4-外圍接口-6.2.ppt

1、微機(jī)接口技術(shù),第六章 外圍接口,6.2 串行接口及應(yīng)用,串行通信是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的通信機(jī)制之一，串行通信的數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳輸?shù)模桶醋止?jié)傳輸?shù)牟⑿型ㄐ畔啾龋型ㄐ攀褂玫膫鬏斁€(xiàn)少，適用于長(zhǎng)距離的信息傳送。,串行與并行,數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，有兩種基本的數(shù)據(jù)傳送方式，即串行傳送與并行傳送，也稱(chēng)為串行通信與并行通信。,串行與并行,數(shù)據(jù)在單條一位寬的傳輸線(xiàn)上按時(shí)間先后一位一位地傳送，稱(chēng)為串行傳送。 數(shù)據(jù)在多條并行傳輸線(xiàn)上各位同時(shí)傳送，稱(chēng)為并行傳送。,串行與并行,串行通信的特點(diǎn)是節(jié)省傳輸線(xiàn)，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離長(zhǎng)。 并行通信的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸率高。 長(zhǎng)距離低速率的通信中采用串行傳送；短距離高速率通

2、信采用并行傳送。,6.2.1 串行通信基礎(chǔ),在串行通信中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收要通過(guò)通信通路，這個(gè)通信通路就是傳輸線(xiàn)。 根據(jù)通信通路的不同連接方式，可以將串行通信分成單工、半雙工和全雙工3種連接方式。,單工方式,半雙工方式,全雙工方式,異步串行通信協(xié)議,（1）串行異步信息幀的格式 信息幀包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。一個(gè)信息幀中只能包含一個(gè)字符，每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位可以是5-8個(gè)二進(jìn)制位。 串行異步信息幀的格式如圖615。,串行異步通信格式,例如: ASCII Q = 51h (1010001),（2）波特率,波特率是衡量串行通信速率的重要指標(biāo)。 它是每一秒在傳輸線(xiàn)上傳送的二進(jìn)制信息的位數(shù)，

3、以位/秒（b/s）表示，又稱(chēng)為數(shù)據(jù)位率，也寫(xiě)做bps(bit per second)。,波特率,如波特率為9600bps時(shí)，每傳輸一個(gè)二進(jìn)制位需要的時(shí)間： 19600 = 0.0001042s= 0.1042ms 停止位的長(zhǎng)度為1.5位時(shí)，相當(dāng)于傳輸停止位的時(shí)間為： 0.1042*1.5=0.1563ms 假設(shè)每個(gè)字符對(duì)應(yīng)1個(gè)起始位、7個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位，傳送一個(gè)字符就需要10個(gè)二進(jìn)制信息位。波特率為9600時(shí)，每秒鐘能傳輸?shù)淖畲笞址麛?shù)為960010=960個(gè)。,標(biāo)準(zhǔn)波特率,標(biāo)準(zhǔn)波特率系列為150、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200、

4、38400、57600、115200。 波特率提高后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣燃涌?，但是信?hào)傳輸?shù)木嚯x則相應(yīng)地縮短。,（3）時(shí)鐘誤差,串行異步通信的發(fā)送方和接收方?jīng)]有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘頻率可能存在一定的誤差。 只要雙方的時(shí)鐘的誤差范圍不超過(guò)一定的限度，雙方仍然可以正確地通信。,波特率因子,假設(shè)時(shí)鐘頻率為fc，而波特率為fd。fc往往是fd的整數(shù)倍，即： fc = fd K K叫做波特率因子。 時(shí)鐘頻率 = 波特率因子波特率 接收端能對(duì)每一個(gè)信息位采樣K次，K一般定為16、32或64。,波特率因子,例如：fc=9600Hz， 若波特率因子=16，則波特率=600bps。 若波特率因子

5、為=32，則波特率=300bps。,1）采用相反極性的起始位和停止位/空閑位提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn),2）接收器在每位的中心采樣，以獲得最大的收/發(fā)時(shí)鐘頻率偏差容限,3）接收器采用比傳送波特率更高頻率的時(shí)鐘來(lái)控制采樣時(shí)間，以提高采樣的分辨能力和抗干擾能力。,為了確保異步串行通信傳輸正確：,圖6-16示例,（4）奇偶校驗(yàn),奇偶校驗(yàn)是以字符為單位進(jìn)行校驗(yàn)。 如采用偶校驗(yàn)時(shí)，要發(fā)送字符10010001b，則校驗(yàn)位為1。 奇偶校驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)信息位出錯(cuò)，不能發(fā)現(xiàn)傳送過(guò)程的2個(gè)(或4、6、8個(gè)) 信息位錯(cuò)誤。,例題： 異步傳輸7位ASCII碼，如果需要數(shù)據(jù)傳輸速率為240字符/秒，使用1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止

