微機(jī)串行接口和串行通信

并行、串行（I/O）接口

9.1并行(I/O)接口

9.1.1并行接口的特點(diǎn)

9.1.2可編程并行接口芯片8255A9.28255A應(yīng)用舉例9.3鍵盤、顯示器及其接口

9.3.1概述

9.3.2鍵盤識別原理

9.3.3LED顯示器及其接口9.4串行接口和串行通信

9.4.1串行通信的基本概念

9.4.2串行接口

第9章

9.4.3串行通信的三種方式

9.4.4串行數(shù)據(jù)傳送方式

9.4.5信號的調(diào)制與解調(diào)

9.4.6RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)9.5可編程串行I/O接口8251A9.5.18251A的基本工作原理

9.5.28251A的引腳特性

9.5.38251A的控制字和狀態(tài)字

9.5.48251A的初始化編程

9.5.58251A的應(yīng)用示例

9.4串行接口和串行通信了解：串行通信的一般概念工作方式、同步方式、數(shù)據(jù)格式、物理標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232C可編程串行異步通信接口8251（UART）連接、編程、應(yīng)用UART:UniversalAsynchronousReceiverTransmitter*

9.4串行接口和串行通信9.4.1串行通信的基本概念數(shù)據(jù)傳送有兩種方式：

并行傳送：數(shù)據(jù)同時(shí)通過數(shù)據(jù)總線傳送，在傳送時(shí)，每一位數(shù)據(jù)占一根數(shù)據(jù)線。串行傳送：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后放到一根數(shù)據(jù)線上，依次一位一位地從低位到高位按時(shí)間先后傳送。波特率：每秒鐘傳送串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位數(shù)例如，每秒鐘傳送1200位串行數(shù)據(jù)，其波特率為1200

9.4串行接口和串行通信9.4.2串行接口串行接口的主要任務(wù)(1)進(jìn)行串━并轉(zhuǎn)換。(2)實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化。(3)可靠性檢驗(yàn)。(4)實(shí)施接口與通信設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)控制。9.4.3串行通信的三種方式全雙工站A站B站A站B站A站B半雙工單工示例9.4.4串行數(shù)據(jù)傳送方式串行通信時(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)議是起止式異步通信協(xié)議1.異步通信起止式異步通信協(xié)議起始位——每個(gè)字符開始傳送的標(biāo)志，起始位采用邏輯0電平起始位校驗(yàn)位停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位字符0/10/10/10/110111…數(shù)據(jù)位——數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由5～8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（BitRate）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)間長度相等時(shí)，比特率還等于波特率（BaudRate）過去，串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率限制在50bps到9600bps之間?，F(xiàn)在，可以達(dá)到115200bps或更高2.同步通信以一個(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)中最常使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC~~~~同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗(yàn)字符9.4.5信號的調(diào)制與調(diào)器調(diào)制（Modulating）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電話線路傳送的模擬信號解調(diào)（Demodulating）將電話線路的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)器MODEM具有調(diào)制和解調(diào)功能的器件合制在一個(gè)裝置示例9.4.6RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)美國電子工業(yè)協(xié)會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微機(jī)屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層9.4.6RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)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，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信號，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，例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收RS-232C的引腳（4）GND：信號地為所有的信號提供一個(gè)公共的參考電平CD：載波檢測（DCD）當(dāng)本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對方的載波信號時(shí)，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(dāng)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RS-232C的引腳（5）保護(hù)地（機(jī)殼地）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

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，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（NullModem）連接連接調(diào)制解調(diào)器電話線MODEM微機(jī)2345678202223456782022MODEM23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)RxD請求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS信號地GND載波檢測CD振鈴指示RI微機(jī)23456782022不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式微機(jī)TxDRxDGND微機(jī)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CTS和DSR是否有效

“偽”使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接表明請求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)備好微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)使用聯(lián)絡(luò)信號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)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)

