微機(jī)原理第八章-8251

8．4串行通信及串行接口

8.4.1串行通信線路的工作方式串行通信指的是數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。串行通信線路有如下3種方式：（1）單工通信：它只允許一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)。（2）半雙工通信：它允許兩個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)傳輸，只能交替進(jìn)行。（3）全雙工通信：它允許兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。單工、半雙工、全雙工通信如下圖所示。

發(fā)送發(fā)送

發(fā)送發(fā)送發(fā)送

接收

接收

接收

接收

接收（a）單工通信（b）半工通信（c）全工通信圖8-21串行通信線路的三種連接方式串行通信的特點(diǎn)：串行通信只要一條傳輸線，將數(shù)據(jù)逐位順序傳送；通信成本低，速度慢，接口復(fù)雜。8.4.2串行接口發(fā)送緩沖器接收緩沖器并串變換寄存器串并變換寄存器……...………..……..通信線路CPU發(fā)送數(shù)據(jù)CPU接收數(shù)據(jù)………...………..發(fā)送時(shí)鐘接收時(shí)鐘發(fā)送控制接收控制發(fā)送器接收器串行接口電路的功能：其一，把并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；其二，把接收串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。8.4.2串行接口 串行接口有許多種類，串行接口包括4個(gè)主要寄存器：控制寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)輸入寄存器及數(shù)據(jù)輸出寄存器?？刂萍拇嫫饔脕?lái)接收CPU發(fā)送的各種控制命令，以決定其工作方式。狀態(tài)寄存器其狀態(tài)位用來(lái)指示當(dāng)前傳輸狀態(tài)。數(shù)據(jù)輸入寄存器是和串行輸入/并行輸出移位寄存器配對(duì)使用的。

數(shù)據(jù)總線收發(fā)器聯(lián)絡(luò)信號(hào)邏輯地址譯碼狀態(tài)寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器串行輸入/并行輸出并行輸入/串行輸出數(shù)據(jù)輸出寄存器發(fā)送時(shí)鐘接收時(shí)鐘圖串行接口典型結(jié)構(gòu)串行輸入串行輸出控制來(lái)自地址總線中斷請(qǐng)求讀寫CSA08.4.3串行通信數(shù)據(jù)的收發(fā)方式串行通信：異步串行通信和同步串行通信。異步通信：一個(gè)字符為單位，以起始位開(kāi)始，停止位結(jié)束。收發(fā)時(shí)鐘可不一致。同步通信：以一個(gè)字符序列為單位（長(zhǎng)度可選），以同步字符開(kāi)始。收發(fā)時(shí)鐘一致。傳送速率：每秒鐘傳送的位數(shù)，其單位為波特率。

b/s=

收/發(fā)時(shí)鐘nn：波特率因子,(可取1,16,64)波特率與發(fā)送/接收時(shí)鐘的關(guān)系為:空閑起始位…...5~8數(shù)據(jù)位1/001較驗(yàn)位停止位11空閑起始位1．異步通信方式 異步通信的數(shù)據(jù)格式是以一組不定“位數(shù)”數(shù)組成。第1位起始位，低電平；接著傳送若干個(gè)數(shù)據(jù)位，先發(fā)低位，后發(fā)高位；最后是停止位，寬度可以是1位，1.5位或2位；在兩個(gè)數(shù)據(jù)組之間可有空閑。其數(shù)據(jù)格式如圖所示。

標(biāo)準(zhǔn)波特率：300，600，900，1200，2400，4800，9600，19200。圖異步通信的數(shù)據(jù)格式1/01/01/0SYNC數(shù)據(jù)字節(jié)1數(shù)據(jù)字節(jié)2…數(shù)據(jù)字節(jié)NCRC1CRC2幀（a）單同步SYNCSYNC數(shù)據(jù)字節(jié)1…數(shù)據(jù)字節(jié)NCRC1CRC2幀（b）雙同步數(shù)據(jù)字節(jié)1數(shù)據(jù)字節(jié)2…數(shù)據(jù)字節(jié)NCRC1CRC2幀（c）外同步圖面向字符型同步通信數(shù)據(jù)格式2．同步通信方式

同步通信方式：面向字符同步通信和面向比特同步通信。（1）面向字符型的數(shù)據(jù)格式：?jiǎn)瓮健㈦p同步及外同步3種數(shù)據(jù)格式，如圖所示。

單同步：傳送數(shù)據(jù)之前，先傳送一個(gè)同步字符“SYNC”，接收端檢測(cè)到同步字符后，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。雙同步：兩個(gè)同步字符“SYNC”，其后，接著是數(shù)據(jù)。外同步：用一條專用控制線來(lái)傳送同步字符，使接收方與發(fā)送方實(shí)現(xiàn)同步。（2）面向比特型的數(shù)據(jù)格式：根據(jù)同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（SDLC），面向比特型的數(shù)據(jù)以幀為單位傳輸，每幀由6個(gè)部分組成。如下圖：7EH地址場(chǎng)控制場(chǎng)D0D1…DNCRC1CRC27EH幀開(kāi)始 結(jié)束標(biāo)志 數(shù)據(jù) 標(biāo)志圖面向比特型的數(shù)據(jù)格式

