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文档简介

第 12 章,第12章 串行通信接口,教学重点 异步通信协议和RS232C接口 8250的内部结构和编程 异步通信程序,12.1 串行通信基础,串行通信:将数据分解成二进制位用一条信号线,一位一位顺序传送的方式 串行通信的优势:用于通信的线路少,因而在远距离通信时可以极大地降低成本 串行通信适合于远距离数据传送,也常用于速度要求不高的近距离数据传送 PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送,1. 异步通信,串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议(通信规程),才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题 串行异步通信以字符为单位进行传输,其通信协议是起止式异步通信协议,起止式异步通信协议,起始位每个字符开始传送的标志,起始位采用逻辑0电平,数据位数据位紧跟着起始位传送。由58个二进制位组成,低位先传送,校验位用于校验是否传送正确;可选择奇检验、偶校验或不传送校验位,停止位表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平,可选择1、1.5或2位,空闲位传送字符之间的逻辑1电平,表示没有进行传送,数据传输速率,数据传输速率也称比特率(Bit Rate) 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样,为数据传输速率的倒数 当进行二进制数码传输,且每位时间长度相等时,比特率还等于波特率(Baud Rate) 过去,串行异步通信的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在,可以达到115200 bps或更高,2. 同步通信,以一个数据块(帧)为传输单位,每个数据块附加1个或2个同步字符,最后以校验字符结束 同步通信的数据传输效率和传输速率较高,但硬件电路比较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议HDLC,3. 传输制式,全双工,半双工,单工,示例,4. 调制解调器,调制(Modulating) 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调(Demodulating) 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件合制在一个装置,示例,12.2 串行接口标准RS-232C,美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 1962年公布,1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D 设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备DTE(例如计算机)与数据通信设备DCE(例如调制解调器)的标准接口 可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层:物理层,12.2.1 RS-232C的引脚定义,232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号,所以就有了9针连接器 232C包括两个信道:主信道和次信道 次信道为辅助串行通道提供数据控制和通道,但其传输速率比主信道要低得多,其他跟主信道相同,通常较少使用,RS-232C的引脚(1),TxD:发送数据 串行数据的发送端 RxD:接收数据 串行数据的接收端,RS-232C的引脚(2),RTS:请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时,就发出有效的RTS信号,用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS:清除发送(允许发送) 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时,发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号,RS-232C的引脚(3),DTR:数据终端准备好 通常当数据终端设备一加电,该信号就有效,表明数据终端设备准备就绪 DSR:数据装置准备好 通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通电源连到通信线路上,并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号,例如应答数据接收,RS-232C的引脚(4),GND:信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 CD:载波检测(DCD) 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时,该引脚向数据终端设备提供有效信号 