微机原理 第12章 微型计算机串行接口技术

1、第12章 微型计算机串行接口技术,12.1 数据通信的基础知识 12.2可编程串行异步通信接口8250,一、并行通信与串行通信 二、数据通信方式 三、异步通信与同步通信 四、串行异步通信接口标准RS-232C,12.1 数据通信的基础知识,一.并行通信与串行通信,1. 并行通信. 含义：并行通信是指将一个字节或一个字的各 位同时进行传输的一种通信方式。 要点：传输的各位同时传输（输入或输出）。 特点： （1）传输速度快 （2）传输的信息率高 （3）比串行通信需要更多通信信号线 用途：常用于传输距离短，数据传输速度要求 高的场合。,2. 串行通信 含义：串行通信是把传输的数据一位一位地顺序传送的

2、一种通信方式。 要点：按位传输，同一时刻仅传送一位。 特点： （1）通信线少 （2）成本低 （3）但通信速度慢 用途：适用于长距离数据传输。,一.并行通信与串行通信,二.数据通信方式,单工方式,半双工方式,全双工方式,二.数据通信方式,1.单工方式,数据只能沿着一个方向传输,2.半双工方式,数据既可以由A到B，也可以由B到A，但不能同时进行。,3. 全双工方式,数据可以由A到B，也可以由B到A，而且可以同时以 双向进行。,三.异步通信与同步通信,串行通信方式 两种：串行异步通信和串行同步通信。 1. 异步通信 异步通信:指字符与字符之间的传送是完全异步的，随机 的，但一个字符的位与位之间是同步

3、的。 异步通信特点 字符的发送是随机的。 每一个字符传输总以一个起始位为准，然后接收方与发送方保持同步（格式的统一），最后是停止位 通信双方可随时改变通信协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。,异步通信协议,异步通信协议包括：一是字符的传送格式的规定，二是数据传送速率的要求。 （1）异步通信格式 协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。,例：设采用串行异步通信协议，如果发送的数据为89H， 1位停止位，奇校验，则发送方发送的二进制序列是什么？,解：根据异步传输协议，起始位为低电平“0”，数据 89H=10001001B，先发送低位D0，后发送高位D7，奇校验

4、（奇偶校验位填0，以保证数据位和奇偶校验位中1的总个 数为奇数），停止位为1位高电平“1”，所以，发送的二进 制序列为：01001000101。,（2）波特率,波特率（Baud Rate）：每秒传输的数据位数。 微机中常见的波特率有110，300，600，1200， 2400，4800，9600，19200等。微机最高波特率由硬 件决定。 例：已知字符格式中数据为8位，无校验，1位停止位，在1分钟内连续不断传送了 69120个字符，求波特率。 解：一个字符=1+8+0+1=10位 每秒传送的字符个数=69120/60=1152个 波特率=1152*10=11520bits/S=11.52Kbi

5、ts/s,2、 同步通信,同步通信 将多个字符连接成一个数据块，数据块前加1或2个同步字符，尾部是校验字符，最后为同步字符。 同步的含义 要求每帧信息内部的每一位都要同步，也就是说，同步通信不仅要求字符内部的位传送是同步的，字符与字符之间的传送也应该是同步的。,四.串行异步通信接口标准 EIA RS-232C,EIA-232是DTE与DCE之间的接口标准,RS-232C标准：PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器。,RS-232C具有四大特性,一、机械特性,二、电气特性,接口逻辑：负逻辑,1：-15V-5V ；0: +5V+15V 允许噪声容限为2V,

6、三、功能特性,接口信号含义,常用的只有9根： （1）联络控制信号线： 数据装置准备好DSR#（Data set ready)：有效时表明MODEM处于可以使用的状态。 数据终端准备好DTR#(Data Terminal Ready)：有效时表明数据终端可以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了。,接口信号含义,请求发送RTS# (Request to send)：用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。 允许发送C

7、TS#（Clear to send）：用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS#的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向外发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。,接口信号含义,接收线信号检出RLSD# /数据载波检出DCD# ： (Received Line detection/Receive Line Singal Detect ） (Data Carrier dectection） 用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。 振铃指示RI# (Ringing)：当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有

