第10b章串行通信接口更新

1、1 微机原理与接口技术微机原理与接口技术1010b b章章 串行通信接口串行通信接口深圳大学深圳大学 信息工程学院信息工程学院2第第6b章章 串行通信接口串行通信接口教学重点教学重点 异步通信协议和异步通信协议和RS232C接口接口 8251串行通信接口芯片串行通信接口芯片3串行通信基础串行通信基础 串行通信：将数据分解成二进制位用一条串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式信号线，一位一位顺序传送的方式 串行通信的优势：用于通信的线路少，因串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本而在远距离通信时可以极大地降低成本 串行通信适合于远距离数

2、据传送，也常用串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送于速度要求不高的近距离数据传送 串行通信分为串行通信分为2 2种类型：一种是种类型：一种是同步同步通信通信方式，另一种是方式，另一种是异步异步通信方式。通信方式。41. 异步通信异步通信 串行通信时的数据、控制和状态信息都使串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送用同一根信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议（通信收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题位同步、字符同步、数据校验等问题 串行异步通信

3、以字符为单位进行传输，其串行异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是通信协议是起止式异步通信协议起止式异步通信协议5起止式异步通信协议起止式异步通信协议 起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平起始位起始位校验位校验位停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1数据位数据位数据位紧跟着起始位传送。数据位紧跟着起始位传送。由由58个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，低位先传送校验位校验位用于校验是否传送正确；可用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位选择奇检验、偶校验

4、或不传送校验位停止位停止位表示该字符传送结束。停止表示该字符传送结束。停止位采用逻辑位采用逻辑1电平，可选择电平，可选择1、1.5或或2位位空闲位空闲位传送字符之间的逻辑传送字符之间的逻辑1电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送6A：41H=1000001B 1 0 0 0 0 0 1 1 1 C：43H=1000011B 1 1 0 0 0 0 1 0 1 字符字符C的数据格式为：的数据格式为：例如：设异步通信数据格式为例如：设异步通信数据格式为7位数据、位数据、1位奇校验位奇校验和和1位停止位，则字符位停止位，则字符A的数据格式为：的数据格式为：79 ：39H=0111001B 1

5、0 0 1 1 1 0 1 1 练习：设异步通信数据格式为练习：设异步通信数据格式为7位数据、位数据、1位奇校验位奇校验和和1位停止位，则字符位停止位，则字符9的数据格式为：的数据格式为：比特率、波特率比特率、波特率(baudrate) 比特率：比特率作为串行传输中数据传输速度比特率：比特率作为串行传输中数据传输速度的测量单位，用每秒传输的二进制数的位数的测量单位，用每秒传输的二进制数的位数bit/s(位位/秒秒)来表示。来表示。 波特率：波特率是用来描述每秒钟内发生二进波特率：波特率是用来描述每秒钟内发生二进制信号的事件数，用来表示一个二进制信号数据位的制信号的事件数，用来表示一个二进制信号

6、数据位的持续时间。持续时间。 数据传输速率数据传输速率 在远距离传输时，数字信号送到传输介质之前要调制在远距离传输时，数字信号送到传输介质之前要调制为模拟信号，再用比特率来测量传输速度就不那么方便直观为模拟信号，再用比特率来测量传输速度就不那么方便直观了。因此引入波特率作为速率测量单位，即：了。因此引入波特率作为速率测量单位，即：波特率波特率1/二进制位的持续时间二进制位的持续时间比特率可以大于或等于波特率，假定用正脉冲表示比特率可以大于或等于波特率，假定用正脉冲表示“1”，负，负脉冲表示脉冲表示“0”，这时比特率就等于波特率。，这时比特率就等于波特率。假如假如每秒钟要传每秒钟要传输输10个数

7、据位，则其速率为个数据位，则其速率为l0波特；若发送到传输介质，再波特；若发送到传输介质，再把每位数据用把每位数据用10个脉冲来调制时，则比特率为个脉冲来调制时，则比特率为100b/s，即比即比特率可能大于波特率特率可能大于波特率。 一般来说，一般来说， 比特率就是波特率比特率就是波特率。10例：每秒钟传送例：每秒钟传送120个字符，而每个字符由个字符，而每个字符由10位数据位位数据位组成，则传送的波特率为：组成，则传送的波特率为： fd= 10120=1200 bit/s=1200波特波特或称为或称为1200 bps。标准：标准：110/300/600/1200/1800/2400/4800

