第10章串行接口11.ppt

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1、第第10章串行接口章串行接口本章学习内容本章学习内容n掌握串行通信的基本概念掌握串行通信的基本概念n掌握掌握RS232C串行接口标准串行接口标准n掌握串行接口的基本功能和一般结构掌握串行接口的基本功能和一般结构n了了解解可可编编程程串串行行接接口口芯芯片片8251的的结结构、应用及编程方法。构、应用及编程方法。10.1 串行通信的基本概念 10.2 RS232C 串行接口标准10.3 串行通信接口的基本功能和一般结构 10.4 可编程串行接口芯片 8251A 10.1 10.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 通信通信：计算机的计算机的 CPU CPU 与外部设备之间的信息交换与外部设备

2、之间的信息交换 。通信的基本方式通信的基本方式：并行通信并行通信、串行通信串行通信并行通信并行通信：指数据的各位同时进行传送指数据的各位同时进行传送。在在计计算算机机系系统统中中，CPUCPU与与存存储储器器、主主机机与与打打印印机机之之间间的的通通信信，一般采用并行方式一般采用并行方式，传送速度快。传送速度快。串行通信串行通信：指数据指数据为为一位一位按顺序传送。一位一位按顺序传送。串行通信的特点：数据在单条串行通信的特点：数据在单条1 1位宽的传输线上按时间先位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送；节省传输线（优点）；数据传输率后一位一位地传送；节省传输线（优点）；数据传输率较低（缺点）。

3、主要适用于长距离、低速率的通信中较低（缺点）。主要适用于长距离、低速率的通信中。10.1.1数据传送方向数据传送方向 单工单工半双工半双工全双工全双工1 单工（单工（Simplex)在接收器和发送器之间只有一条传输线在接收器和发送器之间只有一条传输线,只能进行只能进行单一方向的传输单一方向的传输,这样的传送方式称为单工方式这样的传送方式称为单工方式 .设备A发送器设备B接收器Data flow2 半双工（半双工（Half Duplex）使用同一条传输线既作为输入又为作输出时使用同一条传输线既作为输入又为作输出时,虽然数据可以在两个方向上传送虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不但通信双方不

4、能同时进行发送和接收数据能同时进行发送和接收数据,这样的传送方式称这样的传送方式称为半双工为半双工。设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器Data flow3 全双工（全双工（Full Duplex）数据的接收和发送分流数据的接收和发送分流，分别由分别由 2 2 条不同的条不同的传输线传送时传输线传送时，通信双方都能在同一刻进行发送通信双方都能在同一刻进行发送和接收数据和接收数据，这样的传送方式称为全双工方式这样的传送方式称为全双工方式 设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器10.1.2 串行通信方式串行通信方式 串行通信中串行通信中，发送端将并行数据转换成串行数发送端将并行数据转换成串行

5、数据后才能发送据后才能发送，而接收端则需将接收到的串行数据而接收端则需将接收到的串行数据转换成并行数据。转换成并行数据。为了正确地区分每一个字符以及字符中的每一为了正确地区分每一个字符以及字符中的每一位信息位信息，要求要求发送端和接收端的工作必须同步发送端和接收端的工作必须同步。否。否则则，可能会出现一个字符在被串行传送后可能会出现一个字符在被串行传送后，在接收在接收时因某种原因只要错一位时因某种原因只要错一位，则后面接收到的所有字则后面接收到的所有字符都是错误的。因此符都是错误的。因此，串行通信中如何使收、串行通信中如何使收、发发双方同步工作是最关键的。双方同步工作是最关键的。同步方式同步方

6、式（同步通信同步通信）异步方式异步方式（异步通信异步通信）常用的同步方法有两种常用的同步方法有两种：1 异步通信异步通信(Asynchronous Data Communication)指指字符与字符字符与字符之间的传送是完全之间的传送是完全异步异步的，而的，而一个字符的一个字符的位与位位与位之间是之间是同步同步的。换句话说，两的。换句话说，两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在同一个个字符之间的时间间隔是不固定的，而在同一个字符中相邻位代码的时间间隔是固定的。字符中相邻位代码的时间间隔是固定的。1/0001115-8位数据位1/0停止位或空闲位1 1起始位奇偶校验第n个字符空闲位第n+1个字

