4-外围接口-6.2.ppt

1、微机接口技术,第六章 外围接口,6.2 串行接口及应用,串行通信是计算机系统中常用的通信机制之一，串行通信的数据是按位进行传输的，和按字节传输的并行通信相比，串行通信使用的传输线少，适用于长距离的信息传送。,串行与并行,数字通信与计算机领域中，有两种基本的数据传送方式，即串行传送与并行传送，也称为串行通信与并行通信。,串行与并行,数据在单条一位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送，称为串行传送。 数据在多条并行传输线上各位同时传送，称为并行传送。,串行与并行,串行通信的特点是节省传输线，抗干扰能力强，传输距离长。 并行通信的特点是数据传输率高。 长距离低速率的通信中采用串行传送；短距离高速率通

2、信采用并行传送。,6.2.1 串行通信基础,在串行通信中，数据的发送和接收要通过通信通路，这个通信通路就是传输线。 根据通信通路的不同连接方式，可以将串行通信分成单工、半双工和全双工3种连接方式。,单工方式,半双工方式,全双工方式,异步串行通信协议,（1）串行异步信息帧的格式 信息帧包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。一个信息帧中只能包含一个字符，每个字符的数据位可以是5-8个二进制位。 串行异步信息帧的格式如图615。,串行异步通信格式,例如: ASCII Q = 51h (1010001),（2）波特率,波特率是衡量串行通信速率的重要指标。 它是每一秒在传输线上传送的二进制信息的位数，

3、以位/秒（b/s）表示，又称为数据位率，也写做bps(bit per second)。,波特率,如波特率为9600bps时，每传输一个二进制位需要的时间： 19600 = 0.0001042s= 0.1042ms 停止位的长度为1.5位时，相当于传输停止位的时间为： 0.1042*1.5=0.1563ms 假设每个字符对应1个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位，传送一个字符就需要10个二进制信息位。波特率为9600时，每秒钟能传输的最大字符数为960010=960个。,标准波特率,标准波特率系列为150、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200、

4、38400、57600、115200。 波特率提高后，数据传输的速度加快，但是信号传输的距离则相应地缩短。,（3）时钟误差,串行异步通信的发送方和接收方没有一个统一的时钟信号，发送方和接收方的时钟频率可能存在一定的误差。 只要双方的时钟的误差范围不超过一定的限度，双方仍然可以正确地通信。,波特率因子,假设时钟频率为fc，而波特率为fd。fc往往是fd的整数倍，即： fc = fd K K叫做波特率因子。 时钟频率 = 波特率因子波特率 接收端能对每一个信息位采样K次，K一般定为16、32或64。,波特率因子,例如：fc=9600Hz， 若波特率因子=16，则波特率=600bps。 若波特率因子

5、为=32，则波特率=300bps。,1）采用相反极性的起始位和停止位/空闲位提供准确的时间基准,2）接收器在每位的中心采样，以获得最大的收/发时钟频率偏差容限,3）接收器采用比传送波特率更高频率的时钟来控制采样时间，以提高采样的分辨能力和抗干扰能力。,为了确保异步串行通信传输正确：,图6-16示例,（4）奇偶校验,奇偶校验是以字符为单位进行校验。 如采用偶校验时，要发送字符10010001b，则校验位为1。 奇偶校验能发现奇数个信息位出错，不能发现传送过程的2个(或4、6、8个) 信息位错误。,例题： 异步传输7位ASCII码，如果需要数据传输速率为240字符/秒，使用1位奇偶校验位和1位停止

6、位，则： 1）波特率应该是多少？ 2）有效数据位传输位是多少？ 3）传输效率是多少？,答： 1）波特率是 (7位数据位+1位起始位+1位校验位+1位停止位)240 =2400b/s 2）有效数据位传输位是 ：7240=1680b/s 3）传输效率是：1680/2400=70%,同步串行通信协议,同步串行通信是以数据块（字符块）为信息单位传送，而每帧信息包括成百上千个字符。,（1）面向字符的同步协议,典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议（BSC）。图6-17。,特殊字符,SYN同步字符。每一帧开始处都有SYN字符，加一个SYN的称单同步，加两个SYN的称双同步。 SOH序始字符。它表示标题的

