1、異步通信 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位進行傳輸，其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議第1頁/共55頁起止式異步通信協(xié)議起始位校驗位 停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1字符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

2、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，表示沒有進行傳送第2頁/共55頁數(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制位數(shù)bps 字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù) 當(dāng)進行二進制數(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。現(xiàn)在，可以達到115200 bps或更高第3頁/共55頁同步通信 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

3、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同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗字符第4頁/共55頁傳輸制式全雙工站A站B站A站B站A站B半雙工單工第5頁/共55頁調(diào)制解調(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)功能的器件合制的一個裝置第6頁/共55頁串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C 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 RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)對下述兩

4、個方面作了規(guī)定：1、信號電平標(biāo)準(zhǔn)2、控制信號的定義第7頁/共55頁RS-232-C的電氣特性 RS-232C規(guī)定的信號電平標(biāo)準(zhǔn) 邏輯”1”為-3V-15V 邏輯”0”為+3V+15V 實際常用12Vn標(biāo)準(zhǔn)TTL電平（輸出）n邏輯”1”：2.4V5Vn邏輯”0”：0V0.4V相互轉(zhuǎn)換第8頁/共55頁MC1489長線接收器(RS232=TTL)Quad line receiversTTL電平電平RS232電平電平+5V第9頁/共55頁MC1488 長線驅(qū)動器(TTL = RS232) Quad Line Driver(+12V/-12V)+12V-12VTTL電平電平RS232電平電平第10頁/共

5、55頁長線收發(fā)器TranceiverICL232MAX232SN75176: RS485/422 單單5V電源電源TTLRS232第11頁/共55頁RS-232-C的信號定義 232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個25針連接器(DB25) 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(DB9)第12頁/共55頁RS-232-C的主要信號定義（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)的接收端第13頁/共55頁RS-232-C的主要信號定義（2） RTS：請求發(fā)送（出） 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

6、（允許發(fā)送）（入） 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l DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（出）l DSR：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（入） 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)接收第14頁/共55頁RS-232-C的主要信號定義（3） GND：信號地 為所有的信號提供一個公共的參考電平 DCD：載波信號檢測（入） 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（入） 當(dāng)調(diào)制解調(diào)器接收到對方的撥號信號期間，該引

7、腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效l 保護地（機殼地）n 起屏蔽保護作用的接地端，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l TxC：發(fā)送器時鐘n 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘信號l RxC：接收器時鐘n 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號第15頁/共55頁RS-232C的連接 微機利用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 微機利用232C接口直接連接進行短距離通信。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）連接第16頁/共55頁連接調(diào)制解調(diào)器電話線MODEM微機(DB25)(DB25)2345678202223456782022

8、MODEM23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSRDSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTRDTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxDTxD接收數(shù)據(jù)RxDRxD請求發(fā)送RTSRTS允許發(fā)送CTSCTS信號地GNDGND載波檢測DCDDCD振鈴指示RIRI微機23456782022第17頁/共55頁不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式微機TxDRxDGND微機為了交換信息，TxD和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接程序中不必使RTS和DTR有效，也不檢測CTS和DSR是否有效 第18頁/共55頁“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)備好微機DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND

9、微機第19頁/共55頁使用聯(lián)絡(luò)信號的多線相連方式通信比較可靠，所用連線較多，不如前者經(jīng)濟微機DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機第20頁/共55頁異步串行通信控制器接口芯片Ins8250 1M10M時鐘頻率 PC/XT機: 外接1.8432MHZ第21頁/共55頁8250的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8250實現(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 可進行奇偶校驗 具有奇偶、幀和溢出錯誤檢測電路第22頁/共55頁Ins8250內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線緩沖尋址及控制邏輯CS0CS1CS2A2A1A0/ADSDISTR/DISTRDOSTR/DOSTRDD

10、ISMRD0D7內(nèi)部數(shù)據(jù)總線發(fā)送保持寄存器接收緩沖寄存器發(fā)送移位寄存器接收移位寄存器SoutSin線路控制寄存器線路狀態(tài)寄存器除數(shù)寄存器高位除數(shù)寄存器低位波特率發(fā)生器MODEM控制寄存器MODEM狀態(tài)寄存器RCLKXTAL1XTAL2/BAUDOUT控制邏輯/RTS/CTS/DTR/DSR/RLSD/RI中斷允許寄存器中斷識別寄存器控制邏輯/OUT1/OUT2INTRPT中斷MODEM1M10M握握手手線線UART第23頁/共55頁UART內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意/RxC/TxC發(fā) 送 位 移 寄 存 器發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器TxDRDA接 收 位 移 寄 存 器接 收 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器RxDOVR

