串行通信及接口芯片8251A課件

第10章串行通信及接口芯片8251A10.1串行通信的基本概念10.2可編程串行通信接口芯片8251A10.3RS-232C串行接口和8251A應(yīng)用10.4串行同步數(shù)據(jù)通信協(xié)議第8章習(xí)題8-38-48-58-610.1串行通信的基本概念串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

DTE-DataTerminalEquipment，常常是計算機(jī).

DCE-DataCommunicationEquipment，常常是MODEM，也可以是計算機(jī).串行接口

–主要是8251A、16550、8250等，

連接DTE和DCE。計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)或終端

信道（傳輸線路）串行接口串行接口DTEDCEDTEDCE基本概念數(shù)據(jù)傳送的方向數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕯?shù)據(jù)傳輸?shù)亩〞r信號的調(diào)制與解調(diào)通信數(shù)據(jù)格式通信數(shù)據(jù)校驗1.單工(Simplex)2.半雙工(Halfduplex)3.全雙工(Duplex)數(shù)據(jù)傳送的方向傳輸速率波特率單位時間傳送的位數(shù)單位bps波特率因子K

每BIT占用的時鐘周期數(shù)

K=接接收或發(fā)送時鐘頻率/比特率, 可取1、16、32、64數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩〞r同步增加時鐘信號常用于并行通信接口數(shù)據(jù)同步編碼以數(shù)據(jù)幀為傳輸單位增加同步字符異步以數(shù)據(jù)字符為傳輸單位每個字符中包含同步信息例1：一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有8位數(shù)據(jù)位的字符，在系統(tǒng)中使用一個奇偶校驗位和兩個停止位。若每秒發(fā)送100個字符，則其波特率為多少？100*（1+8+1+2）=1200bps例2：一個異步串行發(fā)送器，發(fā)送具有7位數(shù)據(jù)位的字符,傳送波特率為1800，字符格式為：1個奇偶校驗位，1個停止位，問，十秒鐘內(nèi)傳送了多少個字符?

10*1800/(1+7+1+1)=180000/10/10/111起始位數(shù)據(jù)位校驗位停止位一個字符格式

數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，要求傳送線的頻帶很寬，若傳輸帶寬很窄，直接傳輸數(shù)字信號，信號就要發(fā)生畸變。

因此，需用調(diào)制器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號—傳輸—再用解調(diào)器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號的調(diào)制與解調(diào)(邊緣畸變嚴(yán)重時難以辯識)用載波信號的不同頻率代表‘1’和‘0’基帶信號帶寬無限經(jīng)窄帶信道傳輸后的信號FSK調(diào)制成窄帶信號WWWWWWWWWWWWW根據(jù)載波Asin(t+)的三個參數(shù)：幅度、頻率、相位，產(chǎn)生常用的三種調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控法Amplitude-ShiftKeying(ASK)頻移鍵控法Frequency-ShiftKeying(FSK)相移鍵控法Phase-ShiftKeying(PSK)ASK(又稱為調(diào)幅)

用載波信號的不同幅度代表‘1’和‘0’FSK(又稱為調(diào)頻)

用載波信號的不同頻率代表‘1’和‘0’PSK(又稱為調(diào)相)

用載波信號的相位變化代表‘1’和‘0’(有變化為’1’)三種調(diào)制方式串行通信數(shù)據(jù)格式

一個幀結(jié)構(gòu)00/10/10/111起始位

1位數(shù)據(jù)位

5、6、7、8位不等校驗位

1位停止位

1、1.5、2位不等低位高位1.異步串行通信

在發(fā)送一個字符時，包含一個起始位，若干數(shù)據(jù)位，一個奇偶校驗位，幾個停止位。2.同步串行通信在同步傳輸中，把字符順序地連接起來，組成一個數(shù)據(jù)塊，這樣的數(shù)據(jù)塊稱為一個記錄。每個記錄的傳輸時間相同（時間片）。在記錄的開始加同步字符，在記錄的末尾加出錯校驗字符，形成同步幀。~~~~同步字符同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗碼校驗碼同步字符的格式和個數(shù)根據(jù)需要而定。

