中南大學(xué) 微機(jī)原理第五章4

1、5.4 串行接口技術(shù)串行接口技術(shù)串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進(jìn)制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式串行通信的優(yōu)勢：用于通信的線路少，因而在遠(yuǎn)距離通信時可以極大地降低成本串行通信適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送PC系列機(jī)上有兩個串行異步通信接口、鍵盤、鼠標(biāo)器與主機(jī)間采用串行數(shù)據(jù)傳送1.異步串行通信ASYNC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(yàn)等問題串行異步通信以字符為單位進(jìn)行傳輸，其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議起止式異步通信協(xié)議起始位每個字符開始傳送的標(biāo)志

2、，起始位采用邏輯0電平起始位起始位校驗(yàn)位校驗(yàn)位停止位停止位空閑位空閑位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由由58個二進(jìn)制位組成，低位先傳送個二進(jìn)制位組成，低位先傳送校驗(yàn)位校驗(yàn)位用于校驗(yàn)是否傳送正確；可用于校驗(yàn)是否傳送正確；可選擇奇檢驗(yàn)、偶校驗(yàn)或不傳送校驗(yàn)位選擇奇檢驗(yàn)、偶校驗(yàn)或不傳送校驗(yàn)位停止位停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯位采用邏輯1電平，可選擇電平，可選擇1、1.5或或2位位空閑位空閑位傳送字符之間的邏輯傳送字符之間的

3、邏輯1電平，電平，表示沒有進(jìn)行傳送表示沒有進(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 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.同步串行通信SYNC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

4、控制協(xié)議HDLC同步字符同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗(yàn)字符校驗(yàn)字符3.串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工設(shè)備設(shè)備A設(shè)備設(shè)備B設(shè)備設(shè)備A設(shè)備設(shè)備A設(shè)備設(shè)備B半雙工半雙工單工單工示例示例設(shè)備設(shè)備B4.串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C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(jì)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(jì)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(shí)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(1) RS-232C的引腳定義232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個

5、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)

6、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)地起屏蔽保護(hù)

7、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(2) 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(shí)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)器電話線電話線MODEM微機(jī)微機(jī)2345678202223456782022MODEM23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSRDSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTRDTR發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)T

8、xDTxD接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)RxDRxD請求發(fā)送請求發(fā)送RTSRTS允許發(fā)送允許發(fā)送CTSCTS信號地信號地GNDGND載波檢測載波檢測CDCD振鈴指示振鈴指示RIRI微機(jī)微機(jī)23456782022不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式微機(jī)微機(jī)TxDRxDGND微機(jī)微機(jī)為了交換信息，為了交換信息，TxD和和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接應(yīng)當(dāng)交叉連接程序中不必使程序中不必使RTS和和DTR有效有效也不應(yīng)檢測也不應(yīng)檢測CTS和和DSR是否有效是否有效 “偽”使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式RTS和和CTS各自互接，各自互接，DTR和和DSR各自互接各自互接表明請求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)備好表明請求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)

9、備好微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī)使用聯(lián)絡(luò)信號的多線相連方式通信比較可靠通信比較可靠所用連線較多，不如前者經(jīng)濟(jì)所用連線較多，不如前者經(jīng)濟(jì)微機(jī)微機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機(jī)微機(jī)(3)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(shí)際常用12V或15Vn標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)TTL電平電平n高電平：高電平：2.4V5Vn低電平：低電平：0V0.4V相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換5.4.2 通用異步接收發(fā)送器通用異步接收發(fā)送器 16550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

10、實(shí)現(xiàn)，也可用硬件實(shí)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NS165501. 16550的內(nèi)部結(jié)構(gòu)16550實(shí)現(xiàn)了起止式串行異步通信協(xié)議，支持全雙工通信通信字符可選擇數(shù)據(jù)位為58位停止位1、1.5或2位可進(jìn)行奇偶校驗(yàn)具有奇偶、幀和溢出錯誤檢測電路8250支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為50115 200bps(1)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送并行數(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、停止位串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送保持寄存器發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制同步控制16550

11、SOUT0/10/1 0/10/10/10/10/10/1(2)起始位的檢測數(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起始檢測起始檢測確定已檢測到起始位確定已檢測到起始位采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)起起 始始 位位時鐘時鐘（RCLK）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（SIN）T16 T16 T8 T(3)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、刪除起始位、校驗(yàn)位、停止位校驗(yàn)位、停止位串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收緩沖寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器同步控制同步控制16550SIN0/10/1 0/10/10/10/10/

12、10/1(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(yàn)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2. 16550的外部引腳的外部引腳（1）數(shù)據(jù)線D0D7：在CPU與16550之間交換信息地址線A0A2：尋址16550內(nèi)部寄存器片選線：16550設(shè)計(jì)了3個片選輸入信號CS0、CS1、CS2*和一個片選輸出信號SOUT。3個片

