串行通信接口8251(详细)

一、串行通信的基本概念（一）串行通信的特点有三：在一根传输线上即传数据信息，又传联络控制信息。信息格式有固定要求，分异步格式和同步格式。串行通信中对信息的逻辑定义可能与TTL不兼容，因此需要进行逻辑电平转换（用MC1488和MC1489完成）,6.1串行通信与串行接口,（二）串行数据传送方向（按信道分类）串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式:单工、半双工、全双工。,1.单工使用一根传输线，只能发送数据或接收数据，这样的传送方式就是单工，如图所示。,接收器,发送器,A站,B站,单工方式示意图,特点：每端需有一个收/发切换电子开关因有切换，会产生时间延迟应用：打印机串口，单向传送设备，发送器接收器,2.半双工（HalfDuplex）使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工（HalfDuplex）制，如图2所示。,特点：每一端都有发送器和接收器有二条传送线应用：交互式应用，远程监测控制,3.全双工(FullDuplex）数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。,（三）信号的调制和解调(远程通讯)计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为音频模拟信号的设计的。一般为3003400Hz，不适合于数据信号。因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。,（四）信息的检错与纠错串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是一个通信系统的重要内容。检错：如何发现传输中的错误，称为检错。纠错：如何消除错误，称为纠错在基本通信规程中：一般采用奇偶校验或方阵码检错，以反馈重发方式纠错。在高级通信控制规程中：一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动纠错方法来纠错。,（五）同步方式和异步方式（按数据的传输格式分类）,串行通信可以分为两种方式同步方式（按照同步信息格式）异步方式（按照异步通行方式）采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，每组信息的开始和结束要加上同步字符。采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以每个字符的前后都要用一些规定数位来作为分隔符。由于同步方式下非数据信息比例小，所以在相同的传输速率下，同步通信方式比异步通信方式快。,异步通信信息格式,同步通信信息格式,（六）串行通讯的几个基本概念1.波特率：并行通信中，传输速率是以每秒多少字节来表示的，串行通信中，是用每秒钟传送的位数（Bit/s)即波特率来表示。因此：1波特=1bit/s（位/秒）常用的标准波特率：110，300，1K（1000），1.2K（1200），2.4K（2400），4.8K（4800），9.6K（9600），19.2K（19200），56K（56000）,2发送时钟与接受时钟发送端与接受端要用时钟来决定每一位对应的时间长度。3波特因子发送时钟与接受时钟可以是标准波特率的16倍，32倍或64倍，这个倍数就称为波特因子。,（七）串行接口标准一、EIA-RS-232接口标准由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准”.该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。适合的数传率：020Kbps。,1.电气特性RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。逻辑“1”=-3V-15V“0”=+3V+15V与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如MC1488，MC1489。,采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。2.机械特性1）连接器（Connector）常用二种：DB-25型，25脚，只用9个信号,如下图所示。,1,2,3,4,DB-25型连接器,5,6,7,8,9,11,13,25,22,20,18,14,DCD,GND,DSR,CTS,RTS,RXD,TXD,DB-9型9针，9针全用，如下图。,DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收,RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫,2.电缆长度RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率Vb0.2V），输出负逻辑电平，小于-200mV（VaVb0.2V）时，输出正逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6v.,RS-485标准只对接口的电气特性做出规定(只规定了平衡驱动器和接收器的电特性)，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。终接电阻接在传输总线的两端。（大多数双绞线特性阻抗大约在100至120之间）,2)网络配置RS-485支持半双工或全双工模式，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。半双工网络配置见图示。,RS-485这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信、它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此，许多不同领域都采用RS-485作为数据传输链路。,RS485接口电路RS485接口标准是一种多发送器的标准，它扩展了RS422的性能，它的传输距离和速度与RS422一样.RS422只允许在同一条传输线上有一个发送器，10个接收器。RS485在同一传输线上允许有32个发送器，32个接收器，因此，RS485接口在多点网络通讯中得到了广泛应用。,3)RS-232到RS-485端口的转换原理图,GDL1,GDL2,B135KV/10KV,B235KV/10KV,DDL1,DDL2,DL5,DL1,DL6,DL10,MDL,35KV,10KVI段母线,10KVII段母线,35kv母线,6.2可编程串行通信接口8251A1.8251A的基本性能串口的基本任务既是一个异步通讯接口部件，也是一个同步通讯接口部件。连接的外设：串行设备或调制解调器,2、8251A的内部逻辑与外部引脚1.结构框图（功能结构和内部寄存器结构）8251A是通用同步异步接收/发送器USARTUniversal/SynchronousAsynchronousReceiverandTransmitter）,功能：异步起止协议同步面向字符协议组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线缓冲器,RXC,CTS,1.