8、/9600/19200有时也用位周期（有时也用位周期（Td）来表示传输速度，表示每一位的）来表示传输速度，表示每一位的传送时间，是波特率的倒数。传送时间，是波特率的倒数。11发送时钟与接收时钟发送时钟与接收时钟 异步通信中异步通信中，发送端和接收端各用一个时钟来确定发送，发送端和接收端各用一个时钟来确定发送和接收的速率，分别称为发送时钟和接收时钟。和接收的速率，分别称为发送时钟和接收时钟。这两个时钟的频率这两个时钟的频率fc和数据传输速率和数据传输速率fd的关系为：的关系为：fc = Kfd 其中其中K称为称为波特率因子波特率因子，取值可为，取值可为16、32或或64 一般在发送端是由发送时钟

9、的一般在发送端是由发送时钟的使送入移位寄存使送入移位寄存器的数据串行移位输出。器的数据串行移位输出。而接收端则是在接收时钟的而接收端则是在接收时钟的作用下将传输线上作用下将传输线上的数据逐位打入移位寄存器。的数据逐位打入移位寄存器。122. 同步通信同步通信 由一个统一的时钟控制发送方和接收方由一个统一的时钟控制发送方和接收方 以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加加1个或个或2个同步字符，最后以校验字符结束，字个同步字符，最后以校验字符结束，字符要一个接着一个传送；没有字符时，也要发送符要一个接着一个传送；没有字符时，也要发送专用的专用的“空闲

10、空闲”字符或者是同步字符字符或者是同步字符 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂件电路比较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议最常使用高级数据链路控制协议HDLC同步字符同步字符数据数据数据数据数据数据校验字符校验字符133. 传输制式传输制式全双工全双工站站A站站B站站A站站B站站A站站B半双工半双工单工单工144. 调制解调器调制解调器 调制（调制（ModulatingModulating）把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解

11、调（解调（DemodulatingDemodulating）将电话线路的模拟信号转换为数字信号将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器调制解调器MODEMMODEM具有调制和解调功能的器件合制在一个装置具有调制和解调功能的器件合制在一个装置15计算机AMODEMAMODEMB计算机B0 111100000 111100001010数字信号模拟信号数字信号电话线调制与解调过程调制与解调过程16串行接口标准串行接口标准RS-232C 美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的制定的通用标准串行接口通用标准串行接口 1962年公布，年公布，1969年修订年修订 1987年年1月正式改名为月正

12、式改名为EIA-232D 设计目的是用于连接调制解调器设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数（例如计算机）与数据通信设备据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口（例如调制解调器）的标准接口 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层属于网络层次结构中的最低层：物理层17RS-232C的引脚定义的引脚定义 232C接口标准使用一个接口标准使用一个25针连接器针连接器 绝大多数设备只使用其中绝大多数设备只使用其中9个信号，所以个信号，所以就有了就有了9针连接器针连接

13、器18RS-232C的引脚（的引脚（1） TxD：发送数据发送数据 串行数据的发送端串行数据的发送端 RxD：接收数据接收数据 串行数据的接收端串行数据的接收端19RS-232C的引脚（的引脚（2） RTS：请求发送：请求发送 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的当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信号，用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS：清除发送（允许发送）：清除发送（允许发送） 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，发出据时，发出CTS有效信号来响应有效信号来响应R

14、TS信号信号 RTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号对用于数据发送的联络信号20RS-232C的引脚（的引脚（3） DTR：数据终端准备好数据终端准备好 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据终端设备准备就绪 DSR：数据装置准备好数据装置准备好 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，并处在数据传输方式到通信线路上，并处在数据传输方式 DTR和和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设也可用

15、做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收备间的联络信号，例如应答数据接收21RS-232C的引脚（的引脚（4） GND：信号地信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平 CD：载波检测（载波检测（DCD） 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号 RI：振铃指示振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效22RS-2

