第10章串行接口8251

1、12第10章 串行通信接口n教学重点教学重点n 异步通信协议和异步通信协议和RS232CRS232C接口接口n 82518251的内部结构和编程的内部结构和编程 n 异步通信程序异步通信程序310.1 串行通信基础n串行通信：用一根信号线将数据逐位顺序串行通信：用一根信号线将数据逐位顺序传送传送n串行通信的优势：通信线路少，在远距离串行通信的优势：通信线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本；通信时可以极大地降低成本；适合于远距适合于远距离数据传送，离数据传送，也常用于速度要求不高的近也常用于速度要求不高的近距离数据传送距离数据传送nPC系列机上有两个串行异步通信接口，键系列机上有两个串行异步

2、通信接口，键盘盘/鼠标器鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数显示器与主机间亦采用串行数据传送。据传送。4串行通信的种类：n串行异步通信串行异步通信不传送时钟信号不传送时钟信号n串行同步通信串行同步通信传送时钟信号传送时钟信号n自同步：发送时将传送数据与时钟进行编自同步：发送时将传送数据与时钟进行编码，接收时解码码，接收时解码n单同步单同步n双同步双同步n外同步：另用一根时钟线专门用来传送时外同步：另用一根时钟线专门用来传送时钟信号钟信号51. 同步通信通信双方使用同一时钟n以数据块（帧）为传输单位以数据块（帧）为传输单位n双方使用同一时钟双方使用同一时钟（主控方提供时钟，被控方（主控方提供时钟，

3、被控方接收时钟）接收时钟）n外同步：时钟信号另外安排一根传输线外同步：时钟信号另外安排一根传输线n自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时钟接收时译码出时钟n数据格式：每个数据块前加数据格式：每个数据块前加1 12 2个同步字符个同步字符（同步头）进行帧同步，一般采用（同步头）进行帧同步，一般采用CRCCRC循环冗循环冗余校验码余校验码6n同步通信的数据传输效率和传输速率较高，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但硬件电路比较复杂n串行同步通信主要应用在网络当中，最常使串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信协

4、议有高级数据链路控制协议用的同步通信协议有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校验同步字符同步字符7同步通信的数据格式同步字符同步字符数据场数据场同步字符同步字符1 1 同步字符同步字符2 2CRC 1数据场数据场CRC 2CRC 1CRC 2单同步格式单同步格式双同步格式双同步格式标志符标志符01111110地址符地址符8位位数据场数据场CRC 1 CRC 2 SDLC格式格式标志符标志符01111110数据场数据场CRC 1 CRC 2外同步格式外同步格式标志符标志符01111110地址符地址符8位位控制符控制符8位位数据信息数据信息CRC 1 C

5、RC 2标志符标志符01111110 HDLC格式格式8n1.1.单同步和双同步单同步和双同步( (又称为内同步又称为内同步) )n单同步和双同步信息格式中的同步字符是单同步和双同步信息格式中的同步字符是由用户确定的。选择一个特殊的由用户确定的。选择一个特殊的8 8位二进制位二进制码作为同步字符码作为同步字符( (单单) )n选择两个特殊的选择两个特殊的8 8位二进制码作为同步字符位二进制码作为同步字符( (双同步双同步) )这一个或两个同步字符作为一帧这一个或两个同步字符作为一帧的开始的开始, ,全帧包括多个字符。全帧包括多个字符。n 9n2.2.外同步外同步n外同步与单同步、双同步的差别在

6、于数据块外同步与单同步、双同步的差别在于数据块前面没有同步字符前面没有同步字符, ,而是用数据块外的同步信而是用数据块外的同步信号表示数据传送开始。号表示数据传送开始。10n3.SDLC(3.SDLC(同步数据链同步数据链) )n是以是以0111111001111110作为标志符作为标志符, ,作为数据块传送起作为数据块传送起始和结束标志始和结束标志, ,跟在起始标志符之后的第二字跟在起始标志符之后的第二字节是一个节是一个8 8位地址符位地址符, ,接收器将收到的地址符接收器将收到的地址符同已存入的地址符相比较同已存入的地址符相比较, ,相同相同, ,就接收数据。就接收数据。112. 异步通信

7、通信双方使用各自的时钟n串行通信时的数据、控制和状态信息都使用串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送同一根信号线传送n收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程）：程）：n传送速率传送速率n信息格式信息格式n位同步位同步n帧同步帧同步n数据校验数据校验n错误处理错误处理n串行异步通信串行异步通信以字符为单位以字符为单位进行传输进行传输n数据格式：数据格式：起止式异步通信协议起止式异步通信协议12起止式异步通信协议n起始位起始位每个字符开始传送的标志，每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑起始位采用逻辑0电平电平起始位起始位附加位附加位停止位停

