第九章 串行通信和接口芯片8251A

1、微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群9.1 串行通信的基本概念和串行通信的基本概念和EIA RS-232C接口接口9.2 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片8251A第第9章章 串行通信和接口芯片串行通信和接口芯片8251A微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 9.1 串行通信的基本概念和串行通信的基本概念和EIA RS-232C接口接口通信：通信：计算机与外

2、部的计算机与外部的信息交换信息交换统称为通信。统称为通信。分类：分类：基本的通信方式分为基本的通信方式分为并行通信并行通信与与串行通信串行通信两种：两种：并行通信：并行通信：是指利用多条数据传输线将一个数据的是指利用多条数据传输线将一个数据的各位同时进行各位同时进行传送传送。特点：特点：数据数据各位同时传输各位同时传输，适用于短距离通信。，适用于短距离通信。串行通信：串行通信：是指利用是指利用一条传输线一条传输线将数据的各位将数据的各位一位位地顺序进行一位位地顺序进行传送传送。串行通信串行通信又可分为又可分为异步通信异步通信和和同步通信同步通信。特点：特点：通信线路简单，利用电话或电报线路就可

3、实现通信，降低通信线路简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低成本，适用于远距离通信。成本，适用于远距离通信。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群并行通信并行通信微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群串行通信串行通信微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高

4、群高群1、 数据传送方向数据传送方向 按按串行通信串行通信的数据的数据传送方向，传送方向，串行通信可分为串行通信可分为单工单工、半双半双工工、全双工全双工三种。三种。1. 单工传送方式：单工传送方式：只能进行一个方向的数据传送（两条线：信只能进行一个方向的数据传送（两条线：信息线、地线）。息线、地线）。电视系统电视系统和和调频广播系统调频广播系统都是单工的。都是单工的。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群2. 半双工传送方式：半双工传送方式：可以进行两个方向的数据传送（可以进行

5、两个方向的数据传送（双向双向），但），但不能同时进行双向传送不能同时进行双向传送；某一时刻只能进行一个方向的传送（两；某一时刻只能进行一个方向的传送（两条线：信息线、地线）。条线：信息线、地线）。 比如：比如：对讲机系统对讲机系统。 半双工半双工 全双工全双工3. 全双工传送方式：全双工传送方式：可以可以同时进行两个方向的数据传送同时进行两个方向的数据传送（双（双向）。（三条线：两条信息线、一条地线）。向）。（三条线：两条信息线、一条地线）。 比如比如电话系统、电话系统、计算机网络计算机网络。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编

6、程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群2、 串行传输的两种基本工作方式串行传输的两种基本工作方式 串行通信按串行通信按数据传送的基本工作方式数据传送的基本工作方式可分为可分为同步通信同步通信(SYNC)与与异步通信（异步通信（ASYNC）两种方式。两种方式。一、一、 异步通信异步通信1）异步通信：）异步通信：以一个字符为传输单位以一个字符为传输单位，通信中，通信中两个字符间的时两个字符间的时间间隔是不固定的间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。的时间间隔是固定的。2）通信协议（通信规程）：）通信协议（通信

7、规程）：是通信双方约定的一些规则。有了是通信双方约定的一些规则。有了这些规则，接收方才能正确接收信息。这些规则，接收方才能正确接收信息。3）传送一个字符的信息格式：）传送一个字符的信息格式：规定有规定有起始位起始位、数据位数据位、奇偶校奇偶校验位验位、停止位停止位等。等。4）帧：）帧：从起始位开始到停止位结束的所有信息称为从起始位开始到停止位结束的所有信息称为一帧信息一帧信息。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群起始位：起始位：先发出一个逻辑先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字

8、符的开始。信号，表示传输字符的开始。数据位：数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是紧接着起始位之后。数据位的个数可以是5、6、7、8位，构成一个字符。通常采用位，构成一个字符。通常采用ASCII码。码。从最低位开始传送从最低位开始传送，靠，靠时钟定位。时钟定位。奇偶校验位：奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数的位数应为偶数(偶校验偶校验)或奇数或奇数(奇校验奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。，以此来校验数据传送的正确性。停止位：停止位：它是至少一个字符的它是至少一个字符的高电平高电平作为结束标志。可以是作为结束标志。可以是1位、位、1.5位

