可编程串行接口芯片16550+

1、6.1 6.1 串行接口系统概述串行接口系统概述6.2 6.2 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片16550165506.1 串行接口系统概述串行接口系统概述串行通信方式用于远程通信。串行通信方式用于远程通信。数据在单条传输线上，一位接一位地按顺序传送数据在单条传输线上，一位接一位地按顺序传送的方式称为的方式称为串行通信串行通信。串行通信主要优点是节省。串行通信主要优点是节省通信线路，但具有数据传输效率低的特点。因此，通信线路，但具有数据传输效率低的特点。因此，串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数千串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数千公里。对于长距离、低速率的通信，串行通信往公里。

2、对于长距离、低速率的通信，串行通信往往是唯一的选择。往是唯一的选择。6.1 串行接口系统概述串行接口系统概述6.1.1 6.1.1 串行串行I/OI/O接口接口6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议6.1.1串行I/O接口u串行通信方式串行通信方式u异步方式异步方式 串行异步接口串行异步接口 通用异步收发器通用异步收发器u同步方式同步方式 串行同步接口串行同步接口 通用同步收发器通用同步收发器串行接口与输入输出设备之间以串行方式传送数据，串行接口与输入输出设备之间以串行方式传送数据，与与CPUCPU之间以并行方式传送数据。之间以并行方式

3、传送数据。 CPUCPU串行串行接口接口外部外部设备设备串行串行并行并行6.1.1串行I/O接口u功能功能1 1 实现串行和并行数据格式之间的转换。实现串行和并行数据格式之间的转换。 u功能功能2 2 实现数据缓冲功能。实现数据缓冲功能。 u功能功能3 3 控制功能。接收控制功能。接收CPUCPU的命令，输出接口的状的命令，输出接口的状态等。态等。 6.1.1串行I/O接口二、串行接口的基本结构二、串行接口的基本结构6.1.1串行I/O接口串行接口的基本结构如下：串行接口的基本结构如下： 输出缓冲寄存器：输出缓冲寄存器：接收接收CPUCPU从数据总线上送来从数据总线上送来的并行数据，并加以保存

4、。的并行数据，并加以保存。 输出移位寄存器：输出移位寄存器：它接收从输出缓冲器送来的并行它接收从输出缓冲器送来的并行数据，以发送时钟的速率把数据逐位移出，即将并行数据，以发送时钟的速率把数据逐位移出，即将并行数据转换为串行数据输出。数据转换为串行数据输出。 输入移位寄存器：输入移位寄存器：它以接收时钟的速率把出现在它以接收时钟的速率把出现在串行数据输入线上的数据逐位移入，当数据装满后，串行数据输入线上的数据逐位移入，当数据装满后，并行送往输入缓冲寄存器，即将串行数据转换成并并行送往输入缓冲寄存器，即将串行数据转换成并行数据。行数据。 输入缓冲寄存器：输入缓冲寄存器：它从输入移位寄存器中接收并行

5、数它从输入移位寄存器中接收并行数据，然后由据，然后由CPUCPU取走。取走。 控制寄存器：控制寄存器：它接收它接收CPUCPU送来的控制字，由控制字的送来的控制字，由控制字的内容，决定通信时的传输方式以及数据格式等。内容，决定通信时的传输方式以及数据格式等。例如采用例如采用异步方式还是同步方式，数据字符的位数，有无奇偶校验，异步方式还是同步方式，数据字符的位数，有无奇偶校验，是奇校验还是偶校验，停止位的位数等参数。是奇校验还是偶校验，停止位的位数等参数。 串行接口的基本结构如下（续）：串行接口的基本结构如下（续）： 状态寄存器：状态寄存器：状态寄存器中存放着接口的各种状态信状态寄存器中存放着接

6、口的各种状态信息，例如输出缓冲区是否空，输入字符是否准备好等。在息，例如输出缓冲区是否空，输入字符是否准备好等。在通信过程中，当符合某种状态时，接口中的状态检测逻辑通信过程中，当符合某种状态时，接口中的状态检测逻辑将状态寄存器的相应位置将状态寄存器的相应位置“1”1”，以便让，以便让CPUCPU查询。查询。 三、串行接口的工作过程三、串行接口的工作过程CPUCPU串行串行接口接口外部外部设备设备接收接收发送发送串行接口将串行接口将CPUCPU送来的并行数据转换成串行数送来的并行数据转换成串行数据，并对有效数据据，并对有效数据“包装包装”，即加上起始位、即加上起始位、产生奇偶校验位和停止位，再发

