第10章 串行接口技术

1、微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章第十章第十章串串 行行 接接 口口 技技 术术微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章10.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念计算机计算机或外设0100100101001001D0控制(选通)D1D2D3D4D5D6D7状态计算机计算机及外设8T0 1 00 1 00 1图10.1 并行通信与串行通信10.1.1 串行通信特点与传送方式串行通信特点与传送方式并行通信：并行通信：数据各位同时传送。串行通信：串行通信：数据一位一位顺序传送。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 （1）通信线少，成本低，适用于长距离数据传

2、输。（2）传输速度慢。1. 串行通信的特点串行通信的特点（3）传送的格式有固定要求：异步/同步。（4）需电平转换。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章2. 数据传送方式数据传送方式（1）单工（）单工（Simplex）发送接收A站B站微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章（2）半双工）半双工 （Half Duplex）发送器A站B站接收器发送器接收器微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章（3）全双工）全双工 （Full Duplex）发送器A站B站接收器接收器发送器微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章10.1.2 串行通信方式串行通信方式串行通

3、信两种基本方式：异步和同步通信。串行通信两种基本方式：异步和同步通信。1. 异步通信异步通信ASYNC （Asynchronous Data Communication） 异步通信把每一个字符（数据）当作独立的信息（帧）来传送。 （1）帧格式）帧格式 1位起始位，7位数据位（先低后高），1位校验位，12位停止位。 （2）传输速率）传输速率 用波特率（位/秒）表示： n 波特波特 = N bit/s。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章图10.2 异步通信的格式100/10/10/10/10/10/10/10/1100/10/10/10/10/1奇偶校验停止位起始位7位数据低位高位

4、数据流向奇偶校验停止位起始位7位数据下降沿指出下 一个字符的开始第n个字符（帧）第(n1)个字符第(n+1)个字符（3）校验位）校验位 奇校验：数据加上校验位有奇数个 1。 偶校验：数据加上校验位有偶数个 1。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章例例 传送字符“E”的ASCII波形b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 “E” 的ASCII码：1 0 0 0 1 0 10 1 0 1 0 0 0 1 0 1图10.3 字符 E 的传送波形异步通信可靠性高，但传输效率低，速度慢。异步通信可靠性高，但传输效率低，速度慢。起始位奇校检停止位微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章

5、第十章2. 同步通信同步通信SYNS（Synchronous Data Communication）图10.4 同步通信格式同步通信传输效率高，速度快，但硬件复杂。同步通信传输效率高，速度快，但硬件复杂。图10.5 调制与解调示意图10.1.3 信号的调制和解调信号的调制和解调数字信号调制方法：数字信号调制方法：振幅键控振幅键控 ASK频移键控频移键控 FSK相移键控相移键控 PSK图图10.6 FSK调制原理图调制原理图微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 数据由计算机送至串行数据终端数据由计算机送至串行数据终端时，要实现时，要实现 并并串串 转换。转换。反之，要实现反之，要实

6、现 串串并并 转换。转换。10.1.3 串行串行I/O的实现的实现微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章1. 软件实现软件实现 把把 DL 中的中的 8 位数据，按一定的格式位数据，按一定的格式（1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，2位停止位），位停止位），以一定的波特率发送给一串行外设，实现以一定的波特率发送给一串行外设，实现并并 串转换。串转换。例例微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章SEND：MOV CL， 0BH；设置输出位数；设置输出位数MOV AL，DLOR AL, AL; 0CF RCL AL, 1; 0ALCF 设置起始位设置起始位微机原理及接

7、口技术微机原理及接口技术 第十章第十章MORE: OUT 02H, AL; 02H为串行外设端口地址为串行外设端口地址CALL DELAY; 与波特率配合与波特率配合RCR AL, 1; STC； 1CFDEC CLJNE MORERETCFAL微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章2. 硬件实现硬件实现用专用的串行通信接口芯片实现数用专用的串行通信接口芯片实现数据并据并串之间相互转换。例如可编程串行串之间相互转换。例如可编程串行通信接口通信接口8251A等。等。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章10.2 可编程串行接口可编程串行接口8251A10.2.1 8251

