计算机原理 第十章 串行通信技术

1、1第十章 串行通信技术10.1 串行通信基本概念10.2异步串行通信接口芯片825010.3串行通信应用举例10.4异步串行通信接口芯片8251210.1 串行通信基本概念串行通信与并行通信；串行通信是把数据的字节分解成单个二进制位依次传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。这就使传输线的数目大大减少。3串行通信基本概念（1）异步通信与同步通信 根据时钟控制数据发送与接收的方式，串行通信可分为异步通信与同步通信。异步串行通信：在单根数据线上逐字符逐位传输，传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符本身的各位，接着传输校验位，最后以停止位结束该字符的传输。一次传输的起始位、字符各位、校验位、停

2、止位构成一组完整的信息，称为帧（Frame）；帧与帧之间可有任意个空闲位；4串行通信基本概念例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形为：5串行通信基本概念异步通讯的信息格式：起始位逻辑01位数据位逻辑0或15位、6位、7位、8位校验位逻辑0或11位或无停止位逻辑11位、1.5位或2位空闲位逻辑1任意数量 6串行通信基本概念（2）双工和单工全双工方式：通信双方能同时进行发送和接收操作；半双工方式：只有1根数据线传送数据信号，要求通信双方的发送和接收由电子开关切换；单工方式：只允许数据按照一个固定的方向传送；7串行通信基本概念（3）调制和解调 数字信号的

3、频带宽，而普通通信线路频带较窄，如电话线频带范围仅3003400Hz。所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再以解调器（Demodulator），把模拟信号变为数字信号。大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中，称为调制解调器Modem。在通信中，Modem起着传输信号的作用，是一种数据通讯设备，简称DCE；接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。8串行通信基本概念（4）信息传输的检错和纠错串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错；如何发现传输中的错误，叫检错；发现错误

4、后，如何消除错误，叫纠错。最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为奇数；偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为偶数；奇偶校验能够检测出1位误码，但是不能纠错。9串行通信基本概念（5）传输速率在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率；波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps；接收时钟/发送时钟是波特率的倍数，称为波特率因子。例如波特率因子为16，则16个时钟脉冲移位1次。例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则接收时钟和发送时钟频率=96

5、0016=153600Hz；10串行总线标准RS-232C 在串行通信中，DTE和DCE之间的连接要符合接口标准，计算机通信中使用最普遍的是RS-232C标准，PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器。11串行总线标准RS-232C RS232是美国电子工业协会（EIA）颁布的串行总线标准。EIA RS232C定义了按位串行传输的数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的接口信息。TxD发送；（Transmitted Data）RxD接收；（Received Data）SG信号地；DSRDCE准备好；（Data Set Ready）DTR DT

6、E(即微机接口电路，如8250/8251)准备好；（Data Terminal Ready）RTSDTE请求DCE发送；（Request To Send）CTSDCE允许DTE发送,该信号是对RTS信号的回答；（Clear To Send）DCD数据载波检出；（Data Carrier Detected）当本地DCE收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RXD线送给DTE；RI振铃信号；当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫；（Ring Indicator）12串行总线标准RS-

7、232C采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接13串行总线标准RS-232C无Modem的标准连接14串行总线标准RS-232C无Modem 的最简连接15RS-232C的电气规范RS-232C的电气标准如下：最大短路电流小于0.5A；不带负载时驱动器输出电平V025V；空号（SPACE）或控制状态信号的逻辑“0”在驱动器输出端为+5V+15；在负载端要大于+3V；传号（MARK）或控制状态信号的逻辑“1”在驱动器输出端为-5V-15V；在负载端要小于-3V；负载电阻Rl在30007000；负载电容（包括线间电容）Cl2500pF；驱动器输出电阻R0300。16RS-232C的电气规

8、范RS-232C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容；串行接口芯片8250、8251均使用TTL电平，应使用电平转换电路与RS-232C连接器连接；MC1488：TTL电平RS232电平 （用于发送方）MC1489：TTL电平RS232电平 （用于接收方）1710.2异步串行通信接口芯片82508250芯片是一种通用的异步接收发送器，是为适用于Intel公司的微处理机的数据通信而设计的；发送时，它接收来自CPU的并行数据字符，然后将其转换为连续的数据流，通过发送移位寄存器发送出去。接收时，该芯片接收串行数据流，并将其转换为并行数据，通过接收数据寄存器提供给CPU；可由CPU对其编程，确定异步通