11、NUARTRxCTxCDATA_BUS接收時鐘FRERR發(fā)送時鐘TBE控制邏輯/RESET/WR/RDCS溢出錯誤溢出錯誤幀格式錯誤幀格式錯誤校驗錯誤校驗錯誤PE第24頁/共55頁8250的引腳信號介紹 分成連接CPU的部分和連接外設(shè)的部分 注意：8250不是Intel公司的產(chǎn)品，所以該芯片引腳名稱與前面學(xué)習(xí)的8253、8255等Intel產(chǎn)品有所不同，但是引腳功能卻是類似的第25頁/共55頁1.與外設(shè)連接的信號數(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/ /DCD振鈴指示/ /RI825082

12、50第26頁/共55頁2.與處理器連接的信號引腳 D0D7 數(shù)據(jù)線 A0A2 地址線 CS0、CS1、/CS2 片選線 CSOUT 片選輸出信號 /ADS 地址選通信號 DISTR /DISTR 數(shù)據(jù)輸入選通, CPU從8250內(nèi)部寄存器讀出數(shù)據(jù),相當(dāng)于I/O讀信號 DOSTR /DOSTR 數(shù)據(jù)輸出選通，CPU將數(shù)據(jù)寫入8250內(nèi)部寄存器,相當(dāng)于I/O寫信號第27頁/共55頁 MR 復(fù)位信號線 INTRPT 中斷請求信號輸出：8250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 XTAL1 XTAL2 時鐘輸入引腳和時鐘輸出引腳： /BA

13、UDOUT 波特率輸出引腳,其頻率是發(fā)送波特率的16倍 RCLK 接收時鐘引腳, 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 /OUT1和/OUT2 兩個一般用途的輸出信號,由芯片內(nèi)部調(diào)制控制寄存器的 D2和D3使其輸出低電平有效信號,復(fù)位使其恢復(fù)為高 DDIS 驅(qū)動器禁止信號輸出, CPU從8250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,PC/XT中未用第28頁/共55頁異步通信適配器接口電路介紹 IBM PC/XT機的串行異步通信適配器 以8250為核心 完成

14、發(fā)送時的并轉(zhuǎn)串和接收時的串轉(zhuǎn)并以及相應(yīng)的控制工作 配置了TTL電平與EIA電平轉(zhuǎn)換電路等第29頁/共55頁異步通信適配器的部分接口電路RCLKRCLKBAUDOUTBAUDOUTIRQIRQ4 4IRQIRQ3 3RESETRESET+5V+5VA A8 8AENAENA A3 3A A7 7A A9 9IOR IOR IOWIOWA A0 0A A2 2MRMRXTAL1XTAL1OUTOUT1 1OUTOUT2 2INTRPTINTRPTDISTRDISTRDOSTRDOSTRA A0 0A A2 2CS2CS282508250LS245LS245D D0 0D D7 7D D0 0D D

15、7 7J9J9J10J10J11J11J12J12DIRDIR1.8432MHz1.8432MHzCS0CS0CS1CS1ADSADSDISTRDISTRDOSTRDOSTR5V5V注意：J9J12跨接器和OUT2*的作用第30頁/共55頁適配器端口地址譯碼: A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O地址 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 3F8H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFH 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 2F8H 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2FFH J12通J10通第31頁/共55頁8250的寄存器 8250內(nèi)部有

16、9種可訪問的寄存器，除數(shù)寄存器是16位的，占用兩個連續(xù)的8位端口 內(nèi)部寄存器用引腳A0A2來尋址；同時還要利用通信線路控制寄存器的最高位，即除數(shù)寄存器訪問位DLAB，來區(qū)別共用兩個端口地址的不同寄存器（P336表5.10）第32頁/共55頁INS8250內(nèi)部寄存器地址A2 A1 A0 DLAB COM1 寄存器000 0 3F8 寫發(fā)送寄存器/讀接收寄存器000 1 3F8 除數(shù)寄存器低字節(jié)001 1 3F9 除數(shù)寄存器高字節(jié)001 0 3F9 中斷允許010 x 3FA 中斷識別011 x 3FB 線路控制100 x 3FC MODEM控制101 x 3FD 線路狀態(tài)110 x 3FE MO

