第6章串行通信及接口电路

1、v6.1 串行通信v6.2 8250可编程异步通信接口v6.2 8251A可编程串行通信接口第6章 串行接口技术6.1 串行通信串行通信v字符格式：字符格式： 它用起始位（低电平）表示字符的开始，用停止位（高电它用起始位（低电平）表示字符的开始，用停止位（高电平）表示字符的结束。平）表示字符的结束。v串行通信的优点串行通信的优点：在并行通信中，数据有多少位就需要有多少条传送线，在并行通信中，数据有多少位就需要有多少条传送线，而串行通信只需要一条数据传送线。而串行通信只需要一条数据传送线。（1）非同步）非同步(异步异步)通信通信ASYNC(Asynchronous Data Communicat

2、ion)（2）同步传送同步传送v波特率：波特率： 每秒传送的二进制位数。每秒传送的二进制位数。同步通信，是指在约定的波特率同步通信，是指在约定的波特率(每秒钟传送的位数每秒钟传送的位数)下，发送端和接收端下，发送端和接收端的频率保持的频率保持一致一致(同步同步)同步字符数据场同步字符1同步字符2CRC 1数据场CRC 2CRC 1CRC 2(a)(b)标志符01111110地址符8位数据场CRC 1CRC 2(c)标志符01111110数据场CRC 1CRC 2(d)标志符01111110地址符8位控制符8位数据信息CRC 1CRC 2标志符01111110(e)v（1）单工通信）单工通信 仅

3、按一个方向传送仅按一个方向传送v（2）半双工）半双工(Half Duplex)每次只能有一个站发送，即只能是由每次只能有一个站发送，即只能是由A发送到发送到B，或是由或是由B发送到发送到A，不能，不能A和和B同时发送。同时发送。v（3）完全双工）完全双工(Full Duplex) 两个站同时都能发送。两个站同时都能发送。串行通信主要适用于远距离通信，因而噪声和干扰较串行通信主要适用于远距离通信，因而噪声和干扰较大，为了保证高效而无差错地传送数据，对传送的数大，为了保证高效而无差错地传送数据，对传送的数据进行校验就成了串行通信中必不可少的重要环节。据进行校验就成了串行通信中必不可少的重要环节。常

4、用的校验方法有：常用的校验方法有：奇偶校验奇偶校验和和循环冗余校验循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)等。等。 v（1）软件实现）软件实现v（2）硬件实现）硬件实现v（1）起始位：逻辑低电平）起始位：逻辑低电平v（2）数据位：可以是）数据位：可以是5、6、7、8位位v（3）奇偶校验位）奇偶校验位v（4）停止位：可以是）停止位：可以是1、1.5、2位位的高电平的高电平v（5）波特率设置：常用标准波特率：）波特率设置：常用标准波特率：110、300、600、1200、1800、2400、48009600、19200v（6）握手信号约定：通信双方在传输数据前，要发）握

5、手信号约定：通信双方在传输数据前，要发一组代码，以进一步相互确认一组代码，以进一步相互确认 发送器和接收器发送器和接收器 通信控制和状态寄存器通信控制和状态寄存器 波特率发生电路波特率发生电路 调制与解调控制调制与解调控制 中断控制中断控制 完全双工、双缓冲器发送和接收完全双工、双缓冲器发送和接收 波特率波特率50-9600，可分成，可分成15种种 异步通信格式，可通过编程选择（可选每个字符含异步通信格式，可通过编程选择（可选每个字符含58位数据，位数据，1、1.5、2位中止位）位中止位） 可进行奇偶校验，并具有可进行奇偶校验，并具有奇偶、溢出、帧错奇偶、溢出、帧错 等等检测状检测状态位态位功

6、能功能内部结构内部结构数 据缓冲器读写控制逻辑MODEM控制逻辑片内总线A0A1D0D7接收数据寄存器A2DISTRDISTRDOSTRDDISMRXTAL12DOSTRCSOUTINTRCS0CS1CS2ADSOUT1OUT2DSRCTSRTSDTRRLSDRI接收移位寄存器接收器控制逻辑发送控制逻 辑发送数据寄存器发送移位寄存器SINRCLKBAUDOUTSOUT1、发送器和接收器部分、发送器和接收器部分（1）、发送器（）、发送器（THR：发送保持、：发送保持、TSR：发送移位：发送移位）（2）、接收器（）、接收器（RBR：接收缓冲、：接收缓冲、RSR：接收移位：接收移位）2、通信控制部分

