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1、第八章 串行输入/输出接口,概述 串行通信的实现 串行通信的基本术语 可编程串行通讯接口芯片8251A简介 串行通信RS232C USB总线简介,一、串行数据 计算机与外部信息交换方式有两种，一种是并行通信，另一种是串行通信。并行通信时，数据各位同时传送。而串行通信时，数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。这样，虽然速度会慢一些，但传送距离比并行通信长，硬件电路也相应简单些。,现在的台式PC机一般至少有两个RS232串行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9针D形连接器，而COM2使用的是老式的DB25针连接器。,二、 串行通信的实现,1、并行通信和串行通信的特点：串行通信是逐位传送
2、数据，所以一个多位数据需要多次传送。比如一个8位的字节型数据至少需要8次传送。它有如下特点： 速度较慢； 引线少； 距离长。,2、串行通信的硬件条件在硬件上，串行通信系统的核心部件是移位寄存器，其中在发端要有一个并入串出移位寄存器，在收端要有一个串入并出移位寄存器。,0 0 1 1 00 0 0 0,0 0 0 1 10 0 0 0,0 0 0 0 10 0 0 1,3、串行通信的同步为了可靠的串行通信，同步信号起到至关重要的作用。在理想情况下，同步信号应该在数据信号线上出现有效数据期间的中心点有效，因为这时数据线上的数据是最稳定的。,但在典型的串行通信系统中，是不存在同步信号线的！如何实现串
3、行通信的中数据传送的同步呢？系统从软件和硬件两方面采取了如下三个措施：,（1） 设置波特率波特率是指单位时间内传送的位数，单位是比特/秒。 （2）设置数据的传送格式，一般地串行通信在传送数据时，并不是单纯地传送数据位信息。为了使数据传送可靠，还设定了其他一些辅助位。,（3） 设置波特率因子在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟来决定每1位对应的时间长度，接收端也需要用一个时钟来测定每1位的时间长度，前一个时钟叫发送时钟，后一个时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就称为波特率因子。,8.2 串行通信的基本技术,一、串行通信方式 1、 异步
4、通讯异步通信是指以字符为单位传送数据，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符，两次传送时间隔不固定。 2、 同步通信异步通讯为了可靠地传送数据，在每次传送数据的同时，附加了一些标志位。在大量数据传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，这就是同步通讯。采用同步传送，在数据块开始处要用同步字符来指示，并在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步。,二、串行通讯中的数据传送方向 1、 半双工每次只能有一个站发送。 2、完全双工 两个站都能同时发送称完全双工。,三、异步接收/发送器（UART） 串行接口的基本结构主要是异步接收/发送器（UART），它不仅包括并行数据和串行数据之间的相互转换，还有检测串
5、行通信在传送过程中可能发生错误的逻辑部件。,a. 奇偶错误 如上所述，在接收时，UART检查接收到的每一个字符的“1”的个数这个标志，发出奇偶校验出错信息。,b. 帧错误 若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位等)，则置位该标志，发出帧出错信息。,c. 丢失(溢出)错误 UART是一种双缓冲器结构。例如，在接收时，接收的数据先由移位寄存器移位，把串行数据变成并行数据，然后送到接收数据寄存器，由输入指令将数据送到CPU中。由于数据送到接收数据寄存器，所以即使CPU还没取走这个数据，UART也可以接收另一个新的字符。但若UABT接收到第二个字符的停止位，且要把第二个字符传送到接收数据寄存器时，
6、CPU还没取走上一个数据，于是第一个数据会被丢失。如果UART出现这种情况就置位丢失(溢出)标志，发出丢失出错信息。,四、信号的调制和解调 由于模拟信号的传输比数字信号传输更为有效，因而可将数字信号调制成模拟信号进行传输，用解调器把接收的模拟信号再转换成数字信号。,8.3 可编程串行通讯接口芯片8251A简介,8251A芯片是INTEL公司生产的大规模集成电路芯片，是与INTEL系列CPU兼容的可编程的串行通讯接口。虽然8251A功能较强，但它需要外部时钟电路。因此采用8251A作为接口电路时需要比较复杂的外围电路。而目前流行的单片机如MCS51系列，CPU内部就集成了串行接口部件及定时器/计
7、数器，几乎不需要外围辅助电路，使用起来非常简单，性能价格比很高，因此现在越来越多的数字化仪器仪表电路中不再采用8251A而是使用单片机作为串行通信接口了。,一、主要基本性能 1 可用于同步和异步传送 2 波特率, DC19.2K(异步)；DC64K(同步)。 3 完全双工，双缓冲发送和接收 4 与8080/8085CPU完全兼容,二、内部结构,发送和接收电路,调制解调控制电路,总线接口部分,1发送器 a. 数据输出线TxD b. 发送时钟 TxC c. 发送器准备好 TxRDYd. 发送器空信号 TxEMPY 过程TxRDY有效CPU写数据到82518251发数据 发送完毕，TxEMPY有效