16、32C的引脚（的引脚（5） 保护地保护地（机壳地）（机壳地） 起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规定，连接到设备的外壳或大地的使用规定，连接到设备的外壳或大地 TxC：发送器时钟发送器时钟 控制数据终端发送串行数据的时钟信号控制数据终端发送串行数据的时钟信号 RxC：接收器时钟接收器时钟 控制数据终端接收串行数据的时钟信号控制数据终端接收串行数据的时钟信号23RS-232C的连接的连接 微机利用微机利用232C接口接口连接调制解调器连接调制解调器，用于，用于实现通过电话线路的远距离通信实现通过电话线路的远距离通信 微机利用微机利用232C接口接口

17、直接连接直接连接进行短距离通进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（称为零调制解调器（Null Modem）连接）连接24连接调制解调器连接调制解调器电话线电话线MODEM微机微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR发送数据发送数据TxDTxD接收数据接收数据RxDRxD请求发送请求发送RTSRTS允许发送允许发送CTSCTS信号地信号地GNDGND载波检测载波检测CDCD振铃指示振铃指示RIRI微机微机23456

18、78202225不使用联络信号的不使用联络信号的3线相连方式线相连方式微机微机TxDRxDGND微机微机为了交换信息，为了交换信息，TxD和和RxD应当交叉连接应当交叉连接程序中不必使程序中不必使RTS和和DTR有效有效也不需检测也不需检测CTS和和DSR是否有效是否有效 26“伪伪”使用联络信号的使用联络信号的3线相连方式线相连方式RTS和和CTS各自互接，各自互接，DTR和和DSR各自互接各自互接表明请求传送总是允许、数据装置总准备好表明请求传送总是允许、数据装置总准备好微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机27使用联络信号的多线相连方式使用联络信号的多线相连方式通信比

19、较可靠通信比较可靠所用连线较多，不如前者经济所用连线较多，不如前者经济微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机28RS-232C的电气特性的电气特性 232C接口采用接口采用EIA电平电平 高电平为高电平为 3V 15V 低电平为低电平为+3V+15V 实际常用实际常用12V或或15Vn计算机和终端一般采用计算机和终端一般采用TTL电电平标准平标准 TTL电平电平n高电平：高电平：2.4V5Vn低电平：低电平：0V0.4V相互转换相互转换29 RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与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，因以高低电平表示逻辑

20、状态的规定不同，因此必须进行电平转换。常用的芯片为：此必须进行电平转换。常用的芯片为： MC1488：将：将TTL电平转换为电平转换为RS232C电平。电平。 MC1489：将：将RS232C 电平转换为电平转换为TTL电平。电平。30通用异步接收发送器通用异步接收发送器8251 串行传输，需要并行到串行和串行到并行串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换，并按照传输协议发送和接收每个的转换，并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块）字符（或数据块） 这些工作可由软件实现，也可用硬件实现这些工作可由软件实现，也可用硬件实现 通用同步通用同步/异步接收发送器异步接收发送器UART是串行同是串

21、行同步步/异步通信的接口电路芯片异步通信的接口电路芯片 IBM PC/XT机的机的UART芯片是芯片是INS 8250 后来使用后来使用NS1655031接口接口8251MC1489MC1488TTL输入输入TTL输出输出RS232C输入输入RS232C输出输出0.3V+3V+15V3.0V-3V- -15V注意：接口的输入和输出均为注意：接口的输入和输出均为TTL电平，与电平，与RS232C标准不符，需要加电平转换电路。标准不符，需要加电平转换电路。328251的引脚图的引脚图33同步字符寄存器 1同步字符寄存器 2方式寄存器状态寄存器控制寄存器数据总线缓冲器读/写控制逻辑RESETCLKC

22、/DRDWRCS调制/解调 器控 制逻 辑DSRDTRCTSRTS发送缓冲器发送移位寄存器数据输出寄存器接收缓冲器接收移位寄存器数据输入寄存器计数器发送控制器计数器接收控制器D7D0内部数据总线TXDTXRDYTXETXCRXDRXRDYRXCSYNDET 8251的结构框图的结构框图34奇地址奇地址偶地址偶地址C/D（A0）RD WR功能功能 0 0 1 CPU从从8251A输入数据输入数据 0 1 0 CPU向向8251A输出数据输出数据 1 0 1 CPU读读8251A的状态的状态 1 1 0 CPU向向8251A写控制命令写控制命令在在IBM-PC机中，串行通信口的地址（保留）机中，串

