微机原理课件第十一章

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1、第11章 串行通信及可编程接口芯片8251A 基本的数据传送方式有两种：并行通信和串行通信。 并行数据通信-是指在多条并行的传输线上同时传送各位 数据的方式。 11.1 串行通信 11.1.1 串行通信的数据传送方向 （1）单工传送 （2）半双工传送 （3）全双工传送,图11.2 异步通信的一帧数据格式 （a）带空闲位的一帧异步通信数据格式 （b）无空闲位的一帧异步通信数据格式,11.1.2 串行通信的两种基本工作方式 1、异步通信,2、同步通信 同步通信是在数据块开始处用l2个同步字符来表示数 据块传送的开始，数据块信息以连续的形式 发送，最后通过校验码对数据块进行校验。 同步传送常用的数据

2、格式有四种：单同步、双同步、SDLC和 HDLC。 （1）单同步数据格式,（2）双同步数据格式 （3）SDLC数据格式 （4）HDLC数据格式,1、波特率 波特率在计算机中，把每秒钟内传送二进制代码的位数。 例：假设被传送的字符均为7位ASCII码，采用异步串行传送方式，其数据传送格式由1位起始位，7位数据位，1位奇偶校验位，和1位停止位组成，若每秒钟传送120个这样的字符，则相应的波特率为： 10位/字符120字符/秒=1200位/秒=1200 bit/s 每一位二进制代码传送时间td为波特率的倒数。即：,2、接收和发送的同步 (1) 收/发时钟频率 图11.6 发送时钟 图11.7 接收时

3、钟 接收和发送时钟与波特率之间必须保持如下关系：,收/发时钟周期Ts与发送数据位宽度Td有如下关系： (2) 数据采样过程,图11.8 数据采样过程,11.1.4 串行通信接口芯片与数据校验 1、串行通信接口芯片 常用的串行接口芯片有两类：一类是异步通信接口芯片，即通用异步收发器UART，如INS 8250；另外一类是通用同步异步收发器，即USART，如Intel 8251A 。 （1）UART的硬件电路 UART的硬件电路由三部分组成：接收器、发送器和控制器。 接收器：把串行数据转为并行数据，即实现串并的功能； 发送器：把并行数据转为串行数据，即实现并串的功能； 控制器：用来接收CPU送来的

4、控制命令，执行操作，并输出状 态和控制信息。 （2）UART的基本工作过程,图11.9 UART电路图,2、串行通信数据校验 UART中常用的出错标志有三种：奇偶错误、帧错误和溢出 （丢失）错误。 串行通信中的数据校验算法常见的有： 单字节范围内的奇偶校验、多字节数据范围内的累加和校验、垂直异或校验、8位CRC校验和16位CRC校验。 数据校验的基本过程： 发送者生成校验码，将发送数据和校验码一并发送给接收者，接收者收到数据后，将接收到的数据采用相同的校验算法再生成一个校验码，与接收到的校验码相比较。若两者一致，则认为接收数据正确；若不同，则认为接收数据不正确。,3、串行通信数据纠错 基本通信

5、中一般采用反馈重发方式进行纠错，反馈重发纠错（ARQ）方式又称判决反馈纠错。 除了反馈重发纠错，还有前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC）等差错控制方式。 图11.10 反馈重发纠错（ARQ）原理示意图,11.2 可编程串行通信接口芯片 8251A 其主要性能如下： （1）可用于同步和异步传送。 （2）可实现同步传送（58）位字符；可选择内部或外部 同步；可自动插入同步字符。同步传送波特率为DC64K。 （3）可实现异步传送（58）位字符；异步通信的波特率 因子可以有三种选择：1、16或64；停止位也有三种选 择 ：1、1.5或 2位；异步传送波特率为：DC19.2K。 （4）片内含有全双工、

6、双缓冲发送和接收器。 （5）出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。 （6）兼容性：全部输入输出与TTL电平兼容；单一的十5 V电 源；与 Intel 8080、8085、 8086、 8088 CPU接口兼容。,11.2.1 8251A内部结构和外部引脚 1、8251A内部结构,图11.11 8251A内部结构图,（1）数据总线缓冲器 其内部包含三个三态双向8位的缓冲器： 状态字缓冲器：用来存放8251A内部的工作状态，供CPU查询 或测试之用； 接收数据缓冲器：用来存放接收器已经装配完毕的字符，供 CPU读取； 发送数据命令缓冲器：用来存放CPU送入8251A的数据或命 令。 CPU通

7、过输入/输出指令可以对这些缓 冲器读/写数据、写入命令（控制） 字和读出8251A的状态信息。 （2）接收器 （3）发送器,（4）读/写控制电路 （5）调制解调控制器,图11.12 8251A与异步MODEM连接电路图,2、8251A外部引脚,图11.13 8251A的外部引脚图,(1) 与接收器有关的引脚信号 1）RxD：接收数据，输入引脚。 2）RxRDY：接收数据准备好，输出引脚，高电平有效。 3）SYNDET：同步检测，输入或输出。 4）RxC：接收时钟，由外部输入。 (2) 与发送器有关的引脚信号 1）TxD：发送数据，输出引脚。 2）TxRDY：发送器准备好，输出引脚，高电平有效。

8、 3）TxE：发送器空，输出引脚，高电平有效。 4）TxC：发送时钟，输入引脚。,(3) 与CPU相关的引脚信号 1）CLK：时钟信号，输入。 2）RESET：复位信号，输入引脚，高电平有效。 3）CS：片选信号，输入引脚，低电平有效。 4) WR：写信号，低电平有效。 5) RD：读信号，低电平有效。 6) C/D：控制/数据选择信号，输入引脚。 (4) 与MODEM接口相关的引脚信号 1）DTR：数据终端准备好，输出引脚，低电平有效。 2）DSR：数据设备准备好，输入引脚，低电平有效。 3）RTS：请求发送信号，输出引脚，低电平有效。 4）CTS：允许传送，输入引脚，低电平有效。,表11-