9、、位、2位的高电平。位的高电平。 空闲位：空闲位：处于处于逻辑逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。状态，表示当前线路上没有数据传送。5） 异步通信的数据格式异步通信的数据格式微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群6）特点：）特点：传送效率低，有传送效率低，有20%-30%的辅助信息（起始位、奇偶校验位、的辅助信息（起始位、奇偶校验位、停止位），传送速率（波特率）低。停止位），传送速率（波特率）低。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编

10、程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 二、二、 同步通信同步通信1） 同步通信：同步通信：以一个帧为传输单位，以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，在通信过程中，每个帧中字符间的时间间隔是相等的每个帧中字符间的时间间隔是相等的，而且，而且每个每个字符中字符中各各相邻位间的时间间隔相邻位间的时间间隔也是固定的。同步通信的数据格式也是固定的。同步通信的数据格式如下图所示。如下图所示。 2）同步通信的数据格式：）同步通信的数据格式：3）特点：）特点：传送效率高，一次传送多个字符，传送速率高，可传送效率高，一次传送多个

11、字符，传送速率高，可达达500Kbps以上。以上。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群3、 串行传送速率串行传送速率波特率：波特率：表示表示每秒钟传送的二进制数据的位数每秒钟传送的二进制数据的位数。是衡量数据传送。是衡量数据传送速率的指标。速率的指标。例如：例如：数据传送速率为数据传送速率为120字符字符/秒，而每一个字符为秒，而每一个字符为10位，则其位，则其传送的波特率为传送的波特率为101201200位位/秒秒1200波特（波特（bps）。）。 国际上规定的国际上规定的标

12、准波特率标准波特率为：为：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200 bps（位（位/秒）。秒）。注：注：异步通信是异步通信是按字符传输按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后只的，接收设备在收到起始信号之后只要要在一个字符的传输时间内在一个字符的传输时间内能能和发送设备保持同步就能正确接收。和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使下一个字符起始位的到来又使同步重新校准同步重新校准。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群

13、4、 串行接口芯片串行接口芯片UART和和USART功能：功能：实现串实现串/并、并并、并/串转换。串转换。UART：通用通用异步异步收发器收发器USART：通用通用同步异步同步异步收发器，如收发器，如Intel 8251A。组成：组成：接收器、发送器和控制器。接收器、发送器和控制器。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群1）发送时钟和接收时钟）发送时钟和接收时钟 为了保证为了保证发送的数据发送的数据和和接收的数据接收的数据保持一致，串行通信中保持一致，串行通信中每每一位二进制

14、数的一位二进制数的持续时间持续时间必须是固定的必须是固定的。因此，在发送端和接收。因此，在发送端和接收端必须有一个时钟来定时，它们分别称为端必须有一个时钟来定时，它们分别称为发送时钟发送时钟和和接收时钟接收时钟。 发送时钟：发送时钟：并行的数据序列被送入并行的数据序列被送入移位寄存器移位寄存器，然后通过移，然后通过移位寄存器位寄存器由发送时钟进行移位由发送时钟进行移位（变成串行数据）输出，数据位的（变成串行数据）输出，数据位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。时间间隔可由发送时钟周期来划分。 接收时钟：接收时钟：将串行数据序列将串行数据序列逐位移入移位寄存器逐位移入移位寄存器而装配为并而装配为并

15、行数据序列的过程。行数据序列的过程。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 发送器与接收器的结构发送器与接收器的结构发送缓冲器发送缓冲器接收缓冲器接收缓冲器并串变换寄存器并串变换寄存器串并变换寄存器串并变换寄存器.通信线路通信线路C P U发送数据发送数据C P U接收数据接收数据.发送发送时钟时钟接收接收时钟时钟接收接收控制控制发送器发送器接收器接收器发送发送控制控制串行发送与接收的过程串行发送与接收的过程微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和

16、可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群2）异步通信中的时钟要求）异步通信中的时钟要求 异步通信中，在起始位之后，接收时钟异步通信中，在起始位之后，接收时钟只要在接收这些位只要在接收这些位期间内能够和发送时钟保持同步期间内能够和发送时钟保持同步，就可以正确接收数据。所以：，就可以正确接收数据。所以：异步通信中，发送端和接收端可有自己独立的时钟。异步通信中，发送端和接收端可有自己独立的时钟。要求：要求：发送时钟与接收时钟的频率发送时钟与接收时钟的频率比比传输波特率传输波特率高出许多倍（如：高出许多倍（如：16、64），以保证），以保证准确发现起始位准确发

