串行通信及接口電路

串行通信及接口電路第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

串行通信11.1Intel8251A可編程通信接口11.2第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.1串行通信11.1.1概述CPU和外設(shè)之間通信形式：CPU與外部的信息交換稱為通信(Communication)?；镜耐ㄐ欧绞接袃煞N：并行通信——數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送；

串行通信——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。異步通信同步通信

第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六并行通信與串行通信方式第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六1、串行通信中使用的術(shù)語：（1）發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘：二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列在傳輸線上是以數(shù)字信號(hào)形式出現(xiàn)，即高電平表示二進(jìn)制數(shù)1，低電平表示二進(jìn)制數(shù)0。而且每一位持續(xù)的時(shí)間是固定的。在發(fā)送時(shí)是以發(fā)送時(shí)鐘作為數(shù)據(jù)位的劃分界限。在接收時(shí)是以接收時(shí)鐘作為數(shù)據(jù)位的檢測(cè)。發(fā)送時(shí)鐘：并行的數(shù)據(jù)序列送到移位寄存器，由發(fā)送時(shí)鐘觸發(fā)進(jìn)行移位輸出，數(shù)據(jù)位的時(shí)間間隔由發(fā)送時(shí)鐘周期劃分。接收時(shí)鐘：接收時(shí)鐘作為移位寄存器的觸發(fā)脈沖將串行數(shù)據(jù)逐位打入移位寄存器，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六（2）DTE和DSE

數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）:是對(duì)屬于用戶所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和工作站的統(tǒng)稱。

數(shù)據(jù)裝置（DSE）:是對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)稱，該設(shè)備為用戶設(shè)備提供人網(wǎng)的連接點(diǎn)。自動(dòng)呼叫／應(yīng)答設(shè)備，調(diào)制解調(diào)和其他一些中間設(shè)備均屬DSE。

信道：是傳輸信息所經(jīng)過的路徑，是連接2個(gè)DTE的線路。它包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備。DTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備DSEDSE信道第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

2.同步通信與異步通信（1）非同步(異步)通信ASYNC(AsynchronousDataCommunication)

用一個(gè)起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。一幀：從起始位開始到停止位結(jié)束的時(shí)間。異步幀格式：起始位（1位）+數(shù)據(jù)位（5—8位）+奇偶校驗(yàn)位（無/1位）+停止位（1、1.5或2位）一個(gè)字符：一幀。如：一位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位，一位停止位；則一個(gè)字符（一幀）由10個(gè)二進(jìn)制位組成。第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

異步通信格式第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

在異步通信時(shí)，在CPU與外設(shè)之間必須有三項(xiàng)規(guī)定：

①字符格式：字符的編碼形式、奇偶校驗(yàn)形式、起始位和停止位的規(guī)定。例如：用ASCII編碼，字符為7位，加一位奇偶校驗(yàn)位，一位起始位，以及一位停止位，共10位。②數(shù)據(jù)信號(hào)傳送速率：每秒傳送的字符個(gè)數(shù)。③波特率：每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)。（單位：bps）

波特率標(biāo)準(zhǔn)系列：110，300，600，1200，1800，2400，4800，9600，14.4K,19.2K,28.8K,33.6K,56Kbps第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

異步通信特點(diǎn)：傳送速度慢，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘可以獨(dú)立，發(fā)送和接收同步處理簡(jiǎn)單，適合遠(yuǎn)距離傳輸。波特率和信號(hào)傳送速率的關(guān)系：例如：數(shù)據(jù)信號(hào)傳送的速率是120字符/秒，而每一字符包含10個(gè)數(shù)據(jù)位，則每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)(常稱為bps，波特率)為：波特率：10×120=1200(位/秒)=1200(bps)每一位的傳送時(shí)間即為：Td=1/1200=0.833(ms)波特率和收、發(fā)時(shí)鐘的關(guān)系：波特率因子b/s

=

收/發(fā)時(shí)鐘nn：叫波特率因子(可取1,16,64)第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六波特率因子n=16時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣在異步通信方式進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端需要用時(shí)鐘來決定每1位對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度，接收端也需要用一個(gè)時(shí)鐘來測(cè)定每1位的時(shí)間長(zhǎng)度，前一個(gè)時(shí)鐘叫發(fā)送時(shí)鐘，后一個(gè)時(shí)鐘叫接收時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘的頻率可以是波特率的數(shù)倍，一般取16倍、32倍或64倍。這個(gè)倍數(shù)就稱為波特率因子。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六同步通信特點(diǎn)：傳送速度快，發(fā)送端和接收端必須使用同一個(gè)同步時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送和接收同步處理復(fù)雜。適合近距離傳輸。①計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)之間的通信。

