計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課件第8章

第八章串行通信接口技術(shù)串行通信是計(jì)算機(jī)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的一種重要方式，本章主要介紹了串行通信的傳送方法，并重點(diǎn)介紹了可編程控制芯片8251A和8250的結(jié)構(gòu)、初始化方法及應(yīng)用。本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)8.1概

述8.28251A可編程串行通信接口芯片8.38250可編程異步通信接口芯片小

結(jié)習(xí)

題8.1概述串行通信技術(shù)的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：通信的數(shù)據(jù)信息是在一根傳輸線上一位一位地傳送的，這根傳輸線既作為數(shù)據(jù)線又作為聯(lián)絡(luò)線。對(duì)所傳送數(shù)據(jù)的格式有固定的要求。串行通信中對(duì)信號(hào)的邏輯定義與TTL兼容，因此需要進(jìn)行邏輯關(guān)系和邏輯電平的轉(zhuǎn)換。串行通信中傳送信息的速率需要控制，要求雙方約定通信傳輸?shù)牟ㄌ芈?。串行通信?jié)省通信線路，可遠(yuǎn)距離傳送，成本低，但數(shù)據(jù)傳輸速率低，控制較復(fù)雜。圖8-1串行接口的典型結(jié)構(gòu)串行通信接口的結(jié)構(gòu)如圖8-1所示，從中可以看出，串行接口主要由控制寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器4大部分構(gòu)成。8.1.1串行通信的基本概念1.數(shù)據(jù)傳輸制式1)單工方式2)半雙工方式3)全雙工方式2.信號(hào)傳輸方式1)基帶傳輸方式在傳輸線路上直接傳輸不加調(diào)制的二進(jìn)制信號(hào)，如圖8-3所示，要求傳送線的頻帶較寬，傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)是矩形波。圖8-3基帶傳輸方式基帶傳輸方式僅適用于近距離和速度較低的通信。2)頻帶傳輸方式在長(zhǎng)距離通信時(shí)，發(fā)送方要用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收方則用解調(diào)器將接收到的模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就是信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)任務(wù)的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器(Modem)。采用頻帶傳輸時(shí)，通信雙方各接一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)字信號(hào)加載在模擬信號(hào)(載波)上加以傳輸。因此，這種傳輸方式也稱為載波傳輸方式。這時(shí)的通信線路可以是電話交換網(wǎng)，也可以是專用線常用的調(diào)制方式有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，分別如圖8-4所示。圖8-4常用的信號(hào)調(diào)制方式3.通信中必須遵守的規(guī)定

1)字符格式傳輸字符的格式要按規(guī)定寫。例如在異步傳輸方式中，每個(gè)字符傳送時(shí)，前面必須加一個(gè)起始位，后面必須加停止位來(lái)結(jié)束，停止位可以為1位、1.5位或2位。奇偶校驗(yàn)位可以加也可以不加。同步傳輸時(shí)，在傳輸字符前面是1個(gè)或2個(gè)同步字符，最后不要停止位。

2)比特率和波特率比特率是串行通信中數(shù)據(jù)速度的測(cè)量單位，即每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)的位數(shù)。

波特率是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為10位，那么傳送的波特率為10×120＝1200字符/秒＝1200波特。比特率可以大于或等于波特率。若每秒傳輸10位數(shù)據(jù)，則速率為10波特；若每位數(shù)據(jù)用10個(gè)脈沖來(lái)調(diào)制，則比特率為100bps。

發(fā)送時(shí)鐘與波特率的關(guān)系：時(shí)鐘頻率=波特率因子n×波特率波特率因子是傳輸一位二進(jìn)制數(shù)所用的時(shí)鐘周期數(shù)。8.1.2串行通信標(biāo)準(zhǔn)

