第串行接口芯片PPT课件

1、2. 传输制式全双工站站A站站B站站A站站B站站A站站B半双工单工示例第1页/共53页3、数据传输速率 数据传输速率也称比特率（Bit Rate） 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数 当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率（Baud Rate） 过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在，可以达到115200 bps或更高第2页/共53页4. 发送发送/接收时钟接收时钟 在异步串行通信中，发送端需要用一定频率的时钟来决定发送每l位数据所占的时间长度（称为位宽度），接收端也要用一定频

2、率的时钟来测定每一位输入数据的位宽度。 在进行串行通信时，根据传送的波特率来确定发送时钟和接收时钟的频率。在异步传送中每发送一位数据的时间长度由发送时钟决定，每接收一位数据的时间长度由接收时钟决定，它们和波特率之间有如下关系：时钟频率=n波特率 第3页/共53页5. 串行通信的方式串行通信的方式 串行通信按通信约定的格式分为两种：异步通信方式和同步通信方式。 第4页/共53页5. 串行通信的方式串行通信的方式 （1）同步通信 以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束 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 串行同步通信主要应用在网络当

3、中 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第5页/共53页（2） 异步通信 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 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、位同步、字符同步、数据校验等问题 串行异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止式异步通信协议第6页/共53页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电平起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1数据位数据位紧跟着起始位传送。由58个

4、二进制位组成，低位先传送校验位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停止位表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位空闲位传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送第7页/共53页11-1-2 信号的调制与解调信号的调制与解调 调制（Modulating） 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调（Demodulating） 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件合制在一个装置示例第8页/共53页11-2 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片8251A Intel 8251A是一种通用的同步异步接收发送器（

5、USART）芯片。它作为一种外围器件，可通过编程选用某一种串行通信技术。8251A具有独立的发送器和接收器因此，它能够以单工、半双工或全双工方式进行通信，并且提供一些基本的控制信号，可以方便地与MODEM连接。第9页/共53页11-2-1 8251A的基本性能的基本性能 （1）通信初始化程序可以工作在同步通信或异步通信方式。同步方式下，波特率为064Kbps；异步方式下，波特率为019.2Kbps。 （2）同步方式时，可设定为内同步或外同步两种做法，同步字符允许采用单同步字符和双同步字符，由用户选定。数据位可在58位之间进行选择。 （3）异步方式时，数据位仍可在58位范围内选用，用1位作为奇偶

6、校验位或不设置奇偶位。此外，8251A在异步方式下能自动为每个数据增加1位启动位及1位、1.5位或2位停止位（由初始化程序选择）。 （4）8251A具有奇偶校验、帧校验和溢出校验三种字符数据的校验方式，校验位的插入、检查和出错标志的建立均由芯片自动完成。 （5）8251A能与MODEM直接相连，接收和发送的数据均可存放在各自的缓冲器中，以便实现全双工通信。第10页/共53页发送缓冲器数据总线缓冲器调制解调控制电路DB读 / 写逻辑RESETCLKRDWRC/DCSDSRDTRCTSRTS发送控制电路接收缓冲器接收控制电路RxDTxDTxRDYTxETxCRxRDYRxCSYNDET状态缓冲器、

7、接收数据缓冲器、数据/命令缓冲器11-2-2 8251A的基本结构1. 8251A的内部结构 第11页/共53页 数据总线缓冲器是CPU与8251A之间的数据接口，它包含3个8位缓冲寄存器，其中两个寄存器分别用来存放CPU从8251A读取的状态信息或数据，一个寄存器存放CPU向8251A写入的控制字或数据。数据总线缓冲器将8251A的8条数据线D7D0和CPU的系统数据总线相连。（1）数据总线缓冲器第12页/共53页作用：接收器接收在RxD上的串行数据并按规定的格式转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。RxD异或门内部CLKDB检测奇偶检验结果接收缓冲寄存器接收移位寄存器奇偶位停止位 1波特