8、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 1n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n附加位附加位该位可用于校验或数据标识：该位可用于校验或数据标识：可选择奇检验、偶校验或无校验位可选择奇检验、偶校验或无校验位n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。停止位为逻辑位为逻辑1电平，可选择电平，可选择1、1.5、2位。位。n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

9、送13n 要传送一个字符要传送一个字符K,K,若数据格式约定为若数据格式约定为: :字符字符K K用用7 7位位ASCIIASCII码表示码表示,1,1位偶校验位位偶校验位,1,1位起始位位起始位, ,共共1010位位, ,则则异步方式传送字符异步方式传送字符K K时时, ,在串行传输线上的波形如下图在串行传输线上的波形如下图所示所示, ,将其写成将其写成ASCIIASCII码码, ,即把它的最低有效位写在右即把它的最低有效位写在右n边时为边时为1001011=4B1001011=4B。0 1 1 0 1 0 0 1 0 1起始位偶校验停止位字符字符K的传输波形的传输波形14数据传输速率n数据

10、传输速率也称数据传输速率也称比特率比特率（Bit Rate）n每秒传输的二进制位数每秒传输的二进制位数bpsn字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据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传输速率的倒数n当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于比特率还等于波特率波特率（Baud Rate）n过去，串行通信（异步）的数据传输速率限制在过去，串行通信（异步）的数据传输速率限制在50 bps到到9600 bps之间。之间。n现在，串行通信可以达到现在，串行通信可以达到115200 bps或更高或更高(1)波特率波

11、特率15n例例1.1.设一个串行字符由设一个串行字符由1 1位起始位、位起始位、7 7位数据位，位数据位，1 1位奇偶校验位和位奇偶校验位和1 1位停止位构成，每秒钟传送位停止位构成，每秒钟传送120120个个字符，则数据传送的波特率为：字符，则数据传送的波特率为：n 1010位位/ /字符字符120120字符字符/S=120/S=120位位/S=1200/S=1200波特波特n传送每位信息所占用的时间为：传送每位信息所占用的时间为：1S/1200=0.833ms1S/1200=0.833msn关于同步传送的传输率也为关于同步传送的传输率也为12001200波特波特, ,用用4 4个同步字个同

12、步字符作为信息帧头部符作为信息帧头部, ,字符中不设奇偶校验位字符中不设奇偶校验位, ,被传送被传送的字符和同步字符均为的字符和同步字符均为7 7位位, ,那么传送那么传送100100个字符所个字符所用用n的时间为的时间为7(4+100)/1200=0.60677(4+100)/1200=0.6067秒。这就是说每秒秒。这就是说每秒n的字符数可达的字符数可达100/0.6067=165100/0.6067=165个。可见个。可见, ,在相同的在相同的传输下传输下, ,同步字符的实际字符传输要比异步时高。同步字符的实际字符传输要比异步时高。16n （2 2）发送）发送/ /接收时钟接收时钟n在异

13、步串行中，发送端需要用一定频率的时钟来决定在异步串行中，发送端需要用一定频率的时钟来决定n发送每一个数据所占的时间长度（称为位宽度），接收发送每一个数据所占的时间长度（称为位宽度），接收端也要用一定的频率的时钟来测定每一位输入数据的位端也要用一定的频率的时钟来测定每一位输入数据的位宽度。在异步通信中，总是根据数据传输的波特率来确宽度。在异步通信中，总是根据数据传输的波特率来确定收定收/ /发时钟的频率。通常，收发时钟的频率。通常，收/ /发时钟的频率发时钟的频率n总是取位传输率（即波特率）的总是取位传输率（即波特率）的1616倍、倍、3232倍或倍或6464倍，这倍，这有利于在位信号的中间对每

14、位数据进行采样减少读有利于在位信号的中间对每位数据进行采样减少读n数错误。数错误。 收收/ /发时钟频率与波特率间的关系：发时钟频率与波特率间的关系：n收收/ /发时钟频率发时钟频率=n=n波特率波特率n收收/ /发波特率发波特率= =收收/ /发时钟发时钟/n (/n (其中其中 n=1,16,64)n=1,16,64)17n式中式中n n叫波特率系数或波特率因子叫波特率系数或波特率因子, ,它的取值可为它的取值可为1,16,321,16,32或或6464。但对可编程串行接口芯片。但对可编程串行接口芯片8251A8251A来说来说,n,n不不n能取能取32,32,只能取只能取1,161,16

15、或或6464。由上可知。由上可知, ,在实际应用中在实际应用中, ,可可n根据所需要的传输波特率和选取的波特率因子根据所需要的传输波特率和选取的波特率因子n n来确定来确定n收收/ /发时钟的频率。发时钟的频率。n例例: :若要求传输速率为若要求传输速率为24002400波特波特, ,则则: :n 当取当取n=1n=1时时, ,收收/ /发时钟频率为发时钟频率为2.4KHz2.4KHzn 当取当取n=16n=16时时, ,收收/ /发时钟频率为发时钟频率为38.4KHz38.4KHzn 当取当取n=64n=64时时, ,收收/ /发时钟频率为发时钟频率为153.6KHz153.6KHzn(3)

