中南大学 微机原理第五章4

1、5.4 串行接口技术串行接口技术串行通信：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PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送1.异步串行通信ASYNC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起止式异步通信协议起始位每个字符开始传送的标志

2、，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

3、逻辑1电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送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2.同步串行通信SYNC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中最常使用高级数据链路

4、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3.串行通信数据传输方式串行通信数据传输方式全双工设备设备A设备设备B设备设备A设备设备A设备设备B半双工半双工单工单工示例示例设备设备B4.串行接口标准RS-232C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，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(1) RS-232C的引脚定义232C接口标准使用一个

5、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

6、信号RS-232C的引脚（3）DTR：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RS-232C的引脚（5）保护地起屏蔽保护

7、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(2) 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T

8、xDTxD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23456782022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 “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

9、备好微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机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(3)RS-232C的电气特性232C接口采用EIA电平高电平为3V15V低电平为3V15V实际常用12V或15Vn标准标准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5.4.2 通用异步接收发送器通用异步接收发送器 16550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字符（或数据块）这些工作可由软件

10、实现，也可用硬件实现通用异步接收发送器UART是串行异步通信的接口电路芯片IBM PC/XT机的UART芯片是INS 8250后来使用NS165501. 16550的内部结构16550实现了起止式串行异步通信协议，支持全双工通信通信字符可选择数据位为58位停止位1、1.5或2位可进行奇偶校验具有奇偶、帧和溢出错误检测电路8250支持的数据传输速率为50115 200bps(1)串行数据的发送双缓冲寄存器结构保证数据的连续发送并行数据并行数据加入起始位、加入起始位、校验位、停止位校验位、停止位串行数据串行数据CPU发送保持寄存器发送保持寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器同步控制同步控制16550

11、SOUT0/10/1 0/10/10/10/10/10/1(2)起始位的检测数据接收时钟频率是数据传输频率的16倍正确识别起始位，防止因干扰引起的误识别起始检测起始检测确定已检测到起始位确定已检测到起始位采样数据采样数据起起 始始 位位时钟时钟（RCLK）数据线数据线（SIN）T16 T16 T8 T(3)串行数据的接收双缓冲寄存器结构保证数据的连续接收并行数据并行数据检测接收错误检测接收错误删除起始位、删除起始位、校验位、停止位校验位、停止位串行数据串行数据CPU接收缓冲寄存器接收缓冲寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器同步控制同步控制16550SIN0/10/1 0/10/10/10/10/

12、10/1(4)接收错误的处理奇偶错误PE（Parity Error）若接收到的字符的“1”的个数不符合奇偶校验要求帧错误FE（Frame Error）若接收到的字符格式不符合规定（如缺少停止位）溢出错误OE（Overrun Error）若接收移位寄存器接收到一个数据，并送至输入缓冲器时，CPU还未取走前一个数据，就会出现数据溢出若接收缓冲器的级数多，则溢出错误的几率就少2. 16550的外部引脚的外部引脚（1）数据线D0D7：在CPU与16550之间交换信息地址线A0A2：寻址16550内部寄存器片选线：16550设计了3个片选输入信号CS0、CS1、CS2*和一个片选输出信号SOUT。3个片

13、选输入都有效时，才选中16550芯片，同时SOUT输出高电平有效。地址选通信号ADS*：当该信号低有效时，锁存上述地址线和片选线的输入状态，保证读写期间的地址稳定2. 16550的外部引脚的外部引脚（2）驱动器禁止信号DDIS：CPU从16550读取数据时，DDIS引脚输出低电平，用来禁止外部收发器对系统总线的驱动；其他时间，DDIS为高电平主复位线MR：硬件复位信号RESET中断请求线INTRPT：16550有4级共10个中断源，当任一个未被屏蔽的中断源有请求时，INTRPT输出高电平向CPU请求中断3. 时钟信号时钟输入引脚XTAL1：16550的基准工作时钟时钟输出引脚XTAL2：基准时

14、钟信号的输出端波特率输出引脚BAUDOUT*：基准时钟经16550内部波特率发生器分频后产生发送时钟接收时钟引脚RCLK：接收外部提供的接收时钟信号；若采用发送时钟作为接收时钟，则只要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连4. 串行异步接口引脚16550数据装置准备好数据装置准备好DSR*数据终端准备好数据终端准备好DTR*发送数据发送数据SOUT接收数据接收数据SIN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RLSD*振铃指示振铃指示RI*5. 输出线OUT1*和OUT2*：两个一般用途的输出信号由调制解调器控制寄存器的D2和D3使其输出低电平有

15、效信号复位使其恢复为高5.4.3 16550的初始化编程的初始化编程串口初始化程序必须在系统复位之后，在16550工作以前进行。16550的初始化编程主要用来设置16550的通信格式、传输波特率、是否使用中断、是否自检测试等操作。需要编程的寄存器有：除法寄存器、线路控制寄存器、MODEM控制寄存器和中断允许寄存器。设置通信格式设置通信格式设通信格式为每字符7位数据、2位停止位、采用偶校验，初始化程序段：MOV AL, 00011110B ;线路控制寄存器的控制字MOV DX, 3FBH ;线路控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入线路控制寄存器设置通信波特率设置通信波特率设串口通信波特

16、率需要设置为115200波特，初始化程序段：MOV AL, 10000000B ;线路控制寄存器控制字DLAB = 1MOV DX, 3FBH ;线路控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入线路控制寄存器MOV AL, 10 ;产生115200波特率的除数系数低字节MOV DX, 3F8H ;除数低字节寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入除数低字节MOV AL, 00H ;除数高字节INC DX ;指向除数高字节寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入除数高字节设置操作方式设置操作方式设串口需要自检测试，初始化程序段：MOV AL, 00011011B ;MODEM控制寄存器控制

17、字MOV DX, 3FCH ;MODEM控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入MODEM控制寄存器设置中断允许设置中断允许设允许接收数据中断，初始化程序段：MOV AL, 00000001B ;中断允许控制寄存器控制字MOV DX, 3F9H ;中断允许控制寄存器端口地址OUT DX, AL ;写入中断允许控制寄存器16550的初始化流程5.4.4 16550的应用实例的应用实例例1：16550的地址为03F8H03FFH。（1）16550初始化对16550进行初始化程序：MOV DX, 3FBHMOV AL, 80HOUT DX, AL ;置位线路控制寄存器D7，DLAB = 1MO

18、V DX, 3FBHMOV AL, 60HOUT DX, AL ;锁存除数寄存器低8位INC DXMOV AL, 0OUT DX, AL ;锁存除数寄存器高8位5.4.4 16550的应用实例的应用实例 续续MOV DX, 3FBHMOV AL, 0AHOUT DX, AL ;初始化线路控制寄存器MOV DX, 3FAHMOV AL, 07HOUT DX, AL ;初始化FIFO控制器MOV DX, 3FCHMOV AL, 03HOUT DX, AL ;初始化MODEM控制器MOV DX, 3F9HMOV AL, 0OUT DX, AL ;写中断允许控制寄存器5.4.4 16550的应用实例的应用实例 续续（2）以查询方式串行发送与接收数据采用查询方式发送数据发送数据的程序：SEND: MOV DX, 3FDH LEA SI, SEND_DATA WAIT1