RS-232C的電氣特性232C接口采用EIA電平高電平為＋3V～＋15V低電平為－3V～－15V實(shí)際常用±12V或±15V標(biāo)準(zhǔn)TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V低電平：0V～0.4V相互轉(zhuǎn)換9.5可編程串行I/O接口8251A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，IBMPC/XT機(jī)的UART芯片是INS8250，后來使用NS16550本節(jié)講授用于同步和異步串行通信的82519.5.18251A的基本工作原理可以實(shí)現(xiàn)異步通訊方式和同步通訊方式。波特率：同步方式下：0-64Kbps； 異步方式下：0-19.2Kbps。同步方式下，每字符為5，6，7，8位，能自動檢測同步字符，自動添加奇偶校驗(yàn)。異步方式下，每字符可為5，6，7，8位，自動增加起始位、停止位和校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制/解調(diào)控制電路接收控制電路串－并轉(zhuǎn)換發(fā)送緩沖器緩沖器并－串轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7-D0內(nèi)部總線TXDRXDTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDETTXRDY發(fā)送器接收器圖9-298251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖接收9.5.18251A的基本工作原理8251的引腳信號TxRDY:告訴CPU，8251已準(zhǔn)備好發(fā)送，CPU可以為其提供需要發(fā)送的字符。CPU可以查詢該信號，或把該信號作為中斷請求信號。RxRDY:通知CPU，8251已從外部設(shè)備收到一個(gè)字符，等待CPU讀取。CPU可以查詢該信號，或把該信號作為中斷請求信號。8251的引腳信號（續(xù)）TxE：通知CPU發(fā)送移位寄存器空。此時(shí)，在狀態(tài)寄存器的TxE位置1。CPU可以查詢TxE信號或狀態(tài)寄存器的TxE位。C/D*:

該信號一般連至地址線A0，用于選擇控制端口/數(shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器合用一個(gè)端口（為0，偶地址），控制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個(gè)端口（為1，奇地址）。8251的引腳信號（續(xù)）SYNDET:同步檢測信號，只用于同步方式TxC、RxC:8251沒有內(nèi)置的波特率發(fā)生器，必須由外部產(chǎn)生建立波特率的時(shí)鐘信號，TxC、RxC通常與8253連接端口對應(yīng)的操作

C/D*RD*WR*CS*功能

0010010010101100

CPU從8251輸入數(shù)據(jù)CPU向8251輸出數(shù)據(jù)CPU讀取8251的狀態(tài)CPU往8251寫入控制命令28251的工作方式異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送異步串行數(shù)據(jù)接收同步串行數(shù)據(jù)發(fā)送同步串行數(shù)據(jù)接收1.異步串行數(shù)據(jù)的發(fā)送并行數(shù)據(jù)加入起始位、校驗(yàn)位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送緩沖寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制8251TxD0/10/10/10/1在內(nèi)部控制位TxEN＝1、CTS*為0時(shí)可以發(fā)送2.起始位的檢測起始檢測確定已檢測到起始位采樣數(shù)據(jù)起始位時(shí)鐘（RCLK）數(shù)據(jù)線（SIN）T16T16T8T數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍正確識別起始位，防止因干擾引起的誤識別3.異步串行數(shù)據(jù)的接收并行數(shù)據(jù)檢測接收錯(cuò)誤刪除起始位、校驗(yàn)位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8251RxD0/10/10/10/1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（ParityError）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（FrameError）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（OverrunError）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)，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出若接收緩沖器的級數(shù)多，則溢出錯(cuò)誤的幾率就少5.同步串行發(fā)送數(shù)據(jù)CPU發(fā)送緩沖寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制8251TxD加入同步字符、校驗(yàn)位~~~~同步字符數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)6.同步串行接收數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步字符寄存器8251RxD比較器SYNDET（輸出同步信號）并行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)0/10/10/10/10/10/1~~~~38251的寄存器8251內(nèi)部有模式寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及同步字符寄存器。用奇地址（C/D*=1）訪問。有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器：數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器，用偶地址（C/D*=0）訪問。模式寄存器（異步）S2S1EPPENL2L1B2B1D7D6D5D4D3D2D1D0S2S1停止位的數(shù)目：00——無意義01——1位停止位10——1位半停止位11——2位停止位奇偶校驗(yàn)：PEN—1有校驗(yàn)—0無校驗(yàn)EP—0奇校驗(yàn)—1偶校驗(yàn) 數(shù)據(jù)位的數(shù)目：

00——5位

01——6位

10——7位

11——8位 波特率因子：

00——同步模式

01——波特率因子為1 10——波特率因子為16 11——波特率因子為64模式寄存器（同步）SCSESDEPPENL2L100D7D6D5D4D3D2D1D0SCS同步字符數(shù)：0—2個(gè)同步字符1—1個(gè)同步字符ESD同步方式：0—內(nèi)同步1—外同步奇偶校驗(yàn)：PEN—1有校驗(yàn)—0無校驗(yàn)EP—0奇校驗(yàn)—1偶校驗(yàn) 數(shù)據(jù)位的數(shù)目：