17、DEM 狀態(tài)111 x 3FF 不用第33頁/共55頁1.接收緩沖寄存器RBR并行數(shù)據(jù)檢測接收錯誤去除起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8250SIN0/10/1 0/10/10/10/10/10/1雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收第34頁/共55頁2.發(fā)送保持寄存器THR并行數(shù)據(jù)加入起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制8250SOUT0/10/1 0/10/10/10/10/10/1雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送第35頁/共55頁3.除數(shù)寄存器除數(shù)寄存器保存設(shè)定的分頻系數(shù)分頻系數(shù)（除數(shù)）外部時鐘頻率（16波特率）

18、起 始 位時鐘（RCLK）數(shù)據(jù)線（SIN）T16 T16 T8 T第36頁/共55頁4.通信線路控制寄存器LCRD5 D4 D3D6 D1 D0D2DLAB指定串行異步通信的字符格式寄存器選擇0 正常值1 除數(shù)寄存器中止字符0 無作用1 發(fā)送中止字符校驗位設(shè)置0 無校驗位001 設(shè)置奇校驗011 設(shè)置偶校驗101 校驗位為1111 校驗位為0停止位個數(shù)0 1位1 1.5位（數(shù)據(jù)位為5位時）1 2位（數(shù)據(jù)位為68位時）數(shù)據(jù)位個數(shù)00 5位01 6位10 7位11 8位第37頁/共55頁5.通信線路狀態(tài)寄存器LSR（P338圖5.58）D0D3D4 D5 D6 D1 D20為1，表示發(fā)送移位寄存器

19、空；當(dāng)數(shù)據(jù)由發(fā)送保持寄存器移入發(fā)送移位寄存器時，該位為0提供串行異步通信的當(dāng)前狀態(tài)供CPU讀取和處理為1，表示發(fā)送保持寄存器空，當(dāng)CPU將字符寫入發(fā)送保持寄存器后，該位為0為1，表示正在傳輸中止字符為1，表示出現(xiàn)幀錯誤為1，表示出現(xiàn)溢出錯為1，表示接收數(shù)據(jù)緩沖器收到一個數(shù)據(jù)，即接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；當(dāng)CPU讀走數(shù)據(jù)后，該位為0為1，表示出現(xiàn)奇偶錯第38頁/共55頁6.調(diào)制解調(diào)器控制寄存器MCR（P339圖5.59）DTROUT2LOOP RTS OUT10 0 0為1使/OUT2引腳為低否則為高 為1使/OUT1引腳為低否則為高 為1使/RTS引腳為低否則為高 為1使/DTR引腳為低否則為高 為1使

20、8250為自診斷工作方式否則為正常工作方式設(shè)置8250與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)應(yīng)答的輸出信號第39頁/共55頁7.調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)寄存器MSR（P339圖5.60） 反映4個控制輸入信號的當(dāng)前狀態(tài)及其變化 MSR高4位中某位為1，說明相應(yīng)輸入信號當(dāng)前為低有效，否則為高電平 MSR低4位中某位為1，則說明從上次CPU讀取該狀態(tài)后，相應(yīng)輸入信號已發(fā)生改變，從高變低或反之 MCR低4位任一位置1，可產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)中斷 當(dāng)CPU讀取該狀態(tài)寄存器或復(fù)位后，低4位被清零RLSD RI DSR CTS RLSD RI DSR CTS第40頁/共55頁8.中斷允許寄存器IER 中斷允許寄存器的低4位控制825

21、0這4級中斷是否被允許 某位為1，則對應(yīng)的中斷被允許 某位為0，則對應(yīng)的中斷被屏蔽 8250設(shè)計有2個中斷寄存器和4級中斷 4級中斷的優(yōu)先權(quán)，是按照串行通信過程中事件的緊迫程度安排的、是固定不變的 用戶可利用中斷允許或禁止進行控制接收數(shù)據(jù)錯MODEM狀態(tài)變化0 0 0 0 發(fā)送寄存器空接收數(shù)據(jù)就緒D7D4D3D2D1D0第41頁/共55頁 4級中斷 接收線路狀態(tài)中斷 奇偶錯、溢出錯、幀錯和中止字符 接收器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好中斷 發(fā)送保持寄存器空中斷 調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)中斷 清除發(fā)送狀態(tài)改變 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好狀態(tài)改變 振鈴接通變成斷開 接收線路信號檢測狀態(tài)改變優(yōu)先權(quán)高優(yōu)先權(quán)低4級10種中斷源第42頁/共55頁

