微機原理與接口技術(shù)第8章并串行通信接口課件

1、微機原理與接口技術(shù)第 8 章 并/串行通信接口教案串行通信接口8.2 串行通信基礎(chǔ)8.3 可編程串行I/O接口82518.4 8251應用例串行通信數(shù)據(jù)線 信號地 控制/聯(lián)絡線計算機計算機或外設(shè)串行通信方式串行通信可以分成：異步通信方式 異步通信是利用字符的再同步技術(shù), 實現(xiàn)一個個數(shù)據(jù)傳送的通信方式。（異步時鐘, 字符幀格式）同步通信方式 同步通信是利用同步時鐘和同步字符技術(shù), 實現(xiàn)一批數(shù)據(jù)傳送的通信方式。（同步時鐘, 數(shù)據(jù)塊格式）異步通信方式 異步通信雙方用各自的時鐘（異步時鐘）信號控制發(fā)送和接收, 通信是隨機進行的。異步通信方式的數(shù)據(jù)以字符為單位（字符幀）。各個字符可以連續(xù)傳送, 也可以間

2、斷傳送。異步通信的字符幀格式規(guī)定：每個字符由起始位、數(shù)據(jù)位、奇/偶校驗位、停止位四部分（共712位）組成。兩個字符幀之間可以有若干個空閑位。字符幀格式 1 1 1 1 0 0/1 起始位第n個字符空閑位停止位 1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/18位數(shù)據(jù)位高位低位起始位奇偶校驗位第n+1個字符同步通信方式 同步通信要求使用統(tǒng)一的時鐘（同步時鐘）, 保證雙方的時鐘頻率和相位完全相同。發(fā)送方除了傳送數(shù)據(jù)外, 還要把時鐘信號（同步信號）同時傳送出去。同步通信方式以若干字符數(shù)據(jù)為傳輸單位（數(shù)據(jù)塊）, 是一組數(shù)據(jù)連續(xù)傳送的方式。同步通信的數(shù)據(jù)塊格式規(guī)定：以1/2

3、個同步字符指示數(shù)據(jù)塊的開始, 然后是連續(xù)的n個字符數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)塊結(jié)束可以加上1/2個校驗字符。同步通信方式的數(shù)據(jù)塊格式： 1/2個同步字符 數(shù)據(jù)1 2 3 n 1/2個CRC校驗字符串行通信規(guī)程 單工、半雙工、全雙工單工的通信站之間只有一根傳輸信號線，傳輸方向固定，一方發(fā)送，另一方接收。半雙工的通信站之間有一根傳輸線，盡管傳輸可以雙向，但同一時刻只能有一方發(fā)送。全雙工的通信站之間有兩根傳輸信號線，每個通信站任何時刻既可以發(fā)送，又可以接收（相當于2個單工的組合）。信號的調(diào)制/解調(diào)為避免信號發(fā)生衰減和畸變, 用被調(diào)制信號控制調(diào)制信號的某個參數(shù)（例如, 幅值, 頻率, 相位等）, 使調(diào)制信號隨著被調(diào)

4、制信號變化的過程稱為調(diào)制。經(jīng)調(diào)制后參數(shù)隨調(diào)制信號變化的信號稱為已調(diào)制信號。反之, 從已調(diào)制信號中還原出被調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)。 調(diào)制解調(diào)器（MODEM）把調(diào)制器和解調(diào)器集成在一起的器件 。調(diào)制/解調(diào)示意圖（調(diào)頻）數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號數(shù)據(jù)終端設(shè)備 MODEM數(shù)據(jù)終端設(shè)備 MODEM傳輸速率和波特率傳輸速率為每秒鐘傳送2#數(shù)碼的位數(shù)（比特數(shù)）, 以位/秒（b/s）為單位。傳輸速率是串行通信一個重要的通信速率指標，也反映了對串行通信傳輸通道的要求。波特（baud）率為每位傳送時間的倒數(shù)，也是串行通信一個重要的通信速率指標。串行通信每次傳送1位時, 波特率和傳輸速率相等。一般串行通信的波特率在5

5、09600波特之間。串行通信總線RS-232CRS-232C是廣泛應用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間的通信總線。RS-232C總線信號采用EIA電平標準（負邏輯） ： “1” -5V-25V“0” +5V+25VTTL電平信號和RS-232C的EIA電平信號之間, 要有相應的電平轉(zhuǎn)換電路。RS-232C總線, 一般使用D型9芯（DB-9）連接器。RS-232C信號： 保護地線, 信號地線GND；接收線RxD, 發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD ；請求發(fā)送RTS, 允許發(fā)送CTS, 通信設(shè)備(DCE)準備好DSR, 終端設(shè)備(DTE)準備好DTR, 音響指示RI, 載波檢測DCD。串行I/

