微機(jī)原理與接口串行通信接口

1、會計(jì)學(xué)1微機(jī)原理與接口串行通信接口微機(jī)原理與接口串行通信接口教學(xué)重點(diǎn)異步通信協(xié)議和RS232C接口8051、8250芯片的結(jié)構(gòu)與編程使用 異步通信程序數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流單工方式單工方式A發(fā)送器B接收器圖示數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流半雙工方式半雙工方式A發(fā)送器接收器B接收器發(fā)送器圖示數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流全雙工方式全雙工方式A發(fā)送器接收器B接收器發(fā)送器圖示起始位：每一幀字符的開始，1位，邏輯0 數(shù)據(jù)位：緊接著起始位，數(shù)據(jù)位個數(shù)為58位，數(shù)據(jù)從最低位開始發(fā)送奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位之后，發(fā)送1位奇偶校驗(yàn)位，也可以不發(fā)校驗(yàn)位停止位：一幀字符的最后發(fā)停止位，它可以是1位、1.5位或2位的邏輯1信號空閑位：在每一幀字符之間可以有不等位數(shù)的

2、邏輯1信號，表示沒有傳送圖示比如比如ASCII ASCII 字符字符 A, A, 二進(jìn)制是二進(jìn)制是0100 0001(80100 0001(8位位) )，它們在起，它們在起始位和始位和2 2位停止位之間傳送，并使用了位停止位之間傳送，并使用了1 1位奇校驗(yàn)位。位奇校驗(yàn)位。 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1先出后出D7D015 用相反極性的起始位和停止位/空閑位提供準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn) 接收器在每位的中心采樣，以獲得最大的收/發(fā)時鐘頻率偏差容限 接收器采用比傳送波特率更高頻率的時鐘來控制采樣時間，以提高采樣的分辨能力和抗干擾能力。 答：答： 波特率是波特率是 (7(7位數(shù)據(jù)位位數(shù)據(jù)位+1

3、+1位起始位位起始位+1+1位校驗(yàn)位位校驗(yàn)位+1+1位停止位位停止位) )240240 =2400b/s =2400b/s 有效數(shù)據(jù)位傳輸位是有效數(shù)據(jù)位傳輸位是 ：7 7240=1680b/s240=1680b/s 傳輸效率是：傳輸效率是：1680/2400=70%1680/2400=70%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(yàn)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HDLCCRC2CRC1數(shù)據(jù)字節(jié)n數(shù)據(jù)字節(jié)1SYNC1 一 幀SYNC2CRC2CRC1數(shù)據(jù)字節(jié)n數(shù)據(jù)字節(jié)2數(shù)據(jù)

4、字節(jié)1SYNC 一 幀CRC2CRC1數(shù)據(jù)字節(jié)n數(shù)據(jù)字節(jié)3數(shù)據(jù)字節(jié)2數(shù)據(jù)字節(jié)1 一 幀a. 單同步數(shù)據(jù)格式單同步數(shù)據(jù)格式b. 雙同步數(shù)據(jù)格式雙同步數(shù)據(jù)格式c. 外同步數(shù)據(jù)格式外同步數(shù)據(jù)格式圖示21u 調(diào)制方法：調(diào)制方法：按照調(diào)制技術(shù)的不同分為調(diào)頻（FM）、調(diào)幅（AM）和調(diào)相（PM）三種，根據(jù)傳輸數(shù)字信號的變化規(guī)律去調(diào)整載波的頻率、幅度或相位 時分多路復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)就是將一條物理傳輸線路按時間分成若干時間片輪換地為多個信號所占用，每個時間片由復(fù)用的一個信號占用。頻分多路復(fù)用FDM(Frequency Division Multiplexing)

5、利用頻率調(diào)制原理，將要同時傳送的多個信號進(jìn)行頻譜搬移，使它們互不重疊地占據(jù)信道頻帶的不同頻率段，然后經(jīng)發(fā)送器從同一信道上同時或不同時地發(fā)送出去。 計(jì)算機(jī)串行數(shù)據(jù)通信及其接口中使用時分多路復(fù)用系統(tǒng)。 最高數(shù)據(jù)傳輸率為19.2Kbps，傳輸電纜長度不超過15米RS232C接口采用標(biāo)準(zhǔn)的D型25針連接器(DB25連接器)及九針連接器圖示振鈴指示RI22DTE準(zhǔn)備好DTE DCEDTR20數(shù)據(jù)載波檢測DCE DTEDCD8信號地GND7DCE準(zhǔn)備好DCE DTEDSR6允許發(fā)送DCE DTECTS5請求發(fā)送DTE DCERTS4接收數(shù)據(jù)DCE DTERXD3發(fā)送數(shù)據(jù)DTE DCETXD2功能信號方向功