7、送出去。产生奇偶校验位和停止位，再发送出去。发送发送数据数据接收接收数据数据串行接口将串行输入的数据转换成并行数据，同样要对有串行接口将串行输入的数据转换成并行数据，同样要对有效数据进行处理效数据进行处理（去掉起始位、校验位和停止位）和奇偶（去掉起始位、校验位和停止位）和奇偶校验，然后等待校验，然后等待CPUCPU取走。取走。 6.1.1串行I/O接口n有效数据由有效数据由CPUCPU写入接口中的输出缓冲寄存器，写入接口中的输出缓冲寄存器，再送到输出移位寄存器。再送到输出移位寄存器。n同时将状态寄存器中的同时将状态寄存器中的“发送准备好发送准备好”位置位置“1”1”，并发出中断请求信号（用中断

8、方式时），并发出中断请求信号（用中断方式时），表示接口可以接收表示接口可以接收CPUCPU写入下一个有效数据。写入下一个有效数据。n在输出移位寄存器中。由发送控制逻辑对有效在输出移位寄存器中。由发送控制逻辑对有效数据进行数据进行“包装包装”，即加上起始位、奇偶校验位，即加上起始位、奇偶校验位和停止位。和停止位。n经包装后的数据由输出移位寄存器按选定的传经包装后的数据由输出移位寄存器按选定的传输率逐位移出，变成串行数据发送到串行输出线输率逐位移出，变成串行数据发送到串行输出线上去。上去。发发送送过过程程6.1.1串行I/O接口n接收控制电路不断地监视串行数据输入线上的电接收控制电路不断地监视串行

9、数据输入线上的电平，一旦出现持续一个位周期的低电平（异步方式平，一旦出现持续一个位周期的低电平（异步方式下），则开始采样有效数据位，并使数据进入输入下），则开始采样有效数据位，并使数据进入输入移位寄存器。移位寄存器。n采样重复进行，直至采样到停止位。采样重复进行，直至采样到停止位。n接收控制逻辑对接收的数据进行格式检查，若不接收控制逻辑对接收的数据进行格式检查，若不正确，则将状态寄存器中的相应位置正确，则将状态寄存器中的相应位置“1”1”；若正确，；若正确，则将有效数据位并行传送到输入缓冲器。则将有效数据位并行传送到输入缓冲器。n然后，将状态寄存器中的然后，将状态寄存器中的“接收数据准备好接收

10、数据准备好”位位置置“1”1”；若接口处于中断允许状态，则还向；若接口处于中断允许状态，则还向CPUCPU发出中断请求信号。发出中断请求信号。CPUCPU可以通过查询或中断方可以通过查询或中断方式读取输入缓冲寄存器中的有效数据。式读取输入缓冲寄存器中的有效数据。 接接收收过过程程6.1.1串行I/O接口9.1.1串行I/O接口接收接收 过程过程 状态 寄存器 控制 寄存器 数据输入寄存器 数据输出寄存器 输入移位寄存器 输出移位寄存器 串行输出 串行输入 接收时钟 发送时钟 联络信号 数据总线 收发器 控制 信号 逻辑 中断请求 读 写 地址 译码 cs CPUCPU外部设备外部设备6.1.2

11、 6.1.2 串行通信基础串行通信基础1. 波特率（Baud）一、数据传输率一、数据传输率 数据传输率是指单位时间内传输的信息量，数据传输率是指单位时间内传输的信息量，可用比特率和波特率来表示。可用比特率和波特率来表示。 比特率：比特率：比特率是指每秒传输的二进制位数，单位为比特率是指每秒传输的二进制位数，单位为bit/s bit/s （ bpsbps）表示。表示。 波特率：波特率：波特率是指每秒传输的符号数，若每个符号所含的信波特率是指每秒传输的符号数，若每个符号所含的信息量为息量为1 1比特，则波特率等于比特率。单位为比特，则波特率等于比特率。单位为BaudBaud。在在计算机中计算机中,

12、 ,一个符号的含义为高低电平一个符号的含义为高低电平, ,它们分别代表逻辑它们分别代表逻辑1 1和逻和逻辑辑0,0,所以每个符号所含的信息为所以每个符号所含的信息为1 1位位, ,因此在计算机通信中因此在计算机通信中, ,常将比常将比特率称为特率称为波特率波特率, ,即即 1 1 （BaudBaud）=1 =1 bit/s bit/s 传送一个二进制位所需的时间为位时间传送一个二进制位所需的时间为位时间, ,用用TdTd表示。位时间与波特表示。位时间与波特率的关系是率的关系是Td=1/BTd=1/B2. 发送/接收时钟（Txc /Rxc）发送数据时发送数据时，发送器在，发送器在发送时钟作用下发

13、送时钟作用下, ,将将“发送移位寄存器发送移位寄存器”的的数据按位串行移位输出；数据按位串行移位输出；接受数据时接受数据时，接受器在，接受器在接收时钟作用下接收时钟作用下, ,对来对来自通信线上的串行数据自通信线上的串行数据按位串行移入按位串行移入“接收移接收移位寄存器位寄存器”。 状态 寄存器 控制 寄存器 数据输入寄存器 数据输出寄存器 输入移位寄存器 输出移位寄存器 串行输出 串行输入 接接收收时时钟钟 发发送送时时钟钟 联络信号 cs 6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础2. 发送/接收时钟（Txc /Rxc）：单位时间内传送的二进制数据的位数，以位：单位时间内传送的二进制