9、1 8251A读写操作表,11.2.2 8251A编程,1、方式字,（b） 图11.15 8251A方式字格式 （a） 异步方式 （b） 同步方式,1、方式字,（a）,8位方式字分为四组，现说明如下： （1）工作方式及波特率因子的确定 （2）数据字符长度的确定 （3）奇偶校验的确定 （4）其它参数的确定,2、命令字,图11.16 8251A命令字格式,（1） 发送控制位 TxEN：允许发送位，即当TxEN=1时，才允许发送。 SBRK：发送空白字符位。 RTS：请求发送位。 （2） 接收控制位 RxE：允许接收位。当RxE=1时，允许接收。 （3） 数据终端准备就绪位 DTR：数据终端准备好。

10、 （4） 同步字符搜索控制位 EH：外部搜索方式位。 （5） 复位控制位 IR：内部复位信号。 ER：清除错误标志。,3、状态字,TxRDY：发送器准备好状态位，该状态位只要发送缓冲器一 空就被置1。 PE：奇偶校验错状态位。 OE：溢出（丢失）错误状态位。 FE（Frame Error）：帧错误状态位，只适用于异步方式。,11.2.3 8251A的应用 8251A的信号可分为两组：一组是8251A与CPU之间的接口信号； 另一组是它与外设之间的接口信号。 例： 试采用异步串行通信方式实现双机通信。设波特率为 600 b/s，甲机将内存首址为ADAT的128字节的数据块发送给乙机；乙机将接收到

11、的128字节的数据，顺序存放在内存首址为BDAT的数据缓冲区中。 （1）分析,（2）硬件连接,图11.18 双机利用8251A通信接口图,（3）程序编写 设8251A的数据端口为308H， 控制端口为309H。,甲机程序段： MOV AL, 0 MOV DX, 309H OUT DX, AL OUT DX, AL OUT DX, AL MOV AL, 40H OUT DX, AL MOV AL, 01111011B OUT DX, AL DELAY MOV AL, 00000001B OUT DX, AL DELAY,CALL SEND SEND PROC NEAR PUSH AX PUSH

12、CX PUSH SI MOV SI, 00H MOV CX, 80H AGAIN：MOV DX, 309H IN AL, DX TEST AL, 81H JZ AGAIN,MOV AL, ADATSI DEC DX OUT DX, AL INC SI LOOP AGAIN POP SI POP CX POP AX RET SEND ENDP,乙机程序段： MOV AL, 0 MOV DX, 309H OUT DX, AL OUT DX, AL OUT DX, AL MOV AL, 40H OUT DX, AL MOV AL, 01l11011B OUT DX, AL DELAY MOV AL,

13、 00010110B OUT DX, AL DELAY,CALL RECEIVE RECEIVE PROC NEAR PUSH AX PUSH CX PUSH DI MOV DI, 00H MOV CX, 80H AGAIN： MOV DX, 309H IN AL, DX TEST AL, 02H JZ AGAIN DEC DX IN AL, DX,MOV BDATDI, AL INC DI LOOP AGAIN POP DI POP CX POP AX RET RECEIVE ENDP DELAY MACRO MOV CX, 02 TIME: LOOP TIME ENDM,11.3 常用串行

14、接口介绍 11.3.1 传统串行接口标准EIA RS-232C 1、信号功能与机械特性,图11.20 RS232C的接插件 （a）DB25引脚 （b）DB9引脚,（a）,（b）,表11-2 RS-232C基本引脚的名称和功能,2、电气特性 表11-3 RS-232C电气特性,（1）电平关系 （2）负载要求 （3）信号速率与连接距离,3、电平转换 （1）发送电平转换 （2）接收电平转换 （3）双向电平转换,图11.21 MAX232,11.3.2 EIA其它接口标准 RS-232C的缺点，主要表现为以下几个方面： 1）数据传输速度慢（20Kb/s）； 2） 传输距离短（一般为15m）； 3）接口

15、处各信号间容易产生干扰。 （1）RS-449标准接口 （2）RS-423A标准接口,图11.22 单端驱动差分接收电路,（3）RS-422A标准接口 图11.23 平衡驱动差分接收电路 （4）RS-485标准接口,11.3.3 USB(1.0)通用串行总线标准 1、主要特点 （1）有两种数据传送速度，用于连接打印机、扫描仪等设备 的速率可达12Mb/s，连接键盘、鼠标等设备的速率为 1.5Mb/s； （2）具有很强的连接能力，最多可以支持127个设备； （3）具有真正的“即插即用”特性，用户可以在不关机的情况 下进行外设的更换； （4）连接电缆轻巧、电源体积缩小，USB使用四芯电缆线和 +5V的电源，对低功率的USB设备不再需要另接其它电源； （5）连接点的距离可以达到5m。,2、连接方法 图11.24 USB通信线,3、传输方式 控制传输 该传输为双向传输。 同步传输 该传输为单向传输。 中断传输 该传输为只能外设到主机的传输。 批传输 该传输为单向传输。,11.3.4 IEEE-1394总线 1、特点 IEEE-1394的主要性能特点包括： （1）采用“级联”方式连接各个外部设备； （2）能够向总线连接的设备提供电源； （3）采用基于内存的地址编码，具有高速传输能力； （4）采用点对点结构； （5）安