16、(3)传输距离与传输速率的关系传输距离与传输速率的关系n通过串口不产生信号畸变和失真的条件下通过串口不产生信号畸变和失真的条件下, ,所能传送的所能传送的最大距离与传输速率的电气性能有关。最大距离与传输速率的电气性能有关。18n对于同一种传输线，传输距离是随传输率的增加而对于同一种传输线，传输距离是随传输率的增加而减少。减少。图图8-408-40所示为使用每英尺有所示为使用每英尺有50pf50pf分布电容的分布电容的n非平衡双屏蔽线时，传输距离随波特率变化的曲线。非平衡双屏蔽线时，传输距离随波特率变化的曲线。100500200100020005000100500 1000 5000 10000

17、193. 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204. 远距离传输和调制解调器n串行数据的远传串行数据的远传n提高电平摆幅提高电平摆幅RS232-C标准标准n采用平衡式传输采用平衡式传输RS422/RS485n采用电流信号采用电流信号20mA电流环电流环n利用电话线和声频信号利用电话线和声频信号调制调制/解调解调n调制（调制（Modulating）和解调（）和解调（Demodulating）n把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号n将电话线路上的模拟信号转换为数字信号将电话线路上的模拟信号转换为数字信号n调制

18、解调器（调制解调器（MODEM）n具有调制和解调功能的联合装置具有调制和解调功能的联合装置21n计算机串行通信是一种数字计算机串行通信是一种数字“0”0”和和“1”1”的通信的通信。n它要求信号传输介质具有较宽的通频带，而远距离串行通信经常借用电话线作为传输介质，电话线频带较窄，约在303000Hz之间，如下图所示。当数字信号n直接通过电话线传送时，在303000Hz之外的部分信n号丢失，造成严重的信号畸变。fK303000电话线频带图电话线频带图2223n调制方法有多种，下图所示的调制方法有多种，下图所示的FSKFSK移频键控是目前使移频键控是目前使用最广泛的一种调制方法。用最广泛的一种调制

19、方法。-+输出输出频率频率1频率频率2K1K2R1R2R3A2410.2 串行接口标准RS-232Cn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n1962年公布，年公布，1969年修订年修订n1987年年1月正式改名为月正式改名为EIA-232Dn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n现已成为数据终端设备现已成为数据终端设备DTE与数据通信设备与数据通信设备DCE的标准接口的标准接口nDTE数据终端设备，例如计算机数据终端设备，例如计算机nDCE数据通信设备（数传机），例如调制解调器）数据通信设备（数传机），例如调制解调器）n可实现远

20、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n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25DTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器计算机计算机计算机计算机电话线电话线RS-232C接口RS-232C接口RS-232C接口的使用场合2610.2.1 RS-232C的引脚定义n232C接口标准使用一个25针连接器n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接口信号面向使用调制解调器的串行异步通信，可支持两个通信信道：n主信道：主信道：用于数据传送n次信道：次信道：次信道为辅助串行通道，主要提供通道控制

21、，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27RS-232C的引脚（1）nTxD：发送数据（终端发送数据（终端数传机）数传机）n串行数据的发送端串行数据的发送端nRxD：接收数据（终端接收数据（终端数传机）数传机）n串行数据的接收端串行数据的接收端28RS-232C的引脚（2）nRTS：请求发送（终端：请求发送（终端数传机）数传机）n当数据终端设备准备好送出数据时，就发出当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准信号，用于通知数据通信设备准备接收数据备接收数据nCTS：清除发送（允许发送）：清除发送（允许发送）(终端终端数传机）数传

22、机）当数据通信设备已准备好接收数据终端设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，发出备的传送数据时，发出CTS有效信号来响有效信号来响应应RTS信号信号RTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备间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一对用于数据发送的联络信号29RS-232C的引脚（3）nDTR：数据终端准备好（终端数据终端准备好（终端数传机）数传机）n通常当数据终端设备一加电，该信号就有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效，表明数据终端设备准备就绪nDSR：数据装置准备好（终端数据装置准备好（终端数传机）数传机）n通常表示数据通

23、信设备（即数据装置）已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，并处在数据传接通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式输方式DTR和和DSR也可用做数据终端设备与数据通也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收信设备间的联络信号，例如应答数据接收30RS-232C的引脚（4）nGND：信号地信号地n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nCD：载波检测（载波检测（DCD） （终端（终端数传机）数传机）n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

24、脚向数据终端设备提供有效信号nRI：振铃指示（终端振铃指示（终端数传机）数传机）n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31RS-232C的引脚（5）n保护地保护地（机壳地）（机壳地）n起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设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备的使用规定，连接到设备的外壳或大地nTxC：发送器时钟：发送器时钟n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nRxC：接收器时钟：接收器时钟n控制数据终端接收串行

