串行通信接口课件

串行通信接口课件6.3.1串行通信基础串行通信：用一根信号线将数据逐位顺序传送串行通信的优势：通信线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本；适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送PC系列机上有两个串行异步通信接口，键盘/鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数据传送。串行通信的种类：串行异步通信——不传送时钟信号串行同步通信——传送时钟信号自同步：发送时将传送数据与时钟进行编码，接收时解码单同步双同步外同步：另用一根时钟线专门用来传送时钟信号1.同步通信——通信双方使用同一时钟以数据块（帧）为传输单位双方使用同一时钟（主控方提供时钟，被控方接收时钟）外同步：时钟信号另外安排一根传输线自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时钟数据格式：每个数据块前加1~2个同步字符（同步头）进行帧同步，一般采用CRC循环冗余校验码同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信协议有高级数据链路控制协议（HDLC）~~~~同步字符数据数据数据校验同步字符2.异步通信——通信双方使用各自的时钟串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程）：传送速率信息格式位同步帧同步数据校验错误处理串行异步通信以字符为单位进行传输数据格式：起止式异步通信协议起止式异步通信协议起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平起始位附加位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进制位组成，低位先传送附加位——该位可用于校验或数据标识：可选择奇检验、偶校验或无校验位停止位——表示该字符传送结束。停止位为逻辑1电平，可选择1、1.5、2位。空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送数据传输速率数据传输速率也称比特率（BitRate）每秒传输的二进制位数bps字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率（BaudRate）过去，串行通信（异步）的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间。现在，串行通信可以达到115200bps或更高3.数据传输方式全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工4.远距离传输和调制解调器串行数据的远传提高电平摆幅——RS232-C标准采用平衡式传输——RS422/RS485采用电流信号——20mA电流环利用线和声频信号——调制/解调调制（Modulating）和解调（Demodulating）把数字信号转换为线路上可传送的模拟信号将线路上的模拟信号转换为数字信号调制解调器（MODEM）具有调制和解调功能的联合装置6.3.2串行接口标准RS-232C美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口1962年公布，1969年修订1987年1月正式改名为EIA-232D设计目的是用于连接调制解调器现已成为数据终端设备DTE与数据通信设备DCE的标准接口DTE——数据终端设备，例如计算机DCE——数据通信设备（数传机），例如调制解调器）可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机属于网络层次结构中的最低层：物理层DTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器计算机计算机线RS-232C接口RS-232C接口1、RS-232C接口的使用场合2、RS-232C的引脚定义232C接口标准使用一个25针连接器绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器232C接口信号面向使用调制解调器的串行异步通信，可支持两个通信信道：主信道：用于数据传送次信道：次信道为辅助串行通道，主要提供通道控制，但其传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较少使用RS-232C的引脚（1）TxD：发送数据（终端→数传机）串行数据的发送端RxD：接收数据（终端←数传机）串行数据的接收端RS-232C的引脚（2）RTS：请求发送（终端→数传机）当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据CTS：清除发送（允许发送）（终端←数传机）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CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS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RS-232C的引脚（3）DTR：数据终端准备好（终端→数传机）