,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微机原理与接口技术,第 8 章 并/串行通信接口,教案,微机原理与接口技术第 8 章 并/串行通信接口教案,1,串行通信接口,8.2 串行通信基础,8.3 可编程串行I/O接口8251,8.4 8251应用例,串行通信接口8.2 串行通信基础,2,串行通信,数据线,信号地,控制/联络线,计,算,机,计,算,机,或,外,设,串行通信数据线 信号地 控制/联络线,3,串行通信方式,串行通信可以分成：,异步,通信,方式,异步通信是利用字符的再同步技术,实现一个个数据传送的通信方式。,（,异步时钟,字符帧格式,）,同步,通信,方式,同步通信是利用同步时钟和同步字符技术,实现一批数据传送的通信方式。,（,同步时钟,数据块格式,）,串行通信方式串行通信可以分成：,4,异步通信方式,异步通信,双方用各自的时钟,（,异步时钟,）,信号控制发送和接收,通信是随机进行的。,异步通信,方式,的数据,以字符为单位（,字符帧,）,。各个字符可以连续传送,也可以间断传送。,异步通信,的,字符帧,格式规定：每个字符由,起始位、数据位、奇/偶校验位、停止位,四部分（共712位）组成。,两个,字符帧,之间可以有若干个,空闲位,。,异步通信方式 异步通信双方用各自的时钟（异步时钟）信号控制,5,字符帧格式,1 1 1 1 0 0/1 ,起始位,第n个字符,空闲位,停止位,1 0,0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1,8位数据位,高位,低位,起始位,奇偶校验位,第n+1个字符,字符帧格式 1 1 1,6,同步通信方式,同步通信,要求使用统一的时钟（,同步时钟,）,保证双方的时钟频率和相位完全相同。发送方除了传送数据外,还要把时钟信号（同步信号）同时传送出去。,同步通信方式,以,若干字符数据为传输单位,（,数据块,）,是一组数据连续传送的方式。,同步通信,的,数据块,格式规定：以,1/2个同步字符,指示数据块的开始,然后是连续的,n个字符数据,数据块结束可以加上,1/2个校验字符,。,同步通信方式的,数据块格式,：,1/2个同步字符 数据1 2 3 n 1/2个CRC校验字符,同步通信方式 同步通信要求使用统一的时钟（同步时钟）,7,串行通信规程,单工、半双工、全双工,单工,的通信站之间只有一根传输信号线，传输方向固定，一方发送，另一方接收。,半双工,的通信站之间有一根传输线，尽管传输可以双向，但同一时刻只能有一方发送。,全双工,的通信站之间有两根传输信号线，每个通信站任何时刻既可以发送，又可以接收（相当于2个,单工,的组合）。,信号的调制/解调,为避免信号发生衰减和畸变,用被调制信号控制调制信号的某个参数（例如,幅值,频率,相位等）,使调制信号随着被调制信号变化的过程称为,调制,。经调制后参数随调制信号变化的信号称为已调制信号。反之,从已调制信号中还原出被调制信号的过程称为,解调,。,调制解调器（MODEM）,把,调制器,和,解调器,集成在一起的器件。,串行通信规程 单工、半双工、全双工,8,调制/解调示意图,（调频）,数字信号,数字信号,模拟信号,数据,终端,设备,MODEM,数据,终端,设备,MODEM,调制/解调示意图（调频）数字信号数字信号模拟信号数据 MO,9,传输速率和波特率,传输速率,为每秒钟传送2,#,数码的位数（比特数）,以,位/秒,（b/s）为单位。,传输速率是串行通信一个重要的,通信速率指标,，也反映了对串行通信传输通道的要求。,波特（baud）率,为每位传送时间的倒数，也是串行通信一个重要的,通信速率指标,。,串行通信每次传送1位时,波特率,和,传输速率,相等,。,一般串行通信的波特率在,509600波特,之间。,传输速率和波特率传输速率为每秒钟传送2#数码的位数（比,10,串行通信总线RS-232C,RS-232C,是广泛应用于,数据终端设备（,DTE,）,和,数据通讯设备（,DCE,）,之间的通信总线。