23、行通信口的地址（保留）口口1：3F8H3FFH口口2：2F8H2FFH358251的编程的编程方式选择控制字方式选择控制字工作命令控制字工作命令控制字状态字状态字初始化流程初始化流程 控制字是在方式选择控制字之后写入，用来控控制字是在方式选择控制字之后写入，用来控制制8251A的工作，使其处于规定的状态以及准备的工作，使其处于规定的状态以及准备发送或接收数据，可进行多次写入操作。控制字发送或接收数据，可进行多次写入操作。控制字和方式字共用一个奇地址端口，且又无特征标志，和方式字共用一个奇地址端口，且又无特征标志，8251A是根据写入的先后顺序来加以区分的，即是根据写入的先后顺序来加以区分的，即

24、先写入的是方式字，后写入的是控制字。先写入的是方式字，后写入的是控制字。36D7D6D5D4D3D2D1D0字符长度字符长度00：5位位01： 6位位10： 7位位11： 8位位波特率系数波特率系数00：同步方式：同步方式01：异步：异步 X 110：异步：异步 X1611：异步：异步 X64奇偶校验奇偶校验X0：无校验：无校验01：奇校验：奇校验11：偶校验：偶校验SYN?同步控制同步控制X0：内同步：内同步X1： 外同步外同步0X： 两同步字符两同步字符1X： 单同步字符单同步字符Y帧控制帧控制00：不确定：不确定01： 1停止位停止位10： 1.5停止位停止位11： 2停止位停止位N方式

25、选择控制字格式方式选择控制字格式37例：假设例：假设8251占用的端口地址为占用的端口地址为80H和和81H，规定其串，规定其串行传送行传送8位数据位，位数据位， 采用采用偶校验，一个停止位，波特率偶校验，一个停止位，波特率因子因子为为16，请写出，请写出8251的方式字并送入控制端口：的方式字并送入控制端口： MOV AL,7EH OUT 81H,AL38EHIRRTSERSBRK RXEDTR TXEN发送允许发送允许0：屏蔽：屏蔽1：允许：允许操作命令控制字格式操作命令控制字格式接收允许接收允许0：屏蔽：屏蔽1：允许：允许数据终端准备好数据终端准备好1:迫使迫使DTR输出低输出低送中止字

26、符送中止字符1:迫使迫使TXD输出低输出低0：正常工作：正常工作错误标志复位错误标志复位1:全部错误标全部错误标志复位志复位请求发送请求发送1:迫使迫使RTS输出低输出低内部复位内部复位1:返回方式指令格式返回方式指令格式外部搜索方式外部搜索方式1:启动搜索同启动搜索同步字符步字符39DSRSYNDETFEOEPETXERXRDY TXRDY与引脚与引脚TXRDY有差别有差别状态字格式状态字格式奇偶错误奇偶错误溢出错误溢出错误帧错误（仅异步）帧错误（仅异步）与与8251的同名引脚同定义的同名引脚同定义408251的初始化编程的初始化编程在对在对8251A进行初始化时，必须遵守以下的三个规进行初

27、始化时，必须遵守以下的三个规定：定：（1）芯片复位后，第一次给奇地址端口写入的是）芯片复位后，第一次给奇地址端口写入的是 模式字。模式字。（2）如规定为同步模式，那么，接下来往奇地址）如规定为同步模式，那么，接下来往奇地址端口写入的是同步字符。如果是双同步，则先后两端口写入的是同步字符。如果是双同步，则先后两次写入同步字符。次写入同步字符。（3）接下来，只要不是复位命令，）接下来，只要不是复位命令，CPU给奇地址给奇地址写入的是控制字，给偶地址端口写入的是要发送的写入的是控制字，给偶地址端口写入的是要发送的数据。数据。41425 应用举例应用举例例例 利用利用8251A实现两台微型计算机的远距