7、符低位高位串行异步传输数据格式串行异步传输数据格式奇校验奇校验：在发送数据时自动检测发送数据所含在发送数据时自动检测发送数据所含1的个数，如的个数，如果为奇数，则校验位自动写果为奇数，则校验位自动写0；如果为偶数则校验位写；如果为偶数则校验位写l，以以保证每次发送的数据保证每次发送的数据(数据位十奇偶校验位数据位十奇偶校验位)所含所含1的个的个数为奇数数为奇数，这时如果接收方接收到偶数个，这时如果接收方接收到偶数个1(去掉字符的起去掉字符的起始位和停止位后始位和停止位后)，则表示奇校验出错：，则表示奇校验出错：偶校验偶校验：如果数据位如果数据位1的个数为偶数，则校验位自动写入的个数为偶数，则校

8、验位自动写入0；如果为奇数则写入如果为奇数则写入1，以，以保证每次发送的数据保证每次发送的数据(数据位十奇数据位十奇偶校验位偶校验位)所含所含1的个数为偶数的个数为偶数，这时如果接收方接收到奇，这时如果接收方接收到奇数个数个1，表示偶校验出错。，表示偶校验出错。异步通信的特点异步通信的特点(1)字字符符帧帧（frame）的的传传输输格格式式使使发发送送方方在在字字符符之之间间可可按按应应用用要要求求插插入入不不同同的的时时间间间间隔隔，即即每每一一个个字字符符的的发发送送是是随随机机的的，而而每每个个字字符符一一经经发发送送，接接收收和和发发送送双双方方均均以以预预先先固固定定的的时时钟钟速速

9、率率传传送送各各位位，这这是是异异步步通通信信的的主要特点。主要特点。(2)每每一一个个字字符符传传输输开开始始总总是是以以一一个个起起始始位位为为准准，然然后后接接收方与发送方保持同步收方与发送方保持同步(格式的统一格式的统一)。(3)通通信信双双方方可可按按应应用用需需要要随随时时改改变变通通信信协协议议，即即改改变变数数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。2 同步通信同步通信 (synchronous Data Communication)是串行通信中速度较快的一种。是串行通信中速度较快的一种。同步通信去掉每个字符的起始位和停止位，把字同步

10、通信去掉每个字符的起始位和停止位，把字符一个一个顺序连接起来，以符一个一个顺序连接起来，以固定长度的字符串组成固定长度的字符串组成一个数据块一个数据块(也称为帧，可根据实际情况定为也称为帧，可根据实际情况定为512、1024字节字节)，每个数据块前加每个数据块前加1或或2个同步字符个同步字符，尾尾部是错误校验字符部是错误校验字符，这样，同步通信只有约，这样，同步通信只有约1的附的附加数据，提高了数据传送效率。加数据，提高了数据传送效率。图图105 同步通信格式同步通信格式在同步通信中，接收设备首先要搜索同步字符，在同步通信中，接收设备首先要搜索同步字符，在得到同步字符之后，开始装入数据。传输过

11、程中，在得到同步字符之后，开始装入数据。传输过程中，发送和接收设备要保持完全的同步。发送和接收设备要保持完全的同步。在距离较近时在距离较近时，在传输线中增加一根时钟信号，在传输线中增加一根时钟信号线，用同一时钟发生器驱动收发设备。如果线，用同一时钟发生器驱动收发设备。如果传输距传输距离较远离较远，可通过解调器从数据流中提取同步信号，可通过解调器从数据流中提取同步信号，用锁相技术可以得到与发送时钟完全相同的同步时用锁相技术可以得到与发送时钟完全相同的同步时钟信号。钟信号。串行异步通信以起始位和停止位封装串行异步通信以起始位和停止位封装每一个字符，同步通信以同步字符封装每每一个字符，同步通信以同步

12、字符封装每一帧数据一帧数据，这种数据格式的不同造成硬件，这种数据格式的不同造成硬件有很大区别。同步通信的硬件接口比异步有很大区别。同步通信的硬件接口比异步通信复杂通信复杂。同步通信的特点同步通信的特点 (1)由由于于在在一一个个数数据据帧帧内内同同步步传传输输所所需需附附加加位位较较少少，在在位位速速率率相相同同的的情情况况下下，其其传传输输速速度度比比异异步方式高。步方式高。(2)对通信双方的时钟同步要求比较高，过程控对通信双方的时钟同步要求比较高，过程控制复杂制复杂。10.1.3 串行传送速率串行传送速率 1 波特率波特率Rb 波波波波特率特率特率特率R Rb b:每秒传输的二进制位数，单