9、讯的波特率以及传送数据的格式；此外，CPU可在任何时候读取芯片的状态，包括数据传输错误标志和控制信号。188250功能与结构198250功能与结构208250功能与结构218250功能与结构（1） 数据输入/输出缓冲器 双向数据线（D0D7）实现8250芯片与处理机之间的双向通信，包括数据，控制字和状态信息的传输。（2） 读/写控制逻辑芯片选择（CS0，CS1，CS2#）当CS0与CS1为高、CS2#为低时，该芯片被选中；地址选通(ADS#) 当ADS#为低电平，则锁存片选（CS0，CS1，CS2#）和寄存器选择（A0，A1，A2）信号，即可允许芯片和处理器进行数据传输；（可不用）寄存器选择（

10、A0，A1，A2）芯片内部可供处理机访问的16个寄存器由（A0，A1，A2）选择位和线路控制寄存器最高位（称作除数锁存器访问位DLAB）共同来选择；228250功能与结构收发器禁止（DDIS）该端输出高电平时，禁止处理器对8250写操作；主复位（MR）该端为高时，清除内部所有寄存器（除接收器数据、发送保持寄存器和除数锁存器）和控制逻辑；外时钟输入/输出（XTAL1、XTAL2）由外部基准定时振荡器提供时钟经XTAL1脚输入到芯片内，XTAL2是基准时钟信号输出脚；芯片选择输出（CSOUT）当芯片已由CS0，CS1，CS2输入所选中时，该信号为高，才能开始数据传输；中断（INTRPT）每当任一种

11、中断类型变成有效，且中断允许时，该输出端为高电平。 238250功能与结构（3）调制解调器控制逻辑数传机就绪（DSR#）（输入）当该信号脚为低电平时，表明 Modem就绪，允许使用通讯设备进行数据传送；数据终端就绪（DTR#）（输出）当DTR#为低电平时，通知调制解调器或数传机8250已准备好通信；请求发送（RTS#）（输出）当RTS#为低时，表明8250要求向Modem输出串行数据；清除发送（CTS#）（输入）当CTS#为低时，表明MODEM已同意8250的发送请求。248250功能与结构接收线路信号检测（RLSD#）（输入）当RLSD#为低时，说明MODEM已接收数据载波，8250应立即开

12、始接收解调后的数据；振铃指示（RI#）（输入）当RI#为低时，说明MODEM已收到电话交换台的拨号呼叫，MODEM要求8250予以回答。在8250收到振铃指示后，若它已准备好，则使DTR#输出低电平作为MODEM的应答信号，此后交换电话线成为串行通信的链路；输出1（OUT1）（输出）用户指定的MODEM控制功能的输出，通过对MODEM控制寄存器的位2编程来控制OUT1输出电平；输出2（OUT2）（输出）用户指定的MODEM控制功能的输出，通过对MODEM控制寄存器的位3编程来控制OUT2输出电平；258250功能与结构（4）接收器逻辑 该逻辑包括接收器移位寄存器、数据寄存器以及相应的接收控制逻

13、辑。其引脚功能如下： 接收器时钟（RCLK）输入接收波特率的16倍时钟信号；串行输入（SIN）来自通信链路的串行数据输入。（5）发送器逻辑 该逻辑包括发送保持寄存器、移位器以及相应的发送控制逻辑，其引脚功能如下： 波特率输出（BAUDOUT）输出发送波特率的16 倍时钟信号； 串行输出（SOUT）将送到通信链路的串行数据输出；268250工作原理278250内部寄存器288250内部寄存器（1）线路控制寄存器LCR（地址3，只写）D7DLAB除数锁存 0允许访问接收数据、发送保持和中断允许寄存器； 1允许访问波特率因子寄存器，将除数锁存；D6SB设置间断 0禁止间断产生； 1设置间断，SOUT

14、发送空号。据此，收方能识别发送设备已中止发送；298250内部寄存器D3PEN奇偶校验允许 0无奇偶校验； 1允许奇偶校验；D4EPS奇偶类型 0奇校验（当D3=1）； 1偶校验（当D3=1）；D5SP附加奇偶保持位选择位 0无奇偶保持位选择位； 1奇偶附加位为0（偶校验）； 1奇偶附加位为1（奇校验）；308250内部寄存器D2STB停止位选择 01位停止位； 11.5位停止位（数据位5位）； 12位（数据位6、7、8）；D1，D0WLS1，WLS0数据位数 005位 016位 107位 118位318250内部寄存器（2）分频系数寄存器（地址0、1两个，DLAB=1；只写） 该系数是对输入

