1、微型計算機原理與接口技術,第十章串行通信和可編程接口芯片8251A,10-1串行通信的基本概念 10-2可編程串行通信接口芯片8251A 10-3EIA RS-232C串行口和8251A應用舉例 10-4串行同步數據通信協議,10-1串行通信的基本概念,并行通信 數據各位同時傳送； 優點：速度快； 缺點：使用通信線多； 適用場合：適用于近距離傳送數據的場合。 串行通信 要傳送的數據或信息必須按照一定的格式編碼，然后再單根線上，按一位接一位的先后順序進行傳送。發送完一個字符后，再發送第二個。接收數據時，每次從單根線上一位接一位地接收信息，再把它們拼成一個字符，送給CPU作進一步處理。 適用場合：

2、適用于遠程終端或遠距離地中央處理機交換數據；有些外設本身需要串行方式通信。,一、數據傳送方向,單工,半雙工,全雙工,單工數據線僅僅能在一個方向上傳輸數據，兩個站之間進行 通信時，一邊只能發送數據，另一邊只能接收數據。,半雙工方式下，數據可在兩個設備之間向任一個方向傳輸，但 兩個設備之間只有一根傳輸線，故同一時間內只能在一個方向 上傳輸數據，不能同時收發。,全雙工方式下，對數據的兩個傳輸方向采用不同的通路。,一、數據傳送方向,單工,半雙工,全雙工,T,R,T,T,R,R,T,T,R,R,二、串行傳送的兩種基本工作方式,異步方式,同步方式,空閑位,起始位,數據位（58位）,校驗位,停止位,空閑位,

3、起始位,第n+1個字符,一幀 第n個字符,三、串行傳送速率,波特率 波特率：每秒鐘內所傳送數據的位數稱為波特率，單位為波特（Bd）。它是傳送每一位信息所用時間的倒數。 常用波特率（Baud Rate）來表示數據傳送的速率。,例如：如果一個串行字符由1個起始位，7個數據位，1個奇偶校驗位和1個停止位等10個數位構成，每秒鐘傳送120個字符，則數據傳送的波特率為：,10位/字符120字符/秒1200位/秒1200波特,傳送每位信息所占用的時間為：1秒/12000.833毫秒,四、串行接口芯片UART和USART,常用的通用串行接口芯片有兩類 (1)僅用于異步通信的接口芯片，通用異步收發器UART

4、(2)既可以工作于異步方式，又可以工作于同步方式，通用同步異步收發器USART,五、調制解調器,調制解調器：能將數字信號轉換成音頻信號及將音頻信號恢復成數字信號的器件。 調制的主要形式有幅度調制、頻率鍵移FSK、相位鍵移PSK和多路載波等幾種。,五、調制解調器,幅度調制 用調幅正弦波表示 數字1和數字0,頻率鍵移調制 用兩種不同頻率（FSK） 表示數字1和數字0,第十章串行通信和可編程接口芯片8251A,10-1串行通信的基本概念 10-2可編程串行通信接口芯片8251A 10-3EIA RS-232C串行口和8251A應用舉例 10-4串行同步數據通信協議,10-2可編程串行通信接口芯片82

5、51A,Intel 8251A是一種通用的同步異步接收發送器（USART）芯片。它作為一種外圍器件，可通過編程選用某一種串行通信技術。8251A具有獨立的發送器和接收器因此，它能夠以單工、半雙工或全雙工方式進行通信，并且提供一些基本的控制信號，可以方便地與MODEM連接。 1.8251A的編程結構 2.8251A的功能結構 3.8251A的發送和接收 4.8251A對外信號,8251A的編程結構和外部連接,一、8251A的內部結構和外部引腳,數據輸入緩沖寄存器和數據輸出緩沖寄存器使用同一個端口地址，但實際上作為兩個端口，一個為輸入端口，一個為輸出端口。 接收移位寄存器將到達 端口的串行數據接收