RI:振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间,该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效,RS-232C的引脚(5),保护地(机壳地) 起屏蔽保护作用的接地端,一般应参照设备的使用规定,连接到设备的外壳或大地 TxC:发送器时钟 控制数据终端发送串行数据的时钟信号 RxC:接收器时钟 控制数据终端接收串行数据的时钟信号,12.2.2 RS-232C的连接,微机利用232C接口连接调制解调器,用于实现通过电话线路的远距离通信 微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器,所以被称为零调制解调器(Null Modem)连接,连接调制解调器,不使用联络信号的3线相连方式,为了交换信息,TxD和RxD应当交叉连接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不应检测CTS和DSR是否有效,“伪”使用联络信号的3线相连方式,RTS和CTS各自互接,DTR和DSR各自互接 表明请求传送总是允许、数据装置总准备好,使用联络信号的多线相连方式,通信比较可靠 所用连线较多,不如前者经济,12.2.3 RS-232C的电气特性,232C接口采用EIA电平 高电平为3V15V 低电平为3V15V 实际常用12V或15V,标准TTL电平 高电平:2.4V5V 低电平:0V0.4V,相互转换,12.3 通用异步接收发送器8250,串行传输,需要并行到串行和串行到并行的转换,并按照传输协议发送和接收每个字符(或数据块) 这些工作可由软件实现,也可用硬件实现 通用异步接收发送器UART是串行异步通信的接口电路芯片 IBM PC/XT机的UART芯片是INS 8250 后来使用NS16550,12.3.1 8250的内部结构,8250实现了起止式串行异步通信协议,支持全双工通信 通信字符可选择数据位为58位 停止位1、1.5或2位 可进行奇偶校验 具有奇偶、帧和溢出错误检测电路 8250支持的数据传输速率为509600bps,1. 串行数据的发送,双缓冲寄存器结构 保证数据的连续发送,2. 起始位的检测,起始检测,确定已检测到起始位,采样数据,数据接收时钟频率是数据传输频率的16倍 正确识别起始位,防止因干扰引起的误识别,3. 串行数据的接收,双缓冲寄存器结构 保证数据的连续接收,4. 接收错误的处理,奇偶错误PE(Parity Error) 若接收到的字符的“1”的个数不符合奇偶校验要求 帧错误FE(Frame Error) 若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位) 溢出错误OE(Overrun Error) 若接收移位寄存器接收到一个数据,并送至输入缓冲器时,CPU还未取走前一个数据,就会出现数据溢出 若接收缓冲器的级数多,则溢出错误的几率就少,12.3.2 8250的引脚,分成连接CPU的部分和连接外设的部分 注意:8250不是Intel公司的产品,所以该芯片引脚名称与前面学习的8253、8255等Intel产品有所不同,但是引脚功能却是类似的,1. 处理器接口引脚(1),数据线D0D7:在CPU与8250之间交换信息 地址线A0A2:寻址8250内部寄存器 片选线:8250设计了3个片选输入信号CS0、CS1、CS2*和一个片选输出信号CSOUT。3个片选输入都有效时,才选中8250芯片,同时CSOUT输出高电平有效。 地址选通信号ADS*:当该信号低有效时,锁存上述地址线和片选线的输入状态,保证读写期间的地址稳定,1. 处理器接口引脚(2),读控制线 数据输入选通DISTR(高有效)和DISTR*(低有效)有一个信号有效,CPU从8250内部寄存器读出数据 相当于I/O读信号 写控制线 数据输出选通DOSTR(高有效)和DOSTR*(低有效)有一个有效,CPU就将数据写入8250内部寄存器 相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对,每对信号作用完全相同,只不过有效电平不同而己,1. 处理器接口引脚(3),驱动器禁止信号DDIS:CPU从8250读取数据时,DDIS引脚输出低电平,用来禁止外部收发器对系统总线的驱动;其他时间,DDIS为高电平 主复位线MR:硬件复位信号RESET 中断请求线INTRPT:8250有4级共10个中断源,当任一个未被屏蔽的中断源有请求时,INTRPT输出高电平向CPU请求中断,2. 时钟信号,时钟输入引脚XTAL1:8250的基准工作时钟 时钟输出引脚XTAL2:基准时钟信号的输出端 波特率输出引脚BAUDOUT*:基准时钟经8250内部波特率发生器分频后产生发送时钟 接收时钟引脚RCLK:接收外部提供的接收时钟信号;若采用发送时钟作为接收时钟,则只要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连,3. 串行异步接口引脚,4. 