计算机接口技术课件第8章

第八章串行通信接口技术串行通信是计算机与外设进行数据通信的一种重要方式，本章主要介绍了串行通信的传送方法，并重点介绍了可编程控制芯片8251A和8250的结构、初始化方法及应用。本章学习要点8.1概

述8.28251A可编程串行通信接口芯片8.38250可编程异步通信接口芯片小

结习

题8.1概述串行通信技术的特点有以下几个方面：通信的数据信息是在一根传输线上一位一位地传送的，这根传输线既作为数据线又作为联络线。对所传送数据的格式有固定的要求。串行通信中对信号的逻辑定义与TTL兼容，因此需要进行逻辑关系和逻辑电平的转换。串行通信中传送信息的速率需要控制，要求双方约定通信传输的波特率。串行通信节省通信线路，可远距离传送，成本低，但数据传输速率低，控制较复杂。图8-1串行接口的典型结构串行通信接口的结构如图8-1所示，从中可以看出，串行接口主要由控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器4大部分构成。8.1.1串行通信的基本概念1.数据传输制式1)单工方式2)半双工方式3)全双工方式2.信号传输方式1)基带传输方式在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号，如图8-3所示，要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。图8-3基带传输方式基带传输方式仅适用于近距离和速度较低的通信。2)频带传输方式在长距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，接收方则用解调器将接收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。实现调制和解调任务的装置称为调制解调器(Modem)。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号加载在模拟信号(载波)上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线常用的调制方式有三种：调幅、调频和调相，分别如图8-4所示。图8-4常用的信号调制方式3.通信中必须遵守的规定

1)字符格式传输字符的格式要按规定写。例如在异步传输方式中，每个字符传送时，前面必须加一个起始位，后面必须加停止位来结束，停止位可以为1位、1.5位或2位。奇偶校验位可以加也可以不加。同步传输时，在传输字符前面是1个或2个同步字符，最后不要停止位。

2)比特率和波特率比特率是串行通信中数据速度的测量单位，即每秒传输的二进制数的位数。

波特率是衡量数据传送速率的指标，表示每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，那么传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。比特率可以大于或等于波特率。若每秒传输10位数据，则速率为10波特；若每位数据用10个脉冲来调制，则比特率为100bps。

发送时钟与波特率的关系：时钟频率=波特率因子n×波特率波特率因子是传输一位二进制数所用的时钟周期数。8.1.2串行通信标准

串行通信标准指的是计算机或终端(数据终端设备DTE)的串行接口电路与调制解调器等(数据通信设备DCE)之间的连接标准。在进行串行通信的线路连接时，通常要解决两个问题：一是计算机与外设之间要共同遵守的某种约定，这种约定称为物理接口标准。二是按接口标准设置计算机与外设之间进行串行通信的接口电路。下面主要介绍RS-232C接口标准。图8-5RS-232接口RS-232C标准是美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustriesAssociation)与BELL等公司一起开发的于1969年公布的通信协议，适合于数据传输率在0～20000b/s范围内的通信。字母RS表示RecommendedStandard(推荐标准)，232是识别代号，C是标准的版本号。RS-232C是一种标准接口，D型插座，采用25芯引脚或9芯引脚的连接器。由于通信接口与设备制造厂商都生产与RS-232C兼容的通信设备，因此它已成为微机串行通信接口中广泛采用的一种标准。特点如下：1)连接器采用DB-25(25芯)和DB-9(9芯)插头插座，其中包括RXD(接收)、TXD(发送)和相应的控制信号以及电源线、地线等。2)电缆长度RS-232C标准允许的连接电缆不超过50英尺(15.24m)，但若能保证电缆总电容小于2500Pf，则电缆长度可超过限定值。同时，RS-232C标准所允许的信号传输速率在0～20000b/s范围之内，而在实际应用中常被限制在19200b/s以内。3)电气特性RS-232C标准对信号的逻辑电平、最高数据和各种信号功能都做了规定。在TXD和RXD数据线上：逻辑1(MARK)＝－3V～－15V。逻辑0(SPACE)＝＋3V～＋15V。在控制线上：信号有效(接通，ON状态，正电压)＝＋3V～＋15V。信号无效(断开，OFF状态，负电压)＝－3V～－15V。8.1.3串行通信接口的功能及实现

