串行通信接口

2多一串打通G

教学重点

■异步通信协议和RS232c接口

■8250的内部结构和编程

■异步通信程序

12A串行通信基础

■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.异步通信

■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

低位高位

•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50

bps到9606bps之间。现在，可以达到115200bps

或更高

同步通信

■以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附

力叮个或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

同步字符数据数据校验字符

3,传输制式

全双工站A：站B

半双工站4・FB

单工站Aa站B

示例

4.调制解调器

■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

122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

12.2.1RS-232c的引脚定义

■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的弓IW(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的弓IW(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的弓IW(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的弓IW(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：振铃指不

■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的弓IW(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

12.2.2RS-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

4连接调制解调器

微机MODEMMODEM微机

发送数据TxD27

接收数据RxD

JJ

A请求发送RTSAAA

一一nr

允许发送CTS

□□电话线□□

6数据装置准备好DSR6vJ66

7信号地GND777

8载波检测CD888

20数据终端准备好DTR202020

22振铃指KRI222222

不使用联络信号的3线相连方式

微机微机

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

微机微机

使用联络信号的多线相连方式

微机微机

通信比较可靠

所用连线较多，不如前者经济

电气特性g

■232c接口采用EIA电平

■高电平为+3V〜+15V

■低电平为一3V〜一15V

■实际常用±12V或±15V

■标准TTL电平

■高电平：+2.4V〜+5V

■低电平：0V〜0.4V

.*123通用异步接收发送器8250

-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

12.3.18250的内部结构

■8250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5〜8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50〜9600bps

1.串行数据的发送

0/10/1

CfUCi,校验位、停止位

双缓冲寄存器结构

保证数据的连续发送

_=——=^_

2.起始位的检测

------------16T----------------

数据虚[起始位I]

(SIN)\------------------?-----------------T

时钟血皿皿I皿血皿!扁血血皿皿IT

RCLK)।।।

|------8T—|-------------16T--------------1

丁毅据接收时钟频率是数据传输频率的16倍1

正确识别起始位，防止因干扰引起的误识别I

3.串行数据的接收

CPU并行数据

接收缓冲寄存器

，串°行数据

接收移位寄存器SIN

10/10/10/10/1

同步控制

检测接收错误

双凌冲寄存器结构一删除起始位、

校验位、停止位

保证数据的连续接收

,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

12.3.28250的引脚

■分成连接CPU的部分和连接外设的部分

■注意：8250不是Intel公司的产品，所以

该芯片引脚名称与前面学习的8253、

8255等Intel产品有所不同，但是引脚功

能却是类似的

1.处理器接口引脚（1）

■数据线DO〜D7：在CPU与8250之间交换信息

■地址线A0〜A2：寻址8250内部寄存器

■片选线：8250设计了3个片选输入信号CSO、

CS1>CS2*和一个片选输出信号CSOUT。3个片

选输入都有效时，才选中8250芯片，同时

CSOUT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

1.处理器接口引脚（2）

■读控制线

-数据输入选通DISTR（高有效）和DISTR*（低有效）

有一个信号有效，CPU从8250内部寄存器读出数据

-相当于I/O读信号

■写控制线

-数据输出选通DOSTR（高有效）和DOSTR*（低有

效）有一个有效，CPU就将数据写入8250内部寄存器

-相当于I/O写信号

■8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相

同，只不过有效电平不同而己

1.处理器接口引脚（3）

■驱动器禁止信号DDIS：CPU从8250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：8250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