②計(jì)算機(jī)到CRT/外設(shè)之間的通信等。(2)同步通信 在數(shù)據(jù)塊開始處用同步字符來指示開始傳送數(shù)據(jù)。同步幀格式：同步字符+【同步字符】+字符塊+校驗(yàn)符串第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

3.異步通信時(shí)數(shù)據(jù)傳送方向單工通信：兩個(gè)設(shè)備之間只有一條通信通道，一個(gè)設(shè)備固定發(fā)送，一個(gè)設(shè)備固定接收。半雙工通信：兩個(gè)設(shè)備之間只有一條通信通道，可以由A設(shè)備發(fā)送B設(shè)備接收，也可以由B設(shè)備發(fā)送，A設(shè)備接收。全雙工通信：兩個(gè)設(shè)備之間有兩條通信通道，可以同時(shí)雙向通信。

第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

4.信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)

計(jì)算機(jī)通信是一種數(shù)字信號(hào)的通信，如圖11-7所示。

RS—232C接口RS—232C接口第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

FSK（頻移鍵控）調(diào)制法原理第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

5.串行I/O的實(shí)現(xiàn)并行轉(zhuǎn)串行：當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)終端時(shí)，先要把并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的再傳送；串行轉(zhuǎn)并行：在計(jì)算機(jī)接收由終端送來的數(shù)據(jù)時(shí)，先要把串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)。這樣的轉(zhuǎn)換可以用軟件也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

6.串行通信的校驗(yàn)方法

串行通信主要適用于遠(yuǎn)距離通信，因而噪聲和干擾較大，需要由校驗(yàn)環(huán)節(jié)。常用的校驗(yàn)方法有：奇偶校驗(yàn)，循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)等。(1)奇偶校驗(yàn)

奇偶校驗(yàn)這種校驗(yàn)方法主要用于對(duì)一個(gè)字符的傳送過程進(jìn)行校驗(yàn)。在發(fā)送時(shí)，在每一個(gè)字符的最高位之后(發(fā)送總是最低有效位D0先發(fā)送)都附加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，這個(gè)校驗(yàn)位本身有可能是“1”或“0”，加上這個(gè)校驗(yàn)位，使所發(fā)送的任何字符中的“1”的個(gè)數(shù)始終為奇數(shù)——奇校驗(yàn)，或偶數(shù)——偶校驗(yàn)。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六接收時(shí)，檢查所接收的字符連同這個(gè)奇偶校驗(yàn)位，其為“1”的個(gè)數(shù)是否符合規(guī)定，若不符合規(guī)定就置出錯(cuò)標(biāo)志，供CPU查詢及處理。奇偶校驗(yàn)位的產(chǎn)生和檢驗(yàn)，可用軟件或硬件的方法實(shí)現(xiàn)。(2)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC校驗(yàn)） 發(fā)送方利用編碼理論，對(duì)傳送的串行二進(jìn)制碼序列，以一定規(guī)則產(chǎn)生一些校驗(yàn)碼，并將校驗(yàn)碼放在二進(jìn)制碼之后，形成符合一定規(guī)則的新的二進(jìn)制碼序列（編碼），并將新的二進(jìn)制碼序列發(fā)送出去；接受方根據(jù)信息與校驗(yàn)碼之間所符合的規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)（譯碼），從而檢測(cè)出傳送過程中是否有錯(cuò)。第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.1.2串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232C接口 EIA(ElectronicsIndustriesAssociation)RS(RecommendedStandard)-232C是目前最常用的一種串行通信接口。第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六現(xiàn)在的臺(tái)式PC機(jī)一般有兩個(gè)RS－232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2使用的是老式的DB25針連接器第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

數(shù)據(jù)線：發(fā)送數(shù)據(jù)：TxD 接受數(shù)據(jù)：RxD地線：聯(lián)絡(luò)控制線：請(qǐng)求發(fā)送RTS#(RequestToSend)準(zhǔn)許發(fā)送CTS#(ClearToSend）數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR#(DataTerminal

Ready）數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DST#(DataSetReady）載波檢測(cè)CD#（CarriedDetect）振鈴信號(hào)RI1、RS-232C常用引腳：第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

