微机串行接口和串行通信

并行、串行（I/O）接口

9.1并行(I/O)接口

9.1.1并行接口的特点

9.1.2可编程并行接口芯片8255A9.28255A应用举例9.3键盘、显示器及其接口

9.3.1概述

9.3.2键盘识别原理

9.3.3LED显示器及其接口9.4串行接口和串行通信

9.4.1串行通信的基本概念

9.4.2串行接口

第9章

9.4.3串行通信的三种方式

9.4.4串行数据传送方式

9.4.5信号的调制与解调

9.4.6RS-232串行通信标准9.5可编程串行I/O接口8251A9.5.18251A的基本工作原理

9.5.28251A的引脚特性

9.5.38251A的控制字和状态字

9.5.48251A的初始化编程

9.5.58251A的应用示例

9.4串行接口和串行通信了解：串行通信的一般概念工作方式、同步方式、数据格式、物理标准串行通信的接口标准EIARS-232C可编程串行异步通信接口8251（UART）连接、编程、应用UART:UniversalAsynchronousReceiverTransmitter*

9.4串行接口和串行通信9.4.1串行通信的基本概念数据传送有两种方式：

并行传送：数据同时通过数据总线传送，在传送时，每一位数据占一根数据线。串行传送：数据转换后放到一根数据线上，依次一位一位地从低位到高位按时间先后传送。波特率：每秒钟传送串行数据的数据位数例如，每秒钟传送1200位串行数据，其波特率为1200

9.4串行接口和串行通信9.4.2串行接口串行接口的主要任务(1)进行串━并转换。(2)实现串行数据格式化。(3)可靠性检验。(4)实施接口与通信设备之间的联络控制。9.4.3串行通信的三种方式全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工示例9.4.4串行数据传送方式串行通信时的数据、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1.异步通信起止式异步通信协议起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进制位组成，低位先传送校验位——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停止位——表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，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（BitRate）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（BaudRate）过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间。现在，可以达到115200bps或更高2.同步通信以一个数据块（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控制协议HDLC~~~~同步字符数据数据数据校验字符9.4.5信号的调制与调器调制（Modulating）把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号解调（Demodulating）将电话线路的模拟信号转换为数字信号调制解调器MODEM具有调制和解调功能的器件合制在一个装置示例9.4.6RS-232C串行通信标准美国电子工业协会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9.4.6RS-232C串行通信标准232C接口标准使用一个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（机壳地）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

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（NullModem）连接连接调制解调器电话线MODEM微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好DSR数据终端准备好DTR发送数据TxD接收数据RxD请求发送RTS允许发送CTS信号地GND载波检测CD振铃指示RI微机23456782022不使用联络信号的3线相连方式微机TxDRxDGND微机为了交换信息，TxD和RxD应当交叉连接程序中不必使RTS和DTR有效也不应检测CTS和DSR是否有效

“伪”使用联络信号的3线相连方式RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接表明请求传送总是允许、数据装置总准备好微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机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，不如前者经济微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机

RS-232C的电气特性232C接口采用EIA电平高电平为＋3V～＋15V低电平为－3V～－15V实际常用±12V或±15V标准TTL电平高电平：＋2.4V～＋5V低电平：0V～0.4V相互转换9.5可编程串行I/O接口8251A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，IBMPC/XT机的UART芯片是INS8250，后来使用NS16550本节讲授用于同步和异步串行通信的82519.5.18251A的基本工作原理可以实现异步通讯方式和同步通讯方式。波特率：同步方式下：0-64Kbps； 异步方式下：0-19.2Kbps。同步方式下，每字符为5，6，7，8位，能自动检测同步字符，自动添加奇偶校验。异步方式下，每字符可为5，6，7，8位，自动增加起始位、停止位和校验位。数据总线缓冲器读/写控制逻辑电路调制/解调控制电路接收控制电路串－并转换发送缓冲器缓冲器并－串转换发送控制电路RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7-D0内部总线TXDRXDTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDETTXRDY发送器接收器图9-298251A内部结构框图接收9.5.18251A的基本工作原理8251的引脚信号TxRDY:告诉CPU，8251已准备好发送，CPU可以为其提供需要发送的字符。CPU可以查询该信号，或把该信号作为中断请求信号。RxRDY:通知CPU，8251已从外部设备收到一个字符，等待CPU读取。CPU可以查询该信号，或把该信号作为中断请求信号。8251的引脚信号（续）TxE：通知CPU发送移位寄存器空。此时，在状态寄存器的TxE位置1。CPU可以查询TxE信号或状态寄存器的TxE位。C/D*:

该信号一般连至地址线A0，用于选择控制端口/数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口（为0，偶地址），控制寄存器与状态寄存器合用一个端口（为1，奇地址）。8251的引脚信号（续）SYNDET:同步检测信号，只用于同步方式TxC、RxC:8251没有内置的波特率发生器，必须由外部产生建立波特率的时钟信号，TxC、RxC通常与8253连接端口对应的操作