6、能縮寫符號引腳號p RTS(Request To Send): 數(shù)據(jù)請求發(fā)送當(dāng)DTE設(shè)備準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，向DCE發(fā)出RTS信號p CTS(Clear To Send): 允許發(fā)送信號是DCE設(shè)備對DTE發(fā)來RTS信號的回答，數(shù)據(jù)才能被發(fā)送。p TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端p RxD：接收數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)的接收端p GND：信號地為所有的信號提供一個公共的參考電平p 保護(hù)地（機(jī)殼地）：起屏蔽保護(hù)作用的接地端p TxC：發(fā)送器時鐘控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘信號p RxC：接收器時鐘控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號電話線MODEM微機(jī)2345678202223456782022MODEM234

7、56782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)RxD請求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS信號地GND載波檢測CD振鈴指示RI微機(jī)23456782022 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 TxDRxDGND微機(jī)微機(jī)TxDRxDGND 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DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī) 通信比較可靠 所用連線較多，不如前者經(jīng)濟(jì)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND

8、圖示標(biāo)準(zhǔn)TTL電平高電平：2.4V5V低電平：0V0.4VRS232C電平與 TTL電平不兼容，二者之間通常需加電平轉(zhuǎn)換電路圖示37一般應(yīng)用情況下，RS-232C的最高傳輸速率為20Kb/s，最大傳輸線長度為30m。 連接器連接器在通信速率低于20Kb/s時，RS-232C所能直接連接的最大物理距離為15m（50ft）。RS-232C規(guī)定，若不使用MODEM，則碼元的畸變要小于4%，驅(qū)動器的負(fù)載電容應(yīng)該小于2500pF，則單位（1ft）長度的電容值為NpF的電纜的長度應(yīng)該是： 使用特制的低電容電纜也能有效地提高電纜長度，可以達(dá)到150m（500ft）甚至更多。2500p F ftN p F /

9、ftL RS-232C采用單端驅(qū)動、單端接收的單端雙極性電路標(biāo)準(zhǔn)。僅用一條線路傳輸一種信號，根據(jù)該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯的“1”和“0” 。對于多條信號線來講，它們的地線是公共的，這種共地傳輸方式，抗干擾能力很差。盡管采用電平轉(zhuǎn)換器來提高信號傳輸電平，但在較長距離時，由于電壓損失，仍不可避免錯誤。當(dāng)信號穿過電磁干擾環(huán)境時，也可能因附加的干擾信號電平使發(fā)送的“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”。故其信號波特率不能過高，僅限在20Kb/s以下，且距離不大于15m。 PC微機(jī)異步通信適配器是微機(jī)與微機(jī)、微機(jī)與MODEM及微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行異步通信的接口。其核心是UART。U

10、SART (Universal Synchronous /Asynchronous Receiver and Transmitter ) 通用同步/異步接收發(fā)送器常見的UART主要有8251A、 INS8250、PC16450和PC16550。此外，還有帶更大緩沖的UART，稱為PC16650和PC16750 9.3.1 8251A的基本功能圖示調(diào)制/解調(diào)控制電路: 提供一組調(diào)制/解調(diào)控制信號，使8251A可與MODEM相連發(fā)送緩沖器: 由數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器與并串移位寄存器組成，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)發(fā)送出去D7D0為高阻狀態(tài)1D7D0為高阻狀態(tài)110向8251A寫控制命令0110讀取8251A

11、的狀態(tài)1010向8251A輸出數(shù)據(jù)0100從8251A輸入數(shù)據(jù)10 0 0操作WR#RD#C/D#CS#p RxRDY(Receiver Ready)*接收器準(zhǔn)備好信號，輸出，高電平有效*表示8251A已經(jīng)接收了一個數(shù)據(jù)，正等待CPU取走；*該信號可作為向CPU發(fā)出的中斷請求信號；*當(dāng)CPU讀取數(shù)據(jù)后，RxRDY自動復(fù)位。p RTS#(Request To Send)*請求發(fā)送信號，輸出，低電平有效。*用于通知MODEM，DTE設(shè)備要求發(fā)送數(shù)據(jù)p CTS#(Clear To Send)*允許發(fā)送信號，輸入，低電平有效。*是MODEM對RTS 的響應(yīng)信號，表示允許DTE設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)p TxD(T

12、ransmitter Data)*發(fā)送數(shù)據(jù)線p RxD(Receiver Data) *接收數(shù)據(jù)線,TXC RXCf波波特特率率系系數(shù)數(shù)波波特特率率TXENDTRRXESBRKERRTSIREHD0D1D2D3D4D5D6D7發(fā)送允許數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好接收允許發(fā)中止字符錯誤標(biāo)志復(fù)位發(fā)送請求內(nèi)部復(fù)位搜索同步字符發(fā)送準(zhǔn)備好接收準(zhǔn)備好發(fā)送器空奇偶錯溢出錯格式錯同步檢測數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好TxRDYRxRDYTxEPEOEFESYNDETDSRD0D1D2D3D4D5D6D7圖示圖示 發(fā)送方(甲機(jī))初始化及控制程序段（續(xù)） 接收方(乙機(jī))初始化及控制程序段（續(xù)）88串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄

13、存器同步控制8250SOUT0/1 0/10/10/1并行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)加入起始位、加入起始位、校驗(yàn)位、停止位校驗(yàn)位、停止位起始檢測確定已檢測到起始位采樣數(shù)據(jù)起 始 位時鐘（RCLK）數(shù)據(jù)線（SIN）T16 T16 T8 T串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8250SIN0/1 0/10/10/1并行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù) 檢測接收錯誤檢測接收錯誤 刪除起始位、校刪除起始位、校驗(yàn)位、停止位驗(yàn)位、停止位8250數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR#數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR#發(fā)送數(shù)據(jù)SOUT接收數(shù)據(jù)SIN請求發(fā)送RTS#允許發(fā)送CTS#信號地GND載波檢測RLSD#振鈴指示RI#DLABDLABA A2

14、2A A1 1A A0 0被訪問的寄存器被訪問的寄存器0 0000000接收緩沖寄存器接收緩沖寄存器( (讀讀) )，發(fā)送保持寄存器，發(fā)送保持寄存器( (寫寫) )0 0001001中斷允許寄存器中斷允許寄存器1 1000000波特率除數(shù)寄存器波特率除數(shù)寄存器( (低字節(jié)低字節(jié)) ) 1 1001001波特率除數(shù)寄存器波特率除數(shù)寄存器( (高字節(jié)高字節(jié)) )X X010010中斷識別寄存器中斷識別寄存器( (讀讀) )，F(xiàn)IFOFIFO控制器控制器( (寫寫) ) X X011011線路控制寄存器線路控制寄存器 X X100100MODEMMODEM控制寄存器控制寄存器X X101101線路狀

15、態(tài)寄存器線路狀態(tài)寄存器X X110110MODEMMODEM狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器X X111111ScratchScratch寄存器寄存器注：DLAB是線路控制寄存器的D7位。A2A1A0=011 D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D0DLABDLABSBSBSPSPEPSEPSPENPENSTBSTBWLSIWLSIWLSOWLSO字符長度選擇字符長度選擇005位位016位位107位位118位位停止位選擇停止位選擇01位位11.5位位(D1D0=00） 2位位(D1D000)附加奇偶標(biāo)附加奇偶標(biāo)志位選擇志位選擇0 不附加不附加1附加附加1位位奇偶校奇偶校

16、驗(yàn)選擇驗(yàn)選擇奇偶校奇偶校驗(yàn)允許驗(yàn)允許11偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)01奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)除數(shù)寄存器訪除數(shù)寄存器訪問允許問允許0 禁止禁止1允許允許中止設(shè)置中止設(shè)置1中止中止0正常正常接收緩沖區(qū)滿接收奇偶錯接收格式錯（無正確的停止位）中止識別標(biāo)志發(fā)送移位器空A2A1A0=101 D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D0TSRETSRETHRETHREBIBIFEFEPEPEOEOEDRDR接收重疊錯發(fā)送保持器空FIFO中接收數(shù)據(jù)錯誤(16550)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8250SINDLAB=0，A2A1A0=000CPU發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制82