6、O接口的基本結(jié)構(gòu)聯(lián)絡信號串入串出發(fā)送時鐘接收時鐘數(shù)據(jù)總線收發(fā)器控制信號邏輯地址譯碼中斷請求D7D0讀/寫端口選信號片選信號 CS A0數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器串入/并出并入/串出狀態(tài)寄存器控制寄存器串行I/O接口8251Intel 8251是可編程的串行同步/異步、發(fā)送/接收接口。使用單一 +5V電源和單相時鐘（TTL電平標準） 。接收、發(fā)送有各自的數(shù)據(jù)緩沖器, 可以進行單工或全雙工通信。提供與調(diào)制解調(diào)器的聯(lián)絡信號, 便于直接和通信線路連接?？蛇x擇奇/偶校驗。校驗位的插入/剔除、檢錯都由芯片硬件完成。異步通信, 每個數(shù)據(jù)字符位數(shù)可選58位, 停止位可選1位、1.5位或2位, 波特率范圍為0

7、19200波特, 發(fā)送/接收時鐘頻率可為波特率的1倍、16倍或64倍（倍頻系數(shù)1/16/64）。同步通信, 每個數(shù)據(jù)字符位數(shù)可選58位, 波特率范圍為096000波特, 發(fā)送/接收時鐘頻率與波特率相同。同步方式可選擇單同步、雙同步或者外同步, 同步字符可設(shè)定。8251的內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)制/解調(diào)控制邏輯DTRDSRRTSCTS發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器D7D0狀態(tài)寄存器接收數(shù)據(jù)寄存器控制寄存器讀/寫控制邏輯RESETCLKC/DRDWRCS TxD TxRDY TxE TxC RxD RxRDY SYNDET RxC發(fā)送器發(fā)送控制接收器接收控制8251的引腳特性 CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)/控制信號： D7D0：雙向、三態(tài)數(shù)

8、據(jù)線。CLK：時鐘信號, 輸入。RESET：復位信號, 輸入, 高電平有效。CS：片選信號, 輸入, 低電平有效。C/D：控制/數(shù)據(jù)端口選擇輸入線。（A0）RD , WR：讀, 寫選通信號, 輸入, 低電平有效。發(fā)送/接收狀態(tài)/控制信號： RxRDY：接收準備好狀態(tài), 輸出, 高電平有效。TxRDY：發(fā)送準備好狀態(tài), 輸出, 高電平有效。TxE：發(fā)送緩沖器空閑狀態(tài), 輸出。SYNDET：同步狀態(tài)輸出信號, 或者外同步輸入信號。8251的引腳特性發(fā)送器/接收器信號： RxD ：串行數(shù)據(jù)輸入。TxD： 串行數(shù)據(jù)輸出。RxC：接收器時鐘輸入。TxC：發(fā)送器時鐘輸入。 MODEM信號：DTR：數(shù)據(jù)終端

9、準備好狀態(tài), 輸出, 低電平有效。DSR：數(shù)據(jù)準備好狀態(tài), 輸入, 低電平有效。RTS：請求發(fā)送信號, 輸出, 低電平有效。CTS：允許傳送信號, 輸入, 低電平有效。8251讀/寫操作控制邏輯CSRDWRC/D讀/寫操作說明0010（串并） 8251數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線0100數(shù)據(jù)總線 8251數(shù)據(jù)（并串）00118251狀態(tài)字數(shù)據(jù)總線0101數(shù)據(jù)總線8251控制字8251發(fā)送/接收器部件 8251發(fā)送器的主要部件移位寄存器、同步字符寄存器（2個）、數(shù)據(jù)位計數(shù)器、奇/偶校驗位發(fā)生器等。 8251接收器的主要部件移位寄存器、同步字符寄存器（2個）、數(shù)據(jù)位計數(shù)器、奇/偶校驗位檢測器等。8251發(fā)送器工作

10、過程 8251異步通信的發(fā)送：發(fā)送器把發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)組織成一幀字符信息，從TxD端逐位發(fā)送出去, 即先發(fā)送起始位（“0”）, 再逐位發(fā)送字符數(shù)據(jù)位, 并根據(jù)編程設(shè)定在字符數(shù)據(jù)位后發(fā)送校驗位和停止位。若發(fā)送器沒有字符幀信息發(fā)送, 則發(fā)送“1”空閑位。 8251同步通信的發(fā)送：發(fā)送器先逐位發(fā)送設(shè)定的1/2個同步字符, 然后，逐位從TxD端發(fā)送一個個字符數(shù)據(jù)，直到規(guī)定的數(shù)據(jù)塊發(fā)送完。 。若CPU沒有及時把數(shù)據(jù)寫到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器, 則8251用同步字符發(fā)送填充, 直至CPU寫入新的數(shù)據(jù)。8251接收器工作過程 8251異步通信的接收：當接收器從RxD端接收到有效的起始位（“0”）后, 便逐位接收