00——5位

01——6位

10——7位

11——8位控制寄存器EHTRRTSERSBRKRxEDTRTxEND7D6D5D4D3D2D1D0搜索同步字符進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位使RTS*輸出低電平接收允許發(fā)送允許錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位間斷發(fā)送使DTR*輸出低電平狀態(tài)寄存器DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDYD7

D6

D5D4D3D2D1D0DSR引腳為低電平與SYNDET引腳電平相同幀格式錯(cuò)誤和TxE引腳電平相同數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)空超越錯(cuò)誤奇偶錯(cuò)誤和RxRDY引腳相同

9.5.48251A初始化流程例1

異步模式下的初始化程序舉例假設(shè)8251的兩個(gè)端口地址分別是50H和52HMOV AL,0FAHOUT 52H,AL；設(shè)置模式字，異步模式，波特率因子16，7位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位MOV AL,37HOUT 52H,37H；設(shè)置控制字，允許發(fā)送，允許接收模式字控制字例2

同步模式下的初始化程序舉例MOVAL,38H；2個(gè)同步字符，偶校驗(yàn)，7位OUT 52H,ALMOVAL,16H；16H為同步字符OUT 52H,ALOUT 52H,ALMOVAL,97H；搜索同步字符，雙工方式OUT 52H,AL模式字控制字例3

利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例用查詢方式串行輸入80個(gè)字符，并把字符存放到緩沖區(qū)BUFF中8251初始化查詢RxRDY狀態(tài)位考慮出錯(cuò)情況8251軟復(fù)位

MOVCX,3

XORAL,AL MOVDX,CNTPORT AGA: OUTDX,AL CALLDELAY LOOPAGA MOVAL,40H

；軟復(fù)位命令

OUTDX,AL CALLDELAY查詢式串行輸入初始化

MOVAL,5AH OUTDX,AL;7位數(shù)據(jù)，1位停止位，奇校驗(yàn)，波特率因子16 CALLDELAY MOVAL,17H OUTDX,AL;清除錯(cuò)誤標(biāo)志，全雙工，DTR有效

CALLDELAY查詢式串行輸入循環(huán)初始化

MOVAX,DATA MOVDS,AX LEABX,BUFF MOVCX,80查詢式串行輸入查詢狀態(tài)

MOVDX,CNTPORT STATUS:INAL,DX TESTAL,02H；RxRDY＝1？

JZSTATUS

MOVDX,DATAPORT INAL,DX MOV[BX],AL INCBX

查詢式串行輸入判斷錯(cuò)誤

MOVDX,CNTPORT INAL,DX TESTAL,38H;有沒有錯(cuò)誤

JNZERR LOOPSTATUS JMPEXITERR: ······EXIT: ······查詢式串行輸入對于8251A異步通信初始化程序段如下若8251A采用異步通信方式，設(shè)定字符7位數(shù)據(jù)、1位偶校驗(yàn)、2位停止位，倍頻系數(shù)(波特率因子)為16。方式控制字為FAH。命令控制字37H使TxEN為1，發(fā)送允許：使請求發(fā)送處于有效電平；使RxEN為1，讓接收也允許；使數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號處于有效電平，通知調(diào)制解調(diào)器，CPU已經(jīng)準(zhǔn)備就緒；清除了出錯(cuò)標(biāo)志等。

程序?qū)崿F(xiàn)：

MOVAL,OFAH；設(shè)置方式字

OUT52H,ALMOVAL,37H；設(shè)置命令字，啟動發(fā)送

OUT52H,AL對于8251A同步通信初始化程序段如下若8251A采用同步通信方式，“奇”端口地址仍為52H。8251A初始化程序往52H端口中設(shè)置的依次為方式字、同步字符和命令字。方式控制字為38H。它設(shè)置了內(nèi)同步方式、2個(gè)同步字符、7位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)。2個(gè)同步字符可以相同，也可以不同，這里均為16H。命令控制字為97H。它使8251A的發(fā)送器、接收器啟動；開始對同步字符進(jìn)行檢索；CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；使?fàn)顟B(tài)寄存器中的3個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志復(fù)位等。程序?qū)崿F(xiàn)：