,RS-232C,总线信号采用,EIA,电平标准,（负逻辑）,：,“,1,”,-5V-25V,“,0,”,+5V+25V,TTL,电平,信号和,RS-232C,的,EIA,电平,信号之间,要有相应的电平转换电路。,RS-232C,总线,一般使用,D,型,9,芯（,DB-9,）连接器。,RS-232C,信号,：,保护地线,信号地线,GND,；,接收线,RxD,发送数据线,TxD,；,请求发送,RTS,允许发送,CTS,通信设备(DCE)准备好,DSR,终端设备(DTE)准备好,DTR,音响指示,RI,载波检测,DCD,。,串行通信总线RS-232CRS-232C是广泛应用于数据终,11,串行I/O接口的基本结构,联络信号,串入,串出,发送时钟,接收时钟,数据总线,收发器,控制,信号,逻辑,地址译码,中断请求,D,7,D,0,读/写,端口选信号,片选信号,CS,A,0,数据输入寄存器,数据输出寄存器,串入/并出,并入/串出,状态寄存器,控制寄存器,串行I/O接口的基本结构联络信号串入串出发送时钟接收时钟数据,12,串行I/O接口8251,Intel 8251,是可编程的串行,同步/异步,、,发送/接收,接口。,使用单一+5V电源和单相时钟（TTL电平标准）。,接收、发送有各自的数据缓冲器,可以进行,单工,或,全双工,通信。,提供与,调制解调器,的联络信号,便于直接和通信线路连接。,可选择,奇/偶校验,。校验位的插入/剔除、检错都由芯片硬件完成。,异步通信,每个数据字符位数可选,5,8位,停止位可选,1位、1.5位或2位,波特率范围为,0,19200波特,发送/接收时钟频率可为波特率的,1倍、16倍或64倍,（倍频系数1/16/64）。,同步通信,每个数据字符位数可选,58位,波特率范围为,096000波特,发送/接收时钟频率与波特率相同。同步方式可选择,单同步、双同步或者外同步,同步字符可设定。,串行I/O接口8251Intel 8251是可编程的串行同步,13,8251的内部结构,调制/解调,控制逻辑,DTR,DSR,RTS,CTS,发送数据寄存器,D,7,D,0,状态寄存器,接收数据寄存器,控制寄存器,读/写,控制逻辑,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,TxD,TxRDY,TxE,TxC,RxD,RxRDY SYNDET,RxC,发送器,发送控制,接收器,接收控制,8251的内部结构调制/解调DTR发送数据寄存器D7D0状,14,8251的引脚特性,CPU系统数据/控制信号,：,D,7,D,0,：双向、三态数据线。,CLK,：时钟信号,输入。,RESET,：复位信号,输入,高电平有效。,CS,：片选信号,输入,低电平有效。,C/D,：控制/数据端口选择输入线。（A,0,）,RD,WR,：读,写选通信号,输入,低电平有效。,发送/接收状态/控制信号,：,RxRDY,：接收准备好状态,输出,高电平有效。,TxRDY,：发送准备好状态,输出,高电平有效。,TxE,：发送缓冲器空闲状态,输出。,SYNDET,：同步状态输出信号,或者外同步输入信号。,8251的引脚特性 CPU系统数据/控制信号：,15,8251的引脚特性,发送器/接收器信号：,RxD：,串行数据输入。,TxD,：串行数据输出。,RxC：,接收器时钟输入。,TxC,：发送器时钟输入,。,MODEM信号：,DTR,：数据终端准备好状态,输出,低电平有效。,DSR,：数据准备好状态,输入,低电平有效。,RTS,：请求发送信号,输出,低电平有效。,CTS,：允许传送信号,输入,低电平有效。,8251的引脚特性发送器/接收器信号：,16,8251读/写操作控制逻辑,CS,RD,WR,C/D,读/写操作说明,0,0,1,0,（串并）8251数据数据总线,0,1,0,0,数据总线 8251数据（并串）,0,0,1,1,8251状态字数据总线,0,1,0,1,数据总线8251控制字,8251读/写操作控制逻辑CSRDWRC/D读/写操作说明0,17,8251发送/接收器部件,8251发送器的主要部件,移位寄存器、同步字符寄存器（2个）、数据位计数器、奇/偶校验位发生器等。