串行通信標(biāo)準(zhǔn)指的是計(jì)算機(jī)或終端(數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE)的串行接口電路與調(diào)制解調(diào)器等(數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE)之間的連接標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行串行通信的線路連接時(shí)，通常要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間要共同遵守的某種約定，這種約定稱為物理接口標(biāo)準(zhǔn)。二是按接口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行串行通信的接口電路。下面主要介紹RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)。圖8-5RS-232接口RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(ElectronicIndustriesAssociation)與BELL等公司一起開發(fā)的于1969年公布的通信協(xié)議，適合于數(shù)據(jù)傳輸率在0～20000b/s范圍內(nèi)的通信。字母RS表示RecommendedStandard(推薦標(biāo)準(zhǔn))，232是識(shí)別代號(hào)，C是標(biāo)準(zhǔn)的版本號(hào)。RS-232C是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，D型插座，采用25芯引腳或9芯引腳的連接器。由于通信接口與設(shè)備制造廠商都生產(chǎn)與RS-232C兼容的通信設(shè)備，因此它已成為微機(jī)串行通信接口中廣泛采用的一種標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)如下：1)連接器采用DB-25(25芯)和DB-9(9芯)插頭插座，其中包括RXD(接收)、TXD(發(fā)送)和相應(yīng)的控制信號(hào)以及電源線、地線等。2)電纜長(zhǎng)度RS-232C標(biāo)準(zhǔn)允許的連接電纜不超過(guò)50英尺(15.24m)，但若能保證電纜總電容小于2500Pf，則電纜長(zhǎng)度可超過(guò)限定值。同時(shí)，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)所允許的信號(hào)傳輸速率在0～20000b/s范圍之內(nèi)，而在實(shí)際應(yīng)用中常被限制在19200b/s以內(nèi)。3)電氣特性RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)的邏輯電平、最高數(shù)據(jù)和各種信號(hào)功能都做了規(guī)定。在TXD和RXD數(shù)據(jù)線上：邏輯1(MARK)＝－3V～－15V。邏輯0(SPACE)＝＋3V～＋15V。在控制線上：信號(hào)有效(接通，ON狀態(tài)，正電壓)＝＋3V～＋15V。信號(hào)無(wú)效(斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)＝－3V～－15V。8.1.3串行通信接口的功能及實(shí)現(xiàn)

串行接口的基本功能：1)進(jìn)行串行與并行的轉(zhuǎn)換。2)實(shí)行串行數(shù)據(jù)格式化。3)可靠性檢驗(yàn)。4)實(shí)施接口與DCE之間的控制。8.28251A可編程串行通信接口芯片

基本功能如下：1)既可工作在同步方式，也可工作在異步方式。2)在同步方式下，每個(gè)字符可定義為5、6、7或8位。3)在異步方式下，每個(gè)字符可定義為5、6、7或8位，用1位做奇偶校驗(yàn)。4)能進(jìn)行出錯(cuò)檢測(cè)。8.2.18251A的引腳信號(hào)

8251A作為CPU與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器之間的接口，它的信號(hào)線可以分為兩組：圖8-68251A的外部引腳1.8251A與CPU的接口信號(hào)8251A與CPU的接口信號(hào)可以分為5類，具體如下：1)雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)線D7～D0。2)片選信號(hào)

3)讀/寫控制信號(hào)4)與發(fā)送有關(guān)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)5)與接收有關(guān)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)CS2.8251A與外部裝置之間的接口信號(hào)連接的信號(hào)可大致分為數(shù)據(jù)信號(hào)和收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)兩類。1)數(shù)據(jù)信號(hào)2)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)3)接收數(shù)據(jù)時(shí)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)以上發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，在遠(yuǎn)距離串行通信時(shí)要通過(guò)調(diào)制解調(diào)器連接，實(shí)際上是和調(diào)制解調(diào)器之間的連接信號(hào)。近距離傳輸時(shí)，可不用調(diào)制解調(diào)器，而直接通過(guò)MC1488和MC1489來(lái)連接，外設(shè)不要求有聯(lián)絡(luò)信號(hào)時(shí)，這些信號(hào)可以不用。8.2.28251A的結(jié)構(gòu)和功能

1.數(shù)據(jù)總線緩沖器2.接收器3.發(fā)送器4.讀/寫控制邏輯5.調(diào)制解調(diào)控制電路圖8-78251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.38251A的工作方式

主要有4種工作方式，必須遵循一定的規(guī)則，它們是：1.異步接收方式2.異步發(fā)送方式3.同步接收方式4.同步發(fā)送方式8.2.48251A的初始化編程