28、离通信实现两台微型计算机的远距离通信 设采用半双工查询方式，异步传送，一方定义为发送设采用半双工查询方式，异步传送，一方定义为发送器，另一方为接收器。当发送端器，另一方为接收器。当发送端CPU查询到查询到TxRDY有有效时，向效时，向825lA并行输出一字节数据；接收端并行输出一字节数据；接收端CPU每查每查询到询到RxRDY有效，则从有效，则从8251A并行输入一个字节数据，并行输入一个字节数据，一直进行到全部数据传送完为止。一直进行到全部数据传送完为止。 43EHIRRTSERSBRK RXEDTR TXEN发送允许发送允许0：屏蔽：屏蔽1：允许：允许操作命令控制字格式操作命令控制字格式接

29、收允许接收允许0：屏蔽：屏蔽1：允许：允许数据终端准备好数据终端准备好1:迫使迫使DTR输出低输出低送中止字符送中止字符1:迫使迫使TXD输出低输出低0：正常工作：正常工作错误标志复位错误标志复位1:全部错误标全部错误标志复位志复位请求发送请求发送1:迫使迫使RTS输出低输出低内部复位内部复位1:返回方式指令格式返回方式指令格式外部搜索方式外部搜索方式1:启动搜索同启动搜索同步字符步字符44DSRSYNDETFEOEPETXERXRDY TXRDY与引脚与引脚TXRDY有差别有差别状态字格式状态字格式奇偶错误奇偶错误溢出错误溢出错误帧错误（仅异步）帧错误（仅异步）与与8251的同名引脚同定义的

30、同名引脚同定义45设发送端设发送端8251A数据口地址为数据口地址为 TDATA，控制口状态口地址为，控制口状态口地址为 TCONT，发送数据块首地址为，发送数据块首地址为TBUFF，字节数为，字节数为80 STT： MOV DX，TCONT ；将；将825lA定义为异步方式，定义为异步方式，8位数据，位数据，l位位 MOV AL，7FH ; 停止位，偶校验，波特率系数停止位，偶校验，波特率系数64 OUT DX，AL MOV AL，1lH ；允许发送；允许发送 OUT DX，AL MOV DI，TBUFF ；发送数据块首地址送；发送数据块首地址送DI MOV CX，80 ；计数器赋初值；计数

31、器赋初值NEXT：MOV DX，TCONT ；读取状态字；读取状态字 IN AL，DX AND AL，0lH ；TxRDY有效否？有效否？ JZ NEXT ；无效，继续等待；无效，继续等待 MOV DX，TDATA ；有效，向；有效，向8251A输出一字节数据输出一字节数据 MOV AL，DI OUT DX，AL INC DI ；修改指针；修改指针 LOOP NEXT HLT46设接收端设接收端8251A数据口地址为数据口地址为RDATA，控制口状态口地址为，控制口状态口地址为RCONT，接收数据缓冲区首地址为，接收数据缓冲区首地址为RBUFFSRR： MOV DX，RCONT ；送方式选择控

32、制字；送方式选择控制字 MOV AL，7FH OUT DX，AL MOV AL，04H ；允许接收；允许接收 OUT DX，AL MOV DI，RBUFF ；接收数据缓冲区首地址送；接收数据缓冲区首地址送DI MOV CX，80 ；计数器赋初值；计数器赋初值COMT：MOV DX，RCONT ；读取状态字；读取状态字 IN AL，DX TEST AL，02H ；RxRDY有效否有效否？ JZ COMT ；无效，继续等待；无效，继续等待 AND AL，38H ；有效，查询；有效，查询接收过程有无错误接收过程有无错误？ JNZ ERR ；有错，转出错处理程序；有错，转出错处理程序 MOV DX，RDATA ；无错，输入一字节数据；无错，输入一字节数据 IN AL， DX MOV DI，AL INC DI ；修改指针；修改指针 LOOP COMT HLTERR： 6 6 BIOS串行通信口功能串行通信口功能 （P教材教材131） IBM-PCIBM-PC及其兼容机提供了一种有较强的硬件依赖性，但却比及其兼容机提供了一种有较强的硬件依赖性，但却比较灵活的串行口较灵活的串行口I/OI/O的方法，即通过的方法，即通过INT 14HINT 14H调用调用ROM BIOSROM BIOS串行串行通信口中断服务程序。该中断服务程序包括将串行口