7、和状态寄存器部分、通信控制部分和状态寄存器部分（1）传输线控制寄存器（）传输线控制寄存器（LCR）：指定）：指定通信的数据格式通信的数据格式D7D6D5D4D3D2D1D0数据位数选择除数锁存位100 5位允许寻址接收发送数据寄存器及中断允许寄存器允许写除数锁存器001 6位10 7位11 8位停止位数选择0 1位停止位1 (5位数据位时)1.5停止位1 (6,7,8数据位时)2停止位奇偶校验选择 0 不加校验位01 奇 校验11 偶 校验固定奇偶位0 无效1 偶校验时，校验位0设置间断0 禁止间断1 强迫SOUT送出空闲状态 奇 校验时，校验位1（2）传输线状态寄存器（）传输线状态寄存器（L

8、SR）：提供）：提供串行数据发送和接收串行数据发送和接收的状态的状态0接收数据寄存器满越限错奇偶错结构错线路间断发送数据寄存器空发送移位寄存器空D7D6D5D4D3D2D1D0（帧错）（帧错）（中止检测）（中止检测）（溢出错）（溢出错）3、波特率发生控制电路部分、波特率发生控制电路部分8250发送和接收数据，所用的时钟频率是发送和接收数据，所用的时钟频率是波特率的波特率的16倍倍。而而8250接收的时钟是基准时钟，通常为接收的时钟是基准时钟，通常为1.8432MHz，因而，因而需要将基准时钟分频需要将基准时钟分频16fF除数除数 f：基准时钟，：基准时钟，1843200 Hz F：波特率：波特

9、率8250除数锁存器由两个寄存器构成：除数锁存器由两个寄存器构成：高高8位：位：MSB低低8位：位：LSB8250的波特率和除数锁存器的值之间的对应关系见表的波特率和除数锁存器的值之间的对应关系见表6-1如：若通信波特率采用如：若通信波特率采用9600b/s，则除数锁存器中：，则除数锁存器中：MSB00H；LSB0CH4、调制与解调控制部分、调制与解调控制部分（1）Modem控制寄存器（控制寄存器（MCR）：设置）：设置8250与通信设备之与通信设备之间间联络应答联络应答的输出信号的输出信号000D4D3D2D1D0DTRRTSOUT1OUT2循环LOOP：回送控制位：回送控制位LOOP182

10、50的异步通信接口信号处于循环回送状态，发送移位的异步通信接口信号处于循环回送状态，发送移位寄存器的输出送到接收移位寄存器的输入，而寄存器的输出送到接收移位寄存器的输入，而SIN输入断开，输入断开，SOUT输出为高电平输出为高电平同时同时CTS、DSR、RLSD和和RI断开，从内部和断开，从内部和DTR、RTS、OUT1和和OUT2相连，以实现自诊断相连，以实现自诊断（2）Modem状态寄存器（状态寄存器（MSR）：反映）：反映8250与通信设备之间与通信设备之间联络应答联络应答的输入信号的当前状态以及这些信号的变化信息的输入信号的当前状态以及这些信号的变化信息MODEMMODEM或其他外设加

11、到或其他外设加到82508250上的控制线的信号上的控制线的信号D7D6D5D4D3D2D1D0RLSD反相RI反相DSR反相CTS反相对应RLSD对应RI对应DSR对应CTSMSR低低4位是应答输入信号发生变化的状态标志位是应答输入信号发生变化的状态标志MSR高高4位是对应位的应答输入信号位是对应位的应答输入信号 RLSD：数据载波检查：数据载波检查RI：响铃指示：响铃指示DSR：数据装置就绪：数据装置就绪CTS：允许发送：允许发送5、中断控制部分、中断控制部分（1）中断识别寄存器（）中断识别寄存器（IIR）：）：00000D2D1D000 MODEM中断01 发送数据寄存器空中断1 无中断