25、数据的时钟信号控制数据终端接收串行数据的时钟信号3210.2.2 RS-232C的连接n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n微机利用微机利用232C接口接口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，所以被称为称为零调制解调器零调制解调器（Null Modem）连接）连接33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DSR数据终端准备好

26、数据终端准备好DTR发送数据发送数据TxD接收数据接收数据RxD请求发送请求发送RTS允许发送允许发送CTS信号地信号地GND载波检测载波检测CD振铃指示振铃指示RI微机微机2345678202234不使用联络信号的3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交叉连接，程序交叉连接，程序中不必使中不必使RTS和和DTR有效，也不检测有效，也不检测CTS和和DSR是否有效是否有效 TxDRxD35“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

27、是允许、数据装置总准备好微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机TxDRxDDSRDTRRTSCTS36使用联络信号的多线相连方式通信比较可靠，所用连线较多，不如通信比较可靠，所用连线较多，不如前者经济前者经济微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTS3710.2.3 RS-232C的电气特性n232C接口采用接口采用EIA电平（负逻辑）电平（负逻辑）n“0” 电平为电平为3V15Vn“1”电平为电平为3V15Vn实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平（正逻辑）电平（正逻辑）n“1”电平：电平：2.4V5Vn“

28、0”电平：电平：0V0.8V相互转换相互转换3810.3 RS-44910.3 RS-449、RS-422/423RS-422/423和和RS-485RS-485n10.3.1 RS-44910.3.1 RS-449nRS-449是1977年公布的新串行总线标准,与nRS-232C兼容。n(1)传送速率高,可达可达90Kbps,90Kbps,可不使用MODEM。 （2）可使用多点或公用线通信，传送距离在传送距离在12001200米。米。 （3）利用信号线之间的信号电压差进行传输，并且躁 声低。 （4）提供了两种标准连接，一种是37脚，一种是9脚 以适应不同的需要。3910.3.2 RS-422

29、/42310.3.2 RS-422/423n1. RS-422 1. RS-422 n (1) (1)采用平衡式双端线传输信号采用平衡式双端线传输信号, ,即采用了平衡发即采用了平衡发送器和差动接收器送器和差动接收器, ,见下图所示。见下图所示。n (2)(2)传输速度快传输速度快, ,传输距离长传输距离长, ,最大传输速率可达最大传输速率可达n10Mbps,10Mbps,在此速率下传送可达在此速率下传送可达120120米。米。n (3)(3)当速率降至当速率降至90Kbps,90Kbps,最大传送距离为最大传送距离为12001200米。米。+TTLTTL平衡发送器平衡发送器RS-422RS-

30、422(平衡式平衡式)402.RS-4232.RS-423n采用非平衡式传输采用非平衡式传输, ,使用单端使用单端( (非平衡非平衡) )发送器和发送器和n差动接收器差动接收器, ,见下图所示。见下图所示。 (1)(1)采用不平衡信号差传输和差动式接收采用不平衡信号差传输和差动式接收, ,增加其抗干扰增加其抗干扰性。性。 (2)(2)比比RS-232CRS-232C有大的传输距离和更高的传输速度。有大的传输距离和更高的传输速度。nRS-423RS-423在在9090米长电缆上传送数据最大速率可达米长电缆上传送数据最大速率可达100Kbps,100Kbps,若速率降到若速率降到11Kbps,11

31、Kbps,则允许电缆长度为则允许电缆长度为12001200米。米。（3 3）RS-423RS-423标准规定：逻辑标准规定：逻辑“1”1”电平为电平为+200mv+200mv+6V+6V 逻辑逻辑“0”0”电平为电平为-200mv-200mv-6V-6VRS-423RS-423允许在传送线上连接多个接收器，此时允许在传送线上连接多个接收器，此时 “ “1”1”为为+4+4+6V+6V；逻辑；逻辑“0”0”为为-4-4-6V-6V41无公共地无公共地TTLTTLRS-423单端发送器单端发送器差动接收器差动接收器RS-423（非平衡式）（非平衡式）4210.3.3 RS-48510.3.3 RS

32、-485nRS-485RS-485总线标准是对总线标准是对RS-423RS-423标准在性能上扩展标准在性能上扩展, ,它是一它是一种多发送器的串行总线标准。种多发送器的串行总线标准。RS-485RS-485允许双导线上允许双导线上n一个发送器可驱动多达一个发送器可驱动多达3232个负载设备个负载设备, ,这些负载设备可这些负载设备可以是接收器、被动发送器或收发器。以是接收器、被动发送器或收发器。nRS-485RS-485标准总线的显著特点主要表现在标准总线的显著特点主要表现在: :n(1)(1)一个发送器可驱动多个负载设备一个发送器可驱动多个负载设备, ,特别适合现场测特别适合现场测n 控网