在同步方式中，接收器接收數(shù)據(jù)時，首先搜索同步字符，在得到同步字符后，才開始裝配數(shù)據(jù)。異步串行通信同步串行通信雙方使用各自的時鐘雙方使用同一時鐘一幀以字符為單位以數(shù)據(jù)塊為單位(長度可變)傳輸效率低效率高，速度快應(yīng)用于傳輸速率不高時，簡單，應(yīng)用較廣應(yīng)用于大批量，高速率數(shù)據(jù)通信場合異步串行通信與同步串行通信的對比串行通信的校驗方法奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（CRC）?這種校驗方法主要用于對一個字符的傳送過程進(jìn)行校驗?奇偶校驗可以檢查出一個字節(jié)中發(fā)生的單個錯誤?奇偶校驗不能自動糾錯，發(fā)現(xiàn)錯誤后需“重傳”1.奇偶校驗

以數(shù)據(jù)塊(幀,Frame)為單位進(jìn)行校驗編碼思想：將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項式如110001，可表示成多項式x5+x4+1

數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的多項式除以另一個多項式G(x)，得到的余數(shù)多項式

R(x)就稱為CRC碼，而G(x)則稱為生成多項式。

2.循環(huán)冗余校驗CRC串行接口的例子UARTUniversalAsynchronousReceiver/Transmitter異步收發(fā)器功能接收異步串行輸入碼并將其轉(zhuǎn)換為并行碼并將CPU的并行碼轉(zhuǎn)換為串行碼輸出串行接口原理外部時鐘和接收數(shù)據(jù)的同步串行接口原理奇偶錯溢出錯幀格式錯RxDRxCTxDTxC控制電路RESETWERDCSINTPEOEFEDB7~DB0TransmitBufEmptyReceiveDataReadyRDRTBE接收移位寄存器接收數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送移位寄存器串行接口原理UART中設(shè)立的各種出錯標(biāo)志奇偶錯誤（Parityerror）字符的“1”的個數(shù)幀錯誤（Frameerror）如缺少停止位等溢出（丟失）錯誤（Overrunerror）接收/發(fā)送緩存數(shù)據(jù)丟失10.2可編程USART通信接口芯片8251A基本功能(1)可用于同步和異步通信方式

同步方式：波特率0-64Kbps，每字符為5，6，7，8位，可使用內(nèi)部同步檢測和外部同步檢測，能自動插入同步字符。

異步方式：波特率0-19.2Kbps，每字符可為5，6，7，8位，自動增加起始位、停止位和校驗位。時鐘TxC,RxC速率為波特率的1，16和64倍。(2)全雙工，雙緩沖器接收器和發(fā)送器；(3)出錯檢測：具有奇偶、溢出和幀錯等檢測電路。8251A的功能結(jié)構(gòu)(并串)(并串)讀/寫控制邏輯:接受CPU的下列控制信號RESET:復(fù)位信號使8251A進(jìn)入IDLE狀態(tài)CLK:8251A用來產(chǎn)生內(nèi)部的定時信號/WR:低有效,CPU對8251A進(jìn)行寫操作/RD:低有效,CPU對8251A進(jìn)行讀操作/CS:片選信號有效時才可對8251A進(jìn)行操作C/D:Control/Data,數(shù)據(jù)總線傳送的是控制信號,狀態(tài)字/數(shù)據(jù)TxD:TransmitterData(TODCE)TxRDY:TransmitterReady(TODTE)TxE:TransmitterEmpty(ToDCE)TxC:TransmitterClock(FromBaudGenerator)(同步:FreqofTxC=BaudRate)(異步:FreqofTxC=BaudRate*BaudFactorHandshakingsignalsbetweenCPUandModemDTR:Dataterminalready(ToDCE)DSR:Datasetready(FromDCE)RTS:Requesttosend(ToDCE)CTS:Cleartosend(FromDTE)RxD:ReceiverData(FromDCE)RxRDY:ReceiverReady(ToDTE)SYNDET:SyncDectect/BreakDectectRxC:ReceiverClock(FromBaudGenerator)(同步:FreqofRxC=BaudRate)(異步:FreqofRxC=BaudRate*BaudFactor)8251A的控制工作方式字同步/異步波特率字符長度停止位長度校驗方式命令字傳輸過程控制狀態(tài)字錯誤信息發(fā)送方式8251A與外設(shè)的發(fā)送方式異步發(fā)送方式同步發(fā)送方式CPU與8251A的發(fā)送方式查詢發(fā)送方式中斷發(fā)送方式異步發(fā)送方式

當(dāng)允許發(fā)送信號TxEN（由程序設(shè)置命令字的D0位）和CTS有效時，開始發(fā)送：發(fā)送器為每一個字符加一個起始位，并且按程序要求加入奇偶位、停止位，以波特率的1、16或32的發(fā)送頻率將數(shù)據(jù)發(fā)送到TxD。1.發(fā)送命令字寄存器

