微機(jī)原理第11章-串行通信及接口電路.ppt

1、 串行通信的基本概念, 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn), 8251可編程串行接口芯片, 了解微機(jī)串行通信的基本概念, 了解RS-232C等幾種串行接口標(biāo)準(zhǔn)及其用法, 掌握8251芯片的接口技術(shù)及程序設(shè)計(jì),11.1 串行通信,通信：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)之間的信息交換。,11.1.1 概述,圖11.1 串行通信的3種連接方式,發(fā)送器,A,發(fā)送器,接收器,發(fā)送器,接收器,發(fā)送器,接收器,接收器,發(fā)送器,接收器,B,數(shù)據(jù)線,(a)單工方式,數(shù)據(jù)線,A,B,(c)全雙工方式,數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)線,A,B,(b)半雙工方式,11.1.2 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),MODEM是由調(diào)制器和解調(diào)器合在一起形成的一個(gè)裝置，以用作雙

2、向通信。,11.1.3 同步與異步通信方式,1. 異步通信方式（ASYNC）,奇偶校驗(yàn)位,異步通信方式的特點(diǎn)是：,（1）起始位：一位，邏輯0，表示字符的開始；,通信時(shí)以收發(fā)一個(gè)字符為獨(dú)立的通信單位，每個(gè)字符由4個(gè)部分組成：,（2）數(shù)據(jù)位：可以是58位邏輯0/邏輯1，與雙方約定的編碼形式有關(guān)，如：ASCII碼（7位），擴(kuò)展的BCD碼（8位）等，起始位之后緊跟著的是數(shù)據(jù)的最低位D0。,（3）奇/偶校驗(yàn)位：一位邏輯0/邏輯1。,（4）停止位：1位或1.5位或2位邏輯1，表示字符的結(jié)束 。,2. 同步通信方式（SYNC）,在異步通信中，每個(gè)字符都要用起始位和停止位來使通信雙方同步，這些附加的額外信息，

3、使得異步通信的傳輸效率不高。在需傳輸大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，為提高傳輸效率和速度，常去掉這些附加位，即采用同步通信SYNC（Synchronous data Communication）,同步通信方式的特點(diǎn)是：,為了防止因收、發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率的偏差的積累效應(yīng)而產(chǎn)生錯(cuò)位，從而導(dǎo)致通信出錯(cuò)，同步通信要求接收和發(fā)送的時(shí)鐘完全同步，不能有誤差。實(shí)際應(yīng)用中，同步傳送常在收、發(fā)雙方間使用同一時(shí)鐘，故硬件電路比較復(fù)雜。,對(duì)每個(gè)字符的檢錯(cuò)一般可用奇校驗(yàn)，數(shù)據(jù)塊的末尾用CRC（循環(huán)冗余碼）對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗(yàn)。,收、發(fā)雙方以一個(gè)或兩個(gè)預(yù)先約定的同步字符作為數(shù)據(jù)塊傳送的開始，數(shù)據(jù)塊由幾十到幾千，甚至更多字節(jié)組成。,11.

4、1.4 波特率與收/發(fā)時(shí)鐘,1. 波特率,計(jì)算機(jī)串行通信中常用波特率（Baud rate）來表示數(shù)據(jù)傳輸率，波特率的單位是bit/s，即每秒所傳送的二進(jìn)制位數(shù)。常用的標(biāo)準(zhǔn)值有110，300，600，1100，2400，4800，9600，19200波特等。,2.接收/發(fā)送時(shí)鐘,11.2 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn),RS-232C是串行異步通信中應(yīng)用最廣的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，1969年由美國(guó)EIA（電子工業(yè)協(xié)會(huì)）頒發(fā)，其中RS是Recommended Standard的編寫，232是標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)號(hào)。RS-232C的前身是RS-232A和RS-232B，這前兩種接口標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已很少使用。RS-232C主要用于使

5、用模擬信道傳輸數(shù)字信號(hào)的場(chǎng)合，推出這種標(biāo)準(zhǔn)的最初目的是在數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Data Terminal Equipment）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment）之間建立接口標(biāo)準(zhǔn)。,RS-232C的典型應(yīng)用如圖11.5所示。,1.機(jī)械特性 RS-232C采用25腳D型連接器（含插頭/插座）作為DTE與DCE之間通信電纜的連接口，但在實(shí)際進(jìn)行異步通信時(shí)，只需9個(gè)信號(hào)即夠用，因此也可以采用9腳D型連接器。,2.電氣特性 RS-232C采用負(fù)邏輯工作，即： 邏輯“1”用負(fù)電平表示，有效電平范圍是-3V-15V 邏輯“0”用正電平表示，有效電平范圍是+3V+1