33、络结构应用。控网络结构应用。 （2 2）平衡连接电缆应采用屏蔽电缆，电缆的两端点分）平衡连接电缆应采用屏蔽电缆，电缆的两端点分 别接终端电阻。别接终端电阻。 （3 3）挂接在平衡电缆上每个设备均要接地，电缆的屏）挂接在平衡电缆上每个设备均要接地，电缆的屏 蔽层要与电缆设备的机壳相连。蔽层要与电缆设备的机壳相连。4310.3.4 20mA10.3.4 20mA电流环电流环n20mA20mA电流环是一种未正式颁布而又使用十分广泛的串电流环是一种未正式颁布而又使用十分广泛的串行总线标准。行总线标准。n1.20mA1.20mA电流环的主要特点电流环的主要特点: :n(1)20mA(1)20mA电流环使

34、用电流信号的电流环使用电流信号的“有有”和和“无无”来表来表n 示逻辑示逻辑“1”1”和逻辑和逻辑“0”0”。 （2 2）20mA20mA电流环属串行异步通信接口标准，发送数据电流环属串行异步通信接口标准，发送数据时必须以无电流的起始位作为传送字符的起始位。时必须以无电流的起始位作为传送字符的起始位。 （3 3）由于）由于20mA20mA电流通常选用高电压大电阻产生，所以电流通常选用高电压大电阻产生，所以低电阻传输导线对电气躁声不敏感，大大增强了低电阻传输导线对电气躁声不敏感，大大增强了20mA20mA电流环的抗干扰能力，容易实现光电隔离。电流环的抗干扰能力，容易实现光电隔离。2.20mA2.

35、20mA电流环串行接口的实现电流环串行接口的实现 实用实用20mA20mA电流环接口方法见下图所示。电流环接口方法见下图所示。44TTL输入1234568328+5V+5V56K10050VCC TIL110光偶合器SN74141/275452TTL数据输出20mA电流环接口电路电流环接口电路发送端由SN75452将TTL电平数据转换成20mA环路电流，远距离串行传输线上流过的是20mA电流信号，在接收经光电隔离并转换成TTL电平信号。10.4 10.4 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251A8251A8251A8251A的基本性能的基本性能 8251A8251A的基本工作原理的基本工

36、作原理 8251A8251A的对外信号的对外信号 8251A8251A的编程的编程 8251A8251A编程举例编程举例 8251A8251A的使用实例的使用实例 10.4.1 8251A10.4.1 8251A的基本性能的基本性能 可以工作在同步或异步方式。 在同步方式时，能用5、6、7或8位代表字符能自动检测同步字符允许奇偶校验。在异步方式下能用5、6、7或8位代表字符，用1位作为奇偶校验。能增加1个启动位能增加1个、1.5个或2个停止位。 10.4.2 8251A10.4.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理 8251A的编程结构 8251A的功能结构 8251A的发送和接收 1.

37、8251A1.8251A的编程结构的编程结构具体编程结构和外部连接如下图具体编程结构和外部连接如下图 2 28251A8251A的功能结构的功能结构 接收控制电路的功能： 复位后寻找启动位。消除假启动干扰。对接收到的信息进行奇偶校验。检测停止位。发送控制电路功能：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，插入同步字符和校验位。 读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路功能：接收WR，写入数据和控制字接收RD，读取数据或状态字接收C/D 控制/数据信号,双功能信号。C/D=0,选择8251A数据端口C/D=1,选择8251A控制端口接收CLK，完成内部定时。接收RESET。图图8-4

38、9 8251A的内部结构的内部结构 3. 8251A3. 8251A的发送和接收的发送和接收 (1) 异步接收方式 (2) 异步发送方式下图为8251A工作在异步方式时的数据传输格式 (3) 同步接收方式 (4) 同步发送方式 下图为8251A工作在同步方式时的数据传输格式 10.4.3 8251A10.4.3 8251A的对外信号的对外信号 8251A和CPU之间的连接信号 8251A与外部设备之间的连接信号 1. 8251A1. 8251A和和CPUCPU之间的连接信号之间的连接信号 (1) 片选信号 CS为低电平时，8251A被选中(2) 数据信号 D7D0与系统的数据总线相连 (3)

39、读写控制信号 RD为读信号。WR为写信号。C/D为控制/数据信号。 (4) 收发联络信号TXRDY为发送器准备好信号TXE 发送器空信号RXRDY 接收器准备好信号SYNDET 同步检测信号2. 8251A2. 8251A与外部设备之间的连接信号与外部设备之间的连接信号 (1) 收发联络信号 DTR 数据终端准备好信号 DSR 数据设备准备好信号 RTS 请求发送信号 CTS 清除请求发送信号 (2) 数据信号 TXD 发送器数据信号端 RXD 接收器数据信号端 10.4.4 8251A10.4.4 8251A的编程的编程 8 8位接口和位接口和1616位数据总线的连接问题位数据总线的连接问题