6、以后進行移位，變成8位并行數據，傳送到數據輸入緩沖寄存器，然后通過數據總線傳送到CPU，這就是數據通過8251A輸入到計算機的過程。 在計算機通過8251A輸出數據的過程中，CPU通過數據總線將數據送到8251A的數據輸出緩沖寄存器，再傳輸到發送移位寄存器。移位寄存器用移位的辦法并行數據變成串行數據，然后，從 端送往外部設備。,一、8251A的內部結構和外部引腳,命令字寄存器用來控制8251A的工作，它的內容是由程序設置的。 狀態寄存器則在8251A的工作過程中為執行程序提供一定的狀態信息。 方式字寄存器的內容決定了8251A到底工作在同步模式還是工作在異步模式，還決定了所接收和發送的字符的格

7、式，模式寄存器的內容也是由執行程序設置的。 8251A的2個同步字符寄存器用來容納同步方式中所用的同步字符。,返回,8251A的內部工作原理,一、8251A的內部結構和外部引腳,接收緩沖器： 對外引腳為 。 功能從 引腳上接收串行數據，并按照相應的格式將串行數據轉換成并行數據。 接收控制電路： (1)在異步方式下，芯片復位后，先檢測輸入信號中的有效“1”，一旦檢測到，就接著尋找有效的低電平來確定啟動位； (2)消除假啟動干擾； (3)對接收到的信息進行奇偶校驗，并根據校驗結果建立相應的狀態位； (4)檢測停止位，并按照檢測結果，建立狀態位。,一、8251A的內部結構和外部引腳,發送緩沖器： 把

8、來自CPU的并行數據加上相應的控制信息，然后轉換成串行數據從 引腳發出去。 功能上看，對應于編程結構圖中的發送移位寄存器。 發送控制電路： (1)在異步方式下，為數據加上起始位、校驗位和停止位； (2)在同步方式下，插入同步字符，在數據中插入校驗位。,一、8251A的內部結構和外部引腳,數據總線緩沖器： 用來把8251A和系統數據總線相連，在CPU執行輸入/輸出指令期間，由數據總線緩沖器發送和接收數據。 控制字、命令字和狀態信息也通過數據總線緩沖器傳輸。 從功能上看，數據總線緩沖器是編程結構中數據輸入緩沖器、數據輸出緩沖器、控制寄存器和命令寄存器的綜合。,一、8251A的內部結構和外部引腳,讀

9、寫控制邏輯電路： 用來配合數據總線緩沖器工作。 (1)接收寫信號 ，并將來自數據總線的數據和控制字寫入8251A (2)接收讀信號 ，并將數據或狀態字從8251A送往數據總線 (3)接收控制/數據信號 ，將此信號和讀/寫信號合起來通知8251A，當前讀/寫的是數據還是控制字、狀態字； (4)接收時鐘信號CLK，完成8251A的內部定時 (5)接收復位信號RESET，使8251A處于空閑狀態,一、8251A的內部結構和外部引腳,調制解調控制電路 在進行遠程通信的時，要用調制解調器將串行接口送出的數字信號變為模擬信號，再發送出去，接收端則要用解調器將模擬信號變為數字信號，再由串行接口送往計算機主機

10、。 在全雙工通信情況下，每個收發站都要連接調制解調器。 有了調制解調控制電路，就提供了一組通用的控制信號，使得8251A可以直接和調制解調器連接。,返回,8251A的發送和接收,（1）異步接收方式 A.當8251A工作在異步方式并準備接收一個字符時，就在 線上檢測低電平。 B.若無字符信息， 上為高電平。 C.8251A將 線上檢測到的低電平作為起始位，并且啟動接收控制電路中的一個內部計數器進行計數，計數脈沖為8251A的接收器的時鐘脈沖。 D.當計數進行到相應于半個數位傳輸時間時，又對 線進行檢測，如果此時仍為低電平，則確認收到一個有效的起始位；若再次測得 為高電平，8251A會將剛才檢測的