8、A的主要功能的主要功能 （1）8251A是一种通用同步是一种通用同步/异步数据收异步数据收发器（发器（USART），能以同步或异步方式工作、），能以同步或异步方式工作、自动完成帧格式。自动完成帧格式。 （2）同步方式工作时：每个字符数据位）同步方式工作时：每个字符数据位 58位，波特率位，波特率0 64K，可选择内同步或外，可选择内同步或外同步字符。同步字符。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 （3）异步方式工作时：每个字符数据位）异步方式工作时：每个字符数据位 58 位，自动增加位，自动增加1位起始位、位起始位、12 位停止位，波位停止位，波特率特率 019.2K，时钟速率可

9、选为波特率的，时钟速率可选为波特率的 1/16 /64倍。倍。 （4）具有检测奇偶校验错、溢出错和帧错）具有检测奇偶校验错、溢出错和帧错误功能。误功能。 （5）能以单工、半双工、全双工方式通信。）能以单工、半双工、全双工方式通信。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章图10.7 8251A内部结构框图10.2.2 8251A的内部结构和外部引脚的内部结构和外部引脚 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章1. 接收器接收器接收接收RXD上的串行数据，转换为并行数据上的串行数据，转换为并行数据 接收数据缓冲器。接收数据缓冲器。2. 发送器发送器把把CPU送来的并行数据送来的

10、并行数据规定的串行数据规定的串行数据由由TXD发送。发送。3. 数据总线缓冲器数据总线缓冲器CPU 与与 8251A之间的数据通道。内部有状之间的数据通道。内部有状态缓冲器、接收数据缓冲器、发送数据缓冲器、态缓冲器、接收数据缓冲器、发送数据缓冲器、命令缓冲器。命令缓冲器。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章4. 读读/写控制逻辑写控制逻辑接收接收CPU输出的控制信号，实现对输出的控制信号，实现对8251A内部寄存器的读内部寄存器的读/写。写。表表10.1 8251A读读/写操作写操作CSDC/RDWR操作操作0 0 0 1 读数据读数据 8251ACPU 0 1 0 1 读状态读

11、状态 8251ACPU 0 0 1 0 写数据写数据 CPU8251A 0 1 1 0 写控制字写控制字 CPU8251A 5. 调制解调控制电路调制解调控制电路 实现对实现对MODEM的控制及对的控制及对CPU有关控有关控制信号进行译码。制信号进行译码。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章图10.8 8251A引脚图10.2.3 8251A的外部引脚的外部引脚 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章8251A作为CPU与外设或调制解调器之间的接口，如下图所示：图10.9 CPU通过8251A与串行外设接口微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章接口信号分为

12、二组：接口信号分为二组：1. 与与CPU的接口信号的接口信号 D0D7: 三态双向数据总线三态双向数据总线 CS: 片选信号片选信号 C/D: 控制控制/数据线数据线写数据。读对，/8251ACPU0DC/写命令或读状态。对，8251ACPU1DC/微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 TXRDY（Transmitter Ready）：）：发送准备好。发送准备好。 TXE （Transmitter Empty）：）：发送器空信号。发送器空信号。 RXRDY (Receiver Ready): 接收器准备好。接收器准备好。有效，表示发送器中的并有效，表示发送器中的并串转换器为空。串

13、转换器为空。有效表示发送数据缓冲器为空，可以作为状有效表示发送数据缓冲器为空，可以作为状态信号或中断请求信号。态信号或中断请求信号。有效，表示有效，表示 8251A 已接收到一个字符，可以已接收到一个字符，可以传送给传送给 CPU。可以作为状态信号或中断请求可以作为状态信号或中断请求信号。信号。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章2. 与外设或与外设或MODEM的接口信号的接口信号数据终端准备好。数据终端准备好。输出，低有效，表示输出，低有效，表示8251A准备就绪。准备就绪。 DSR （Data Set Ready）：数据装置准备好。）：数据装置准备好。 DTR （Data T

14、erminal Ready）：）：输入，低有效，表示外设或输入，低有效，表示外设或MODEM已准备好。已准备好。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章输出信号，低有效，用于通知外设或输出信号，低有效，用于通知外设或MODEM，8251A要求发送。要求发送。 RTS （Request to Send）：）： 请求发送。请求发送。 CTS （Clear to Send）：）： 清除发送。清除发送。输入信号，低有效，是外设或输入信号，低有效，是外设或MODEM对对8251A的的RTS信号的响应。信号的响应。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 RXD（Receiver Da