40、 8251A8251A的初始化的初始化 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 控制寄存器的格式控制寄存器的格式 状态寄存器的格式状态寄存器的格式 1. 1. 关于关于8 8位接口芯片和位接口芯片和1616位数据总线的连接问题位数据总线的连接问题 解决方法：硬件上，将总线的A1与芯片的A0相连软件上，用连续的偶地址代替奇偶地址 2. 8251A2. 8251A的初始化的初始化 8251A初始化的约定 ：复位后，用奇地址写入的值送模式寄存器。 若为同步模式，接着往奇地址端口输出的字节为同步字符。此后，除复位命令，往奇地址写入的值将送到控制寄存器，往偶地址端口写入的值送到数据输出寄存器。 8251A的初

41、始化流程图的初始化流程图 3. 3. 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 下图为8251A模式寄存器的格式(a) 异步模式；(b) 同步模式 8251方式选择控制字方式选择控制字异步方式异步方式同步方式同步方式 当B2B1=00时为同步方式,当B2B1=00时工作于异步方式 若为异步方式,由B2B1确定波特率系数(即波特率因子) 此时,收发时钟(RXC和TXC)频率,波特率和波特率因子三者有以下关系: 收、发时钟频率收、发时钟频率= =收、发波特率收、发波特率波特率因子波特率因子 或收、发波特率或收、发波特率= =收、发时钟频率收、发时钟频率/ /波特率因子波特率因子 例如,若收发波特率为120

42、0,波特率因子为16,则收发时钟频率为120016=19.2KHz。 例:某异步通信中,其数据格式为:1位起始位,1位停止位, 7位数据位,奇校验,波特率系数为16,则其异步方式选择 控制字为控制字为:01011010B=5AH:01011010B=5AH MOV DX,3F9H;8251A的控制口地址 MOV AL,5AH;异步方式选择控制字 OUT DX,AL;异步方式写入控制口 在同步通信中,设帧数据格式为:字符长度8位,双同步且内同步,偶校验,则同步方式选择控则同步方式选择控制字为制字为: : 00111100B=3CH00111100B=3CH。 将方式控制字写入控制口的程序段为:

43、MOV DX,3F9H;8251A控制口地址 MOV AL,3CH;同步方式选择控制字 OUT DX,AL;同步方式字写入控制口 4. 4. 控制寄存器的格式控制寄存器的格式 8251A操作命令字格式操作命令字格式PE 奇偶错误标志奇偶错误标志OE溢出错误标志溢出错误标志FE帧格式错误标志帧格式错误标志1 允许发送允许发送0禁止发送禁止发送1允许接收允许接收0禁止接收禁止接收0正常工作 例例: :某异步通信中,要求8251A内部复位,允许接收,允许发送,全部错误标志复位,则操作命令字为则操作命令字为: : 00010101=15H00010101=15H。 该操作命令字写入控制口的程序段为：

44、MOV DX，3F9H；8251A的控制口地址 MOV AL，40H；使内部复位操作命令字 OUT DX，AL MOV AL，15H；允许接收，允许发送，错误标 志复位的操作命令字 OUT DX，AL 5. 5. 状态寄存器的格式状态寄存器的格式 8251A的状态字格式的状态字格式 例：例：若要检查8251A的发送器是否准备好，则可用下列程序段实现： MOV DX，3F1H ；状态口地址K：IN AL，DX ；读状态字 AND AL，01H；查状态位D0=1？TXRDY=1？ JZ K ；发送未准备好，则等待 MOV DX，03F2H ；8251A数据口 MOV AL，AAH ；发送字符送AL

45、 OUT DX，AL ；发送字符写入8251A 又例：若要检查接收是否发生错误，则可用下列程序段实现： MOV DX，03F1H ；8251A的状态口 IN AL，DX ；读状态字 TEST AL，38H ；查状态位PE，OE，FE是 否为1 JNZ ERROR ；若其中有一位为“1”，则 转出错处理 10.4.5 8251A10.4.5 8251A编程举例编程举例 异步模式下的初始化程序举例 同步模式下的初始化程序举例 利用状态字进行编程的举例 1. 1. 异步模式下的初始化程序举例异步模式下的初始化程序举例 MOV AL，0FAHOUT 42H，AL；设置模式字，为异步模式； 波特率因子为

46、16；用7个数 据位，偶校验，2个停止位MOVAL，37HOUT42H，AL；设置控制字，使发送启动、 接收启动，并设置有关信号 0010111137H11111100FAH2. 2. 同步模式下的初始化程序举例同步模式下的初始化程序举例 MOV AL，38HOUT 42H，AL；设置模式字为同步模式，2 个同步字符，7个数据位，偶校验MOV AL，16HOUT 42H，ALOUT 42H，AL；两个同步字符均为16HMOV AL，97HOUT 42H，AL；设置控制字，并启动初始化编程举例初始化编程举例( (P308)P308) 例例1 1：设8251A工作与异步方式，波特率系数为16，每个

