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1、第第1010章章 串行通信串行通信第10章 串行通信 10.1 基本概念10.2 可编程串行通信接口芯片NS825010.3 可编程串行通信接口芯片8251A第第1010章章 串行通信串行通信10.1 基本概念10.1.1 串行通信与并行通信 并行通信是指利用多根传输线将多位数据同时进行传送。1字节的数据通过8条传输线同时发送。由于并行通信方式使用的线路多，一般用在如计算机与打印机等距离短、数据量大的场合。串行通信是指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序分时传输。当传送一字节的数据时，8位数据通过一条线分8个时间段发出，发出顺序一般是由低位到高位。 第第1010章章 串行通信串行通信1. 数据
2、帧格式 10.1.2 异步串行通信 异步传送是计算机通信中常用的串行通信方式。异步是指发送端和接收端不使用共同的时钟，也不在数据中传送同步信号。在这种方式下，收方与发方之间必须约定数据帧格式和波特率。第第1010章章 串行通信串行通信2、波特率(Baud Rate) 波特率是衡量串行数据传送速度的参数，是指单位时间内传送二进制数据的位数，以位/秒为单位（或bps,bit/s），也称为波特。 【例题10.1】设数据帧为1位起始位、1位终止位、7位数据位、1位奇偶校验位，传送的波特率为1200（波特）。用7位数据位代表一个字符，求最高字符传送速度。 解：1200（位/秒）/10（位） 120（字符
3、） 【例题10.2】设数据帧为1位起始位、2位终止位、8位数据位、1位奇偶校验位，要求每秒传送字符数大于1000字节，则波特率应大于多少波特？ 解：12（位/秒）1000 12000（字符），波特率应大于12000位/秒。 第第1010章章 串行通信串行通信 同步传送时，无需起始位、停止位。每一帧包含较多的数据，在每一帧开始处使用1-2个同步字符以表示一帧的开始。 10.1.3 同步串行通信 第第1010章章 串行通信串行通信1、单工 2、半双工 3、全双工 10.1.4 串行通信中的数据传送模式第第1010章章 串行通信串行通信10.1.5 信号的调制和解调 第第1010章章 串行通信串行通
4、信 最初 RS-232C串行接口的设计目的是用于连接调制解调器。目前，RS-232C已成为数据终端设备DTE(例如计算机)与数据通信设备DCE(例如调制解调器)的标淮接口。利用RS-233C接口不仅可以实现远距离通信，也可以近距离连接两台微机或电子设备。 10.1.6 串行接口标准RS-232C 第第1010章章 串行通信串行通信1RS-232C的引脚定义 RS-232C接口标准使用标准的25针D型连接器即DB-25。PC机已使用9针连接器取代25针连接器。第第1010章章 串行通信串行通信9 9针连接器针连接器引脚号引脚号2525针连接器针连接器引脚号引脚号名名 称称2525针连接器针连接器
5、引脚号引脚号名名 称称1保护地12次信道载波检测32发送数据TxD13次信道清除发送23接收数据RxD14次信道发送数据74请求发送RTS16次信道接收数据85清除发送CTS19次信道请求发送66数据装置准备好DSR21信号质量检测57信号地GND23数据信号速率选择18载波检测CD24终端发生器时钟420数据终端准备好DTR9、10保留922振铃提示RI11未定义15发送时钟TxC18未定义17接收时钟RxC25未定义第第1010章章 串行通信串行通信 TxD 发送数据串行数据的发送端。 RxD 接收数据串行数据的接收端。 GND 信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送当