在SDLC規(guī)程中，不允許在數(shù)據(jù)段和CRC段中出現(xiàn)6個(gè)“1”，否則會(huì)誤認(rèn)為是結(jié)束標(biāo)志。因此要求在發(fā)送端進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)5個(gè)“1”，則立即插入一個(gè)“0”，接收端要將這個(gè)插入的“0”去掉，恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)。同步通信的效率比異步通信高。8.5可編程串行接口芯片8251A

INTEL8251A是一個(gè)通用串行輸入/輸出接口，可以同步方式（或異步方式）與外設(shè)進(jìn)行串行通信。廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。8.5.1 8251A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能

8251A由發(fā)送器、接收器、數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器、讀/寫控制電路及調(diào)制/解調(diào)控制電路等5部分組成，如圖所示。1、發(fā)送器：要發(fā)送的數(shù)據(jù)，鎖存到發(fā)送緩沖存儲(chǔ)器中。其發(fā)送速率由TXC端上收到的發(fā)送時(shí)鐘頻率決定。數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制解調(diào)電路發(fā)送緩沖器并/串轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路接收緩沖器串/并轉(zhuǎn)換接收控制電路內(nèi)部總線D0~D7RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSTXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYRXCSYNDETOOOOOOO圖8251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)流程圖與發(fā)送器有關(guān)信號(hào)：①TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)。在時(shí)鐘TXC的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。②TXC：發(fā)送器時(shí)鐘信號(hào)，輸入。③TXRDY：發(fā)送器已準(zhǔn)備好信號(hào)。表示發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器空。④TXEMPTY：發(fā)送器空閑標(biāo)志。表示發(fā)送移位寄存器已空。2、接收器：外部通信數(shù)據(jù)從RXD端，逐位進(jìn)入接收移位 寄存器中。數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制解調(diào)電路發(fā)送緩沖器并/串轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路接收緩沖器串/并轉(zhuǎn)換接收控制電路內(nèi)部總線D0~D7RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSTXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYRXCSYNDETOOOOOOO與接收器有關(guān)信號(hào)：①RXD：數(shù)據(jù)接收端。RXD在時(shí)鐘RXC上升沿采樣信號(hào)。②RXRDY：接收器已準(zhǔn)備好信號(hào)，表示已收到一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)CPU讀數(shù)據(jù)后，RXRDY變?yōu)榈碗娖?。③SYNDET/BRKDET——雙功能的檢測(cè)信號(hào)，高電平有效。內(nèi)同步：收到一個(gè)或兩個(gè)同步字符時(shí)，SYNDET輸出高電平。外同步：當(dāng)從SYNDET端收到同步字符，接收器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。

④RXC：接收器時(shí)鐘，由外部輸入。若采用同步方式，接收器時(shí)鐘頻率等于接收數(shù)據(jù)的頻率；異步方式，用軟件設(shè)置波特率，TXC和RXC往往連接在一起。

對(duì)于異步方式，當(dāng)RXD端口連續(xù)收到8個(gè)“0”信號(hào)，則BRKDET變成高電平，表示當(dāng)前處于數(shù)據(jù)斷缺狀態(tài)。3、數(shù)據(jù)總線緩沖器：數(shù)據(jù)總線緩沖存儲(chǔ)器是CPU與 8251A之間信息交換的通道。數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制解調(diào)電路發(fā)送緩沖器并/串轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路接收緩沖器串/并轉(zhuǎn)換接收控制電路內(nèi)部總線D0~D7RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSTXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYRXCSYNDETOOOOOOO4、讀/寫控制和調(diào)制控制： 讀/寫控制電路用來(lái)接收一系列的控制信號(hào)，并向其內(nèi)部各功能部件發(fā)出有關(guān)的控制信號(hào)。與讀/寫控制電路的控制信號(hào)：①RESET：高電平復(fù)位，等待對(duì)其初始化。②CLK：為芯片內(nèi)有關(guān)電路工作提供時(shí)鐘的輸入端。 同步：該頻率大于接收/發(fā)送器的時(shí)鐘頻率的30倍；異步：大于4.5倍。③WR、RD、C/D、CS、

數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制解調(diào)電路發(fā)送緩沖器并/串轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路接收緩沖器串/并轉(zhuǎn)換接收控制電路內(nèi)部總線D0~D7

RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSTXDTXRDYTXEMPTYTXCRXDRXRDYRXCSYNDETOOOOOOO

與讀/寫控制電路的控制信號(hào)：①RESET：高電平復(fù)位，等待對(duì)其初始化。②CLK：為芯片內(nèi)有關(guān)電路工作提供時(shí)鐘的輸入端。 同步：該頻率大于接收/發(fā)送器的時(shí)鐘頻率的30倍；異步：大于4.5倍。③WR、RD、C/D、CS、

與MODEN的控制信號(hào)①DTR（DataTerninalReady）：向MODEN輸出，CPU已準(zhǔn)備好，工作命令字的D1置‘1’變?yōu)橛行А?、調(diào)制/解調(diào)控制電路：當(dāng)遠(yuǎn)距離串行通信時(shí)，發(fā)送時(shí)，MODEN將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；接收時(shí)，MODEN將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。②DSR（DataSetReady）：由MODEN輸入，表示MODEN已準(zhǔn)備好，CPU通過(guò)讀狀態(tài)寄存器的D7位檢測(cè)該信號(hào)。③RTS（RequestToSend）：通知MODEN，CPU準(zhǔn)備好發(fā)送，工作命令字的D5置‘1’變?yōu)橛行А＂蹸TS（ClearToSend）：當(dāng)有效時(shí)，表示8251A方可發(fā)送數(shù)據(jù)。D2D3RXDGNDD4D5D6D7TXCWRCSC/DRDRXRDYD1D0VCCRXCDTRRTSDSRRESETCLKTXDTXEMPTYCTSSYNDET/BRKDETTXRDY圖 8251引腳分布B1B2L1L2PENEPS1S200同步方式01異步110異步1611異步64波特率因子字符長(zhǎng)度00—5位01—6位10—7位11—8位校驗(yàn)選擇01：奇校驗(yàn)11：偶校驗(yàn)×0：不校驗(yàn)同步（D1:D0)=00）異步（D1D0≠00）×0：內(nèi)同步×1：外同步0×：雙SYN1×：?jiǎn)蜸YN00無(wú)效01,1個(gè)停止位10,1.5個(gè)停止位11，2個(gè)停止位8.5.28251A的控制字及其工作方式

1、方式命令：指定通信方式、數(shù)據(jù)格式、傳送速率及停止位長(zhǎng)度等。（分成4組，每組2位）例1：在某異步通信中，數(shù)據(jù)格式采用8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，2位停止位，奇校驗(yàn)，波特率因子是16，求其方式命令字？將該方式命令字寫入命令口，則程序段為（假定命令口地址為309H）：例2：在同步通信中，若幀數(shù)據(jù)格式為：字符長(zhǎng)度8位，雙同步字符，內(nèi)同步方式，奇校驗(yàn)，求其方式命令字？將其方式命令字寫入命令口，則程序段為（假定命令口地址為309H）：方式命令字=？MOVDX,309HMOVAL,0DEHOUT DX，AL11011110B=DEHMOVDX,309HMOVAL,1CHOUTDX，AL同步方式命令字=？00011100B=1CH2、操作命令控制字：命令8251A進(jìn)行某種操作（如發(fā)送、接收、內(nèi)部復(fù)位和檢測(cè)同步字符等）或處于某種工作狀態(tài)（如DTR），以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。D0D1D2D3D4D5D6D7TXENDTRRXESBRKERRTSIREH1：發(fā)送允許0：不允許

1:使DTR引腳=01：接收允許1：TXD送低電平（斷開(kāi)信號(hào)）0：正常工作1:使錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位（狀態(tài)寄存器）1:使RTS引腳=01：軟件復(fù)位（下一條命令是方式字）1：進(jìn)入SYN搜索方式例3：若要使8251A內(nèi)部復(fù)位，假定命令口地址為309H，則程序段為：

MOVDX,309H;8251命令口

MOVAL,40H；置D6=1，使內(nèi)部復(fù)位。

OUTDX，AL例4：異步通信時(shí)，允許接收，同時(shí)允許發(fā)送，則程序段為（命令口地址為309H）：

MOVDX,309H ；8251命令口

MOVAL,05H；D2=1，D0=1，允許接收和發(fā)送。

OUTDX，AL3.狀態(tài)字：報(bào)告8251A何時(shí)才能開(kāi)始發(fā)送或接收，以及接收數(shù)據(jù)有無(wú)錯(cuò)誤。狀態(tài)位為1，表示有效。在讀狀態(tài)期間，8251A將自動(dòng)禁止改變狀態(tài)位。D0D1D2D3D4D5D6D7TXRDYRXRDYTXEPEOEFESYNDSR1：發(fā)送緩沖器空，