12、0 有中断10 接收数据寄存器满中断11 接收线路出错中断四种中断：四种中断：v 接收器线路状态接收器线路状态中断（中断（RCVR错或检测到中止符错或检测到中止符）v 接收数据准备好接收数据准备好中断中断v 发送保持器空发送保持器空中断中断v 调制解调器状态调制解调器状态中断中断优先级高优先级高（2）中断允许寄存器（）中断允许寄存器（IER）：）：D7D6D5D4D3D2D1D01 允许接收数据寄存器满中断0 禁止接收数据寄存器满中断1 允许发送数据寄存器空中断0 禁止发送数据寄存器空中断1 允许接收线路状态中断0 禁止接收线路状态中断1 允许MODEM状态中断0 禁止MODEM状态中断1D0

13、D1D2D3RCLKSINSOUTDOSTRDOSTR4021VCCRIRLSDDSRCTSMROUT1DTROUTINTRNCA0ADS302535CS0CS1CS2BAUDOUTXTAL1GNDCSOUT234567891011121314151617181920D4D5D6D7XTAL2222324262728293132333436373839A1A2DDISDISTRDISTRRTS1、与系统相连的部分、与系统相连的部分1）数据线）数据线2）数据选通线）数据选通线3）地址线）地址线4）片选控制线）片选控制线5）地址选通信号线）地址选通信号线6）主复位）主复位2、与通信设备相连的部分、

14、与通信设备相连的部分1）时钟信号线）时钟信号线2）串行数据输入）串行数据输入.输出线输出线3）调制解调控制信号线）调制解调控制信号线4）中断信号请求线）中断信号请求线5）输出信号线）输出信号线6）片选输出信号线）片选输出信号线1、与系统相连的部分、与系统相连的部分1）数据线）数据线2）数据选通线）数据选通线3）地址线）地址线DISTR DISTR、DOSTR DOSTR、10个可访问的内部寄存器的寻址个可访问的内部寄存器的寻址4）片选控制线）片选控制线CS0、CS1、 ：输入片选信号。5）地址选通信号线）地址选通信号线：其有效时。锁存地址A2A0以保证在读、写期间地址稳定6）主复位）主复位2C

15、SADSMR：主复位输入信号，高电平有效。一般接到系统的：主复位输入信号，高电平有效。一般接到系统的RESET，可清除，可清除6个可访问的寄存器和有关控制逻辑以个可访问的寄存器和有关控制逻辑以及输出信号及输出信号不能清除不能清除除数锁存器除数锁存器、发送保持器发送保持器、接收缓冲器接收缓冲器MR功能 2、与通信设备相连的部分、与通信设备相连的部分1）时钟信号线）时钟信号线 2）串行数据输入）串行数据输入/输出线输出线 3）调制解调控制信号线）调制解调控制信号线DTRRTS数据终端准备就绪，输出。当数据终端准备就绪，输出。当8250准备好通信，准备好通信，使其为低电平，以通知外部通信设备；可由使

16、其为低电平，以通知外部通信设备；可由MCR的的D0位置位置1而输出有效低电平而输出有效低电平发送请求，输出。当发送请求，输出。当8250准备好通信，以通知准备好通信，以通知外部通信设备发送数据已经准备好；可由外部通信设备发送数据已经准备好；可由MCR的的D1位置位置1而输出有效低电平而输出有效低电平RLSDRIDSRCTS允许（清除）发送，输入。当调制解调器准备好通允许（清除）发送，输入。当调制解调器准备好通信，使其为低电平，以通知信，使其为低电平，以通知8250开始发送；可由开始发送；可由MSR的的D4位得到变化状态位得到变化状态数据设备准备好，输入。当调制解调器准备好通信，数据设备准备好，

17、输入。当调制解调器准备好通信，使其有效，以通知使其有效，以通知8250；可由；可由MSR的的D5位得到其状位得到其状态态接收线路检测和振铃，输入。当为低电平有效时，接收线路检测和振铃，输入。当为低电平有效时，表示调制解调器已检测到数据串或收到了振铃信号；表示调制解调器已检测到数据串或收到了振铃信号；可由可由MSR的的D7和和D6得到其变化状态得到其变化状态INTRPT：中断请求输出信号。：中断请求输出信号。v 接收器线路状态接收器线路状态中断（中断（RCVRRCVR错或检错或检测到中止符测到中止符）v 接收数据准备好接收数据准备好中断中断v 发送保持器空发送保持器空中断中断v 调制解调器状态调

