第10章 串行通信与接口第8章 串并行通信与接口n教学重点n 串、并行接口的特点n 8255A的工作方式和编程n 8255A的0、 1方式及其应用n 8251A、8250的初始化编程教学难点u8255A方式1、方式2与CPU的 连接和应用 u8251A与CPU的连接和应用 1 串行通信的基本概念串行通信：指利用一条数据传输线将数据一位一位顺序传送。特点：通信电路简单，成本低，适用于远程通信，但传输速度慢。10.1 可编程串行通信接口芯片8251现在的台式PC机一般 至少有两个RS232 串行口COM1和COM2， 通常COM1使用的是9 针D形连接器，而 COM2使用的是老式的 DB25针连接器。一、数据传送方向 串行通信时，数据通信在两个站之间进行 传送，如微机与微机之间，微机与终端之 间。可分为如下三种传送方式。全双工方式站A站B站A站B站A站B半双工方式单工方式二、波特率与收/发时钟n串行传输速率也称波特率（Baud Rate）n每秒传输的二进制位数bpsn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常用的波特率为110、300、600、1200、400、 4800、9600 和19200 波特或更高。（1）串行传输速率字符速率与波特率两者关系 字符速率：每秒钟传输的字符数。波特率：指单位时间内传送二进制数据的位数。单位为：b/s例: 异步传输过程，设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200bps，那么，每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个。传送每位信息所占用的时间为： Td=1 秒/1200=0.833 毫秒（2） 发送/接收时钟 在异步通信方式进行通信时，发送端需要 用时钟来决定每1位对应的时间长度，接 收端也需要用一个时钟来测定每1位的时 间长度，前一个时钟叫发送时钟，后一个 时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以 是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64 倍。这个倍数就称为波特率因子。发送/接收时钟频率与波特率之间的关系 为： 发送/接收时钟频率=n发送/接收波特率 ，其中n称为波特因子，一般n=1，16， 32，64 。例：要求传输速率为1200 bps当选择n=16时，表明一位数字信号中有 16个时钟脉冲，故发送/接收时钟频率为 ： 120016=19.2kHz接收端检测到线路为低，过8个（假定波特因子为16 ）接收时钟周期后，如果还为低，则认为接收到一个 起始位，则随后每过16个接收时钟周期后，接收到一 个数据位。3.串行通信的两种基本方式在串行通信中，有两种最基本的通信方式 ： 同步通信（Synchronous Data Communication） 异步通信（Asynchronous Data Communication） （1）异步通信及其协议异步通信是指以字符为单位传送数据，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符，两次传送时间隔不固定。n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。起始位：先发出一个逻辑“0”信号，表示开始传输字符。数据位：紧跟着起始位之后，数据位可为58 位，先传送最低有效位。最后传送最高有效位。奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数为偶数称为偶校验，反之为奇校验，通过编程可以设定为奇校验、偶校验或无校验。停止位： 一个数据传输结束标志，可以是1 位、1.5 位、2 位的高电平。空闲位： 处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。异步通讯为了可靠地传送数据，在每次传送数据的同时，附加了一些标志位。在大量数据传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，这就是同步通讯。采用同步传送，在数据块开始处要用同步字符来指示，并在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步。同步方式：单同步、双同步、外同步。单同步：传送数据前先传送1个同步字符。双同步：传送数据前先传送2个同步字符。外同步：使用一条专用线路传输同步字符，使收发及接收方同步。提高电平摆幅RS232-C标准采用平衡式传输RS422/RS485采用电流信号20mA电流环利用电话线和声频信号调制/解调调制（Modulating）：把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号。解调（Demodulating）：将电话线路上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联合装置。串行数据的远传可以用电缆线直接连接标准RS232端口，但通信距离较近(12m)。若距离较远，可附加调制解调器（MODEM）。美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口 。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与数据通信设备DCE 的标准接口。DTE数据终端设备，例如计算机DCE数据通信设备（数传机），例如调制解 调器）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：物理层串行接口标准RS-232CDTEDCEDCEDTE调制解调器调制解调器计算机计算机电话线RS-232C 接口RS-232C 接口RS-232C接口的使用场合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。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（Null Modem）连接。