11、信號看成是干擾脈沖。,（2）異步發送方式 A.當程序置 和 為有效后，便開始發送過程。 B.在發送時，發送器為每個字符加上1個起始位，并且按照編程要求加上奇/偶校驗位以及1個、1.5個或2個停止位。 C.數據及起始位、校驗位、停止位總是在發送時鐘 的下降沿時從8251A發出。 D.數據傳輸的波特率為發送時鐘頻率的1、1/16、1/64，具體決定于編程時給出的波特率系數。,8251A的發送和接收,（3）同步接收方式 A.在同步接收方式下，8251A首先搜索同步字符。即檢測 線，每當 線上出現一個數據位時，就把它接收下來并把它送入移位寄存器移位。 B.對移位寄存器中的內容與同步字符寄存器的內容進行

12、比較，若兩者不相等，則接收下一位數據，并且重復上述比較過程。當兩個寄存器的內容相等，8251A的 引腳升為高電平，以告示同步字符已經找到，同步已經實現。 C.雙同步字符方式，就要在測得輸入移位寄存器的內容與第一個同步寄存器的內容相同后，再繼續檢測此后的輸入移位寄存器的內容是否與第二個同步字符寄存器的內容相同。,8251A的發送和接收,D.外同步情況下， 端一出現高電平，8251A就會立即脫離對同步字符的搜索過程，只要高電平能維持一個接收時鐘周期，8251A就認為已經完成同步。 E.實現同步后，接收器和發送器之間開始進行數據的同步傳輸。接收器利用時鐘信號對 線進行采樣，并把收到的數據位送到移位寄

13、存器中。每當收到的數據位達到規定的一個字符的數位時，就將移位寄存器的內容送到輸入緩沖寄存器，并在 引腳上發出一個信號，表示收到一個字符。,8251A的發送和接收,8251A的發送和接收,（4）同步發送方式 A.在同步發送方式下，也要在程序置 和 為有效后，才能開始發送過程。 B.發送過程開始后，發送器先根據編程要求發送一個或者兩個同步字符，然后發送數據塊。 C.在發送數據塊時，發送器會根據編程要求對數據塊中的每個數據加上奇/偶校驗位。若沒有該校驗位，則不添加。 D.在同步發送時，會遇到這樣的情況，即8251A正在發送數據，而CPU卻來不及提供新的數據給8251A，這時，8251A的發送器會自動

14、插入同步字符。從而滿足在同步發送時不允許數據之間存在空隙的要求。,返回,一、8251A的內部結構和外部引腳,8251A的對外信號分為兩組，一組是8251A和CPU之間的信號；一組是8251A和外部設備（或調制解調器）之間的信號。,8251A和CPU之間的連接信號,同步方式下為SYNDET,8251A和CPU之間的連接信號,（1）片選信號 為低電平時，8251A被選中。反之， 為高電平時，8251A未被選中，8251A的數據線處于高阻狀態。 （2）數據信號 ：8251A有8根數據線，通過它們，8251A與系統的數據總線相連。實際上，數據線上不只傳輸一般的數據，而且也傳輸CPU對8251A的編程命

15、令和8251A送往CPU的狀態信息。 （3）讀/寫控制信號 ：讀信號。 為低電平時，用來通知8251A，CPU當前正在從8251A讀取數據或者狀態信息。 ：寫信號 。 為低電平時，用來通知8251A，CPU當前正在往8251A寫入數據或者控制信息。,8251A和CPU之間的連接信號,：控制/數據信號。 也是CPU送往8251A的信號，用來區分當前讀/寫的是數據還是控制信息或狀態信息。,的編碼和對應的操作,8251A和CPU之間的連接信號,注意： （a）8251A只有兩個連續的端口。 數據輸入端口和數據輸出端口合用同一個偶地址； 狀態端口和控制端口合用同一個奇地址。 （b）在8086系統中，利用

16、地址線 來區分奇地址端口和偶地址端口。 為低電平時，選中偶地址端口； 為高電平時，選中奇地址端口。 8086/8088系統中，將地址線 和8251A的 端相連。,8251A和CPU之間的連接信號,（4）收發聯絡信號 ：發送器準備好信號。輸出。用來告訴CPU，8251A已經準備好發送一個字符。 具體地說，當 為低電平而 為高電平，并且發送緩沖器為空時， 為高電平。于是，CPU便得知，當前8251A已作好發送準備，因而CPU可以往8251A傳輸一個數據。 ：發送器空信號。輸出。 當發送器空信號有效時，表示8251A發送器中并行到串行轉換器空。實際上指示一個發送動作地完成。當8251A從CPU得到一