8、2接收器 a. 数据输入线RxD b. 接收时钟 RxC c. 接收器准备好 RxRDY过程8251发数据 RxRDY有效 CPU读8251,3调制解调控制电路/DTR数据终端准备好信号。是由825IA送往外设的，表示CPU当前已经准备就绪。/DSR数据设备准备好。是外设送往825lA的，表示当前外设已经准备好数据。,8251,Modem,/DTR,/DSR,/RTS请求发送信号。是8251A送往外设的，表示CPU已经准备好发送。/CTS清除请求发送信号。由外设送往825lA的，当为低电平时，允许825lA执行发送操作。,8251,Modem,/RTS,/CTS,4读/写控制电路,三、8251
9、编程,1、模式寄存器的格式（方式选择控制字）时钟频率波特率因子波特率,RxCTxC,OUT CLKGATE,+5v,1MHz,8251,8253,如果波特率为1200，波特率因子为16，问计数初值？,2. 控制寄存器的格式（操作命令控制字）,接收 发射,3. 状态寄存器的格式（状态控制字（读）,四、举例,例：编写8251异步模式下的接收和发送程序，设端口地址：90H，92H，波特率因子16，1起始位，1停止位，无奇偶校验，每字符8位。,RxCTxC,OUT CLKGATE,+5v,1.8432M,8251,8253,解： 1、8253工作方式及计数初值工作方式 mode38253输出频率：fo
10、ut9600*16=153600=153.6Kfclk=1M N=1000/153.6=6.51(不能用！) fclk=1.8432M N=12,2、8251工作方式方式选择控制字,0 1 0 0 1 1 1 0 4EH,操作命令控制字,0 0 1 1 0 1 1 1 37H,3、程序8251初始化设置：a、先对825lA软件复位，一般采用先送3个0， 再送1个40H的方法，这也是8251A的编程 约定，40H可以看成是使8251A执行复位操 作的实际代码。b、对8251A进行工作方式及操作命令设置, MOV AL,00H ；复位8251 OUT 92H,AL CALL DELAY OUT 9
11、2H,AL CALL DELAY OUT 92H,AL CALL DELAY MOV AL,40H OUT 92H,AL CALL DELAY ；等待8251复位MOV AL,4EH ；置工作方式 OUT 92H,AL MOV AL,37H ；操作命令 OUT 92H,AL ,发送： SENDDAT PROC ；DL:要发送的数据 CHKTXR: IN AL，92H ；输入状态字AND AL，01H ；查TXRDYJZ CHKTXRMOV AL,DLOUT 90H，AL ；发送RET SENDDAT ENDP接收： RECIDAT PROC ；AL:接收的数据 CHKRXD: IN AL，92
12、H ；输入状态字AND AL 02H ；查RXRDY？JZ CHKRXDIN 90H，AL ；发送RET RECIDAT ENDP,五、8250和16550 速度 8250：509600 16550：115200,RxCTxC,OUT CLKGATE,+5v,1.8432M,8251,8253,A0 A1 A2,;允许访问除数寄存器MOV DX,MY16550_3 MOV AL,80HOUT DX,ALCALL DALLY ;波特率9600MOV DX,MY16550_0 ;波特率低8位MOV AL,0CHOUT DX,ALCALL DALLY MOV DX,MY16550_1 ;波特率高8位
13、MOV AL,00HOUT DX,ALCALL DALLY,; 工作方式选择MOV DX,MY16550_3 MOV AL,1BH ;偶校验, 1位停止位, 8位数据OUT DX,ALCALL DALLY; modem设置MOV DX,MY16550_4 ;MCRMOV AL,03H ;RTS, DTR均置0OUT DX,ALCALL DALLY ; 中断设置MOV DX,MY16550_1 ; 中断允许寄存器MOV AL,00H ;中断屏蔽OUT DX,ALCALL DALLY,;发送 TR: MOV DX,MY16550_5 ;发送保持寄存器检查LSRIN AL,DXAND AL,20HJ
14、Z TR MOV DX,MY16550_0 MOV AL,TXD_data ;发送数据OUT DX,ALRET ;接收 REV: MOV DX,MY16550_5 ;查询接收IN AL,DXAND AL,01HJZ REV MOV DX,MY16550_0 ;接收数据寄存器IN AL,DXRET,8.4 串行通信接口RS232C,一、RS232C电器特性及接口信号 1电气特性 在数据线TXD和RXD上： 逻辑1=3V15V 逻辑0=3V15V 在控制线和状态线RTS、CTS、 DSR、DTR和DCD上： 信号有效3V15V 信号无效3V15V,2RS232C与TTL转换 RS232C是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的规定不同。因此，为了能够使计算机接口与终端的TTL器件连接，必须在RS232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换。,