17、现起始位前沿，对每一位数据的采样都前沿，对每一位数据的采样都在该位的在该位的中间位置中间位置。发送时钟、接收时钟的频率与波特率的关系为：发送时钟、接收时钟的频率与波特率的关系为： 时钟频率时钟频率=n波特率，波特率， 这时这时n可以是可以是1，16，64等。等。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 例如：用例如：用16倍时钟发送一位数据，接收时钟能在倍时钟发送一位数据，接收时钟能在一位数据周一位数据周期的期的1/16的时间内决定出字符的开始，全部采样是以的时间内决定出字符的开始

18、，全部采样是以16倍时钟频倍时钟频率为基础的。率为基础的。过程：过程：接收器在接收器在每个时钟的上升沿每个时钟的上升沿采样数据输入线，发现采样数据输入线，发现8个个“0”（起始位的一半）认为是起始位（中点），以后（起始位的一半）认为是起始位（中点），以后每隔每隔16个时钟周个时钟周期采样一次期采样一次数据（中点）。数据（中点）。 16T 启动位 启动检测 采样数据 确定已检测到启动位 T DATA CLOCK 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群3）同步通信中的时钟要求）同步通

19、信中的时钟要求要求：要求：发送时钟和接收时钟发送时钟和接收时钟精确同步精确同步。即发送时钟和接收时钟采。即发送时钟和接收时钟采用用统一的时钟统一的时钟，而不能采用独立的局部时钟。，而不能采用独立的局部时钟。方法：方法： 在发送端在发送端，利用编码器，利用编码器把发送的数据和发送时钟组合在一起把发送的数据和发送时钟组合在一起，通过传输线发送到接收端。一般使用通过传输线发送到接收端。一般使用曼彻斯特编码曼彻斯特编码或或差分曼彻斯差分曼彻斯特编码特编码。 在接收端在接收端，利用解码器从数据流中分离出接收时钟。，利用解码器从数据流中分离出接收时钟。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第1

20、0章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 4、调制解调器、调制解调器定义：定义：能将数字信号转换成音频信号（能将数字信号转换成音频信号（调制调制）及将音频信号恢）及将音频信号恢复成数字信号（复成数字信号（解调解调）的器件称为）的器件称为调制解调器调制解调器（MODEM）。）。 将数字信号调制成模拟信号的过程称为将数字信号调制成模拟信号的过程称为调制调制，将模拟信号，将模拟信号解调为数字信号的过程称为解调为数字信号的过程称为解调解调。功能：功能：利用标准电话线（利用标准电话线（300Hz3000Hz）进行传送数字信号。）进行传送数字信号

21、。防止数据在传送过程中产生的畸变。防止数据在传送过程中产生的畸变。调制方法：调制方法：幅度调制（调幅）、频率键移（调频）、相位键移幅度调制（调幅）、频率键移（调频）、相位键移（调相）和多路载波（多元调制）（调相）和多路载波（多元调制） 。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群9.1.2 EIA RS-232C串行口串行口 RS-232-C是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种）制定的一种串行物理接口标

22、准串行物理接口标准。RS是英文是英文“推荐标推荐标准准”的缩写的缩写，232为标识号，为标识号，C表示修改次数。表示修改次数。RS-232C总线标准总线标准设有设有25条信号线条信号线。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C标准规定的数标准规定的数据传输速率为每秒据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。波特。RS-232C标准规定，驱动器允许有标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通

23、信距离将受此电容限制，例如，采用的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，的通信电缆时，最大通信距离为最大通信距离为15m；若每米电缆的电；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此此一般用于一般用于20m以内的通信以内的通信。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商

24、学院 高群高群1、逻辑电平、逻辑电平 RS-232C标准采用标准采用EIA电平。电平。规定，在有负载时：规定，在有负载时：“1”的逻辑电平在的逻辑电平在-3V-15v之间之间“0”的逻辑电平在的逻辑电平在+3V+15V之间。之间。 由于由于EIA电平与电平与TTL电平完全不同电平完全不同，必须进行相应的，必须进行相应的电平转电平转换换，可用，可用MAX232实现双向电平转换。实现双向电平转换。 MAX232/233的电路结构的电路结构如下页图所示。如下页图所示。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山