11、后續(xù)的數(shù)據(jù)位、檢測奇/偶校驗位和停止位是否出錯。將接收的（并行）數(shù)據(jù)送到接收數(shù)據(jù)寄存器, 給出“RxRDY”有效信號, 表示“串-并”轉(zhuǎn)換好一個數(shù)據(jù)， 可以讀取。 8251同步通信的接收：若設(shè)定外同步接收，SYNDET為外同步輸入信號（來自MODEM），當檢測到SYNDET信號（高電平）有效，啟動接收一個個字符數(shù)據(jù)。若設(shè)定內(nèi)同步接收，首先，搜索規(guī)定的1個或2個同步字符（同步字符事先設(shè)置在同步字符寄存器），直到搜索同步字符完成，SYNDET信號輸出（高電平）有效，接著開始接收一個個字符數(shù)據(jù)。 8251的控制/狀態(tài)字 8251的串行通信要靠命令控制的設(shè)置和狀態(tài)的查詢配合完成。8251除了發(fā)送、接收

12、串行數(shù)據(jù)字符以外, 還有與之相關(guān)的方式控制字、命令控制字和狀態(tài)字的操作。例如：MOV AL, ；取控制字OUT , AL；寫8251控制數(shù)據(jù) IN AL, ；讀8251狀態(tài)數(shù)據(jù)TEST AL , ；測試狀態(tài)位8251的方式控制字 00: 同步101: 異步110: 異步1611: 異步6400: 5位數(shù)據(jù)位01: 6位數(shù)據(jù)位10: 7位數(shù)據(jù)位11: 8位數(shù)據(jù)位0: 不校驗0 1: 奇校驗1 1: 偶校驗1: 外同步0 0: 內(nèi)雙同步1 0: 內(nèi)單同步00: 無效01: 1位停止位10: 1.5位停止位11: 2位停止位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0同步同步方式?異步8251的命

13、令控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ENI RRTSERSBRKRXEDTRTXE發(fā)送允許1：允許, 0：禁止接收允許1：允許, 0：禁止發(fā)送斷點字符1：迫使TxD為低, 0：正常數(shù)據(jù)終端準備好1：迫使DTR輸出0進入同步搜索方式1：進行SYNC搜索內(nèi)部復位1：8251內(nèi)部復位出錯復位1：復位錯誤標志請求發(fā)送1：迫使RTS輸出08251的狀態(tài)字 溢出錯 1: 表示未取走字符, 又輸入了下一個字符 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DSR SYNDET FE OE PE TxE RxRDY TxRDY幀格式出錯1: 表示未檢測到有效停止位奇偶錯 1:表示奇偶錯同

14、引腳定義8251初始化設(shè)置流程No8251復位設(shè)置方式控制字同步方式?輸入同步字符輸入第2個同步字符設(shè)置命令控制字傳送數(shù)據(jù)YesYesNoNoNoYesYes 復位8251?傳送完?雙同步?8251初始化設(shè)置要點 8251初始化設(shè)置必須確保8251是復位狀況。8251復位操作：往控制端口先送3個0, 再送1個40H（復位命令字）。初始化設(shè)置首先輸入方式控制字, 以決定通信方式、數(shù)據(jù)位數(shù)、校驗方式等, 若是同步通信方式則緊接著輸入1/2個同步字符, 若是異步方式這一步可省略, 最后送入命令控制字（非復位命令字）。 8251初始化設(shè)置信息全部寫入控制端口, 特征是C/D=1。 8251的每次設(shè)置需

15、有一定的延時來保證設(shè)置的可靠完成（常通過調(diào)用軟件延時子程序?qū)崿F(xiàn)）。8251應用例【例8.4】8251采用查詢方式將顯示緩沖區(qū)的字符送CRT顯示。 8251異步傳送方式, 8位數(shù)據(jù)位、奇校驗、1位停止位, 波特率因子16。 8251數(shù)據(jù)口地址為50H, 控制口地址為51H。D7D0 TxDRxDCS 8251 C/ D GNDDSR RD CTS WR RxC CLK TxC 14881489CRT終端波特率發(fā)生器8088AD70ALERDWRCLKA0地址譯碼器D70地址鎖存器例8.4程序；8251設(shè)置程序段MAIN:（ 8251 復位）MOVAL, 5EHOUT51H, AL（ 調(diào)延時子程序