输出线,OUT1*和OUT2*: 两个一般用途的输出信号 由调制解调器控制寄存器的D2和D3使其输出低电平有效信号 复位使其恢复为高,12.3.3 8250的寄存器,8250内部有9种可访问的寄存器,除数寄存器是16位的,占用两个连续的8位端口 内部寄存器用引脚A0A2来寻址;同时还要利用通信线路控制寄存器的最高位,即除数寄存器访问位DLAB,来区别共用两个端口地址的不同寄存器(表12.2),1. 接收缓冲寄存器RBR,存放串行接收后转换成并行的数据,2. 发送保持寄存器THR,包含将要串行发送的并行数据,3. 除数寄存器,除数寄存器保存设定的分频系数 分频系数基准时钟频率(16比特率),4. 通信线路控制寄存器LCR,指定串行异步通信的字符格式,5. 通信线路状态寄存器LSR,提供串行异步通信的当前状态 供CPU读取和处理,6. 调制解调器控制寄存器MCR,设置8250与数据通信设备之间 联络应答的输出信号,7. 调制解调器状态寄存器MSR,反映4个控制输入信号的当前状态及其变化 MSR高4位中某位为1,说明相应输入信号当前为低有效,否则为高电平 MSR低4位中某位为1,则说明从上次CPU读取该状态字后,相应输入信号已发生改变,从高变低或反之 MCR低4位任一位置1,均产生调制解调器状态中断,当CPU读取该寄存器或复位后,低4位被清零,4级中断,接收线路状态中断 奇偶错、溢出错、帧错和中止字符 接收器数据准备好中断 发送保持寄存器空中断 调制解调器状态中断 清除发送状态改变 数据终端准备好状态改变 振铃接通变成断开 接收线路信号检测状态改变,优先权高,优先权高,优先权低,8. 中断允许寄存器IER,8250设计有2个中断寄存器和4级中断 4级中断的优先权,是按照串行通信过程中事件的紧迫程度安排的、是固定不变的 用户可利用中断允许或禁止进行控制 中断允许寄存器的低4位控制8250这4级中断是否被允许 某位为1,则对应的中断被允许 否则,被禁止,9. 中断识别IIR,保存正在请求中断的优先权最高 的中断级别编码,12.4 异步通信适配器,IBM PC/XT机的串行异步通信适配器 以8250为核心 完成发送时的并转串和接收时的串转并以及相应的控制工作 配置了TTL电平与EIA电平转换电路等 展开异步通信适配器的 硬件电路 软件编程,12.4.1 异步通信适配器的接口电路,注意:J9J11跨接器 和OUT2*的作用,12.4.2 异步通信适配器的初始化编程,对8250的内部控制寄存器进行编程写入 写入除数寄存器 设置传输率 写入通信线路控制寄存器 设置字符格式 写入调制解调器控制寄存器 设置工作方式 写入中断允许寄存器 设置中断允许或屏蔽位,设置传输率,mov al,80h mov dx,3fbh out dx,al ;写入通信线路控制寄存器,使DLAB1 mov ax,96 ;分频系数:1.8432MHz(120016)9660H mov dx,3f8h out dx,al ;写入除数寄存器低8位 mov al,ah inc dx out dx,al ;写入除数寄存器高8位,写入除数寄存器,设置字符格式,mov al,00001010b mov dx,3fbh out dx,al ;写入通信线路控制寄存器 ;这段程序同时使DLAB0,写入通信线路控制寄存器,设置工作方式,设置查询通信方式 mov al,03h ;控制OUT2*为高,DTR*和RTS*为低 mov dx,3fch out dx,al ;写入调制解调器控制寄存器 设置中断通信方式 mov al,0bh ;控制为OUT2*低,允许INTRPT产生请求 mov dx,3fch out dx,al,写入调制解调器控制寄存器,设置中断允许或屏蔽位,mov al,0 ;禁止所有中断 mov dx,3f9h out dx,al ;写入中断允许寄存器(此时DLAB0),写入中断允许寄存器,12.4.3 异步通信程序,程序循环读取8250的通信状态寄存器 数据传输错误就显示一个问号“?” 接收到数据就显示出来 可以发送数据就从键盘输入发送字符(用户没有输入字符就不发送) 如果按下ESC键返回DOS,查询通信线路状态,statue: mov dx,2fdh ;读通信线路状态寄存器 in al,dx test al,1eh ;接收有错误否? jnz error ;有错,则转错误处理 test al,01h ;接收到数据吗? jnz receive ;是,转接收处理 test al,20h ;保持寄存器空吗? jz statue ;不能,循环查询,异步通信程序,检测键盘输入,mov ah,0bh ;检测键盘有无输入字符 int 21h cmp al,0 jz statue ;无输入字符,循环等待 mov ah,0 ;有输入字符,读取字符 int 16h ;采用01号DOS功能调用,则有回显 cmp al,1bh jz done ;是ESC键,程序返回DOS,异步通信程序,发送数据,mov dx,2f8h ;将字符输出给发送保持寄存器 out dx,al ;串行发送数据 jmp statue ;继续查询,异步通信程序,接收数据,receive: mov dx,2f8h ;从输入缓冲寄存器读取字符 in al,dx and al,7fh ;传送标准ASCII码(7个数据位) ;所以仅取低7位 push ax ;保存数据,异步通信程序,显示数据,mov dl,al ;屏幕显示该数据 mov ah,2 int 21h pop ax

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