同步發(fā)送方式

當(dāng)允許發(fā)送信號TxEN（由程序設(shè)置）和CTS有效時，開始發(fā)送：發(fā)送器根據(jù)編程要求，發(fā)送一個或兩個同步字符，然后發(fā)送數(shù)據(jù)塊。在發(fā)送數(shù)據(jù)塊時，發(fā)送器會根據(jù)編程要求對數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)加上奇偶校驗位（或不加）。當(dāng)發(fā)送緩沖器為空時，TxRDY信號置位，表示8251已做好發(fā)送準(zhǔn)備，CPU可以為其提供需要發(fā)送的字符。CPU可以通過查詢此位，確定是否向8251傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)8251從CPU獲得一個字符后，TxRDY信號變低。中斷發(fā)送方式TxRDY信號作為中斷請求信號當(dāng)8251從CPU獲得一個字符后，TxRDY信號變低。狀態(tài)寄存器TxC、RxC:

外部產(chǎn)生的時鐘信號8251沒有內(nèi)置的波特率發(fā)生器查詢發(fā)送方式接收方式8251A接收外設(shè)數(shù)據(jù)的方式異步接收方式同步接收方式內(nèi)同步外同步CPU接收8251A數(shù)據(jù)的方式查詢接收方式中斷接收方式異步接收方式

8251在RxD線上檢測到一個低電平信號，將其作為起始位，于是開始進(jìn)行常規(guī)采樣。數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器，并進(jìn)行奇偶校驗，變成并行數(shù)據(jù)送入接收數(shù)據(jù)緩沖器，同時發(fā)出RxRDY信號，表示已收到一個可用數(shù)據(jù)。對于少于8位的數(shù)據(jù)，8251將其高位填上0。2.接收波特率因字=16時，發(fā)送的串行數(shù)據(jù)起始位寬度與發(fā)送時鐘的對比。串行數(shù)據(jù)的采樣時刻在每一位的中間。實現(xiàn)同步（內(nèi)同步）

8251檢測RxD線，當(dāng)RxD上出現(xiàn)一個數(shù)據(jù)位時，將其接收下來送入移位寄存器，然后將其與同步字符寄存器的內(nèi)容進(jìn)行比較，若兩者不相等，則繼續(xù)接收和檢測；若兩者相等，則SYNDET引腳線號為高，告知同步已經(jīng)實現(xiàn)。接收數(shù)據(jù)

每當(dāng)收到的數(shù)據(jù)位達(dá)到一個字符的數(shù)位時，將其從移位寄存器中送入輸入緩沖寄存器，并在RxRDY引腳上發(fā)出一個信號。外同步

外部電路檢測同步字符。檢測到同步字符后在SYNDET端輸入一個高平。只要SYNDET為高，8251便認(rèn)為完成同步，開始裝配數(shù)據(jù)。同步接收方式

當(dāng)接收緩沖器滿時，RxRDY信號（接收器準(zhǔn)備好信號）為高電平，CPU可以將數(shù)據(jù)取走。該信號使?fàn)顟B(tài)寄存器RxRDY置位，CPU可以通過查詢此位，確定是否向8251傳送數(shù)據(jù)。中斷接收方式

用中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，RxRDY信號可以作為中斷CPU的請求信號。

不管用查詢還是中斷方式，當(dāng)CPU從8251讀取一個字符后，RxRDY信號變低。狀態(tài)寄存器查詢接收方式DTR——數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，8251送往外設(shè)的信號，通知外設(shè)，CPU準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)接收；DSR——數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好，外設(shè)送往8251的信號，表示外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)；RTS——請求發(fā)送，8251送往外設(shè)的信號；CTS——允許發(fā)送，對RTS的響應(yīng)信號，由外設(shè)送往8251，表示“發(fā)送允許”。3.調(diào)制/解調(diào)控制電路計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)或終端信道（傳輸線路）串行接口串行接口DTEDCEDTEDCE當(dāng)串行口與調(diào)制解調(diào)器相連時：

DTR和DSR分別表示計算機(jī)和調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)信號；

RTS和CTS可用作一對握手聯(lián)絡(luò)信號。當(dāng)串行口與外設(shè)（或計算機(jī)）相連時：

DTR和DSR、RTS和CTS可用作兩對握手聯(lián)絡(luò)信號。計算機(jī)計算機(jī)或終端串行接口串行接口DTEDTE計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)或終端信道（傳輸線路）串行接口串行接口DTEDCEDTEDCE編程結(jié)構(gòu)方式