17、50SOUTDLAB=0，A2A1A0=000這是軟件控制的分頻器，輸出的工作時鐘頻率為16倍的波特率。除數(shù)寄存器值 = 基準(zhǔn)時鐘頻率（16波特率） INS8250芯片輸入的基準(zhǔn)時鐘頻率為1.8432MHz，若波特率為4800b/s，則波特率除數(shù)為0018H，DLH中應(yīng)填00H，DLL中應(yīng)填18H 。注意：PC16550的基準(zhǔn)時鐘一般為18.432MHz。DLAB=1, ADLAB=1, A2 2A A1 1A A0 0=001(=001(高高) )或或000(000(低低) ) 中斷類型標(biāo)識A A2 2A A1 1A A0 0=010=010（讀）（讀） D7D7D6 D6 D5 D5 D4

18、 D4 D3D3D2D2D1D1D0D00 0ID2ID2ID1ID1IPIP未決中斷指示未決中斷指示0有有1無無超時中斷超時中斷0不超時不超時1 超時超時允許允許64字節(jié)字節(jié)FIFO(16750)0 禁止禁止1允許允許FIFO使用指示使用指示(16550)01允許允許FIFO但不可用但不可用11允許允許FIFOID2ID2ID1ID1中斷類型中斷類型優(yōu)先權(quán)優(yōu)先權(quán)1 11 1接收出錯接收出錯( (重疊、奇偶錯、格式錯和中止重疊、奇偶錯、格式錯和中止) )最高最高1 10 0接收緩沖器滿接收緩沖器滿次高次高0 01 1發(fā)送保持器空發(fā)送保持器空低低0 00 0MODEMMODEM狀態(tài)狀態(tài)(CTS(

19、CTS、DSRDSR、RIRI和和RLSD)RLSD)改變改變最低最低表9.3 8250的中斷類型控制進(jìn)入低功耗模式(16550)進(jìn)入睡眠模式(16750)DLAB=0DLAB=0，A A2 2A A1 1A A0 0=001 =001 D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D00 00 0I I0 0E EI I3 3E EI I1 1E EI I2 2E E類型類型2中斷中斷(接接收緩沖器滿收緩沖器滿)1-允許允許0-屏蔽屏蔽類型類型1中斷中斷(發(fā)送保持器空發(fā)送保持器空)1-允許允許0-屏蔽屏蔽類型類型3中斷中斷(接收出錯）接收出錯）1-允許允許0-屏蔽屏

20、蔽類型類型0中斷中斷(MODEM狀態(tài)改變狀態(tài)改變)1-允許允許0-屏蔽屏蔽A A2 2A A1 1A A0 0=100 =100 數(shù)據(jù)終端就緒請求發(fā)送輔助輸出1自動流量控制(16750)環(huán)路檢測(內(nèi)部自循環(huán)）輔助輸出2，PC用做中斷注意:這里的OUTi位極性和OUTi引腳相反。D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D00 00 0LOOPLOOPOUT2OUT2OUT1OUT1RTCRTCDTRDTRA A2 2A A1 1A A0 0=110=110 CTS位發(fā)生改變DSR位發(fā)生改變收到“振鈴指示”后沿（下降沿）收到“數(shù)傳機(jī)就緒”收到“清除發(fā)送”RLSD位發(fā)

21、生改變收到“振鈴指示”收到“接收線載波檢測”D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D0RLSDRLSDRIRIDSRDSRCTSCTS RLSDRLSDTERITERI DSRDSR CTSCTSA A2 2A A1 1A A0 0=010=010（寫）（寫）1655016550后才有后才有允許FIFO緩沖器工作清除接收FIFO緩沖器清除發(fā)送FIFO緩沖器允許64字節(jié)FIFO(16750)保留DMA方式選擇接收端中斷觸發(fā)器水平(LSB)接收端中斷觸發(fā)器水平(MSB)D7D7D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3D3D2D2D1D1D0D0 觸發(fā)器水平即是指示

