微机系统串行通信.ppt

1,第9章 微机系统串行通信,一、串行通信基础 二、可编程串行异步通信接口芯片8250 三、可编程串行通信接口芯片8251,2,一、串行通信基础,串行通信的概念,所谓串行通讯是指外设和计算机间使用一根数据信号线一位一位地传输数据，每一位数据都占据一个固定的时间长度。,“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式，CPU与接口之间仍按并行方式工作。,3,信息传输的检错和纠错,串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错 如何发现传输中的错误，叫检错。 发现错误后，如何消除错误，叫纠错 最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。 奇校验：所有传送的数位（包含字符的各个数位和校验位）中，1的个数为奇数 偶校验：所有传送的数位（包含字符的各个数位和校验位）中，1的个数为偶数,奇偶校验能够检测出1位误码，但是不能纠错。,4,串行数据传输方式,通讯双方能同时进行发送和接收操作,只有1根数据线传送数据信号，通讯双方不能同时在两个方向上传送。,只允许数据按照一个固定的方向传送,单工方式,半双工方式,全双工方式,5,传输速率,在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率 波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps,国际上规定了一个标准波特率系列： 110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps。,6,传输速率,在串行通信中，无论收发都必须有时钟脉冲信号对传送的数据进行定位和同步控制。接收时钟/发送时钟是波特率的倍数波特率因子。,例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则 接收时钟和发送时钟频率=960016=153600Hz 波特率因子=16 ，表明16个时钟脉冲传送1位。,7,信号的调制和解调,数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如电话线频带范围仅3003400Hz 所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再以解调器（Demodulator），把模拟信号变为数字信号。 大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中，称为调制解调器Modem,8,在数据通讯中，Modem起着传输信号的作用，是一种数据通讯设备，简称DCE 接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。 微机串行通信接口电路，如8250/8251为DTE。,信号的调制和解调,9,串行通信的类型,串行通讯可以分为两种类型：同步通讯、异步通讯,异步通讯,一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符本身的各位，接着传输校验位，最后以停止位结束该字符的传输。 一次传输的起始位、字符各位、校验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧（Frame） 帧与帧之间可有任意个空闲位,10,异步通讯的信息格式,起始位 逻辑0 1位 数据位 逻辑0或1 5位、6位、7位、8位 校验位 逻辑0或1 1位或无 停止位 逻辑1 1位、1.5位或2位 空闲位 逻辑1 任意数量,串行通信的类型,异步通讯,11,例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形为,串行通信的类型,异步通讯,12,同步通讯,靠同步字符完成收发双方同步,多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成一个信息帧,同步字符 字符1 字符2 字符n 校验字符,数据块,串行通信的类型,13,串行通信的接口标准,在串行通信中，DTE和DCE之间的连接要符合接口标准 计算机通信中使用最普遍的是RS-232C标准 PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器,14,串行通信的接口标准,TxD 发送数据（DTEDCE） RxD 接收数据（DCEDTE） SG 信号地 DSR DCE就绪（DCEDTE） DTR DTE就绪（DTEDCE） RTS 请求发送（DTEDCE） CTS 清除发送（DCEDTE） DCE允许DTE发送,该信 号是对RTS信号的回答。 