14、数据的位数，以位/秒（秒（）表示，也称为数据位率。表示，也称为数据位率。直接决定了通信线路上数据传输的速率，对于直接决定了通信线路上数据传输的速率，对于收收/发双方之间数据传输的同步有十分重要的作用。发双方之间数据传输的同步有十分重要的作用。一般在发送端是由发送时钟的一般在发送端是由发送时钟的使送入移位寄存器使送入移位寄存器的数据串行移位输出。而接收端则是在接收时钟的的数据串行移位输出。而接收端则是在接收时钟的作用下将传输线上的数据逐位打入移位寄存器。作用下将传输线上的数据逐位打入移位寄存器。6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础二、串行通信的连接方式1. 单工（单工（simplex

15、simplex）连接连接2. 半双工（半双工（half-duplexhalf-duplex）连接连接3. 全双工（全双工（full-duplexfull-duplex）连接连接CPUCPU串行串行接口接口外部外部设备设备串行串行并行并行TRTRRTTTRR6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础三、信号的调制和解调三、信号的调制和解调如果数字信号直接在公用电话网的传输线上传送，高次谐波如果数字信号直接在公用电话网的传输线上传送，高次谐波的衰减会很厉害，从而使信号到了接收端后将发生严重畸变和失真的衰减会很厉害，从而使信号到了接收端后将发生严重畸变和失真发送方使用发送方使用（Modulat

16、orModulator），），把要传送的把要传送的调调制转换为适合在线路上传输的制转换为适合在线路上传输的；接收方则使用；接收方则使用（DemodulatorDemodulator）从线路上测出这个模拟信号，并还原成数字信号从线路上测出这个模拟信号，并还原成数字信号6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础四、串行通信的检错和纠错四、串行通信的检错和纠错信息的正确性对计算机的可靠工作具有极其重要的意义，但在信息信息的正确性对计算机的可靠工作具有极其重要的意义，但在信息的存储与传输过程中，常可能由于某种干扰或其他不可靠因素的存的存储与传输过程中，常可能由于某种干扰或其他不可靠因素的存在而发

17、生差错。在而发生差错。在串行通信中，由于线路长和噪声干扰的存在，会导致信息传输过在串行通信中，由于线路长和噪声干扰的存在，会导致信息传输过程中出现错误。程中出现错误。为保证信息传输的正确性，必须对传输的数据信息进行差错检查和为保证信息传输的正确性，必须对传输的数据信息进行差错检查和校正，即检错和纠错。校正，即检错和纠错。检错是如何发现传输中的错误，而纠错是发现检错是如何发现传输中的错误，而纠错是发现 错误后如何消除错错误后如何消除错误。误。在基本通信协议中，一般采用在基本通信协议中，一般采用奇偶检验奇偶检验或或方阵码检错方阵码检错，以反馈重发，以反馈重发方式纠错。在高级通信协议中，一般采用方式

18、纠错。在高级通信协议中，一般采用循环冗余码（循环冗余码（CRCCRC）检检错，错，以自动纠错方式来纠错。以自动纠错方式来纠错。 6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础奇偶校验的基本原理奇偶校验的基本原理这种利用信息位中这种利用信息位中“1”1”的个数的奇偶性来达到检验目的的个数的奇偶性来达到检验目的的编码称为的编码称为奇偶校验码奇偶校验码。使整个信息位。使整个信息位“1”1”的个数为奇的个数为奇数的编码叫数的编码叫奇校验码奇校验码；而使整个信息位；而使整个信息位“1”1”的个数为偶的个数为偶数的编码叫数的编码叫偶校验码偶校验码。附加的信息位称为。附加的信息位称为奇偶校验位奇偶校验位，

19、简称校验位。需要传送的数据位本身称为有效信息位。简称校验位。需要传送的数据位本身称为有效信息位。在所传输的有效数据中附加冗余位（即检验位），使整在所传输的有效数据中附加冗余位（即检验位），使整个信息位（包括有效位和检验位）中个信息位（包括有效位和检验位）中“1”1”的个数具有奇的个数具有奇数或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若原来数或偶数的特性。整个信息位经过线路传输后，若原来所具有的所具有的“1”1”的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现的个数的奇偶性发生了变化，则说明出现了传输错误，可由专门的检测电路检测出来。了传输错误，可由专门的检测电路检测出来。6.1.2 6.1.2 串行通信基础