RS-232C對(duì)各種信號(hào)的規(guī)定如下：(1)在TxD和RxD線上

MARK(即表示為邏輯1)=-3V~-25V SPACE(即表示為邏輯0)=+3V~+25V(2)在RTS#、CTS#、DSR#、DTR#、CD#等線上：ON=+3V～+25V OFF=-3V～-25V 2、RS-232C信號(hào)的電氣性能：第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

（3）TTL電平和RS-232C電平轉(zhuǎn)換MC1488:能實(shí)現(xiàn)從TTL→RS-232C(發(fā)送器)MC1489:能實(shí)現(xiàn)從RS-232C→TTL(接收器)的器件，第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端和當(dāng)?shù)亟K端連接示意圖第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.2Intel8251A可編程通信接口

11.2.18251的基本功能

(1)可用于同步和異步傳送。(2)同步傳送：5～8位/字符，內(nèi)部或外部同步，可自動(dòng)插入同步字符。(3)異步傳送：5～8位/字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的1、16或64倍。(4)可產(chǎn)生中止字符(BreakCharacter)；可產(chǎn)生1、1.5或2位的停止位?？蓹z查假啟動(dòng)位，自動(dòng)檢測(cè)和處理中止字符。(5)波特率：DC—19.2K(異步)；DC—64K(同步)。(6)完全雙工，雙緩沖器發(fā)送器和接收器。(7)出錯(cuò)檢測(cè)：具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.2.28251的方框圖整個(gè)8251可以分成5個(gè)主要部分：接收器：接受移位寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器發(fā)送器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和發(fā)送移位寄存器調(diào)制控制：與MODEM連接部分讀寫控制：C/D#、RD#、WR#、CS#等I/O緩沖器：狀態(tài)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器和接收數(shù)據(jù)緩沖器。8251的內(nèi)部由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六8251方框圖第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

發(fā)送緩沖器接收緩沖器并串變換寄存器串并變換寄存器……...………..……..通信線路CPU發(fā)送數(shù)據(jù)CPU接收數(shù)據(jù)………...………..發(fā)送時(shí)鐘接收時(shí)鐘接收控制接收控制發(fā)送器接收器第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六1．發(fā)送器

a.數(shù)據(jù)輸出線TxDb.發(fā)送時(shí)鐘TxC c.發(fā)送器準(zhǔn)備好TxRDYd.發(fā)送器空信號(hào)TxEMPY過程： TxRDY有效CPU寫數(shù)據(jù)到82518251發(fā)數(shù)據(jù) 發(fā)送完畢，TxEMPY有效2．接收器

a.數(shù)據(jù)輸入線RxDb.接收時(shí)鐘RxC c.接收器準(zhǔn)備好RxRDY過程

8251收數(shù)據(jù)RxRDY有效 CPU讀8251第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六3．調(diào)制解調(diào)控制電路DTR#——數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)。是由825IA送往外設(shè)的，表示CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。DSR#——數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好。是外設(shè)送往825lA的，表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)。8251ModemDTR#DSR#RTS#——請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)。是8251A送往外設(shè)的，表示CPU已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送。CTS#——清除請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)。由外設(shè)送往825lA的，當(dāng)為低電平時(shí)，允許825lA執(zhí)行發(fā)送操作。

RTS#CTS#第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

3.I/O控制

讀/寫控制邏輯對(duì)CPU輸出的控制信號(hào)進(jìn)行譯碼以實(shí)現(xiàn)讀/寫功能。CS#=0,C/D#=0:實(shí)現(xiàn)從8251讀、寫數(shù)據(jù)。(數(shù)據(jù)端口地址A0=0）CS#=0,C/D#=1:實(shí)現(xiàn)讀8251的狀態(tài)字,向8251寫入方式控制字和命令控制字。(控制端口地址A0=1)第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.2.38251的接口信號(hào)

8251是用來作為CPU與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器之間的接口，所以它的接口信號(hào)可以分為兩組：一組為與CPU接口的信號(hào):DB7～DB0、CLK、CS#、C/D#、

TxRDY、TxE、RxRDY、SYNDET一組為與外設(shè)(或調(diào)制解調(diào)器)接口的信號(hào):

DTR#、DSR#、RTS#、CTS#、 RxC#、RxD#、TxC#、TxD#

第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.2.48251的編程

初始化編程 讀8251的狀態(tài)寄存器

8251是一個(gè)可編程的多功能通信接口。在具體使用時(shí)必須對(duì)它進(jìn)行初始化編程，以確定它的具體工作方式。

初始化編程包括：設(shè)置方式選擇字 （設(shè)置同步字符） 設(shè)置命令字 例如：規(guī)定工作于同步還是異步方式；傳送的波特率；字符格式等。注：寫方式選擇字和命令字時(shí)，C/D#端為“1”