8、率工作过程：（异步方式）当8251允许接收并准备好接收数据时，监测RxD端，当检测到起始位（低电平）后，使用16倍率的内部CLK，连续检测8个0确认。然后按波特率移位、检测RXD，直至停止位。内部删除起始、奇偶、停止位接收缓冲寄存器后，使RxRDY为高，向CPU提出中断申请。（2）接收器第13页/共53页 内部产生起始、奇偶检验、停止位，按约定的波特率从TxD输出。数据发送缓冲器波特率发送移位寄存器奇偶位停止位 1起始位TXDSOUT0内部CLKDB CPU执行输出指令，并行数据发送缓冲器。工作过程发送缓冲器发送移位寄存器，向CPU提出中断申请（TxRDY=1）。 当数据全部输出结束，在TXD

9、发出连续低电平(TxE=1)。（3）发送器异或门第14页/共53页2. 8251A的引脚功能的引脚功能 8251A的引脚排列如下图所示 123456789101112131428272625242322212019181716158251AD0D1D2D3D4D5D6D7VCCRXDWRTXCGNDCSC/DRDRXRDYRXCDTRRTSDSRRESETCLKTXDTXEMPTYCTSSYNDETTXRDY第15页/共53页RxD（Receiver Data）接收数据：从RxD端 串行输入数据输入RxRDY（Receiver Ready）接收数据准备好：表示接收数据缓冲器已收到一个字符数据，

10、CPU可采用中断或查询方式读取数据（ RxRDY=0）。SYNDET/BRKDET（Sync Detecte/Break Detece）同步检测/断点检测 同步方式（同步检测）：在内同步方式，当8251检测到同步字符， SYNDET输出为高点平，表明8251A已处于同步状态。CPU执行一次读操作后， SYNDET自动复位； （1）与接收有关的信号3、引脚功能第16页/共53页 异步方式（断点检测）：当8251从RxD端连续收到两个由全“0”组成的字符时，该引脚输出为高电平，表示当前线路上无数据可读，只有当RxD端收到1个“1”信号或8251复位时， BRKDET变为低电平。RxC（ Recei

11、ver Clock）接收时钟外同步方式： 当SYNDET引脚有一个正跳变脉冲，8251在下一个接收时钟的上升沿开始接收字符，一旦达到同步， SYNDET引脚的高电平即可撤除。第17页/共53页TxE（ Transmitter Empty）发送器空： TxE=1表示发送移位寄存器中已无数据可以向外部发送。此时，由TxD输出空闲位（同步字符）。当8251从CPU接收到一个数据后，TxE=“0”。TxC（ Transmitter Clock）发送时钟TxD（Transmitter Data）发送数据：将CPU送入的并行数据转换成串行格式后，从TxD端输出TxRDY（ Transmitter Read

12、y）发送数据准备好： TxRDY=1表示发送数据缓冲器已准备好从CPU接收一个字符数据，CPU可采用中断或查询方式输出一个数据（ RxRDY=0）。(2)与发送有关的信号第18页/共53页CLK：输入产生8251A的内部时序。CLK的频率在同步方式工作时必须大于接收器和发送器输入时钟频率的30倍；在异步方式工作时必须大于输入时钟的4.5倍。另外，规定CLK的周期要在0.421.35s的范围内。 DB7DB0：三态双向数据总线，可连到CPU数据总线。CPU与8251A之间的命令信息、数据以及状态信息都是通过这组数据总线传送的。 (3)数据线、时钟信号线 第19页/共53页RESET：芯片复位信号

13、。为高电平时8251A各寄存器处于复位状态。收、发线路上均处于空闲状态。通常该信号与系统的复位线相连。 (4)读/写控制逻辑信号 CS：片选信号，低电平有效。由CPU的IO/及地址信号经译码后供给。 C/D：控制/数据端。为高电平时CPU从数据总线读入的是状态信息；为低电平时CPU读入的是数据。同样，C/D端为高电平时CPU写入的是命令；C/D为低电平时CPU输出数据。C/D与CPU的一条地址线相连。 RD：CPU读8251A的控制信号，低有效，与CPU的RD端相连。 WRWR：CPU向8251A写数据的控制信号，低有效，与CPU的WRWR端相连。 第20页/共53页8251A读/写功能表 C