8、效，通知终端已被呼叫。,接口信号含义,（2）数据发送与接收线： 发送数据TxD (Transmitted data)：通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTEDCE)。 接收数据RxD (Received data)：通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCEDTE)。 （3）地线： 信号地 SG。,四、规程特性,规程特性就是规定使用交换电路进行数据交换时应遵循的 控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，DTE和DCE 双方在各线路上的动作序列或动作规则。它涉及到DTE与D CE双方在各线路上的动作规程以及执行的先后顺序，如怎 样建立和拆除物理线路的连接，信号的传输采

9、用单工、半 双工还是全双工方式等。,12.2 可编程串行异步通信接口8250,一.8250的主要性能,二.8250的结构及内部寄存器的寻址,三.8250的外部引脚,四.8250的编程及应用,一.8250的主要性能,(1)8250是异步接收和发送控制器，发送时自动在每帧数 据中插入起始位（1位）、停止位（1、1.5或2位）和奇偶 校验位，字符格式可以编程，接收时自动删除这些附加位。 (2)最高波特率为9600b/s，波特率可编程设置。 (3)具有独立的中断优先级控制和自测试功能，并能提供 MODEM的全部状态。 (4)具有错误检测的功能。,二.8250的结构及内部寄存器的寻址,1、8250内部结

10、构,(1) 数据总线缓冲器,连接CPU和8250的数据通道，CPU可以通过数据总线缓 冲器向8250发送数据信息和控制信息。 8250内部的数据信息、状态信息也可以通过它送到系统 数据总线上供CPU读取。,(2)片选和读写控制逻辑,CPU发出的地址信号和读写控制信号结合起来产生对 8250内部各端口的读写命令。,由发送保持寄存器，发送移位寄存器和发送同步控制电 路组成。CPU发出的并行数据，锁存在发送保持寄存器 中，发送移位寄存器把发送保持器里的并行数据转换为 串行数据，在同步脉冲的作用下，给待发送数据加上起 始位，奇偶校验位，停止位，通过SOUT引脚一位一位地 发送出去。,(3)发送器,（4

11、） 接收器,从引脚SIN输入的串行数据移位接收。,接收时钟频率为波特率的16倍,确认是起始位后，每隔16个脉冲，采样一次接收线， 将得到的数据送至移位寄存器，,移位寄存器中数据经过移位并在同步脉冲的作用下， 按照规定的数据格式和波特率自动删除起始位、奇 偶校验位、停止位后，就得到了并行数据，进入接 收缓冲寄存器中，等待CPU读取该字符。,（5） 线路控制和线路状态部分,LCR是一个8位可读可写寄存器，系统通过写LCR，来确 定异步通信数据格式，即字符的长度，停止位位数，奇 偶校验类型等。还可以通过写LCR，来设置除数寄存器访 问标志位，线路控制寄存器格式如下：,线路状态寄存器LSR记录串行数据

12、发送和接收的状态，以供CPU查询。线路状态寄存器的格式：,（5） 线路控制和线路状态部分,（6） 波特率发生控制电路,16550及8250使用1.8432MHz的基准输入时钟，分频后产生所需的内部基准脉冲，作为接收器和发送器的同步脉冲，以控制接收移位寄存器和发送移位寄存器的移位操作。 发送或接收串行数据时使用的时钟频率是数据传送波特率的16倍 除数值与波特率的关系： 除数1843200（波特率16）,（7） 调制解调控制部分,该部分输出8250与MODEM之间的控制联络信号,Modem控制寄存器MCR用于设置16550/8250与通信设备之间联络应答的输出信号，其格式如所示。,Modem状态寄

13、存器MSR反映8250与通信设备之间应答联络输入信号的当前状态以及这些信号的情况，各位的含义如图所示。,（7） 调制解调控制部分,中断允许寄存器（IER）反映了接收器和发送器以及Modem是否允许中断的情况，通过设置可以指定其中的某些部件允许中断。它是一个可读可写的寄存器。,（8）中断控制部分,中断识别寄存器IIR，可以识别4个中断源引起的中断。接收器线路状态中断、接收数据准备好中断、发送保持寄存器空中断和调制解调器状态中断。,（8）中断控制部分,2.8250内部寄存器的寻址,微机串口中各寄存器寻址,几个最重要的信号 RCLK 接收时钟 SIN 串行输入引脚 SOUT 串行数据输出。 A2,A