DCD 数据载波检出（DCEDTE） 当本地DCE收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RxD线送给DTE。 RI 振铃信号（DCEDTE） 当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。,15,串行通信的接口标准,RS-232-C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容,串行接口芯片8250、8251均使用TTL电平，应使用电平转换电路与RS-232C连接器连接。 MC1488：TTL电平RS232电平 （用于发送方） MC1489：TTL电平RS232电平 （用于接收方）,16,串行通信的接口标准,采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接,17,串行通信的接口标准,采用专用线通讯时的信号连接,18,串行通信的接口标准,无Modem的标准连接,19,串行通信的接口标准,无Modem 的最简连接,20,典型的串行接口的结构,由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有“接收移位寄存器”（串并）和“发送移位寄存器”（并串）。,21,二、可编程串行异步通信接口芯片8250,8250的内部结构与引脚功能,22,二、可编程串行异步通信接口芯片8250,8250,INTRPT,8259,OUT2#,IR4,CPU,INT,INTR,8250中断请求信号与CPU的连接,8250的内部结构与引脚功能,23,8250的内部寄存器,8250内部有10个可寻址的寄存器，分为数据、控制、状态三组 8250有7个端口地址： 主串口(COM1)地址：3F8H3FEH 辅串口(COM2)地址：2F8H2FEH,发送保持寄存器（3F8H/2F8H）: 保存待发送的并行数据 接收缓冲寄存器（ 3F8H/2F8H）: 保存接收到的一个字符,24,8250的内部寄存器,通信线状态寄存器（3FDH/2FDH） 该寄存器提供数据传输的状态信息，各位含义如下： D0位：接收数据准备好接收缓冲器满）标志位。D0=1，表示接收器已接收到一帧完整的数据，并以转换成并行数据，存入接收缓冲寄存器。 D1位：溢出错标志位。D1=1，表示接收缓冲器中的字符未取走。8250又接收到新输入的数据，造成前一数据被破坏。 D2位：奇偶错标志位。D2=1，表示接收到的数据有奇偶错。 D3位：帧错（接收格式错）标志位。D3=1，表示接收的数据没有正确的停止位。 D4位：线路间断标志位。D4=1，表示收到长时间“0”信号（即终止信号）。,25,8250的内部寄存器,D5位：发送保持寄存器空闲标志位。D5=1，表示数据已从发送保持寄存器转移到发送移位寄存器，发送保持寄存器空闲，CPU可以写入新数据。当新数据送入发送保持寄存器后，D5置0。 D6位：发送移位寄存器空闲标志位。D6=1，表示一帧数据已发送完毕。当下一个数据由发送保持寄存器移入发送移位寄存器时，该位被置0。 D7位：恒为0。,26,中断允许寄存器（3F9H/2F9H）,8250的内部寄存器,中断识别寄存器（3FAH/2FAH）,D0 0：有中断待处理；1：无中断待处理 D2D1 11：接收数据错；10：接收缓冲器满 01：发送保持器空；00：MODEM状态改变,27,MODEM控制寄存器（3FCH/2FCH） 控制与MODEM的接口信号,8250的内部寄存器,28,除数寄存器（高8位3F9H/2F9H，低8位3F8H/2F8H ）,8250使用1.8432MHz的基准时钟输入信号，通过内部分频产生发送时钟频率和接收时钟频率。 波特率因子固定为16，所以 16*波特率=1843200/分频系数 分频系数即为除数 除数= 1843200/(16*波特率) 除数要由程序员分两次写入除数寄存器的高8位和低8位,8250的内部寄存器,29,8250的内部寄存器,通信线控制寄存器（3FBH/2FBH）: 用于指定异步串行通信的数据格式,30,MODEM状态寄存器（3FEH/2FEH） 提供与DCE之间联络信号的状态信息,8250的内部寄存器,31,9.3 串行端口的中断服务功能,9.3.1 AH=00子功能 9.3.2 AH=01/02子服务功能 9.3.3 AH=03子服务功能 9.3.4 AH=04/05子服务功能,返回本章首页,32,9.3.1 AH=00子功能,表7.10 AH=00的参数设置,返回本节,33,9.3.2 AH=01/02子服务功能,表7.11 AH=01/02子服务功能,返回本节,34,9.3.3 AH=03子服务功能,表7.12列出了AH=03子服务功能，该功能专门用于读通信进程中的状态。