1、第8章 串行通信和串行接口 8.1 串行通信基本概念 8.2串行通信協(xié)議8.3 串行接口標(biāo)準(zhǔn)8.4 可編程串行接口8251A云南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)8.1 串行通信基本概念 8.1.1 串行通信8.1.2 數(shù)據(jù)傳送方式8.1.3 波特率和收/發(fā)時(shí)鐘8.1.4 信號(hào)調(diào)制與解調(diào)8.1.5 差錯(cuò)控制8.1.1 串行通信串行通信：數(shù)據(jù)通過一條數(shù)據(jù)線，一位一位地傳輸，通常是先傳數(shù)據(jù)的低位，再傳高位，每1位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度 。并行通信：8位或16位數(shù)據(jù)通過多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)并行通信計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)串行通信串行通信與并行通信比較：串行通信并行通信通信距離適于遠(yuǎn)距離傳輸（幾米到幾

2、公里）適于近距離傳輸（一般=15m），圖8.11用于短距離通信（15m）需要狀態(tài)信號(hào)線（圖8.12，圖8.14）不需要狀態(tài)信號(hào)線（圖8.13）圖 8.11電話網(wǎng) DTEDCE計(jì)算機(jī)或終端MODEM或其它DCEPGTxDRxDRTSCTSDSRCDDTRRISG123456820227DTEDCE計(jì)算機(jī)或終端MODEM或其它DCEPGTxDRxDRTSCTSDSRCDDTRRISG123456820227 DTE計(jì)算機(jī)或終端PGTxDRxDRTSCTSDSRDTRSG圖8.12 兩DTE之間直接相連DTE計(jì)算機(jī)或終端PGTxDRxDRTSCTSDSRDTRSG123456207123456207

3、 DTE計(jì)算機(jī)或終端PGTxDRxDRTSCTSCDDTRSG圖8.14 兩DTE之間直接相連DTE計(jì)算機(jī)或終端PGTxDRxDRTSCTSCDDTRSG123456207123456207DSRDSR DTE計(jì)算機(jī)或終端TxDRxDSG圖8.13 兩DTE之間直接相連（無狀態(tài)線）DTE計(jì)算機(jī)或終端TxDRxDSG2372373. 電氣特性有效電平: 數(shù)據(jù)線TxD和RxD上,邏輯“1”為-3V-15V，邏輯“0”為+3V+15V（負(fù)邏輯）。控制線RTS,CTS,DSR, DTR及CD上,信號(hào)有效電平為+3+15V.電平轉(zhuǎn)換: RS-232C采用EIA電平,與TTL電平不同,因而在TTL與EIA

4、電平之間需要用接口電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的EIA電平通過DB-25型連接器(或DB-9型連接器)與外界相連。接口RS-232C （EIA電平）TTL輸出TTL輸入MC1489MC1488DB-25(或DB-9)DB-25型連接器DB-9型連接器8.4 可編程串行接口芯片8251A8.4.1 8251A基本性能8.4.2 8251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.4.3 8251A外部引腳功能8.4.4 8251A編程8.4.5 8251A應(yīng)用舉例8.4.1 8251A基本性能可用于同步和異步傳送。同步傳送：5 8bit/字符，內(nèi)部或外部同步，可自動(dòng)插入同步字符。異步傳送：5 8bit/字符，時(shí)鐘頻率為通信波特率的1

5、，16或64倍。可產(chǎn)生終止字符（1，1.5或2位停止位），可檢查假啟動(dòng)位，自動(dòng)檢測(cè)和處理終止字符。波特率： DC 19.2Kb/s（異步），DC64Kb/s（同步）全雙工，雙緩沖發(fā)送和接收器。具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路。與Intel8080，8085，8086及8088CPU兼容。8.4.2 8251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線緩沖器D7D8串并轉(zhuǎn) 換接 收緩沖器RXDRESETCLK讀寫控制邏輯電路CDRDWRCS調(diào)制/解調(diào)控制電路DSRDTRCTSRTS內(nèi) 部 總 線發(fā) 送緩沖器并串轉(zhuǎn) 換TXD接收控制電路RXRDYRXCSYNDET發(fā)送控制電路TXCTXEMPTXRDY圖8.31 8251A

6、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖接收器：在RxC作用下，接收RxD引腳上的幀格式化數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則在狀態(tài)寄存器中保存以便CPU處理；若校驗(yàn)無錯(cuò)則將并行數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線緩沖器中，并使RxRDY=1，通知CPU讀取數(shù)據(jù)。常見錯(cuò)誤類型有：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、幀錯(cuò)誤、溢出（丟失）錯(cuò)誤。發(fā)送器：首先將待發(fā)送的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所要求的幀格式并加上校驗(yàn)位，然后在TxC作用下將數(shù)據(jù)由TxD引腳1位1位地串行發(fā)送出去。發(fā)送完1幀數(shù)據(jù)后使TxRDY=1，通知CPU發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線緩沖器：三態(tài)雙向8位緩沖器，它使8251A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連接。讀/寫控制邏輯電路：用來配合數(shù)據(jù)總線緩沖器工作，即：寫信

