第10章 串行通信(南通大学).ppt

第10章串行通信,10.1基本概念10.2可编程串行通信接口芯片NS825010.3可编程串行通信接口芯片8251A,1,10.1基本概念,10.1.1串行通信与并行通信,并行通信是指利用多根传输线将多位数据同时进行传送。1字节的数据通过8条传输线同时发送。由于并行通信方式使用的线路多，一般用在如计算机与打印机等距离短、数据量大的场合。串行通信是指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序分时传输。当传送一字节的数据时，8位数据通过一条线分8个时间段发出，发出顺序一般是由低位到高位。,2,1.数据帧格式,10.1.2异步串行通信,异步传送是计算机通信中常用的串行通信方式。异步是指发送端和接收端不使用共同的时钟，也不在数据中传送同步信号。在这种方式下，收方与发方之间必须约定数据帧格式和波特率。,3,2、波特率(BaudRate)波特率是衡量串行数据传送速度的参数，是指单位时间内传送二进制数据的位数，以位/秒为单位（或bps,bit/s），也称为波特。【例题10.1】设数据帧为1位起始位、1位终止位、7位数据位、1位奇偶校验位，传送的波特率为1200（波特）。用7位数据位代表一个字符，求最高字符传送速度。解：1200（位/秒）/10（位）120（字符）【例题10.2】设数据帧为1位起始位、2位终止位、8位数据位、1位奇偶校验位，要求每秒传送字符数大于1000字节，则波特率应大于多少波特？解：12（位/秒）100012000（字符），波特率应大于12000位/秒。,4,同步传送时，无需起始位、停止位。每一帧包含较多的数据，在每一帧开始处使用1-2个同步字符以表示一帧的开始。,10.1.3同步串行通信,5,1、单工2、半双工3、全双工,10.1.4串行通信中的数据传送模式,6,10.1.5信号的调制和解调,7,最初RS-232C串行接口的设计目的是用于连接调制解调器。目前，RS-232C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)的标淮接口。利用RS-233C接口不仅可以实现远距离通信，也可以近距离连接两台微机或电子设备。,10.1.6串行接口标准RS-232C,8,1RS-232C的引脚定义,RS-232C接口标准使用标准的25针D型连接器即DB-25。PC机已使用9针连接器取代25针连接器。,9,10,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。GND信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平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。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，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。CD载波检测当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。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。,11,2RS-232C的连接,计算机由RS-232C接口连接调制解调器,12,两台微机直接利用RS-232C接口进行短距离通信,13,3RS-232C的电气特征,高电平为+3V+15V，低电平为-3V-15V。实际应用中常采用12v或15v。高电平表示逻辑0，用符号SPACE(空号)表示；低电平表示逻辑1，用符号MARK(传号)表示。由于RS-232C的EIA电平与微机的逻辑电平(TTL电平或CMOS电平)不兼容所以两者间需要进行电平转换。MCl488(完成TTL电平到EIA电平的转换)和MCl489(完成EIA电平到TTL电平的转换)等芯片。,14,MAX232电平转换电路如图所示，能实现两路TTL电平到EIA电平、两路EIA电平到TTL电平的转换。,15,10.2通用可编程串行通信接口芯片NS8250,10.2.1NS8250概述1基本功能支持串行异步通信协议支持全双工通信数据位可选58位，停止位可选1、15或2位，可奇偶校验，具有奇偶、帧和溢出错误的检测。