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1、第7章 串行通信接口技术 7.1 串行通信的基本概念 CPU与外部设备（或计算机与计算机之间）的信息交换称为通信。 通信的基本方式分为两种： 并行通信方式：数据的所有二进制位同时被传输； 串行通信时：数据通过一根传输线逐位顺序传输。 在计算机系统中，串行通信是指计算机主机与外设之间、主机与主机之间数据的串行传送。当数据位数较多和传送距离较远时，采用串行通信，可以显著减少传输线，降低通信成本。,1 异步通信和同步通信 串行通信有两种基本通信方式：异步通信和同步通信。 （1）. 异步通信 在异步通信中，数据通常以字符（或字节）为单位组成数据帧进行传送。一帧信息以起始位和停止位来完成收发同步。 起始
2、位：位于数据帧开头，占一位，低电平“0”有效； 数据位：要传送的字符，紧跟在起始位之后； 奇偶校验位：位于数据位之后（一位）； 停止位：位于数据帧末尾（一位） ，高电平“1”有效。,（2）.同步通信 同步通信：每个数据块传送开始时，采用一个或两个同步字符作为起始标志，接收端不断对传送线采样，并把采样到的字符和双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的数据加以存储。 数据在同步字符之后，个数不受限制，由所需传送的数据块长度确定。,2.串行通信的制式 单工制式：采用单工方式时，只允许数据向一个方向传送。 半双工制式：采用半双工方式时，允许数据双向传送。但由于只有一根传输线，在同一时刻
3、只能一方发送，另一方接收。 全双工制式：采用全双工方式时，允许数据同时双向传送。 。,3 波特率和发送/接收时钟 （1 ）波特率 串行通信的数据按位每秒钟传送的二进制数码的位数称为波特率，单位是bps，即位/秒。 每位的传送时间Td为波特率的倒数： 即Td=1/波特率。 例如，波特率为110bps的通信系统，其每位的传送时间应为： Td=1/110s0.0091s=9.1ms,（2）发送/接收时钟 二进制数据序列在串行传送过程中无论发送或是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。 为保证传送数据准确无误，发送/接收时钟频率应大于或等于波特率。 两者的关系为：发送/接收时钟频率=n波特率 式
4、中：n称为波特率因子，n=1、16、或64。 对于同步传送方式，必须取n=1； 对于异步传送方式，通常取n=16。,4 总线及串行通信总线标准 所谓总线，就是能够在计算机或各部件之间进行有效高速传输各种信息的通道。为了使用的方便，对总线必须有详细和明确的规范要求称为标准总线。 标准总线一般应包括机械结构规范（如尺寸、总线插头等）、功能规范（确定各引脚信号定义等）、电气规范（规定信号的高低电平、动态转换时间、负载能力以及最大额定值等）。 常用的标准异步串行通信总线有RS-232C、RS-422/485、USB通用接口等,5 串行通信传输通道配置 PC机一般有两个RS232串行口COM1和COM2
5、 。 由于RS-232C采用负逻辑，因此，RS-232C不能和采用正逻辑电平TTL、MCS-51单片机的串行口等直接相连。 当RS-232C接口与具有正逻辑的串行口通信时，必须进行电平转换，如图所示。,需要电平转换串行传输示意图,远距离调制与解调传输,7.2 可编程接口芯片8251A Intel 8251A是一种通用串行同步、异步接收发送器（USART）接口芯片，可通过编程设置某一种串行通信技术。 对8251A编程，就是指把需要设置的8251A的控制字通过程序写入芯片内部相应的控制寄存器中，从而灵活方便地控制8251A工作在需要的方式、数据格式、数据传输率及状态下。,1. 8251A基本性能