15、时钟（1.8432MHz ）进行分频，产生16倍波特率的波特率发生器时钟（即BAUDOUT），其关系如下：波特率=1.8432MHz/（分频系数16）分频系数必须在初始化期间预置（此时，DLAB=1），以保证波特率发生器执行规定动作。328250内部寄存器（3）发送保持寄存器（地址0，只写） 要发送的字符写入数据保持寄存器，串行发送从字节的最低位开始发送；（4）接收数据寄存器（地址0，只读） 该寄存器存放接收字符；（5） 中断允许寄存器（地址1，只写） 该寄存器允许INS 8250的四种类型的中断（相应位置1），使中断请求INTRPT输出有效的高电平。将中断允许寄存器最低四位清零，可完全禁止芯

16、片中断系统。中断系统的禁止将封锁中断标识寄存器和中断请求的输出；D0允许接收数据就绪中断；D1允许发送保持寄存器空中断；D2允许接收线路状态中断；D3允许MODEM状态中断；338250内部寄存器（6） 中断标识寄存器（地址2 ，只读） INS8250芯片具有优先级的中断逻辑。四种类型的中断优先级以接收线路状态中断为最高，其次是接收数据就绪中断、发送保持寄存器空中断，最低的是MODEM状态中断。348250内部寄存器（7）线路状态寄存器（地址5 ，可读/写）线路状态寄存器为CPU提供内部状态信息，主要是接收线路状态，各位的含义如下：D0接收器数据就绪。1=接收数据寄存器收到一个完整的输入字符；

17、0=读出接收数据寄存器的内容；D1超越错，8250接收下一个字符前，接收数据寄存器中的数据尚未取走。1=出现超越错；0=读出该状态寄存器的内容；D2 奇偶错1=检验出奇偶错；0=读出该状态寄存器内容；358250内部寄存器D3帧格式错1=停止位检测为逻辑0（空号）；0=读出该状态寄存器的内容；D4间断1=接收的间断状态超过一个完整的数据传输时间；0=读出该状态寄存器内容；D5发送保持寄存器空 1=准备好接收下一个要求发送的字符或本次发送的字符已从保持寄存器传送到发送移位寄存器；0=处理机将字符装入到保持寄存器；D6发送移位寄存器空1发送移位寄存器空闲。0数据由保持寄存器送到移位器。D7恒为03

18、68250内部寄存器（8） MODEM控制寄存器（地址4 ，只写）该寄存器控制与调制解调器或数传机的接口。D0数据终端就绪1=DTR为低电平；0=DTR为高电平；D1请求发送1=RTS输出低电平；0=RTS输出高电平；D2输出1（OUT1）1=用户指定辅助输出1，OUT1为低电平；0=OUT1为高电平；378250内部寄存器D3输出2（OUT2）1=用户指定辅助输出2，OUT2为低电平；0=OUT2为高电平；D4环路测试1=芯片循环反馈，提供诊断测试，即发送的数据立即被接收，允许CPU来验证8250的发送和接收通路是否正常；388250内部寄存器（9）MODEM状态寄存器（地址6，只读） 该寄

19、存器的高四位D74反映调制解调器控器控制线的当前状态，低四位D30提供四位控制输入的状态变化信息。398250内部寄存器D0清除发送 该位逻辑1表示从处理机上一次读出以后，输入的CTS已改变状态；D1数传机就绪该位逻辑1表示从处理机上一次读出以后，输入的DSR已改变状态；D2振铃标志 该位逻辑1表示RI已由接通（逻辑1）变成断开（逻辑0）状态；D3接收线路信号检测 该位逻辑1表示RLSD已改变状态；D4D7位反映MODEM 控制输入的相应状态 MODEM状态寄存器的低四位中，任一位被置1。都将产生MODEM状态中断。4010.3 串行通信应用举例418250应用428250应用；屏显提示输入文

20、件；键入传输文件名；（DS:DX）缓冲区最大字符数；（DS:DX1）实际字符数；打开文件，DS:DX串地址；438250应用；读文件，AX: 文件代号；DX；关闭文件；取中断向量并保存448250应用；设置新中断向量；设置8250;；DLAB=1;；分频系数0180H；LCR458250应用；MODEM控制；中断允许；发送T；读线路状态寄存器；接收数据；应答字符？；应答完成；开启中断468250应用；读线路状态寄存器；有错误；接收就绪；发送完成；非特殊EOI结束中断478250应用；判断是否结束；上次发数：FLAG1；上次收数：FLAG2；IR, 没发完，返回；END2, 发完，返回； FLA

