微机原理串口及8251

1、1第第8 8章章 输入输入/ /输出接口输出接口8.4 8.4 串行通信和串行接口串行通信和串行接口8.5 8.5 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8258251A1A28.48.4串行接口和串行通信串行接口和串行通信 串行接口串行接口 串行通信涉及的几个问题串行通信涉及的几个问题 38.4.1 8.4.1 串行接口串行接口 串行通信串行通信定义：数据是定义：数据是一位一位一位一位的传送，在传的传送，在传送过程中，每位数据送过程中，每位数据占据一个固定占据一个固定的时间长度的时间长度优点：节省线路、适合优点：节省线路、适合远距离传输远距离传输缺点：速度缺点：速度较慢较慢4串行接口组成串行接

2、口组成 串行接口部件有串行接口部件有4 4个主要寄存器，即：个主要寄存器，即：控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据输入寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器数据输出寄存器568.4.2 8.4.2 串行通信涉及的几个问题串行通信涉及的几个问题 串行通信线路制式（串行通信线路制式（3 3种）种） 串行数据的传送方式（串行数据的传送方式（2 2种）种） 传输率传输率 71.1.串行通信线路制式串行通信线路制式单工单工方式：其中一边发送另一边接收，方式：其中一边发送另一边接收，只能用在只能用在单向传输单向传输的场合的场合 半双工半双工方式：接收和发送使用方式：接收和发送使用同一同一通路。通路。（

3、不能不能同时收发）同时收发）全双工全双工方式：接收和发送用方式：接收和发送用不同不同的通路。的通路。（可可同时收发）同时收发） 8单工方式单工方式半双工方式半双工方式全双工方式全双工方式发送端发送端接收端接收端数据数据92.2.串行数据的传送方式串行数据的传送方式 同步通信：同步通信：多个字符多个字符组成一个信息组成一个信息块，块，开始处加上同步字符，结尾处加上开始处加上同步字符，结尾处加上CRCCRC字符字符后作为一帧数据传输。通信双后作为一帧数据传输。通信双方以方以相同的时钟频率相同的时钟频率进行，而且准确协进行，而且准确协调。调。 异步通信：通常以异步通信：通常以一个字符一个字符加上加上

4、起起始和终止位始和终止位后作为一帧数据传输。后作为一帧数据传输。不要不要求双方同步求双方同步，收发方可采用各自的时钟，收发方可采用各自的时钟源。源。10异步通信异步通信数据格式数据格式 同步通信同步通信数据格式数据格式SYNCSYNC11同步方式和异步方式比较：同步方式和异步方式比较：同步方式同步方式每个字符之间没有间隔，每个字符之间没有间隔，传传输效率较高输效率较高，但还要同时传输时钟，但还要同时传输时钟信号，所以信号，所以硬件上较复杂硬件上较复杂。异步方式异步方式传送字符的时间间隔不确定，传送字符的时间间隔不确定，效率稍低，但不要同步时钟信号，效率稍低，但不要同步时钟信号，只要收发只要收发

5、时钟频率偏差在允许范围时钟频率偏差在允许范围内内即可。即可。 123. 3. 串行通信的传输率串行通信的传输率 所谓传输率就是指所谓传输率就是指每秒传输多少位每秒传输多少位，传输率也常叫传输率也常叫波特率波特率，单位，单位bpsbps。国际上规定了一个标准波特率系列，国际上规定了一个标准波特率系列，标准波特率也是标准波特率也是最常用的波特率最常用的波特率，标准波特率系列为标准波特率系列为300300、600600、12001200、24002400、48004800、96009600和和1920019200等。等。 13 异步传输过程：设每个字符对应异步传输过程：设每个字符对应1 1个起个起始

