微型计算机接口技术第四章串行通信接口8251课件.ppt

1、第四章第四章 串行通信接口串行通信接口串行通信就是在一根数据线上一位一位地传送数据。在串行通信中，计算机在接收数据时，由串行接口一位一位地接收数据，当一帧数据接收完成后，由串行接口一次把数据（8位）送给处理器（CPU）；当计算机发送数据时，由处理器（CPU）把数据（8位）传送给串行接口，再由串行接口通过一条线路，一位一位地把数据传送出去。4.1 串行通信的基本概念 串行通信可分为异步串行通信和同步串行通信。异步串行通信：是面向字符的，每传送一个字符就以起始位通知对方。同步串行通信：是面向字符块的。1 1异步通信异步通信 在异步串行通信中，一个字符代码在通信线路上的传输格式如图所示。异步串行通信

2、的过程：在传送开始之前,收发双方必须对所采用的信息格式（如字符数据有多少位，有无奇偶校验，停止位的长度）和波特率作统一的约定。传送开始后，接收方不断检测传输线，看是否有起始位到来。若在收到一系列的“1”（空闲位、停止位）之后测到一个“0”，说明有数据来了，则开始接受规定好的数据位及奇偶校验及停止位。接受到的数据经处理后还原成字符。一个字符接受完后，接受设备又开始测检传输线，监视“0”电平的到来和下一个字符的出现。用逻辑0表示（-3V-12V），起始位后是字符代码 用逻辑1表示，为一帧数据传输完后的持续时间，一般可选1位、15位和2位 字符代码，可以是5位、6位、7位或8位 可以是奇校验、偶校验

3、和不校验。2 2同步通信同步通信 同步通信每次传送的对象是多个字符（字符块或帧），它利用同步字符来完成收发双方的同步。同步通信方式没有起始位和停止位，一次传送的字符数可变。在同步传送前，先按照一定的格式将各种信息装配成一个数据包，数据包中包括接收方识别用的同步字符（一个或多个），然后紧跟着传送N个字符（N大小由用户设置），最后是两个校验字符。同步通信的数据格式如图所示。同步通信的过程：接收设备首先搜索同步字符，在接收到同步字符后开始接收数据。在传输过程中，发送设备和接收设备要保持完全的同步，若接收漏位就会导致接收错误，这种错误可通过校验位查出。两种方式的比较两种方式的比较 异步通信不要求收发双

4、方使用同一时钟（要求同一标称频率波特率），易于通信的实现，但它在每个字符传送中都要传送起始位和停止位，降低了传输效率，只能用于低速数据传输。同步通信不要求起始位和停止位，传输效率高，一般用于高速数据传输。但同步通信的传送距离不可以很远，而异步通信则相对要远得多。PC机中使用的是异步通信。4 41 12 2数据传送方式数据传送方式 串行通信中，按照在同一时刻数据流的方向可分为全双工和半双工两种基本传送方式。当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式称为全双工，如下图：使用一根传输线既作数据输入又作数据输出时，通信双方不能同时收发数据，

5、这种传输方式为半双工，如下图：4 41 13 3 信号的信号的调制与解调调制与解调 调制：在发送端将二进制的数字信号转变成模拟信号的过程。解调：在接收端将接收到的模拟信号还原成数字信号的过程。之所以要进行信号的调制与解调，是因为异步通信的距离也不能达到很远，而且要实现真正的远程计算机之间的通信，只能通过既有的公共电话通信网进行。而电话网上传送的是音频模拟信号，因此在发送端需将二进制的数字信号转变成模拟信号，在接收端需将接收到的模拟信号还原成数字信号。调制解调器就是这样的设备。调制解调器有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种类型，在计算机中一般采用频移键控方式，也就是将

6、数字1和0调制为不同频率的两个信号，实现原理如下图所示。4 42 2 RS-232CRS-232C接口标准接口标准 1RS-232C电气特性 RS-232采用的是负逻辑，即对逻辑电平的定义为：高于+315V的电压为0低于-3-15V的电压为“1”。介于-3V和+3V之间的电压，低于-15V或高于+15V之间的电压无意义 RS-232C用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态不同。因此，RS-232C为能与计算机及设备相连接，必须在RS232C与TTL电路之间进行电平和逻辑转换，这种转换通常使用集成电路来进行。如图所示为使用MCl488完成EIA电平到TTL的转换，MCl489完