7、號(hào)WR：有效時(shí)將來自CPU的數(shù)據(jù)和控制字寫入8251A；讀信號(hào)RD：有效時(shí)將數(shù)據(jù)或狀態(tài)字從8251A送往數(shù)據(jù)總線；C/D信號(hào)：將此信號(hào)和讀/寫信號(hào)合起來通知8251A，當(dāng)前讀/寫的是數(shù)據(jù)還是控制字、狀態(tài)字；時(shí)鐘信號(hào)CLK：完成8251A的內(nèi)部定時(shí)；復(fù)位信號(hào)RESET：使8251A處于空閑狀態(tài)。調(diào)制解調(diào)控制電路：用來簡(jiǎn)化8251A和調(diào)制解調(diào)器的連接，提供了一組通用的控制信號(hào)，使得8251A可以直接和調(diào)制解調(diào)器連接。8.4.3 8251A外部引腳功能1. 8251A和CPU之間的連接信號(hào) RESET：當(dāng)該引腳上出現(xiàn)6倍時(shí)鐘寬的高電平信號(hào)時(shí)，8251A被復(fù)位，處于空閑狀態(tài)。CLK：為8251A內(nèi)部電

8、路提供時(shí)鐘。同步時(shí)應(yīng)大于收發(fā)時(shí)鐘的30倍，異步時(shí)應(yīng)大于收發(fā)時(shí)鐘的4.5倍。 片選信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)D7D0 讀/寫控制信號(hào) 具體操作001（CPU）數(shù)據(jù)總線8251A數(shù)據(jù) 010（CPU）數(shù)據(jù)總線8251A數(shù)據(jù)101（CPU）數(shù)據(jù)總線8251A狀態(tài) 110（CPU）數(shù)據(jù)總線8251A控制命令圖7-7 8251A與CPU及外設(shè)的連接關(guān)系譯碼D7D0MIOCSABA0CDRDRDWRWRTXRDYTXERXRDYSYNDETRESET80868251A外設(shè)（MODEM）DTRDSRRXDCTSRTSTXDCLKTXC計(jì)數(shù)器定時(shí)器XC2.MODEM控制信號(hào) DTRDTE準(zhǔn)備好（輸出，低電平有效），CPU通

9、過命令可使之有效，通知外部設(shè)備，CPU已準(zhǔn)備就緒。DSRDCE準(zhǔn)備好（輸入，低電平有效），表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好。CPU通過讀取狀態(tài)寄存器的D7位來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。RTS請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)（輸出，低電平有效），CPU可以通過編程命令使變其為有效電平，通知DCE，CPU已準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。 CTS清除請(qǐng)求發(fā)送（輸入，低電平有效），是對(duì)RTS的響應(yīng)信號(hào)，當(dāng)其有效時(shí)8251A才能執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)操作 。3.發(fā)送器有關(guān)信號(hào) TXD發(fā)送數(shù)據(jù)。CPU送往8251A的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，通過TXD送往外設(shè)。TXRDY發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)，高電平有效。有效時(shí)表示發(fā)送緩沖器空，CPU可以向芯片送入新數(shù)據(jù)。若為中斷方式，

10、則作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；若為查詢方式，可作聯(lián)絡(luò)信號(hào)。TXE發(fā)送器空信號(hào)，高電平有效，用來表示此時(shí)8251A發(fā)送器中沒有要發(fā)送的字符；當(dāng)CPU送入一個(gè)字符時(shí)被復(fù)位。TxC發(fā)送時(shí)鐘，控制8251A發(fā)送字符的速度。異步時(shí)： 為數(shù)據(jù)速率的1、16或64倍；同步時(shí)與數(shù)據(jù)速率相同。4. 接收器有關(guān)信號(hào)RXD接收外設(shè)送來的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入8251A后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線緩沖器。RXRDY接收器準(zhǔn)備好信號(hào)，高電平有效，表示已從外設(shè)接收到一個(gè)字符，正等待CPU取走。中斷方式時(shí)，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；查詢方式時(shí)，用來作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)。SYNDET同步和終止信號(hào)。工作在同步方式時(shí)用做同步檢測(cè)端（檢測(cè)到同步字符，則SY

