串行通讯接口课件

1串行通讯接口

29.1串行通讯方式

串行通讯一般有两种方式：同步方式和异步方式。

1.异步方式:

以字符为单位进行传输，一个字符内的时间间隔是固定的，字符之间时间间隔不固定，一组数据以起始位低电平“0”开头，停止位高电平“1”结束，停止位长度可为1位、1.5位或2位，构成一帧信息,数据采用ASCII码、扩展BCD码（即EBCDIC码），数据传送完成后，可选择一个奇偶校验位，格式见图9.1。

数据传输的波特率是每秒钟所传输的二进制位数，显然，每位传输所花的时间是相同的，为数据传输速率的倒数，波特率的单位为波特baud，常用的标准波特率是110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600和19200波特。例如：某异步方式的通讯系统，一个字符包括1个起始位、8个数据位、1个停止位，数据的的传输速率为240字符/秒，那么波特率=240

10bit=2400baud。32．同步通讯在一个字符的前面和后面，都要加起始位和停止位，占用了约20%的有效传输时间。在数据量传输很大时，为了提高传输速度，就要去掉这些标志，采用同步通讯。同步通讯是指一个字符的前面和后面不加起始位和停止位，而是将数据按顺序连接起来，以数据块为单位进行传送，数据块开始时，只用1个或2个用户自己设定的同步字符，最后加校验位结束，传送的信息组称为信息帧，格式见图9.2。异步通讯过程中，发送方与接收方的每一位数据保持同步，双方的时钟信号频率和相位，始终保持一致，所用硬件电路复杂，同步通讯速率比异步通讯高，通常达到几十K到几百K。串行传输方式通常采用全双工、半双工也可采用单工。全双工是指系统某一时刻既可以发数据，同时可以收数据；半双工是指一条传输线路要么发数据，要么收数据，不同时进行；单工则是指一条传输线路只能用于发数据或只用于收数据。返回本章目录49.2可编程的串行通讯接口8251A

9.2.1串行接口8251A的内部电路，见图9.38251A由5个部分组成：数据总线缓冲器、读写控制逻辑电路、调制解调控制电路、接收器和发送器，其中数据总线缓冲器由3部分组成：状态缓冲器、发送数据/命令缓冲器、接收数据缓冲器。

1.数据总线缓冲器连接8251A与系统总线，在CPU执行输入/输出指令期间，接收和发送数据，进行控制字、状态信息、命令字的传输，从功能上看，数据总线缓冲器是编程结构中数据输入缓冲器、数据输出缓冲器、控制寄存器、命令寄存器的整体部件。

2．读写控制逻辑电路

（1）接收复位信号RESET：输入有效高电平时，使8251A处于空闲状态。

（2）接收时钟信号CLK：对8251A内部定时。5

见图9.3

（3）接收控制/数据信号C/

：与读/写信号配合，通知8251A当前读写操作对象是控制字还是状态字。

（4）接收读信号：将8251A的数据或状态字，送到总线上。

（5）接收写信号

:将数据总线的数据和控制字，写入8251A中。

3．调制解调控制电路用来简化调制解调器与8251A的连接，进行远程发送时，将串行接口送出的数字信号先变为模拟信号后，再发送出去；接收时，用解调器将模拟信号先变为数字信号后，由串行接口送给计算机。

4．发送器将CPU送来的并行数据，加上起始位、停止位、奇偶校验位后，由TxD引脚发送到外设，只有当程序设置了允许发送和对调制解调发出的请求发送响应信号有效时，才能发送。6见图9.35．接收器将外设通过RxD引脚发来的串行数据，转为并行数据，存入接收器的数据缓冲器中。

8251A工作在异步方式、允许接收、准备好接收数据状态时，监测RxD引脚，无字符传送时，RxD引脚为高电平，当RxD引脚出现低电平时，8251A认为它是数据字符的起始位，启动内部计数器，计数到一个数据宽度的一半，重新采样RxD引脚，若仍是低电平，则进一步确认它是起始位，而不是噪声，此后，每隔16个脉冲采样一次数据，送到移位寄存器，移位处理后，去掉冗余位，变换成并行数据存入接收缓冲器，通过RxRDY引脚向CPU回答数据已经收到信号。78251A用于CPU与外部设备、CPU与调制解调器之间的接口，芯片引脚分为两组：8251A与CPU的接口信号、与外设的接口信号，见图9.4。