7、成TTL电平到EIA电平的转换。MCl488完成TTL电平到EIA的转换 MCl489完成EIA电平到TTL电平的转换 2RS232C接口信号 RS-232C的接口连接采用标准的25芯接口，目前计算机上普遍采用9芯接口，RS232C的主要信号规定如下表所示。RTS：请求发送数据；CTS：可以发送数据；DSR：数据装置就绪；DTR：数据终端就绪；DCD：数据载波检测；RS232C与外部设备的连接方法，对于不同的外部设备接口信号定义不完全相同，RS-232C的标准连接方法如下图所示：TXDRXDRTSCTSDSRGNDDTRTXDRXDRTSCTSDSRGNDDTR4 43 串行通信接口串行通信接

8、口一、串行接口基本任务（1）串并转换：串行传送是数据一位一位依次传送，而计算机输从输出的数据是并行的，所以当数据传入计算机时需将串行数据转换成并行数据，计算机发送的数据也要转换成串行数据才能通过串行接口传送。（2）串行数据格式化：当CPU送出的并行数据转换成串行数据后，为了实现不同通信方式下的数据格式必须对数据进行格式化，如异步传输要附加起始位、校验位和停止位；同步串行传输要加上同步字符和校验字符等。（3）可靠性检验：在发送数据时接口电路要自动生成奇偶校验位，接收时接口电路要检查奇偶校验位，确定数据在传送时是否有错。（4）接口与DCE（数据通讯设备）之间联络：接口需提供符合RS-232C标准规

9、定的信号线，以便与Modem和DCE之间进行联络、控制。目前在PC机中常用串行通信接口采用Intel825l，它只需附加地址译码电路和EIA与TTL转换电路就可以构成串行通信接口。二、8251功能特点 Intel8251是Intel 8250串行接口芯片的改进型，具有同步、异步接收或发送（USART）的功能，使用单十5V电源和单相时钟的28脚双列直插封装。其外部引脚图如右所示：接收器准备好。只要接收缓冲器已经组装好了一个字符，则该引脚被置为高电平发送器准备好。当发送缓冲器将一个字符发送出去后，则该引脚被置为高电平同步检测信号。当8251工作于同步方式时，可由编程确定是内同步还是外同步。它们的区

10、别在于同步字符的检测是在片内还是在片外。通常与系统地址总线的A0相连；这样8251A就有两个端口地址。偶地址为数据口，奇地址为命令/状态口18251内部结构 8251A的内部结构如下图所示，它由接收缓冲器、接收控制电路、发送缓冲器、发送控制电路、调制解调控制电路、读写控制逻辑和数据总线缓冲器等七个部分构成。读写控制逻辑电路：接收CPU的各种控制信息，从而确定本次操作的方式，如WR=0表示CPU向8251A写入控制字或数据；RD=0表示CPU读取8251A的数据或状态信息等。8251A读写操作如表42所示。调制解调控制电路：当进行远程通信时，需要使用调制解调器。8251A的调制解调电路提供一组通

11、用的控制信号，使8251A可以直接与调制解调器相连，完成远程通信。发送缓冲器：由数据发送缓冲器和并串移位寄存器组成。发送数据时按发送要求，将数据变成串行数据经TxD发送出去。发送控制电路：协调发送缓冲器工作，为同步、异步串行传送提供识别信息，如起始位、同步字等。接收缓冲器：从RxD接收串行数据，并按照相应的格式转换成并行数据。接收控制电路：协调接收缓冲器工作，分离出接收的数据等。28251A工作方式 8251A可用于同步和异步串行通信，但其工作方式不完全相同。（1）异步接收方式：在异步方式，当允许接收且准备好接收数据时，8251A监视RxD线。在没有信号时为高电平，一旦检测到RxD线为低电乎，

12、即认为是起始位到达，便启动内部计数器开始计数，当计数到一个数据位宽度的一半（若时钟频率为波特率的16倍时，则计数到第8个脉冲）时，再次采样RxD线，若仍然为低电平，则确认是一个起始位，否则是干扰信号。在起始位检测到后，每隔一位数据宽度的时间，在接收脉冲RxC的上升沿采样一次RxD线作为数据位，送入串一并移位寄存器。在移位寄存器中，数据被转换为并行数据，并进行奇偶校验、去掉停止位后，经8251A内部数据总线送到接收缓冲器，同时发出RxRDY信号，表示一个数据接收完成。（2）异步发送方式：当初始化编程时，置1发送允许位TxEN，在CTS=0时可进行异步发送。发送时，发送器自动为每个字符加上起始位，