16、）MOVAL, 33HOUT51H, AL（ 調(diào)延時子程序）MOVBX, offset disbufMOVCX, count；8251查詢發(fā)送程序段NEXT:MOVAL, BXOUT50H, ALINCBXWT:INAL, 51HTESTAL, 01HJZWTLOOP NEXTHLT8251應用實驗【實驗6】采用查詢方式把26個大寫英文字母從8251自發(fā)自收, 并轉(zhuǎn)換成小寫字母顯示。8251的端口地址：C0H（數(shù)據(jù)口）, C1H（控制/狀態(tài)口）；8253的端口地址：40H43H 。TxDRxD 8251 TxCRxCDSRDTRCTSRTS8253 CLK1OUT1 GATE11.8432MH

17、z+5V153.6KHz實驗6 程序框圖設(shè)置8253計數(shù)器1（方式字56H, 計數(shù)值0CH）8251復位（設(shè)計子程序RESET）設(shè)置8251（方式字7EH, 命令字37H）設(shè)置計數(shù)初值26, 取字母初值“A”（41H）從TxD發(fā)送一個數(shù)據(jù)查詢, 等待“發(fā)送好”（TxRDY=1）查詢, 等待“接收好”（RxRDY=1）從RxD接收一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成小寫字母（+20H）送屏幕顯示（INT 10H）取下一個字母值（+1） no計數(shù)減1, 循環(huán)結(jié)束？yes 結(jié)束子程序INIT軟件延時子程序DALLY:PUSHCXMOVCX, 5000H A1: LOOPA1POPCXRET實驗6 子程序8251復位子程序

18、RESET:MOVAL, 00HOUT0C1H, ALCALLDALLYOUT0C1H, ALCALLDALLYOUT0C1H, ALCALLDALLYMOVAL, 40HOUT0C1H, ALCALLDALLYRET8253和8251設(shè)置子程序INIT:MOVAL, 56HOUT43H, ALMOVAL, 0CHOUT41H, AL ；設(shè)置8253計數(shù)器1CALLRESET ；調(diào)8251復位子程序MOVAL, 7EHOUT0C1H, AL ；設(shè)置8251方式字CALLDALLY ；調(diào)軟件延時子程序MOVAL, 37HOUT0C1H, AL ；設(shè)置8251命令字CALLDALLYRET實驗6

19、主程序MAIN: CALL INIT mov cx, 26；計數(shù)值 mov bl, 41h；”A”值A(chǔ)1: mov al, bl out 0C0H, al；發(fā)送A2: in al, 0C1H test al, 01h；查詢 jz A2A3: in al, 0C1H test al, 02h; 查詢 jz A3 in al, 0C0H; 接收 add al, 20h mov ah, 01h int 10h；顯示 inc bl；值+1 loop A1 A4: jmp A4；結(jié)束習題8.88.8 對8251A（端口地址44 H，45H）全雙工（可發(fā)可收）的初始化設(shè)置。要求：（1）采用異步通信方式，8

20、位數(shù)據(jù)位，偶校驗，1.5位停止位，波特率因子16。；8251A復位（設(shè)置3個0，1個40H）MOV AL，0BEH；方式字：異步，8位數(shù)據(jù)，波特率因子16等OUT 45H，AL；設(shè)置方式字CALL DELAY；調(diào)用軟件延時子程序DELAYMOV AL，37H；命令字：啟動發(fā)送器，接收器，標志復位等OUT 45H，AL；設(shè)置命令字CALL DELAY（2）采用同步通信方式，雙同步字符（16 H），7位數(shù)據(jù)位，無校驗。；8251A復位（設(shè)置3個0，1個40H）MOV AL，08H；方式字：雙同步，7位數(shù)據(jù)，無校驗等OUT 45H，AL；設(shè)置方式字CALL DELAYMOV AL，16H；同步字符1

21、6 HOUT 45H，AL；設(shè)置第1個同步字符CALL DELAYMOV AL，16HOUT 45H，AL；設(shè)置第2個同步字符CALL DELAYMOV AL，37H；命令字：啟動發(fā)送器，接收器，標志復位等OUT 45H，AL；設(shè)置命令字CALL DELAY習題8.98.9 編寫8251A（端口地址80H，81H）異步通信輸出的程序段：7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗，波特率因子64，用查詢方式輸出以BUFFER為首地址的60個字節(jié)數(shù)據(jù)。；8251A復位（設(shè)置3個0，1個40H）MOVAL，7BH；異步，7位數(shù)據(jù)，波特率因子64等OUT81H，AL；設(shè)置方式字CALLDELAY MOVAL，33H；啟動發(fā)送器，錯誤標志復位等OUT81H，AL；設(shè)置命令字CALLDELAYLEABX，BUFFER；BX取數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVCX，60；CX取計數(shù)初值60N