22、9.中斷識別寄存器IIR*保存正在請求中斷的優(yōu)先權(quán)最高的中斷級別編碼*IRR寄存器的內(nèi)容僅可以讀出*復(fù)位后D0=1,其余位為0IPID1 ID00 0 0 0 00 有中斷1 無中斷 接收線路狀態(tài) 接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 發(fā)送保持寄存器空 調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)12341 11 00 10 0中斷類型優(yōu)先權(quán)ID1ID0第43頁/共55頁異步通信適配器的初始化編程對8250的內(nèi)部控制寄存器進行編程寫入 寫入除數(shù)寄存器設(shè)置波特率 寫入通信線路控制寄存器設(shè)置字符格式 寫入調(diào)制解調(diào)器控制寄存器設(shè)置工作方式 寫入中斷允許寄存器設(shè)置中斷允許或屏蔽位第44頁/共55頁異步通信編程舉例 （P340）；初始化編程；設(shè)置波特率為

23、2400 （P338表5.11）MOV DX, 3FBH ;線路控制寄存器地址MOV AL, 80HOUT DX, AL ；DLAB=1, 設(shè)置寫除數(shù)標(biāo)志MOV DX, 3F9H ；高位除數(shù)寄存器MOV AL, 0OUT DX, ALMOV DX, 3F8H ；低位除數(shù)寄存器MOV AL, 30HOUT DX, AL第45頁/共55頁；設(shè)置數(shù)據(jù)格式；數(shù)據(jù)長7位，1個停止位，偶校驗MOV DX, 3FBH ；注意DLAB=0MOV AL, 00011010BOUT DX, AL;設(shè)置操作方式，不用中斷；/OUT2=1,/DTR=0,/RTS=0MOV DX, 3FCH ;MODEM控制寄存器MO

24、V AL, 00000011B ;設(shè)置/RTS、 /DTR有效OUT DX, ALMOV DX, 3F9H ；中斷允許寄存器MOV AL, 0 ；屏蔽全部中斷OUT DX, AL第46頁/共55頁；查詢式通信；發(fā)送字符在CL中，若收到字符，暫存于ALKEEP_TRY:MOV DX,3FDH ;讀線路狀態(tài)寄存器端口 IN AL,DX TEST AL,00011110B ；檢查出錯否 JNZ ERROR_ROUTINE ；轉(zhuǎn)出錯處理 TEST AL, 00000001B ；檢查收到新數(shù)否 JNZ RECEIVE ；轉(zhuǎn)接收 TEST AL,00100000B ； 檢查可否發(fā)送數(shù)據(jù) JZ KEEP_T

25、RY ；重新檢查 MOV DX,3F8H MOV AL,CL ；發(fā)送數(shù)據(jù) OUT DX,AL JMP SHORT KEEP_TRYRECEIVE: MOV DX,3F8H ;接收數(shù)據(jù) IN AL,DX. 第47頁/共55頁INS8250內(nèi)部寄存器地址A2 A1 A0 DLAB COM1 寄存器000 0 3F8 寫發(fā)送寄存器/讀接收寄存器000 1 3F8 除數(shù)寄存器低字節(jié)001 1 3F9 除數(shù)寄存器高字節(jié)001 0 3F9 中斷允許010 x 3FA 中斷識別011 x 3FB 線路控制100 x 3FC MODEM控制101 x 3FD 線路狀態(tài)110 x 3FE MODEM 狀態(tài)111

26、 x 3FF 不用第48頁/共55頁4.通信線路控制寄存器LCRD5 D4 D3D6 D1 D0D2DLAB指定串行異步通信的字符格式寄存器選擇0 正常值1 除數(shù)寄存器中止字符0 無作用1 發(fā)送中止字符校驗位設(shè)置0 無校驗位001 設(shè)置奇校驗011 設(shè)置偶校驗101 校驗位為1111 校驗位為0停止位個數(shù)0 1位1 1.5位（數(shù)據(jù)位為5位時）1 2位（數(shù)據(jù)位為68位時）數(shù)據(jù)位個數(shù)00 5位01 6位10 7位11 8位第49頁/共55頁6.調(diào)制解調(diào)器控制寄存器MCR（P339圖5.59）DTROUT2LOOP RTS OUT10 0 0為1使/OUT2引腳為低否則為高 為1使/OUT1引腳為低否則為高 為1使/RTS引腳為低否則為高 為1使/DTR引腳為低否則為高 為1使8250為自診斷工作方式否則為正常工作方式設(shè)置8250與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)應(yīng)答的輸出信號第50頁/共55頁8.中斷允許寄存器IER 中斷允許