17、個字符時， 便成為低電平。 在同步方式時，不允許字符之間有空隙，但是CPU有時候來不及往8251A中輸出字符，此時 變為高電平，發送器在輸出線上插入同步字符，從而填補了傳輸間隙。,8251A和CPU之間的連接信號,：接收器準備好信號。 表明當前8251A已經從外部設備或調制解調器接收到一個字符，正等待CPU取走。 ：同步檢測信號，只用于同步方式。 該引腳即可工作在輸入狀態，又可以工作在輸出狀態，這決定于8251A工作在內同步情況還是工作在外同步情況，而這兩種情況又決定于8251A地初始化編程。 當8251A工作在內同步時， 作為輸出端，如果8251A檢測到了所要求地同步字符，則 便變為高電平，

18、用來表明8251A當前已經達到同步。當8251A工作在外同步情況時， 作為輸入端，從這個輸入端進入的一個正跳變，會使8251A在 的下一個下降沿時開始裝配字符。這種情況下， 的高電平狀態最少要維持一個 周期，以便遇上 的下一個下降沿。,8251A與外部設備之間的連接信號,8251A與外部設備之間的連接信號,（1）收發聯絡信號 ：數據終端準備好信號 由8251A送往外設的，CPU通過命令可以使 變為低電平即有效電平，從而通知外部設備，CPU當前已經準備就緒。 一般與調制解調器相連，置為低電平后，從而通知調制解調器，CPU已經準備就緒。,：數據終端準備好信號 有效時,表示MODEN已經準備好數據,

19、實際上它是對 的回答信號。,8251A與外部設備之間的連接信號,：請求發送信號 是8251A送往外設的信號。低電平有效，CPU可以通過編程命令使 變為有效電平，以表示CPU已經準備好發送。 該信號向MODEM發出請求發送信號。,：清除請求發送信號 是對 的響應信號，它是由外設送往8251A的，當 為低電平時，8251A才能執行發送操作。,8251A與外部設備之間的連接信號,（2）數據信息 ：發送器數據信號端 用來輸出數據。CPU送往8251A的并行數據被轉變為串行數據后，通過 送往外設。 ：接收器數據信息端 用來接收外設送來的串行數據，數據進入8251A后被轉變為并行方式。 除此之外，8251

20、A還有電源端、接地端和3個時鐘端。,二、8251A的編程,1.關于8位接口芯片和16位數據總線的連接問題 采取的措施是將 連接到8251A的接口芯片上。 這樣一來，從CPU這邊來說，端口地址都是偶地址，所以傳輸信息時，信息總是出現在低8位數據線上；而從端口這邊來說，端口地址中既有奇地址，也有偶地址，而且是連續的，也滿足了許多8位接口芯片對端口地址的要求。,二、8251A的編程,2.8251A的初始化 對使用8251A初始化的約定主要有3個： （1）芯片復位以后，第一次用奇地址端口寫入的值作為方式字進入方式字寄存器。 （2）如果方式字中規定了8251A工作在同步模式，那么，CPU接著往奇地址端口

21、輸出的1個或2個字節就是同步字節，同步字節被寫入同步字符寄存器。如果有兩個同步字符，則會按先后分別寫入第一同步字符寄存器和第二同步字符寄存器。 （3）這之后，只要不是復位命令，不管是同步模式還是異步模式，由CPU用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據送到數據輸出緩沖寄存器。,復位操作,輸出方式字,同步方式,輸出第一個同步字符,輸出第二個同步字符,雙同步,輸出命令字,復位,傳送數據,輸入狀態字,有錯,傳送完,出錯 處理,Y,N,Y,N,N,Y,Y,Y,N,N,二、8251A的編程,3.方式字,01 異步方式1 10 異步方式16 11 異步方式64,00