6、数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS 清除发送当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。 DTR 数据终端准备好通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。 DSR 数据装置准备好通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。CD 载波检测当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。 RI 振铃指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作
7、为电话铃响的指示，保持有效。 第第1010章章 串行通信串行通信2RS-232C的连接 计算机由计算机由RS-232CRS-232C接口连接调制解调器接口连接调制解调器 第第1010章章 串行通信串行通信两台微机直接利用两台微机直接利用RS-232CRS-232C接口进行短距离通信接口进行短距离通信 第第1010章章 串行通信串行通信3RS-232C的电气特征 高电平为+3V+15V，低电平为-3V-15V。实际应用中常采用12v或15v。 高电平表示逻辑0，用符号SPACE(空号)表示；低电平表示逻辑1，用符号MARK(传号)表示。 由于RS-232C的EIA电平与微机的逻辑电平(TTL电平
8、或CMOS电平) 不兼容所以两者间需要进行电平转换。MCl488(完成TTL电平到EIA电平的转换)和MCl489(完成EIA电平到TTL电平的转换)等芯片。 第第1010章章 串行通信串行通信 MAX232电平转换电路如图所示，能实现两路TTL电平到EIA电平、两路EIA电平到TTL电平的转换。 第第1010章章 串行通信串行通信10.2 通用可编程串行通信接口芯片NS8250 10.2.1 NS8250概述 1基本功能 支持串行异步通信协议 支持全双工通信 数据位可选58位，停止位可选1、15或2位，可奇偶校验，具有奇偶、帧和溢出错误的检测。 具有带优先级排序的中断系统，有多种中断源 发送
9、和接收均采用双缓冲器结构。 使用单一的5V电源，40脚双列直插型封装。 第第1010章章 串行通信串行通信2结构其中寄存器：THR、TSRRBR、RSRLCRLSRDLHDLLMCRMSRIERIIR第第1010章章 串行通信串行通信（1）串行数据的发送 CPU送来的并行数据存在发送保持寄存器THR中。 只要发送移位寄存器TSR中没有正在发送的数据，发送保持寄存器的数据就送入TSR 。 与此同时，8250按照编程规定的起止式字符格式，加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输出引脚SOUT逐位输出。 因为THR、TSR采用双缓冲寄存器结构，所以在TSR进行串行发送的同时，CPU可以向8250
10、提供下一个发送数据到THR，这样可以保证数据的连续发送。 第第1010章章 串行通信串行通信（2）起始位的检测 必须确定起始位才能开始接收数据，即实现位同步。 数据接收时钟RCLK使用16倍波特率的时钟信号。接收器用RCLK检测到串行数据输入引脚SIN由高电平变低后，连续测试8个RCLK时钟周期，若采样到的都是低电平，则确认为起始位。 确认了起始位后每隔16个RCLK时钟周期对SIN输入的数据位进行采样一次，直至规定的数据格式结束。第第1010章章 串行通信串行通信（3） 串行数据的接收 接收移位寄存器RSR对SIN引脚输入的串行数据进行移位接收。 按规定的字符格式删除起始位、奇偶校验位和停止
11、位，把移位输入的串行数据转换成并行数据。 接收完一个字符后，把数据送入接收缓冲寄存器RBR。 接收数据的同时，对接收数据的正确性和接收过程进行监视。如发现奇偶校验错、帧错、溢出错或接收到中止符，则在状态寄存器中置相应位，并通过中断控制逻辑请求中断，要求CPU处理。 采用RSR、RBR双缓冲结构，所以在CPU未读取RBR中的数据前，8250可以继续串行接收下一个数据。 第第1010章章 串行通信串行通信（4）接收错误的处理 奇偶错误PE(Parity Error) 若接收到的字符的“l”的个数不符合奇偶校验要求，则置这个标志，发出奇偶校验出错信息。 帧错误FE(Frame Error) 若接收到