14、SRDWRC/D操 作0010CPU 读 8251 数据0100CPU 向 8251 写数据0011CPU 读 8251 状态字0101CPU 向 8251 写控制字011*数据总线浮空1*数据总线浮空第21页/共53页（5）与调制解调器有关的引脚： 在远程通信时，可用8251与调制解调器相连，经电话线传输数据RxDTxDDSRDTRCTSRTSRxCTxCDBCBAB8251A 波特率发生器MODEM电话线接口电话线数据通信设备DCE数据终端设备DTEDTR（Data Terminal Read y）数据终端准备好（通知数据装置）DSR（Data Set Ready）数据装置准备好（回应DT

15、R信号）RTS（Request to Send）数据终端向MODEM发出请求表示数据已准备好需要发送CTS（Clear to Send） MODEM回应终端,若TxEN有效8251可以发送数据，发送结束CTS=“1”。第22页/共53页11-2-3 8251A的编程控制的编程控制 8251A是可编程串行接口，在使用之前必须由程序对其工作状态进行设定（称为初始化），其中包括同步方式还是异步方式、传输波特率、字符代码位数、校验方式、停止位位数等。8251A内部既有数据寄存器，还有控制字寄存器和状态寄存器。控制字寄存器用于8251A的方式控制和命令控制，状态寄存器则存放8251A的状态信息。 第23

16、页/共53页方式字：确定8251A的工作方式；（异步，波特率，字符长度，奇偶校验）1方式控制字 01 异步110 异步1611 异步6400 字符长度为5位01 字符长度为6位10 字符长度为7位11 字符长度为8位 0 无奇偶校验位01 奇校验11 偶校验无效 001个停止位 011.5个停止位 102个停止位 11 S2 S1 EP PEN L2 L1 B2 B1异步方式第24页/共53页与异步方式相同1 SYND为输入（外同步）0 SYND为输出（内同步）1 单字符同步0 双字符同步SCS ESD EP PEN L2 L1 0 0 同步方式第25页/共53页 命令控制字用于控制8251A

17、的工作，使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数据，应在写入方式控制字后写入， 2命令控制字 EHIR RST ER SBRK RxE DTR TxEN1 启动搜索同步字符1 允许接收0 禁止接收1 使TxD线变低，发送空白字符0 正常工作1 内部复位，使8251回到方式选择格式1 使RST引脚输出低电平1 使错误标志PE，OE，FE复位使DTR引脚为低电平1 允许发送0 禁止发送第26页/共53页DSR SYNDET/BRKDETFE OE PETxE RxRDY TxRDY发送器准备好奇偶错误溢出错误帧错误（异步）同引脚含义数据装置准备好3状态字 第27页/共53页11-2-4 825

18、1A的初始化和编程应用的初始化和编程应用 1. 8251A的初始化 第28页/共53页复位操作输出方式字传送完输出第一个同步字符输出第二个同步字符输出命令字传送数据输入状态字同步方式双同步复位YNYYYNNN第29页/共53页【例例11.1】编制一个通过编制一个通过8251A查询方式接收数据的程序。查询方式接收数据的程序。要求要求8251A定义为异步传送方式，波特率系数为定义为异步传送方式，波特率系数为64，采用偶，采用偶校验，校验，l位停止位，位停止位，7位数据位位数据位 MOV DX,04A2H MOV AL,7BH ；写工作方式控制字 OUT DX,AL MOV AL,14H ；写操作命

19、令控制字 OUT DX,ALLP: IN AL,DX ；读状态控制字 AND AL,02H ；检查RxRDY是否为1 JZ LP MOV DX,04A0H IN AL,DX第30页/共53页 8251A和CPU的通信方式可以采用查询方式和中断方式实现，这两种方式的应用分析如下。2. 8251A和和CPU的通信方式的通信方式（1）查询方式：该方式的应用特点是发送数据的程序在初始化程序之后。【例11.2】采用查询方式发送数据，假定要发送的字节数据放在TABLE开始的数据区，且要发送的字节数据放在BX中，数据端口地址为04A0H，控制/状态寄存器端口地址为04A2H。发送数据的程序段设计如下： ST

