串行接口芯片8251A.ppt

第11章可编程串行接口芯片8251A,教学重点串行通信基本概念8251的内部结构和编程异步通信程序异步通信协议和RS232C接口,11-1基本概念,11-1-1串行通信的基本概念1、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有以下的特点：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,2.传输制式,全双工,半双工,单工,示例,3、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,4.发送/接收时钟,在异步串行通信中，发送端需要用一定频率的时钟来决定发送每l位数据所占的时间长度（称为位宽度），接收端也要用一定频率的时钟来测定每一位输入数据的位宽度。在进行串行通信时，根据传送的波特率来确定发送时钟和接收时钟的频率。在异步传送中每发送一位数据的时间长度由发送时钟决定，每接收一位数据的时间长度由接收时钟决定，它们和波特率之间有如下关系：时钟频率=n波特率,5.串行通信的方式,串行通信按通信约定的格式分为两种：异步通信方式和同步通信方式。,5.串行通信的方式,（1）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,（2）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,11-1-2信号的调制与解调,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,11-2可编程串行接口芯片8251A,Intel8251A是一种通用的同步异步接收发送器（USART）芯片。它作为一种外围器件，可通过编程选用某一种串行通信技术。8251A具有独立的发送器和接收器因此，它能够以单工、半双工或全双工方式进行通信，并且提供一些基本的控制信号，可以方便地与MODEM连接。,11-2-18251A的基本性能,（1）通信初始化程序可以工作在同步通信或异步通信方式。同步方式下，波特率为064Kbps；异步方式下，波特率为019.2Kbps。（2）同步方式时，可设定为内同步或外同步两种做法，同步字符允许采用单同步字符和双同步字符，由用户选定。数据位可在58位之间进行选择。（3）异步方式时，数据位仍可在58位范围内选用，用1位作为奇偶校验位或不设置奇偶位。此外，8251A在异步方式下能自动为每个数据增加1位启动位及1位、1.5位或2位停止位（由初始化程序选择）。（4）8251A具有奇偶校验、帧校验和溢出校验三种字符数据的校验方式，校验位的插入、检查和出错标志的建立均由芯片自动完成。（5）8251A能与MODEM直接相连，接收和发送的数据均可存放在各自的缓冲器中，以便实现全双工通信。,11-2-28251A的基本结构1.8251A的内部结构,数据总线缓冲器是CPU与8251A之间的数据接口，它包含3个8位缓冲寄存器，其中两个寄存器分别用来存放CPU从8251A读取的状态信息或数据，一个寄存器存放CPU向8251A写入的控制字或数据。数据总线缓冲器将8251A的8条数据线D7D0和CPU的系统数据总线相连。,作用：接收器接收在RxD上的串行数据并按规定的格式转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。,RxD,异或门,内部CLK,DB,检测,奇偶检验结果,接收缓冲寄存器,接收移位寄存器,奇偶位,停止位1,波特率,工作过程：（异步方式）当8251允许接收并准备好接收数据时，监测RxD端，当检测到起始位（低电平）后，使用16倍率的内部CLK，连续检测8个0确认。然后按波特率移位、检测RXD，直至停止位。内部删除起始、奇偶、停止位接收缓冲寄存器后，使RxRDY为高，向CPU提出中断申请。,内部产生起始、奇偶检验、停止位，按约定的波特率从TxD输出。,数据发送缓冲器,波特率,发送移位寄存器,奇偶位,停止位1,起始位,TXDSOUT,0,内部CLK,DB,CPU执行输出指令，并行数据发送缓冲器。,工作过程,发送缓冲器发送移位寄存器，向CPU提出中断申请（TxRDY=1）。,当数据全部输出结束，在TXD发出连续低电平(TxE=1)。,异或门,2.8251A的引脚功能,8251A的引脚排列如下图所示,RxD（ReceiverData）接收数据：从RxD端串行输入数据输入,RxRDY（ReceiverReady）接收数据准备好：表示接收数据缓冲器已收到一个字符数据，CPU可采用中断或查询方式读取数据（RxRDY=0）。,SYNDET/BRKDET（SyncDetecte/BreakDetece）同步检测/断点检测同步方式（同步检测）：在内同步方式，当8251检测到同步字符，SYNDET输出为高点平，表明8251A已处于同步状态。CPU执行一次读操作后，SYNDET自动复位；,异步方式（断点检测）：当8251从RxD端连续收到两个由全“0”组成的字符时，该引脚输出为高电平，表示当前线路上无数据可读，只有当RxD端收到1个“1”信号或8251复位时，BRKDET变为低电平。,外同步方式：当SYNDET引脚有一个正跳变脉冲，8251在下一个接收时钟的上升沿开始接收字符，一旦达到同步，SYNDET引脚的高电平即可撤除。,TxE（TransmitterEmpty）发送器空：TxE=1表示发送移位寄存器中已无数据可以向外部发送。此时，由TxD输出空闲位（同步字符）。当8251从CPU接收到一个数据后，TxE=“0”。,TxD（TransmitterData）发送数据：将CPU送入的并行数据转换成串行格式后，从TxD端输出,TxRDY（TransmitterReady）发送数据准备好：TxRDY=1表示发送数据缓冲器已准备好从CPU接收一个字符数据，CPU可采用中断或查询方式输出一个数据（RxRDY=0）。