2.时钟信号

■时钟输入弓I脚XTALL8250的基准工作时钟

■时钟输出引脚XTAL2：基准时钟信号的输出端

・波特率输出弓|脚BAUDOUT*：基准时钟经8250

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弓|脚和BAUDOUT*弓|脚直接相连

3.串行异步接口引脚

发送数据SOUT

8250接收数据SIN

请求发送RTS*

允许发送CTS*

数据装置准备好DSR*

数据终端准备好DTR*

信号地GND

载波检测RLSD*

—"振铃指示RI*

14.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

低电平有效信号

■复位使其恢复为高

12.3.38250的寄存器

■8250内部有9种可访问的寄存器，除数寄

存器是16位的，占用两个连续的8位端口

■内部寄存器用引脚A0〜A2来寻址；同时还

要利用通信线路控制寄存器的最高位，即

除数寄存器访问位DLAB,来区别共用两

个端口地址的不同寄存器（表12.2）

1.接收缓冲寄存器RBR

SIN

存放串行接收后转换成并行的数据

2.发送保持寄存器THR

CPU

■i

发送保持寄存器

发送移位寄存器SOUT

同步控制

8250

包含将要串行发送的并行数据

3.除数寄存器

|-------------16T--------------1

]起争位|；

数据线

(SIN)

时钟ihimimiiiiiihiiiiimimiiiiHHmnimhjiniinjLnr

(RCLK)

16T

除数寄存器保存设定的分频系数

分频系数=基准时钟频率小（16义比特率）

4.通信线路控制寄存器LCR

DLABD6D5D4D3D2DlDO

I

匕」|』」|」|」口I」口口

中止字符

停止位个数

数据位个数

0校验，U

J01位

1J005位

X一

xl1L5位（数据彳

位016位

12位（数据位

001设107位

验ZQ28位

011设置偶校验

nn为1

指定串行异步通信的字符格式

5,通信线路状态寄存器LSR

O

D6D5D4D3D2DlDO

翳

爵

*a髭

I-JI-J

m3

31

至1

声w1为1,表示接收数据缓冲器收到E

可

m鱼

丽|1一个数据，既接收数据准备好；1

习

m且

司

，

可

n习

3当CPU读走数据后，该位为01

z^i圈

JJ

提供串行异步通信的当前状态

供CPU读取和处理

6,调制解调器控制寄存器MCR

DTR

000LOOPOUT2OUT1RTS

aJJJJJJJJj

a=J1=JIM

T

n为1使8250为循环工作方式l

-nI-

n

m否则为正常工作方式M

n

w

设置8250与数据通信设备之间

联络应答的输出信号

7,调制解调器状态寄存器MSR

■反映4个控制输入信号的当前状态及其变化

■MSR高4位中某位为1,说明相应输入信号当前

为低有效，否则为高电平

■MSR低4位中某位为1,则说明从上次CPU读取

该状态字后，相应输入信号已发生改变，从高变

低或反之

■MCR低4位任一位置1,均产生调制解调器状态

中断，当CPU读取该寄存器或复位后，低4位被

清零

鼻4级中断

■接收线路状态中断优先权高

.奇偶错、溢出错、帧错和中止字符

■接收器数据准备好中断

■发送保持寄存器空中断

■调制解调器状态中断.优先权低

■清除发送状态改变

-数据终端准备好状态改变

-振铃接通变成断开

-接收线路信号检测状态改变

8.中断允许寄存器IER

■8250设计有2个中断寄存器和4级中断

・4级中断的优先权，是按照串行通信过程中

事件的紧迫程度安排的、是固定不变的

■用户可利用中断允许或禁止进行控制

■中断允许寄存器的低4位控制8250这4级中

断是否被允许

■某位为1,则对应的中断被允许

■否则，被禁止

9.中断识别IIR

00000ID1ID0IP，0有中断

Li无中断

mi』』』』』』』』』』』』」—』』」、

且

ID1ID0优先权中断类型回

可

接收线路状态回

111回

a

102接收数据准备好

EFj

l

013发送保持寄存器空B

B

004调制解调器状态R

保存正在请求中断的优先权最高

的中断级别编码

12.4异步通信适配器

-

-IBMPC/XT机的串行异步通信适配器

■以8250为核心

■完成发送时的并转串和接收时的串转并以及相

应的控制工作

■配置了TTL电平与EIA电平转换电路等

-展开异步通信适配器的

■硬件电路

■软件编程

12.4.1异步通信适配器的接口电路

LS2458250

DO〜D7^-----D0〜D7

—HDIR

[OR^注意：跨接器’