1.8251A與16位數(shù)據(jù)總線的連接2.8251A的初始化編程3.初始化編程的流程1)工作方式控制字8251A工作方式控制字的格式如圖8-8所示。圖8-88251A工作方式控制字的格式D1D0確定是工作于同步方式還是異步方式。D1D0=00為同步方式，當(dāng)方式設(shè)為同步時(shí)，方式控制字后必須裝入同步字符，并由同一個(gè)方式控制字規(guī)定裝入單同步字符還是雙同步字符；D1D0≠00為異步方式，并且有3種組合來(lái)選擇輸入的時(shí)鐘頻率與波特率之間的系數(shù)。D3D2確定每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位(不包括奇偶校驗(yàn)位)。D5D4確定是否校驗(yàn)和奇偶校驗(yàn)的性質(zhì)。D7D6的含義因同步方式或異步方式而異。異步方式(D1D0≠00)時(shí)用來(lái)確定停止位的個(gè)數(shù)。同步方式時(shí)D6用來(lái)確定是內(nèi)同步(SYNDET引腳為輸出)還是外同步(SYNDET引腳為輸入)，D7用來(lái)確定同步字符的個(gè)數(shù)。外同步方式時(shí)，同步字符只用于發(fā)送，接收時(shí)不起作用。例如：某異步通信，數(shù)據(jù)位為8位，1個(gè)起始位，2個(gè)停止位，奇校驗(yàn)，波特率系數(shù)為16。則有：11011110B=0DEH。MOVDX，309H；8251A命令口MOVAL，0DEHOUTDX，AL2)工作命令控制字8251A工作命令控制字的格式如圖8-9所示。圖8-98251A工作命令控制字的格式例如：若要使8251A內(nèi)部復(fù)位且允許接收/發(fā)送，則有：MOVDX，309HMOVAL，40H；D6=1，復(fù)位OUTDX，ALMOVAL，05H；D2=1，D0=1OUTDX，AL3)狀態(tài)字8251A狀態(tài)字的格式如圖8-10所示。圖8-108251A狀態(tài)字的格式狀態(tài)字的作用是向CPU送去數(shù)據(jù)傳送操作中的各種狀態(tài)信息。方式字、同步字符和命令字都是CPU寫入8251A的，以控制8251A的工作方式和操作。發(fā)送/接收數(shù)據(jù)過(guò)程中的這些狀態(tài)信息隨時(shí)寄存在8251A內(nèi)部的狀態(tài)寄存器內(nèi)，CPU可以通過(guò)I/O讀操作(=1)把狀態(tài)字讀入并加以分析，從而控制CPU和8251A之間的數(shù)據(jù)交換。3.初始化編程的流程

8251A只有奇偶兩個(gè)端口，而初始化時(shí)需要往8251A的模式寄存器、控制寄存器或同步字符寄存器中寫入具體的信息，在設(shè)計(jì)8251A初始化時(shí)，必須遵循下面的步驟：(1)芯片復(fù)位后，CPU就把第一次寫入奇地址端口的數(shù)據(jù)當(dāng)作模式字送到模式寄存中。(2)如果模式字中設(shè)定了8251A以同步方式工作，那么CPU就接著往奇地址端口輸出1個(gè)或2個(gè)同步字符，同步字符被送到同步字符寄存器中。如果模式字設(shè)定了8251A以單同步方式工作，那么寫入一個(gè)同步字符后，跟著就在其后寫入8251A奇地址端口的就是控制字。如果模式字設(shè)定了8251A工作在雙同步模式下，那么只有在往奇地址端口送完第二個(gè)同步字符后才能送控制字。(3)完成上述步驟以后，只要不是復(fù)位命令，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸工作了。由于命令指令和發(fā)送的數(shù)據(jù)共用發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器，因此在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，如果CPU向8251A輸出一個(gè)命令控制字，將會(huì)覆蓋等待發(fā)送的字符。這就要求CPU必須等到TXTDY輸出上升沿出現(xiàn)或TXRDY狀態(tài)置位時(shí)，即確保緩沖器已空，才能輸出。同時(shí)，在命令控制字輸出后，必須不等發(fā)送緩沖器空就立即輸出下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)。8251A的初始化流程如圖8-11所示。圖8-118251A初始化流程8.2.58251A的應(yīng)用