47、字符为8位，奇校验，1个停止位，允许接收，允许发送，并且发送准备就绪，全部错误标志复位，请按上述要求对8251A进行初始化，设控制口地址为设控制口地址为0F41H,0F41H, 数据口地址为数据口地址为0F40H0F40H。 方式选择控制字为：方式选择控制字为：01011110B=5EH 操作命令字为：操作命令字为：00110111B=37H 初始化程序如下：初始化程序如下： MOV DX，0F41H；8251A控制口地址 MOV AL，5EH；方式选择控制字,异步, OUT DX，AL 波特率16,8位数据位,奇校 验,1个停止位 MOV AL，37H；操作命令字,允许发送、接收 OUT D

48、X，AL 错误标志复位，发送准备就绪 例例2.2.设8251A工作于同步方式,且内同步,双同步,同步字符为16H,每个字符7个数据位,奇校验,允许接收,允许发送,同步检测,全部错误标志复位,控制口地址为0F41H,数据口地址为0F40H,请按上述要求对8251A进行初始化。 方式控制字为方式控制字为:00011000B=18H:00011000B=18H 操作命令字为操作命令字为:10010101B=95H:10010101B=95H 程序如下程序如下: : MOV DX,0F41H;8251A控制口地址 MOV AL,18H;方式字,双内同步,奇 校,7个数据位 OUT DX,AL;方式字写

49、入控制口 MOV AL,16H;同步字符 OUT DX,AL;送入第一同步字符(16H) OUT DX,AL;送入第二同步字符 MOV AL,95H;操作命令字 OUT DX,AL;操作命令字写入控制口 3. 3. 利用状态字进行编程的举例利用状态字进行编程的举例 MOV AL,0FAHOUT 42H,AL；设置模式字，异步模式，波 特率因子为16，7个数据 位，2个停止位，偶校验MOV AL,35HOUT 42H,AL ；设置控制字，并启动 MOV DI,0；变址寄存器初始化 MOV CX,80 ；共收取80个字符BEGIN: IN AL,42H TEST AL,02H JZ BEGIN；读

50、状态字并测试IN AL,40H ；读取字符MOV DX,OFFSET BUFFERMOV DX+DI,AL ；传输字符INC DI ；修改缓冲区指针IN AL,42H ；读取状态字TEST AL,38H ；测试有无错误 JNZ ERRORLOOP BEGIN ；如没有错，则接收 下1个字符 JMP EXIT ；如满80个字符，则结束ERROR: CALL ERR_OUT；调用出错处理程序EXIT: 10.4.6 8251A10.4.6 8251A的使用实例的使用实例 下图为用8251A作为CRT接口的实际例子 8251A8251A的初始化程序段的初始化程序段 : :INIT： XOR AX，A

51、X；AX清零 MOV CX，0003 MOV DX，00DAH;OUT1: CALL KKK LOOP OUT1 ；往控制端口DAH送3个0MOV AL，40H CALL KKK ；往控制端口送40H复位MOV AL，4EH CALL KKK ；设置模式字， 异步模式， 波特率因子为16，8位数据， 1位停止位MOVAL，27H CALLKKK；往设置命令字启动 . KKK：OUT DX，AL；将数据输出到指定端口 PUSH CX MOV CX，0002 ABC：LOOP ABC ；等待输出动作完成 POP CX ；恢复CX内容RET往往CRTCRT输出一个字符的程序段输出一个字符的程序段 C

52、HAROUT： MOV DX，0DAHSTATE：IN AL，DX；输入状态字 TEST AL，01 JZ STATE；不断测试状态位 MOV DX，0D8H；数据端口地址送DX POP AX ；AX中为要输出的字符 OUT DX，AL；往端口中输出一个字符8251A8251A的应用举例的应用举例 例例1.1.8086CPU利用8251A作串行接口实现与CRT终端间的串行传送。 8251A作为8086CPU与CRT终端间的接口如图8-57所示,ALE信号有效时,将CPU送来的地址锁存。地址线A0接C/D端用于选择8251A的数据口或控制口。波特率发生器输出频率为76.8KHz,向8251A提供

53、规定的收/发时钟(RXC和TXC),由于8251A输入输出都是TTL电平,而CRT是 RS-232电平,所以要通过1488及1489进行电平转换。 8251A8251A工作方式的确定：工作方式的确定：异步方式，1个停止位，8位数据位，偶校验，波特率系数为16。CPU用查询方式将缓冲区字符“HELLO”送CRT上显示。 显示字符存放在数据段， 首地址为首地址为2000H2000H； 控制口地址为控制口地址为04F2H04F2H； 数据口地址为数据口地址为04F0H04F0H。方式选择控制字为方式选择控制字为01111110B=7EH01111110B=7EH操作命令字为操作命令字为0011001

