微機(jī)串行接口和串行通信.ppt

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(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn) 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)制位數(shù)bps 字符中每個二進(jìn)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(jìn)行二進(jìn)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(dá)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(biāo)準(zhǔn),美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標(biāo)準(zhǔn)接口 可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺微機(jī) 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(biāo)準(zhǔn),232C接口標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)備就緒 DSR：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)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(hù)地（機(jī)殼地） 起屏蔽保護(hù)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(jī)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(yuǎn)距離通信 微機(jī)利用232C接口直接連接進(jìn)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(zhǔn)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(jì),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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(zhǔn)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(biāo)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(zhǔn)備好信號處于有效電平，通知調(diào)制解調(diào)器，CPU已經(jīng)準(zhǔn)備就緒；清除了出錯標(biāo)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(jìn)行檢索；CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；使?fàn)顟B(tài)寄存器中的3