串行通信接口

2多一串打通G

教學重點

■異步通信協(xié)議和RS232c接口

■8250的內部結構和編程

■異步通信程序

12A串行通信基礎

■串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進制位用一條

信號線，一位一位順序傳送的方式

■串行通信的優(yōu)勢：用于通信的線路少，因

而在遠距離通信時可以極大地降低成本

■串行通信適合于遠距離數(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系列機上有兩個串行異步通信接口、鍵

盤、鼠標器與主機間采用串行數(shù)據(jù)傳送

1.異步通信

■串行通信時的數(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)校驗等問題

■串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其

通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議

起止式異步通信協(xié)議

低位高位

?空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平,

表示沒有進行傳送

.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制位數(shù)bps

-字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度都一樣，為數(shù)據(jù)

傳輸速率的倒數(shù)

■當進行二進制數(shù)碼傳輸，且每位時間長度相等時,

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50

bps到9606bps之間?，F(xiàn)在，可以達到115200bps

或更高

同步通信

■以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附

力叮個或2個同步字符，最后以校驗字符結束

■同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬

件電路比較復雜

■串行同步通信主要應用在網(wǎng)絡當中

■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)校驗字符

3,傳輸制式

全雙工站A：站B

半雙工站4?FB

單工站Aa站B

示例

4.調制解調器

■調制(Modulating)

■把數(shù)字信號轉換為電話線路傳送的模擬信號

■解調(Demodulating)

■將電話線路的模擬信號轉換為數(shù)字信號

■調制解調器MODEM

■具有調制和解調功能的器件合制在一個裝置

示例

122串行接口標準RS-232c

-美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用標準串行接口

.1962年公布，1969年修訂

-1987年1月正式改名為EIA-232D

■設計目的是用于連接調制解調器

■現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設備DTE（例如計算機）與數(shù)

據(jù)通信設備DCE（例如調制解調器）的標準接口

■可實現(xiàn)遠距離通信，也可近距離連接兩臺微機

■屬于網(wǎng)絡層次結構中的最低層：物理層

12.2.1RS-232c的引腳定義

■232c接口標準使用一個25針連接器

■絕大多數(shù)設備只使用其中9個信號，所以

就有了9針連接器

-232c包括兩個信道：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的弓IW(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的弓IW(2)

■RTS：請求發(fā)送

-當數(shù)據(jù)終端設備準備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有效的

RTS信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設備準備接收數(shù)據(jù)

■CTS：清除發(fā)送(允許發(fā)送)

-當數(shù)據(jù)通信設備已準備好接收數(shù)據(jù)終端設備的傳送數(shù)

據(jù)時，發(fā)出CTS有效信號來響應RTS信號

■RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)通信設備間一

對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡信號

$RS-232c的弓IW(3)

■DTR：數(shù)據(jù)終端準備好

-通常當數(shù)據(jù)終端設備一加電，該信號就有效，表明數(shù)

據(jù)終端設備準備就緒

■DSR：數(shù)據(jù)裝置準備好

-通常表示數(shù)據(jù)通信設備(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)終端設備與數(shù)據(jù)通信設

備間的聯(lián)絡信號，例如應答數(shù)據(jù)接收

$RS-232c的弓IW(4)

■GND：信號地

-為所有的信號提供一個公共的參考電平

■CD：載波檢測(DCD)

?當本地調制解調器接收到來自對方的載波信號

時，該引腳向數(shù)據(jù)終端設備提供有效信號

■RI：振鈴指不

■當調制解調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的弓IW(5)

■保護地(機殼地)