6、位、始位、7 7个信息位、个信息位、1 1个奇偶校验位和个奇偶校验位和1 1个停止位，如果波特率为个停止位，如果波特率为12001200bpsbps，那那么，么，每秒钟能传输的最大字符数为每秒钟能传输的最大字符数为例例1200/101200/10120120个个14同步传输：用同步传输：用12001200bpsbps的波特率工作，的波特率工作，含含2 2个同步字符和个同步字符和2 2个个CRCCRC，每个字符有，每个字符有7 7个信息位和个信息位和1 1个奇偶校验位，那么，每个奇偶校验位，那么，每秒钟能传输的字符数则为秒钟能传输的字符数则为例例2 2可见，在可见，在同样的传输率下同样的传输率下

7、，同步传输同步传输的的实际字符传输率要实际字符传输率要比异步传输时高比异步传输时高。 8 8（N+4N+4）/1200=1s/1200=1sN=146个个158.5 8.5 可编程串行通信接口可编程串行通信接口82518251A A 8.5.1 8251A8.5.1 8251A的基本性能的基本性能 8 8.5.2 8251A.5.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理 8 8.5.3 8251A.5.3 8251A的对外信号的对外信号 8 8.5.4 8251A.5.4 8251A的编程的编程 8 8.5.5 8251A.5.5 8251A编程举例编程举例 8 8.5.6 8251A.5.

8、6 8251A的使用实例的使用实例 168.5.1 8251A8.5.1 8251A的基本性能的基本性能 可以工作在可以工作在同步或异步同步或异步方式。方式。均能用均能用5 5、6 6、7 7或或8 8位代表字符位代表字符均允许奇偶校验均允许奇偶校验在同步方式时在同步方式时能自动检测能自动检测同步字符同步字符在异步方式下在异步方式下能能增加增加1 1个个启动位启动位能能增加增加1 1个、个、1.51.5个或个或2 2个个停止位。停止位。 178.5.2 8251A8.5.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理 82518251A A的内部结构的内部结构 82518251A A的发送和接收的

9、发送和接收 182 282518251A A的内部结构的内部结构 包含包含5 5个组成部分个组成部分： 发送器发送器接收器接收器数据总线缓冲器数据总线缓冲器读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路调制解调控制电路调制解调控制电路1982518251A A的内部工作原理的内部工作原理 1234520发送器发送器发送控制电路功能发送控制电路功能：在异步方式下，为数据加上在异步方式下，为数据加上起始起始位、校验位和停止位位、校验位和停止位。在同步方式下，插入在同步方式下，插入同步字符同步字符和和校验位校验位。 21接收器接收器接收控制电路的功能接收控制电路的功能： 寻找寻找起始位起始位。消除假起始位消除假起

10、始位干扰。干扰。对接收到的信息进行对接收到的信息进行奇偶校验奇偶校验。检测停止检测停止位。位。 22数据总线缓冲器数据总线缓冲器与与CPUCPU数据总线相连（数据总线相连（8 8位位）：）：数据的数据的发送、接收发送、接收方式控制字方式控制字、操作命令字操作命令字和和状状态字态字的输出、输入的输出、输入23读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路WR#WR#写入写入数据或控制数据或控制字字RD#RD#读取读取数据或状态数据或状态字字C/D#C/D#控制控制/ /数据信号。数据信号。CLKCLK主时钟，完成主时钟，完成内部定时，内部定时，0.743.1MHz0.743.1MHz之间之间。RESETRES

11、ET复位后收发器均空闲。复位后收发器均空闲。24调制解调控制电路调制解调控制电路功能：功能：远程串行通信远程串行通信需要调制解调器需要调制解调器 提供一组通用控制信号，使提供一组通用控制信号，使82518251可以直接可以直接与调制解调器连接。与调制解调器连接。253. 82513. 8251A A的发送和接收的发送和接收 (1) (1) 异步接收方式异步接收方式 条件：条件：RXEN=1RXEN=1，RXDRXD引脚上引脚上检测到低电平检测到低电平过程：检测到过程：检测到负跳变负跳变后，再后，再经过半位经过半位的时的时间又采样，间又采样，如果还为如果还为0 0，表示是起始位。，表示是起始位。

12、接着接着每隔一位的时间每隔一位的时间采样一次，数据进入采样一次，数据进入移位寄存器，移位寄存器，直到停止位（直到停止位（1 1）。并行数据并行数据送入数据输入寄存器送入数据输入寄存器发出发出RXRDYRXRDY信号信号 26(2) (2) 异步发送方式异步发送方式v条件：条件：允许发送位允许发送位TXEN=1TXEN=1有效，有效，外设所发的外设所发的请求响应信号请求响应信号CTS#=0CTS#=0有效有效v过程：发送时加过程：发送时加发送位、校验位、发送位、校验位、停止位停止位2782518251A A的数据传输格式的数据传输格式28(3) (3) 同步接收方式同步接收方式 条件：条件： R

13、XEN=1RXEN=1，搜索到，搜索到同步字符同步字符过程：过程：监测监测RXDRXD引脚引脚，数据位送入移位寄，数据位送入移位寄存器，并与同步字符比较，同则启动接存器，并与同步字符比较，同则启动接收，同时使收，同时使SYNDETSYNDET引脚为高电平有效引脚为高电平有效。双同步字符双同步字符则要比较则要比较2 2个字符同时相同才个字符同时相同才启动接收。启动接收。外同步外同步则通过则通过SYNDETSYNDET输入高电位输入高电位实现同实现同步。步。 29(4) (4) 同步发送方式同步发送方式 v条件：条件：允许发送位允许发送位TXEN=1TXEN=1有效有效，外设所发的外设所发的请求响

14、应信号请求响应信号CTS#=0CTS#=0有效有效v过程：先发送过程：先发送1 12 2个个同步字符，同步字符，然后发送数据，若出现数据中断，然后发送数据，若出现数据中断，则则补上同步字符补上同步字符以保证数据无间以保证数据无间隙。隙。 30318.5.3 8251A8.5.3 8251A的对外信号的对外信号 1.8251A1.8251A和和CPUCPU之间之间的连接信号的连接信号 2.8251A2.8251A与与外部设备之间外部设备之间的连接信号的连接信号 32 8251 8251A A的对外信的对外信号号 80881 2 34 5331. 82511. 8251A A和和CPUCPU之间的

15、连接信号之间的连接信号 (1) (1) 片选信号片选信号 CS#CS#为低电平时，为低电平时，82518251A A被选中被选中(2) (2) 数据信号数据信号 D7D7D0D0与系统的数据总线相连与系统的数据总线相连34(3) (3) 读写控制信号读写控制信号RD#RD#为读为读信号。信号。WR#WR#为写为写信号。信号。C/D#C/D#为控为控制制/ /数据数据信号。信号。35(4) (4) 收发联络信号收发联络信号TXRDYTXRDY（发送器准备好信号）：高（发送器准备好信号）：高电平有效，要求电平有效，要求TXENTXEN位、位、CTS#CTS#引引脚有效，脚有效，发送缓冲器发送缓冲器

16、为空时才有为空时才有效。效。TXEmptyTXEmpty（发送器空信号）：高电（发送器空信号）：高电平有效，表示平有效，表示并入串出移位寄存并入串出移位寄存器器为空，指示一个发送动作已完为空，指示一个发送动作已完成。成。 368251A发送器状态发送器状态TXRDYTXEMPTY发送器状态发送器状态00发送缓冲器和移位寄存器均满发送缓冲器和移位寄存器均满10发送缓冲器空，移位寄存器满发送缓冲器空，移位寄存器满11发送缓冲器和移位寄存器均空发送缓冲器和移位寄存器均空01不可能出现不可能出现37vRXRDYRXRDY（接收器准备好信号）：（接收器准备好信号）：高电平有效，表示高电平有效，表示已接收

17、到一个已接收到一个字符字符，正等待，正等待CPUCPU取走取走vSYNDETSYNDET（同步检测信号）：只用（同步检测信号）：只用于于同步方式同步方式内同步内同步输出高电平输出高电平，表示达到同，表示达到同步状态步状态外同步外同步输入输入至少维持一个至少维持一个RXC#RXC#时时钟周期的钟周期的高电平高电平，使，使82518251在下一个在下一个RXC#RXC#时钟下降沿的时候时钟下降沿的时候开始接收字符开始接收字符382. 82512. 8251A A与外部设备之间的连接信号与外部设备之间的连接信号 (1) (1) 收发联络信号收发联络信号 DTR# DTR# 数据数据终端终端准备好信号

18、（控制）准备好信号（控制） DSR# DSR# 数据数据设备设备准备好信号（状态）准备好信号（状态） RTS# RTS# 请求发送请求发送信号（控制）信号（控制） CTS# CTS# 清除清除请求发送信号（状态）请求发送信号（状态） 39说明：说明：v1 1）4 4个信号可分为两组，个信号可分为两组，DTR#DTR#和和DSR#DSR#一组，一组，RTS#RTS#和和CTS#CTS#一组，前者一组，前者一般一般用于接收用于接收，后者一般，后者一般用于发送用于发送；v2 2）这些信号是）这些信号是CPUCPU与与外设外设（调制解调制解调器调器）连接时使用的联络信号；）连接时使用的联络信号；40v

19、3 3）使用时，若处在收发状态，除）使用时，若处在收发状态，除CTS#CTS#必须为低电平必须为低电平以外，其他可以以外，其他可以悬空悬空v4 4）在与不同外设连接时，这些信号）在与不同外设连接时，这些信号可以赋予特定的可以赋予特定的物理意义物理意义，也可以，也可以只接其中的一部分只接其中的一部分。41(2) (2) 数据信号数据信号T TX XD D 发送器发送器数据信号端数据信号端 R RX XD D 接收器接收器数据信号端数据信号端TXC TXC 发送器时钟（同步发送器时钟（同步波特率，波特率，异步异步1 1、1616或或6464倍倍波特率）波特率）RXC RXC 接收器时钟（同步接收器

20、时钟（同步波特率，波特率，异步异步1 1、1616或或6464倍倍波特率）波特率） 428.5.4 8251A8.5.4 8251A的编程的编程 82518251A A的初始化的初始化 模式寄存器的格式（方式控制字）模式寄存器的格式（方式控制字）控制寄存器的格式（操作命令字）控制寄存器的格式（操作命令字）状态寄存器的格式（状态字）状态寄存器的格式（状态字）431. 8251A1. 8251A的初始化的初始化 82518251A A初始化的约定：初始化的约定：复位后，用复位后，用奇奇地址写入的值送地址写入的值送模式寄存模式寄存器器。 若为若为同步同步模式，接着往模式，接着往奇奇地址端口输出地址端

21、口输出的字节为的字节为同步字符同步字符。此后，往此后，往奇奇地址写入的值将送到地址写入的值将送到控制寄控制寄存器存器，往，往偶偶地址端口写入的值送到地址端口写入的值送到数数据输出寄存器据输出寄存器。 4482825151A A的的初初始始化化1234452. 2. 模式寄存器的格式（方式控制字）模式寄存器的格式（方式控制字） ( (a) a) 异步模式异步模式46( (b) b) 同步模式同步模式473. 3. 控制寄存器的格式（操作命令字）控制寄存器的格式（操作命令字） 484. 4. 状态寄存器的格式（状态字）状态寄存器的格式（状态字） 498.5.5 8251A8.5.5 8251A编程

