微机原理与接口技术11ppt课件

.,微机原理与接口技术第11章串行接口技术,主编：周国运机械工业出版社2011.9,.,第11章串行接口技术,本章内容11.1串行通信概述11.2串行接口芯片1655011.3串行接口应用举例,.,串行通信是微机中数据传送的一种重要方式，大大降低了远距离通信的成本，它是构成计算机网络的基础。本章讲述串行通信的概念、串行通信基本方式、RS-232串行通信标准、串行接口芯片NS16550以及在微机中NS16550的实际应用。,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念二、串行通信基本方式三、RS-232串行通信标准四、其他串行通信标准,.,1、通信方式计算机与外界的信息交换称为通信。基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。（1）并行通信单位信息（通常指一个字节）的各位数据同时传送的通信方法称为并行通信。（2）串行通信单位信息的各位数据被分时一位一位依次顺序传送的通信方式称为串行通信。,一、串行通信基本概念,11.1串行通信概述,.,11.1串行通信概述,2、数据传送方式单工方式：一对传输线只允许单方向传送数据；半双工方式：一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送数据，但不能同时进行；全双工方式：用两对传输线连接在发送器和接收器上，发送和接收能同时进行。,一、串行通信基本概念,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念,接,收,器,发,送,器,接,收,器,发送器,发送器,接,收,器,数据流,接,收,器,发送器,发送器,数据流,接,收,器,（,a,）,单工方式,（,b,）,半双工方式,（,c,）,全双工方式,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念,3、波特率和收/发时钟,（1）波特率指在串行通信中，每秒传送的二进制位数(bps)。（2）收发时钟收发时钟的快慢直接影响通信设备发送/接收字符数据的速度。收发时钟频率与波特率的关系：时钟频率=Factor收发波特率其中Factor称为波特率因子，取1，16，64,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念,4、信号调制解调调制就是把数字信号变换成模拟信号表示的过程，而解调则是把模拟信号变换成数字信号表示的过程。,计算机,Modem,调制解调,模拟信号,数字信号,数字信号,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,两线电话线,Modem,调制解调,计算机,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念,最基本的调制与解调的方法有以下几种：（1）调幅（AM）（2）调频（FM）（3）调相（PM）,.,11.1串行通信概述,一、串行通信基本概念,5、串行通信的错误校验（）奇偶校验在传送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。（）和校验和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。（）循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验。,.,11.1串行通信概述,二、串行通信基本方式,1、异步通信异步通信中，传送的数据可以是一个字符代码或一个字节数据，数据以帧的形式一帧一帧传送。,0,/,1,0,/,1,0,/,1,0,/,1,0,/,1,1,0,0,/,1,0,/,1,0,/,1,0,/,1,0,/,1,0,/,1,1,0,0,/,1,停,止,位,起,始,位,8,位数据,校,验,位,停,止,位,起,始,位,0,/,1,数据,第,n,个字符,第,n,+,1,个字符,.,11.1串行通信概述,二、串行通信基本方式,2、同步通信在同步通信中，每一数据块发送开始时，先发送一个或两个同步字符，使发送与接收取得同步，然后再顺序发送数据。数据块的各个字符间取消起始位和停止位，所以通信速度得以提高。,数据,数据,同步字符,1,同步字符2,数据流,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,RS-232C标准（协议）是美国EIA与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE而制定的。但目前已广泛用于计算机与终端或外设之间的近端连接。