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文檔簡介
1、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 9.1.2 可編程并行接口芯片8255A 9.2 8255A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 9.3.3 LED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) 9.4.6 RS-232串行通信標準 9.5 可編程串行I/O接口8251A 9.5.1 8251A的基本工作原理 9.5.2 8251A的引腳特性 9.
2、5.3 8251A的控制字和狀態(tài)字 9.5.4 8251A的初始化編程 9.5.5 8251A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、物理標準 串行通信的接口標準 EIA RS-232C 可編程串行異步通信接口8251(UART) 連接、編程、應(yīng)用 UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter,*,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)同時通過數(shù)據(jù)總線傳送,在傳送時,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
3、上,依次一位一位地從低位到高位按時間先后傳送。 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)進行串并轉(zhuǎn)換。 (2)實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化。 (3)可靠性檢驗。 (4)實施接口與通信設(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,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
4、位進行傳輸,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,起始位每個字符開始傳送的標志,起始位采用邏輯0電平,數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個二進制位組成,低位先傳送,校驗位用于校驗是否傳送正確;可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位,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,表示沒有進行傳送,數(shù)據(jù)傳輸速率,數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率(Bit Rate) 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(dāng)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(Baud
5、 Rate) 過去,串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率限制在50 bps到9600 bps之間?,F(xiàn)在,可以達到115200 bps或更高,2. 同步通信,以一個數(shù)據(jù)塊(幀)為傳輸單位,每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符,最后以校驗字符結(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,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裝置,示例,9.
6、4.6 RS-232C串行通信標準,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(shè)計目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器 現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(例如計算機)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(例如調(diào)制解調(diào)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(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層:物理層,9.4.6 RS-232C串行通信標準,232C接口標準使用一個25針連接器 絕大多數(shù)設(shè)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
7、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(shè)備準備接收數(shù)據(jù) CTS:清除發(fā)送(允許發(fā)送) 當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時,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)備準備就緒 DSR:數(shù)據(jù)裝置準備好 通常表
8、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,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),保護地(機殼地) 起屏蔽保護作用的接地端,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)送器時鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時
9、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,RS-232C的連接,微機利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)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(diào)制解調(diào)器,所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器(Null Modem)連接,連接調(diào)制解調(diào)器,不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式,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)裝置總準備好,使用聯(lián)絡(luò)信號的多線相連方式,通信比較可靠 所用
10、連線較多,不如前者經(jīng)濟,RS-232C的電氣特性,232C接口采用EIA電平 高電平為3V15V 低電平為3V15V 實際常用12V或15V,標準TTL電平 高電平:2.4V5V 低電平:0V0.4V,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,IBM PC/XT機的UART芯片是INS 8250,后來使用NS16550 本節(jié)講授用于同步和異步串行通信的8251,9.5.1 8251A的基本工作原理,可以實
11、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。 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,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,DSR,DTR,CTS,RTS,D7-D0,內(nèi) 部 總 線,TXD,RXD,TXEMPTY,TXC,RXRDY,RXC,SYNDET,TXRDY,發(fā)送器,接收器
12、,圖 9-29 8251A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,接收,9.5.1 8251A的基本工作原理,8251的引腳信號,TxRDY: 告訴CPU,8251已準備好發(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,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
13、用一個端口(為0,偶地址),控制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個端口(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)生建立波特率的時鐘信號,TxC、RxC通常與8253連接,端口對應(yīng)的操作,2 8251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,在內(nèi)部控制位TxEN1、CTS*為0時可以發(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),數(shù)據(jù)接收時鐘頻率是數(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
14、. 異步串行數(shù)據(jù)的接收,雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu) 保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收,4. 接收錯誤的處理,奇偶錯誤PE(Parity Error) 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(Frame Error) 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(Overrun Error) 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,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,8251,TxD,6. 同步串行接收數(shù)據(jù),0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0
15、/1,3 8251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),S2S1停止位的數(shù)目: 00無意義 011位停止位 101位半停止位 112位停止位,奇偶校驗: PEN 1有校驗 0 無校驗 EP 0 奇校驗 1 偶校驗,數(shù)據(jù)位的數(shù)目: 005位 016位 107位 118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),SCS同步字符數(shù): 0 2個同步字符 1 1
16、個同步字符,ESD同步方式: 0 內(nèi)同步 1 外同步,奇偶校驗: PEN 1有校驗 0 無校驗 EP 0 奇校驗 1 偶校驗,數(shù)據(jù)位的數(shù)目: 005位 016位 107位 118位,控制寄存器,搜索同步字符,進行內(nèi)部復(fù)位,使RTS*輸出低電平,接收允許,發(fā)送允許,錯誤標志復(fù)位,間斷發(fā)送,使DTR*輸出低電平,狀態(tài)寄存器,DSR引腳為低電平,與SYNDET引腳電平相同,幀格式錯誤,和TxE引腳電平相同,數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)空,超越錯誤,奇偶錯誤,和RxRDY引腳相同,9.5.4 8251A 初始化流程,例1 異步模式下的初始化程序舉例,假設(shè)8251的兩個端口地址分別是50H和52H MOVAL,0FA
17、H OUT52H,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,2個停止位 MOVAL,37H OUT52H,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,MOV AL,38H;2個同步字符,偶校驗,7位 OUT 52H,AL MOV AL,16H;16H為同步字符 OUT 52H,AL OUT 52H,AL MOV AL,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)字進行編程的舉例,用查詢方式串行輸入80個字符,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
18、錯情況,8251軟復(fù)位,MOV CX,3 XOR AL,AL MOV DX,CNTPORT AGA:OUT DX,AL CALL DELAY LOOP AGA MOV AL,40H;軟復(fù)位命令 OUT DX,AL CALL DELAY,查詢式串行輸入,初始化,MOV AL,5AH OUT DX,AL ;7位數(shù)據(jù),1位停止位,奇校驗,波特率因子16 CALL DELAY MOV AL,17H OUT DX,AL ;清除錯誤標志,全雙工,DTR有效 CALL DELAY,查詢式串行輸入,循環(huán)初始化,MOV AX,DATA MOV DS,AX LEA BX,BUFF MOV CX,80,查詢式串行輸
19、入,查詢狀態(tài),MOV DX,CNTPORT STATUS:IN AL,DX TEST AL,02H ;RxRDY1? JZ STATUS MOV DX,DATAPORT IN AL,DX MOV BX,AL INC BX,查詢式串行輸入,判斷錯誤,MOV DX,CNTPORT IN AL,DX TEST AL,38H ;有沒有錯誤 JNZ ERR LOOP STATUS JMP EXIT ERR: 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、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
20、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)終端準備好信號處于有效電平,通知調(diào)制解調(diào)器,CPU已經(jīng)準備就緒;清除了出錯標志等。 程序?qū)崿F(xiàn): MOV AL, OFAH;設(shè)置方式字 OUT 52H, AL MOV AL, 37H;設(shè)置命令字,啟動發(fā)送 OUT 52H, 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個同步字符、7位數(shù)據(jù)、偶校驗。2個同步字符可以相同,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;開始對同步字符進行檢索;CPU當(dāng)前已經(jīng)準備好進行數(shù)據(jù)傳輸;使?fàn)顟B(tài)寄存器中的3
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