《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 周鹏ppt 第10章串行通信和串行接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 周鹏ppt 第10章串行通信和串行接口（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第10章 串行通信和串行接口 10.1 串行通信概述 10.1.1 串行通信的特点 在串行通信中，只用一根通信线在一个方向上传输信息，这根线上既要传送数据信息又要传送联络信息，这是串行通信的首要特点。为了能够识别在一根线上串行传送的信息流中，哪一部分是联络信息，哪一部分是数据信息，就需要通信双方事先作出一系列的通信约定，这就是协议。因此，串行通信的第二个特点是它的信息格式必须事先用协议约定。 10.1.2 串行通信的基本概念 1数据通信方式 串行通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照同一时刻数据流的方向可分成三种基本传送模式：全双工、双工和单工传送。如图101所示(见下页
2、）。,开始,图10-1 数据通信的三中传送模式,2 串行通信方式 根据同步方式的不同，串行通信可分为异步通信方式和同步通信方式。 （1）异步通信方式 异步通信方式的特点是每发送一个字符前先发送起始位，发送完字符后再发送结束位，以此作为双方同步的依据。这种方式对硬件要求较宽松，电路简单，但传输效率不高。 （2）同步串行通信方式 同步串行通信方式中一次连续传输一块数据，开始前使用同步信号作为同步的依据。由于连续传输一个数据块，故收发双方时钟必须相当一致，否则时钟漂移会造成接收方数据辨认错误。这种方式下往往是发送方在发送数据的同时也通过一根专门的时钟信号线同时发送时钟信息，接收方使用发送方的时钟来接
3、由数据。同步串行通信方式传输效率高，但对硬件要求高，电路结构复杂。 3串行通信协议 常采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。,（1）起止式异步协议 起止式异步协议一帧数据的格式如上图所示。,由上述工作过程可以看到，异步通信是按字符传输时，每传送一个字符是用起始位来通知收方，以此来重新核对收发双方同步。起止式协议一般用在数据速率较低的场合（小于19.2kbit/s）。在高速传送时，一般要采用同步协议。 （2）同步协议 同步协议又有面向字符和面向比特两种。 4信息的校验方式 （1）奇偶校验 （2）循环冗余码校验CRC 5波特率 并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节（Byte/s）来表示。而
4、在串行通信中，是用每秒传送的位数即波特率（bps，Bit/s）来表示。因此，1bps1位/秒。 6信号的调制与解调 进行长距离传输时，需要在发送端将数字信号转换成适合电话网传输的模拟信号，这一过程称为“调制”，在接收端将电话网上传输的模拟信号还原成原来的数字信号，这一过程,称为“解调”。 10.1.3 串行接口概述 1串行接口基本功能 串行接口基本功能如下图所示。 2异步串行通信接口基本结构 异步串行通信接口也称为异步接收发送器，简称UART。典型的异步通信接口（UART基本）结构如图105所示（见下页）。,3异步串行通信接口的错误 下面简单介绍异步串行通信常见的错误。 1奇偶校验错 2帧出错
5、 3溢出错,10.2 RS232C串行接口标准 10.2.1 电气特性 RS232C对电气特性、逻辑电平和各信号线功能都作了规定。 1电平规定 对于数据发送TxD和数据接收RxD线上的信号电平规定为： 逻辑1（MARK）315V，典型值为12V；逻辑0（SPACE）315V，典型值为12V。 对于RTS、CTS、DTR和DCD等控制和状态信号电平规定为：信号有效（接通，ON状态）315V，典型值为12V；信号无效（断开，OFF状态）315V，典型值为12V。 2电平转换 图106为EIARS232C与TTL电路之间进行电平转换的示意图（见下页）。 3传输距离及通信速率,RS232C标准规定：D
6、TE和DCE之间最大传输距离为15m。传输数据速率不能高于20Kbps。 图10-6 EIARS232C与TTL电路电平转换,10.2.2 接口信号功能 1连接器 最常用的RS232C连接器是DB9型连接器，如下图所示。 2RS232C的接口信号 信号含义： 请求发送RTS（Request to send）：此信号表示DTE请求DCE发送数据。 允许发送CTS（Clear to send）：此信号表示DCE准备好接收DTE发来的数据。,数据装置准备好DSR（Data Set Ready）：此信号有效（ON状态）时表明MODEM处于可以使用的状态。 数据终端准备好DTR（Data Termina
7、l Ready）：此信号有效（ON状态）时表明数据终端可以使用。 载波检出DCD（Data Carrier Detection）：此信号用来表示DCE已接通通信信道，通知DTE准备接收数据。 振铃指示RI（Ringing）：当MODEM检测到线路上有振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态）。 发送数据TxD（Transimitted Data）：通过TxD线计算机将串行数据发送到DCE。 接收数据RxD（Received Data）：通过RxD线计算机接收从DCE送来的串行数据。 GND：地。 10.2.3 信号线的连接 1远距离连接 远距离连接需要加调制解调器MODEM，如图108所示。,图