25、东工商学院 高群高群微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 2、接插件规格、接插件规格 RS-232C是一种标准接口，是一种标准接口，D型插座，采用型插座，采用25芯引脚或芯引脚或9芯芯引脚的连接器，如下图所示。引脚的连接器，如下图所示。1131425DB-25针插头针插头1131425DB-25针插座针插座微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群3. 信号定义vRS

26、-232C标准对标准对25芯插件各引脚的信号名称、功能等芯插件各引脚的信号名称、功能等都做了具体规定，还有几个引脚未定义或保留，见下都做了具体规定，还有几个引脚未定义或保留，见下表，表，9芯接插件信号也列在表中。芯接插件信号也列在表中。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群电平转换：RS232 TTL电平微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 9.2 可编程串行接口

27、芯片可编程串行接口芯片8251A 8251A是可编程的串行通信接口芯片，基本性能：是可编程的串行通信接口芯片，基本性能：1两种工作方式：两种工作方式：同步方式同步方式（波特率为（波特率为0 64Kbps），），异步方异步方式式（波特率为（波特率为019.2Kbps）。）。2同步方式：同步方式：数据位数据位58bit/字符，可使用字符，可使用内同步内同步检测或检测或外同外同步步检测，自动插入同步字符。检测，自动插入同步字符。8251A也允许同步方式下增加奇也允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。偶校验位进行校验。3异步方式：异步方式：数据位数据位58bit/字符，字符，时钟频率时钟频率为为传输

28、波特率传输波特率的的1、16或或64倍，用倍，用1位作为奇位作为奇/偶校验，偶校验，1个启动位，并能编程为个启动位，并能编程为1个、个、1.5个或个或2个停止位。可以自动检测和处理终止字符。个停止位。可以自动检测和处理终止字符。 4全双工的工作方式：全双工的工作方式：其内部提供具有双缓冲器的发送器和其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。接收器。5提供出错检测：提供出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群

29、高群 D7D0 RESET CLK C/D RD WR CS 内部总线 数据 总线 缓冲器 发送 缓冲器 发送 控制 电路 接收 缓冲器 接收 控制 电路 调制解 调控制 电路 读/写 控制 电路 DSR DTR CTS RTS TxD TxRDY TxE TxC RxD RxRDY RxC SYNDET/BRKDET 9.2.1 8251A的内部结构和外部引脚的内部结构和外部引脚微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 1数据总线缓冲器数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是数据总线缓冲

30、器是CPU与与8251A之间的数据接口。之间的数据接口。包含包含3个个8位的缓冲寄存器位的缓冲寄存器：两个寄存器分别用来存放：两个寄存器分别用来存放CPU要从要从8251A读取的读取的数据数据或或状态状态信息信息。一个寄存器用。一个寄存器用来存放来存放CPU向向8251A写入的写入的数据数据或或控制控制信息信息。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 2. 接收器接收器 接收器由接收器由接收缓冲器接收缓冲器和和接收控制电路接收控制电路两部分组成。接收移两部分组成。接收移位寄存器

31、从位寄存器从RXD引脚引脚上接收串行数据转换成并行数据后存入接上接收串行数据转换成并行数据后存入接收缓冲器。收缓冲器。异步方式：异步方式：在在RXD线上检测低电平，线上检测低电平，将检测到的低电平作为起将检测到的低电平作为起始位始位， 8251A开始进行采样，完成字符装配，并进行奇偶校验开始进行采样，完成字符装配，并进行奇偶校验和去掉停止位，变成了并行数据后，送到数据输入寄存器，同和去掉停止位，变成了并行数据后，送到数据输入寄存器，同时发出时发出RXRDY信号信号送送CPU，表示已经收到一个可用的数据表示已经收到一个可用的数据。同步方式：同步方式：首先搜索同步字符首先搜索同步字符。8251A监

32、测监测RXD线，每当线，每当RXD线线上出现一个数据位时，接收下来并送入移位寄存器移位，上出现一个数据位时，接收下来并送入移位寄存器移位，与同与同步字符寄存器的内容进行比较步字符寄存器的内容进行比较，如果两者不相等，则接收下一，如果两者不相等，则接收下一位数据，并且重复上述比较过程。位数据，并且重复上述比较过程。当两个寄存器的内容比较相当两个寄存器的内容比较相等时等时，8251A的的同步检测引脚同步检测引脚SYNDET变为高电平变为高电平，表示同步，表示同步字符已经找到，同步已经实现。字符已经找到，同步已经实现。(内同步内同步，单字符同步方式单字符同步方式)微型计算机原理与接口技术微型计算机原