6、位，則： 1）波特率應(yīng)該是多少？ 2）有效數(shù)據(jù)位傳輸位是多少？ 3）傳輸效率是多少？,答： 1）波特率是 (7位數(shù)據(jù)位+1位起始位+1位校驗(yàn)位+1位停止位)240 =2400b/s 2）有效數(shù)據(jù)位傳輸位是 ：7240=1680b/s 3）傳輸效率是：1680/2400=70%,同步串行通信協(xié)議,同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊（字符塊）為信息單位傳送，而每幀信息包括成百上千個(gè)字符。,（1）面向字符的同步協(xié)議,典型代表是IBM公司的二進(jìn)制同步通信協(xié)議（BSC）。圖6-17。,特殊字符,SYN同步字符。每一幀開(kāi)始處都有SYN字符，加一個(gè)SYN的稱(chēng)單同步，加兩個(gè)SYN的稱(chēng)雙同步。 SOH序始字符。它表示標(biāo)題的

7、開(kāi)始。標(biāo)題中包括源地址、目標(biāo)地址和路由指示等信息。 STX文始字符。它標(biāo)志著傳送的正文（數(shù)據(jù)塊）開(kāi)始。 ETB組終字符或ETX文終字符。當(dāng)正文很長(zhǎng)、需要分成若干個(gè)分?jǐn)?shù)據(jù)塊、分別在不同幀中發(fā)送時(shí)，每個(gè)分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用組終字符ETB，最后一個(gè)分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用文終字符ETX。 DLE轉(zhuǎn)義字符。將特定字符作為普通數(shù)據(jù)處理。,（2）面向位的同步協(xié)議,最有代表性的是IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC等。 特點(diǎn)是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)的長(zhǎng)度可以是任意位，而且它是靠約定的位組合模式，而不是靠特定字符來(lái)標(biāo)志幀的開(kāi)始和結(jié)束，所以稱(chēng)為“面向比特” 協(xié)議。 格式如圖6-18

8、。,標(biāo)志字段,DLCHDLC標(biāo)志字段。所有信息傳輸必須以一個(gè)標(biāo)志字段開(kāi)始，且以同一個(gè)字符結(jié)束。這個(gè)標(biāo)志字符是01111110，稱(chēng)標(biāo)志字段F（Flag）。 地址字段和控制字段。在標(biāo)志字段之后，可以有一個(gè)地址字段A和一個(gè)控制字段C。 信息字段。跟在控制字段之后的是信息字段I。 校驗(yàn)字段。在信息字段之后的是兩字節(jié)的幀校驗(yàn)字段FCS。 SDLCHDLC均采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC。,SDLC實(shí)例,01111110111110000111100010101111101001010010011111010101001111110 F: 01111110 A: 11111000 C: 01111000

9、I: 10101111101001010 1010111111001010 (刪除發(fā)送端插入的0) FCS:0100111110101010 F: 01111110,四、調(diào)制與解調(diào),在發(fā)送端使用調(diào)制器（Modulator）把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)攜帶了數(shù)據(jù)信號(hào)，稱(chēng)為載波信號(hào)。 模擬信號(hào)經(jīng)電話(huà)線(xiàn)傳送到接收方，接收方再用解調(diào)器（Demodulator）把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個(gè)裝置中，稱(chēng)為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。,常用調(diào)制方法,調(diào)幅(Amplitude Shift Keying) 調(diào)頻（Frequency Modulation） 調(diào)相位（Frequ

10、ency Shift Keying）,五、RS-232C標(biāo)準(zhǔn),最通用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)制定的RS 232-C標(biāo)準(zhǔn), RS代表Recommended Standard。,DTE, DCE,Modem起著傳輸信號(hào)的作用，是一種數(shù)據(jù)通信設(shè)備，簡(jiǎn)稱(chēng)DCE。 接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱(chēng)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡(jiǎn)稱(chēng)DTE。,RS232C,RS232C涉及的僅是DTE和DCE之間互連的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，解決DTE和DCE之間的本地接口問(wèn)題。 最高數(shù)據(jù)傳輸率 為19.2kbps時(shí)， 電纜長(zhǎng)度不超過(guò)30米。,（1）信號(hào)電平,RS-232C采用負(fù)邏輯，將-5到-15V規(guī)定為“1”(邏輯1電平，傳號(hào)Mark)，+5到+