15、ta）：）： 接收数据线。接收数据线。 RXC（Receiver Clock）：）： 接收器时钟。接收器时钟。 TXD（Transmitter Data）：）： 发送数据线。发送数据线。 TXC（Transmitter Clock）：）： 发送器时钟。发送器时钟。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章1. 方式字方式字作用：作用： 工作方式选择工作方式选择(同步、异步同步、异步) 指定数据帧格式指定数据帧格式10.2.4 8251A的控制字与状态字的控制字与状态字 控制字包括方式字和命令字。控制字包括方式字和命令字。 方式字方式字8位可以分为四组，每组两位，其位可以分为四组，每组两

16、位，其格式如下：格式如下：微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章图10.10 8251A 的方式字D7D6D5D4D3D2D1D0停止位奇偶校验字符长度 波特率系数(同步)*0=内同步*1=外同步0*=双同步1*=单同步(异步)00=不用01=1位10=1.5位11=2位*0=无校验01=奇校验11=偶校验00=5位01=6位10=7位11=8位(异步)00=不用01=110= 1611= 64(同步)00=同步-若方式字 = 11011110B, 则规定 8251A 工作于异步方式，数据格式采用8位数据位，2位停止位，奇校验，波特率系数是16。例例微机原理及接口技术微机原理及接口

17、技术 第十章第十章2. 命令字命令字作用：确定作用：确定 8251A 的实际操作，的实际操作， 迫使迫使 8251A 进行某种操作或处于某工进行某种操作或处于某工作状态，以便接收或发送数据。作状态，以便接收或发送数据。图10.11 8251A的工作命令字D7D6D5D4D3D2D1D0EHIRRTSER SBRK RXEDTRTXEN发送允许1=允许 0屏蔽数据终端准备好“ 高”(即“ 1”)将迫使DTR输出为0接收允许1=允许 RXRDY0屏蔽 RXRDY送中止字符1=迫使TXD“ 低”0=正常工作错误标志复位1=使全部错误标志复位(PE OE FE)请求发送“ 高”迫使RTS输出为0内部复

18、位“ 高”使8251返回到方式指令格式外部搜索方式1=启动搜索同步字符微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章3. 状态字状态字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0DSR数据数据装置装置准备准备好好SYNDET同步同步检出检出FE格格式式错错PE溢溢出出错错奇奇偶偶错错OETXE发送发送器空器空RXRDY接收接收准备好准备好TXRDY发送发送准备好准备好图图10.12 8251A 的状态字的状态字 状态字即状态字即8251A状态寄存器的内容。状态寄存器的内容。CPU通过读操作读入状态字，来了解通过读操作读入状态字，来了解8251A的工作的工作状态。状态。微机原理及接口技术微

19、机原理及接口技术 第十章第十章图图10.13 8251A的编程逻辑的编程逻辑硬件硬件(RESET)或软件或软件(命令字命令字D61)复位复位异步方式字异步方式字单同步方式字单同步方式字双同步方式字双同步方式字送同步字符送同步字符送同步字符送同步字符1送同步字符送同步字符2命令字命令字1(D6 1)命令字命令字2(D6 1)命令字命令字3(D6=1) 复复位位方方式式字字命命令令字字复位复位10.2.5 8251A的编程逻辑的编程逻辑 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章10.3 8251A 应用举例应用举例 双机通信双机通信10.3.1 硬件设计硬件设计图10.14 双机串行通信

20、接口微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章1. 发送程序发送程序 （略去（略去STACK和和DATA段段）CSEGSEGMENTASSUME CS: CSEGTRAPROC FAR10.3.2 软件编程软件编程微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章START: MOVDX, 309H; 8251A 控制口控制口MOVAL, 40H; 0100,0000B 内部复位内部复位OUTDX, ALMOVAL, 0CFH; 方式字方式字11001111B异步异步, 2位位; 停止位停止位, 字符长度字符长度8位位, 无校无校; 验波特率因子验波特率因子64OUTDX, ALMOV

