微機(jī)原理與接口技術(shù)第10章-串行通信和可編程接口芯片8251A資料

1、第十章 串行通信(tng xn)和可編程接口芯片8251A 10-1 串行通信(tng xn)的基本概念通信：計(jì)算機(jī)與外部的信息交換。 串行通信 并行通信兩種方式共四十六頁兩種通信(tng xn)方式串行通信：數(shù)據(jù)按bit，依次傳送TXDTXDRXDRXD計(jì)算機(jī)外設(shè)或計(jì)算機(jī)狀態(tài)控制D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7計(jì)算機(jī)外設(shè)或計(jì)算機(jī)并行通信：數(shù)據(jù)各bit同時(shí)傳送逐位依次順序傳送，通信雙方(shungfng)需嚴(yán)格同步；適于長距離(30M)通信傳送線路少，成本低；速度慢。n位數(shù)據(jù)同時(shí)傳送；速度快；長距離通信時(shí)傳送線路多，成本高。共四十六頁并行通信和串行通信的特點(diǎn)：

2、串行通信是逐位傳送數(shù)據(jù)，所以一個(gè)多位數(shù)據(jù)需要多次傳送。比如一個(gè)8位的字節(jié)型數(shù)據(jù)至少需要8次傳送。它有如下(rxi)特點(diǎn)：速度較慢；引線少；距離長。共四十六頁 現(xiàn)在(xinzi)的臺(tái)式PC機(jī)一般至少有兩個(gè)RS232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2使用的是老式的DB25針連接器。 共四十六頁串行通信(tng xn)的硬件條件在硬件上，串行通信系統(tǒng)的核心部件是移位寄存器，其中在發(fā)端要有一個(gè)并入串出移位寄存器，在收端要有一個(gè)串入并出移位寄存器。 共四十六頁 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

3、 D7D0共四十六頁串行通信的同步 為了(wi le)可靠的串行通信，同步信號(hào)起到至關(guān)重要的作用。在理想情況下，同步信號(hào)應(yīng)該在數(shù)據(jù)信號(hào)線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)期間的中心點(diǎn)有效，因?yàn)檫@時(shí)數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)是最穩(wěn)定的。共四十六頁但在典型的串行通信系統(tǒng)(xtng)中，是不存在同步信號(hào)線的！如何實(shí)現(xiàn)串行通信的中數(shù)據(jù)傳送的同步呢？系統(tǒng)從軟件和硬件兩方面采取了如下三個(gè)措施：（1） 設(shè)置波特率波特率是指單位(dnwi)時(shí)間內(nèi)傳送的位數(shù)，單位(dnwi)是比特/秒。（2）設(shè)置數(shù)據(jù)的傳送格式，一般地串行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，并不是單純地傳送數(shù)據(jù)位信息。為了使數(shù)據(jù)傳送可靠，還設(shè)定了其他一些輔助位。共四十六頁（3） 設(shè)置波特率因子

4、在異步通信方式進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端需要用時(shí)鐘來決定每1位對應(yīng)的時(shí)間長度(chngd)，接收端也需要用一個(gè)時(shí)鐘來測定每1位的時(shí)間長度，前一個(gè)時(shí)鐘叫發(fā)送時(shí)鐘，后一個(gè)時(shí)鐘叫接收時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘的頻率可以是波特率的數(shù)倍，一般取16倍、32倍或64倍。這個(gè)倍數(shù)就稱為波特率因子。共四十六頁一、數(shù)據(jù)傳送(chun sn)的方向1. 單工2. 半雙工3. 全雙工共四十六頁二、串行通信的兩種基本(jbn)工作方式1. 異步方式(fngsh)數(shù)據(jù)傳輸效率相對較低！異步方式是指以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，用起始位和停止位標(biāo)識(shí)每個(gè)字符的開始和結(jié)束字符，兩次傳送時(shí)間隔不固定。共四十六頁2. 同步(tngb)方式注意：接收(ji

5、shu)發(fā)送雙方時(shí)鐘必須同步！異步方式為了可靠地傳送數(shù)據(jù)，在每次傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，附加了一些標(biāo)志位。在大量數(shù)據(jù)傳送時(shí)，為了提高速度，就去掉這些標(biāo)志，這就是同步通訊。采用同步傳送，在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來指示，并在發(fā)送端和接收端之間要用時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步。共四十六頁三、串行傳輸速率（波特率）波特率：每秒所傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)。 單位(dnwi)為波特（即比特/秒：bps）例如一個(gè)串行字符由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)停止位這10位構(gòu)成(guchng)，每秒傳送120個(gè)這樣字符，則數(shù)據(jù)傳送的波特率為：10位/字符120字符/秒1200bps傳送1位數(shù)據(jù)需要多長時(shí)間？共四十六頁波特率因子:

6、在異步通信方式進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端需要用時(shí)鐘來決定每1位對應(yīng)的時(shí)間長度，接收端也需要用一個(gè)時(shí)鐘來測定每1位的時(shí)間長度，前一個(gè)時(shí)鐘叫發(fā)送時(shí)鐘，后一個(gè)時(shí)鐘叫接收時(shí)鐘。這兩個(gè)(lin )時(shí)鐘的頻率可以是波特率的數(shù)倍，一般取16倍、32倍或64倍。這個(gè)倍數(shù)就稱為波特率因子。共四十六頁四、異步串行收發(fā)器UART 串行接口的基本結(jié)構(gòu)主要是異步接收/發(fā)送器（UART），它不僅(bjn)包括并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，還有檢測串行通信在傳送過程中可能發(fā)生錯(cuò)誤的邏輯部件。通用的硬件UART的電路如下圖所示。共四十六頁共四十六頁五、調(diào)制解調(diào)器（MODEM） 能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)和能將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

7、號(hào)的器件(qjin)稱為調(diào)制解調(diào)器。 調(diào)制的主要(zhyo)形式有幅度調(diào)制、頻率鍵移FSK、相位鍵移PSK和多路載波幾種。共四十六頁 10-2 可編程串行通信接口芯片(xn pin)8251A主要基本性能(xngnng)：1. 可用于同步和異步傳送2. 波特率, DC19.2K(異步)；DC64K(同步)。3. 完全雙工，與8080/8085CPU完全兼容。共四十六頁一、8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部(wib)引腳共四十六頁發(fā)送和接收電路調(diào)制解調(diào)控制電路 總線接口部分共四十六頁1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器 用作8251A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口，內(nèi)部包含3個(gè)三態(tài)、雙向、8位緩沖器，它們是狀態(tài)(zhungt

8、i)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器和發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器。2. 接收(jishu)緩沖器和接收(jishu)控制電路 接收數(shù)據(jù)的速率取決于接收端 時(shí)鐘頻率。在異步方式下，它可以是波特率的1、16或64倍。（即波特率因子是1、16或64）。共四十六頁 在異步方式下，若波特率因子為16，則8251A對數(shù)據(jù)的采樣(ci yn)過程如下圖所示。共四十六頁 內(nèi)同步：8251A自身先檢測一個(gè)或兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)與同步字符寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行比較，若一樣(yyng)，則表示達(dá)到同步，從8251A的SYNDET引腳輸出一個(gè)高電平。 外同步：由外部電路來檢測同步字符，若檢測到同步字符，就輸入一個(gè)(y )高電平到8251A的SY

9、NDET引腳，通知8251A。在同步方式下：內(nèi)同步和外同步。共四十六頁3. 發(fā)送(f sn)緩沖器和控制電路 并行數(shù)據(jù)通過發(fā)送(f sn)緩沖器中的移位寄存器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，經(jīng)TXD引腳發(fā)出。 異步方式：按起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位順序發(fā)送，發(fā)送速率取決于引腳 上的時(shí)鐘頻率，它可以是波特率的1倍、16倍或64倍。 同步方式：先發(fā)送1個(gè)或2個(gè)同步字符，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)。在同步發(fā)送時(shí)，字符之間不允許存在空隙！共四十六頁4. 讀/寫控制電路 用來接收CPU的控制信號(hào)和控制命令字，決定8251A的工作狀態(tài)以及(yj)向內(nèi)部部件發(fā)出控制信號(hào)。（1）RESET：復(fù)位（2）CLK：時(shí)鐘輸入（5） ：控

10、制/數(shù)據(jù)端口選擇信號(hào)（A0）（3） ， ：讀，寫信號(hào)（4） ：片選信號(hào)共四十六頁5. 8251A與CPU及外設(shè)的連接(linji)數(shù)據(jù)端口地址：E0H控制端口地址：E2H共四十六頁二、8251A的編程 對8251A的編程主要(zhyo)包括：寫入方式字：用來確定8251A的工作方式，如同步或異步方式、波特率、字符長度及是否需要奇偶校驗(yàn)等。寫入命令字：用來控制允許或禁止8251A收發(fā)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)搜索(su su)同步字符，迫使8251A內(nèi)部復(fù)位等。讀入狀態(tài)字：了解8251A的工作狀態(tài)。共四十六頁1. 方式(fngsh)字格式共四十六頁共四十六頁2. 命令字格式(g shi)共四十六頁3. 狀態(tài)字格

11、式(g shi) TxRDY是發(fā)送器準(zhǔn)備好狀態(tài)位，它與引腳信號(hào)有些區(qū)別。共四十六頁4. 8251A的編程流程圖共四十六頁三、8251A初始化編程舉例(j l)1. 異步方式(fngsh)初始化程序 軟件復(fù)位：連續(xù)3次向8251A控制端口寫入00H數(shù)據(jù)，然后再寫入1次數(shù)據(jù)40H。 寫恢復(fù)時(shí)間：16個(gè)Tclk。 （寫入數(shù)據(jù)字符可以不考慮） 例如要求8251A工作于異步方式，波特率因子為16，7個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，偶校驗(yàn)，控制字端口為E2H，寫恢復(fù)時(shí)間程序?yàn)镽EVTIME，則對8251A的初始化程序?yàn)椋汗菜氖揗OVAL，00H ；軟件復(fù)位(f wi)OUT0E2H，ALREVTIMEOUT0E