具有带优先级排序的中断系统，有多种中断源发送和接收均采用双缓冲器结构。使用单一的5V电源，40脚双列直插型封装。,16,2结构其中寄存器：THR、TSRRBR、RSRLCRLSRDLHDLLMCRMSRIERIIR,17,（1）串行数据的发送,CPU送来的并行数据存在发送保持寄存器THR中。只要发送移位寄存器TSR中没有正在发送的数据，发送保持寄存器的数据就送入TSR。与此同时，8250按照编程规定的起止式字符格式，加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输出引脚SOUT逐位输出。因为THR、TSR采用双缓冲寄存器结构，所以在TSR进行串行发送的同时，CPU可以向8250提供下一个发送数据到THR，这样可以保证数据的连续发送。,18,（2）起始位的检测,必须确定起始位才能开始接收数据，即实现位同步。数据接收时钟RCLK使用16倍波特率的时钟信号。接收器用RCLK检测到串行数据输入引脚SIN由高电平变低后，连续测试8个RCLK时钟周期，若采样到的都是低电平，则确认为起始位。确认了起始位后每隔16个RCLK时钟周期对SIN输入的数据位进行采样一次，直至规定的数据格式结束。,19,（3）串行数据的接收,接收移位寄存器RSR对SIN引脚输入的串行数据进行移位接收。按规定的字符格式删除起始位、奇偶校验位和停止位，把移位输入的串行数据转换成并行数据。接收完一个字符后，把数据送入接收缓冲寄存器RBR。接收数据的同时，对接收数据的正确性和接收过程进行监视。如发现奇偶校验错、帧错、溢出错或接收到中止符，则在状态寄存器中置相应位，并通过中断控制逻辑请求中断，要求CPU处理。采用RSR、RBR双缓冲结构，所以在CPU未读取RBR中的数据前，8250可以继续串行接收下一个数据。,20,（4）接收错误的处理,奇偶错误PE(ParityError)若接收到的字符的“l”的个数不符合奇偶校验要求，则置这个标志，发出奇偶校验出错信息。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)，则置这个标志，发出帧错误信息。溢出错误OE(OverError)若接收移位寄存器接收到一个数据，在把它送至输入缓冲器时，CPU还未取走前一个数据，就会出现数据丢失，这时置溢出错误标志。,21,38250部分引脚说明,时钟信号：时钟信号输入引脚XTALl串行数据输入线SIN对应RxD，用于接收串行数据。串行数据输出线SOUT对应TxD，用于发送串行数据。调制解调器控制线中断请求信号线INTRPT处理器接口引脚：D0D7、读、写、片选、地址线A0A2等,22,8250的寄存器寻址,23,10.2.2寄存器详细说明,1.通信线路控制寄存器LCR,24,2.通信线路状态寄存器LSR,3.调制解调器控制寄存器MCR,25,MCR的D2D3位分别控制和脚的输出，可作为一般的输出信号使用。脚还具有中断控制作用，若脚输出低电平，允许8250的INTRPT发出中断请求信号，否则将屏蔽8250的中断请求信号。因此MCR的D3位可当作为8250的中断允许控制位。MCR的D4位可控制8250处于自测试工作状态。在自测试状态，引脚SOUT变为高，而SIN与系统分离，发送移位寄存器的数据回送到接收移位寄存器；4个控制输入信号(、)和系统分离，并在芯片内部与4个控制输出信号(、)相连。这样，发送的串行数据立即在内部被接收(循环反馈)，故可用来检测8250发送和接收功能正确与否，而不必外连线。,26,在自测试状态，有关接收器和发送器的中断仍起作用，调制解调器产生的中断也起作用。但调制解调器产生中断的源不是原来的4个控制输入信号，而变成内部连接的4个控制输出信号，即MCR低4位。中断是否允许，则仍由中断允许寄存器控制，若中断是允许的，则将MCR低4位的某一位置位，产生相应的中断，好像正常工作一样。,4.调制解调器状态寄存器MSR,27,5.中断允许寄存器IER,28,6.中断识别寄存器IIR,29,10.2.3PC机的串行异步通信适配器,1.简介：COMl端口地址为3F8-3FFH，以IRQ4为中断请求线COM2端口地址为2F8-2FFH，以IRQ3为中断请求线基准时钟信号(XTAL)：1.8432MHz,30,2异步通信适配器的初始化编程,(1)设置波特率MOVAL,80H；最高位DLAB=1MOVDX,3FBH；COM1的LCR地址为3FBHOUTDX,AL；写入LCR，使DLAB=1MOVAX,96；分频系数：1.8432MHz（120016）=96MOVDX,3F8H；DLL的地址为3F8HOUTDX,AL；写入除数寄存器低8位MOVAL,AHINCDX；DLH的地址为3F9HOUTDX,AL；写入除数寄存器高8位,31,(2)设置通信字格式写入LCR,设数据格式为1个起始位、7个数据位、1个停止位、1个奇校验。程序段如下：MOVAL,00001010B；DLAB=0MOVDX,3FBHOUTDX,AL；写LCR这段程序同时使DLAB=0，以方便后面的初始化程序。,32,(3)设置工作方式写MCR,设置查询通信方式MOVAL,03h；控制为高，和为低MOVDX,3FCHOUTDX,AL；写入调制解调控制寄存器设置中断通信方式MOVAL,0Bh；控制为低，允许INTRPT产生请求MOVDX,3FCHOUTDX,AL；写入调制解调控制寄存器,33,设置查询的循环测试通信方式MOVAL,13H；循环测试位设置为1MOVDX,3FCHOUTDX,AL,(4)设置中断允许/中断屏蔽,如果不采用中断工作方式，应设置中断允许寄存器为0，禁止所有的中断请求。否则，根据需要，允许相应的中断，不使用的中断则仍屏蔽。例如：MOVAL,0；禁止所有中断MOVDX，3F9HOUTDX，AL；写入中断允许寄存器(应保证此时DLAB0),34,【例题1】下面的例子实现两台PC机之间的异步串行通信，从一台PC机键盘输入的字符将在对方PC机屏幕上显示出来。每一PC台机都使用COM2口，使用相同的程序，程序采用查询工作的方式。,10.2.4应用举例,35,初始化编程时，应将03H写入调制解调器控制寄存器MCR，使环路检测位为0。初始化编程后，程序读取8250的LSR，若数据传输出错就显示一个问号“?”；若接收到对方送来的字符就将其显示在屏幕上；若从本机键盘输入字符，就将其发送给对方。如果按下Esc键就返回DOS。本例程序不使用联络控制信号，通信时不关心调制解调器状态寄存器的内容，而只要查询通信线路状态寄存器即可。,36,START：MOVAL,80H；初始化编程MOVDX,2FBH；波特率OUTDX,ALMOVAX,96MOVDX,2F8HOUTDX,ALMOVAL,AHINCDXOUTDX,AL,37,MOVAL,0AH；通信字格式(LCR)MOVDX,2FBHOUTDX,ALMOVAL,03H；设置工作方式(MCR)MOVDX,2FCHOUTDX,ALSTATUS：MOVDX,2FDHINAL,DX；读LSRTESTAL,1EH；接收有错误否？JNZERROR；有错则转错误处理TESTAL,01H；接收到数据吗？,38,JNZRECEIVE；有，则转接收处理TESTAL,20H；THR空(能输出数据)吗？JNZSTATUS；不能，则循环查询LSRMOVAH,0BH；能，检测键盘有无输入字符INT21HCMPAL,0JZSTATUS；无输入字符，则循环查询LSRMOVAH,0；有输入字符，读取字符INT16H,39,CMPAL,1BH；判是否EscJZDONE；是EscMOVDX,2F8H；否则，将字符输出给THROUTDX,ALJMPSTATUS；继续查询RECEIVE：MOVDX,2F8HINAL,DX；从RBR读取字符ANDAL,7FH；ASCII码7个数据位，保留低7位PUSHAX；保存数据MOVDL,AL；在屏幕上显示该字符MOVAH,2INT21HPOPAX；恢复数据,40,CMPAL,0DHJNZSTATUS；不是，则循环MOVDL,0AH；再发0AH到屏幕MOVAH,2INT21HJMPSTATUS；继续查询ERROR：MOVDX,2F8HINAL,DX；读出接收有误的数据，丢掉MOVDL,？；显示问号MOVAH,2INT21HJMPSTATUS；继续查询DONE:；返回DOS,41,【例题2】PC机串行口“自发自收”。例1中的程序稍作修改即可实现该操作。方法是在初始化编程中，向调制解调器控制寄存器MCR写入13H，即环路检测位为1，则8250工作于循环自测试方式。从键盘输入的字符，经8250发送后又由8250自身接收。这时，PC机后面板串行接口上无需连线，就实现了“自发自收“。上述程序可用于8250芯片的自检。,42,10.3通用可编程串行通信接口芯片8251A,10.3.18251A的基本功能能以同步方式或异步方式进行工作，自动完成帧格式。