比如微機(jī)系統(tǒng)中兩臺(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。1.要求2.分析

1)硬件連接3.設(shè)計(jì)2)軟件編程8.38250可編程異步通信接口芯片

8.3.18250的結(jié)構(gòu)和功能8.3.28250的引腳信號(hào)8.3.38250的寄存器及初始化編程8.3.48250的應(yīng)用8.3.18250的結(jié)構(gòu)和功能

圖8-138250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-13所示，可編程異步通信接口8250主要有數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀寫控制邏輯、接收緩沖寄存器、發(fā)送保持寄存器、通信線路控制寄存器、通信線路狀態(tài)寄存器、除數(shù)寄存器(高位部分和低位部分)、調(diào)制解調(diào)器控制寄存器、調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)寄存器、中斷允許寄存器和中斷識(shí)別寄存器等部分組成。8250的基本功能是：異步通信格式，可通過(guò)編程選擇，可選每個(gè)字符傳送5到8位數(shù)據(jù)；1、1.5或2位停止位；并可產(chǎn)生終止字符以通知對(duì)方終止通信?？蛇M(jìn)行奇偶校驗(yàn)，并且具有奇偶、溢出和幀格式錯(cuò)誤等檢測(cè)狀態(tài)位。完全雙工、雙緩沖發(fā)送和接收的異步通信接口電路。通信的波特率為50Hz～9600Hz。片內(nèi)具有優(yōu)先權(quán)中斷控制邏輯。8.3.28250的引腳信號(hào)

8250是40引腳的雙列直插DIP封裝的異步通信接口芯片，如圖8-14所示，其引腳分為與CPU相連和與外設(shè)相連兩部分。1.與CPU相連的信號(hào)部分2.與外設(shè)相連的信號(hào)部分圖8-148250的引腳結(jié)構(gòu)8.3.38250的寄存器及初始化編程

1)通信控制和狀態(tài)寄存器1.8250內(nèi)部寄存器

2)波特率發(fā)生用寄存器——除數(shù)寄存器3)Modem控制和狀態(tài)寄存器

4)中斷控制寄存器

1)數(shù)據(jù)的發(fā)送過(guò)程2.8250的工作過(guò)程

2)數(shù)據(jù)的接收過(guò)程3.初始化編程8.3.48250的應(yīng)用3.初始化編程

初始化編程的主要步驟為：

(1)為確定波特率設(shè)置除數(shù)鎖存器。為了能對(duì)除數(shù)鎖存器寫入，要先使通信控制寄存器的最高位置“1”。(2)對(duì)通信控制寄存器編程以確定通信的數(shù)據(jù)格式，而且要使它的最高位變?yōu)榱悖员阋院髮?duì)接收、發(fā)送緩沖器以及中斷允許寄存器進(jìn)行操作。(3)若想使用中斷，就要設(shè)置中斷允許寄存器的狀態(tài)。若不采用中斷，這個(gè)寄存器的值可以設(shè)置成0。(4)設(shè)置Modem控制寄存器。8.3.48250的應(yīng)用

例8-1：假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率為1200波特，通信格式為：7位/字符，2位停止位，奇校驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳輸不采用中斷方式。初始化程序片段為：MOV DX，2FBH ；LCR的口地址MOVAL，80H ；將DLAB位置1OUTDX，ALMOVDX，2FBH ；DLL的口地址

MOVAL，60H ；寫入1200波特的DLL值，通過(guò)查表可知1200對(duì)應(yīng)的

；DLH、DLL值分別為0060HOUT DX，ALMOV DX，2F9H ；DLH口地址MOV AX，0OUTDX，AX ；寫入12000波特的DLH值MOVDX，2FBH ；設(shè)定LCR口地址MOVAL，0EH ；7位字符，1位停止位，奇校驗(yàn)

OUTDX，AL ；寫入LCR控制字

MOVDX，2FCH ；設(shè)定