22、 字符長度為5位 01 字符長度為6位 10 字符長度為7位 11 字符長度為8位,x0 無奇偶校驗位 01 奇校驗 11 偶校驗,00 無效 01 1個停止位 10 1.5個停止位 11 2個停止位,異步方式方式字格式,二、8251A的編程,與異步方式相同,1 SYNDET為輸入（外同步） 0 SYNDET為輸出（內同步）,1 單字符同步 0 雙字符同步,同步方式方式字格式,二、8251A的編程,在同步模式中，接收和發送的波特率分別和 引腳， 引腳上的輸入時鐘的頻率相等。 在異步模式中，要用方式字寄存器中的兩個最低位來確定波特率因子，此時 和 的頻率、波特率因子和波特率之間有如下關系：,時鐘

23、頻率波特率因子波特率,二、8251A的編程,4.命令字格式,1 允許發送 0 禁止發送,1 使 引腳輸出低 電平,1 允許接收 0 禁止接收,1 使 線變低，發送空白字符 0 正常工作,1 使錯誤標志PE,OE,FE均復位,1 使 引腳輸出低電平,1 內部復位，使8251A回到方式選擇格式,1 啟動搜索同步字符,二、8251A的編程,5.狀態字格式,發送器準備好,同引腳含義,奇偶校驗,溢出錯誤,幀錯誤（只用于異步方式）,數據裝置準備好,三、8251A初始化編程舉例,1.異步方式初始化程序 在實際使用中，為了確保送方式字和命令字之前8251A已正確復位 （1）應先向8251A的控制口連續寫入3個

24、全0 （2）再向該端口送入一個使 位等于1的復位控制字（40H） 從而使得8251A可以可靠復位。,三、8251A初始化編程舉例,對8251A的控制口進行一次寫入操作后，需要有寫恢復時間。 常用的方法有 （1）宏指令 （2）調用子程序 KKK: OUTDX,AL PUSHCX MOVCX,0002 ABC: LOOPABC POPCX RET,REVTIMEMACRO MOVCX,02 D0:LOOPD0 ENDM,三、8251A初始化編程舉例,例題1：8251A工作于異步方式，波特率系數為16，具有7個數據位，1個停止位，有偶校驗，控制口地址為3F2H，寫恢復時間程序為REVTIME，則對8

25、251A進行初始化的程序為：,三、8251A初始化編程舉例,MOV DX,3F2H；控制口 MOV AL,00H OUT DX,AL；向控制口寫入“0” REVTIME；延時，等待寫操作 OUT DX,AL；向控制口寫入第二個“0” REVTIME；延時 OUT DX,AL；向控制口寫入第三個“0” REVTIME；延時 MOV AL,40H；對命令字中的復位位置1 OUT DX,AL；寫入復位字 REVTIME；延時 MOV AL,01111010B；方式字 OUT DX,AL；寫入方式字 REVTIME；延時 MOV AL,00010101B；命令字：允許接收發送數據，清除錯；誤標志 OU

26、T DX,AL；寫入命令字,三、8251A初始化編程舉例,例題2: 8251A工作于異步方式，波特率系數為16，具有8個數據位，1個停止位，有偶校驗，控制口地址為DAH，則對8251A進行初始化的程序為：,三、8251A初始化編程舉例,INIT XOR AX,AX；AX清零 MOV CX,0003 MOV DX,00DAH OUT1：CALL KKK LOOP OUT1 MOV AL,40H CALL KKK MOV AL,4EH CALL KKK MOV AL,27H CALL KKK KKK：OUT DX,AL PUSH CX MOV CX,0002 ABC：LOOP ABC POP CX