发送器TXRDY（TransmitterReady）：发送器准备好，高电平有效TXE（TransmitterEmpty）：发送器空（发送移位寄存器为空），状态线，高有效TXD：发送数据线TXC：发送器输入时钟2.接收器RXD：接收数据线RXRDY：接收器准备好TXC：接收器输入时钟3.与调制器的接口接号DTR：数据终端准备好DSR：数据装置准备好RTS：请求发送信号CTS：清除发送信号(为低电平时,才能执行发送操作),4.发送和接收过程（1）异步接收方式（2）异步发送方式（3）同步接收方式（4）同步发送方式5.端口地址的确定C/DRDWR001CPU从8251读取接收到的数据010CPU将要发送的数据送到8251101CPU读取8251的状态字110CPU向8251写入模式字或控制字,模式寄存器,同步字符寄存器,同步字符寄存器,控制寄存器,接收移位寄存器,数据输入缓冲器,数据输出缓冲器,发送移位寄存器,状态寄存器,接收控制电路,发送控制电路,RxD,TxD,二、8251的控制字与状态字1.模式寄存器约定双方的通信方式，数据格式，传送速率a.作用：对8251A工作模式进行选择，是异步方式还是同步方式b.模式字格式：,S1,S0,EP,PEN,L1,L0,B1,B0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,字符长度,0=内同步1=外同步0=双同步字符1=单同步字符,0=无校验1=有校验0=奇校验1=偶校验,00=5位01=6位10=7位11=8位,00=同步,同步模式,S1,S0,EP,PEN,L1,L0,B1,B0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,停止位,字符长度,波特因子,00=无定义01=1位10=1.5位11=2位,0=无校验1=有校验0=奇校验1=偶校验,00=5位01=6位10=7位11=8位,01=波特率因子110=波特率因子1611=波特率因子64,异步模式,例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，停止位为2位，采用奇校验，波特率因子是16，则工作模式字是：例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步字符，内同步方式，奇校验，则工作模式字是：,串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、无校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、奇校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、偶校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形,例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，停止位为2位，采用奇校验，波特率因子是16，则工作模式字是：11011110B=DEHMOVDX，309H；8251命令口MOVAL，0DEH；异步工作方式字OUTDX，AL例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步字符，内同步方式，奇校验，则工作模式字是：00011100B=1CH。MOVDX，309H；8251命令口MOVAL，1CH；同步工作方式字OUTDX，AL2.控制寄存器格式a.作用：是确定8251A的实际操作，迫使8251A进行某种操作或工作状态，以便接收或发送数据。,b.控制字格式：,EH,IR,RTS,ER,SBRK,RXE,DIR,TXEN,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,进入搜索方式,内部复位,发送请求,错误标志复位,间断发送,接收允许,数据终端准备好,发送允许,D7=1有效,D6=1有效进行内部复位,D5=1使RTS有效,D4=1使状态寄存器中的3个出错标志复位,D3=1,发中止字符（空号）=0，正常操作,D2=1,允许接收=0，禁止接收,D0=1,允许发送=0，禁止发送,D1=1,已准备好，设置DTR为有效,例3：使8251内部复位，并且允许接收，又允许发送，则程序段为：,MOVDX，309H；8251命令口MOVAL，01000000B；使内部复位OUTDX，AL.;模式字MOVAL，00010101B；允许接收和发送OUTDX，AL；送控制字3.状态字a.作用：8251A执行相应命令进行数据传送后的状态字存放在状态寄存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的操作。,b.格式：,例4：若查询8251A接收器是否准备好，则用下列程序段：L：MOVDX，309H；状态口INAL，DX；读状态字ANDAL，02H；查D1=1？（RXRDY=1?）JZL；未准备好，则等待MOVDX，308HINAL,DX；数据口例5：检查出错信息，则用下列程序段MOVDX，309H；状态口INAL，DXTESTAL，38H；检查D5D4D3三位（FE，OE，PE）JNZERROR；若其中有一位为1，则出错,4.8251A的模式字和控制字的使用（1）模式字：约定双方通信的方式，数据格式，传送速率等参数。控制字：规定是发送数据，还是接收数据。状态字：发/收及错误查询等（2）使用的顺序：复位模式字控制字,5.8251A的初始化,芯片复位后，第一次用高端口地址写入的值作为模式字写入模式寄存器。如模式寄存器中规定8251工作在同步模式，那么接着往高端口地址写入一个或两个字节的上同步字符，同步字符被写入同步字符寄存器。只要不是复位命令，不管是同步模式还是异步模式，写入高端口地址的值送到控制字寄存器。,异步模式下的初始化举例,MOVDX，309HMOVAL,FAHOUTDX,ALMOVAL，37HOUTDX,AL,同步模式下的初始化举例,MOVDX，309HMOVAL,38HOUTDX,ALMOVAL，16HOUTDX,ALOUTDX,ALMOVAL，97HOUTDX,AL,四、8251A应用举例1.要求在甲乙二台PC之间进行串行通信，甲发送乙接收，要求把甲机上开发应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。,采用：起止式异步方式，字符长度为8位，2位停止位，波特率因子为64，无校验，波特率为4800，CPU与8251A之间用查询方式交换数据口地址分配是：309H为状态命令/状态口，308H为数据口2.分析由于是近距离传输，可以不设MODEM，直接互连，同时，是采用查询I/O方式，故收/发程序中只需检查发/收准备好的状态是否置位，即可收发1个字节。,3.设计1）硬件连接根据以上分析把二台PC机都当作数据终端设备DTE，它们之间只需TXD，RXD和SG三根线连接就能通信。主要电路：8251串行口TTL/EIA变换器波特率发生器地址译码电路2）软件编程发送程序：包括初始化，状态查询，I/O,INT：XORAX，AXMOVCX，0003MOVDX，309H；命令口OUT1：CALLKKK；向控制口送3个00LOO