54、1B=33H00110011B=33H 地址锁存器 地址译码器A7A1A0ENSTBCSC/DRDWRCLK8251A8086AD15AD0ALEM/IOM/IORDWRCLK电平转换电平转换CRT 终终 端端波特率波特率发生器发生器RXDTXDDTRDSRTXCRXCD70图图8-57 8086与与CRT终端接口连接终端接口连接 EDATA SEGMENT DISBUF DB 48H，45H，4CH，4FH，0DH，0AH ；HELLO字符的ASCII码 EDATA ENDS MAIN： MOV DX，04F2H；8251A的控制口 MOV AL，40H；内部复位（软件复位） OUT DX，

55、AL MOV AL，7EH；方式选择控制字 OUT DX，AL MOV AL，33H；操作命令字 OUT DX，AL MOV BX，2000H；显示缓冲区首地址 MOV CX，07H；显示字符个数 WAT： MOV DX，04F2H；8251A的状态口 IN AL，DX；读状态字 TEST AL，80H ；查数据装置是否准备就 绪？即查DSR JZ WAT ；未准备就绪，等待 MOV DX，04F0H；8251A数据口 MOV AL，BX；从显示缓冲区取数据 OUT DX，AL ；将显示字符送8251A数据口 INC BX ；修改显示缓冲区地址 DEC CX ；字符个数减1 JNZ WAT ；

56、未传送完，继续送CRT显示 HLT例例2.2.利用8251A串行接口芯片通过RS-232C标准串行总线连接甲、乙两台8086微机实现双机串行通信,由甲机向乙机传送256个字符数据。通信有关约定如下: 双方采用异步、半双工方式，通信时均认为对方已准备就绪，通信数据格式为，每个字符7个数据位，2个停止位、偶校验，波特率系数为16。 CPU与8251A之间采用查询方式交换数据, 8251A8251A的数据口地址为的数据口地址为3F0H,3F0H, 控制口地址为控制口地址为3F2H,3F2H, 发送数据存放的数据区首地址为发送数据存放的数据区首地址为2000H2000H 接收数据的有效地址为接收数据的

57、有效地址为4000H4000H。 收/发时钟RXC和TXC由8253的通道1提供,输出频率为153.6KHz,8253工作于方式3,输入时钟CLK,频率为2MHz,它由CPU 8MHz的主时钟经分频后得到。分频分频分频分频波特波特率发率发生器生器波特波特率发率发生器生器电平电平变换变换电平电平变换变换D7D0TXDRXDRXDTXDGNDGNDTXDRXDTXDRXDD7D0D7D0RDRDWRWRA1RDWRA1RESETRESETRETRETCLKCLKCLK 8086 CPU 8086 CPU8251A8251AD7D0EIA/TTLEIA/TTL图图8-58 双机串行通信硬件连接双机串

58、行通信硬件连接C/D发送端与接送端的方式选择控制字为发送端与接送端的方式选择控制字为11111010B=FAH,11111010B=FAH,发送端操作命令字为发送端操作命令字为00010001B=11H,00010001B=11H,接送端操作命令字为接送端操作命令字为14H14H 发送端的发送程序如下发送端的发送程序如下: : BEGIN-T: MOV DX,3F2H;8251A的控制口地址 MOV AL,40H ;内部复位(软件复位) OUT DX,AL MOV AL,FAH;方式选择控制字,异 步,7数,2 OUT DX,AL ;位停,偶校验,波特率系 数16 MOV AL,11H;操作命

59、令字,错误复位,允许发 OUT DX,AL; 送 MOV DI,2000H;发送数据区首地址 MOV CX,FFH;发送数据字符个数 NEX-T: MOV DX,3F2H;8251A控制口地址 IN AL,DX;读状态 TEST AL,01H;查状态位TXRDY是否 有效? JZ NEXT-T ;发送未准备好,继续 查询等待 MOV DX,3F0H;发送准备好,送8251A数 据口地址,准备发送数据 MOV AL,DI;从发送区取一字符送AL OUT DX,AL;向8251A输出一个数据 INC DI ;修改发送区地址指针 LOOP NEXT-T ;未发送完,继续发送 HLT ;送完,暂停 接

60、收端的接收程序如下接收端的接收程序如下: : BEGIN-R: MOV DX,3F2H;8251A控制口地址 MOV AL,50H;内部复位,错误标志复位 OUT DX,AL MOV AL,FAH;方式选择控制字,同发送 方式 OUT DX,AL MOV AL,14H;操作命令字,错误标志 MOV SI,4000H;接收数据缓冲区首地址 MOV CX,0FFH ;接收数据个数 NEXT-R: MOV DX,3F2H;8251A控制口地址 IN AL,DX;读状态字 TEST AL,02H;查RXRDY是否有效 JZ NEXT-R;接收未准备好,继续查 询等待 TEST AL，38H；查是否出错