-起屏蔽保護作用的接地端，一般應參照設備的

使用規(guī)定，連接到設備的外殼或大地

■TxC：發(fā)送器時鐘

?控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘信號

-RxC：接收器時鐘

?控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號

12.2.2RS-232c的連接

■微機利用232c接口連接調制解調器，用于

實現(xiàn)通過電話線路的遠距離通信

■微機利用232c接口直接連接進行短距離通

信。這種連接不使用調制解調器，所以被

稱為零調制解調器(NullModem)連接

4連接調制解調器

微機MODEMMODEM微機

發(fā)送數(shù)據(jù)TxD27

接收數(shù)據(jù)RxD

JJ

A請求發(fā)送RTSAAA

一一nr

允許發(fā)送CTS

□□電話線□□

6數(shù)據(jù)裝置準備好DSR6vJ66

7信號地GND777

8載波檢測CD888

20數(shù)據(jù)終端準備好DTR202020

22振鈴指KRI222222

不使用聯(lián)絡信號的3線相連方式

微機微機

為了交換信息，TxD和RxD應當交叉連接

程序中不必使RTS和DTR有效

也不應檢測CTS和DSR是否有效

“偽”使用聯(lián)絡信號的3線相連方式

微機微機

使用聯(lián)絡信號的多線相連方式

微機微機

通信比較可靠

所用連線較多，不如前者經(jīng)濟

電氣特性g

■232c接口采用EIA電平

■高電平為+3V?+15V

■低電平為一3V?一15V

■實際常用±12V或±15V

■標準TTL電平

■高電平：+2.4V?+5V

■低電平：0V?0.4V

.*123通用異步接收發(fā)送器8250

-串行傳輸，需要并行到串行和串行到并行

的轉換，并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個

字符（或數(shù)據(jù)塊）

■這些工作可由軟件實現(xiàn)，也可用硬件實現(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機的UART芯片是INS8250

■后來使用NS16550

12.3.18250的內部結構

■8250實現(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5?8位

■停止位1、1.5或2位

-可進行奇偶校驗

■具有奇偶、幀和溢出錯誤檢測電路

■8250支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為50?9600bps

1.串行數(shù)據(jù)的發(fā)送

0/10/1

CfUCi,校驗位、停止位

雙緩沖寄存器結構

保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送

_=——=^_

2.起始位的檢測

------------16T----------------

數(shù)據(jù)虛[起始位I]

(SIN)\------------------?-----------------T

時鐘血皿皿I皿血皿!扁血血皿皿IT

RCLK)???

|------8T—|-------------16T--------------1

丁毅據(jù)接收時鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍1

正確識別起始位，防止因干擾引起的誤識別I

3.串行數(shù)據(jù)的接收

CPU并行數(shù)據(jù)

接收緩沖寄存器

，串°行數(shù)據(jù)

接收移位寄存器SIN

10/10/10/10/1

同步控制

檢測接收錯誤

雙凌沖寄存器結構一刪除起始位、

校驗位、停止位

保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收

,接收錯誤的處理

■奇偶錯誤PE(ParityError)

-若接收到的字符的“1”的個數(shù)不符合奇偶校驗要求

■幀錯誤FE(FrameError)

-若接收到的字符格式不符合規(guī)定(如缺少停止位)

■溢出錯誤OE(OverrunError)

-若接收移位寄存器接收到一個數(shù)據(jù)，并送至輸入緩沖

器時，CPU還未取走前一個數(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，則溢出錯誤的幾率就少

12.3.28250的引腳

■分成連接CPU的部分和連接外設的部分

■注意：8250不是Intel公司的產(chǎn)品，所以

該芯片引腳名稱與前面學習的8253、

8255等Intel產(chǎn)品有所不同，但是引腳功

能卻是類似的

1.處理器接口引腳（1）

■數(shù)據(jù)線DO?D7：在CPU與8250之間交換信息

■地址線A0?A2：尋址8250內部寄存器

■片選線：8250設計了3個片選輸入信號CSO、

CS1>CS2*和一個片選輸出信號CSOUT。3個片

選輸入都有效時，才選中8250芯片，同時

CSOUT輸出高電平有效。

■地址選通信號ADS*：當該信號低有效時，鎖存

上述地址線和片選線的輸入狀態(tài)，保證讀寫期間

的地址穩(wěn)定

1.處理器接口引腳（2）

■讀控制線

-數(shù)據(jù)輸入選通DISTR（高有效）和DISTR*（低有效）

有一個信號有效，CPU從8250內部寄存器讀出數(shù)據(jù)