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DSR：数据装置准备好（终端←数传机）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，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收RS-232C的引脚（4）GND：信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平CD：载波检测（DCD）（终端←数传机）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有效信号RI：振铃指示（终端←数传机）当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为铃响的指示、保持有效RS-232C的引脚（5）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，连接到设备的外壳或大地TxC：发送器时钟控制数据终端发送串行数据的时钟信号RxC：接收器时钟控制数据终端接收串行数据的时钟信号3、RS-232C的连接微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通过线路的远距离通信微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（NullModem）连接4、RS-232C的电气特性232C接口采用EIA电平（负逻辑）“0”电平为＋3V～＋15V“1”电平为－3V～－15V实际常用±12V或±15V标准TTL电平（正逻辑）“1”电平：＋2.4V～＋5V“0”电平：0V～0.8V相互转换6.3.3异步通信接收发送器8250串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换，并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块）这些工作可由软件实现，也可用硬件实现8250有40支引脚，采用双列直插式封装，使用+5v电源。一、8250的内部结构8250实现了起止式串行异步通信协议，支持全双工通信：通信字符可选5、6、7、8位数据位停止位可选1、1.5、2位可选择奇校验、偶校验、不校验或校验位强制为“1”/“0”具有奇偶校验错、帧错和溢出等错错误检测电路8250支持的数据传输速率为50～9600bps8250内部有10个可寻址的8位寄存器，分为3类：数据类，控制类，状态类。P269CPU发送保持寄存器发送移位寄存器同步控制8250SOUT0/10/10/10/11.串行数据的发送并行数据加入起始位、校验位、停止位串行数据双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送3.串行数据的接收并行数据检测接收错误，删除起始位、校验位、停止位串行数据CPU接收缓冲寄存器接收移位寄存器同步控制8250SIN0/10/10/10/1双缓冲寄存器结构,保证数据的连续接收4.接收错误的处理奇偶错误PE（ParityError）若接收到的字符的“1”的个数不符合奇偶校验要求帧错误FE（FrameError）若接收到的字符格式不符合规定（如缺少停止位）溢出错误OE（OverrunError）若接收移位寄存器接收到一个数据，并送至输入缓冲器时，CPU还未取走前一个数据，就会出现数据溢出若接收缓冲器的级数多，则溢出错误的几率就少二、8250的引脚连接CPU的部分连接外设的部分注意：8250不是Intel公司的产品，所以该芯片引脚名称与前面学习的8253、8255等Intel产品有所不同，但是引脚功能却是类似的1D0D1D2D3RCLKSINSOUTDOSTRDOSTR4021VCCRIRLSDDSRCTSMROUT1DTROUTINTRNCA0ADS302535CS0CS1CS2BAUDOUTXTAL1GNDCSOUT234567891011121314151617181920D4D5D6D7XTAL2222324262728293132333436373839A1A2DDISDISTRDISTRRTS1.处理器接口引脚（1）数据线D0-D7：在CPU与8250之间交换信息地址线A0-A2：寻址8250内部寄存器片选线：包括3个片选输入信号CS0、CS1、-CS21个片选输出信号CSOUT。 当3个片选输入都有效时，才选中8250芯片，同时CSOUT输出高电平有效。地址选通信号-ADS：当该信号低有效时，锁存上述地址线和片选线的输入状态，保证读写期间的地址稳定1.处理器接口引脚（2）读控制线数据输入选通DISTR（高有效）和-DISTR（低有效）中一个信号有效，CPU从8250内部寄存器读出数据相当于I/O读信号写控制线数据输出选通DOSTR（高有效）和-DOSTR（低有效）中一个有效，CPU就将数据写入8250内部寄存器相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相同，只不过有效电平不同而己1.处理器接口引脚（3）驱动器禁止信号DDIS：CPU从8250读取数据时，DDIS引脚输出低电平，用来禁止外部收发器对系统总线的驱动；其他时间，DDIS为高电平主复位线MR：硬件复位信号中断请求线INTRPT：8250有4级中断、共10个中断源，当任一个未被屏蔽的中断源有请求时，INTRPT均输出高电平向CPU请求中断2.