13、位为每秒传输的二进制位数，单位为bps。在异步串行通信中在异步串行通信中,发送端需要用一定频发送端需要用一定频率的时钟来决定率的时钟来决定发发送每送每1 1位位数据所占的数据所占的时问时问长长度度(称为位宽度称为位宽度),),接收端也要用一定频率接收端也要用一定频率的时钟来测定每一位输入数据的位宽度。的时钟来测定每一位输入数据的位宽度。2 发送时钟和接收时钟发送时钟和接收时钟发送端使用的用于决定数据位宽度的时钟发送端使用的用于决定数据位宽度的时钟称为称为发送时钟发送时钟,接收端使用的用于测定每一位接收端使用的用于测定每一位输入数据位宽度的时钟称为输入数据位宽度的时钟称为接收时钟接收时钟。由于发

14、送由于发送/接收时钟决定了每一位数据接收时钟决定了每一位数据的位宽度的位宽度,所以所以发送发送/接收接收 时钟频率的高时钟频率的高低决定串行通信双方发送低决定串行通信双方发送/接收字符数据的接收字符数据的速度速度。在异步通信中在异步通信中,根据数据传输的波特率来根据数据传输的波特率来确定接收确定接收/发送时钟的频率。通常发送时钟的频率。通常,接收接收/发送时钟的频率总是取波特率的发送时钟的频率总是取波特率的1 1倍、倍、16 16 倍、倍、32 32 倍或倍或 64 64 倍倍,以减少读数错误。以减少读数错误。发送发送/接收时钟频率与波特率的关系如接收时钟频率与波特率的关系如下下:接收接收/发

15、送时钟频率发送时钟频率=n 接收接收/发送波特率发送波特率 10.1.4 信号的调制与解调信号的调制与解调 现在的电话网是模拟通信系统，现在的电话网是模拟通信系统，是为是为 30034003003400Hz Hz 的音频模拟信号设计的的音频模拟信号设计的,不适合不适合二进制数据的传输二进制数据的传输传输话音信息而设计的。传输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调制要在电话网上传送数字信号，必须经过调制和解调。和解调。调制（调制（Modulation)：数字信号转换成模拟信号数字信号转换成模拟信号 解调（解调（Demodulation）：）：模拟信号转换成数字信号模拟信号转换成数

16、字信号调制解调器（调制解调器（Modulator DemodulatorModem）:实现调制和解调两个过程的设备实现调制和解调两个过程的设备三种调制方法三种调制方法 载波可用载波可用Acos(t+Acos(t+)来表示，对这个载波进行调制，来表示，对这个载波进行调制，就可使幅度就可使幅度A A、频率频率和相位和相位随基带信号的变化而变化。随基带信号的变化而变化。这些调制分别称为幅度调制、频率调制和相位调制这些调制分别称为幅度调制、频率调制和相位调制。幅度调制（调幅）按数字数据的值改变载波幅度。这种调制按数字数据的值改变载波幅度。这种调制技术称技术称振幅键控（振幅键控（Amplitude Sh

17、ift KeyingAmplitude Shift KeyingASKASK），抗干扰性能差，传输速率只能达到抗干扰性能差，传输速率只能达到1200bps1200bps。频率调制（调频）按数字数据的值改变载波频率。这种调制按数字数据的值改变载波频率。这种调制技术称技术称频移键控（频移键控（Frequency Shift KeyingFrequency Shift KeyingFSKFSK），抗电平变化和抗杂音能力强，但频带抗电平变化和抗杂音能力强，但频带利用率低，适用于传输较低速率的数字信号。利用率低，适用于传输较低速率的数字信号。相位调制（调相）按数字数据的值改变载波相位。这种调制技按数字数