1．8251A与CPU之间的接口信号

（1）数据信号线D0－D7：8根双向数据总线，是CPU与8251A之间的传送命令信息、数据信息、状态信息的总线。

（2）片选信号线：低电平有效的输入线，CPU输入的地址信息经过译码电路译码后，产生有效的低电平，表示选中8215A。

（3）读写控制信号线：

1)

读信号：低电平有效的输入线，=0时通知8251A，CPU当前正从8251A中读取数据或信息。

2)写信号：低电平有效的输入线，=0时通知8251A，CPU

当前正往8251A中写入数据或信息。

9.2.2串行接口8251A芯片的引脚

8

见图9.43)控制/数据信号C/

：输入线，CPU送给8251A的控制信号，区分当前读/写的信息是数据信息还是状态信息。

8251A中只有两个端口地址，数据输入端、数据输出端合用同一个偶地址，状态端口、控制端口合用一个奇地址。8086系统中，将A1地址线与C/相连，8088系统中，将A0

地址线与C/

相连。（4）收发联络信号线

1）发送器准备好信号TxRDY：输出有效的高电平时告诉CPU，8251A已经准备好传送字符，CPU通过8251A向外设发送，如果采用中断方式，TxRDY为中断请求信号，如果采用查询方式，TxRDY为联络信号。8251A收到CPU发来的一个字符后，就变为无效的低电平。9

见图9.42）发送器已空信号TxE：输出有效的高电平时，表示8251A发送器中并行到串行转换器已空，指示发送工作已经完成。当8251A收到了CPU发来的一个字符后，就变为无效的低电平。

3）接收器准备好信号RxRDY：输出有效的高电平时，表示8251A已从外设或调制解调器收到一个字符，等待CPU取走，如果采用中断方式，RxRDY作为中断请求信号，如果采用查询方式，RxRDY作为联络信号。当8251A收到CPU发来的一个字符后，就变为无效的低电平，等到下一次从外设或调制解调器那里接收到一个字符后，变为高电平。

4）同步检测信号SYNDET：高电平有效，用于同步方式，输入输出双向信号线，初始化时决定，工作在内同步状态时，SYNDET作为输出线，高电平表示8251A已经达到同步，工作在外同步状态时，SYNDET作为输入线，输入一个高电平脉冲，在RxC

下降沿8251A开始装配字符。102．8251A与外设之间的接口信号，见图9.4。（1）收发联络信号

1)数据终端准备好信号：低电平有效的输出线，CPU通过命令使之变为有效的低电平时，告诉外设CPU已经准备好。

2)数据设备准备好信号：输出一个有效的低电平时，表示外设准备好，8251A状态寄存器的第7位为1，CPU通过对此位的读取来判断。

3)请求发送信号：低电平有效的输出线，CPU通过命令使之变为有效的低电平时告诉外设，CPU已经准备好发送数据。

4)请求发送响应信号：低电平有效的输入线，是对的响应，输入有效的低电平是时，8251A执行发送操作。

11

见图9.4

它们是提供CPU与外设之间进行联络用的，因为CPU与外设之间不能直接相连。（2）数据信号线

1)发送器数据信号端TxD：输出线，CPU送外设的数据，经过8251A将并行转为串行后，通过TxD发送给外设。

2)接收器数据信号端RxD：输入线，接收外设送来的串行数据，经过8251A将串行转为并行。

3)其它：还有电源线、地线、3个时钟线。128251A是可编程的串行通讯接口，使用前必须进行初始化，以确定其工作方式、数据传送速率、字符格式等。有方式选择控制字、操作命令控制字、状态控制字3种

1．方式选择控制字：见图9.5

。

（1）D1D0定义波特系数：D1D0=00时，同步方式；D1D0=01时，异步×1；D1D0=10时，异步×16；D1D0=11时，异步×64。

（2）D3D2字符长度：D3D2=00时，字符长度5位；D3D2=01时，字符长度6位；D3D2=10时，字符长度7位；D3D2=11字符长度8位。

（3）D5D4奇偶校验：D5D4=0×时，无校验；D5D4=10时，奇校验；D5D4=11时，偶校验。

9.2.3串行接口8251A的控制字

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见图9.5

（4）D7D6两个功能：异步方式时，前提是D1D0≠00，用来定义停止位长度；D7D6=00时，长度不确定；D7D6=01时，1个停止位；D7D6=10时，1.5个停止位；D7D6=11时，2个停止位。同步方式时，前提是D1D0=00，用来定义同步控制；D7D6=×0时，为内同步；D7D6=×1时，外同步；D7D6=0×时，双同步字符；D7D6=1×时，单同步字符。14