时钟信号时钟输入引脚XTAL1：8250的基准工作时钟时钟输出引脚XTAL2：基准时钟信号的输出端波特率输出引脚-BAUDOUT：基准时钟经8250内部波特率发生器分频后产生发送时钟接收时钟引脚RCLK：接收外部提供的接收时钟信号。 若采用发送时钟作为接收时钟，则只要将RCLK引脚和-BAUDOUT引脚直接相连3.串行异步接口引脚8250数据装置准备好-DSR数据终端准备好-DTR发送数据SOUT接收数据SIN请求发送-RTS允许发送-CTS信号地GND载波检测-RLSD振铃指示-RI9个最常用的信号82509个信号的名称与RS232-C信号的名称稍有不同4.输出线-OUT1和-OUT2：两个可由用户定义用途的输出信号由调制解调器控制寄存器的D2和D3位控制其输出使用时，一般低电平有效，复位时恢复为高8250的内部结构数据缓冲器读写控制逻辑MODEM控制逻辑A0A1D0D7～接收数据寄存器A2DISTRDISTRDOSTRDDISMRXTAL1～2DOSTRCSOUTINTRCS0CS1CS2ADSOUT1OUT2DSRCTSRTSDTRRLSDRI接收移位寄存器接收器控制逻辑发送数据寄存器发送移位寄存器SINRCLKBAUDOUTSOUT发送控制逻辑片内总线三、8250的寄存器8250内部有9种可访问的寄存器，其中，除数寄存器是16位的，占用两个地址连续的8位端口内部寄存器通过引脚A0-A2来进行寻址；利用通信线路控制寄存器的最高位，即除数寄存器访问位DLAB，来区别共用两个端口地址的不同寄存器（表6.4）

DLAB=1，拟访问除数寄存器的高8位及低8位DLAB=0，拟访问其他控制或状态寄存器1.接收缓冲寄存器RBR存放串行接收后转换成并行的数据CPU接收缓冲寄存器接收移位寄存器同步控制8250SIN2.发送保持寄存器THR包含将要串行发送的并行数据CPU发送保持寄存器发送移位寄存器同步控制8250SOUT3.除数寄存器除数寄存器保存设定的分频系数分频系数＝基准时钟频率÷（16×比特率）起始位时钟（RCLK）数据线（SIN）T16T16T8T4.通信线路控制寄存器LCRDLABSBRKSBPEPSPENSTBWLS1WLS0寄存器选择0正常值1除数寄存器中止字符0无作用1发送中止字符校验位设置**0无校验位001设置奇校验011设置偶校验101校验位为1111校验位为0停止位个数01位11.5位（数据位为5位时）12位（数据位为6～8位时）数据位个数005位016位107位118位指定串行异步通信的字符格式D5D4D3D2D1D0D6D75.通信线路状态寄存器LSR0TSRETHREBIFEPEOEDR为1，表示发送移位寄存器空；当数据由发送保持寄存器移入发送移位寄存器时，该位为0 提供串行异步通信的当前状态供CPU读取和处理为1，表示发送保持寄存器空，当CPU将字符写入发送保持寄存器后，该位为0为1，表示正在传输中止字符为1，表示出现帧错误为1，表示出现奇偶错为1，表示出现溢出错为1，表示接收数据缓冲器收到一个数据，既接收数据准备好；当CPU读走数据后，该位为0D0D1D2D3D4D5D6D7为1使8250为循环工作方式否则为正常工作方式6.调制解调器控制寄存器MCR 设置8250与数据通信设备之间联络应答的输出信号000LOOP

OUT2OUT1RTS

DTR为1使-OUT2引脚为低否则为高为1使-OUT1引脚为低否则为高为1使-RTS引脚为低否则为高为1使-DTR引脚为低否则为高D0D1D2D4D7–D5D37.调制解调器状态寄存器MSRdCTSdRSLDCTSDSRRIdDSRdRIRLSDD0D1D2D3D4D5D6D7高4位中某位为1，说明相应输入信号当前为低电平有效低4位中某位为1，则说明从上次CPU读取该状态字后，相应输入信号已发生改变，从高变低或反之MSR反映4个控制输入信号的当前状态及其变化MSR低4位中任一位置1，均将产生调制解调器状态中断，当CPU读取该寄存器或复位后，低4位被清零4级中断（4个优先级、10个源）接收线路状态中断奇偶错溢出错帧错收到中止字符接收器数据准备好中断发送保持寄存器空中断调制解调器状态中断清除发送状态改变数据终端准备好状态改变振铃接通变成断开接收线路信号检测状态改变优先权高优先权低8.中断允许寄存器IER8250设计有4级中断和2个中断寄存器4级中断指优先权的等级位4级，它是按照串行通信过程中事件的紧迫程度安排的、是固定的用户可利用中断允许或禁止进行控制，中断允许寄存器的低4位控制8250这4级中断是否被允许某位为1，则对应的中断被允许否则，被禁止9.中断识别寄存器IIR保存正在请求中断的优先权最高的中断级别编码00000ID1ID0IP0有中断1无中断标识哪一级有中断ID1ID0优先权中断类型111001001234接收线路状态中断接收数据准备好中断发送保持寄存器空中断调制解调器状态中断D0D1D2D7-D36.3.4异步通信适配器——异步通信卡IBMPC/XT机中的串行异步通信适配器以8250为核心完成发送时的并转串和接收时的串转并以及相应的控制工作配置了TTL电平与EIA电平间的转换电路等下面展开异步通信适配器的硬件电路软件编程异步通信适配器的初始化编程对8250的内部控制寄存器进行编程写入⑴ 写入除数寄存器——设置传输率⑵ 写入通信线路控制寄存器——设置字符格式⑶ 写入调制解调器控制寄存器——设置工作方式⑷ 写入中断允许寄存器——设置中断允许或屏蔽8250内部寄存器的地址DLABA2A1A0寄存器操作com1com20000读接收缓冲器/写发送