11、15V規(guī)定為“0” (邏輯0電平，空號(hào)Space)。,RS232C電平與TTL電平不兼容，需加電平轉(zhuǎn)換電路，如MC1488（SN75150），MC1489（SN75154）。,電平轉(zhuǎn)換,（2）控制信號(hào)的定義,聯(lián)絡(luò)控制信號(hào),DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，DTEDCE。 DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好，DTEDCE RTS：請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，DTEDCE。 CTS：允許發(fā)送信號(hào)，DTEDCE。,RS-232C接口互聯(lián),簡(jiǎn)單互聯(lián),6.2.2 可編程串行通信接口 8250,8250是通用異步收發(fā)器(UART）,只適合作為異步串行通信接口。它和8251的一個(gè)重要區(qū)別是，8250不支持同步串行通信。,8250主要功能,

12、1）8250支持異步通信規(guī)程， 2）8250的異步通信的數(shù)據(jù)格式可由用戶(hù)編程選擇。 3）內(nèi)部具有可編程時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 4）具有獨(dú)立的接收時(shí)鐘輸入引腳。,8250主要功能,5）有CPU發(fā)向調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)，還有能接收并記錄由調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息?？煞奖愕嘏cMODEM相連。 6）具有帶優(yōu)先級(jí)排序的中斷系統(tǒng)，有多種中斷源。 7）具有可記錄所有狀態(tài)信息的狀態(tài)寄存器和檢查起始位出錯(cuò)的能力。,8250的外部引腳和內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),P152，圖6-24。 8250主要由4個(gè)部分組成：接收器、發(fā)送器、總線(xiàn)接口部分及調(diào)制解調(diào)器控制電路。,內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),1接收器 接收器實(shí)現(xiàn)有關(guān)接收的工作它接收在RxD引腳

13、上出現(xiàn)的串行數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的格式轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，存放在接收緩沖器中，以待MPU取出。,內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),2、發(fā)送器 將MPU送來(lái)的并行數(shù)據(jù) ，按照異步通信格式，加上起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，由TxD端發(fā)送出去。,3、總線(xiàn)接口部分 用于連接8250內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線(xiàn)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，通過(guò)該總線(xiàn)CPU發(fā)送和接收并行數(shù)據(jù)，控制狀態(tài)信息也通過(guò)它傳送。 4、調(diào)制解調(diào)器控制電路 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的聯(lián)絡(luò)與控制。,內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),8250連接外部引腳,8250連接外部引腳,1、和CPU或系統(tǒng)連接的信號(hào) D7-D0：雙向，8位數(shù)據(jù)線(xiàn)。 CS0、CS1、CS2#：輸入，片選信號(hào)。 A2-A0：決定所訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)部寄存器。 ADS#

14、：輸入，地址選通信號(hào)。 CSOUT：輸出，片選輸出信號(hào)。 DISTR和DISTR#：輸入，數(shù)據(jù)輸入選通信號(hào)。 DOSTR和DOSTR#：輸入，數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)。,和CPU或系統(tǒng)連接的信號(hào),DDIS：輸出，驅(qū)動(dòng)器禁止信號(hào)。 INTRPT：輸出，中斷請(qǐng)求信號(hào)。 OUT1、OUT2：輸出，由MODEM控制寄存器的第2、3位決定。 MR：輸入，復(fù)位信號(hào)。,2、時(shí)鐘與傳送速率控制,XTAL1：輸入，時(shí)鐘信號(hào)。 XTAL2：輸出，時(shí)鐘信號(hào)。 BAUDOUT#：輸出，時(shí)鐘信號(hào)。 f工作時(shí)鐘 = f基準(zhǔn)時(shí)鐘 除數(shù)鎖存器 = 波特率 16 RCLK：輸入，時(shí)鐘信號(hào)?？山邮沼赏獠刻峁┑慕邮諘r(shí)鐘信號(hào)。,3、與MOD