6、8251A的基本性能包括以下方面： 1）8251A具有独立的双缓冲结构发送器和接收器，它能将主机以并行方式输入的8位数据变换成逐位输出的串行信号；也能将串行输入数据变换成并行数据传送给处理机，可以实现单工、半双工或全双工方式通信。 2）8251A可以直接与计算机系统总线连接，异步方式具有对奇偶错误、帧错误等检测能力。 3）通过编程可以选择同步或者异步传送方式。,2 .8251A的结构及其引脚功能 8251A内部结构主要包括：数据总线缓冲器、读/写控制电路、MODEM控制电路、发送/接收缓冲器及控制电路等， 见教材图7-13 8251A内部结构图。 引脚功能见教材7.2.2。,3. 8251A控
7、制字 8251A可以工作在各种不同的串行通信方式、操作时序等。CPU根据用户需要设置不同的控制字，以提供所需要的通信方式等 在开始数据发送与接收之前，由CPU执行程序写入设定在8251A内部已经定义好的控制字称为初始化程序。 8251A定义了三种控制字： （1）方式选择控制字：方式选择控制字用以确定 8251A的工作方式、传送速率及通信数据格式等。该控制字必须在芯片复位操作后紧接着执行输出指令，从控制口写入相应的寄存器中（不能读出）。 控制字格式见图7-15.,（2）操作命令控制字 操作命令字用来指定8251A芯片进行的操作或使其处于某种状态（如DTR），如发送、接收、内部复位、检测同步字符等
8、 操作命令控制字格式见图7-16 。 （3）状态控制字 8251A当前工作状态由其硬件自动存放在状态寄存器中，CPU在任意时刻可用IN指令从控制口读取，根据当前工作状态，CPU向8251A发出操作命令（字）。该寄存器的内容只能读取，不能写入。 状态控制字格式见图7-17。,4.8251A工作方式 （1）8251A异步工作方式 8251A工作在异步方式，在需要发送字符时，必须首先设置允许发送信号TxEN=“1”且外设发来的对CPU请求发送信号的响应信号=“0”，然后就开始发送过程。 （2）8251A同步工作方式 在同步方式发送字符之前，必须设置8251A的TxEN和有效 。,5.8251A初始化
9、编程 在8251A开始工作前或者复位后，必须对其进行初始化编程。 8251A内部可供用户访问的寄存器有7个，而8251A芯片只提供2个端口地址，分别用于访问控制寄存器和数据寄存器。 在写入8251A控制字时必须遵循芯片硬件逻辑设计的有关约定，按照规定的先后顺序来进行设置。,同一个控制端口写入几个不同的控制字，根据其写入的顺序，由其硬件区别不同的含义。例如： 在写入控制字前，8251A必须执行复位操作，复位操作之后，必须紧接着写入（输出）方式选择控制字到控制端口（寄存器）。 写入方式选择控制字后，若是同步工作方式，还须写入控制端口12个同步字符，之后再写入控制端口的是操作命令控制字；若是异步方式
10、，则直接写入控制端口的是操作命令控制字,【例】在8086系统中设8251A工作方式为：具有联络信号的全双工异步模式，数据格式为7位二进制数据位，进行偶校验，1.5个停止位；波特率因子为64。 要求：清除出错标志、令请求发送信号RTS处于有效状态、通知调制解调器和外设CPU将要发送信息。令数据终端准备好信号DTR处于有效状态， 通知调制解调器和外设数据终端准备好接收数据。令发送允许位TxEN和接收允许位RxE为1，使发送和接收允许都处于有效状态。 设8251A命令端口地址为2A82H，数据端口为2A80H。 操作命令字应设为： 00110111B=37H。 方式选择控制字应设为：10111011B=0BBH,初始化程序如下： MOV DX, 2A82H MOV AL, 0BBH :设置方式选择字,使8251A处于 异步模式,波特率因子为64. OUT DX, AL ;数据格式为7个数据位,偶校 验,1.5个停止位. MOV AL, 37H ;设置命令字,置请求发送 有效,数据终端准备好信号有效. OUT DX，AL ;置发送标志允许,接收允 许标志为1.,本章小结： 作业： END,