27、 RET,往8251A的控制端口DAH送3個00,往8251A的控制端口DAH送1個 40H，使得它復位,往8251A的控制端口DAH設置 方式字，使得它為異步模式，波特 率系數為16，8位數據，1位停止,往8251A的控制端口DAH設置命令字 使發送器和接收器啟動。,下面是輸出子程序，將AL中的數據輸出到 DX指出的端口,等待輸出動作完成,恢復CX的內容，并返回,三、8251A初始化編程舉例,1.同步方式初始化程序 （1）同步字符常用ASCII字符集中的16H作為收發雙方同意的一個同步字符。 （2）寫入同步字符后，再對8251A的控制口寫入一個命令字，選通發送器和接收器，允許芯片對從 引腳上

28、送來的數據位搜索同步字符。,三、8251A初始化編程舉例,例題1：8251A的控制口地址為3F2H，寫恢復延時程序為REVTIME，如要求8251A工作于同步方式，采用雙同步字符、奇校驗、數據位為7位，則對8251A寫入復位字以后的初始化程序為,三、8251A初始化編程舉例,；先向控制口寫入3個0，再送復位字40H MOVDX,3F2H；控制口 MOVAL,00011000B；方式字；雙同步，內同；步，奇校驗，7個數據位 OUTDX,AL；送方式字 REVTIME；延時 MOVAL,16H OUTDX,AL；送入第一個同步字符 REVTIME；延時 OUTDX,AL；送入第二個同步字符 REV

29、TIME MOVAL,10010101B；命令字：啟動搜索同步；字符，錯誤標志復位，；允許收發 OUTDX,AL,三、8251A初始化編程舉例,利用狀態字進行編程 下面程序段先對8251A進行初始化，然后對狀態字進行測試，以便輸入字符。本程序段可用來輸入80個字符。 規定控制口和狀態口為52H，數據輸出和輸入口為50H。字符輸入后，放在BUFFER標號所指的內存緩沖區中。 程序的內循環中，對狀態寄存器的狀態位 不斷測試，看8251A是否已經從外設接收到一個字符。若已經接收到，則將它讀入并送到內存緩沖區。,三、8251A初始化編程舉例,程序對狀態寄存器的出錯指示位進行檢測，如果發現傳輸過程中有奇

30、/偶校驗錯誤、超越錯誤和幀格式錯誤，則停止輸入，并調用出錯處理子程序。 出錯處理子程序只要有兩方面： （1）打印出錯信息 （2）清除狀態寄存器中的出錯指示位，出錯指示位的清除可以通過設置控制字來實現。,三、8251A初始化編程舉例,兩點簡要說明： （1）字符接收過程本身會自動使 置1。 （2）當輸入的字符少于8位時，那么數據位從右邊對齊，8251A會在余下的高位上自動填0。,三、8251A初始化編程舉例,MOVAL,0FAH OUT52H,AL MOVAL,35H OUT52H,AL MOVDI,0 MOVCX,80 BEGIN:INAL,52H TESTAL,02H JZBEGIN INAL

31、,50H MOVDX,OFFSET BUFFER MOVDX+DI,AL INCDI INAL,52H TESTAL,38H JNZERROR LOOPBEGIN JMPEXIT ERROR:CALLERR_OUT EXIT：,設置方式字，異步模式，波特率系數為16，用7個數據位，2個停止位，偶校驗,設置控制字，使發送器和接收器啟動，并清除出錯指示位,變址寄存器初始化，共收取80個字符,讀取狀態字，測試 是否為1，如為0，表示未 收到字符，故繼續讀取狀態字并測試,讀取字符,將字符送入緩沖區,修改緩沖區指針,讀取狀態字,測試有無幀格式錯誤，奇/偶校驗錯誤和超越錯誤，若有，則轉向出錯處理程序,如沒有錯誤，則再接收下一字符,如輸入滿80個字符，則結束,調用出錯處理程序,第十章串行通信和可編程接口芯片8251A,10-1串行通信的基本概念 10-2可編程串行通信接口芯片8251A 10-3EIA RS-232C串行口和8251A應用舉例 10-4串行同步數據通信協議,10-3EIA RS-232C串行口和8251A應用舉例,RS-232C標準具體規定： （1）信號電平 通常使用12和12作為RS-232C電平。 需要專門的電路來進行電平轉換 （2）接插件規格 25芯D型