微机技术第9章串行通信与.ppt

第09章串行通信与8250 课前提问 8259A管理中断优先权的方案有几种 什么是特殊屏蔽方式 isr irr 第09章串行通信接口 教学重点串行通信基础 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 9 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5 8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 BitRate 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 BaudRate 过去 串行异步通信的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间 现在 可以达到115200bps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 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 9 2串行接口标准RS 232C 补充 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 9 2 1RS 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 9 2 2RS 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 NullModem 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 9 2 3RS 232C的电气特性 232C接口采用EIA电平高电平为 3V 15V低电平为 3V 15V实际常用 12V或 15V 标准TTL电平高电平 2 4V 5V低电平 0V 0 4V 相互转换 9 3可编程串行异步通信接口芯片8250原理与使用 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IBMPC XT机的UART芯片是INS8250后来使用NS16550 9 3 18250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5 8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50 9600bps 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 ParityError 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 FrameError 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 OverrunError 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 9 3 28250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D0 D7 在CPU与8250之间交换信息地址线A0 A2 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 9 3 38250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A0 A2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11 3 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 9 4异步通信适配器 补充 IBMPC 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 9 4 1异步通信适配器的接口电路 注意 J9 J11跨接器和OUT2 的作用 9 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 moval 80hmovdx 3fbhoutdx al 写入通信线路控制寄存器 使DLAB 1movax 96 分频系数 1 8432MHz 1200 16 96 60Hmovdx 3f8houtdx al 写入除数寄存器低8位moval ahincdxoutdx al 写入除数寄存器高8位 写入除数寄存器 设置字符格式 moval 00001010bmovdx 3fbhoutdx al 写入通信线路控制寄存器 这段程序同时使DLAB 0 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moval 03h 控制OUT2 为高 DTR 和RTS 为低movdx 3fchoutdx al 写入调制解调器控制寄存器设置中断通信方式moval 0bh 控制为OUT2 低 允许INTRPT产生请求movdx 3fchoutdx al 写入调制解调器控制寄存器 设置中断允许或屏蔽位 moval 0 禁止所有中断movdx 3f9houtdx al 写入中断允许寄存器 此时DLAB 0 写入中断允许寄存器 9 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 movdx 2fdh 读通信线路状态寄存器inal dxtestal 1eh 接收有错误否 jnzerror 有错 则转错误处理testal 01h 接收到数据吗 jnzreceive 是 转接收处理testal 20h 保持寄存器空吗 jzstatue 不能 循环查询 异步通信程序 检测键盘输入 movah 0bh 检测键盘有无输入字符int21hcmpal 0jzstatue 无输入字符 循环等待movah 0 有输入字符 读取字符int16h 采用01号DOS功能调用 则有回显cmpal 1bhjzdone 是ESC键 程序返回DOS 异步通信程序 发送数据 movdx 2f8h 将字符输出给发送保持寄存器outdx al 串行发送数据jmpstatue 继续查询 异步通信程序 接收数据 receive movdx 2f8h 从输入缓冲寄存器读取字符inal dxandal 7fh 传送标准ASCII码 7个数据位 所以仅取低7位pushax 保存数据 异步通信程序 显示数据 movdl al 屏幕显示该数据movah 2int21hpopax 恢复数据cmpal 0dh 数据是回车符吗 jnzstatue 不是 则循环movdl 0ah 是 再进行换行movah