20、串行通信基础有效信息位是有效信息位是10111011011101，采用偶校验，则附加的校，采用偶校验，则附加的校验位是验位是1 1。最后得到的信息是。最后得到的信息是101110110111011 1有效信息位是有效信息位是10110111011011，采用奇校验，则附加的校，采用奇校验，则附加的校验位是验位是0 0。最后得到的信息是。最后得到的信息是101101110110110 0例例1 1例例2 26.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础2. 方阵码校验 基本原理：基本原理：先在每个先在每个7 7位编码的字符位编码的字符后附加后附加1 1位奇偶校验位，使整个字符位奇偶校验位，使整

21、个字符的的“1”1”的个数为偶数或奇数。然后的个数为偶数或奇数。然后使若干个字符组成一个数据块，列使若干个字符组成一个数据块，列成方阵，再在纵向按位加，产生一成方阵，再在纵向按位加，产生一个字符的检验字符，并将它附在数个字符的检验字符，并将它附在数据的末尾。据的末尾。这一检验字符是所有数据字符这一检验字符是所有数据字符“异或异或”的结果，反映了整个数据的结果，反映了整个数据的奇偶性。的奇偶性。在数据接收过程中，数据块读出产生一个检验字符，并与发送来在数据接收过程中，数据块读出产生一个检验字符，并与发送来的检验字符进行比较，若两者不同，说明出现差错，则以反馈重的检验字符进行比较，若两者不同，说明

22、出现差错，则以反馈重发来纠错。若两者相同，表示接收数据正确发来纠错。若两者相同，表示接收数据正确。6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础3. CRC校验CRCCRC是利用编码原理，对传送的二进制码序列以一定是利用编码原理，对传送的二进制码序列以一定的规则产生一定的校验码，并将校验码放在二进制序的规则产生一定的校验码，并将校验码放在二进制序列之后，形成符合一定规则的新的二进制码序列（称列之后，形成符合一定规则的新的二进制码序列（称为编码），并将新的二进制码序列发送出去。为编码），并将新的二进制码序列发送出去。在接收时，就根据信息和校验码之间所遵循的规则进在接收时，就根据信息和校验码之间

23、所遵循的规则进行检测（称为译码），从而检测出传输过程中是否发行检测（称为译码），从而检测出传输过程中是否发生差错。生差错。CRCCRC校验是对整个数据块进行校验，同步串行通信都校验是对整个数据块进行校验，同步串行通信都采用采用CRCCRC校验。校验。6.1.2 6.1.2 串行通信基础串行通信基础一、概述一、概述 在串行通信中在串行通信中, ,发送端发送数据时发送端发送数据时, ,一位一位往外发送一位一位往外发送, ,没有问没有问题题, ,问题是接收端问题是接收端, ,一根线传送过来的信息一根线传送过来的信息01101100110110表示什么意表示什么意思思? ?不知道不知道. .所以发、收

24、双方一定要有约定。所以发、收双方一定要有约定。1 1、接收方怎么知道数据传送的开始和结束？、接收方怎么知道数据传送的开始和结束？2 2、接收方怎么判断所接收数据的正确性。、接收方怎么判断所接收数据的正确性。所以，串行通信中，如何使收发双方同步工作是关键。所以，串行通信中，如何使收发双方同步工作是关键。 为了实现同步，互相通信的双方必须就数据传输方式、为了实现同步，互相通信的双方必须就数据传输方式、同步控制方式、差错处理、应答方式和信号格式等问题作同步控制方式、差错处理、应答方式和信号格式等问题作出共同遵守的一组规定，这种规定称为出共同遵守的一组规定，这种规定称为通信协议通信协议。 常用的串行通

25、信中数据传输的常用的串行通信中数据传输的同步方法有同步方法有2 2种种，即，即异异步方式步方式和和同步方式同步方式，相应的有异步通信协议同步通信协议。，相应的有异步通信协议同步通信协议。6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议1、串行异步通信时的数据格式二、异步通信协议二、异步通信协议异步方式通信是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的异步方式通信是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。收、发双方取得同步的方法是采用在字符格式中设置起始位和停收、发双方取得同步的方法是采用在字

26、符格式中设置起始位和停止位。（把一个字符看作是一个独立的信息单元，并且字符出现止位。（把一个字符看作是一个独立的信息单元，并且字符出现在数据流中相对时间是任意的。）在数据流中相对时间是任意的。）在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议起始位起始位校验位校验位 停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/

27、10/10/10/10/11 10 01 11 11 1起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平数据位数据位数据位紧跟着起始位传送。数据位紧跟着起始位传送。由由5 58 8个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，低位先传送校验位校验位用于校验是否传送正确；可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选择奇检验、偶校验或不传送校验位停止位停止位表示该字符传送结束。停止表示该字符传送结束。停止位采用逻辑位采用逻辑1 1电平，可选择电平，可选择1 1、1.51.5或或2 2位位空闲位空闲位传送字符之间的逻辑传送字符之间的逻辑1 1电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送