22、举例编程举例 异步模式下的初始化程序举例异步模式下的初始化程序举例 同步模式下的初始化程序举例同步模式下的初始化程序举例 利用状态字进行编程的举例利用状态字进行编程的举例 501. 1. 异步模式下的初始化程序举例异步模式下的初始化程序举例 MOV ALMOV AL，0FAH0FAHOUT OUT 41H41H，ALALMOVMOV AL AL，37H37HOUTOUT 41H41H，ALAL512. 2. 同步模式下的初始化程序举例同步模式下的初始化程序举例 MOVMOV ALAL，38H38HOUTOUT 41H41H，ALALMOVMOV ALAL，16H16HOUTOUT 41H41H

23、，ALALOUTOUT 41H41H，ALALMOV ALMOV AL，97H97HOUT OUT 41H41H，ALAL523. 3. 利用状态字进行编程的举例利用状态字进行编程的举例 下面程序段先对下面程序段先对82518251进行进行初始化初始化，然后，然后对状态字进行测对状态字进行测试试，以便输入字符，本程序段，以便输入字符，本程序段可用来可用来输入输入8080个字符个字符。53程序清单程序清单MOV AL,MOV AL,0FAH0FAHOUT OUT 41H41H,AL,ALMOV AL,MOV AL,35H35HOUT OUT 41H41H,AL,ALMOV DI,0MOV DI,

24、0MOV CX,80MOV CX,80BEGIN: IN AL,BEGIN: IN AL,41H41HTEST AL,TEST AL,02H02HJZ BEGINJZ BEGIN54IN AL,IN AL,40H40HMOV BX,OFFSET BUFFERMOV BX,OFFSET BUFFERMOV BX+DI,ALMOV BX+DI,ALINC DIINC DIIN AL,IN AL,41H41HTEST AL,TEST AL,38H38HJNZ ERRORJNZ ERRORLOOP BEGINLOOP BEGINJMP EXITJMP EXITE R R O R : C A L L E

25、 R R O R : C A L L ERR_OUTERR_OUTEXIT: EXIT: 558.5.6 8251A8.5.6 8251A的使用实例的使用实例 下图为用下图为用82518251A A作为作为CRTCRT接口的实际接口的实际例子。例子。图中图中82538253为为82518251提供提供发送和接收时发送和接收时钟信号钟信号。MC1488/1489MC1488/1489进行进行TTLTTL电平和电平和RS232RS232电平之间的转换。电平之间的转换。 56OUT0OUT2OUT2Y5Y3578251复位命令编程约定复位命令编程约定v在由两个独立程序控制一个在由两个独立程序控制一个

26、8251A时，时，可能会出现当可能会出现当8251A等待装入同步字符等待装入同步字符时，时，恰好来一个内部复位命令恰好来一个内部复位命令。这时，。这时，这个命令将被作为一个同步字符，而不这个命令将被作为一个同步字符，而不是复位命令。是复位命令。v解决的办法：在发出复位命令前解决的办法：在发出复位命令前先发出先发出三个全三个全“0”的命令的命令给给8251A，使其避开，使其避开这种可能性。这种可能性。 5882518251A A的初始化程序段的初始化程序段 INITINIT：XORXOR AX AX，AXAXMOV CXMOV CX，00030003MOVMOV DX DX，00DAH00DAH

27、OUT1OUT1：CALL KKKCALL KKKLOOP OUT1LOOP OUT1MOVMOV AL AL，40H40H CALL KKKCALL KKKMOVMOV AL AL，4EH4EH CALL KKKCALL KKKMOV ALMOV AL，27H27H CALL KKKCALL KKK59KKKKKK：OUT DXOUT DX，ALAL PUSH CXPUSH CX MOVMOV CX CX，0002 0002 ABCABC：LOOPLOOP ABC ABC POPPOP CX CX RETRET60往往CRTCRT输出一个字符的程序段输出一个字符的程序段 CHAROUTCHAROUT：MOV DXMOV DX，0DAH0DAHSTATESTATE： ININ AL AL，DXDX TEST AL TEST AL，0101 JZ STATE JZ STATEMOV DXMOV DX，0D8H0D8H POPPOP AXAXOUTOUT DXDX，AL