,8251接收器的主要部件,移位寄存器、同步字符寄存器（2个）、数据位计数器、奇/偶校验位检测器等。,8251发送/接收器部件 8251发送器的主要部件,18,8251发送器工作过程,8251异步通信的发送,：,发送器把发送数据寄存器的数据组织成一帧字符信息，从TxD端逐位发送出去,即先发送起始位（“0”）,再逐位发送字符数据位,并根据编程设定在字符数据位后发送校验位和停止位。,若发送器没有字符帧信息发送,则发送“1”空闲位。,8251同步通信的发送,：,发送器先逐位发送设定的1/2个同步字符,然后，逐位从TxD端发送一个个字符数据，直到规定的数据块发送完。,若CPU没有及时把数据写到发送数据寄存器,则8251用同步字符发送填充,直至CPU写入新的数据。,8251发送器工作过程 8251异步通信的发送：,19,8251接收器工作过程,8251异步通信的接收,：,当接收器从RxD端接收到有效的起始位（“0”）后,便逐位接收后续的数据位、检测奇/偶校验位和停止位是否出错。将接收的（并行）数据送到接收数据寄存器,给出“RxRDY”有效信号,表示“串-并”转换好一个数据，可以读取。,8251同步通信的接收,：,若设定,外同步,接收，SYNDET为外同步输入信号（来自MODEM），当检测到SYNDET信号（高电平）有效，启动接收一个个字符数据。,若设定,内同步,接收，首先，搜索规定的1个或2个同步字符（同步字符事先设置在同步字符寄存器），直到搜索同步字符完成，SYNDET信号输出（高电平）有效，接着开始接收一个个字符数据。,8251接收器工作过程 8251异步通信的接收：,20,8251的控制/状态字,8251,的串行通信要靠,命令控制的设置,和,状态的查询,配合完成。8251除了发送、接收串行数据字符以外,还有与之相关的,方式控制字,、,命令控制字,和,状态字,的操作。,例如：,MOV AL,；取,控制字,OUT ,AL；写8251,控制数据,IN AL,；读8251,状态数据,TEST AL,；测试,状态位,8251的控制/状态字 8251的串行通信要靠命令控制的设,21,8251的,方式控制字,00:同步1,01:异步1,10:异步16,11:异步64,00:5位数据位,01:6位数据位,10:7位数据位,11:8位数据位,0:不校验,0 1:奇校验,1 1:偶校验,1:外同步,0 0:内双同步,1 0:内单同步,00:无效,01:1位停止位,10:1.5位停止位,11:2位停止位,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,同步,同步方式?,异步,8251的方式控制字 00:同步100:5位数据位0,22,8251的,命令控制字,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,EN,I R,RTS,ER,SBRK,RXE,DTR,TXE,发送允许,1：允许,0：禁止,接收允许,1：允许,0：禁止,发送断点字符,1：迫使TxD为低,0：正常,数据终端准备好,1：迫使DTR输出0,进入同步搜索方式,1：进行SYNC搜索,内部复位,1：8251内部复位,出错复位,1：复位错误标志,请求发送,1：迫使RTS输出0,8251的命令控制字 D7 D6,23,8251的,状态字,溢出错,1:表示未取走字符,又输入了下一个字符,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,DSR SYNDET,FE OE PE,TxE RxRDY TxRDY,帧格式出错,1:表示未检测到,有效停止位,奇偶错,1:表示奇偶错,同引脚定义,8251的状态字 溢出错 D7 D6,24,8251初始化设置流程,No,8251复位,设置,方式控制字,同步方式?,输入,