11、NDET便變?yōu)楦唠娖剑划惒綍r(shí)用做終止檢測(cè)輸出。RxC 接收時(shí)鐘，控制8251A接收字符的速度。 時(shí)鐘速率規(guī)定與TxC相同，一般將TxC和RxC連在一起，用同一時(shí)鐘源。8.4.4 8251A編程8251A編程命令：1. 方式指令字方式指令字分為4組：同步/異步字符位數(shù)（5、6、7、8位）奇偶校驗(yàn)（奇、偶、無校驗(yàn)）異步方式下的停止位位數(shù)（1、1.5、2位）， 或同步方式內(nèi)同步（1、2個(gè)同步字符）、外同步方式指令字：指定通信方式、數(shù)據(jù)格式命令指令字：指定某種操作（如發(fā)送、接收）或處于某種狀態(tài)（如DTR），以便發(fā)送/接收數(shù)據(jù)狀態(tài)字：確定8251當(dāng)前內(nèi)部狀態(tài)。8251A方式指令字D7D6D5D4D3D

12、2D1D0工作方式及波特率選擇00：同步方式01：異步方式，波特率系數(shù)=110：異步方式，波特率系數(shù)=1611：異步方式，波特率系數(shù)=64異步方式字符位數(shù)選擇00：5位01：6位10：7位11：8位奇偶校驗(yàn)方式設(shè)定X0：無奇偶校驗(yàn)位01：奇校驗(yàn)11：偶校驗(yàn)若為異步方式(D1，D000)設(shè)定停止位的位數(shù)01：1位停止位10：1.5位停止位11：2位停止位若為同步方式(D1，D0 = 00)設(shè)定同步方式00：內(nèi)同步，2個(gè)同步字符10：內(nèi)同步，1個(gè)同步字符X1：外同步2. 命令指令字TxEN(Transmit Enable ):發(fā)送允許，D0=1,允許進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換并發(fā)送；D0=0 禁止發(fā)送。DTR

13、 (Data Terminal Ready):數(shù)據(jù)終端就緒,D1=1,置/DTR引腳有效0電平；D1=0，置/DTR無效。RxE (Receive Enable):接收允許,D2=1 允許CPU 讀數(shù)據(jù)輸入緩沖器的內(nèi)容；D2=0，禁止接收。EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEND7D6D5D4D3D2D1D0SBRK (Send Break character)：發(fā)中止字符，D3=1，迫使TxD 引腳發(fā)空號(hào)；D3=0，正常操作.ER (Error Reset):錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位,D4=1，使錯(cuò)誤標(biāo)志PE、OE、FE復(fù)位；RTS(Request To Send) ：請(qǐng)求發(fā)送，D5=1，迫使/

14、RTS 引腳為有效電平。IR (Internal Reset)：內(nèi)部復(fù)位，D6=1，重新開始設(shè)置模式寄存器，即回到初始化編程階段；D6=0 正常進(jìn)行。EH(Enter Hunt mode)：進(jìn)入搜索同步字符模式，D7=1，搜索同步字符。說明：上述方式指令和命令指令都是由CPU寫入8251A同一個(gè)端口，8251A采用對(duì)寫入次序進(jìn)行控制的方法來區(qū)分兩種指令。復(fù)位以后，第一次向奇地址端口寫入的值作為方式選擇控制字進(jìn)入模式寄存器。如果模式字中規(guī)定了8251A工作在同步模式，那么，CPU接著往奇地址端口輸出的1個(gè)或2個(gè)字節(jié)就是同步字符，同步字符被寫入同步字符寄存器（如果有兩上同步字符，則會(huì)按先后分別寫入

15、第一個(gè)和第二個(gè)同步字符寄存器）。這之后，不管是同步模式還是異步模式，由CPU向奇地址端口寫入的值將作為控制字送到控制寄存器，而用偶地址端口寫入的值將作為數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器。3. 狀態(tài)字DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDYD7D6D5D4D3D2D1D0PE(Parity Error)：奇/偶校驗(yàn)錯(cuò)。D3=1，有奇/偶校驗(yàn)錯(cuò)；D3=0 無奇/偶校驗(yàn)錯(cuò)。OE (Overrun Error) ：數(shù)據(jù)覆蓋錯(cuò)，接收移位寄存器將數(shù)據(jù)輸入緩沖器中尚未被CPU 讀取的數(shù)據(jù)覆蓋而產(chǎn)生的錯(cuò)誤，D4=1，產(chǎn)生數(shù)據(jù)覆蓋。FE (Framing Error)： 幀出錯(cuò)，檢測(cè)不到幀停止位的錯(cuò)誤