7、开始。标题中包括源地址、目标地址和路由指示等信息。 STX文始字符。它标志着传送的正文（数据块）开始。 ETB组终字符或ETX文终字符。当正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在不同帧中发送时，每个分数据块后面用组终字符ETB，最后一个分数据块后面用文终字符ETX。 DLE转义字符。将特定字符作为普通数据处理。,（2）面向位的同步协议,最有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC，国际标准化组织ISO的高级数据链路控制规程HDLC等。 特点是所传输的一帧数据的长度可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，所以称为“面向比特” 协议。 格式如图6-18

8、。,标志字段,DLCHDLC标志字段。所有信息传输必须以一个标志字段开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是01111110，称标志字段F（Flag）。 地址字段和控制字段。在标志字段之后，可以有一个地址字段A和一个控制字段C。 信息字段。跟在控制字段之后的是信息字段I。 校验字段。在信息字段之后的是两字节的帧校验字段FCS。 SDLCHDLC均采用16位循环冗余校验码CRC。,SDLC实例,01111110111110000111100010101111101001010010011111010101001111110 F: 01111110 A: 11111000 C: 01111000

9、I: 10101111101001010 1010111111001010 (删除发送端插入的0) FCS:0100111110101010 F: 01111110,四、调制与解调,在发送端使用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，该模拟信号携带了数据信号，称为载波信号。 模拟信号经电话线传送到接收方，接收方再用解调器（Demodulator）把模拟信号变为数字信号。 大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中，称为调制解调器（Modem）。,常用调制方法,调幅(Amplitude Shift Keying) 调频（Frequency Modulation） 调相位（Frequ

10、ency Shift Keying）,五、RS-232C标准,最通用的串行通信接口标准是由电子工业协会制定的RS 232-C标准, RS代表Recommended Standard。,DTE, DCE,Modem起着传输信号的作用，是一种数据通信设备，简称DCE。 接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。,RS232C,RS232C涉及的仅是DTE和DCE之间互连的规定和标准，解决DTE和DCE之间的本地接口问题。 最高数据传输率 为19.2kbps时， 电缆长度不超过30米。,（1）信号电平,RS-232C采用负逻辑，将-5到-15V规定为“1”(逻辑1电平，传号Mark)，+5到+

11、15V规定为“0” (逻辑0电平，空号Space)。,RS232C电平与TTL电平不兼容，需加电平转换电路，如MC1488（SN75150），MC1489（SN75154）。,电平转换,（2）控制信号的定义,联络控制信号,DTR：数据终端准备好，DTEDCE。 DSR：数据通信设备准备好，DTEDCE RTS：请求发送信号，DTEDCE。 CTS：允许发送信号，DTEDCE。,RS-232C接口互联,简单互联,6.2.2 可编程串行通信接口 8250,8250是通用异步收发器(UART）,只适合作为异步串行通信接口。它和8251的一个重要区别是，8250不支持同步串行通信。,8250主要功能,

12、1）8250支持异步通信规程， 2）8250的异步通信的数据格式可由用户编程选择。 3）内部具有可编程时钟产生电路。 4）具有独立的接收时钟输入引脚。,8250主要功能,5）有CPU发向调制解调器的信号，还有能接收并记录由调制解调器发送到计算机的状态信息。可方便地与MODEM相连。 6）具有带优先级排序的中断系统，有多种中断源。 7）具有可记录所有状态信息的状态寄存器和检查起始位出错的能力。,8250的外部引脚和内部逻辑结构,P152，图6-24。 8250主要由4个部分组成：接收器、发送器、总线接口部分及调制解调器控制电路。,内部逻辑结构,1接收器 接收器实现有关接收的工作它接收在RxD引脚