33、理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 如果采用如果采用内同步内同步双字符同步方式双字符同步方式，就要在测得一个同步字符，就要在测得一个同步字符后，后，再继续检测此后输入移位寄存器的内容是否与同步字符寄存再继续检测此后输入移位寄存器的内容是否与同步字符寄存器的内容相同器的内容相同。如果相同，则认为同步已经实现。如果相同，则认为同步已经实现。 在在外同步外同步情况下，由外部电路检测同步字符，外部电路检测情况下，由外部电路检测同步字符，外部电路检测到同步字符后，就会向到同步字符后，就会向8251A的的同步输入端同步输入

34、端SYNDET发出一个发出一个高高电位电位来表示检测到同步字符。来表示检测到同步字符。 实现同步之后实现同步之后，接收器和发送器间就开始进行数据的同步传，接收器和发送器间就开始进行数据的同步传输。这时，接收器利用时钟信号对输。这时，接收器利用时钟信号对RXD线线进行采样，并把收到的进行采样，并把收到的数据位送到移位寄存器中。在数据位送到移位寄存器中。在RXRDY引脚引脚上发出一个信号，表上发出一个信号，表示收到了一个字符。示收到了一个字符。 数据的数据的接收速率接收速率由由RXC引脚输入的引脚输入的接收时钟频率接收时钟频率决定。决定。同步同步方式方式两者相等；两者相等；异步方式异步方式接收时钟

35、频率可以是接收速率的接收时钟频率可以是接收速率的1、16、64倍。倍。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 3. 发送器发送器 发送器由发送器由发送缓冲器发送缓冲器和和发送控制电路发送控制电路两部分组成。两部分组成。 采用采用异步方式时异步方式时，则由发送控制电路，则由发送控制电路自动自动在其首尾加上在其首尾加上起起始位、奇偶校验位始位、奇偶校验位和和停止位停止位，然后从起始位开始，经移位寄存，然后从起始位开始，经移位寄存器从器从数据输出线数据输出线TXD逐位串行输出。逐位串行

36、输出。发送速率发送速率取决于取决于TXC接的接的发送时钟频率发送时钟频率，可以，可以编程定义编程定义是发送速率的是发送速率的1、16、64倍。倍。 采用采用同步方式同步方式，则在发送数据之前，发送器将，则在发送数据之前，发送器将自动送出自动送出1个或个或2个同步字符个同步字符，然后才逐位串行输出数据。，然后才逐位串行输出数据。发送速率发送速率等于等于发送时钟频率发送时钟频率 如果如果CPU与与8251A之间采用之间采用中断方式中断方式交换信息，那么交换信息，那么TXRDY可作为向可作为向CPU发出的中断请求信号，发出的中断请求信号，表示发送缓冲器表示发送缓冲器已空，可以接收已空，可以接收CPU

37、下一个数据下一个数据。当发送器中的。当发送器中的8位数据串行位数据串行发送完毕发送完毕时，由发送控制电路向时，由发送控制电路向CPU发出发出TXE有效有效高电平，表高电平，表示发送器发送结束，示发送器发送结束，发送移位寄存器已空发送移位寄存器已空。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群4读读/写控制电路写控制电路 读读/写控制电路用来配合数据总线缓冲器的工作。功能如下：写控制电路用来配合数据总线缓冲器的工作。功能如下：（1）写控制信号写控制信号WR，控制来自数据总线的，控制来自数

38、据总线的数据或控制字数据或控制字写入写入8251A；（2）读控制信号读控制信号RD，控制，控制数据或状态字数据或状态字从从8251A送数据总线；送数据总线； （3）控制控制/数据信号数据信号C/D，高电平高电平时读时读/写的为写的为控制字或状态字控制字或状态字；低电平低电平时读时读/写的为写的为数据数据。相当于芯片内部端口选择相当于芯片内部端口选择（接（接CPU的低的低位地址线）位地址线）。与读、写控制信号配合工作（。与读、写控制信号配合工作（P365表表101）。）。 （4）时钟信号时钟信号CLK完成完成8251A的内部定时，要比接收时钟和发送的内部定时，要比接收时钟和发送时钟频率高；时钟频