在同步方式中，每个字符可定义为5、6、7或8位，可以选择进行奇校验、偶校验或不校验。内部能自动检测同步字符实现内同步或通过外部电路获得外同步，波特率为064K。在异步方式中，每个字符可定义为5、6、7或8位，用1位作为奇偶校验(可选择)。时钟速率可用软件定义为通信波特率的1、16或64倍。能自动为每个被输出的数据增加1个起始位，并能根据软件编程为每个输出数据增加1个、1.5个或2个停止位。异步方式下，波特率为019.2K。,43,8251A能进行出错检测，具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。具有独立的接收器和发送器，因此，能够以单工、半双工或全双工的方式进行通信。并且提供一些基本控制信号，可以方便地与调制解调器连接。,44,10.3.28251A的结构,1.8251A的内部结构,45,2.8251A的引脚,TxD、RxD、与8280功能相同。,：控制数据信号。用来区分当前读写的是数据还是控制信息或状态信息，一般与地址总线的最低位A0相连。当为高电平时，选中控制端口或状态端口，为低电平时，选中数据端口。,TxRDY：发送器准备好信号，高电平有效。它通知CPU，8251A的发送器已经准备好，可以接收CPU送来的数据，当8251A收到一个数据后，TxRDY信号变为低电平。,46,RxRDY：接收器准备好信号，高电平有效。它表示当前8251A已经从外部设备或调制解调器上接收到一个字符，正等待CPU取走。在中断方式下，该信号可以作为中断请求信号；在查询方式下，该信号可以作为状态信号供CPU查询。当CPU从8251A的数据口读取了一个字符后，RxRDY变为低电平，表示无数据可取；当8251A又收到一个字符后，RxRDY再次变为高电平。,SYNDET/BD：同步和间断检测信号。SYNDET/BD既可以是输入（外同步方式），又可以是输出（内同步方式）。,TxE：发送器空信号，高电平有效。它表示8251A发送器已空，即当一个数据发送完成后TxE变高。当CPU向8251A写入一个字符时，TxE变成低电平。,47,10.3.38251A的编程命令,1.通信方式选择命令字,48,2.工作命令字,49,3.工作状态字,50,10.3.48251A初始化步骤,1.初始化编程步骤,（1）芯片复位后，第一个写入奇地址端口的是方式选择命令字。约定双方的通信方式(同步/异步)，数据格式(数据位和停止位长度、校验特征、同步字符特征)及传输速率(波特率系数)等参数。（2）如果方式选择命令字规定了8251A工作在同步方式，那么，必须向奇地址端口写入规定的1个或2个同步字符。（3）只要不是复位命令，不论同步方式还是异步方式，需向奇地址端口写入工作命令字。初始化结束后，CPU就可通过查询8251A的状态字或采用中断方式，进行正常的串行通信发送/接收工作。因为方式字、命令字及同步字均无特征标志位，且都是写入同一个端口，所以在对8251A初始化编程时，必须按一定的顺序，若改变了这种顺序，8251A就不能识别。,51,2.内部复位命令,当8251A通过写入方式选择字，规定了8251A的工作方式后，可以根据对8251A工作状态的不同要求随时向控制端口输出工作命令指令字。若要改变8251A工作方式，应先使8251A芯片复位，内部复位命令字为40H（IR1）。8251A芯片复位后，又可重新向8251A输出方式选择字，以改变8251A的工作方式。,52,3.8251A初始化编程,(1)异步方式下初始化编程要求使8251A工作在异步方式，波特率系数为16，字符长度为8位，偶校验，2个停止位。则方式选择字为：11111110B0FEH。工作状态要求：复位出错标志、使请求发送信号有效、使数据终端准备好信号有效、发送允许TxEN有效、接收允许RxE有效。则工作命令字应为37H。假设8251A的两个端口地址分别为0C0H和0C1H，初始化编程如下：MOVAL,0FEHOUT0C1H,AL；设置方式选择字MOVAL,37HOUT0C1H,AL；设置命令字,53,(2)同步方式下初始化编程要求8251A工作在同步方式，两个同步字符(内同步)、奇校验、每个字符8位，则方式选择字应为1CH。工作状态要求：使出错标志复位，允许发送和接收、使CPU己难备好且请求发送，启动搜索同步字符，则工作命令指令应该是0B7H。又设第一个同步字符为0AAH，第二个同步字符为55H。还使用上例8251A芯片，这样要先用内部复位命令40H