13、上出现的串行数据，并按规定的格式转换成并行数据，存放在接收缓冲器中，以待MPU取出。,内部逻辑结构,2、发送器 将MPU送来的并行数据 ，按照异步通信格式，加上起始位、奇偶校验位和停止位，由TxD端发送出去。,3、总线接口部分 用于连接8250内部的数据总线和系统数据总线，通过该总线CPU发送和接收并行数据，控制状态信息也通过它传送。 4、调制解调器控制电路 实现数据通信的联络与控制。,内部逻辑结构,8250连接外部引脚,8250连接外部引脚,1、和CPU或系统连接的信号 D7-D0：双向，8位数据线。 CS0、CS1、CS2#：输入，片选信号。 A2-A0：决定所访问的内部寄存器。 ADS#

14、：输入，地址选通信号。 CSOUT：输出，片选输出信号。 DISTR和DISTR#：输入，数据输入选通信号。 DOSTR和DOSTR#：输入，数据输出选通信号。,和CPU或系统连接的信号,DDIS：输出，驱动器禁止信号。 INTRPT：输出，中断请求信号。 OUT1、OUT2：输出，由MODEM控制寄存器的第2、3位决定。 MR：输入，复位信号。,2、时钟与传送速率控制,XTAL1：输入，时钟信号。 XTAL2：输出，时钟信号。 BAUDOUT#：输出，时钟信号。 f工作时钟 = f基准时钟 除数锁存器 = 波特率 16 RCLK：输入，时钟信号。可接收由外部提供的接收时钟信号。,3、与MOD

15、EM相连接的控制信号,DSR#：输入，数据设备就绪。 DTR#：输出，数据终端就绪。 RI#：输入，振铃指示。 RLSD#：输入，接收线路信号检测（有时也称为DCD#）。 RTS#：输出，请求发送。 CTS#：输入，清除发送(允许发送)。,4、串行数据发送和接收信号,SOUT：输出，串行数据输出。与TxD连接，但中间需要经过一个TTL电平到RS-232电平的转换。 SIN：输入，串行数据输入信号。与RxD连接，但中间需要经过一个RS-232电平到TTL电平的转换。,PC机的串行口,5、8250的寄存器以及寻址,8250内部有12个可访问的寄存器。 由A2，A1，A0控制选择，共8个地址，有一些

16、地址被共用。,8250内部寄存器地址,(1) 发送保持寄存器THR (2) 接收缓冲寄存器RBR,D7 D0,CPU来的8位数据并行进THR,THR,低位到高位串行移位到SOUT引脚输出,D7 D0,接收移位寄存器,发送移位寄存器,RBR,低位到高位从SIN引脚串行移位进来,8位数据并行进CPU,发送方,接收方,DLAB=0，A2A1A0=000,发送和接收,mov dx,3f8h in al,dx;接收数据 mov dx,3f8h mov al,待发送字符 out dx,al;发送数据,(3) 线路状态寄存器LSR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,DR,OE,FE,PE,BI

17、,THRE,TSRE,接收缓冲区满,接收重叠错,接收奇偶错,接收格式错,中止识别标志,发送保持器空,发送移位器空,FIFO中接收数据错误(16550),A2A1A0=101,8250发送、接收程序实例,设8250的基地址为3F8H，则： 发送保持寄存器、接收缓冲寄存器的地址为3F8H（对应于A2A1A0=000b） 。 线路状态寄存器的地址为3FDH（A2A1A0=101b）。,从串行接口发送一个字符AL的程序如下： SendByte proc push ax ; 要发送的数据压栈 mov dx, 3fdh ; LSR端口号 - DX SendByteBusy: in al, dx ; 读入端

18、口状态 - AL test al, 20h ; 测试状态中的第5位THRE jz SendByteBusy ; THRE=0, 继续查询 pop ax ; 要发送的数据出栈 mov dx, 3f8h ; THR端口号 - DX out dx, al ; 数据发送到THR ret SendByte endp,从串行接口接收一个字符到AL中的程序如下： ReceiveByte proc mov dx, 3fdh ; LSR端口号 - DX NoByteReceived: in al, dx ; 读入端口状态 - AL test al, 01h ; 测试状态中的第0位DR jz NoByteRece