15、EM相連接的控制信號(hào),DSR#：輸入，數(shù)據(jù)設(shè)備就緒。 DTR#：輸出，數(shù)據(jù)終端就緒。 RI#：輸入，振鈴指示。 RLSD#：輸入，接收線(xiàn)路信號(hào)檢測(cè)（有時(shí)也稱(chēng)為DCD#）。 RTS#：輸出，請(qǐng)求發(fā)送。 CTS#：輸入，清除發(fā)送(允許發(fā)送)。,4、串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收信號(hào),SOUT：輸出，串行數(shù)據(jù)輸出。與TxD連接，但中間需要經(jīng)過(guò)一個(gè)TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換。 SIN：輸入，串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。與RxD連接，但中間需要經(jīng)過(guò)一個(gè)RS-232電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。,PC機(jī)的串行口,5、8250的寄存器以及尋址,8250內(nèi)部有12個(gè)可訪(fǎng)問(wèn)的寄存器。 由A2，A1，A0控制選擇，共8個(gè)地址，有一些

16、地址被共用。,8250內(nèi)部寄存器地址,(1) 發(fā)送保持寄存器THR (2) 接收緩沖寄存器RBR,D7 D0,CPU來(lái)的8位數(shù)據(jù)并行進(jìn)THR,THR,低位到高位串行移位到SOUT引腳輸出,D7 D0,接收移位寄存器,發(fā)送移位寄存器,RBR,低位到高位從SIN引腳串行移位進(jìn)來(lái),8位數(shù)據(jù)并行進(jìn)CPU,發(fā)送方,接收方,DLAB=0，A2A1A0=000,發(fā)送和接收,mov dx,3f8h in al,dx;接收數(shù)據(jù) mov dx,3f8h mov al,待發(fā)送字符 out dx,al;發(fā)送數(shù)據(jù),(3) 線(xiàn)路狀態(tài)寄存器LSR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,DR,OE,FE,PE,BI

17、,THRE,TSRE,接收緩沖區(qū)滿(mǎn),接收重疊錯(cuò),接收奇偶錯(cuò),接收格式錯(cuò),中止識(shí)別標(biāo)志,發(fā)送保持器空,發(fā)送移位器空,FIFO中接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(16550),A2A1A0=101,8250發(fā)送、接收程序?qū)嵗?設(shè)8250的基地址為3F8H，則： 發(fā)送保持寄存器、接收緩沖寄存器的地址為3F8H（對(duì)應(yīng)于A2A1A0=000b） 。 線(xiàn)路狀態(tài)寄存器的地址為3FDH（A2A1A0=101b）。,從串行接口發(fā)送一個(gè)字符AL的程序如下： SendByte proc push ax ; 要發(fā)送的數(shù)據(jù)壓棧 mov dx, 3fdh ; LSR端口號(hào) - DX SendByteBusy: in al, dx ; 讀入端

18、口狀態(tài) - AL test al, 20h ; 測(cè)試狀態(tài)中的第5位THRE jz SendByteBusy ; THRE=0, 繼續(xù)查詢(xún) pop ax ; 要發(fā)送的數(shù)據(jù)出棧 mov dx, 3f8h ; THR端口號(hào) - DX out dx, al ; 數(shù)據(jù)發(fā)送到THR ret SendByte endp,從串行接口接收一個(gè)字符到AL中的程序如下： ReceiveByte proc mov dx, 3fdh ; LSR端口號(hào) - DX NoByteReceived: in al, dx ; 讀入端口狀態(tài) - AL test al, 01h ; 測(cè)試狀態(tài)中的第0位DR jz NoByteRece

19、ived ; DR=0, 繼續(xù)查詢(xún) mov dx, 3f8h ; RBR端口號(hào) - DX in al, dx ; 讀入RBR中的數(shù)據(jù)字節(jié) ret ReceiveByte endp,(4) 線(xiàn)路控制寄存器LCR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,WLS0,WLS1,PEN,STB,EPS,SP,SB,DLAB,字符長(zhǎng)度選擇 005位 016位 107位 118位,停止位選擇 01位 11.5位(D1D0=00） 2位(D1D0!=00),11偶校驗(yàn) 01奇校驗(yàn),附加奇偶標(biāo)志位選擇 0不附加 1附加1位,中止設(shè)置 1中止 0正常,除數(shù)寄存器訪(fǎng)問(wèn)允許 0禁止 1允許,A2A1A0=01