6、5V -3V+3V為過渡區(qū)，邏輯狀態(tài)不定，為無效電平。,3.引腳信號(hào)定義,表11.1 RS-232C 主信道引腳信號(hào),數(shù)據(jù)線： TXD（Transmitted Data）：發(fā)送數(shù)據(jù)，DTE通過TXD將串行數(shù)據(jù)發(fā) 送到Modem。 RXD（Received Data）：接收數(shù)據(jù)，DTE通過RXD接收從Modem來的 串行數(shù)據(jù)。,接收控制信號(hào)線： DSR（Data communication equipment Set Ready）：表示Modem已準(zhǔn)備就緒 DTR（Data Terminal Ready）：DTE用來通知Modem，已準(zhǔn)備就緒，可以接收數(shù)據(jù)。,DCD（Data Carrier D

7、etection）：用來表示Modem正在接收來自對(duì)方Modem的載波信號(hào)，通知DTE準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。 RI（Ringing Indicator）：通知DTE、Modem已收到電話交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號(hào)，使用公用電話線時(shí)要用此信號(hào)。,4.信號(hào)線的連接,(1) 遠(yuǎn)距離時(shí)的連接,(2) 近距離時(shí)的連接,Intel8251A是一種通用同步/異步數(shù)據(jù)接受發(fā)送器，廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)。 8251A可以分成5個(gè)主要部分：接收器、發(fā)送器、調(diào)制/解調(diào)控制、讀寫控制邏輯以及數(shù)據(jù)總線緩沖器。 8251A的結(jié)構(gòu)如圖所示。,11.3 8251A可編程通用串行通信接口,11.3.1 8251A的基本功能,11.3.2

8、8251A的結(jié)構(gòu),8251A是一個(gè)采用NMOS工藝制造的28條引腳雙列直插式芯片，其外部引腳如圖所示。,11.3.3 8251A的引腳功能,與CPU相連的信號(hào)線 D7D0 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線 CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入線 片選信號(hào)輸入線 信息類型信號(hào)輸入線 TxRDY 發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)狀態(tài)輸 出線 TxE 發(fā)送器空閑狀態(tài)信號(hào)輸 出線 RxRDY 接收器準(zhǔn)備好狀態(tài)信號(hào) 輸出線 SYNDET同步檢測(cè)信號(hào)線,11.3.3 8251A的引腳功能,與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器相連的信號(hào)線: 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好狀態(tài)輸出線； 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好狀態(tài)輸入線； 請(qǐng)求傳送信號(hào)輸出線； 清除發(fā)送(準(zhǔn)許傳送)信號(hào)輸入 線； 接收器時(shí)鐘輸入線；

9、接收器數(shù)據(jù)輸入線； 發(fā)送器時(shí)鐘輸入線； 發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出線。,11.3.3 8251A的引腳功能,8251A的工作方式需要初始化編程，用兩種控制字進(jìn)行設(shè)置，即方式控制字和操作控制字，還有一個(gè)供CPU查詢的狀態(tài)字。,11.3.4 8251A的編程,方式控制字用于約定雙方通信的方式(同步/異步)及其數(shù)據(jù)格式(數(shù)據(jù)位和停止位長(zhǎng)度，檢驗(yàn)特性，同步字符特性)、傳送速率(波特率因子)等參數(shù)，格式如圖所示。,1. 方式控制字,操作控制字用于指定8251A進(jìn)行某種操作(如發(fā)送、接收、內(nèi)部復(fù)位和檢測(cè)同步字符等)或處于某種工作狀態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，其格式如圖所示。,2. 操作控制字,狀態(tài)字用于報(bào)告8251A何時(shí)

10、才能開始發(fā)送或接收，以及接收數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤。狀態(tài)字為8位，其狀態(tài)字格式如圖所示。,3. 狀態(tài)字,8251A是一個(gè)可編程的多功能通信接口，在系統(tǒng)復(fù)位以后，在8251A工作以前進(jìn)行初始化編程，確定具體工作方式。初始化編程的過程的流程圖如圖所示。,11.3.5 8251A的應(yīng)用舉例,例如 編寫一段通過8251A采用查詢方式接收數(shù)據(jù)的程序。將8251A定義為異步傳送方式，波特率因子為64，采用偶校驗(yàn)，1位停止位，7位數(shù)據(jù)位。設(shè)8251A數(shù)據(jù)口地址為04A0H，控制口地址為04A2H。,11.3.5 8251A的應(yīng)用舉例,程序片段如下： MOV DX，04A2H MOV AL，7BH ；寫方式控制字 OUT DX，AL MOV AL，14H ；寫操作控制字 OUT DX，AL WAIT：IN AL，DX ；讀入狀態(tài)字 AND AL，02H JZ WAIT ；檢查RxRDY是否為1 MOV DX，04A0H IN AL，DX ；輸入數(shù)據(jù),例如 編寫使8251A發(fā)送數(shù)據(jù)的程序。將8251A定義為異步傳送方式，波特率因子為64。采用偶校驗(yàn)，1位停止位，7位數(shù)據(jù)位。8251A與外設(shè)有握手信號(hào)，采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)。設(shè)8251A數(shù)據(jù)口地址為04A0H，控制口地址為04A2H。,程序片段如下： MOV DX，