C/D*RD*WR*CS*功能

0010010010101100

CPU从8251输入数据CPU向8251输出数据CPU读取8251的状态CPU往8251写入控制命令28251的工作方式异步串行数据发送异步串行数据接收同步串行数据发送同步串行数据接收1.异步串行数据的发送并行数据加入起始位、校验位、停止位串行数据CPU发送缓冲寄存器发送移位寄存器同步控制8251TxD0/10/10/10/1在内部控制位TxEN＝1、CTS*为0时可以发送2.起始位的检测起始检测确定已检测到起始位采样数据起始位时钟（RCLK）数据线（SIN）T16T16T8T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3.异步串行数据的接收并行数据检测接收错误删除起始位、校验位、停止位串行数据CPU接收缓冲寄存器接收移位寄存器同步控制8251RxD0/10/10/10/1双缓冲寄存器结构保证数据的连续接收4.接收错误的处理奇偶错误PE（ParityError）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（FrameError）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（OverrunError）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5.同步串行发送数据CPU发送缓冲寄存器发送移位寄存器同步控制8251TxD加入同步字符、校验位~~~~同步字符数据并行数据串行数据6.同步串行接收数据CPU接收缓冲寄存器接收移位寄存器同步字符寄存器8251RxD比较器SYNDET（输出同步信号）并行数据串行数据0/10/10/10/10/10/1~~~~38251的寄存器8251内部有模式寄存器、控制寄存器、状态寄存器以及同步字符寄存器。用奇地址（C/D*=1）访问。有两个数据寄存器：数据输入寄存器和数据输出寄存器，用偶地址（C/D*=0）访问。模式寄存器（异步）S2S1EPPENL2L1B2B1D7D6D5D4D3D2D1D0S2S1停止位的数目：00——无意义01——1位停止位10——1位半停止位11——2位停止位奇偶校验：PEN—1有校验—0无校验EP—0奇校验—1偶校验 数据位的数目：

00——5位

01——6位

10——7位

11——8位 波特率因子：

00——同步模式

01——波特率因子为1 10——波特率因子为16 11——波特率因子为64模式寄存器（同步）SCSESDEPPENL2L100D7D6D5D4D3D2D1D0SCS同步字符数：0—2个同步字符1—1个同步字符ESD同步方式：0—内同步1—外同步奇偶校验：PEN—1有校验—0无校验EP—0奇校验—1偶校验 数据位的数目：

00——5位

01——6位

10——7位

11——8位控制寄存器EHTRRTSERSBRKRxEDTRTxEND7D6D5D4D3D2D1D0搜索同步字符进行内部复位使RTS*输出低电平接收允许发送允许错误标志复位间断发送使DTR*输出低电平状态寄存器DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDYD7

D6

D5D4D3D2D1D0DSR引脚为低电平与SYNDET引脚电平相同帧格式错误和TxE引脚电平相同数据输出缓冲区空超越错误奇偶错误和RxRDY引脚相同

9.5.48251A初始化流程例1

异步模式下的初始化程序举例假设8251的两个端口地址分别是50H和52HMOV AL,0FAHOUT 52H,AL；设置模式字，异步模式，波特率因子16，7位数据位，偶校验，2个停止位MOV AL,37HOUT 52H,37H；设置控制字，允许发送，允许接收模式字控制字例2

同步模式下的初始化程序举例MOVAL,38H；2个同步字符，偶校验，7位OUT 52H,ALMOVAL,16H；16H为同步字符OUT 52H,ALOUT 52H,ALMOVAL,97H；搜索同步字符，双工方式OUT 52H,AL模式字控制字例3

利用状态字进行编程的举例用查询方式串行输入80个字符，并把字符存放到缓冲区BUFF中8251初始化查询RxRDY状态位考虑出错情况8251软复位

MOVCX,3

XORAL,AL MOVDX,CNTPORT AGA: OUTDX,AL CALLDELAY LOOPAGA MOVAL,40H

；软复位命令

OUTDX,AL CALLDELAY查询式串行输入初始化

MOVAL,5AH OUTDX,AL;7位数据，1位停止位，奇校验，波特率因子16 CALLDELAY MOVAL,17H OUTDX,AL;清除错误标志，全双工，DTR有效

CALLDELAY查询式串行输入循环初始化

MOVAX,DATA MOVDS,AX LEABX,BUFF MOVCX,80查询式串行输入查询状态

MOVDX,CNTPORT STATUS:INAL,DX TESTAL,02H；RxRDY＝1？

JZSTATUS

MOVDX,DATAPORT INAL,DX MOV[BX],AL INCBX

查询式串行输入判断错误

MOVDX,CNTPORT INAL,DX TESTAL,38H;有没有错误

JNZERR LOOPSTATUS JMPEXITERR: ······EXIT: ······查询式串行输入对于8251A异步通信初始化程序段如下若8251A采用异步通信方式，设定字符7位数据、1位偶校验、2位停止位，倍频系数(波特率因子)为16。方式控制字为FAH。命令控制字37H使TxEN为1，发送允许：使请求发送处于有效电平；使RxEN为1，让接收也允许；使数据终端准备好信号处于有效电平，通知调制解调器，CPU已经准备就绪；清除了出错标志等。

程序实现：

MOVAL,OFAH；设置方式字

OUT52H,ALMOVAL,37H；设置命令字，启动发送

OUT52H,AL对于8251A同步通信初始化程序段如下若8251A采用同步通信方式，“奇”端口地址仍为52H。8251A初始化程序往52H端口中设置的依次为方式字、同步字符和命令字。方式控制字为38H。它设置了内同步方式、2个同步字符、7位数据、偶校验。2个同步字符可以相同，也可以不同，这里均为16H。命令控制字为97H。它使8251A的发送器、接收器启动；开始对同步字符进行检索；CPU当前已经准备好进行数据传输；使状态寄存器中的3个出错标志复位等。程序实现：