19、ived ; DR=0, 继续查询 mov dx, 3f8h ; RBR端口号 - DX in al, dx ; 读入RBR中的数据字节 ret ReceiveByte endp,(4) 线路控制寄存器LCR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,WLS0,WLS1,PEN,STB,EPS,SP,SB,DLAB,字符长度选择 005位 016位 107位 118位,停止位选择 01位 11.5位(D1D0=00） 2位(D1D0!=00),11偶校验 01奇校验,附加奇偶标志位选择 0不附加 1附加1位,中止设置 1中止 0正常,除数寄存器访问允许 0禁止 1允许,A2A1A0=01

20、1,例如，设置发送字符长度为8位，2位停止位，偶校验，线路控制寄存器应设为00011111B。线路控制寄存器的地址为3FBH（A2A1A0=011b），其程序段为： MOV DX, 3FBH ; LCR口地址 MOV AL, 00011111B ; LCR的内容 OUT DX, AL,(5) 除数锁存器（DLL/DLM）,8250芯片串行数据传输的速率是由除数寄存器控制的。 按照以下公式计算除数锁存器的内容： F工作时钟=f基准时钟/除数锁存器=波特率*16,分频系数与波特率对应表,除数锁存器,例如，选取波特率为2400，则除数锁存器=115200 2400=48=0030H。将00H写入DL

21、M，30H写入DLL。,MOV DX，3FBH ; 置LCR口地址 MOV AL，80H ; DLAB=1 OUT DX，AL ; 之后，3F8H、3F9H对应于DLL、DLM MOV DX，3F8H ; DLL的I/O地址 MOV AL，30H ; 商的低字节 OUT DX，AL ; 写入DLL MOV DX，3F9H ; DLM的I/O地址 MOV AL，00H ; 商的高字节 OUT DX，AL ; 写入DLM MOV DX, 3FBH ; LCR的I/O地址 MOV AL, 00011111B ; LCR的内容，数据格式参数 OUT DX, AL; DLAB=0之后，3F8H对应于TH

22、R/RBR，3F9H对应于IER,设置波特率为2400bps的程序如下：,(6) 中断允许寄存器IER,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,I2E,I1E,I3E,0,类型2中断(接收缓冲器满) 1-允许 0-屏蔽,类型1中断(发送保持器空) 1-允许 0-屏蔽,类型3中断(接收出错） 1-允许0-屏蔽,进入低功耗模式(16550),进入睡眠模式 (16750),DLAB=0，A2A1A0=001,I0E,0,类型0中断(MODEM状态改变) 1-运行 0-屏蔽,(7) 中断识别寄存器IIR,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,NINT,S1,S2,0,未决中断指示 0

23、-有 1-无,中断类型标识,超时中断 0-不超时 1-超时,允许64字节FIFO(16750) 0-禁止 1-允许,FIFO使 用指示 (16550) 01-允许FIFO但不可用 11-允许FIFO,A2A1A0=010（读）,中断类型标识,(8) MODEM控制寄存器MCR,A2A1A0=100,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,DTR,RTS,OUT1,0,数据终端就绪,请求发送,辅助输出1,自动流量控制(16750),环路检测(内部自循环）,OUT2,0,辅助输出2，PC用做中断,LOOP,例如，要使MCR中的DTR、RTS有效，OUT1、OUT2以及LOOP无效，则可用下

24、列程序： MOV DX，3FCH ; MCR端口地址 MOV AL，00000011B ; MCR的控制字 OUT DX，AL,(9) MODEM状态寄存器MSR,A2A1A0=110,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,CTS,DSR,TERI,RLSD,CTS位发生改变,DSR位发生改变,收到“振铃指示”后沿,收到“DSR就绪” DCE-DTE,收到“允许发送” DCE-DTE,RLSD,RI,RLSD位发生改变,CTS,DSR,收到“振铃指示”,收到“接收线载波检测”,（10）暂存寄存器（SR）,不影响8250的工作状态。 暂存一个字节。,8250编程举例,完成以下设置： 数据传输速率1200波特 通信格式为7位/字符，2位停止位，奇校验 不