13、選輸入都有效時，才選中16550芯片，同時SOUT輸出高電平有效。地址選通信號ADS*：當(dāng)該信號低有效時，鎖存上述地址線和片選線的輸入狀態(tài)，保證讀寫期間的地址穩(wěn)定2. 16550的外部引腳的外部引腳（2）驅(qū)動器禁止信號DDIS：CPU從16550讀取數(shù)據(jù)時，DDIS引腳輸出低電平，用來禁止外部收發(fā)器對系統(tǒng)總線的驅(qū)動；其他時間，DDIS為高電平主復(fù)位線MR：硬件復(fù)位信號RESET中斷請求線INTRPT：16550有4級共10個中斷源，當(dāng)任一個未被屏蔽的中斷源有請求時，INTRPT輸出高電平向CPU請求中斷3. 時鐘信號時鐘輸入引腳XTAL1：16550的基準(zhǔn)工作時鐘時鐘輸出引腳XTAL2：基準(zhǔn)時

14、鐘信號的輸出端波特率輸出引腳BAUDOUT*：基準(zhǔn)時鐘經(jīng)16550內(nèi)部波特率發(fā)生器分頻后產(chǎn)生發(fā)送時鐘接收時鐘引腳RCLK：接收外部提供的接收時鐘信號；若采用發(fā)送時鐘作為接收時鐘，則只要將RCLK引腳和BAUDOUT*引腳直接相連4. 串行異步接口引腳16550數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR*數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR*發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)SOUT接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)SIN請求發(fā)送請求發(fā)送RTS*允許發(fā)送允許發(fā)送CTS*信號地信號地GND載波檢測載波檢測RLSD*振鈴指示振鈴指示RI*5. 輸出線OUT1*和OUT2*：兩個一般用途的輸出信號由調(diào)制解調(diào)器控制寄存器的D2和D3使其輸出低電平有

15、效信號復(fù)位使其恢復(fù)為高5.4.3 16550的初始化編程的初始化編程串口初始化程序必須在系統(tǒng)復(fù)位之后，在16550工作以前進(jìn)行。16550的初始化編程主要用來設(shè)置16550的通信格式、傳輸波特率、是否使用中斷、是否自檢測試等操作。需要編程的寄存器有：除法寄存器、線路控制寄存器、MODEM控制寄存器和中斷允許寄存器。設(shè)置通信格式設(shè)置通信格式設(shè)通信格式為每字符7位數(shù)據(jù)、2位停止位、采用偶校驗(yàn)，初始化程序段：MOV AL, 00011110B ;線路控制寄存器的控制字MOV DX, 3FBH ;線路控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入線路控制寄存器設(shè)置通信波特率設(shè)置通信波特率設(shè)串口通信波特

16、率需要設(shè)置為115200波特，初始化程序段：MOV AL, 10000000B ;線路控制寄存器控制字DLAB = 1MOV DX, 3FBH ;線路控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入線路控制寄存器MOV AL, 10 ;產(chǎn)生115200波特率的除數(shù)系數(shù)低字節(jié)MOV DX, 3F8H ;除數(shù)低字節(jié)寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入除數(shù)低字節(jié)MOV AL, 00H ;除數(shù)高字節(jié)INC DX ;指向除數(shù)高字節(jié)寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入除數(shù)高字節(jié)設(shè)置操作方式設(shè)置操作方式設(shè)串口需要自檢測試，初始化程序段：MOV AL, 00011011B ;MODEM控制寄存器控制

17、字MOV DX, 3FCH ;MODEM控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入MODEM控制寄存器設(shè)置中斷允許設(shè)置中斷允許設(shè)允許接收數(shù)據(jù)中斷，初始化程序段：MOV AL, 00000001B ;中斷允許控制寄存器控制字MOV DX, 3F9H ;中斷允許控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;寫入中斷允許控制寄存器16550的初始化流程5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例例1：16550的地址為03F8H03FFH。（1）16550初始化對16550進(jìn)行初始化程序：MOV DX, 3FBHMOV AL, 80HOUT DX, AL ;置位線路控制寄存器D7，DLAB = 1MO

18、V DX, 3FBHMOV AL, 60HOUT DX, AL ;鎖存除數(shù)寄存器低8位INC DXMOV AL, 0OUT DX, AL ;鎖存除數(shù)寄存器高8位5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例 續(xù)續(xù)MOV DX, 3FBHMOV AL, 0AHOUT DX, AL ;初始化線路控制寄存器MOV DX, 3FAHMOV AL, 07HOUT DX, AL ;初始化FIFO控制器MOV DX, 3FCHMOV AL, 03HOUT DX, AL ;初始化MODEM控制器MOV DX, 3F9HMOV AL, 0OUT DX, AL ;寫中斷允許控制寄存器5.4.4 16550的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例 續(xù)續(xù)（2）以查詢方式串行發(fā)送與接收數(shù)據(jù)采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的程序：SEND: MOV DX, 3FDH LEA SI, SEND_DATA WAIT1