28、6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议比如比如ASCII 字符字符 A, 二进制是二进制是0100 0001(8位位)，它们在，它们在起始位和起始位和2位停止位之间传送，并使用了位停止位之间传送，并使用了1位奇偶校验位。位奇偶校验位。6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议2、串行异步通信时的数据接收接收端采样时钟频率为位频率的接收端采样时钟频率为位频率的1616倍，采样时间基倍，采样时间基准应确保采样时刻在每一位的中间。准应确保采样时刻在每一位的中间。注意注意在接收端设置一采样时钟频率计数器，当检测到起始位下降沿在接收端设置一采样时钟频率计数器，当检测到起始位下降沿时，将其

29、清零，并开始对采样时钟计数。时，将其清零，并开始对采样时钟计数。 当计数器计到当计数器计到8 8时，表示已到达起始位的中间位置，此时采样值时，表示已到达起始位的中间位置，此时采样值为为0 0，说明是真正的起始位，同时将计数器清零；若采样值不为，说明是真正的起始位，同时将计数器清零；若采样值不为0 0，则说明一开始检测到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是，则说明一开始检测到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干扰，此次检测应作废，计数器清零，并重新开始检测起一次干扰，此次检测应作废，计数器清零，并重新开始检测起始位始位。 6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议2、串行异步通信时的数据

30、接收检测到真正的起始位后，计数器清零，以后每次计到检测到真正的起始位后，计数器清零，以后每次计到1616时，便采样收到的信号波形（即每一位的中间），时，便采样收到的信号波形（即每一位的中间），将采到的数值暂存起来，同时将计数器清零，重新计将采到的数值暂存起来，同时将计数器清零，重新计数，直至最后的停止位被采样。数，直至最后的停止位被采样。 如果停止位采样正确（为如果停止位采样正确（为1 1），则字符被接收，并由），则字符被接收，并由暂存器装入寄存器。若停止位采样值为暂存器装入寄存器。若停止位采样值为0 0，说明同步，说明同步或传输有问题，此次采样所得字符作废或传输有问题，此次采样所得字符作废,

31、 ,不被接收。不被接收。 6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议3、串行异步通信的特点 起止式异步通信协议传输数据对收发双方的时钟同起止式异步通信协议传输数据对收发双方的时钟同步要求不高，发送器和接收器可以不用共同的时钟。步要求不高，发送器和接收器可以不用共同的时钟。 串行异步通信的数据格式可以根据实际需要，通过可串行异步通信的数据格式可以根据实际需要，通过可编程串行接口电路，用软件命令的方式进行设置。在不编程串行接口电路，用软件命令的方式进行设置。在不同传输系统中，这些通信格式的设定完全可以不同。同传输系统中，这些通信格式的设定完全可以不同。 附加信息位（额外开销），使通信效率降低

32、。附加信息位（额外开销），使通信效率降低。6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议例题：例题： 异步传输异步传输7位位ASCII码，如果需要数据传输速率为码，如果需要数据传输速率为240字符字符/秒，使用秒，使用1位奇偶校验位和位奇偶校验位和1位停止位，则：位停止位，则：1）波特率应该是多少？）波特率应该是多少？2）有效数据位传输位是多少？）有效数据位传输位是多少？3）传输效率是多少？）传输效率是多少？解：解：6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议1、串行同步通信的特点三、串行同步通信协议三、串行同步通信协议 要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保要求对传送数据的每一

33、位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓持同步，即所谓“位同步位同步”。因此，收、发两端需用同。因此，收、发两端需用同一个时钟源作为时钟信号。一个时钟源作为时钟信号。没有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的开没有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的开始。始。(3) (3) 通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议(4)(4)传输效率高，适合于快速、大量数据的传送。传输效率高，适合于快速、大量数据的

34、传送。三、串行同步通信协议三、串行同步通信协议外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端按这个时钟频率调整自己的时序，使接收时冲，接收端按这个时钟频率调整自己的时序，使接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。（接收数据。（没有同步字符，靠外部时钟同步没有同步字符，靠外部时钟同步）外同步法外同步法内同步法内同步法同步方法同步方法内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。取同步的方法。（有一个（单同步）或两个

35、（双同有一个（单同步）或两个（双同步）同步字符步）同步字符）6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议2、同步通信协议概述三、串行同步通信协议三、串行同步通信协议 面向字符的同步通信协议面向字符的同步通信协议 面向比特的同步通信协议面向比特的同步通信协议6.1.3 6.1.3 串行通信协议串行通信协议6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准一、一、RS-232CRS-232C串行通信标准串行通信标准EIAEIA Electronic Industry AssociationElectronic Industry Association，美国美国电子工业

36、协会电子工业协会RS RS Recommended standardRecommended standard，推荐标准推荐标准232232 标识号标识号C C RS232RS232的最新一次修改（的最新一次修改（19691969年）年）EIA-RS-232CEIA-RS-232C全称全称RS-232C串行通信标准定义说明：串行通信标准定义说明： 当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能达能达到接插的到接插的“兼容性兼容性”。也就是说不同厂家所生产的设备，只要它也就是说不同厂家所生产的设备，只要它们都有具有们都有具有RS-232CRS-232