39、率高； （5）复位信号复位信号RESET，使，使8251A处于复位状态。处于复位状态。片选片选CS。5. 调制解调控制电路调制解调控制电路（P366） 调制解调控制电路用来简化调制解调控制电路用来简化8251A和调制解调器的连接。和调制解调器的连接。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群8251A8251A的调制解调控制电路与调制解调器的连接的调制解调控制电路与调制解调器的连接8251A波 特 率产 生 器电话线接 口异 步MODEM电话线控制总线数据总线地址总线TxCRxCR

40、TSCTSDTRDSRTxDRxD微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群8251A的引脚的引脚123456789101112131428272625242322212019181716158251AD1D0VccRxCDTRRTSDSRRESETCLKTxDTxEMPTYCTSSYNDET/BRKDETTxRDYD2D3RxDGNDD4D5D6D7TxCWRCSC/DRDRxRDY微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编

41、程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 1. 数据总线数据总线D7 - D0：8位，三态，双向数据线，位，三态，双向数据线，与系统的数据总线相连。传输与系统的数据总线相连。传输CPU对对8251A的的编程命编程命令字令字和和8251A送往送往CPU的的状态信息状态信息及及发送、接收的数发送、接收的数据据。 2. 读读/写控制信号写控制信号 ：CS、WR、RD、C/D（控制（控制/数数据信号，用来据信号，用来区分当前读区分当前读/写的是写的是数据数据还是还是控制控制信息或信息或状态状态信息信息。该信号也可看作是。该信号也可看作是8251A数据口数据口/控制口控制口的的选择信号选择

42、信号 ） 。 数据数据输入端口和数据输出端口合用同一个地址输入端口和数据输出端口合用同一个地址（C/D=0），而），而状态状态端口和端口和控制控制端口合用同一个地址端口合用同一个地址（C/D=1） 。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 3. 收发联络信号：收发联络信号： TXRDY：发送器准备好信号发送器准备好信号，用来通知，用来通知CPU，8251A已准已准备好从备好从CPU接收一个字符接收一个字符, TXRDY可用来作为可用来作为中断请求中断请求信号。信号。 TXE：发

43、送器空信号发送器空信号，TXE为高电平时有效，用来表示此时为高电平时有效，用来表示此时8251A发送器中并行到串行转换器空，说明发送器中并行到串行转换器空，说明一个发送动作已完一个发送动作已完成成。 RXRDY：接收器准备好信号接收器准备好信号，用来表示当前，用来表示当前8251A已经从已经从外部设备或调制解调器外部设备或调制解调器接收到一个字符接收到一个字符，等待，等待CPU来取走。因来取走。因此，在中断方式时，此，在中断方式时，RXRDY可用来作为可用来作为中断请求中断请求信号；在查询信号；在查询方式时，方式时，RXRDY可用来作为查询信号。可用来作为查询信号。 SYNDET：同步检测信号

44、，只用于同步方式。同步检测信号，只用于同步方式。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 4. 调制解调器控制信号调制解调器控制信号 DTR：数据终端数据终端准备好信号，通知外部设备，准备好信号，通知外部设备，CPU当前已经准当前已经准备就绪。备就绪。DSR：数据设备数据设备准备好信号，表示当前外设已经准备好。准备好信号，表示当前外设已经准备好。RTS：请求发送信号，表示请求发送信号，表示CPU已经准备好发送。已经准备好发送。CTS ：允许发送信号，是对允许发送信号，是对RTS的

45、响应，由外设送往的响应，由外设送往8251A。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 5. 数据收发信号数据收发信号TXD：发送器数据输出信号发送器数据输出信号。当。当CPU送往送往8251A的并行数据被转的并行数据被转变为串行数据后，通过变为串行数据后，通过TXD送往外设。送往外设。RXD：接收器数据输入信号接收器数据输入信号。用来接收外设送来的串行数据，。用来接收外设送来的串行数据，数据进入数据进入8251A后被转变为并行方式。后被转变为并行方式。 6. 时钟、电源和地时钟、