在AH中返回线路状态，在AL中返回MODEM状态。,表7.12 AH=03子服务功能,返回本节,35,9.3.4 AH=04/05子服务功能,表7.13 AH=04/05的扩展子服务功能,返回本节,36,8250通信编程,1. 初始化编程,包括设置波特率、串行通信数据格式、工作方式,设波特率为9600，则除数为1843200/(9600*16)=12=000CH MOV DX, 3FBH MOV AL, 80H ;访问除数寄存器 OUT DX, AL MOV DX, 3F8h MOV AX, 000CH OUT DX, AL ;除数的低8位写入3F8H INC DX MOV AL, AH OUT DX, AL ;除数的高8位写入3F9H,37,8250通信编程,1. 初始化编程,数据格式为8位数据位，1位停止位，奇校验 MOV AL, 0BH ;00001011 MOV DX, 3FBH OUT DX, AL 8250的工作方式由MODEM控制寄存器设置 设置自环工作方式 MOV AL, 13H MOV DX, 3FCh OUT DX, AL,38,8250通信编程,2. 查询方式通信编程 读线路状态寄存器3FDH查相应状态位（D0和D5位）,发送程序： MOV DX, 3FDH IN AL, DX TEST AL, 20H ;D5位是否为1 JZ TR MOV AL, SI ;从SI取出 MOV DX, 3F8H ;发送数据 OUT DX, AL,TR:,接收程序： MOV DX, 3FDH IN AL, DX TEST AL, 1 ;D0位是否为1 JZ RE MOV DX, 3F8H IN AL, DX MOV DI, AL ;读入数据存入DI中,RE:,39,8250通信编程,3. 中断方式通信编程 设置中断向量：对IRQ4，中断类型号为0CH 设置中断允许寄存器 例如，允许发送与接收中断请求 MOV AL, 3 MOV DX, 3F9H OUT DX, AL 中断服务程序 需读取中断识别寄存器的内容以判断到底是哪一中断，并转 相应的处理程序 MOV DX, 3FAH IN AL, DX AND AL, 7 CMP AL, 4 JZ Re,CMP AL, 2 JZ Tr ,40,三、可编程串行通信接口8251,通过编程，可以实现异步通讯协议或面向字符的同步通讯协议，波特率：同步方式下：0-64Kbps；异步方式下：0-19.2Kbps。 同步方式下，每字符为5，6，7，8位，能自动检测同步字符，自动添加奇偶校验。 异步方式下，每字符可为5，6，7，8位，自动增加起始位、停止位和校验位。,41,8251的结构,模式寄存器 决定工作于同步或异步模式以及接收和发送的字符格式 同步字符寄存器 存放同步模式下的同步字符,42,8251的引脚信号,C/D#: 该信号一般连至地址线A0，用于选择控制端口/数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口，控制寄存器与状态寄存器合用一个端口。 TxE：通知CPU发送移位寄存器空。此时，在状态寄 存器的TxE位置1。CPU可以查询TxE信号或状态寄存器的TxE位 TxRDY:告诉CPU，8251已准备好发送，CPU可以为其提供需要发送的字符。 CPU可以查询该信号，或把该信号作为中断请求信号。 RxRDY:通知CPU，8251已从外部设备收到一个字符，等待CPU读取。CPU可以查询该信号，或把该信号作为中断请求信号。,43,SYNDET:同步检测信号，只用于同步方式 TXC、RXC: 8251没有内置的波特率发生器，必须由外部产生建立波特率的时钟信号，TXC、RXC通常与8253连接,8251的引脚信号,44,8251的命令字与初始化编程,方式选择命令字的格式,45,8251的命令字与初始化编程,工作命令字与状态字的格式,46,8251的命令字与初始化编程,流程,47,8251与CPU的数据交换,查询方式/中断方式,采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。 状态寄存器D0=1，CPU可以向8251数据端口写入数据，完成串行数据的发送 状态寄存器D1=1，CPU可以从8251数据端口读出数据，完成一帧数据的接收,48,8251与CPU的数据交换,中断方式,8251没有单独的中断请求引脚： TXRDY引脚可以作为发送中断请求 RXRDY引脚可以作为接收中断请求 收发均采用中断方式时， TXRDY、 RXRDY可以通过或门与系统总线的中断请求线连接。在CPU响应中断转到ISP中时，再对状态寄存器进行查询，以区分是发送中断还是接收中断,49,8251编程示例,例：编写8251异步模