12、的字符格式不符合规定(如缺少停止位)，则置这个标志，发出帧错误信息。 溢出错误OE(Over Error ) 若接收移位寄存器接收到一个数据，在把它送至输入缓冲器时，CPU还未取走前一个数据，就会出现数据丢失，这时置溢出错误标志。 第第1010章章 串行通信串行通信38250部分引脚说明 时钟信号：时钟信号输入引脚XTALl 串行数据输入线SIN对应RxD，用于接收串行数据。 串行数据输出线SOUT对应TxD，用于发送串行数据。 调制解调器控制线 中断请求信号线INTRPT 处理器接口引脚 ：D0D7、读 、写 、片选、地址线A0A2 等 第第1010章章 串行通信串行通信DLABA2A1A0
13、 寄存器 COM1地址 COM2地址 0000读接收缓冲寄存器3F8H2F8H0000写发送保持寄存器3F8H2F8Hx001中断允许寄存器3F9H2F9Hx010中断识别寄存器(只读)3FAH2FAHx011通信线路控制寄存器3FBH2FBHx100调制解调器控制寄存器3FCH2FCHx101通信线路状态寄存器3FDH2FDHx110调制解调器状态寄存器3FEH2FEHx111不用3FFH2FFH1000除数寄存器低8位 3F8H2F8H1001除数寄存器高8位3F9H2F9H8250的寄存器寻址 第第1010章章 串行通信串行通信10.2.2 寄存器详细说明 1.通信线路控制寄存器LCR
14、第第1010章章 串行通信串行通信2.通信线路状态寄存器LSR 3.调制解调器控制寄存器MCR 第第1010章章 串行通信串行通信 MCR的D2D3位分别控制 和 脚的输出，可作为一般的输出信号使用。 脚还具有中断控制作用，若 脚输出低电平，允许8250的INTRPT发出中断请求信号，否则将屏蔽8250的中断请求信号。因此MCR的D3位可当作为8250的中断允许控制位。 MCR的D4位可控制8250处于自测试工作状态。在自测试状态，引脚SOUT变为高，而SIN与系统分离，发送移位寄存器的数据回送到接收移位寄存器；4个控制输入信号( 、 、 、 )和系统分离，并在芯片内部与4个控制输出信号( 、
15、 、 、 )相连。这样，发送的串行数据立即在内部被接收(循环反馈)，故可用来检测8250发送和接收功能正确与否，而不必外连线。 第第1010章章 串行通信串行通信 在自测试状态，有关接收器和发送器的中断仍起作用，调制解调器产生的中断也起作用。但调制解调器产生中断的源不是原来的4个控制输入信号，而变成内部连接的4个控制输出信号，即MCR低4位。中断是否允许，则仍由中断允许寄存器控制，若中断是允许的，则将MCR低4位的某一位置位，产生相应的中断，好像正常工作一样。 4.调制解调器状态寄存器MSR 第第1010章章 串行通信串行通信5.中断允许寄存器IER 第第1010章章 串行通信串行通信6.中断
16、识别寄存器IIR 第第1010章章 串行通信串行通信10.2.3 PC机的串行异步通信适配器 1.简介： COMl端口地址为3F8-3FFH，以IRQ4为中断请求线 COM2端口地址为2F8-2FFH，以IRQ3为中断请求线 基准时钟信号(XTAL)：1.8432MHz第第1010章章 串行通信串行通信2异步通信适配器的初始化编程 (1) 设置波特率 MOV AL , 80H ；最高位 DLAB=1 MOV DX , 3FBH ；COM1的LCR地址为3FBH OUT DX , AL ；写入LCR，使DLAB=1 MOV AX , 96 ；分频系数： 1.8432MHz（1200 16）= 9
17、6 MOV DX , 3F8H ；DLL的地址为3F8H OUT DX , AL ；写入除数寄存器低8位 MOV AL , AH INC DX ；DLH的地址为3F9H OUT DX , AL ；写入除数寄存器高8位第第1010章章 串行通信串行通信(2) 设置通信字格式写入LCR 设数据格式为1个起始位、7个数据位、1个停止位、1个奇校验。程序段如下： MOV AL , 00001010B ；DLAB=0 MOV DX , 3FBH OUT DX , AL ；写LCR 这段程序同时使DLAB=0，以方便后面的初始化程序。第第1010章章 串行通信串行通信(3) 设置工作方式写MCR 设置查询