连接调制解调器电话线MODEM微机 2 3 4 5 6 7 8 20 222 3 4 5 6 7 8 20 22MODEM 2 3 4 5 6 7 8 20 22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 2 3 4 5 6 7 8 20 22微机TxDRxDGND微机TxDRxD微机DSR DTRTxDRxDRTSCTSGND微机 TxDRxDDSRDTRRTSCTS微机DSR DTRTxD RxD RTS CTS GND微机DSR DTRTxD RxD RTS CTS标准TTL电平（正逻辑） “1”电平：3.5V 5V “0”电平：0V 0.8V相互转换RS232C电器特性 在数据线TXD和RXD上：逻辑1=3V15V逻辑0=3V15V在控制线和状态线RTS、CTS、DSR、DTR和DCD上：信号有效3V15V信号无效3V15V一、8251A 基本性能两种传送方式：同步和异步传送。同步传送：58 位/字符，内部或外部同步可自动插人同步字符。异步传送：58 位/字符，时钟速率为通信波特率的1、16 或64 倍。10.2 可编程串行通信接口芯片8251A可自动产生、检测和处理终止字符，可产生1、1.5 或2 位的停止位。波特率在同步方式时为064Kbps，异步方式时为019.2Kbps。全双工、双缓冲器发送器和接收器。出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。发送缓冲器并串转换寄 存器TXD接收缓冲器串并转换寄 存器RXD3.8251A的接口信号 （1） 8251A与CPU接口信号 片选信号 CS*为低电平时，8251A被选中 数据信号 读写控制信号 RD*为读信号 WR*为写信号 C/D*为控制/数据信号8251A 与外设的接口信号 8251A 与外设的接口信号分两类： （1）收发联络信号 /DTR （Data Terminal Ready），数据终端准备好信号，输出，低电平有效。表明8251可以接收数据。 /DSR （Data Set Ready），数据装置准备好， 输入，低电平有效，表示外设或调制解调器已 准备好。收发联络信号TxRDY（Transmit Data）指示8251的发送缓冲器为空。通过中断，可以通知CPU，CPU可以向8251发送缓冲器写入1个字节数据以发送。发送缓冲器并串转换寄 存器TXDTxE（Transmit Empty）并串转换器为空。发送缓冲器并串转换寄 存器TXDSYNDET/BD（Synchronous Detection）/BD(Break Detection)，双引脚功能线。同步检测信号，只用于同步方式。 采用内同步，接收方收到同步字符时，SYNDET输出高，表示达到同步，后面就是有效数据。采用外同步时，外部字符由SYNDET输入或输出。对接收方，当SYNDET有效时，表示达到同步，后面的数据为有效数据。异步方式下，接收方连续收到8个0, SYNDET/BD变为高电平，表示处于数据断缺状态。RxRDY（Receptor Ready），接收器准备好信号，用来表示当前8251A 已经从外部设备或调制解调器接收到一个字符，等待CPU 取走。 在中断方式时，RxRDY 可以作为中断请求信号。/RTS （Request To Send），请求发送信号，输出，低电平有效，表示8251打算发送数据。 /CTS （Clear To Send），清除请求发送信号，输入，低电平有效，这是调制解调器对 8251A 的/RTS信号的响应，它是由外设发送8251A 的，当/CTS为低电平时，8251A 才能进行发送操作。/RTS ，/CTS， /DTR ，/DSR 是状态寄存器中对应位RTS、CTS、DTR、DSR 的取反。（2）数据信号 TxD（Transmit Data），发送器数据输出RxD（Receiver Data），接收器数据输入时钟、电源和地 CLK，工作时钟，由外部时钟源提供。为芯片内部电路提供定时，它不等于发送和接收 数据的时钟。0.74MHz3.1MHz。 在异步方式下，CLK 的频率要大于接收器或 发送器输入时钟频率的45 倍。 在同步方式下，CLK 的频率要大于接收或发 送输入时钟的30 倍。RESET高电平复位，使收、发处于空闲状态。TxC （Transmitter Clock），发送器的时钟输入，用来控制发送字符的速度。 RxC （Receiver Clock），接收器时钟输入，用来控制接收字符的速度，其频率选择和TxC 一样。 Vcc，电源输入GND，地四、8251A 的编程8251A 为可编程的串行接口芯片，在使用之前必须对它进行初始化编程，规定其工作方式，传输的波特率、字符格式等。初始化编程必须在系统复位（RESET）以后，在8251A 工作之前进行。8251A 的编程包括两个方面的内容：（1）由CPU 发出控制字，即方式命令字和操作命令控制字。方式命令字是规定8251A 的工作方式。操作命令字直接使8251A 处于规定的工作状态，准备接收或发送数据。复位后，必须先向8251写入方式命令字。（2）由8251A 向CPU 送出的状态字。在数据通信系统中，常常需要检测8251A 的工作状态，如检测传送中是否产生错误。方式命令字操作命令字TxEN1，允许8251发送数据。DTR1，表示8251工作正常，可以与modem收发数据。RxEN1，允许8251接收数据。，则使8251一直发送0信号。正常通信时，应设SBRK0。ER1，则清除状态寄存器的3个出错标志。PE（奇偶校验出错标志）OE（接收数据被覆盖标志）FE（帧数据格式错误，接收的停止位不为1）RTS1，使/RTS为低，表示8051要求发送数据。 IR1，使8251复位。软件复位。EH在同步方式下有效。EH1，表示8251开始搜索同步字符。状态寄存器PE 、OE、 FE置为1，表示有错误发生，但8251不停止收/发。TxRDY=1，表示发送缓冲器为空。TxRDY管脚表为1的条件：（1）发送缓冲器为空（2）/CTS0（3）TxEN1一般，可以查询TxRDY。用TxRDY管脚中断。若要查询8251A 接收器是否准备好，可用下列程序实现：MOV DX，3F9H ；状态口NEXT： IN AL，DX ；读状态口AND