对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都作了明确规定。通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，它作为一种标准，已在目前微机串行通信接口中广泛采用。,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,1、电气特性在TxD和RxD数据上采用负逻辑：逻辑1（MARK）：用电平-3-15V表示。逻辑0（SPACE）：用电平+3+15V表示。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）：用电平+3+15V表示。信号无效（断开，OFF状态，负电压）：用电平-3-15V表示。,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,2、机械特性RS-232C连接器的机械形状有DB-25，DB-15和DB-9三种类型，其引脚的定义各不相同。,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,3、功能特性,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,4、通信线路的连接,（1）采用Modem和专用电话线通信时信号线的连接,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,4、通信线路的连接,（2）采用Modem和电话网通信时信号线的连接,.,11.1串行通信概述,三、RS-232串行通信标准,4、通信线路的连接,（3）三线制通信连接（4）零Modem方式的标准信号连接,计,算,机,或,终,端,2,3,4,5,7,6,20,计,算,机,或,终,端,2,3,4,5,7,6,20,2,22,20,8,7,6,5,4,3,TxD,RxD,RTS,CTS,DSR,SG,DCD,DTR,RI,2,22,20,8,7,6,5,4,3,TxD,RxD,RTS,CTS,DSR,SG,DCD,DTR,RI,DTE,DTE,.,11.1串行通信概述,四、其他串行通信标准,1USB标准接口,传统的接口电路每增加一种设备，就需要为它准备一种接口或插座，还要为它们准备各自的驱动程序。这些接口、插座、驱动程序各不相同，给使用和维护带来了困难。由Intel等公司开发的USB（通用串行总线）采用通用的连接器，采用热插拔技术以及相应的软件，使得外设的连接和使用大大地简化，受到了普遍欢迎，目前已经成为流行的外设接口。,.,11.1串行通信概述,四、其他串行通信标准,USB接口的主要性能特点：设备连接简便，具有即插即用和热插拔的能力。具有适合传送多媒体数据的传输方式。和很多传统接口一样，可由电缆给接入的设备提供5V电源。数据传输速率比普通标准串行口的要高得多。两台设备之间的最大传输距离一般为45m。最多可挂接127台USB设备。,.,11.1串行通信概述,四、其他串行通信标准,2IEEE1394标准接口,IEEE1394是1995年批准和发布的一种最新的高性能串行总线接口标准。1998年，在Microsoft、Intel和Compaq等公司制定的个人计算机规格PC98中，将具备IEEE1394接口作为一项重要内容，目前正在PC机中逐步推广普及。IEEE1394与USB有很多相似之处，一开始就是针对高速I/O设备而提出的，其I/O速度是USB最高速度的8倍。,.,11.1串行通信概述,四、其他串行通信标准,IEEE1394的主要性能特点：1）数据传输速率高1394的数据传输率分为100Mbps、200Mbps和400Mbps三档，远远高于EIDE和SCSI的最高数据传输率。2）数据传送实时性强这对于多媒体数据传送特别重要，实时性可保证图像和声音不会出现失真。3）结构小巧，连接方便1394使用6芯电缆，直径约为6mm，插座也小。,.,11.2串行接口芯片16550,一、16550的内部结构二、16550的引脚信号三、16550的内部寄存器及初始化编程,.,11.2串行接口芯片16550,一、16550的内部结构,包括：数据总线缓冲器读/写控制逻辑波特率发生器收发模块线路模块Modem控制模块中断模块除法器模块,.,.,读,/,写,控制,逻辑,A,0,A,1,A,2,CS,0,CS,1,CS,2,ADS,MR,RD,RD,WR,WR,DDIS,TxRDY,XIN,XOUT,RxRDY,数据总线,缓冲器,D,0,D,7,内,部,数,据,总,线,接收缓冲,寄存器,接收器,FIFO,接收移位,寄存器,线路控制,寄存器,除数锁存器,低字节,除数锁存器,高字节,线路状态