,CLK：输入产生8251A的内部时序。CLK的频率在同步方式工作时必须大于接收器和发送器输入时钟频率的30倍；在异步方式工作时必须大于输入时钟的4.5倍。另外，规定CLK的周期要在0.421.35s的范围内。,DB7DB0：三态双向数据总线，可连到CPU数据总线。CPU与8251A之间的命令信息、数据以及状态信息都是通过这组数据总线传送的。,RESET：芯片复位信号。为高电平时8251A各寄存器处于复位状态。收、发线路上均处于空闲状态。通常该信号与系统的复位线相连。,CS：片选信号，低电平有效。由CPU的IO/及地址信号经译码后供给。,C/D：控制/数据端。为高电平时CPU从数据总线读入的是状态信息；为低电平时CPU读入的是数据。同样，C/D端为高电平时CPU写入的是命令；C/D为低电平时CPU输出数据。C/D与CPU的一条地址线相连。,RD：CPU读8251A的控制信号，低有效，与CPU的RD端相连。,WR：CPU向8251A写数据的控制信号，低有效，与CPU的WR端相连。,在远程通信时，可用8251与调制解调器相连，经电话线传输数据,11-2-38251A的编程控制,8251A是可编程串行接口，在使用之前必须由程序对其工作状态进行设定（称为初始化），其中包括同步方式还是异步方式、传输波特率、字符代码位数、校验方式、停止位位数等。8251A内部既有数据寄存器，还有控制字寄存器和状态寄存器。控制字寄存器用于8251A的方式控制和命令控制，状态寄存器则存放8251A的状态信息。,方式字：确定8251A的工作方式；（异步，波特率，字符长度，奇偶校验）,1方式控制字,命令控制字用于控制8251A的工作，使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数据，应在写入方式控制字后写入，,2命令控制字,1使TxD线变低，发送空白字符0正常工作,3状态字,11-2-48251A的初始化和编程应用,1.8251A的初始化,【例11.1】编制一个通过8251A查询方式接收数据的程序。要求8251A定义为异步传送方式，波特率系数为64，采用偶校验，l位停止位，7位数据位,MOVDX,04A2HMOVAL,7BH；写工作方式控制字OUTDX,ALMOVAL,14H；写操作命令控制字OUTDX,ALLP:INAL,DX；读状态控制字ANDAL,02H；检查RxRDY是否为1JZLPMOVDX,04A0HINAL,DX,8251A和CPU的通信方式可以采用查询方式和中断方式实现，这两种方式的应用分析如下。,2.8251A和CPU的通信方式,（1）查询方式：该方式的应用特点是发送数据的程序在初始化程序之后。,【例11.2】采用查询方式发送数据，假定要发送的字节数据放在TABLE开始的数据区，且要发送的字节数据放在BX中，数据端口地址为04A0H，控制/状态寄存器端口地址为04A2H。发送数据的程序段设计如下：,START:MOVDX,04A2HLEASI,TABLEWAIT:INAL,DXTESTAL,04AHJZWAITPUSHDXMOVDX,04AOHLODSBOUTDX,ALPOPDXDECBXMOVDX，04A2HJNZWAIT,【例11.3】下面是一个接收数据程序，假设接收后的数据送入DATA开始的数据存储区中。8251A各寄存器地址安排同上。,RECV:MOVSI,OFFSETDATAMOVDX,04A2HWAIT:INAL,DX；读入状态寄存器TESTAL,38H；检查是否有任何错误产生JNZERROR；有，转出错处理TESTAL,01H；否则检查数据是否准备好JZWAIT；未准备好，继续等待检测MOVDX,04AOHINAL,DX；否则接收一个字节ANDAL,7FH；保留低7位MOVSI,AL；送数据缓冲区INCSIMOVDX,04A2HJMPWAIT,8251A和CPU的通信方式可以采用查询方式和中断方式实现，这两种方式的应用分析如下。,2.8251A和CPU的通信方式,（2）中断方式：利用中断方式可实现8251A和CPU的串行通信。,【例11.4】设系统以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。波特率系数为16，1位停止位，7位数据位，奇校验。程序段设计如下：,MOVDX,04A2HMOVAL,01011010B；写工作方式控制字OUTDX,ALMOVAL,14H；写操作命令控制字OUTDX,AL,例：8251工作于异步方式，波特率系数为16，7位数据位，1个停止位，偶校验，控制口地址3F2H。,MOVDX，3F2HMOVAL，00HOUTDX，ALCALLDELAY1OUTDX，ALCALLDELAY1OUTDX，ALCALLDELAY1MOVAL，40H；复位字OUTDX，ALCALLDELAY1,MOVAL，01111010B；方式字OUTDX，ALCALLDELAY1MOVAL，00010101B；命令字OUTDX，AL,11-3PC机串行异步通信接口,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,11-3-1基本概念,1、概述,RS232C是最常用的串行通信接口标准之一，是PC机的标准配置。通过RS232C接口可实现计算机与其他数字设备(包括计算机)的通信。,2.RS-232串行通信总线标准,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,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（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,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