Tow—J9〜JU

AO〜A2一和OUT2*的作用RCLK

AEN-

CS2BAUDOUT+5V

A3〜A7A9

CSO

+5V

CS1

~"rJ9-j-ADS

A8―rJ10-：-

—rjn4—DISTR

J12L0UT2DOSTR

IRQ4INTRPT

IRQ3

RESETMR

1.8432MHzXTAL1

12.4.2异步通信适配器的初始化编程

■对8250的内部控制寄存器进行编程写入

⑴写入除数寄存器

■设置传输率

⑵写入通信线路控制寄存器

■设置字符格式

⑶写入调制解调器控制寄存器

■设置工作方式

(4)写入中断允许寄存器

■设置中断允许或屏蔽位

设置传输率

moval980h

movdx,3fbh

outdx,al

；写入通信线路控制寄存器，使DLAB=1

movax,96

；分频系数：l.8432MHz+(1200X16)=96=60H

movdx,3f8h

outdx9al;写入除数寄存器低8位

moval,ah

incdx

outdx,al;写入除变寄存器高8位

写入底数萼存器—一二

设置字符格式

moval,00001010b

movdx,3fbh

outdx,al;写入通信线路控制寄存器

；这段程序同时使DLAB=0

写入通信线路控制寄存器

设置工作方式

・设置查询通信方式

moval,03h

;控制OUT2*为高，DTR*和RTS*为低

movdx,3fch

outdx,al;写入调制解调器控制寄存器

■设置中断通信方式

moval,Obh

;控缶ij为OUT2*低，允许INTRPT产生请求

movdx,3fch

outdx^al

写入调制解调器控制寄存器

设置中断允许或屏蔽位

moval50;禁止所有中断

movdx,3f9h

outdx,al

；写入中断允许寄存器（此时DLAB=0）

写入中断允许寄存器

12.4.3异步通信程序

■程序循环读取8250的通信状态寄存器

-数据传输错误就显示一个问号“？”

■接收到数据就显示出来

■可以发送数据就从键盘输入发送字符（用户没

有输入字符就不发送）

■如果按下ESC键返回DOS

查询通信线路状态

statue:movdx52fdh

;读通信线路状态寄存器

inal9dx

testaljeh;接收有错误否？

jnzerror;有错，则转错误处理

testal,01h;接收到数据吗？

jnzreceive;是，转接收处理

testal,20h;保持寄存器空吗？

jzstatue;不能，循环查询

异步通信程序

检测键盘输入

movah,Obh;检测键盘有无输入字符

int21h

cmpal,0

jzstatue；无输入字符，循环等待

movah,0；有输入字符，读取字符

int16h

；采用01号DOS功能调用，则有回显

cmpaljbh

jzdone;是后3(2键，程序返回DOS

异步通信程序

发送数据

movdx,2f8h

;将字符输出给发送保持寄存器

outdx,al;串行发送数据

jmpstatue;继续查询

异步通信程序

接收数据

receive:movdx,2f8h

;从输入缓冲寄存器读取字符

inal9dx

andal,7fh

;传送标准ASCH码（7个数据位）

；所以仅取低7位

pushax;保存数据

异步通信程序

显示数据

movdl,al;屏幕显示该数据

movah,2

int21h

popax;恢复数据

cmpal,Odh;数据是回车符吗?

jnzstatue;不是，则循环

movdl,Oah;是，再进行换行

movah,2

int21h

jmpstatue;继续查询

异步通信程序

接收错误处理

error:movdx,2f8h

;读出接收有误的数据，丢掉

inal9dx

movdl,?;显示问号

movah,2

int21h

jmpstatue;继续查询

异步通信程序

中断通信方式的编程方法

■关键

解决主程序与中断服务程序的数据传递

■注意

处理好8250的4级10种中断源

-简便方法

只允许接收数据准备好中断

中断通信方式的循环队列

接收队列

主程序

头指针

中断服务程序

UART

接收处理:

从队列