18、通信方式MOV AL, 03h ；控制为 高， 和 为低MOV DX , 3FCHOUT DX , AL ；写入调制解调控制寄存器设置中断通信方式MOV AL, 0Bh ；控制为 低，允许INTRPT产生请求MOV DX ,3FCHOUT DX ,AL ；写入调制解调控制寄存器第第1010章章 串行通信串行通信设置查询的循环测试通信方式 MOV AL , 13H ；循环测试位设置为1 MOV DX , 3FCH OUT DX , AL(4) (4) 设置中断允许设置中断允许/ /中断屏蔽中断屏蔽如果不采用中断工作方式，应设置中断允许寄存器为0，禁止所有的中断请求。否则，根据需要，允许相应的中断
19、，不使用的中断则仍屏蔽。例如：MOV AL , 0 ；禁止所有中断MOV DX ，3F9HOUT DX ，AL ；写入中断允许寄存器(应保证此时DLAB0) 第第1010章章 串行通信串行通信 【例题1】下面的例子实现两台PC机之间的异步串行通信，从一台PC机键盘输入的字符将在对方PC机屏幕上显示出来。每一PC台机都使用COM2口，使用相同的程序，程序采用查询工作的方式。 10.2.4 应用举例 第第1010章章 串行通信串行通信 初始化编程时，应将03H写入调制解调器控制寄存器MCR，使环路检测位为0。 初始化编程后，程序读取8250的LSR，若数据传输出错就显示一个问号“?”；若接收到对方
20、送来的字符就将其显示在屏幕上；若从本机键盘输入字符，就将其发送给对方。如果按下Esc键就返回DOS。 本例程序不使用联络控制信号，通信时不关心调制解调器状态寄存器的内容，而只要查询通信线路状态寄存器即可。第第1010章章 串行通信串行通信 START：MOV AL , 80H ；初始化编程 MOV DX , 2FBH ；波特率 OUT DX , AL MOV AX , 96 MOV DX , 2F8H OUT DX , AL MOV AL , AH INC DX OUT DX , AL第第1010章章 串行通信串行通信 MOV AL , 0AH ；通信字格式(LCR) MOV DX , 2FB
21、H OUT DX , AL MOV AL, 03H ；设置工作方式(MCR) MOV DX , 2FCH OUT DX , AL STATUS： MOV DX , 2FDH IN AL , DX ；读LSR TEST AL ,1EH ；接收有错误否？ JNZ ERROR ；有错则转错误处理 TEST AL ,01H ；接收到数据吗？第第1010章章 串行通信串行通信 JNZ RECEIVE ；有，则转接收处理 TEST AL, 20H ；THR空(能输出数据)吗？ JNZ STATUS ；不能，则循环查询LSR MOV AH, 0BH ；能，检测键盘有无输入字符 INT 21H CMP AL,
22、 0 JZ STATUS ；无输入字符，则循环查询LSR MOV AH, 0 ；有输入字符，读取字符 INT 16H 第第1010章章 串行通信串行通信 CMP AL , 1BH ；判是否Esc JZ DONE ；是Esc MOV DX , 2F8H ；否则，将字符输出给THR OUT DX , AL JMP STATUS ；继续查询 RECEIVE：MOV DX , 2F8H IN AL , DX ；从RBR读取字符 AND AL , 7FH ；ASCII码7个数据位，保留低7位 PUSH AX ；保存数据 MOV DL , AL ；在屏幕上显示该字符 MOV AH , 2 INT 21H