22、在中斷產(chǎn)生之前，接收緩沖器應(yīng)該裝滿多少個字節(jié)。 D7D6D7D6觸發(fā)器水平觸發(fā)器水平00001 1字節(jié)字節(jié)01014 4字節(jié)字節(jié)10108 8字節(jié)字節(jié)11111212字節(jié)字節(jié)RCLKBAUDOUT#IRQ4IRQ3RESET+5VA8AENA3A7A9IOR# IOW#A0A2MRXTAL1OUT1#OUT2#INTRPTDISTR#DOSTR#A0A2CS2#8250LS245D0D7D0D7J9J10J11J12DIR1.8432MHzCS0CS1ADSDISTRDOSTR5V注意：J9J11跨接器和OUT2#的作用p設(shè)置傳輸率mov al,80hmov dx,3fbhout dx,al;

23、寫入通信線路控制寄存器，使DLAB1mov ax,96 ;分頻系數(shù)：1.8432MHz(120016)9660Hmov dx,3f8hout dx,al;寫入除數(shù)寄存器低8位mov al,ahinc dxout dx,al;寫入除數(shù)寄存器高8位寫入除數(shù)寄存器p設(shè)置字符格式mov al,00001010bmov dx,3fbhout dx,al;寫入通信線路控制寄存器;這段程序同時使DLAB0寫入通信線路控制寄存器p設(shè)置工作方式；設(shè)置查詢通信方式mov al,03h;控制OUT2#為高，DTR#和RTS#為低 mov dx,3fchoutdx,al ;寫入調(diào)制解調(diào)器控制寄存器；設(shè)置中斷通信方式m

24、ov al,0bh;控制為OUT2#低，允許INTRPT產(chǎn)生請求mov dx,3fchout dx,al寫入調(diào)制解調(diào)器控制寄存器p設(shè)置中斷允許或屏蔽位mov al,0;禁止所有中斷mov dx,3f9houtdx,al;寫入中斷允許寄存器（此時DLAB0）寫入中斷允許寄存器statue:mov dx,2fdh;讀通信線路狀態(tài)寄存器inal,dxtest al,1eh;接收有錯誤否?jnz error;有錯，則轉(zhuǎn)錯誤處理test al,01h;接收到數(shù)據(jù)嗎?jnz receive;是，轉(zhuǎn)接收處理test al,20h;保持寄存器空嗎?jz statue;不能，循環(huán)查詢mov ah,0bh;檢測鍵

25、盤有無輸入字符int 21hcmpal,0jzstatue;無輸入字符，循環(huán)等待movah,0;有輸入字符，讀取字符int 16h;采用01號DOS功能調(diào)用，則有回顯cmpal,1bhjzdone;是ESC鍵，程序返回DOSmov dx,2f8h;將字符輸出給發(fā)送保持寄存器outdx,al;串行發(fā)送數(shù)據(jù)jmp statue;繼續(xù)查詢r(jià)eceive:mov dx,2f8h;從輸入緩沖寄存器讀取字符in al,dxand al,7fh;傳送標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼（7個數(shù)據(jù)位），僅取低7位push ax;保存數(shù)據(jù)mov dl,al;屏幕顯示該數(shù)據(jù)mov ah,2int 21hpop ax;恢復(fù)數(shù)據(jù)cmp

26、al,0dh;數(shù)據(jù)是回車符嗎?jnz statue;不是，則循環(huán)mov dl,0ah;是，再進(jìn)行換行mov ah,2int 21hjmp statue;繼續(xù)查詢error:mov dx,2f8h;讀出接收有誤的數(shù)據(jù)，丟掉in al,dxmov dl,?;顯示問號mov ah,2int 21hjmp statue;繼續(xù)查詢關(guān)鍵解決主程序與中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)傳遞注意處理好8250的4級10種中斷源簡便方法只允許接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好中斷接收緩沖寄存器中斷服務(wù)程序主程序讀隊(duì)列送UART（保持寄存器空中斷）讀UART送隊(duì)列（接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好中斷）發(fā)送處理： 向隊(duì)列輸出字符接收處理： 從隊(duì)列輸入字符接收隊(duì)列尾指針頭指針頭指針尾指針發(fā)送隊(duì)列UART發(fā)