-相當于I/O讀信號

■寫控制線

-數(shù)據(jù)輸出選通DOSTR（高有效）和DOSTR*（低有

效）有一個有效，CPU就將數(shù)據(jù)寫入8250內部寄存器

-相當于I/O寫信號

■8250讀寫控制信號有兩對，每對信號作用完全相

同，只不過有效電平不同而己

1.處理器接口引腳（3）

■驅動器禁止信號DDIS：CPU從8250讀取數(shù)

據(jù)時，DDIS引腳輸出低電平，用來禁止外

部收發(fā)器對系統(tǒng)總線的驅動；其他時間，

DDIS為高電平

■主復位線MR：硬件復位信號RESET

■中斷請求線INTRPT：8250有4級共10個中

斷源，當任一個未被屏蔽的中斷源有請求

時，INTRPT輸出高電平向CPU請求中斷

2.時鐘信號

■時鐘輸入弓I腳XTALL8250的基準工作時鐘

■時鐘輸出引腳XTAL2：基準時鐘信號的輸出端

?波特率輸出弓|腳BAUDOUT*：基準時鐘經(jīng)8250

內部波特率發(fā)生器分頻后產(chǎn)生發(fā)送時鐘

■接收時鐘引腳RCLK：接收外部提供的接收時鐘

信號；若采用發(fā)送時鐘作為接收時鐘，則只要將

RCLK弓|腳和BAUDOUT*弓|腳直接相連

3.串行異步接口引腳

發(fā)送數(shù)據(jù)SOUT

8250接收數(shù)據(jù)SIN

請求發(fā)送RTS*

允許發(fā)送CTS*

數(shù)據(jù)裝置準備好DSR*

數(shù)據(jù)終端準備好DTR*

信號地GND

載波檢測RLSD*

—"振鈴指示RI*

14.輸出線■!

■OUT1*和OUT2*：

■兩個一般用途的輸出信號

■由調制解調器控制寄存器的D2和D3使其輸出

低電平有效信號

■復位使其恢復為高

12.3.38250的寄存器

■8250內部有9種可訪問的寄存器，除數(shù)寄

存器是16位的，占用兩個連續(xù)的8位端口

■內部寄存器用引腳A0?A2來尋址；同時還

要利用通信線路控制寄存器的最高位，即

除數(shù)寄存器訪問位DLAB,來區(qū)別共用兩

個端口地址的不同寄存器（表12.2）

1.接收緩沖寄存器RBR

SIN

存放串行接收后轉換成并行的數(shù)據(jù)

2.發(fā)送保持寄存器THR

CPU

■i

發(fā)送保持寄存器

發(fā)送移位寄存器SOUT

同步控制

8250

包含將要串行發(fā)送的并行數(shù)據(jù)

3.除數(shù)寄存器

|-------------16T--------------1

]起爭位|；

數(shù)據(jù)線

(SIN)

時鐘ihimimiiiiiihiiiiimimiiiiHHmnimhjiniinjLnr

(RCLK)

16T

除數(shù)寄存器保存設定的分頻系數(shù)

分頻系數(shù)=基準時鐘頻率?。?6義比特率）

4.通信線路控制寄存器LCR

DLABD6D5D4D3D2DlDO

I

匕」|』」|」|」口I」口口

中止字符

停止位個數(shù)

數(shù)據(jù)位個數(shù)

0校驗，U

J01位

1J005位

X一

xl1L5位（數(shù)據(jù)彳

位016位

12位（數(shù)據(jù)位

001設107位

驗ZQ28位

011設置偶校驗

nn為1

指定串行異步通信的字符格式

5,通信線路狀態(tài)寄存器LSR

O

D6D5D4D3D2DlDO

翳

爵

*a髭

I-JI-J

m3

31

至1

聲w1為1,表示接收數(shù)據(jù)緩沖器收到E

可

m魚

麗|1一個數(shù)據(jù)，既接收數(shù)據(jù)準備好；1

習

m且

司

，

可

n習

3當CPU讀走數(shù)據(jù)后，該位為01

z^i圈

JJ

提供串行異步通信的當前狀態(tài)

