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1、1福建工程学院 课程设计设计题目：串行通信系统 专 业 网络工程 设计时间 2/6/7-2/6/13 2目录 一、概述1.1 设计背景1.2 设计要求1.3 设计方案的讨论与选择二、概要设计2.1 所用设备2.2 设计思想2.3 电路原理与主要心片功能2.3.1 8251 主要功能2.3.2 8279 主要功能2.3.3 8253 主要功能3、详细设计3.1 显示模块的实现3.2 发送模块与接收模块3.3 发送/接收时钟3.4 主程序流程图四、接口电路逻辑图五、调试记录六、课程设计记录日志七、总结体会八、附录（程序清单）3一、概述1.1 设计背景1）.计算机之间以及计算机与一些常用的外部设备之
2、间的数据交换，往往需要采用串行通信的方式。在计算机远程通信中，串行通信更是一种不可缺少的通信方式。 在并行通信中，数据有多少位就要有多少根传输线，而串行通信中只需要一条传输线，所以串行通信可以节省传送线，在位数较多，传输距离较长的情况下，这个优点更为突出，但串行通信的速度比并行通信低。2）.串行通信中数据的传送模式在串行通信中，数据通常在两个站（如 A 和 B）之间进行传送。串行通信可分为单工通信模式、半双工通信模式和全双工通信模式。（1） 单工(Simplex)通信模式：该模式仅能进行一个方向的数据传送，数据只能从发送器 A 发送到接收器 B。（2） 半双工 (Half Duplex)通信模
3、式：该模式能够在设备 A 和设备 B 之间交替地进行双向数据传送。即数据可以在一个时刻从设备 A 传送到设备 B，而另一时刻可以从设备 B 传送到设备 A，但不能同时进行。（3） 全双工(Full Duplex)通信模式：该模式设备 A 或 B 均能在发送的同时接收数据。1.2 设计要求利用 8251 或 8250 完成两台计算机之间的数据传送。1.3 设计方案的讨论与选择方案一：两台计算机通信时，接收结果只在计算机的屏幕上显示所接收到的数据。方案二：两台计算机通信时，接收结果可以在试验箱上显示所接收到的数据。初步讨论结果：在屏幕上显示比较简单，但是不直观，为了方便查看发送的数据，就选择方案二
4、。二、概要设计2.1 所用设备（1）计算机两台功能：用于对程序的进行编译测试等，同时还需要对实验设备进 行控制，提供整个程序的运行平台，并且收集和释放硬件信号，实现程序功能。（2）实验箱两台4功能：此设备必须能提供我们小组做的串行通信所需的 8253、8279 和8251 三个芯片。并且能通过接受 PC 机传来的信息，显示出相应的功能以实现通信。（3）导线若干条功能：用于电路和芯片之间的连接。2.2 设计思想这次的课程设计我们小组选用的是 8251、8253、8279 这三个芯片来实现，我们选用的是一个单工的异步串行通信，也就是说一方发送一方接收。发送方：先初始化 8279、8251、8253
5、 芯片，检测是否发送数据，若 TxRDY 为1，则发送数据，用 CX 来控制要发送的个数，到 CX 为 0 时结束发送。接收方：先初始化 8279、8251、8253 芯片，检测是否接收数据，若 RxRDY 为1，则接收数据，用 CX 来控制要接收的个数，到 CX 为 0 时结束接收。2.3 电路原理与主要心片功能8251A 芯片8251A是一种可编程的同步/异步串行通信接口芯片， 具有独立的接收器和发送器，能实现单工、 半双工、双工通信。由于近距离传输，所以可以不用MODEM，而直接互连。同时采用查询方式，故接收/发送程序中只需检查发送/接收的准备好状态是否置位，在准备好时就发送或接收一个字