20、1,例如，設(shè)置發(fā)送字符長(zhǎng)度為8位，2位停止位，偶校驗(yàn)，線(xiàn)路控制寄存器應(yīng)設(shè)為00011111B。線(xiàn)路控制寄存器的地址為3FBH（A2A1A0=011b），其程序段為： MOV DX, 3FBH ; LCR口地址 MOV AL, 00011111B ; LCR的內(nèi)容 OUT DX, AL,(5) 除數(shù)鎖存器（DLL/DLM）,8250芯片串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适怯沙龜?shù)寄存器控制的。 按照以下公式計(jì)算除數(shù)鎖存器的內(nèi)容： F工作時(shí)鐘=f基準(zhǔn)時(shí)鐘/除數(shù)鎖存器=波特率*16,分頻系數(shù)與波特率對(duì)應(yīng)表,除數(shù)鎖存器,例如，選取波特率為2400，則除數(shù)鎖存器=115200 2400=48=0030H。將00H寫(xiě)入DL

21、M，30H寫(xiě)入DLL。,MOV DX，3FBH ; 置LCR口地址 MOV AL，80H ; DLAB=1 OUT DX，AL ; 之后，3F8H、3F9H對(duì)應(yīng)于DLL、DLM MOV DX，3F8H ; DLL的I/O地址 MOV AL，30H ; 商的低字節(jié) OUT DX，AL ; 寫(xiě)入DLL MOV DX，3F9H ; DLM的I/O地址 MOV AL，00H ; 商的高字節(jié) OUT DX，AL ; 寫(xiě)入DLM MOV DX, 3FBH ; LCR的I/O地址 MOV AL, 00011111B ; LCR的內(nèi)容，數(shù)據(jù)格式參數(shù) OUT DX, AL; DLAB=0之后，3F8H對(duì)應(yīng)于TH

22、R/RBR，3F9H對(duì)應(yīng)于IER,設(shè)置波特率為2400bps的程序如下：,(6) 中斷允許寄存器IER,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,I2E,I1E,I3E,0,類(lèi)型2中斷(接收緩沖器滿(mǎn)) 1-允許 0-屏蔽,類(lèi)型1中斷(發(fā)送保持器空) 1-允許 0-屏蔽,類(lèi)型3中斷(接收出錯(cuò)） 1-允許0-屏蔽,進(jìn)入低功耗模式(16550),進(jìn)入睡眠模式 (16750),DLAB=0，A2A1A0=001,I0E,0,類(lèi)型0中斷(MODEM狀態(tài)改變) 1-運(yùn)行 0-屏蔽,(7) 中斷識(shí)別寄存器IIR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,NINT,S1,S2,0,未決中斷指示 0

23、-有 1-無(wú),中斷類(lèi)型標(biāo)識(shí),超時(shí)中斷 0-不超時(shí) 1-超時(shí),允許64字節(jié)FIFO(16750) 0-禁止 1-允許,FIFO使 用指示 (16550) 01-允許FIFO但不可用 11-允許FIFO,A2A1A0=010（讀）,中斷類(lèi)型標(biāo)識(shí),(8) MODEM控制寄存器MCR,A2A1A0=100,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,DTR,RTS,OUT1,0,數(shù)據(jù)終端就緒,請(qǐng)求發(fā)送,輔助輸出1,自動(dòng)流量控制(16750),環(huán)路檢測(cè)(內(nèi)部自循環(huán)）,OUT2,0,輔助輸出2，PC用做中斷,LOOP,例如，要使MCR中的DTR、RTS有效，OUT1、OUT2以及LOOP無(wú)效，則可用下

24、列程序： MOV DX，3FCH ; MCR端口地址 MOV AL，00000011B ; MCR的控制字 OUT DX，AL,(9) MODEM狀態(tài)寄存器MSR,A2A1A0=110,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,CTS,DSR,TERI,RLSD,CTS位發(fā)生改變,DSR位發(fā)生改變,收到“振鈴指示”后沿,收到“DSR就緒” DCE-DTE,收到“允許發(fā)送” DCE-DTE,RLSD,RI,RLSD位發(fā)生改變,CTS,DSR,收到“振鈴指示”,收到“接收線(xiàn)載波檢測(cè)”,（10）暫存寄存器（SR）,不影響8250的工作狀態(tài)。 暫存一個(gè)字節(jié)。,8250編程舉例,完成以下設(shè)置： 數(shù)據(jù)傳輸速率1200波特 通信格式為7位/字符，2位停止位，奇校驗(yàn) 不