37、C标准接口，则不需要任何转换电路，就可以标准接口，则不需要任何转换电路，就可以互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一般不超过般不超过15m15m。通常两计算机的近距离通信可以通过通常两计算机的近距离通信可以通过RS-232CRS-232C标准标准接口连接起来。接口连接起来。最初是为远程通信连接数据终端设备最初是为远程通信连接数据终端设备DTE (Data Terminal Equipment)与数据通信设备

38、与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment)而制定的而制定的。RS-232CRS-232C标准包括机械指标和电气指标。标准包括机械指标和电气指标。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准1. 电气特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信标准串行通信标准逻辑电平逻辑电平逻辑逻辑1 1（MARKMARK）= -3V= -3V-15V-15V逻辑逻辑0 0（SPACESPACE）= +3= +315V 15V 在在TxDTxD和和RxDRxD上上信号有效（接通，信号有效（接通，ONON状态，正电压）状态，正电压）= +3

39、V= +3V+15V+15V信号无效（断开，信号无效（断开，OFFOFF状态，负电压）状态，负电压）= -3V= -3V-15V-15V在在RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等控制线上等控制线上!RTS!RTS：为请求发送信号。为请求发送信号。DTEDTEDCEDCE!CTS!CTS：为允许发送信号为允许发送信号。 DCE DCE DTEDTE!DSR!DSR：为数据装置准备好信号。有效时，表明为数据装置准备好信号。有效时，表明DCEDCE可以使用可以使用!DTR!DTR：为数据终端准备好信号。有效时表明为数据终端准备好信号。有效时表明DTEDTE可可以使用

40、。以使用。!DCD!DCD：载波检测输出。载波检测输出。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准1. 电气特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信标准串行通信标准TTL-EIATTL-EIA电平转换电平转换为了能够同计为了能够同计算机接口或终算机接口或终端的端的TTLTTL器件器件连接，必须在连接，必须在EIA-RS-EIA-RS-232C232C与与TTLTTL电路之间进行电路之间进行电平和逻辑关电平和逻辑关系的变换。系的变换。 集成转换器件集成转换器件TTLEIATTLEIAMC1488MC1488、SN75150SN75150EIATTLEIA

41、TTLMC1489MC1489、SN75154SN75154TTLEIA TTLEIA MAX232 MAX232 l232C接口采用EIA电平高电平为3V15V低电平为3V15V实际常用12V或15Vn标准标准TTL电平电平n高电平：高电平：2.4V5Vn低电平：低电平：0V0.4V相互转换相互转换6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准2. 连接器的机械特性一、一、RS-232CRS-232C串行通信标准串行通信标准DB-25DB-2513131 1252514141 11313141425 异步通信的异步通信的9 9个电压信号（含信号地个电压信号（含信

42、号地SGSG）：）： 2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，2020，2222 20mA 20mA电流环信号电流环信号 9 9个：个： 1212，1313，1414，1515，1616，1717，19,2319,23，2424 空引脚空引脚6 6个：个： 9 9，1010，1111，1818，2121，2525 保护地（保护地（PEPE）1 1个，作为设备接地端：个，作为设备接地端： 1 1DB-9DB-9 B-9型连接器与型连接器与DB-25型引脚信号定义型引脚信号定义DCDRxDTxD DTR SG DSR RTS CTS RIDB-9123456789DB-258322

43、0764522ATAT机以后（不支持机以后（不支持20mA20mA电流环接口），电流环接口），使用使用DB-9DB-9连接器，作为提供多功能连接器，作为提供多功能I/OI/O卡卡或主板上或主板上COM1COM1和和COM2COM2两个串行接口的两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的连接器。它只提供异步通信的9 9个信号。个信号。DB-9DB-9型连接器的引脚分配与型连接器的引脚分配与DB-25DB-25型引型引脚信号完全不同。因此，若与配接脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25DB-25型连接器的型连接器的DCEDCE设备连接，必须使用专门设备连接，必须使用专门的电缆线。的电缆线。6.1.

44、4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准3. RS-232C的接口信号4 4条数据线、条数据线、1111条控制线、条控制线、3 3条定时线、条定时线、7 7条备用和未定义线条备用和未定义线常用的只有常用的只有9 9根根6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准(1)(1)联络控制信号线联络控制信号线nTxD：发送数据n串行数据的发送端nRxD：接收数据n串行数据的接收端6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准nRTS：请求发送请求发送n当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效当数据终端设备准备好

45、送出数据时，就发出有效的的RTSRTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据信号，用于通知数据通信设备准备接收数据nCTS：清除发送（允许发送）（请求响应）清除发送（允许发送）（请求响应）n当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传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，发出送数据时，发出CTSCTS有效信号来响应有效信号来响应RTSRTS信号信号nRTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备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（握手信号）间一对用于数据发送的联络信号（握手信号）6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准nDTR