6、节。(1)在实验过程中，数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通行，而我们的实验正是采用了串行通行方式，这种方式通信线路简单，利用线路就可实现通信，这样实验易于实现并且降低了成本，而且适合远距离通信。(2)实验中用到的8251A就是一个可编程的通用串行通信接口芯片，在使用时必须对它进行初始化编程。编程的内容包括两大方面：一是由CPU发出的控制字，即方式选择控制字和操作命令控制字；另一方面是由8251A 向CPU 送出的状态字。 8251A的方式控制字和命令控制字方式控制字确定8251A的通信方式(同步/异步)、校验方式(奇校/ 偶校/不校)、字符长度及波特率等，格式如下图516所示。命令控制字
7、使8251A 处于规定的状态以准备收发数据，格式如下图。方式控制字和命令控制字无独立的端口地址，8251A 根据写入的次序来区分。 CPU对8251A 初始化时先写方式控制字，5后写命令控制字。方式选择控制字的格式如图所示。操作命令控制字的格式如下： 状态寄存器状态寄存器用于寄存8251A的状态信息，供CPU查询。各位定义如下：TXRDY位：当数据缓冲器空时置位，而TXRDY引脚只有当条件( 数据缓冲器空 /CTS TXE)成立时才置位。溢出错误：CPU没读走前一个字符，下一个字符又接收到，称为溢出错误。帧错误：在字符结尾没检测到停止位，称为帧错误。状态字的格式如下：6状态字的格式8251A
8、内部数据总线图8279 芯片8279芯片是一种专用于键盘/显示器的接口器件，它能对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合的键号，提高CPU的工作效率。8279包括键盘输入和显示输出两个部分。键盘部分提供的扫描方式可以和64个按键或传感器阵列相连；能自动消除开关抖动以及对N键同时按下采取保护。显示部分按扫描方式工作，可以显示8或16位LED 数码管显示器。（1）8279的引脚功能DB0-DB7：双向数据总线，用于在CPU和8279之间传7送命令、数据和状态；CLK：时钏输入线，用于产生内部定时；RESET：复位输入线，复位后，8279被置为以下工作方式：16显示左边输入，编码扫描键盘双键封锁，时钟系数
9、为31；CS：选片信号输入线，低电平时CPU 选中8279，允许对8279进行读写操作；A0：缓冲器地址输入线，高电平时数据线上传送的是命令或状态信息，低电平时数据线上传送的是数据信息；RD：读信号输入线，低电平有效，8279内部缓冲器信息送 DB0-7；WR：写信号输入线，低电平有效，接收数据总线DB 0-7上的信息写入内部缓冲器；IRQ：中断请示输出线，高电平有效。在键盘工作方式中， FIFO RAM中有键输入数据时，IRQ上升为高电平，向CPU请求中断，CPU每次读出FIFO RAM数据时，IRQ上升为高电平，向CPU 请求中断，CPU每次读出FIFO RAM数据时，IRQ变为低电平，若
10、RAM中还有数据，IRQ 在读出后又返回高电平，直至FIFO中的所有数据被读完 IRQ才保持低电平。在传感器方式中，每当检查到传感器信号变化时IRQ上升为高电平；SL0-SL3：扫描输出线，用以对键盘/传感器矩阵和显示器进行扫描；RL0-RL7：数据输入线，键盘/传感器矩阵的行（或行号）数据输入线。该输入线内部有提高电路，使之保持高电平，也可以由外部开关拉成低电平；SHIFT：换档输入线，在键扫描中，闭合键的位置信息（行和列号）与换档输入线的状态一起存入FIFO，使键盘上的每个键可以定义为上、下两档功能；CNTL/STB：控制/选通输入线，在键盘方式中，作为控制输入线，它的状态和键输入信息一起
11、存储到FIFO中。在选通工作方式中，作为数据送入FIFO的选通输入线。OUTA0OUTA3：四位输出口；OUTB0OUTB3：四位输出口；8BD：显示消隐输出线，低电平有效，该输出线在数字切换过程中或使用显示器熄灭命令使显示器消隐；Vcc：电源；Vss：地。（2）8279的内部结构与工作原理8279的内部结构主要由I/O控制及数据缓冲器、控制与定时寄存器及定时控制、扫描计数器、输入缓冲器、键盘去抖及控制、FIFO/传感器及其状态寄存器、显示RAM和显示地址寄存器组成。 I/O控制及数据缓冲器双向的三态数据缓冲器将内部总线和外部系统的数据总线DB0-DB7相连，用于在CPU和8279之间传送命令