16、，僅用于異步幀方式，D5=1時(shí)產(chǎn)生幀錯(cuò)誤。SYNDET: 內(nèi)同步字符檢測(cè)位，D6=1：檢測(cè)到同步字符；D6=0：未檢測(cè)到同步字符。DSR: 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好。由DSR 引腳信號(hào)設(shè)置。D7=1， DSR引腳信號(hào)有效低電平。DSR 狀態(tài)位與/DSR引腳信號(hào)狀態(tài)相反。4. CPU 經(jīng)8251A 與外設(shè)可靠收/發(fā)數(shù)據(jù)的條件可靠接收：設(shè)置：控制寄存器中的DTR和RxE（D1D2=11）接收條件: RxRDY 引腳信號(hào)為高電平(中斷方式)；或狀態(tài)寄存器中的RxRDY（D1為1）（查詢方式）。檢錯(cuò)條件：狀態(tài)寄存器中的PE、OE、FE位都為0才表明無錯(cuò)誤。可靠發(fā)送：設(shè)置：控制寄存器中的TxEN 及RTS（D0D

17、511)。發(fā)送條件：TxRDY引腳信號(hào)為高電平(用于中斷方式），或狀態(tài)寄存器中的TxRDY( D0位為1）（查詢方式）8251A初始化流程圖8.36 8251A初始化流程圖是同步方式？輸出通信方式選擇命令字兩個(gè)同步字符？復(fù)位 ？傳送完 ？輸出工作命令字傳送數(shù)據(jù)輸出第一個(gè)同步字符是否否否復(fù)位操作是輸出第二個(gè)同步字符是否是8.4.5 8251A應(yīng)用舉例例1：8251A 異步方式初始化編程 設(shè)8251A工作在異步通信方式，字符為8位，偶校驗(yàn)，2位停止位，傳輸率為9600波特，發(fā)送接收時(shí)鐘TxC和RxC接153.6kHz，8251A端口地址為C0H、C2H。初始化編程如下：波特率系數(shù)= 153600/

18、9600 =16由于是異步方式，因此只需要向8251送方式選擇字（奇地址端口）和工作命令字（奇地址端口）方式選擇字為： 11111110： 2位停止位，偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，系數(shù)16工作命令字：要求首先復(fù)位所有出錯(cuò)標(biāo)志，請(qǐng)求發(fā)送/RTS有效，數(shù)據(jù)終端就緒/DTR有效，發(fā)送允許TxEN有效，接收允許RxE有效（全雙工）。 即工作字為： 0 0 1 1 0 1 1 1外同步內(nèi)部復(fù)位RTS有效復(fù)位出錯(cuò)標(biāo)志不發(fā)連續(xù)空號(hào)RxE有效DTR有效TxEN有效由于8251端口地址為C0H、C2H，因此，8251的偶地址是C0H，奇地址實(shí)際上是C2H 初始化編程為：MOVAL，1111,110 BOUT0C2H,AL

19、MOVAL,0011,0111BOUT0C2H,AL例2：查詢8251A狀態(tài)字，實(shí)現(xiàn)異步方式串行接收100個(gè)數(shù)據(jù)，放入BUFFER緩沖區(qū)，接收完后，發(fā)送一個(gè)結(jié)束標(biāo)志字符給對(duì)方。通信格式同例1。解： 8251編程約定，在初始化之前，先送3個(gè)0到奇地址， 再送40H將8251A復(fù)位，之后，才進(jìn)行初始化設(shè)置。要用軟件不斷檢測(cè)RxRDY標(biāo)志位（讀奇地址），看是否接收到一個(gè)字符；若接收到字符，還要判斷標(biāo)志字的3、4、5位，看是否出現(xiàn)奇/偶錯(cuò)、覆蓋錯(cuò)和幀格式錯(cuò)；若無錯(cuò)，則讀偶地址，接收一個(gè)數(shù)據(jù)，讀取一個(gè)數(shù)據(jù)后，RxRDY會(huì)自動(dòng)復(fù)位。發(fā)送時(shí)，首先判斷狀態(tài)字中的TxRDY是否為1（發(fā)送緩沖器空），若為1，則輸出一個(gè)數(shù)據(jù)（通過偶地址口）8251A初始化讀狀態(tài)寄存器RxRDY=1？接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)出錯(cuò)？讀狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)接收完？錯(cuò)誤處理讀狀態(tài)寄存器TxRDY=1？發(fā)送結(jié)束符結(jié)束是是是是否否否程序如下：XORAL，AL；AL清0OUT0C2H，ALCALLDELAY；調(diào)用延遲子程序OUT0C2H，ALCALLDELAYOUT0C2H，ALCALLDELAYMOVAL，0100，0000B；8251內(nèi)部復(fù)位命令字OUT0C2