CPU可送數(shù)。0：稍等1：CPU可取數(shù)0：稍等1：發(fā)送器（并/串轉(zhuǎn)換器）空1：奇偶錯(cuò)1：溢出錯(cuò)1：幀格錯(cuò)1：找到同步字符（SYNDET引腳的狀態(tài)位）1：DSR=0（DSR引腳的狀態(tài)位）溢出錯(cuò)：上一字符未讀走,下一字符又來(lái)到RXD端。幀格錯(cuò)：未檢測(cè)到停止位DSR是數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好位。例5：串行通信時(shí)，在發(fā)送程序中，需查狀態(tài)字的D0位是否置1，即查TXRDY=1？命令口地址為309H，其程序段為：

MOV DX,309H ；8251命令口LP： IN AL，DX AND AL，01H ；查發(fā)送器是否就緒

JZ LP

┇

例6：串行通信時(shí)，在接收程序中，需查狀態(tài)字的D1位是否置1，即查RXRDY=1？命令口地址為309H，其程序段為：

MOV DX,309H ；8251命令口

LP1： IN AL，DX AND AL，02H ；查接收器是否就緒

JZ LP1例7：在接收程序中，檢查出錯(cuò)信息，則用下列程序段：

MOVDX,309H ；8251命令口

IN AL，DX TESTAL，38H；檢查D5、D4、D3（FE、OE、PE）

JNZERROR ；若其中有一位為1，則出錯(cuò)，并 ；轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤處理程序。

4、8251A的方式命令和工作命令的使用 方式命令字：約定了雙方通信的方式（同步/異步）及其數(shù)據(jù)格式（數(shù)據(jù)位和停止位長(zhǎng)度，校驗(yàn)特性，同步字符特性），傳送速率等參數(shù)；工作命令字：控制數(shù)據(jù)傳送的方向。只有當(dāng)8251A進(jìn)入發(fā)送/接收準(zhǔn)備好的狀態(tài)，才能真正開(kāi)始數(shù)據(jù)的傳送。 方式命令字和工作命令字均無(wú)特征位標(biāo)志，且都是送到同一命令端口，所以在向8251A寫入方式命令字和工作命令字時(shí)，需要按一定的順序。這種順序是：復(fù)位方式命令字→工作命令字1→工作命令字2→工作命令字3……1.要求在甲乙兩臺(tái)微機(jī)之間進(jìn)行串行通信，甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收。要求把甲機(jī)上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序（其長(zhǎng)度為2DH）傳送到乙機(jī)中去。采用起止式異步方式，字符長(zhǎng)度為8位，2位停止位，波特率因子為64個(gè)/位，無(wú)校驗(yàn)，波特率為4800b/s。CPU與8251A之間用查詢方式交數(shù)據(jù)?？诘刂贩峙涫牵?09H為命令/狀態(tài)口，308H為數(shù)據(jù)口。2.分析由于是近距離傳輸，直接互連，并且，采用查詢I/O方式，故收/發(fā)程序中只需檢查發(fā)/收準(zhǔn)備好的狀態(tài)是否置位，即可發(fā)收1個(gè)字節(jié)。8.5.3 8251A應(yīng)用舉例下面以兩臺(tái)微機(jī)之間進(jìn)行雙機(jī)串行通信的硬件連接和軟件編程來(lái)說(shuō)明8251A在實(shí)際中是如何應(yīng)用的。乙機(jī)CPUTXD

RXDSGTXC

RXCEIA/TTL

變換EIA/TTL

變換TXDRXDSGTXCRXC甲機(jī)

CPU8251A8251A圖雙機(jī)串行通信接口波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器3.

設(shè)計(jì)（1）硬件連接（2）軟件編程接收和發(fā)送程序分開(kāi)編寫，每個(gè)程序段中包括8251A初始化，狀態(tài)查詢和輸入/輸出等部分。①

發(fā)送程序（略去STACK和DATA段）：CSEGSEGMENTASSUME CS：CSEG，DS：CSEGTRA PROC FARSTART：MOVDX，309H ；命令口

MOVAL，00H ；空操作，向命令口送任意數(shù)

OUTDX，ALMOVAL，40H ；內(nèi)部復(fù)位（使D6=1）

OUTDX，ALNOPMOVAL，0CFH；方式命令字（異步，2；位停止位，字 ；長(zhǎng)8位無(wú)校驗(yàn)，波特率因子為64個(gè)/位）

OUTDX，AL

MOVAL，37H ；工作命令字

OUTDX，ALMOVCX，2DH；傳送字節(jié)數(shù)

MOVSI，300H ；發(fā)送區(qū)首址L1： MOV DX，309H ；狀態(tài)口

IN AL，DX AND AL，01H JZ L1；發(fā)送未準(zhǔn)備好，則等待

MOV DX，308H ；數(shù)據(jù)口

MOV AL，[SI] OUT DX，AL INC SI LOOP L1 ；未發(fā)送完，繼續(xù)

MOV AX，4C00H ；已送完，返回DOS