13、根据要求加上校验位和停止位，在发送时钟TxC的下降沿经发送移位寄存器从TxD线发出。（3）同步接收方式：在单同步方式下，8251A监视RxD线，每出现一个数据位就把它移一位，然后把接收寄存器与含有同步字符的寄存器比较，如果相同表示接收方和发送方己同步，接收方使SYNDET=1；如果不同则需接收下一个数据进行比较。在实现同步后，通信双方进行数据传送，8251A利用接收时钟采样和移位RxD线数据位，按规定的位数装配成并行数据送到数据总线缓冲器，并发出RxRDY信号，告知CPU已经接收到一个有效数据。（4）同步发送方式：同步发送是在TxEN=1和CTS=0时开始，发送器在准备发送的数据前插入程序设定

14、的个或两个同步字符、数据中插入校验位，在发送时钟TxC的作用下，将数据一位一位地发送出去。在数据传送过程中，可能会出现CPU来不及将新的字符输出给8251A的情况，为使字符间没有间隙，8251A会自动在TxD线上插入同步字符。三、8251寄存器与控制字 8251A是可编程通用串行接口芯片，具体应用时必须对它进行初始化编程，同时必须了解其寄存器功能。8251A的初始化编程包括设定工作方式（同步、异步）、波特率、数据位数、校验方式、停止位数等。如果是同步方式还必须设置是内同步，还是外同步。方式选择命令字有同步方式控制字和异步方式控制字当D1D000时为同步方式控制字，这时D7D6用于选择同步方式；

15、当D1D000时为异步方式控制字，这时D7D6用于选择停止位数。1方式选择命令字 在同步方式下，发送和接收的波特率分别和TxC、RxC线的输入时钟频率相同。在异步方式中，D1D0的三种组合可确定波特率因子，这时TxC、RxC的频率，波特率和波特率因子关系如下：fTxC、RxC波特率因子波特率 2工作命令字 工作命令字的作用是确定8251A的实际操作，使8251A处于某种工作状态，以便接收和发送数据。工作命令字的格式如下图所示：3状态字 8251A内部设有状态寄存器，CPU可用输入指令IN获取状态寄存器的内容，判定8251A当前的工作状态。825lA状态寄存器定义如图所示：状态寄存器的RxRDY

16、、TxE、SYNDET和DSR位的电平与芯片同名引脚电平相同，仅有TxRDY位的含义与引脚TxRDY不同。对于状态寄存器的TxRDY位只要发送寄存器空就置位，而芯片引脚的TxRDY还要满足CTS=0和TxE=1时才置位。状态寄存器的D3、D4、D5分别作为奇偶错、溢出错和帧出错的指示，当输出传输过程中出现某种错误时，相应状态位就被置l。四、8251A编程应用 8251A的方式字和命令字无特征标志，均通过相同的端口输出，因此在向825lA时编程时的初始化过程必须严格按照规定的顺序，否则就不能正确识别。825lA初始化顺序为：复位写入方式字写入命令字1写入命令字2，流程图如下所示：D6=1？例 设

17、某工业控制系统，主机（上位机）与一台控制机（下位机）通过RS-232C进行通信连接，下位机将数据（字符）传送到上位机，异步通信口的连接通过COM1来进行。下位机的发送程序如下：main（）（）unsiged char DATA256；/发送数据 int statas，id，data_num=256；outportb（0 x3f9，00）；）；/8251A空操作 outportb（0 x3f9，0 x40）；）；/软件复位8251A outportb（0 x3f9，0 xc0）；）；/8251A选择方式字 outportb（0 x3f9，0 x37）；）；/工作命令字：置位RTS、ER、RxE、

18、DTR、TxEN i=0；while（idata_num）do status=inportb（0 x3f9）；）；/读8251A状态字 status=status0 x01；/发送准备好?while（status=0）；）；/发送末准备好，等待 outportb（0 x3f8，DATAi）；）；/发送推备好，发送数据 i+；下位机的发送程序main（）（）unsiged char DATA256；/接收缓冲区 int statas，id，data_num=256；outportb（0 x3f9，0XAA）；）；/8251A空操作 outportb（0 x3f9，0 x50）；）；/软件复位8251A，清除错误标志 outportb（0 x3f9，0 xcf）；）；/8251A选择方式字 outportb（0 x3f9，0 x14）；）；/工作命令字：置位ER和RxE i=0；while（idata_num）do status=inportb（0 x3f9）；）；/读8251A状态字 status=status0 x02；/检查RxRDY=1?while（status=0）；）；/接收末准备好，等待 DATAi=inportb（0 x3f8）；）；/接收推备好，发送数据 i+；上 位机的接收程序