14、1,A0 内部寄存器选择输入信号。,三. 8250的外部引脚,其它引脚,1. 电源及时钟VCC,GND,XTLA1,XTLA2 2. 数据线：D7-D0 3. 片选信号：CS0，CS1和CS2 #(输入) 4. 选通信号: 地址输入选通: ADS 数据输入选通:DISTR和DISTR #(接IOR #) 数据输出选通:DOSTR和DOSTR #(接IOW #) 5. 主复位:MR 6. 接收时钟:=接收波特率的16倍 7. 清除发送: CTS # 8. 数据装置(MODEM)准备好: DSR # 9. 接收线路信号检测: RLSD #(有效时表示Modem检测数据载波,10.振铃指示:RI #

15、 有效表示Modem已经接收到一个电话振铃信号 11. 数据终端准备好: DTR # 有效时通知Modem,接口已准备好 12. 请求发送: RTS #有效请求发送数据 13. 用户输出引脚：OUT1 #和OUT2 #(由Modem控制寄存器决定) 14. 片选信号输出:CSout 片选输入信号CS0=1,CS1=1，CS2 # =0时,Csout=1(高电平) 15. 驱动器禁止: DDIS,有效时禁止外部总线转换器对系统总线的驱动. 16. 波特率输出: BAUDout #以16倍波特率的时钟输出 17. 中断请求:INTRPT当允许中断时, 8250内部发生某种中断时,该引脚为高电平有效

16、,向8259A发中断请求信号.,其它引脚（续）,四. 8250的编程及应用,1、 8250的初始化,主要包括设置波特率，确定异步通信的字符格式，此外 还要对中断允许寄存器和MODEM控制寄存器进行设置。,（1）通过写除数寄存器，确定波特率,计算除数值 除数1843200（波特率16） 写线路控制寄存器，使DLAB=1以访问除数寄存器 先将除数低字节写入低字节寄存器端口 再将除数高字节写入高字节寄存器端口 注意： 线路控制寄存器地址：3FBH（COM1）,2FBH（COM2） 除数低字节寄存器： 3F8H（COM1）,2F8H（COM2） 除数高字节寄存器： 3F9H（COM1）,2F9H（CO

17、M2）,例： 若串口1的波特率为9600，写出初始化程序,MOV AL， 80H ；置DLAB=1,MOV DX， 3FBH,OUT DX， AL ；写到线路控制寄存器,MOV AL， 0 ；波特率为9600，算出除数为000CH,MOV DX， 3F8H,OUT DX， AL ；写除数寄存器（低8位）,MOV AL， 0,MOV DX， 3F9H,OUT DX， AL ；写除数寄存器（高8位）,根据要求确定格式（见书上图12.12 ） 将格式字写入线路控制寄存器，并使DLAB=0以正常工作,例：通信格式为7位数据位，2位停止位，偶校验，程序 如下：,MOV AL，00011110B,MOV

18、DX，3FBH,OUT DX， AL,；通信控制寄存器控制字,；线路控制寄存器口地址,；写入线路控制寄存器,（2）确定通信格式,（3）写中断允许寄存器,若为查询方式，则写0到中断允许寄存器，此外还可以通 过设置MODEM控制寄存器，使为高电平，以禁止中断。,若为中断方式，则设置中断允许寄存器的相应位为1。,例：CPU采用中断方式接收外设数据，允许接收中断和 出错中断，写出初始化程序如下：,MOV AL， 00000101B,MOV DX， 3F9H,OUT DX， AL,（4）写MODEM控制寄存器,工作于自检工作方式时，要设置MODEM控制寄存器的D4 （LOOP）=1，程序如下：,MOV

19、AL， 0001000B,MOV DX， 3FCH,OUT DX， AL,2、 8250的应用,例：甲乙两台微机利用串口1实现异步串行通信，甲机发送数 据串存放在由SI开始的一段连续的内存区域，个数存 放在CX寄存器中，乙机接收甲机的数据，并存放在由 DI开始的连续的内存单元中，要求字符长度为7位数据 位，1位停止位，奇校验，波特率为4800bit/s，采用查 询方式收发数据。分别编写甲机发送和乙机接收的程序 段。,初始化程序：,MOV DX，3FBH ；线路控制寄存器,MOV AL，80H ；置DLAB=1，为访问除数寄存器做准备,OUT DX，AL,MOV DX，3F8H ；除数寄存器低8位,MOV AL，24 ；波特率为4800，除数为24,OUT DX，AL ；写除数低字节,