18、制解调器状态中断中断1OUT2OUT5）输出信号线）输出信号线6.2.3 8250的初始化编程 开始设置通信控制寄存器D71(DLAB1)写除数锁存器低8位设置数据格式(通信字)写除数锁存器高8位设置MODEM控制字设置中断允许字1 1、根据波特率来设置除数寄存器，为、根据波特率来设置除数寄存器，为了能对除数寄存器写入，先要使了能对除数寄存器写入，先要使LCRLCR的的D D7 7位置位置1 12 2、要设置通信数据的格式，则通过对、要设置通信数据的格式，则通过对LCRLCR置数，并使其置数，并使其D D7 70 0来实现来实现3 3、要使用中断，则要设置中断允许寄、要使用中断，则要设置中断允

19、许寄存器存器IERIER的状态的状态4 4、设置、设置MCRMCR参数，通常为参数，通常为03H03H，使，使82508250输出输出DTRDTR和和RTSRTS两个控制信号；在两个控制信号；在PCPC机机中，要使用中断，中，要使用中断，OUTOUT1 1端应置为端应置为1 1图图36 825036 8250的连接的连接D0D7IORAEND0D7A3时 钟发生器&A4A5A6A7A8A9IOWMRRESETDISTRDOSTRADSDISTRDOSTRCS2CS0CS12k5V1A0A1A2A0A1A2BAUDOUTRCLKXTAL1INTRINTR1.8432 MHz8250SOU

20、T1MC1488SINMC14891DTR1RTSRLSDDSRCTSRIXTAL2DDISCSOUTNC空脚OUT1OUT22k5V系统总线信号11111v在图在图36中，中，8250的地址为的地址为03F8H到到03FFH。根据该图，对。根据该图，对8250进行初进行初始化的程序如下：始化的程序如下：v INT50：MOV DX，3FBHv MOV AL，80Hv OUT DX，AL ；v ; D7=1即即DLAB=1 v MOV DX，3F8Hv MOV AL，60Hv OUT DX，AL；锁存除数低；锁存除数低8位位v INC DXv MOV AL，0v OUT DX，AL ；锁存除数

21、高；锁存除数高8位位v MOV DX，3FBHv MOV AL，0AHv OUT DX，AL；初始化通信控制寄存器；初始化通信控制寄存器v MOV DX，3FCHv MOV AL，03Hv OUT DX，AL；初始化；初始化MODEM控制器控制器 v MOV DX，3F9Hv MOV AL，0v OUT DX，AL；写中断允许寄存器；写中断允许寄存器 v REVPG： MOV DX，3FDHv WAITRE： IN AL，DXv TEST AL，1EHv JNZ ERRORv TEST AL，01Hv JZ WAITREv MOV DX，3F8Hv IN AL，DXv AND AL，7FH I

22、NISIR：MOV DX，3FBHv MOV AL，80Hv OUT DX，AL；置置DLAB=1v MOV DX，3F8Hv MOV AL，0CHv OUT DX，ALv MOV DX，3F9Hv MOV AL，0；置除数为置除数为000CH，规定波特率为，规定波特率为9600波特波特 v OUT DX，ALvMOV DX，3FBHvMOV AL，0AHvOUT DX，AL；初始化通信控制寄存器初始化通信控制寄存器vMOV DX，3FCHvMOV AL，0BHvOUT DX，AL；初始化初始化MODEM寄存器寄存器vMOV DX，3F9HvMOV AL，01HvOUT DX，AL；初始化中断

23、允许寄存器初始化中断允许寄存器vSTI；允许接收数据寄存器满产生中断允许接收数据寄存器满产生中断 v RECVE：PUSH AXv PUSH BXv PUSH DXv PUSH DSv MOV DX，3FDHv IN AL，DX 6.3 8251A可编程通信接口可编程通信接口1 1个数据输入缓冲器，个数据输入缓冲器，1 1个数据输出缓冲器，个数据输出缓冲器，1 1个发送移位寄存器和个发送移位寄存器和1 1个接收个接收移位寄存器；移位寄存器；1 1个控制寄存器和个控制寄存器和1 1个状态寄存器；个状态寄存器；1 1个模式寄存器和个模式寄存器和2 2个同步个同步字符寄存器字符寄存器6.3.1 82

