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第10章 串行通信与接口,第8章 串并行通信与接口,教学重点 串、并行接口的特点 8255A的工作方式和编程 8255A的0、 1方式及其应用 8251A、8250的初始化编程,教学难点,8255A方式1、方式2与CPU的连接和应用 8251A与CPU的连接和应用,1 串行通信的基本概念 串行通信：指利用一条数据传输线将数据一位一位顺序传送。 特点：通信电路简单，成本低，适用于远程通信，但传输速度慢。,10.1 可编程串行通信接口芯片8251,现在的台式PC机一般至少有两个RS232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9针D形连接器，而COM2使用的是老式的DB25针连接器。,一、数据传送方向 串行通信时，数据通信在两个站之间进行传送，如微机与微机之间，微机与终端之间。可分为如下三种传送方式。,二、波特率与收/发时钟,串行传输速率也称波特率（Baud 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 常用的波特率为110、300、600、1200、400、4800、9600 和19200 波特或更高。,（1）串行传输速率,字符速率与波特率两者关系,字符速率：每秒钟传输的字符数。 波特率：指单位时间内传送二进制数据的位数。单位为：b/s,例: 异步传输过程， 设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200bps，那么，每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个。,传送每位信息所占用的时间为： Td=1 秒/1200=0.833 毫秒,（2） 发送/接收时钟 在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟来决定每1位对应的时间长度，接收端也需要用一个时钟来测定每1位的时间长度，前一个时钟叫发送时钟，后一个时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就称为波特率因子。,发送/接收时钟频率与波特率之间的关系为： 发送/接收时钟频率=n发送/接收波特率，其中n称为波特因子，一般n=1，16，32，64 。,例：要求传输速率为1200 bps 当选择n=16时，表明一位数字信号中有16个时钟脉冲，故发送/接收时钟频率为： 120016=19.2kHz,接收端检测到线路为低，过8个（假定波特因子为16）接收时钟周期后，如果还为低，则认为接收到一个起始位，则随后每过16个接收时钟周期后，接收到一个数据位。,3.串行通信的两种基本方式,在串行通信中，有两种最基本的通信方式： 同步通信（Synchronous Data Communication） 异步通信（Asynchronous Data Communication）,（1）异步通信及其协议,异步通信是指以字符为单位传送数据，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符，两次传送时间隔不固定。,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。,起始位：先发出一个逻辑“0”信号，表示开始传输字符。 数据位：紧跟着起始位之后，数据位可为58 位，先传送最低有效位。最后传送最高有效位。,奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数为偶数称为偶校验，反之为奇校验，通过编程可以设定为奇校验、偶校验或无校验。,停止位： 一个数据传输结束标志，可以是1 位、1.5 位、2 位的高电平。 空闲位： 处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。,异步通讯为了可靠地传送数据，在每次传送数据的同时，附加了一些标志位。在大量数据传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，这就是同步通讯。采用同步传送，在数据块开始处要用同步字符来指示，并在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步。,同步方式： 单同步、双同步、外同步。 单同步：传送数据前先传送1个同步字符。 双同步：传送数据前先传送2个同步字符。 外同步：使用一条专用线路传输同步字符，使收发及接收方同步。,提高电平摆幅RS232-C标准 采用平衡式传输RS422/RS485 采用电流信号20mA电流环 利用电话线和声频信号调制/解调 调制（Modulating）：把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号。 解调（Demodulating）： 将电话线路上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联合装置。,串行数据的远传,可以用电缆线直接连接标准RS232端口，但通信距离较近(12m)。若距离较远，可附加调制解调器（MODEM）。,美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口。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与数据通信设备DCE的标准接口。 DTE数据终端设备，例如计算机 DCE数据通信设备（数传机），例如调制解调器） 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,串行接口标准RS-232C,DTE,DCE,DCE,DTE,调制解调器,调制解调器,计算机,计算机,电话线,RS-232C 接口,RS-232C 接口,RS-232C接口的使用场合,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。,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,电话线,MODEM,微机,2 3 4 5 6 7 8 20 22,2 3 4 5 6 7 8 20 22,MODEM,2 3 4 5 6 7 8 20 22,微机,2 3 4 5 6 7 8 20 22,标准TTL电平（正逻辑） “1”电平：3.5V5V “0”电平：0V0.8V,相互转换,RS232C电器特性 在数据线TXD和RXD上： 逻辑1=3V15V 逻辑0=3V15V 在控制线和状态线RTS、CTS、 DSR、DTR和DCD上： 信号有效3V15V 信号无效3V15V,一、8251A 基本性能 两种传送方式：同步和异步传送。 