46、电源和地 8251A除了与除了与CPU及外设的连接信号外，还有电源端、地端及外设的连接信号外，还有电源端、地端和和3个时钟端。个时钟端。CLK：时钟输入，用来产生时钟输入，用来产生8251A器件的器件的内部时序内部时序。 同步方式下同步方式下，大于，大于收发时钟收发时钟的的30倍，倍， 异步方式下异步方式下，则要大于，则要大于收发时钟收发时钟的的4.5倍。倍。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群TXC：发送时钟发送时钟输入，用来控制发送字符的速度。输入，用来控制发送字符的速度。

47、同步方式同步方式下，下，TXC的频率的频率等于等于字符传输的字符传输的波特率波特率，异步方式异步方式下，下，TXC的频率的频率可以为字符传输可以为字符传输波特率波特率的的1倍、倍、16倍倍或者或者64倍倍。RXC：接收时钟接收时钟输入，用来控制接收字符的速度，和输入，用来控制接收字符的速度，和TXC一样。一样。 在实际使用时，在实际使用时，RXC和和TXC往往连在一起，往往连在一起，由同一个外部由同一个外部时钟来提供时钟来提供，CLK则由另一个频率较高的外部时钟来提供。则由另一个频率较高的外部时钟来提供。VCC 、GND ：电源输入、地。电源输入、地。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接

48、口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 9.2.2 8251A的编程的编程 8251A是一个可编程的多功能芯片，在使用时必须对其进行是一个可编程的多功能芯片，在使用时必须对其进行初初始化编程始化编程，用以确定，用以确定工作方式工作方式、命令命令、波特率波特率、字符格式字符格式、同同步字符步字符等。编程的内容包括两大方面：等。编程的内容包括两大方面：（1）由）由CPU发给发给8251A的控制字，即的控制字，即方式选择控制字方式选择控制字和和操作命令操作命令控制字控制字；共用一个端口地址共用一个端口地址(C/D=1)，按顺序

49、写入，按顺序写入。异步方式：异步方式：在在方式选择控制字方式选择控制字写入后，紧接着必须写入写入后，紧接着必须写入操作命令操作命令控制字控制字。同步方式：同步方式：在在方式选择控制字方式选择控制字写入后，写入后，先完成先完成同步字符同步字符的写入的写入，紧接着必须写入紧接着必须写入操作命令控制字操作命令控制字。（2）由）由8251A向向CPU送出的状态字。送出的状态字。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 复位操作 输出方式字 输出第一个同步字符 输出第二个同步字符 同步方式

50、双同步 输出命令字 复位 传送数据 传送完 N Y N Y Y N Y N 有错 输入状态字 出错处理 N Y 结 束 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群方式选择控制字方式选择控制字S2 S1 EP PEN L2 L1 B2 B101 异步方式 110 异步方式 1611 异步方式 6400 字符长度为 5 位01 字符长度为 6 位10 字符长度为 7 位11 字符长度为 8 位x0 无奇偶校验位01 奇校验11 偶校验00 无效01 1 个停止位10 1.5 个停止位11

51、 2 个停止位(a) 异步方式SCS ESD EP PEN L2 L1 0 0与异步方式相同1 SYNDET 为输入(外同步)0 SYNDET 为输出(内同步)1 单字符同步0 双字符同步(b) 同步方式微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群2操作命令控制字（控制字）操作命令控制字（控制字） EH IR RTS ER SBRK RxE DTR TxEN 1 启动搜索同步字符 1 内部复位，使 8251A回到方式选择格式 1 使 RTS 引脚输出低电平 1 使错误标志 PE、OE、

52、FE 均复位 1 使 TxD 线变低，发送空白字符 0 正常工作 1 允许接收 0 禁止接收 1 允许发送 0 禁止发送 1 使 DTR 引脚输出低电平 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群3. 3. 状态字状态字 状态字状态字是是8251A 在发送或接收的过程中产生的在发送或接收的过程中产生的，并存放在，并存放在状态寄存器中，状态寄存器的某一位置状态寄存器中，状态寄存器的某一位置1，表示有效。，表示有效。FE、OE、PE均由操作均由操作命令控制字命令控制字的的D4（ER）位置

53、）位置1来复位。出错状态置来复位。出错状态置位，只指明错误，不禁止位，只指明错误，不禁止8251A的操作。的操作。 DSR SYNDET/BRKDET FE OE PE TxE RxRDY TxRDY 数据装置准备好 帧错误（只用于异步方式） 溢出错误 奇偶错误 同引脚含义 发送器准备好 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群4. 8251A的初始化的初始化（1）写入写入方式选择控制方式选择控制字后，马上进入字后，马上进入操作命令控制字操作命令控制字状态，再状态，再写入的即为命令

54、字。写入的即为命令字。（同步方式时，两者之间要写入同步字符同步方式时，两者之间要写入同步字符）（2） 8251A处于命令控制字状态时，只有将处于命令控制字状态时，只有将8251A命令字的命令字的D6位位置置1（IR=1）（）（内部复位内部复位），才能），才能回到方式选择控制字状态回到方式选择控制字状态。（3） 8251A初始化初始化时，为了保证时，为了保证8251A处于方式选择控制字状态处于方式选择控制字状态（即已经正确复位即已经正确复位），应），应首先向控制口写入首先向控制口写入3次次0，再写入一个带再写入一个带内部复位（内部复位（IR=1）的命令字（）的命令字（40H），），使使8251A

55、完全无误地进入完全无误地进入方式选择控制字状态，写入方式选择控制字。方式选择控制字状态，写入方式选择控制字。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群例如：例如：设设8251的口地址为的口地址为308H、30AH，则初始化编程为：，则初始化编程为： MOV AL，00H MOV CX，03H MOV DX，30AH ;命令、状态口地址命令、状态口地址 AA：OUT DX，AL LOOP AA MOV AL，40H OUT DX，AL ；送复位命令字，使；送复位命令字，使8051复位复

56、位 写入方式选择控制字写入方式选择控制字 （同步方式的同步字符）（同步方式的同步字符） 写入操作命令控制字写入操作命令控制字微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群1、8251A与与CPU、外设之间的连接、外设之间的连接D7D0A7A6A5A474LS138D7D0M/IOA3A2A0A18086RESETRDWRRESETRDWRC/DTxRDYTxERxRDYBRKDETG1 Y0G2AG2BCBACS8251ARxDTxDRxCTxCRS-232C接 口波特率产生器外设9.2

57、.3 8251A应用举例应用举例微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群 8251A的的C/D与与8086的连接：的连接： 8086的的低低8位数据总线位数据总线的数据总是读写于偶地址单元或端口。的数据总是读写于偶地址单元或端口。通常情况下，通常情况下，8位接口芯片连在位接口芯片连在8086的低的低8位数据总线上，则位数据总线上，则8位位接口芯片的端口地址必须都是偶地址（接口芯片的端口地址必须都是偶地址（A0=0）。所以，）。所以， 8位接位接口芯片与口芯片与8086的数据总线连接

58、完后，的数据总线连接完后， A0的值就固定了，不能更的值就固定了，不能更改。改。 8088是准是准16位机，外部只有位机，外部只有8位数据总线，不存在位数据总线，不存在8086的问的问题。题。8251A的的C/D与与8086的连接：的连接： C/D用于选择用于选择8251A内部的端口，连内部的端口，连接到接到8086的的A1上，上，8086 的的A0应与数据总线的接法配合。应与数据总线的接法配合。接收控制接收控制/数据信号数据信号C/D，高电平时为控制字或状态字；低电平时，高电平时为控制字或状态字；低电平时为数据。为数据。相当于芯片内部端口选择相当于芯片内部端口选择。微型计算机原理与接口技术微

59、型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群2、两台微型计算机通过、两台微型计算机通过8251A相互通信相互通信 通过通过8251A实现相距较远的两台微型计算机相互通信的系统实现相距较远的两台微型计算机相互通信的系统连接简化框图如下。这时，利用两片连接简化框图如下。这时，利用两片8251A通过标准串行接口通过标准串行接口RS-232C实现两台实现两台8086微机之间的串行通信，可采用异步或同步微机之间的串行通信，可采用异步或同步工作方式。工作方式。 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第第10章章 串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A山东工商学院山东工商学院 高群高群分析：分析：设系统采用设系统采用查询方式查询方式控制传输过程，异步传送。控制传输过程，异步传送。初始化程序由两部分组成：初始化程序由两部分组成：（1）将一方定义为将一方定义为发送器发送器。发送端发送端CPU每查询到每查询到TXRDY有效，有效，则向则向8251A并行输出