23、POP AX ；恢复数据第第1010章章 串行通信串行通信 CMP AL , 0DH JNZ STATUS ；不是，则循环 MOV DL , 0AH ；再发0AH到屏幕 MOV AH , 2 INT 21H JMP STATUS ；继续查询 ERROR：MOV DX , 2F8H IN AL , DX ；读出接收有误的数据，丢掉 MOV DL , ？ ；显示问号 MOV AH , 2 INT 21H JMP STATUS ；继续查询 DONE: ；返回DOS 第第1010章章 串行通信串行通信【例题2】PC机串行口“自发自收”。例1中的程序稍作修改即可实现该操作。方法是在初始化编程中，向调制解
24、调器控制寄存器MCR写入13H，即环路检测位为1，则8250工作于循环自测试方式。从键盘输入的字符，经8250发送后又由8250自身接收。这时，PC机后面板串行接口上无需连线，就实现了“自发自收“。上述程序可用于8250芯片的自检。 第第1010章章 串行通信串行通信10.3 通用可编程串行通信接口芯片8251A 10.3.1 8251A的基本功能 能以同步方式或异步方式进行工作，自动完成帧格式。 在同步方式中，每个字符可定义为5、6、7或8位，可以选择进行奇校验、偶校验或不校验。内部能自动检测同步字符实现内同步或通过外部电路获得外同步，波特率为064K。 在异步方式中，每个字符可定义为5、6
25、、7或8位，用1位作为奇偶校验(可选择)。时钟速率可用软件定义为通信波特率的1、16或64倍。能自动为每个被输出的数据增加1个起始位，并能根据软件编程为每个输出数据增加1个、1.5个或2个停止位。异步方式下，波特率为019.2K。 第第1010章章 串行通信串行通信 8251A能进行出错检测，具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。 具有独立的接收器和发送器，因此，能够以单工、半双工或全双工的方式进行通信。并且提供一些基本控制信号，可以方便地与调制解调器连接。 第第1010章章 串行通信串行通信10.3.2 8251A的结构 1. 8251A的内部结构第第1010章章 串行通信串行通信2. 8251
26、A的引脚TxD、RxD、 、 、 、 与8280功能相同。 ：控制数据信号。用来区分当前读写的是数据还是控制信息或状态信息，一般与地址总线的最低位A0相连。当 为高电平时，选中控制端口或状态端口，为低电平时，选中数据端口。 TxRDY：发送器准备好信号，高电平有效。它通知CPU，8251A的发送器已经准备好，可以接收CPU送来的数据，当8251A收到一个数据后，TxRDY信号变为低电平。 第第1010章章 串行通信串行通信RxRDY：接收器准备好信号，高电平有效。它表示当前8251A已经从外部设备或调制解调器上接收到一个字符，正等待CPU取走。在中断方式下，该信号可以作为中断请求信号；在查询方
27、式下，该信号可以作为状态信号供CPU查询。当CPU从8251A的数据口读取了一个字符后，RxRDY变为低电平，表示无数据可取；当8251A又收到一个字符后，RxRDY再次变为高电平。 SYNDET/BD：同步和间断检测信号。SYNDET/BD既可以是输入（外同步方式），又可以是输出（内同步方式）。 TxE：发送器空信号，高电平有效。它表示8251A发送器已空，即当一个数据发送完成后TxE变高。当CPU向8251A写入一个字符时，TxE变成低电平。 第第1010章章 串行通信串行通信10.3.3 8251A的编程命令 1. 通信方式选择命令字第第1010章章 串行通信串行通信2. 工作命令字第第
28、1010章章 串行通信串行通信3. 工作状态字第第1010章章 串行通信串行通信10.3.4 8251A初始化步骤 1. 初始化编程步骤（1）芯片复位后，第一个写入奇地址端口的是方式选择命令字。约定双方的通信方式(同步/异步)，数据格式(数据位和停止位长度、校验特征、同步字符特征)及传输速率(波特率系数)等参数。（2）如果方式选择命令字规定了8251A工作在同步方式，那么，必须向奇地址端口写入规定的1个或2个同步字符。（3）只要不是复位命令，不论同步方式还是异步方式，需向奇地址端口写入工作命令字。初始化结束后，CPU就可通过查询8251A的状态字或采用中断方式，进行正常的串行通信发送/接收工作