,寄存器,发送保持,寄存器,接收定时,控制,波特率,发生器,发送定时,控制,发送器,FIFO,发送移位,寄存器,SIN,RCLK,BAUDOUT,SOUT,S,E,L,E,C,T,S,E,L,E,C,T,.,发送保持,寄存器,Moden,控制寄存器,Moden,状态寄存器,中断标识,寄存器,FIFO,控制寄存器,发送移位,寄存器,Moden,控制逻辑,中断允许,寄存器,SOUT,RTS,CTS,DTR,DSR,DCD,RI,OUT,1,OUT,2,INTR,中断允许,寄存器,E,L,E,C,T,读,/,写,控制,逻辑,A,0,A,1,A,2,CS,0,CS,1,CS,2,ADS,MR,RD,RD,WR,WR,DDIS,TxRDY,XIN,XOUT,RxRDY,内,部,数,据,总,线,.,11.2串行接口芯片16550,二、16550的引脚信号,D7D0：双向数据总线CS2、CS1、CS0：片选输入信号A2A0：端口选择信号ADS：地址选通输入信号TxRDY：发送器准备好信号RxRDY：接收器准备好信号WR/WR写控制信号RD/RD：读控制信号DDIS：驱动器禁止信号MR：主复位信号INTR：中断请求信号XIN、XOUT：基准时钟信号输入、输出引脚,.,11.2串行接口芯片16550,二、16550的引脚信号,SOUT：串行数据输出引脚SIN：串行数据输入引脚BANDOUT：波特率发生器输出信号RCLK：接收时钟信号DTR：数据终端就绪DSR：数据设备就绪RTS：请求发送CTS：允许发送DCD：接收线路信号RI：振铃指示OUT1、OUT2：输出信号，由用户编程定义,.,三、16550的内部寄存器及初始化编程,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（1）数据接收寄存器,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（2）数据发送寄存器,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（3）FIFO控制寄存器,RT1RT0表示接收器触发器的值00：1字节01：4字节10：8字节11：14字节,DMA位为1时，选择FIFO方式；为0时，选择16450UART方式。,XMIT置1时，发送器复位。,RECV置1时，接收器复位。,EN置1，允许FIFO模式。,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（4）通信线路控制寄存器,寄存器选择0正常值1除数寄存器,中止字符0无作用1发送中止字符,校验位设置0无校验位001设置奇校验011设置偶校验101校验位为1111校验位为0,停止位个数01位11.5位（数据位为5位时）12位（数据位为68位时）,数据位个数005位016位107位118位,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（5）通信线路状态寄存器,为1表示接收FIFO错误,为1时表示发送移位寄存器空，当数据由发送保持寄存器移入发送移位寄存器时，该位为0,为1表示发送缓冲寄存器空，当CPU将字符写入发送保持寄存器后，该位为0,为1表示接收到终止符,为1表示帧格式错,为1表示奇偶错,为1表示溢出错,为1表示接收数据就绪，当CPU读走数据后，该位为0,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（6）Modem控制寄存器,自测试状态：4个控制输入信号在内部与4个控制输出信号相连发送的串行数据在内部被接收检测16550发送和接收功能，不必外连线,为1表示DTR准备好,为1表示RTS有效,为1使OUT1输出为低,为1使OUT2输出为低,为1表示16550工作于自测试状态，即自发自收状态，为0表示工作于正常工作状态,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（7）Modem状态寄存器,1）高4位DCD、RI、DSR和CTS记录外部Modem的四个输入信号状态，功能与相应引脚信号功能相同，而极性相反。2）低4位记录高4位相应状态的改变，即当高4位中某一位的状态发生改变时，则低4位相应位置1。这些状态位的改变，除了允许CPU执行输入指令进行查询外，也可以引起中断。,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（8）中断允许寄存器,D3D0各位为1分别表示允许Moden输入状态改变中断、允许接收出错中断、允许发送缓冲器空中断、允许接收缓冲器满中断。需要注意的是：中断允许寄存器的相应位为“1”，只允许中断源产生一个高电平有效的中断请求信号INTR。