20、ART:MOV DX,04A2H LEA SI,TABLEWAIT: IN AL,DX TEST AL,04AH JZ WAIT PUSH DX MOV DX,04AOH LODSB OUT DX,AL POP DX DEC BX MOV DX，04A2H JNZ WAIT第31页/共53页【例11.3】下面是一个接收数据程序，假设接收后的数据送入DATA开始的数据存储区中。8251A各寄存器地址安排同上。 RECV: MOV SI,OFFSET DATA MOV DX,04A2HWAIT: IN AL,DX ；读入状态寄存器；读入状态寄存器 TEST AL,38H；检查是否有任何错误产生；检

21、查是否有任何错误产生 JNZ ERROR ；有，转出错处理；有，转出错处理 TEST AL,01H ；否则检查数据是否准备好；否则检查数据是否准备好 JZ WAIT ；未准备好，继续等待检测；未准备好，继续等待检测 MOV DX,04AOH IN AL,DX ；否则接收一个字节；否则接收一个字节 AND AL,7FH ；保留低；保留低7位位 MOV SI,AL ；送数据缓冲区；送数据缓冲区 INC SI MOV DX,04A2H JMP WAIT第32页/共53页 8251A和CPU的通信方式可以采用查询方式和中断方式实现，这两种方式的应用分析如下。2. 8251A和和CPU的通信方式的通信方

22、式（2）中断方式：利用中断方式可实现8251A和CPU的串行通信。【例11.4】设系统以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。波特率系数为16，1位停止位，7位数据位，奇校验。程序段设计如下： MOV DX,04A2HMOV AL,01011010B ；写工作方式控制字；写工作方式控制字OUT DX,ALMOV AL,14H ；写操作命令控制字；写操作命令控制字OUT DX,AL第33页/共53页例：8251工作于异步方式，波特率系数为16，7位数据位，1个停止位，偶校验，控制口地址3F2H。MOV DX，3F2HMOV AL，00HOUT DX，ALCALL DELAY1OUT DX，ALC

23、ALL DELAY1OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，40H ；复位字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，01111010B ；方式字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，00010101B ；命令字OUT DX，AL第34页/共53页11-3 PC机串行异步通信接口机串行异步通信接口 美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 1962年公布，1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D 设计目的是用于连接调制解调器 现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）的标准接口 可实现远距离通信，

24、也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层第35页/共53页11-3-1 基本概基本概念念 1、概述、概述RS232C是最常用的串行通信接口标准之一，是PC机的标准配置。 通过RS232C接口可实现计算机与其他数字设备(包括计算机)的通信。计算机数据装置MODEM远程计算机MODEM数据通信终端数据通信终端通信网络数字信号数字信号RS232CRS232C计算机远程通信第36页/共53页2. RS-232串行通信总线串行通信总线标准标准 232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器 232C包括两个信道：主信道和次信道 次信道为辅助串

25、行通道提供数据控制和通道，但其传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较少使用第37页/共53页RS-232C的引脚（1） TxD：发送数据 串行数据的发送端 RxD：接收数据 串行数据的接收端第38页/共53页RS-232C的引脚（2） RTS：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RTS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） 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 RTS和CTS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第39页/共53页RS-232C的引脚（3） DTR：数

26、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，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收第40页/共53页RS-232C的引脚（4） GND：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 CD：载波检测（DCD） 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 RI：振铃指示 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效第41页/共53页RS-232C的引脚（5）

27、 保护地（机壳地） 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 TxC：发送器时钟 控制数据终端发送串行数据的时钟信号 RxC：接收器时钟 控制数据终端接收串行数据的时钟信号第42页/共53页RS-232C的连接 微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通过电话线路的远距离通信 微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（Null Modem）连接第43页/共53页连接调制解调器电话线MODEM微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好DSRDSR数据终端准备

28、好DTRDTR发送数据TxDTxD接收数据RxDRxD请求发送RTSRTS允许发送CTSCTS信号地GNDGND载波检测CDCD振铃指示RIRI微机23456782022第44页/共53页不使用联络信号的3线相连方式微机TxDRxDGND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有效有效也不应检测也不应检测CTS和和DSR是否有效是否有效 第45页/共53页“伪”使用联络信号的3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DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机第46页/共53页使用联络信号的多线相连方式通信比较可靠通信比较可靠所