12、2H，ALREVTIMEOUT0E2H，ALREVTIMEMOVAL，40HOUT0E2H ，ALREVTIMEMOVAL，01111010B；寫入方式字OUT0E2H ，ALREVTIMEMOVAL，00010101B；寫入命令字OUT0E2H ，AL共四十六頁2. 同步(tngb)方式初始化程序流程(lichng)：軟件復(fù)位寫入方式字寫入同步字 符寫入命令字 例如要求8251A工作于同步方式，雙同步字符，兩個(gè)同步字符都為16H，7個(gè)數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)，控制字端口為E2H，寫恢復(fù)時(shí)間程序?yàn)镽EVTIME，則對8251A寫入軟件復(fù)位以后的初始化程序?yàn)椋汗菜氖?；軟件?fù)位MOVAL，0001100

13、0B；寫入方式(fngsh)字OUT0E2H ，ALREVTIMEMOVAL，16H ；寫入同步字符OUT0E2H，ALREVTIMEOUT0E2H，ALREVTIMEMOVAL，10010101B；寫入命令字OUT0E2H ，AL共四十六頁10.3 EIA RS232C串行口和8251A應(yīng)用(yngyng)舉例一、RS232C電器特性及接口信號(hào) 1電氣特性 在數(shù)據(jù)線TXD和RXD上： 邏輯1=3V15V 邏輯0=3V15V 在控制線和狀態(tài)線RTS、CTS、DSR、DTR和DCD上： 信號(hào)有效(yuxio)3V15V 信號(hào)無效3V15V共四十六頁 2RS232C與TTL轉(zhuǎn)換 RS232C是用正

14、負(fù)電壓來表示邏輯(lu j)狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯(lu j)狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠使計(jì)算機(jī)接口與終端的TTL器件連接，必須在RS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯(lu j)關(guān)系變換。 共四十六頁MAX232共四十六頁 3RS-232C的接口信號(hào) 可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口，但通信距離較近(12m)。若距離較遠(yuǎn)，可附加(fji)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。RS232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，最常用的信號(hào)線有9根。共四十六頁二、RS232C應(yīng)用舉例 1RS232C串口通信(tng xn)接線方法（三線制） 共四十六頁2BIOS串行通信口功能 IBM PC及其兼容機(jī)

15、提供了比較靈活的關(guān)于串行口的BIOS中斷調(diào)用方法，即通過INT 14H調(diào)用ROM BIOS串行通信口例行程序。該例行程序包括將串行口初始化為指定的字節(jié)結(jié)構(gòu)和傳輸速率，檢查(jinch)控制器的狀態(tài)，讀寫字符等功能 共四十六頁3舉例(j l) 設(shè)通信雙方有一臺(tái)計(jì)算機(jī)為PC機(jī)，使用COM1端口。在串行通信中，必須首先設(shè)定通信雙方所使用字符串的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才能進(jìn)行軟件編程。這里我們設(shè)數(shù)據(jù)在接收和發(fā)送的字符串中，序號(hào)為0的字節(jié)為數(shù)據(jù)長度，其后的字節(jié)為所接收的數(shù)據(jù)。 共四十六頁接收數(shù)據(jù)子程序：receiveproc far；這是接收數(shù)據(jù)子程序，；出口AL，AHrec_check:mov ah,3；讀通訊口

16、狀態(tài)字mov dx,0int 14htest ah,20H；測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好位jz rec_check；數(shù)據(jù)(shj)未準(zhǔn)備好，再讀狀態(tài)字mov ah,2；讀通信端口數(shù)據(jù)mov dx,0int 14hretreceiveendp共四十六頁發(fā)送數(shù)據(jù)子程序：sendproc far;這是發(fā)送數(shù)據(jù)子程序,;輸入?yún)?shù)(cnsh):AL,輸出參數(shù):AL,AHpush axsend_check:mov ah,3；讀通訊口狀態(tài)字mov dx,0int 14htest ah,20h；測試“發(fā)送保存寄存器空”位jz send_check；發(fā)送保存寄存器滿，再讀狀態(tài)字pop axmov ah,2；發(fā)送數(shù)據(jù)mov dx,0int 14hret sendendp 共四十六頁內(nèi)容摘要第十章 串行通信和可編程接口芯片8251A。比如一個(gè)(y )8位的字節(jié)型數(shù)據(jù)至少需要8次傳送。能將數(shù)字信號(hào)