接收數(shù)據(jù)緩沖器

發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器命令C/DRDWRCS端口選擇和操作0010CPU從8251A接收數(shù)據(jù)寄存器讀數(shù)據(jù)0100CPU向8251A發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器寫數(shù)據(jù)1010CPU從8251A狀態(tài)寄存器讀狀態(tài)1100CPU向8251A寫控制字（先方式字寄存器、后命令字寄存器）XXX1數(shù)據(jù)總線懸空8251A讀寫操作端口選則表(1)方式選擇字異步方式8086CPU與8251A的連接例子RS232C接口波特率發(fā)生器&G1A7,A6,A5D7-D0/G2A/G2BCBAA4M/IOA3A2A0A1RESET/RD/WR/Y0/CSC/DRESET/RD/WRTxRDYTxERxRDYBRKDETRxDTxD/RxC/TxC外設(shè)80868251A74LS138A7A6A5A4=1111時，M/IO=0且A3A2A1=000時8251A被選中。此時，當(dāng)A1=1時，選中控制字A7-A0=11110010=F2H.A1=0時，選中數(shù)據(jù)口。A7-A0=11110000=F0H.同步方式0=內(nèi)同步

1=外同步同步字符個數(shù)

0=雙字符同步

1=單字符同步同步方式SCSESD(2)命令字（內(nèi)同步）例：復(fù)位MOVDX,209HMOVAL,0OUTDX,ALMOVAL,40HOUTDX,AL(3)狀態(tài)字(4)初始化編程流程方式方式命令8251與CPU的數(shù)據(jù)交換(1)查詢方式在數(shù)據(jù)交換前應(yīng)讀取狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器D0=1

CPU可以向8251數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)，完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送；狀態(tài)寄存器D1=1CPU可以從8251數(shù)據(jù)端口讀出數(shù)據(jù)，完成一幀數(shù)據(jù)的接收。(2)中斷方式8251沒有單獨(dú)的中斷請求引腳

TxRDY引腳可以作為發(fā)送中斷請求

RxRDY引腳可以作為接收中斷請求收發(fā)均采用中斷方式時TxRDY、RxRDY可以通過或門與系統(tǒng)總線的中斷請求線連接在CPU響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)到ISP中時對狀態(tài)寄存器進(jìn)行查詢以區(qū)分是發(fā)送中斷還是接收中斷(3)8251編程示例例：編寫8251異步模式下的接收和發(fā)送程序，完成256個字符的發(fā)送和接收，設(shè)端口地址：208H，209H，波特率因子16，1起始位，1停止位，無奇偶校驗，每字符8位。

LEADI,Buf1MOVDX,209HMOVAL,40H ;復(fù)位命令

OUTDX,ALMOVAL,01001110B ;方式選擇字

MOVDX,ALMOVAL,00110111B ;工作命令字

OUTDX,ALMOVCX,256 ;發(fā)送256字節(jié)NEXT：MOVDX,209H ;狀態(tài)字寄存器209HINAL,DX ;狀態(tài)字

ANDAL,01H;TxRDY？

JZNEXTMOVAL,[DI]MOVDX,208H ;數(shù)據(jù)寄存器208HOUTDX,AL ;發(fā)送

INCDILOOPNEXT發(fā)送程序接收程序：接收256字節(jié)，放在buf2中ANDAL,02H;RXRDY？JZNEXTMOVDX,208HINAL,DX;接收1字符MOVbuf[SI],ALINCSILOOPNEXTDatasegmentbuf2DB256dup(?)Dataends┆MOVDX,209HMOVAL,40H;復(fù)位

OUTDX,ALMOVAL,01001110B;方式字

OUTDX,ALMOVAL,00110111B;命令字

OUTDX,ALMOVCX,256 ;接收256字節(jié)

MOVSI,0NEXT：MOVDX,209HINAL,DX;狀態(tài)字10.3標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS-232C串行接口

EIA-232F

只能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信串行通訊系統(tǒng)計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)或終端信道（傳輸線路）串行接口串行接口DTEDCEDTEDCERS-232C

EIA推薦的標(biāo)準(zhǔn)串行接口應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。

PC機(jī)中通常有兩個COM1、COM2。RS-232接口機(jī)械特性

目前COM1、COM2均使用9針連接器。接口功能特性

DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）計算機(jī)或終端

DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）調(diào)制解調(diào)器或其他通信設(shè)備DTE準(zhǔn)備就緒

DTRDCE準(zhǔn)備就緒

DSR

清除已傳送(允許發(fā)送)CTS

請求發(fā)送

RTS

接收數(shù)據(jù)