第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

1.方式選擇字（寫入控制口C/D#=1)

時(shí)鐘頻率＝波特率因子×波特率第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

2.命令字：在輸入同步字符后,或在異步方式時(shí)，在方式選擇指令后應(yīng)由CPU輸出命令字。（寫入控制口C/D#=1)

第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六方式選擇指令是規(guī)定8251的工作方式；命令字直接使8251處于規(guī)定的工作狀態(tài)，準(zhǔn)備接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。3.狀態(tài)寄存器(讀控制口，C/D#=1）

8251上還有狀態(tài)寄存器，CPU可通過I/O讀操作把8251的狀態(tài)字讀入CPU，用以控制CPU與8251之間的數(shù)據(jù)交換。注：讀狀態(tài)字時(shí)，C/D#端為“1”

第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六例：8251A接收數(shù)據(jù)，異步傳送，波特率因子64，采用偶校驗(yàn)，2位停止位，6位數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)端口地址880H，控制端口地址881H)方式控制字：11110111B命令字：00010100B

MOV DX,881H MOV AL,0F7H OUT DX,AL MOV AL,14H OUT DX,ALNEXT:IN AL,DX AND AL,02H JZ NEXT MOV DX,880H IN AL,DX第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六例：8251A發(fā)送數(shù)據(jù)，異步傳送，波特率因子64，采用偶校驗(yàn)，2位停止位，6位數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)端口地址880H，控制端口地址881H)方式控制字：11110111B命令字：00110001B

MOV DX,881H MOV AL,0F7H OUT DX,AL MOV AL,31H OUT DX,ALNEXT:IN AL,DX AND AL,01H JZ NEXT MOV DX,880H MOV AL,[SI] OUT AL,DX第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六11.2.58251應(yīng)用舉例1.要求在A、B兩臺(tái)微機(jī)之間進(jìn)行串行通信，A機(jī)發(fā)送，B機(jī)接收。要求把A機(jī)上開發(fā)的應(yīng)用程序(其長(zhǎng)度為2DH)傳送到B機(jī)中去。采用異步方式，字符長(zhǎng)度為8位，2個(gè)停止位，波特率因子為64，無校驗(yàn)，波特率為4800。CPU與8251之間采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。端口地址分配是：命令/狀態(tài)口為309H，數(shù)據(jù)口為308H。2.分析:

近距離傳輸，可以不用MODEM，而直接互連。采用查詢方式，接收/發(fā)送程序中只需要檢查發(fā)送/接收的準(zhǔn)備好狀態(tài)位是否置位，在準(zhǔn)備好時(shí)就發(fā)送或者接收一個(gè)字節(jié)。第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

3.設(shè)計(jì) (1)硬件連接

第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

(2)軟件編程

接收程序和發(fā)送程序分開編寫，每個(gè)程序段中包括8251A初始化、命令字、狀態(tài)查詢和輸入輸出幾部分。第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

①發(fā)送程序(略去堆棧STACK和數(shù)據(jù)DATA段)CSEG SEGMENTASSUME CS：CSEGTRA PROC FARSTART：MOV DX，309H；控制口地址 MOV AL，00H OUT DX，AL MOV AL，40H；內(nèi)部復(fù)位 OUT DX，AL NOP MOV AL，0CFH；方式字(異步、2個(gè)停止位、字符長(zhǎng)度 OUT DX，AL；為8位，無校驗(yàn)，波特率因子為64) MOV AL，37H；命令字(RTS#、RR、RxE、DTR#和TxEN置“1”) OUT DX，AL第四十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

MOV CX，2DH；傳送字節(jié)數(shù) MOV SI，300H；發(fā)送區(qū)首地址L1： MOV DX，309H；狀態(tài)口地址 IN AL，DX；輸入狀態(tài) TEST AL，38H；檢查三個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志位 JNZ ERR；有錯(cuò)，轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理 AND AL，01H JZ L1；發(fā)送未準(zhǔn)備好，則等待 MOV DX，308H；數(shù)據(jù)口地址 MOV AL，［SI］；取發(fā)送數(shù)據(jù) OUT DX，AL；輸出 INC SI DEC CX JNZ L1