24、51A的编程结构的编程结构 数据输入缓冲器和数据输出缓冲器使用同一端口地址数据输入缓冲器和数据输出缓冲器使用同一端口地址 接收移位寄存器实现接收移位寄存器实现8位的串并转换，后将数据送到数据输入缓冲寄存器位的串并转换，后将数据送到数据输入缓冲寄存器 CPU将发送数据送到将发送数据送到总线总线数据输出数据输出缓冲器缓冲器发送移位寄存器发送移位寄存器 控制寄存器用来控制控制寄存器用来控制8251A的工作的工作 状态寄存器则在状态寄存器则在8251A的工作过程中为执行程序提供一定的状态信息的工作过程中为执行程序提供一定的状态信息 模式寄存器的内容决定了模式寄存器的内容决定了8251A的工作模式，接收

25、发送字符的格式的工作模式，接收发送字符的格式 2个同步字符寄存器用来容纳同步方式中所用的同步字符个同步字符寄存器用来容纳同步方式中所用的同步字符6.3.2 8251A的工作原理的工作原理v1接收（缓冲）器接收器接收来自RxD脚上的串行数据，并按规定的格式把它转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。v2发送（缓冲）器发送器接收CPU送至的并行数据，加上起始位、奇偶校验位和停止位，然后由TxD脚发送。v3接收控制电路接收控制电路使配合接收缓冲器工作的。 在异步方式下，芯片复位后，确定启动位在异步方式下，芯片复位后，确定启动位 消除假启动干扰消除假启动干扰 对接收到的信息进行奇偶校验对接收到的信息进

26、行奇偶校验 检测停止位，并按照检测结果，建立状态位检测停止位，并按照检测结果，建立状态位v4发送控制电路发送控制电路使配合发送缓冲器工作的。 在异步方式下，为数据加上起始位、校验位和停止位在异步方式下，为数据加上起始位、校验位和停止位 在同步方式下，插入同步字符在同步方式下，插入同步字符v5数据总线缓冲器 用来把8251A和系统总线相连，发送和接收，此外，也通过数据总线缓冲器传输。v6读/写控制逻辑电路 配合数据总线缓冲器工作v7调制解调控制逻辑电路 简化8251A和调制解调器的连接v1异步接收方式 A：起始位每隔半个数据位（相当与8倍的波特率）采样两次 B：正常数据每1个数据位（相当与16倍

27、的波特率）采样一次 C：对于少于8位的数据，8251则将他们的高位补上02 8251A的发送和接收的发送和接收v 异步接收异步接收v 异步发送异步发送v 同步接收同步接收v 同步发送同步发送v2异步发送方式 A：当程序置TxEN和CTS位有效后，便开始发送过程 B：发送器要为数据加起始位、奇偶校验位、停止位等，在发送时钟TxC下降沿发送，波特率可通过编程选择v3同步接收方式 A：单同步字符，接收后与同步字符寄存器的内容相比较 B：双同步字符，接收后与同步寄存器比较两次 C：外同步，只要SYNDET端高电平能维持一个接收时钟周期，认为已经同步v4同步发送方式 A：在程序置TxEN和CTS为有效后

28、，才能开始发送过程 B：发送过程开始后，发送器先发送一个或者两个同步符，后发送数据 C：发送器会根据编程要求，加奇偶校验位，同时，会根据情况，在数据之间插入同步字符。6.3.3 8251A的引脚功能的引脚功能v18251A和CPU之间的连接信号 A：片选信号 CS B：数据信号线 D7D0 C：读、写信号线 D：收发联络信号RDWRC/DTxRDYTxE：RxRDY：接收器准备好信号，接收器准备好信号，1，表示，表示8251已经从外部设已经从外部设备或调制解调器接收到一个字符，等待备或调制解调器接收到一个字符，等待CPU取走取走SYNDET：同步检测信号，只用于同步方式，分内同步和外同步检测信号，只用于同步方式，分内同步和外同步两种同步两种v28251A和外部设备之间的连接信号 A：收发联络信号 DTR：DSR：RTS：CTS：B：数据信号线 TxD：发送器数据信号端发送器数据信号端RxD：接收器数据信号端：接收器数据信号端C：时钟信号 CLK：用来产生用来产生8251的内部时序的内部时序TxC：发送器时钟，同步：频率等于字符传输的波特率发送器时钟，同步：