46、：数据终端准备好数据终端准备好n通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，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表明数据终端设备准备就绪nDSR：数据数据装置准备好装置准备好n通常表示数据通信设备（即数据装置）已接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，并处在数据传输方通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式式nDTR和和DSR也可用做数据终端设备与数也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如表示设据通信设备间的联络信号，例如表示设备的状态备的状态6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准nSG：信号地信号

47、地n为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平nDCD：载波载波检测（检测（DCD）n当本地调制解调器接收到来自对方的载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波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号有效信号nRI：振铃振铃指示指示n当调制解调器接收到对方的拨号信号期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、间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效保持有效6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准lPG：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

48、备的外壳或大地lTxC：发送器时钟控制数据终端发送串行数据的时钟信号lRxC：接收器时钟控制数据终端接收串行数据的时钟信号6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准二、串行口互连二、串行口互连微机利用微机利用232C接口接口连接调制解调器连接调制解调器，用于实现通过电，用于实现通过电话线路的远距离通信话线路的远距离通信6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准MODEM微机微机2345678202223456782022数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR发送数据发送数据TxDTxD

49、接收数据接收数据RxDRxD请求发送请求发送RTSRTS允许发送允许发送CTSCTS信号地信号地GNDGND载波检测载波检测DCDDCD振铃指示振铃指示RIRI9.1.4 RS-232C9.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准电话线电话线MODEM微机微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR发送数据发送数据TxDTxD接收数据接收数据RxDRxD请求发送请求发送RTSRTS允许发送允许发送CTSCTS信号地信号地GNDGND载波检测载波检测DCDDCD振铃指示振铃指

50、示RIRI微机微机234567820221. 零Modem 的最简连线（3线制）微机利用微机利用232C接口接口直接连接直接连接进行短距离通信。这进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（调器（Null Modem）连接。连接。6.1.4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准2. 零Modem标准连接TxD 2RxD 3SG 7RTS 4CTS 6DCD 8DSR 6RI 22DTR 202 TxD3 RxD7 SG4 RTS6 CTS8 DCD6 DSR22 RI20 DTR微机微机微机微机6.1.

51、4 RS-232C6.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准6.2 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片165506.2.1 165506.2.1 16550介绍介绍6.2.2 165506.2.2 16550编程举例编程举例9.2.1 82509.2.1 8250的逻辑结构和引脚功的逻辑结构和引脚功能能 PC微机异步通信适配器是微机与微机、微机异步通信适配器是微机与微机、微机与微机与MODEM及微机与外设之间进行异步通及微机与外设之间进行异步通信的接口。其核心是信的接口。其核心是UART。 常见的常见的UART主要有主要有、和和。此外，还有带更大缓冲的此外，还有带更大缓冲的UART，

52、称为称为和和。 16550引脚简介引脚简介l数据信号数据信号D7-D0：8根数据线和根数据线和CPU数据总线连接。数据总线连接。l与地址有关的信号与地址有关的信号:CS0、CS1、!CS2、!ADS。当。当CS0=CS1=1、!CS2=0时，时，16550可被可被CPU访问，并由访问，并由A2- A0选择要访问的寄存器。地址选通信号选择要访问的寄存器。地址选通信号!ADS为低电平时，锁存为低电平时，锁存三个片选信号以及三个片选信号以及A2- A0的输入状态。的输入状态。l读写控制信号读写控制信号。16550有两对读写控制信号，两对信号功能有两对读写控制信号，两对信号功能完全相同，只不过是信号电

53、平不同而已。完全相同，只不过是信号电平不同而已。RD、WR为高电平有为高电平有效，效，!RD、 !WR为低电平有效。为低电平有效。l中断控制和复位信号中断控制和复位信号。16550具有中断控制和具有中断控制和中断优先级处理能力，中断优先级处理能力，INTR引脚产生高电平引脚产生高电平有效地中断请求信号。有效地中断请求信号。PC中，使用中，使用OUT2来控来控制中断请求信号制中断请求信号INTR的输出，而的输出，而OUT1没有使没有使用。用。MR是复位信号，通常与系统是复位信号，通常与系统RESET信号信号连接，在系统复位时对连接，在系统复位时对16550复位。复位。l时钟信号时钟信号。XIN和

54、和XOUT是是16550的主时钟引脚，的主时钟引脚，晶体振荡器可连接在它们两者之间，或者晶体振荡器可连接在它们两者之间，或者XIN与外部时钟源连接。与外部时钟源连接。BAUDOUT输出是由发送输出是由发送器的波特率发生器产生的时钟信号，它常与器的波特率发生器产生的时钟信号，它常与RCLK输入连接，产生与发送器相等的接收器输入连接，产生与发送器相等的接收器时钟。时钟。l与通信设备连接的信号与通信设备连接的信号。请求发送。请求发送RTS、允许、允许发送发送CTS、数据终端准备好、数据终端准备好DTR、数据装置准、数据装置准备好备好DSR、振铃、振铃RI、载波检测、载波检测DCD、串行数据、串行数据