29、。 因为方式字、命令字及同步字均无特征标志位，且都是写入同一个端口，所以在对8251A初始化编程时，必须按一定的顺序，若改变了这种顺序，8251A就不能识别。 第第1010章章 串行通信串行通信2. 内部复位命令 当8251A通过写入方式选择字，规定了8251A的工作方式后，可以根据对8251A工作状态的不同要求随时向控制端口输出工作命令指令字。若要改变8251A工作方式，应先使8251A芯片复位，内部复位命令字为40H（IR1）。8251A芯片复位后，又可重新向8251A输出方式选择字，以改变8251A的工作方式。 第第1010章章 串行通信串行通信3. 8251A初始化编程(1)异步方式下
30、初始化编程 要求使8251A工作在异步方式，波特率系数为16，字符长度为8位，偶校验，2个停止位。则方式选择字为：11111110B0FEH。工作状态要求：复位出错标志、使请求发送信号有效、使数据终端准备好信号有效、发送允许TxEN有效、接收允许RxE有效。则工作命令字应为37H。假设8251A的两个端口地址分别为0C0H和0C1H，初始化编程如下： MOV AL, 0FEH OUT 0C1H, AL ；设置方式选择字 MOV AL, 37H OUT 0C1H, AL ；设置命令字 第第1010章章 串行通信串行通信(2)同步方式下初始化编程 要求8251A工作在同步方式，两个同步字符(内同步
31、)、奇校验、每个字符8位，则方式选择字应为1CH。工作状态要求：使出错标志复位，允许发送和接收、使CPU己难备好且请求发送，启动搜索同步字符，则工作命令指令应该是0B7H。又设第一个同步字符为0AAH，第二个同步字符为55H。还使用上例8251A芯片，这样要先用内部复位命令40H，使8251A复位后，再写入方式选择控制字。具体程序段如下：第第1010章章 串行通信串行通信 MOV AL, 40H OUT 0C1H, AL；复位8251A MOV AL, 1CH OUT 0C1H, AL；设置方式选择字 MOV AL, 0AAH OUT 0C1H, AL；写入第一个同步字符 MOV AL, 55
32、H OUT 0C1H, AL；写入第二个同步字符 MOV AL, 0B7H OUT 0C1H, AL；设置命令字第第1010章章 串行通信串行通信10.3.5 8251A应用 【例】用异步串行输入方式输入2000个数据，存放到内存BUFFER开始的单元中。因为8251A从外设接收一个字符RxRDY会自动置位，因此程序中不断对状态寄存器的RxRDY位进行测试，查询8251A是否已经从外设接收了一个字符。若RxRDY变为有效，即收到一个字符，CPU就执行输入指令取回一个数据存放到内存缓冲区，RxRDY在CPU输入一个字符后会自动复位。除了对状态寄存器的RxRDY位检测之外，程序还要检测状态寄存器的
33、D3、D4、D5位，以判断是否出现奇偶错、溢出错或帧错误，若发现错误就转错误处理程序。下面的程序中未给出出错处里程序。设8251的地址为80H和81H。 第第1010章章 串行通信串行通信 MOV AL，0FEH OUT 81H, AL ；写入方式选择字 MOV AL，37H OUT 81H, AL ；写入工作命令字 MOV BX, BUFFER ；BX指向缓冲区首址 MOV DI, 0 ；变址寄存器初值为0 MOV CX, 2000 ；设置计数器初值WAIT：IN AL, 81H ；读状态字 TEST AL, 2 ；测RxRDY位 JZ WAIT ；为0，未收到字符 第第1010章章 串行通信串行通信 IN AL, 80H ；从数据口读入数据 MOV BXDI，AL ；将字符保存到缓冲区 INC DI ；缓冲区指针下移一个单元 IN AL,81H ；读状态字 TEST AL, 38H ；判断有无三种错误 JNZ ERROR ；有错，则转出错处理程序 LOOP WAIT ；没错，判是否结束循环 JMP EXIT ；结束ERROR: CALL ERR_PRO ；转入错误处理程序 EXIT:
