第7 章 串行通信接口

1、第第7章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术7.3 串行通信基础串行通信基础7.4 串行通信芯片串行通信芯片8251A7.3.1 串行通信基本概念串行通信基本概念单工、全双工和半双工方式单工、全双工和半双工方式 同步方式和异步方式同步方式和异步方式 传输率传输率 7.3 串行通信基础串行通信基础1. 单工、全双工方式和半双工方式单工、全双工方式和半双工方式 n单工：一条线路，只能进行发送或接收。单工：一条线路，只能进行发送或接收。n半双工方式：输入和输出使用半双工方式：输入和输出使用同一同一通路。通路。n全双工方式：接收和发送用两条全双工方式：接收和发送用两条不同不同的通路。的通路。A

2、发送器B接收器数据流（a）A发送器/接收器B接收器/发送器数据流（b）A发送器接收器B接收器发送器数据流（c）单工、半双工、全双工的数据传送模式单工、半双工、全双工的数据传送模式2. 同步方式和异步方式同步方式和异步方式 传输方式：传输方式：n同步通信：收发双方采用同一个时钟信号来定时，信同步通信：收发双方采用同一个时钟信号来定时，信息组开始要加同步字符。息组开始要加同步字符。n异步通信：异步通信：收发双方不用统一的时钟进行定时，两个收发双方不用统一的时钟进行定时，两个字符间的传输间隔是任意的。字符间的传输间隔是任意的。同步方式和异步方式比较：同步方式和异步方式比较： 同步方式下的非数据信息比

3、例比较小，信息有效率高。同步方式下的非数据信息比例比较小，信息有效率高。 同步方式在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。同步方式在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。图图6.1 标准的异步通信数据格式标准的异步通信数据格式 标识态标识态异步通信数据格式：异步通信数据格式：有空闲位有空闲位波特率（Baud rate）：表示串行数据传送速度，它表示每秒钟传送的二进制位数，单位为bit/s(bps)。例例1 1：异步传输过程：异步传输过程设每个字符对应设每个字符对应1 1个起始位、个起始位、7 7个信息位、个信息位、1 1个奇偶个奇偶校验位和校验位和1 1个停止位，如果波特率为个停止位，如果波特率为

4、12001200bpsbps，那么，那么，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1200/101200/10120120个。个。 同步通讯格式： 1 同步字符：一种同步标志，指示传送数据的开始。 2 数据：指连续传送的信息，每个字符可选择为5、6、7、8位，传送的内容可以是数据信息，也可以是命令信息。 3 CRC校验：循环冗余校验，用于数据传送的检错。不同在于，奇偶校验对一个字符校验，适于异步通信，而CRC对数据块进行校验，适用于同步通信。 同步字符同步字符 数据数据1 数据数据2 . 数据数据n 校校 验验 一帧一帧例例2 2：同步传输：同步传输用用12001200bpsbps

5、的波特率工作，用的波特率工作，用4 4个同步字符作为信息个同步字符作为信息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输100100个字符所个字符所用的时间为用的时间为7(100+4)/12007(100+4)/12000.60670.6067s s，这就是说，这就是说，每秒钟能传输的字符数可达到每秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067100/0.6067165165个。个。可见：可见：在同样的传输率下，同步传输时实际字符在同样的传输率下，同步传输时实际字符传输率要比异步传输时高传输率要比异步传输时高。 异步通信与同步通信的主要区别异步通信与同步通信的主要区别（1）

6、时钟要求同步通信：发送与接受时钟频率精确相等异步通信：发送与接受时钟频率基本相等即可（2）控制信息同步通信：要求对整个数据块附加帧信息，用于高速数据链路；异步通信：要求对每个数据字符均附加帧信息，用于低速设备，低速传送。（3）校验方式 同步通信：采用16位循环冗余校验码，可靠性高 异步通信：采用1位奇偶校验，可靠性相对较低7.4 串行通信芯片串行通信芯片8251A 82518251A A的基本性能的基本性能 82518251A A的基本工作原理的基本工作原理 82518251A A的对外信号的对外信号 82518251A A的编程的编程 82518251A A编程举例编程举例 82518251

7、A A的使用实例的使用实例 7.4.1 8251A的内部结构和引脚的内部结构和引脚8251A8251A性能指标：性能指标：可以工作在同步或异步方式。可以工作在同步或异步方式。 在同步方式时，在同步方式时，n能用能用5 5、6 6、7 7或或8 8位代表字符位代表字符n能自动检测同步字符能自动检测同步字符n允许奇偶校验。允许奇偶校验。在异步方式下在异步方式下n能用能用5 5、6 6、7 7或或8 8位代表字符，用位代表字符，用1 1位作为奇偶校验。位作为奇偶校验。n能增加能增加1 1个启动位个启动位n能增加能增加1 1个、个、1.51.5个或个或2 2个停止位。个停止位。 18251A的内部结构

8、的内部结构 图图7.28 8251A的内部结构的内部结构2 2）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，为数据加上起始位、校验位和起始位、校验位和停止位停止位。 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。 1）接收控制电路的功能）接收控制电路的功能： 复位后寻找启动位。复位后寻找启动位。 消除假启动干扰。消除假启动干扰。 对接收到的信息进行奇偶校验。对接收到的信息进行奇偶校验。 检测停止位。检测停止位。 3) 3) 数据总线缓冲器：数据总线缓冲器：用来与CPU的数据总线D0D7相连。 4 4）读写控制逻辑电路功能：）读写控制逻辑电

9、路功能： 接收接收WRWR，写入数据和控制字写入数据和控制字 接收接收RDRD，读取数据或状态字读取数据或状态字 接收接收C/DC/D。 接收接收CLKCLK，完成内部定时。完成内部定时。 接收接收RESETRESET。8251 8251 读读/ /写控制功能表写控制功能表 2. 8251A的外部引脚定义的外部引脚定义82518251A A和和CPUCPU之间的连接信号之间的连接信号 82518251A 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 8251与与CPU及外设的连接关系及外设的连接关系8251A和和CPU之间的连接信号之间的连接信号 (1) (1) 片选信号片选信号: CS

10、#: 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 ; ;(3) (3) 读写控制信号读写控制信号 RD#RD#为读信号、为读信号、WR#WR#为写信号、为写信号、C/D#C/D#为控制为控制/ /数数据信号据信号; ;(4) (4) 收发联络信号收发联络信号T TX XRDY RDY ：发送器准备好信号发送器准备好信号T TX XE E ：发送器空信号发送器空信号R RX XRDY RDY ：接收器准备好信号接收器准备好信号SYNDET SYNDET ：同步检测信号同步检测信

11、号表表7.10 C/D#、RD#、WR#的编码和对应的操作的编码和对应的操作C/D#RD#WR#具体操作具体操作001CPU从从8251输入输入数据数据010CPU往往8251输出输出数据数据101CPU读取读取8251的状态的状态110CPU往往8251写入写入控制命令控制命令8251A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# 数据终端准备好信号数据终端准备好信号 外设 DSR#DSR# 数据设备准备好信号数据设备准备好信号 8251RTS#RTS# 请求发送信号请求发送信号 外设 CTS#CTS# 清除请求发送信号清除请求

12、发送信号 8251(2) (2) 数据信号数据信号 T TX XD D发送器数据信号端发送器数据信号端 R RX XD D接收器数据信号端接收器数据信号端接收器接收器发送器发送器7.4.2 8251A的工作方式的工作方式u异步方式：异步方式：(1) (1) 异步接收方式异步接收方式 (2) (2) 异步发送方式异步发送方式n同步方式：同步方式：( (3 3) ) 同步接收方式同步接收方式 ( (4 4) ) 同步发送方式同步发送方式下图为下图为82518251A A工作在异步方式时的数据传输格式。工作在异步方式时的数据传输格式。 异异步步方方式式时时的的数数据据传传输输格格式式(3) (3)

13、同步接收方式同步接收方式 (4) (4) 同步发送方式同步发送方式 下图为下图为82518251A A工作在同步方式时的数据传输格式工作在同步方式时的数据传输格式 同步方式时的数据传输格式同步方式时的数据传输格式 7.4.3 8251A的编程的编程 初始化流程初始化流程 模式字寄存器模式字寄存器命令控制字命令控制字 状态字寄存器状态字寄存器1. 关于关于8位接口芯片和位接口芯片和16位数据总线的连接问题位数据总线的连接问题 解决方法：将接口芯片的解决方法：将接口芯片的8 8位数据线接到位数据线接到1616位数位数据总线的低据总线的低8 8位。位。硬件上，将总线的硬件上，将总线的A1A1与芯片的

14、与芯片的A0A0相连相连软件上，用连续的偶地址代替奇偶地址软件上，用连续的偶地址代替奇偶地址1. 初始化流程初始化流程82518251A A初始化的约定初始化的约定 ： 复位后，第一次用奇地址写入的值送复位后，第一次用奇地址写入的值送模式寄模式寄存器存器。 若为同步模式，接着往奇地址端口输出的字若为同步模式，接着往奇地址端口输出的字节为同步字符。节为同步字符。 此后，除复位命令，往奇地址写入的值将送此后，除复位命令，往奇地址写入的值将送到到控制寄存器控制寄存器，往偶地址端口写入的值送到，往偶地址端口写入的值送到数据输出寄存器。数据输出寄存器。 8251A的初始化流程图的初始化流程图 2. 模式

15、寄存器模式寄存器下图为下图为82518251A A模式寄存器的格式模式寄存器的格式( (a) a) 异步方式；异步方式；( (b) b) 同步方式同步方式异步方式下：异步方式下： 时钟频率时钟频率= =波特率因子波特率因子波特率（位传输率）波特率（位传输率）同步方式同步方式异步方式异步方式3. 命令控制字命令控制字4. 状态字的格式状态字的格式 n例例7.77.7 假设8251A工作在异步方式下，奇端口地址（即控制和状态端口）为52H，字符数7位、偶校验、2个停止位，波特率因子为16，请写出初始化程序段。n解解：根据题意，模式字为11 11 10 10 = 0FAH，控制字为0011 0111

16、= 37H，也就是发送允许、接收允许、发送启动、接收启动、出错标志复位。程序段如下：MOVAL，0FAHOUT52H，ALMOVAL，37H OUT52H，ALn例例7.87.8 假设8251A工作在同步方式下奇端口地址为52H，2个同步字符，内同步，奇校验，7位数据位，同步字为16H，请写出初始化程序段。n解解：根据题意，模式字为 00 01 10 00 = 18H；控制字为：1001 0111 = 97H，程序段如下：MOV AL，18HOUT 52H，ALMOV AL，16H ；两个同步字符均为两个同步字符均为1616H HOUT 52H，ALOUT 52H，ALMOV AL，97H ；

17、设置控制字，使发送器启动，设置控制字，使发送器启动，OUT 52H，AL ；接收器启动，并设置其他有关的信号。接收器启动，并设置其他有关的信号。7.4.4 8251A的应用实例的应用实例 下图为用下图为用82518251A A作为作为CRTCRT接口的实际例子接口的实际例子 图图7.337.338251A的初始化程序段的初始化程序段 INITINIT： XOR XOR AXAX，AXAX；AXAX清零清零MOV MOV CXCX，00030003MOVMOVDXDX，00DAH00DAHOUT1OUT1：CALL KKKCALL KKKLOOP OUT1LOOP OUT1；往控制端口往控制端口

18、DAHDAH送送3 3个个0 0 MOVMOV AL AL，40H 40H CALLCALL KKK KKK ；往控制端口送往控制端口送4040H H复位复位MOVMOV AL AL，4EH 4EH CALLCALL KKK KKK ；设置设置模式字模式字， 异步模式，异步模式， ；波特率因子为波特率因子为1616，8 8位数据，位数据， ；1 1位停止位位停止位 MOVMOV AL AL，27H 27H CALL KKKCALL KKK ；往设置往设置命令字命令字启动启动 KKKKKK：OUTOUT DX DX，ALAL；将数据输出到指定端口将数据输出到指定端口 PUSH CXPUSH CX MOVMOV CX CX，0002 0002 ABCABC：LOOPLOOP ABC ABC ；等待输出动作完成等待输出动作完成 POPPOP CX