55、信号信号RxD和和TxD。这些信号经过。这些信号经过EIA驱动器驱驱动器驱动后与动后与9脚脚D型连接器相连。型连接器相连。l数据就绪信号数据就绪信号。RxRDY和和 TxRDY是接收器和是接收器和发送器的就绪信号，常用于发送器的就绪信号，常用于DMA方式控制数据方式控制数据传送。传送。u16550内部有内部有12个个8位位寄存器寄存器，但是只有，但是只有8个端个端口地址口地址，用，用8个地址表示个地址表示12个寄存器，所采取个寄存器，所采取的措施如下：的措施如下：u发送保持寄存器发送保持寄存器THR 和和 接收数据寄存器接收数据寄存器RBR 共用共用一个地址，以一个地址，以读写信号来加以区分读

56、写信号来加以区分。u以读方式访问以读方式访问RBR， 以写方式访问以写方式访问THRu波特率除数寄存器的高字节波特率除数寄存器的高字节TLH与中断允许寄存器与中断允许寄存器IER使用相同的地址使用相同的地址; 波特率除数寄存器的低字节波特率除数寄存器的低字节TLL与接收数据寄存器与接收数据寄存器RBR和发送保持寄存器和发送保持寄存器THR使用相同的地址使用相同的地址，为了区分，借用线路控制寄存器，为了区分，借用线路控制寄存器LCR的最高位的最高位DLAB位位来区分来区分 16550内部寄存器地址及其选择方法内部寄存器地址及其选择方法DLABA2 A1 A0被访问的寄存器被访问的寄存器0000接

57、收数据寄存器接收数据寄存器RBR（读读）;发送保持寄存器发送保持寄存器THR（写写）0001中断允许寄存器中断允许寄存器IER1000波特率除数寄存器（低字节）波特率除数寄存器（低字节）1001波特率除数寄存器（高字节）波特率除数寄存器（高字节）X010中断识别寄存器中断识别寄存器IIR（只读）（只读）;FIFO控制器控制器FCR（只写）（只写）X011线路控制寄存器线路控制寄存器LCRX100MODEM控制寄存器控制寄存器MCRX101线路状态寄存器线路状态寄存器LSRX110MODEM状态寄存器状态寄存器MSRX111暂存暂存表表 LCR格式格式D7D6D5D4D3D2D1D0DLABSB

58、SPEPSPENSTBWLS1WLS0除数寄存器除数寄存器访问允许访问允许中止中止设定设定附加奇偶附加奇偶标志位选标志位选择择奇偶奇偶校验校验选择选择奇偶奇偶校验校验允许允许停止位选择停止位选择字符长度选择字符长度选择1-允许允许0-禁止禁止1-中中止止0-正正常常1-附加附加1位位0-不附不附加加11-偶校验偶校验01-奇校验奇校验X0-无校验无校验0-1位停止位停止位位1-1.5或或2位位停止位停止位根据根据D1 D0区区分分00-5位位01-6位位10-7位位11-8位位1，线路控制寄存器，线路控制寄存器（LCR：Line Control Register）用于指定异步串行通信的数据格式

59、用于指定异步串行通信的数据格式 2，线路状态寄存器（，线路状态寄存器（LSR：Line Status Register）：只读存储器，：只读存储器，用来向用来向CPU提供数据接收和发送时的状态。这些状态可以被提供数据接收和发送时的状态。这些状态可以被CPU查查询，也可以触发中断请求。询，也可以触发中断请求。LSR格式格式D7D6D5D4D3D2D1D0ERTEMTTHREBIFEPEOEDR错误错误标志标志发送器发送器空空发送保发送保持寄存持寄存器器中止识别中止识别指示指示接收格式接收格式错错接收奇接收奇偶错偶错越限出越限出错错接收数据接收数据准备准备0- 无错无错误误1-FIFO至少至少有一

60、有一个错个错误误0-发发送器不送器不空空1-发发送器空送器空0-等等待发送待发送器器1-发发送器就送器就绪绪0- 无中无中止状态止状态1-进入进入中止状态中止状态0-正常正常1-出错出错0-正正常常1-出出错错0-正常正常1-出错出错0-数据未数据未准备好准备好1-FIFO或接收缓或接收缓冲器中有冲器中有数据数据u波特率除数寄存器分为波特率除数寄存器分为高字节寄存器高字节寄存器TLH和和低字节寄存器低字节寄存器TLLu该寄存器用于存放该寄存器用于存放除数寄存器值除数寄存器值，从而确定，从而确定波特率波特率。除数寄存器。除数寄存器值不同，则波特率不同。（分频系数：在基准时钟频率的基础上所值不同，