,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,（9）中断识别寄存器,D0反映是否有中断请求D3D2D1位表示正在请求的中断，对应关系如下：000：Moden输入状态改变001：发送寄存器空010：接收缓冲器满110：FIFO接收字符超时011：接收数据出错,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,16550初始化编程,将80H写入通信线路控制寄存器，使最高位D7（DLAB）1，建立访问除数寄存器的标志。写除数寄存器，设定波特率分频系数。写通信线路控制寄存器，使最高位D7（DLAB）0，设置数据格式。设置FIFO控制寄存器。设置中断允许寄存器。设置Modem控制寄存器。,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,MOVDX,3FBH;线路控制寄存器端口地址MOVAL,80H;AL=10000000B,使最高位DLAB=1OUTDX,AL;写线路控制寄存器MOVDX,3F8H;除数寄存器低字节端口地址MOVAX,3CH;分频系数OUTDX,AL;写除数寄存器低字节INCDX;除数寄存器高字节端口地址MOVAL,AHOUTDX,AL;写除数寄存器高字节,写线路控制寄存器和除数寄存器,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,写线路控制寄存器及FIFO控制寄存器,MOVDX,3FBH;线路控制寄存器端口地址MOVAL,0BH;AL=00001011,数长8位,1位停止位,奇校验OUTDX,AL;写线路控制寄存器MOVDX,3FAH;FIFO控制寄存器地址送DXMOVAL,47H;允许FIFO并清除，设FIFO中断触发值为4BOUTDX,AL;写FIFO控制寄存器,.,11.2串行接口芯片16550,三、16550的内部寄存器及初始化编程,写Modem控制寄存器及中断允许寄存器,MOVDX,3FCH;Modem控制寄存器端口地址MOVAL,03H;使DTR=0和RTS=0,;数据终端就绪,请求发送OUTDX,AL;写Modem控制寄存器MOVDX,3F9H;中断允许寄存器端口地址MOVAL,00H;禁止所有中断OUTDX,AL;写中断允许寄存器,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍二、双微机串行通信三、Windows下微机串口应用,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍,（1）串行口初始化：INT14H0号功能入口参数：AH0，串行口初始化；AL初始化参数,000：110bps001：150bps010：300bps011：600bps100：1200bps101：2400bps110：4800bps111：9600bps,x0：无校验01：奇校验11：偶校验,为1时2位停止位为0时1位停止位,为11时8位数据为10时7位数据,出口参数：AH通信线路状态寄存器内容。ALModem状态寄存器内容。,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍,（2）发送一帧数据：INT14H1号功能入口参数：AH1，发送数据。AL待发送的数据。DX0，使用主串行口；DX1，使用辅助串行口。出口参数：AH的D71，表示发送失败；D70，表示发送成功。,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍,（3）接收一帧数据：INT14H2号功能入口参数：AH2，接收数据。DX0，使用主串行口；DX1，使用辅助串行口。出口参数：AH的D71，表示接收失败；D70，表示接收成功。AL=接收的字符。,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍,（4）测试通信线路状态：INT14H3号功能入口参数：AH3，测试通信线路状态。DX0，使用主串行口；DX1，使用辅助串行口。出口参数：AH通信线路状态寄存器内容。ALModem状态寄存器内容。AX寄存器返回值的定义见下表。,.,11.3串行接口应用举例,一、BIOS通信功能介绍,.,11.3串行接口应用举例,二、双微机串行通信,例11.1在甲乙两台微机之间使用串口1进行近距离通信。采用异步方式，字符长度8位，1位停止位，偶校验，通信波特率为9600bps。双机同时运行通信程序，一方输入的字符可在另一方屏幕上显示。当按下“Esc”键时，程序结束运行。解：由于两台微机是近距离通信，因此不需要Modem，可直接使用串口线连接。