2．操作命令控制字：见图9.6。

(1)D0允许发送位：D0=0时，禁止发送；D0=1时，允许发送。

(2)D1数据终端准备好位：D1=0时，CPU未准备好；D1=1时，CPU已经准备好接收数据。

(3)D2允许接收位：D2=0时，禁止接收；D2=1时，允许接收。

(4)D3送终止位：D3=0时，正常工作；D3=1时，中止工作。

(5）D4清除错误标志位：8251A有3个出错标志，分别是PE奇偶校验标志、OE越界错误标志、PE帧校验错误标志；D4=0时，将它们都清为“0”。

(6)D5请求发送位：D5=1时，表示CPU已经准备好数据，请求向调制解调器或外设发送数据。

(7)D6内部复位：D6=1时，使8251A回到方式选择控制字状态

(8)D7跟踪方式位：D7=1时，启动搜索同步字符，从此以后所有写入8251A的控制字全部是操作命令控制字。15

3．状态控制字，格式见图9.7。

1)D0发送准备好标志位：D0=1时，当前发送数据缓冲器已空，与引脚TxRDY有差别。

2)D1、D2、D6位：与RxRDY、TxEMPTY、SYNDET/BRKDET同名的引脚功能相同。

3)D3PE奇偶校验标志出错位：D3=1时，表示当前奇偶校验错误，但不中止8251A的工作。

4)D4OE溢出错误标志位：D4=1时，表示当前有溢出错误，但不中止8251A的工作。

5)D5FE帧校验出错标志位：D5=1时，表示未检测到停止位，但不中止8251A的工作。

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流程见图9.8。

1．设置8251A的工作方式：见图9.5

设置8251A是同步工作方式还是异步工作方式。对于同步方式，随后要指出同步字符的个数，将同步字符送入8251A的同步字符寄存器中。

2．写入命令控制字：见图9.6

方式控制字写完后，无论是同步方式还是异步方式，写入8251A的命令控制字，控制字中包括对8251A操作的各种控制命令，如果设置D6=1，则使8251A复位，恢复到初始状态，重新进行工作方式控制、命令控制字的设置；如果设置D6=0，进行下一步。

3．数据传输数据传输过程中或是数据传输完成后，可以向命令控制字写入新的命令字来改变8251A的操作。

4．8251A的初始化：见图9.8。9.2.4串行接口8251A的初始化17

（1）芯片复位后，第1次用奇地址端口写入的值，作为工作方式写入工作方式控制寄存器。（2）如规定同步方式，往奇地址写入的1－2个字节的同步字符。

（3）不管是哪种工作方式，CPU先向奇地址端口写入的字作为控制字送去控制字寄存器，后由偶地址端口写入的字送到数据缓冲寄存器。例如：8251A采用异步工作方式，设定字符为7位，1位偶校验，2位停止位，波特系数为16。程序段为：

MOVAL，0FAH；设置方式控制字，FAH=11111010B

OUT51H，AL；这时设定8251A的奇地址为51HMOVAL，37H；设置命令字，37H=00110111B，对照图9.6来读

OUT51H，AL；18

例如：8251A采用同步工作方式，设定字符数据为7位，偶校验，2位同步字符。程序段为：

MOVAL，38H

；设置方式控制字，38H=00111000B

OUT51H，AL

；这时设定8251A的奇地址为51H

MOVAL，16H

；2个同步字符，值为16HOUT51H，AL

；写入第1个同步字符16HOUT51H，AL

；写入第2个同步字符16HMOVAL，97H；设置命令字，97H=10010111B，对照图9.6来读这里设置命令字97H，启动8251A的发送器，启动接收器，开始对同步字符进行搜索，CPU已经准备好进行数据传送，使状态寄存器中的3个出错标志位复位。返回本章目录199.3串行接口8251A应用举例

例如：某微机8251A用于显示器CRT的串行接口，见图9.9。

（1）8251A的时钟CLK：由微机系统主频提供，为8MHZ。

（2）8251A的发送时钟TxC、接收时钟RxC：由定时计数器8253的输出OUT2提供。

（3）8251A的片选信号：由地址线经地址译码器译码后提供。

（4）8251A的读、写信号：与CPU的相应控制线、相连。

（5）8251A的数据线D0－D7：

与数据总线的低8位D0－D7相连。

（6）8251A为TTL电平，CRT为RS－232C电平，用1488、1489来进行电平之间的转换。208251A设置工作方