同步传送：58 位/字符，内部或外部同步可自动插人同步字符。 异步传送：58 位/字符，时钟速率为通信波特率的1、16 或64 倍。,10.2 可编程串行通信接口芯片8251A,可自动产生、检测和处理终止字符，可产生1、1.5 或2 位的停止位。 波特率在同步方式时为064Kbps，异步方式时为019.2Kbps。 全双工、双缓冲器发送器和接收器。 出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。,RXD,3.8251A的接口信号,（1） 8251A与CPU接口信号,片选信号 CS*为低电平时，8251A被选中 数据信号 读写控制信号 RD*为读信号 WR*为写信号 C/D*为控制/数据信号,8251A 与外设的接口信号 8251A 与外设的接口信号分两类： （1）收发联络信号 /DTR （Data Terminal Ready），数据终端准备好信号，输出，低电平有效。表明8251可以接收数据。 /DSR （Data Set Ready），数据装置准备好，输入，低电平有效，表示外设或调制解调器已准备好。,收发联络信号 TxRDY（Transmit Data） 指示8251的发送缓冲器为空。通过中断，可以通知CPU，CPU可以向8251发送缓冲器写入1个字节数据以发送。,TxE（Transmit Empty） 并串转换器为空。,SYNDET/BD（Synchronous Detection）/BD(Break Detection)， 双引脚功能线。同步检测信号，只用于同步方式。 采用内同步，接收方收到同步字符时，SYNDET输出高，表示达到同步，后面就是有效数据。,采用外同步时，外部字符由SYNDET输入或输出。对接收方，当SYNDET有效时，表示达到同步，后面的数据为有效数据。 异步方式下，接收方连续收到8个0, SYNDET/BD变为高电平，表示处于数据断缺状态。,RxRDY（Receptor Ready），接收器准备好信号，用来表示当前8251A 已经从外部设备或调制解调器接收到一个字符，等待CPU 取走。 在中断方式时，RxRDY 可以作为中断请求信号。,/RTS （Request To Send），请求发送信号，输出，低电平有效，表示8251打算发送数据。 /CTS （Clear To Send），清除请求发送信号，输入，低电平有效，这是调制解调器对8251A 的/RTS信号的响应，它是由外设发送8251A 的，当/CTS为低电平时，8251A 才能进行发送操作。,/RTS ，/CTS， /DTR ，/DSR 是状态寄存器中对应位RTS、CTS、DTR、DSR的取反。,（2）数据信号 TxD（Transmit Data），发送器数据输出 RxD（Receiver Data），接收器数据输入,时钟、电源和地 CLK，工作时钟，由外部时钟源提供。为芯片内部电路提供定时，它不等于发送和接收数据的时钟。0.74MHz3.1MHz。 在异步方式下，CLK 的频率要大于接收器或发送器输入时钟频率的45 倍。 在同步方式下，CLK 的频率要大于接收或发送输入时钟的30 倍。,RESET 高电平复位，使收、发处于空闲状态。,TxC （Transmitter Clock），发送器的时钟输入，用来控制发送字符的速度。 RxC （Receiver Clock），接收器时钟输入，用来控制接收字符的速度，其频率选择和TxC 一样。 Vcc，电源输入 GND，地,四、8251A 的编程 8251A 为可编程的串行接口芯片，在使用之前必须对它进行初始化编程，规定其工作方式，传输的波特率、字符格式等。 初始化编程必须在系统复位（RESET）以后，在8251A 工作之前进行。,8251A 的编程包括两个方面的内容： （1）由CPU 发出控制字，即方式命令字和操作命令控制字。 方式命令字是规定8251A 的工作方式。 操作命令字直接使8251A 处于规定的工作状态，准备接收或发送数据。 复位后，必须先向8251写入方式命令字。,（2）由8251A 向CPU 送出的状态字。 在数据通信系统中，常常需要检测8251A 的工作状态，如检测传送中是否产生错误。,方式命令字,操作命令字,TxEN1，允许8251发送数据。 DTR1，表示8251工作正常，可以与modem收发数据。 RxEN1，允许8251接收数据。 ，则使8251一直发送0信号。正常通信时，应设SBRK0。,ER1，则清除状态寄存器的3个出错标志。 PE（奇偶校验出错标志） OE（接收数据被覆盖标志） FE（帧数据格式错误，接收的停止位不为1）,RTS1，使/RTS为低，表示8051要求发送数据。 IR1，使8251复位。软件复位。 EH在同步方式下有效。EH1，表示8251开始搜索同步字符。,状态寄存器,PE 、OE、 FE置为1，表示有错误发生，但8251不停止收/发。 TxRDY=1，表示发送缓冲器为空。 TxRDY管脚表为1的条件： （1）发送缓冲器为空 （2）/CTS0 （3）TxEN1 一般，可以查询TxRDY。用TxRDY管脚中断。,若要查询8251A 接收器是否准备好，可用下列程序实现： MOV DX，3F9H ；状态口 NEXT： IN AL，DX ；读状态口 AND AL，02H ；查询D1=1？ JZ NEXT ；未准备好，转NEXT 等待 MOV DX，3F8H ；数据口地址送DX IN AL，DX,设8251A 工作于异步方式，波特率系数为16，具有7 位数据位，1 位停止位，偶校验，发送、接收允许，设端口地址为3F8H 和3F9H，试编程初始化。 分析：根据题目要求，可以确定方式命令字为：01111010B，即7AH。而操作命令字为00110111B，即37H,则初始化程序如下： MOV DX，3F9H MOV AL，7AH ；送方式命令字 OUT DX，AL MOV AL，37H OUT DX，AL ；设操作命令字，允许接收与发送，清错 ；误标志，使RTS 和DTR 有效,利用两片8251A 通过标准串行接口RS-232C 实现两台8086 微机之间的异步串行通信。设两台微机中8251A 的命令端口地址为均3F9H，数据端口地址均为3F8H,初始化程序由两部分组成： 将一方定义为发送方，发送方CPU 查询到TxRDY 有效时，则CPU 向8251A 并行输出一个待发送的字节数据； 将对方定义为接收方，接收方CPU 查询到RxRDY 有效时，则从8251A 输入一个已接收到的字节数据，直到全部数据传送完毕为止。,设8255A 的4 个端口地址分别为0C0H、0C1H、0C2H 和0C3H，要求用按位置位/复位控制字使PC6 输出方波信号，试编程实现。 设8255A 接到系统中，端口A、B、C 及控制口地址分别为220H、221H、222H 及223H，工作在方式0，试编程将端口B 的数据输入后，从端口C 输出，同时，将其取反后从端口