供CPU讀取和處理

6,調制解調器控制寄存器MCR

DTR

000LOOPOUT2OUT1RTS

aJJJJJJJJj

a=J1=JIM

T

n為1使8250為循環(huán)工作方式l

-nI-

n

m否則為正常工作方式M

n

w

設置8250與數(shù)據(jù)通信設備之間

聯(lián)絡應答的輸出信號

7,調制解調器狀態(tài)寄存器MSR

■反映4個控制輸入信號的當前狀態(tài)及其變化

■MSR高4位中某位為1,說明相應輸入信號當前

為低有效，否則為高電平

■MSR低4位中某位為1,則說明從上次CPU讀取

該狀態(tài)字后，相應輸入信號已發(fā)生改變，從高變

低或反之

■MCR低4位任一位置1,均產(chǎn)生調制解調器狀態(tài)

中斷，當CPU讀取該寄存器或復位后，低4位被

清零

鼻4級中斷

■接收線路狀態(tài)中斷優(yōu)先權高

.奇偶錯、溢出錯、幀錯和中止字符

■接收器數(shù)據(jù)準備好中斷

■發(fā)送保持寄存器空中斷

■調制解調器狀態(tài)中斷.優(yōu)先權低

■清除發(fā)送狀態(tài)改變

-數(shù)據(jù)終端準備好狀態(tài)改變

-振鈴接通變成斷開

-接收線路信號檢測狀態(tài)改變

8.中斷允許寄存器IER

■8250設計有2個中斷寄存器和4級中斷

?4級中斷的優(yōu)先權，是按照串行通信過程中

事件的緊迫程度安排的、是固定不變的

■用戶可利用中斷允許或禁止進行控制

■中斷允許寄存器的低4位控制8250這4級中

斷是否被允許

■某位為1,則對應的中斷被允許

■否則，被禁止

9.中斷識別IIR

00000ID1ID0IP，0有中斷

Li無中斷

mi』』』』』』』』』』』』」—』』」、

且

ID1ID0優(yōu)先權中斷類型回

可

接收線路狀態(tài)回

111回

a

102接收數(shù)據(jù)準備好

EFj

l

013發(fā)送保持寄存器空B

B

004調制解調器狀態(tài)R

保存正在請求中斷的優(yōu)先權最高

的中斷級別編碼

12.4異步通信適配器

-

-IBMPC/XT機的串行異步通信適配器

■以8250為核心

■完成發(fā)送時的并轉串和接收時的串轉并以及相

應的控制工作

■配置了TTL電平與EIA電平轉換電路等

-展開異步通信適配器的

■硬件電路

■軟件編程

12.4.1異步通信適配器的接口電路

LS2458250

DO?D7^-----D0?D7

—HDIR

[OR^注意：跨接器’