21、G1, 是否发完488250应用；END2；END2498250应用；非特殊EOI结束中断；恢复中断向量508250应用51习题与作业1. 在PC机的双机通信中，画出RS-232三线通信的连线图？2 . 利用 8250A 异步通信接口实现双机通信，数据传输率为2400 bit/s,波特率因子为 0030H，奇校验，1.5位停止位，7位数据位，串行通信的端口地址为 2F8H2FFh。要求：（1）编写完整发方的通信程序，将发送缓冲区BUFFER中的500个字节数据发出后返回操作系统，发送利用中断方式,中断类型号位0CH ；（2）编写完整接收的通信程序，将接受的数据存储在缓冲区BUFFER中，接收到

22、500个字节后结束，返回操作系统，利用中断方式，中断类型号位0BH；（3）若发出数据为5AH，请画出该帧数据格式 。5210.4 串行通信接口芯片8251通过编程，可工作于同步方式或异步方式；同步方式下，波特率为064Kbps，每一个字符可为5、6、7或8位，能自动检测同步字符，可进行奇/偶校验；在异步方式下，波特率为019.2Kbps，每一个字符可为5、6、7或8位，启动位1位，校验位1位，停止位可为1、1.5或2位 。538251功能与结构接收缓冲器接收控制电路发送缓冲器发送控制电路数据总线缓冲器读写控制逻辑调制解调控制548251的外部信号与CPU之间的连接信号片选信号CS#；数据信号D

23、7D0 ；读信号RD#、写信号WR#、控制/数据信号C/D#C/D#RD#WR#操作001101011010CPU从8251读数据CPU向8251写数据CPU读8251状态信息CPU向8251写控制命令C/D#可以与CPU的地址信号连接，用两个连续的地址区分8251内部信息。收发联络信号TXRDY、TXE、RXRDY、SYNDET；558251的外部信号与外设之间的连接信号数据信号TXD、RXD；和外设的联络信号 DTR#(data terminal ready)：数据终端准备好信号； DSR#(data set ready)：数据设备准备好信号； RTS#(request to send)：

24、请求发送信号； CTS#(clear to send)：清除发送信号；时钟信号 系统时钟CLK； 发送时钟TXC；接收时钟RXC；568251内部寄存器（1）模式寄存器格式578251内部寄存器（2）控制寄存器和状态寄存器格式588251工作原理在异步模式下发送时钟TXC、接收时钟RXC由专门的时钟发生器供给；发送和接收波特率分别由TXC、RXC与波特率因子决定： 波特率时钟频率/波特率因子；异步发送数据时，在控制寄存器中允许发送位TXEN有效，且CTS#信号有效时，开始发送过程；异步接收数据时，在控制寄存器中允许发送位RXEN有效时，RXRDY信号表示收到了一个有效数据；598251工作原理

25、在同步模式下发送时钟TXC、接收时钟RXC由调制解调器和有关通信设备控制；发送和接收波特率分别和TXC、RXC引脚上的时钟频率相等；同步发送时，在控制寄存器中允许发送位TXEN有效，且CTS#信号有效时，开始发送过程；根据编程要求发送1个或2个同步字符，然后发送数据块；当CPU来不及提供数据时，8251自动插入同步字符；同步接收时，8251首先搜索同步字符，将接收到的字符与同步字符寄存器的内容比较，根据编程，需要比较1个或2个同步字符。外同步情况下，SYNDET管脚上的高电平表示外部设备实现了同步；608251工作原理状态位TXRDY1时，表示当前发送缓冲器为空，它和引脚TXRDY上的信号可以

26、不同。状态位TXRDY不受输入信号TXEN和CTS#的影响，而引脚TXRDY必须在发送缓冲器空、 TXEN为1且CTS#为低电平时才为高；状态位RXRDY为1时，表示接口中已接收到一个字符，可供CPU读取。当CPU向8251写入一个字符时，状态位TXRDY会自动清0，当CPU从8251读出一个字符时，状态位RXRDY会自动清0；618251的初始化芯片复位后，第一次对奇地址写入的数值是模式字，送入模式寄存器；如果模式字中规定为同步模式，则接着往奇地址写入的是同步字符，若规定同步字符为2个，则分别写入第一个和第二个同步字符寄存器；此后，只要不是复位命令，不分同步、异步模式，往奇地址写的都作为控制字送到控制寄存器，往偶地址写的都作为数据送到数据发送缓冲器。628251初始化举例同步模式初始化