串行接口的基本功能：1)进行串行与并行的转换。2)实行串行数据格式化。3)可靠性检验。4)实施接口与DCE之间的控制。8.28251A可编程串行通信接口芯片

基本功能如下：1)既可工作在同步方式，也可工作在异步方式。2)在同步方式下，每个字符可定义为5、6、7或8位。3)在异步方式下，每个字符可定义为5、6、7或8位，用1位做奇偶校验。4)能进行出错检测。8.2.18251A的引脚信号

8251A作为CPU与外设或调制解调器之间的接口，它的信号线可以分为两组：图8-68251A的外部引脚1.8251A与CPU的接口信号8251A与CPU的接口信号可以分为5类，具体如下：1)双向的数据信号线D7～D0。2)片选信号

3)读/写控制信号4)与发送有关的联络信号5)与接收有关的联络信号CS2.8251A与外部装置之间的接口信号连接的信号可大致分为数据信号和收发联络信号两类。1)数据信号2)发送数据时的联络信号3)接收数据时的联络信号以上发送数据和接收数据的联络信号，在远距离串行通信时要通过调制解调器连接，实际上是和调制解调器之间的连接信号。近距离传输时，可不用调制解调器，而直接通过MC1488和MC1489来连接，外设不要求有联络信号时，这些信号可以不用。8.2.28251A的结构和功能

1.数据总线缓冲器2.接收器3.发送器4.读/写控制逻辑5.调制解调控制电路图8-78251A的内部结构8.2.38251A的工作方式

主要有4种工作方式，必须遵循一定的规则，它们是：1.异步接收方式2.异步发送方式3.同步接收方式4.同步发送方式8.2.48251A的初始化编程

1.8251A与16位数据总线的连接2.8251A的初始化编程3.初始化编程的流程1)工作方式控制字8251A工作方式控制字的格式如图8-8所示。图8-88251A工作方式控制字的格式D1D0确定是工作于同步方式还是异步方式。D1D0=00为同步方式，当方式设为同步时，方式控制字后必须装入同步字符，并由同一个方式控制字规定装入单同步字符还是双同步字符；D1D0≠00为异步方式，并且有3种组合来选择输入的时钟频率与波特率之间的系数。D3D2确定每个字符的数据位(不包括奇偶校验位)。D5D4确定是否校验和奇偶校验的性质。D7D6的含义因同步方式或异步方式而异。异步方式(D1D0≠00)时用来确定停止位的个数。同步方式时D6用来确定是内同步(SYNDET引脚为输出)还是外同步(SYNDET引脚为输入)，D7用来确定同步字符的个数。外同步方式时，同步字符只用于发送，接收时不起作用。例如：某异步通信，数据位为8位，1个起始位，2个停止位，奇校验，波特率系数为16。则有：11011110B=0DEH。MOVDX，309H；8251A命令口MOVAL，0DEHOUTDX，AL2)工作命令控制字8251A工作命令控制字的格式如图8-9所示。图8-98251A工作命令控制字的格式例如：若要使8251A内部复位且允许接收/发送，则有：MOVDX，309HMOVAL，40H；D6=1，复位OUTDX，ALMOVAL，05H；D2=1，D0=1OUTDX，AL3)状态字8251A状态字的格式如图8-10所示。图8-108251A状态字的格式状态字的作用是向CPU送去数据传送操作中的各种状态信息。方式字、同步字符和命令字都是CPU写入8251A的，以控制8251A的工作方式和操作。发送/接收数据过程中的这些状态信息随时寄存在8251A内部的状态寄存器内，CPU可以通过I/O读操作(=1)把状态字读入并加以分析，从而控制CPU和8251A之间的数据交换。3.初始化编程的流程