8、10-8 2近距离连接 近距离连接不用MODEM，如下图所示。,10.3 异步通信接口芯片8250 10.3.1 INS 8250的结构和外部特性 INS 8250的内部结构如图1110所示，其引脚如图1011所示（见下页)。 INS 8250的引脚除了电源线VCC（5V）、地线（GND）和一个空脚（NC）外，其余可分为二大类：与CPU系统总线相连的信号和与通信设备MODEM相连的信号。 1系统的引脚信号 D7D0：8位双向三态数据线。 CS0，CS1，2：片选输入信号。 A2A0：地址输入信号。 ADS：地址选通信号输入。 CSout：片选输出。 DISTR，DISTR：数据输入选通信号。
9、DOSTR、DOSTR：数据输出选通信号。 DDIS：驱动器禁止信号，输出。,MR：主复位信号输入，高电平有效。 INTRPT：中断请求信号输出，高电平有效。 图10-10 INS 8250的内部结构图,图10-11 INS 8250引脚图,2对外部设备的引脚 RTS、CTS、DTR、DSR、RLSD、RI：这6个引脚分别与RS232C的RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI信号对应，只是有效电平不同。 SIN、SOUT：串行数据输入、串行数据输出引脚，对应于RS232C中的RxD与TxD引脚。 OUT1与OUT2：用户编程指定输出端。 XTAL1、XTAL2：时钟输入信号和时钟输出信号
10、。 BAUDOUT：波特率输出，输出8250的发送时钟信号。 发送时钟频率XTAL1端输入信号频率波特率除数寄 存器的值 发送波特率发送时钟频率16 RCLK：接收器时钟输入，由该引脚输入接收时钟信号。 10.3.2 INS 8250的寄存器 8250内部有10个可编程的单字节寄存器，这10个寄存器实际只占用了7个端口地址，情况如表10.1所示（见课本）。1波特率因子寄存器（DLL/DLH） 波特率因子寄存器用于存入波特率因子，波特率因子是一,个数字，系统时钟除以波特率除数得到波特率。设外部时钟频率为f，而8250所要求的波特率为F，则波特率除数可由以下公式求出：波特率除数f/（F16） 2通
11、信线路控制寄存器（LCR） 通信线路控制寄存器（LCR）各位意义如下图所示。,3通信线路状态寄存器（LSR） 通信线路状态寄存器（LSR）各位含义如下图所示 4中断允许寄存器（IER）,中断允许寄存器IER控制格式如下图所示。 5中断识别寄存器（IIR） 中断识别寄存器格式如图1015所示（见下页）。,图10-15 中断识别寄存器格式 6调制解调器控制寄存器（MCR） MODEM控制寄存器MCR的格式如图1016所示（见下页）。,图10-16 MODEM控制寄存器MCR的格式 7MODEM状态寄存器（MSR） MODEM状态寄存器的格式如图1017所示（见下页）。,图10-17 MODEM状态
12、寄存器格式 8.发送保持寄存器(THR)和接收缓冲寄存器(RBR),发送时，CPU首先将待发送的字符写到8250的发送保持寄存器THR中，然后进入发送移位寄存器，在发送时钟的作用下，从SOUT引脚输出。 接收时，串行数据在接收时钟作用下，从SIN引脚先输入到接收移位寄存器RSR，然后由RSR并行输入到接收缓冲器RBR，一旦RBR变满，将LSR的DR位置“1”，产生中断请求，要求CPU读取数据字符。 10.3.3 INS 8250的编程 1编程步骤 异步通信编程一般有三个部分：初始化串行通信口、发送字符以及接收字符。 初始化串行通信口编程的内容是：确定数据传输帧格式（包括数据位长度、停止位长度及
13、有无奇偶校验和校验的类型）、确定传输波特率以及确定8250操作方式。操作方式是指采用自发自收的循环反馈通信方式，还是程序查询方式传送或者中断方式传送。串行口初始化过程需要设置波特率除数寄存器，线路控制寄存器和中断允许寄存器。如使用MODEM进行通信，还,要设置调制解调器控制寄存器。8250即使在查询方式下工作，也应设置中断允许寄存器（置0），以确保中断禁止。 若以查询方式工作，CPU不断读取线路状态寄存器，以获取串行口状态信息，从而判断是否可以发送数据或是否收已到数据需要取走。 若以中断方式工作，在初始化中断允许寄存器时将第03位中某一位或几位置1，则对应的条件发生时8250将向CPU发送中断
14、请求信号。当引发中断的条件在二个或二个以上时，在中断服务程序内必须断别是何种原因引发的中断，以便确定处理方法。为此，需要读取中断标识寄存器，其标志位指明了中断的原因。值得注意的是，在PC机内中断控制器8259A被初始化为普通结束方式，故硬件中断的中断服务程序在结束前必须给8259A发中断结束命令，即执行如下两条指令： MOV AL，20H OUT 20H，AL PC机中有二个独立的串行口COM1和COM2，这二个串行口,各对应一片8250，其各自的端口地址已在表11.1中列出。 若使用中断方式工作，COM1的中断请求信号接在8259A的IRQ4引脚，中断类型码为0CH；COM2的中断请求信号接
15、在8259A的IRQ3引脚，中断类型码为0BH。另外，PC机的异步通信适配器中INTRPT的输出受控于OUT2，只有OUT20，INTRPT的输出才能到达8259A的IRQ引脚。 2查询方式通信示例 例10.1 编制以查询方式实现双机串行通信的程序，要求如下： 将通信协议设置为：传输率1200波特，8位数据位，偶校验和1个停止位。CPU以查询方式工作。通信双方以全双工方式工作，每方均可以随时向对方发送数据，也可以随时接收对方发来的数据。通信的硬件连接图如图109（a）所示（该图前面已经画出），程序流程见图1018所示(见下页）. (程序见课本).,图10-18 例10.1流程图,本程序同时具有收发功能，在参加通信的双方均运 行此程序后，在一台机器上键入的字符将通过串行通信 线路发送给对方，对方收下后显示在自己的屏幕上。任一方只要键入Ctrl+C键即可结束己方程序的运行。 3中断方式通信示例 例10.2 设计一套系统，能在二台PC机之间以中断方 式实现串行通信。 硬件连接图：仍采用图109（a）。下面的程序是一个接收方程序（发送方程序可直接使用例11.1的程序），其功能是接收发送方发来的字符，然后显示在屏