本例采用对端口的直接操作。程序代码如下：,.,11.3串行接口应用举例,CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:MOVAL,80HMOVDX,3FBHOUTDX,AL；设置控制寄存器，；选择除数寄存器MOVAX,120MOVDX,3F8HOUTDX,ALINCDXMOVAL,AHOUTDX,AL；设置除数寄存器，；波特率为9600bps,.,11.3串行接口应用举例,MOVAL,0BHMOVDX,3FBHOUTDX,AL;置16550工作方式，奇校验，；8位数据，1个停止位LOOP1:MOVDX,3FDHINAL,DX;循环读状态寄存器TESTAL,1JNZRECV;接收准备好，转接收TESTAL,20HJNZTRANS;发送准备好，转发送JMPLOOP1;循环,.,11.3串行接口应用举例,TRANS:MOVAH,1;发送程序段INT16H;BIOS功能调用，;键盘缓冲区空ZF=1JZLOOP1;无键按下，循环下一次MOVAH,0INT16H;读取按键ASCII码CMPAL,27JZEXIT;是ESC键，程序退出MOVDX,3F8HOUTDX,AL;发送按键ASCII码JMPLOOP1,.,11.3串行接口应用举例,RECV:TESTAL,1EHJNZDISPERR;接收错误，转出错处理MOVDX,3F8HINAL,DX;读取接收字符CMPAL,13JNZDISPNOMAL;不是回车，转普通显示MOVDL,10CALLDISP;显示换行MOVDL,13CALLDISP;显示回车JMPLOOP1,.,11.3串行接口应用举例,DISPERR:MOVDL,?CALLDISP;接收出错，显示？号JMPLOOP1DISPNOMAL:MOVDL,ALCALLDISP;显示接收到的字符JMPLOOP1DISP:MOVAH,2INT21H;DOS功能调用，将DL中的字符;输出到屏幕RETEXIT:MOVAH,4CHINT21H;DOS功能调用，返回系统CODEENDSENDSTART,.,11.3串行接口应用举例,三、Windows下串行口编程应用,1SerialPort组件的属性和方法简介在.NETFramework2.0中提供了SerialPort类，该类主要实现串口数据通信等。下面主要介绍该类在后面实例中用到的部分属性和方法。PortName：属性，获取或设置串行口，如COM1、COM2等。BaudRate：属性，获取或设置串行波特率，如常用的波特率9600、19200、115200等。Parity：属性，获取或设置奇偶校验检查协议，如无校验、奇校验、偶校验等。,.,11.3串行接口应用举例,StopBits：属性，获取或设置每个字节的标准停止位数，1位、1.5位、2位等。Open：方法，打开一个新的串行端口连接。Close：方法，关闭端口连接，设置IsOpen属性为false，并释放内部Stream对象。WriteLine：方法，将字符串写入串行端口输出缓冲区。ReadLine：方法，读取输入缓冲区中的字符串DataReceived：事件，该事件处理SerialPort对象的数据接收事件。其他属性和方法可以参阅.NETFramework2.0中SerialPort类。,.,11.3串行接口应用举例,2串口应用编程下面介绍在Windows下使用VS2005版VisualC#，利用SerialPort组件编写串行口传送字符串程序的方法。,（1）创建项目启动VS2005，新建VisualC#类型项目。（2）界面设计串行口通信界面如右图。,.,11.3串行接口应用举例,（3）程序设计下面是需要编写的各种事件处理代码。1）窗体创建时的串口初始化程序privatevoidForm1_Load(objectsender,EventArgse)comboBox1.SelectedIndex=0;/选择串口comboBox2.SelectedIndex=4;/选择波特率comboBox3.SelectedIndex=0;/选择校验方式comboBox4.SelectedIndex=0;/选择停止位数serialPort1.Open();/打开串口,.,11.3串行接口应用举例,2）通过comboBox1选择串口程序privatevoidcomboBox1_SelectedIndexChanged(objectsender,EventArgse)serialPort1.PortName=comboBox1.Text;3）通过comboBox2选择波特率程序privatevoidcomboBox2_SelectedIndexChanged(objectsender,EventArgse)serialPort1.BaudRate=Co