8251A只有奇偶两个端口，而初始化时需要往8251A的模式寄存器、控制寄存器或同步字符寄存器中写入具体的信息，在设计8251A初始化时，必须遵循下面的步骤：(1)芯片复位后，CPU就把第一次写入奇地址端口的数据当作模式字送到模式寄存中。(2)如果模式字中设定了8251A以同步方式工作，那么CPU就接着往奇地址端口输出1个或2个同步字符，同步字符被送到同步字符寄存器中。如果模式字设定了8251A以单同步方式工作，那么写入一个同步字符后，跟着就在其后写入8251A奇地址端口的就是控制字。如果模式字设定了8251A工作在双同步模式下，那么只有在往奇地址端口送完第二个同步字符后才能送控制字。(3)完成上述步骤以后，只要不是复位命令，就可以进行数据的传输工作了。由于命令指令和发送的数据共用发送数据/命令缓冲器，因此在发送数据过程中，如果CPU向8251A输出一个命令控制字，将会覆盖等待发送的字符。这就要求CPU必须等到TXTDY输出上升沿出现或TXRDY状态置位时，即确保缓冲器已空，才能输出。同时，在命令控制字输出后，必须不等发送缓冲器空就立即输出下一个要发送的数据。8251A的初始化流程如图8-11所示。图8-118251A初始化流程8.2.58251A的应用

比如微机系统中两台微机之间进行双机串行通信的硬件连接和软件编程。1.要求2.分析

1)硬件连接3.设计2)软件编程8.38250可编程异步通信接口芯片

8.3.18250的结构和功能8.3.28250的引脚信号8.3.38250的寄存器及初始化编程8.3.48250的应用8.3.18250的结构和功能

图8-138250的内部结构如图8-13所示，可编程异步通信接口8250主要有数据总线缓冲器、读写控制逻辑、接收缓冲寄存器、发送保持寄存器、通信线路控制寄存器、通信线路状态寄存器、除数寄存器(高位部分和低位部分)、调制解调器控制寄存器、调制解调器状态寄存器、中断允许寄存器和中断识别寄存器等部分组成。8250的基本功能是：异步通信格式，可通过编程选择，可选每个字符传送5到8位数据；1、1.5或2位停止位；并可产生终止字符以通知对方终止通信。可进行奇偶校验，并且具有奇偶、溢出和帧格式错误等检测状态位。完全双工、双缓冲发送和接收的异步通信接口电路。通信的波特率为50Hz～9600Hz。片内具有优先权中断控制逻辑。8.3.28250的引脚信号

8250是40引脚的双列直插DIP封装的异步通信接口芯片，如图8-14所示，其引脚分为与CPU相连和与外设相连两部分。1.与CPU相连的信号部分2.与外设相连的信号部分图8-148250的引脚结构8.3.38250的寄存器及初始化编程

1)通信控制和状态寄存器1.8250内部寄存器

2)波特率发生用寄存器——除数寄存器3)Modem控制和状态寄存器

4)中断控制寄存器

1)数据的发送过程2.8250的工作过程

2)数据的接收过程3.初始化编程8.3.48250的应用3.初始化编程

初始化编程的主要步骤为：

(1)为确定波特率设置除数锁存器。为了能对除数锁存器写入，要先使通信控制寄存器的最高位置“1”。(2)对通信控制寄存器编程以确定通信的数据格式，而且要使它的最高位变为零，以便以后对接收、发送缓冲器以及中断允许寄存器进行操作。(3)若想使用中断，就要设置中断允许寄存器的状态。若不采用中断，这个寄存器的值可以设置成0。(4)设置Modem控制寄存器。8.3.48250的应用

例8-1：假设数据传输速率为1200波特，通信格式为：7位/字符，2位停止位，奇校验，数据传输不采用中断方式。初始化程序片段为：MOV DX，2FBH ；LCR的口地址MOVAL，80H ；将DLAB位置1OUTDX，ALMOVDX，2FBH ；DLL的口地址

MOVAL，60H ；写入1200波特的DLL值，通过查表可知1200对应的

；DLH、DLL值分别为0060HOUT DX，ALMOV DX，2F9H ；DLH口地址MOV AX，0OUTDX，AX ；写入12000波特的DLH值MOVDX，2FBH ；设定LCR口地址MOVAL，0EH ；7位字符，1位停止位，奇校验

OUTDX，AL ；写入LCR控制字

MOVDX，2FCH ；设定