yǔ)言程序全雙工異步串行通信匯編語(yǔ)言程序( (續(xù)續(xù)) )ERROR:LEA DX,ERROR_MESSMOV AH,09HINT 21H;出錯(cuò)提示JMP KB_TROVER:MOV AX,4C00HINT 21HCHAR_OUTPROC NEAR;輸出并延時(shí)子程序OUT DX,ALPUSH CXMOV CX,100;延時(shí)GG:LOOP GGPOP CXRETCHAR_OUTENDPCODEENDSEND BEGINMOV BL,ALTRANSMIT: MO

40、V DX,CTRL51IN AL,DXTEST AL,01H;TXRDY=1?JZ TRANSMITMOV DX,DATA51MOV AL,BLOUT DX,AL;發(fā)送1個(gè)數(shù)JMP KB_TRRECEIVE:MOV DX,CTRL51IN AL,DXTEST AL,38H;是否有錯(cuò)JNZ ERRORTEST AL,02H;RXRDY=1?JZ KB_TRMOV DX,DATA51IN AL,DXMOV DL,ALMOV AH,02HINT 21H;顯示字符JMP KB_TR11.7 11.7 系統(tǒng)配置的串行通信接口系統(tǒng)配置的串行通信接口( (略略) )1655016550支持RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

41、；可實(shí)現(xiàn)異步全雙工通信；更強(qiáng)的中斷控制能力；內(nèi)置波特率時(shí)鐘發(fā)生器和16B的FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器11.7.1 1655011.7.1 16550的外部引腳特性的外部引腳特性(40引腳)引腳名稱引腳名稱方方向向功能說(shuō)明功能說(shuō)明D0D7雙向系統(tǒng)與16550傳輸數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)的數(shù)據(jù)線A0A2輸入16550內(nèi)部寄存器尋址信號(hào)，可尋址8個(gè)端口CS0 CS1 CS2輸入3個(gè)片選信號(hào)全部有效才選中16550TXRDY輸出發(fā)送器準(zhǔn)備好，用于申請(qǐng)DMA方式發(fā)送數(shù)據(jù)RXRDY輸出接收器準(zhǔn)備好，用于申請(qǐng)DMA方式接收數(shù)據(jù)ADS輸入地址選通，低有效可鎖存地址信號(hào)RD RD輸入讀，2個(gè)信號(hào)中只要1個(gè)有效即可進(jìn)行讀操作WR

42、 WR輸入寫，2個(gè)信號(hào)中只要1個(gè)有效即可進(jìn)行寫操作DDIS輸出驅(qū)動(dòng)器禁止，高有效用于禁止外部驅(qū)動(dòng)器對(duì)系統(tǒng)總線的驅(qū)動(dòng)MR輸入主復(fù)位，高有效，迫使16550進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)INTR輸出中斷請(qǐng)求，高有效SIN輸入串行數(shù)據(jù)輸入SOUT輸出串行數(shù)據(jù)輸出XIN輸入16550工作的基準(zhǔn)時(shí)鐘RCLK輸入接收時(shí)鐘XOUT輸出是XIN的輸出，可作為其他定時(shí)信號(hào)BAUDOUT輸出波特率輸出信號(hào)，是XIN分頻后的輸出，常與RCLK相連OUT1 OUT2輸出用于用戶自定義功能(如開放/禁止中斷)DTR DSR RTS CTS RI DCDRS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的同名引腳11.7.2 1655011.7.2 16550的編程

43、模型的編程模型1. 165501. 16550的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器11個(gè)可訪問(wèn)的寄存器2. 2. 內(nèi)部寄存器的端口地址共用問(wèn)題內(nèi)部寄存器的端口地址共用問(wèn)題波特率除數(shù)寄存器訪問(wèn)位DL(LCR的D7位)讀/寫RBR與THR；IIR與FCRDL被訪問(wèn)的寄存器被訪問(wèn)的寄存器A2 A1 A0COM1端端口口COM2端端口口0接收緩沖寄存器RBR(讀)與發(fā)送保持寄存器THR(寫)0 0 03F8H2F8H0中斷允許寄存器IER0 0 13F9H2F9H1波特率除數(shù)寄存器低字節(jié)DLL0 0 03F8H2F8H1波特率除數(shù)寄存器高字節(jié)DLM0 0 13F9H2F9H中斷識(shí)別寄存器IIR(讀)與FIFO控制