21、AL, 37H; 命令字命令字RTS, ER, RXE, DTR, ; TXEN均置均置1OUTDX, ALMOVCX, 2DH; 传送字节数传送字节数MOVSI, 300H; 发送区首址发送区首址微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章L1: MOVDX, 309H; 8251A状态口状态口INAL, DXTESTAL, 38H; 查错误查错误FE, OE, PE, 0011 1000BJNEERR; 转出错处理转出错处理AND AL,01H JZL1; 发送未准备好发送未准备好, 则等待则等待MOVDX, 308H; 数据口数据口MOVAL, SIOUTDX, ALINCSIDE

22、CCXJNZL1微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章ERR: MOVAX, 4C00HINT21H; 返回返回DOSTRAENDPCSEG ENDSENDSTART微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章2. 接收程序接收程序 （略去（略去STACK和和DATA段段）SCEG SEGMENTASSVMECS: SCEGRECPROC FAR微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章BEGIN: MOVDX, 309H; 控制口控制口MOVAL, 40H; 内部复位内部复位OUTDX, ALMOVAL, 0CFH; 方式字方式字OUTDX, ALMOVAL, 14

23、H; 命令字命令字, ER, RXE置置1OUTDX, ALMOVCX, 2DH; 传送字节数传送字节数MOVDI, 400H; 接收区首址接收区首址微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章L2: MOVDX, 309H; 状态口状态口INAL, DXTESTAL, 38H; 查错误查错误JNEERRANDAL, 02H; RXRDY=1 ?JZL2; 接收未准备好接收未准备好, 则等待则等待MOVDX, 308H; 数据口数据口INAL, DXMOVDI, ALINCDILOOPL2微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章ERR: MOVAX, 4C00HINT21HTE

24、CENDPCSEG ENDSENDBEGIN微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章作业作业 1、如图所示是微处理机与串行打印机接口逻、如图所示是微处理机与串行打印机接口逻辑电路。主机通过查询辑电路。主机通过查询DSR信号来检测打印机信号来检测打印机“忙忙”状态。当打印机处于不忙状态时，主机便状态。当打印机处于不忙状态时，主机便发送一个字符到发送一个字符到8251接口，同时接口，同时8251便串行地逐便串行地逐位输出。图中位输出。图中1488和和1489是用于是用于TTL电平与电平与RS-232标准电平间的转换。要求标准电平间的转换。要求8251A工作在异步方工作在异步方式，式，7位

25、数据，无校验位，一个停止位，波特率系位数据，无校验位，一个停止位，波特率系数为数为16.写出写出8251初始化程序（设初始化程序（设8251命令寄存器命令寄存器地址为地址为0FFF2H）。）。 若按上述信号格式，以若按上述信号格式，以2400波特率不间断地波特率不间断地传输一组字符传输一组字符“I am a student”需要多少时间需要多少时间才能传送完毕？才能传送完毕？ 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章DSR主机8251TxDRxDDTRCTS14881489打印机打印机微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章解：解：MOV DX,0FFF2H; 控制口地址控

26、制口地址MOV AL,00H;OUT DX,AL;空操作空操作MOV AL,40H;8251内部复位内部复位OUT DX,AL;MOV AL,4AH;方式指令方式指令4AH 8251AOUT DX,AL;MOV AL,01H;命令指令命令指令01H8251A ;允许发送允许发送OUT DX,AL;微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 每一字符用每一字符用9位（一个起始位，位（一个起始位，7个数据位，一个个数据位，一个停止位）进行传输，全部传送的字符数为停止位）进行传输，全部传送的字符数为14个，个，共需共需149=126位。按照位。按照2400波特率计算，所需时波特率计算，所需时间为：间为：126位位/2400（位（位/秒）秒）=0.0525（秒）（秒）微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第十章第十章 2、利用一个异步传输系统传送英文资料，系统的速、利用一个异步传输系统传送英文资料，系统的速率为率为1200波特，待传送的资料为波特，待传送的资料为5000字符长，设系字符长，设系统用统用ASCII码传送，不用校验位，停止位只用一位，码传送，不用校验位，停止位只用一位，问至少需要多少时间才能传完全部资料。问至少需要多少时间才能传完全部资料。答：每一字符用答：每一字符用9位传输，全部传送的字符数为位传输，全部传送的字符数