Tow—J9?JU

AO?A2一和OUT2*的作用RCLK

AEN-

CS2BAUDOUT+5V

A3?A7A9

CSO

+5V

CS1

~"rJ9-j-ADS

A8―rJ10-：-

—rjn4—DISTR

J12L0UT2DOSTR

IRQ4INTRPT

IRQ3

RESETMR

1.8432MHzXTAL1

12.4.2異步通信適配器的初始化編程

■對8250的內部控制寄存器進行編程寫入

⑴寫入除數(shù)寄存器

■設置傳輸率

⑵寫入通信線路控制寄存器

■設置字符格式

⑶寫入調制解調器控制寄存器

■設置工作方式

(4)寫入中斷允許寄存器

■設置中斷允許或屏蔽位

設置傳輸率

moval980h

movdx,3fbh

outdx,al

；寫入通信線路控制寄存器，使DLAB=1

movax,96

；分頻系數(shù)：l.8432MHz+(1200X16)=96=60H

movdx,3f8h

outdx9al;寫入除數(shù)寄存器低8位

moval,ah

incdx

outdx,al;寫入除變寄存器高8位

寫入底數(shù)萼存器—一二

設置字符格式

moval,00001010b

movdx,3fbh

outdx,al;寫入通信線路控制寄存器

；這段程序同時使DLAB=0

寫入通信線路控制寄存器

設置工作方式

?設置查詢通信方式

moval,03h

;控制OUT2*為高，DTR*和RTS*為低

movdx,3fch

outdx,al;寫入調制解調器控制寄存器

■設置中斷通信方式

moval,Obh

;控缶ij為OUT2*低，允許INTRPT產(chǎn)生請求

movdx,3fch

outdx^al

寫入調制解調器控制寄存器

設置中斷允許或屏蔽位

moval50;禁止所有中斷

movdx,3f9h

outdx,al

；寫入中斷允許寄存器（此時DLAB=0）

寫入中斷允許寄存器

12.4.3異步通信程序

■程序循環(huán)讀取8250的通信狀態(tài)寄存器

-數(shù)據(jù)傳輸錯誤就顯示一個問號“？”

■接收到數(shù)據(jù)就顯示出來

■可以發(fā)送數(shù)據(jù)就從鍵盤輸入發(fā)送字符（用戶沒

有輸入字符就不發(fā)送）

■如果按下ESC鍵返回DOS

查詢通信線路狀態(tài)

statue:movdx52fdh

;讀通信線路狀態(tài)寄存器

inal9dx

testaljeh;接收有錯誤否？

jnzerror;有錯，則轉錯誤處理

testal,01h;接收到數(shù)據(jù)嗎？

jnzreceive;是，轉接收處理

testal,20h;保持寄存器空嗎？

jzstatue;不能，循環(huán)查詢

異步通信程序

檢測鍵盤輸入

movah,Obh;檢測鍵盤有無輸入字符

int21h

cmpal,0

jzstatue；無輸入字符，循環(huán)等待

movah,0；有輸入字符，讀取字符

int16h

；采用01號DOS功能調用，則有回顯

cmpaljbh

jzdone;是后3(2鍵，程序返回DOS

異步通信程序

發(fā)送數(shù)據(jù)

movdx,2f8h

;將字符輸出給發(fā)送保持寄存器

outdx,al;串行發(fā)送數(shù)據(jù)

jmpstatue;繼續(xù)查詢

異步通信程序

接收數(shù)據(jù)

receive:movdx,2f8h

;從輸入緩沖寄存器讀取字符

inal9dx

andal,7fh

;傳送標準ASCH碼（7個數(shù)據(jù)位）

；所以僅取低7位

pushax;保存數(shù)據(jù)

異步通信程序

顯示數(shù)據(jù)

movdl,al;屏幕顯示該數(shù)據(jù)

movah,2

int21h

popax;恢復數(shù)據(jù)

cmpal,Odh;數(shù)據(jù)是回車符嗎?

jnzstatue;不是，則循環(huán)

movdl,Oah;是，再進行換行

movah,2

int21h

jmpstatue;繼續(xù)查詢

異步通信程序

接收錯誤處理

error:movdx,2f8h

;讀出接收有誤的數(shù)據(jù)，丟掉

inal9dx

movdl,?;顯示問號

movah,2

int21h

jmpstatue;繼續(xù)查詢

異步通信程序

中斷通信方式的編程方法

■關鍵

解決主程序與中斷服務程序的數(shù)據(jù)傳遞

■注意

處理好8250的4級10種中斷源

-簡便方法

只允許接收數(shù)據(jù)準備好中斷

中斷通信方式的循環(huán)隊列

接收隊列

主程序

頭指針

中斷服務程序

UART

接收處理:

從隊列