44、寄存器FCR(寫)0 1 03FAH2FAH線路控制寄存器LCR0 1 13FBH2FBHMODEM控制寄存器MCR1 0 03FCH2FCH線路狀態(tài)寄存器LSR1 0 13FDH2FDHMODEM狀態(tài)寄存器MSR1 1 03FEH2FEH暫存Scratch1 1 13FFH2FFH11.7.2 1655011.7.2 16550的編程模型的編程模型3. 165503. 16550內(nèi)部寄存器的格式內(nèi)部寄存器的格式(1)(1)線路控制寄存器線路控制寄存器LCRLCR例：例：8位數(shù)據(jù)位，2位停止位，偶校驗(yàn)，無(wú)附加位，無(wú)間隔發(fā)送，禁除數(shù)鎖存MOV DX,3FBHMOV AL,1FHOUT DX,AL

45、(2)(2)線路狀態(tài)寄存器線路狀態(tài)寄存器LSRLSRDLSBSTPPESL1L0允許除數(shù)鎖存1:允許發(fā)送間隔1:SOUT上發(fā)間隔附加位1:有校驗(yàn)類型1:偶校驗(yàn)校驗(yàn)允許1:允許停止位0:1位；1:1.5或2位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度0011:58位ERTETHBIFEPEOEDR1:FIFO中至少一個(gè)錯(cuò)誤1:發(fā)送器空1:發(fā)送器就緒1:接收間隔1:幀錯(cuò)誤1:奇偶錯(cuò)1:超限錯(cuò)1:FIFO中有數(shù)據(jù)例：例：收發(fā)處理的程序段START:MOV DX,3FDHIN AL,DXTEST AL,1EH ;有錯(cuò)?JNZ ERRTEST AL,01H ;接收?JNZ RECEIVETEST AL,20H ;發(fā)送?JNZ TRANS

46、JMP START11.7.2 1655011.7.2 16550的編程模型的編程模型3. 165503. 16550內(nèi)部寄存器的格式內(nèi)部寄存器的格式(3)(3)中斷允許寄存器中斷允許寄存器IERIER例如：例如：只允許接收和發(fā)送中斷01H(4)(4)中斷識(shí)別寄存器中斷識(shí)別寄存器IIRIIRID2ID1ID0PN無(wú)效中斷識(shí)別碼0:有未決中斷例如：例如：檢查是否有接收中斷MOV DX,3FAHIN AL,DXCMP AL,04HJE RECV_INT0000EMELETER不用,寫01:允許MODEM中斷1:允許接收器錯(cuò)誤中斷1:允許發(fā)送器中斷1:允許接收器中斷 16550的中斷類型及優(yōu)先級(jí)的中

47、斷類型及優(yōu)先級(jí)ID2 ID1 ID0 PN優(yōu)先級(jí)類型復(fù)位控制0 0 0 1沒(méi)有中斷0 1 1 01接收器錯(cuò)誤(奇偶校驗(yàn)、幀、超限)通過(guò) 讀線路寄存器復(fù)位0 1 0 02接收器準(zhǔn)備好通過(guò)讀數(shù)據(jù)復(fù)位1 1 0 02字符超時(shí)通過(guò)讀數(shù)據(jù)復(fù)位0 0 1 03發(fā)送器準(zhǔn)備好通過(guò)寫發(fā)送器復(fù)位0 0 0 0MODEM狀態(tài)中斷通過(guò)讀MODEM狀態(tài)復(fù)位11.7.2 1655011.7.2 16550的編程模型的編程模型3. 165503. 16550內(nèi)部寄存器的格式內(nèi)部寄存器的格式(5)FIFO(5)FIFO控制寄存器控制寄存器FCRFCR是否允許使用FIFO及FIFO產(chǎn)生中斷的深度(6)(6)波特率除數(shù)寄存器波特

48、率除數(shù)寄存器16位分頻系數(shù)，分高字節(jié)DLM和低字節(jié)DLL除數(shù)除數(shù)= = CLKCLK ( (波特率波特率 16)16)例如：例如：16550對(duì)1.8432MHz進(jìn)行分頻，要求波特率為19200b/s，則除數(shù)=6MOV DX,3FBHMOV AL,80H;除數(shù)寄存器訪問(wèn)位DL=1OUT DX,ALMOV DX,3F8HMOV AL,06H;寫除數(shù)低字節(jié)OUT DX,ALMOV DX,3F9HMOV AL,0;寫除數(shù)高字節(jié)OUT DX,ALRT1RT000DMAXMIT RSTRECV RSTEN接收器觸發(fā)器值00:FIFO中有1B01:4B;10:8B;11:14BDMA方式控制0:奇校驗(yàn);1:偶校驗(yàn)1:復(fù)位發(fā)送器FIFO1:復(fù)位接收器FIFO1:允許FIFO11.7.2 1655011.7.2 16550的編程模型的編程模型3. 165503. 16550內(nèi)部寄存器的格式內(nèi)部寄存器的格式(7)(7)數(shù)