12、、数据和状态信息。I/O控制电路以CS、 A0、RD、WR线上输入信号控制总线上信息的传送，即对内部不同的寄存器和缓冲器进行读或写。CS为片选输入线，为低电平有效。当该引脚上为低电平时允许CPU对其进行读写，一般接系统的地址译码器。AO为信息属性选择线，用来指出所传送的信息是命令/ 状态，还是数据，A0为逻辑1时，CPU写入 8279的信息是控制命令，从 8279读出的状态字节；A0为逻辑0时，读出和定入的信息都是数据。A0通常接系统的地址总线低位。 时序控制逻辑控制和时序寄存器用于存放键盘和显示器的工作方式和其他状态信息。时序和控制部件包含了定时计数器，其中一个计数据是N 分频器，分频系数可
13、以编程为2-31 之间的任何一个数，对CLK上输入的时钟脉冲信号进行N分频，以产生基本的100KHz 的内部计数信号（此时扫描时间为5.1ms，去抖动时间为10.3ms） ，共它计数器将100KHz信号再分频，以提供适当的键盘矩阵扫描和显示器扫描的时间。 扫描计数器扫描计数器有两种工作方式，一种是编码工作方式，计数器以二进制方式计数，4位计数的状态直接从扫描线SL0-SL3上输出，必须由外部译码对SL0-SL3进行译码，以产生对键盘和显示器的扫描信号，另一种是译码工作方式，9对计数器的低两位进行译码后从SL0-SL3上输出，作为48键盘和4位显示器的扫描信号，因此在译码方式中只有显示RAM的前
14、4个字符被显示出来。编码方或扫描出高电平有效，译码方式中扫描输出线低电平有效。8253 芯片计算机系统中，实现定时或延时有三种方法：软件定时、不可编程的硬件定时、可编程的硬件定时器。8253 为可编程的硬件定时/计数器。1. 主要功能* 具有 3 个独立的 16 位计数器通道；* 每个计数器均可按二进制或二十进制计数；* 每个计数器的计数速率高达 2MHz；* 每个通道有 6 种工作方式，可由程序设置和改变；* 所有的输入输出都与 TTL 兼容。2、8253 内部结构图3、8253 控制字在 8253 的初始化编程中，由 CPU 向 8253 的控制字寄存器写入一个控10制字来规定 8253
15、的工作方式。4、8253 还有 5 种工作方式方式 0计数结束中方式 1可重复触发的单稳态触发器方式 2频率发生器方式 3方波发生器方式 4（软件触发选通）方式 5（硬件触发选通）三、详细设计3.1 显示模块的实现使用 8279 控制，用数码管的显示功能来设计，显示部分用八只 LED 为显示管，这些 LED 发光二极管的阴极是互相连接在一起的，所以称为共阴极数码管。通过在这八只发光二极管的阳极加+5V 或 0V 的电压使不同的二极管发光，形成不同的字符和数字。具体代码如下：push cxmov ch,almov cl,4ror al,cl and al,0fh ;将 al 的高 4 位，移动到
16、低 4 位 push ax11mov dx,z8279mov al,81h out dx,al ; 将 81h pop axlea bx,ledxlatmov dx,d8279 ;显示转换结果高 4 位out dx,alcall delaymov al,chand al,0fhpush axmov dx,z8279mov al,80hout dx,alpop axlea bx,ledxlatmov dx,d8279 ;显示转换结果低 4 位out dx,alcall delaypop cx3.2 发送与接收模块该模块是用 8251 的芯片实现的，通过检测是否 TxTDY 和 RxRDY 是否为 1，检测发送和接收数据，代码如下：发送方： mov cx,13next: mov dx,209hin al,dxtest al,01h