18、据的值改变载波相位。这种调制技术称术称相移键控（相移键控（Phase Shift KeyingPhase Shift KeyingPSKPSK），抗电平变化和抗杂音能力强，由于占用频带窄，抗电平变化和抗杂音能力强，由于占用频带窄，利用率低，适用于传输较高速率的数字信号，但利用率低，适用于传输较高速率的数字信号，但技术复杂。技术复杂。a)AM调幅调幅 b)FM调频调频 c)phM调相调相图图10-7 实现实现FSK方式的方式的modem工作原理工作原理 串行数据在传输过程中串行数据在传输过程中,由于干扰而引起误码是由于干扰而引起误码是难免的难免的,它将直接影响通信系统的可靠它将直接影响通信系统的

19、可靠 性。所以性。所以,对对通信中差错的控制能力是衡量一个通信系统的重要通信中差错的控制能力是衡量一个通信系统的重要指标。指标。我们把发现传输中的错误称为我们把发现传输中的错误称为检错检错;发现错误发现错误后消除错误称为后消除错误称为纠错纠错。在基本通信规程中在基本通信规程中,一般采用奇偶校验或方一般采用奇偶校验或方阵码检错阵码检错(见教材见教材P235),用反馈重发方式纠错。用反馈重发方式纠错。在高级通信控制规程中在高级通信控制规程中,一般采用循环冗余码一般采用循环冗余码(CRC Cyclic Redundancy Check)检错检错，用用自动纠错方式纠错。自动纠错方式纠错。10.2 10

20、.2 R RS S232C 232C 串行接口标准串行接口标准由于串行数据传送是在一条传输线传送数据由于串行数据传送是在一条传输线传送数据，在这条传输线上不仅要传送数据信息在这条传输线上不仅要传送数据信息，还要传送通还要传送通信用的联络控制信号。信用的联络控制信号。所以所以如何从这条传输线上的如何从这条传输线上的串行信息流中区分哪些是数据信息串行信息流中区分哪些是数据信息,哪些是联络哪些是联络控制信号是实现可靠数据传送的基本问题。为此控制信号是实现可靠数据传送的基本问题。为此，引出了串行通信中的一系列约定一引出了串行通信中的一系列约定一串行数据通信控串行数据通信控制规程制规程(简称通信规程或通

21、信协议简称通信规程或通信协议)。通信规程一般包括对串行通信的通信规程一般包括对串行通信的数据格式数据格式、同步方式同步方式、数据传送速率数据传送速率、传送控制步骤传送控制步骤、控制控制字符定义字符定义，以及以及差错控制方式差错控制方式等问题进行统一规等问题进行统一规定定,以便通信双方共同遵守。以便通信双方共同遵守。串行异步通信的标准接口有串行异步通信的标准接口有RSRS232c232c、RS-449RS-449、RS-422/485RS-422/485等接口。等接口。R RS S232C232C标准是美国电子工业协会标准是美国电子工业协会(EIA)EIA)颁颁布的串行总线标准。布的串行总线标准

22、。RS RS 是是 Recommended Standard Recommended Standard 的第一个字的第一个字母母,232 ,232 和和 C C 是代号。是代号。RS-232CRS-232C可用于许多用途，比如连接鼠标、打可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者印机或者ModemModem，同时也可以接工业仪器仪表，同时也可以接工业仪器仪表 RS232C标准标准是是适合于适合于DTE和和DCE之间相互连之间相互连接与通信的串行通信规程。接与通信的串行通信规程。DTEData Terminal Equipment数据终端设备数据终端设备,指一般指一般的终端或是计算机。可能是大、中

23、、小型计算机，的终端或是计算机。可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机也可能是一台只接收数据的打印机 DCEData Communication Equipment数据通信设备数据通信设备,通常指调制解调器，多路复用器或数字设备通常指调制解调器，多路复用器或数字设备 DCE一方提供时钟，一方提供时钟，DTE不提供时钟，而是依靠不提供时钟，而是依靠DCE提供的时钟工作。提供的时钟工作。比如比如PC机和机和MODEM之间的连接。之间的连接。PC机就是一个机就是一个DTE，MODEM是一个是一个DCE。DTE可以从硬件上区别它的接口为针式，可以从硬件上区别它的接口为针式，DCE的接

24、的接口为孔式。口为孔式。RS-232C是是一一种种物物理理接接口口标标准准，不不同同厂厂家家所所生生产产的的设设备备只只要要具具有有 RS-232C 标标准准接接口口,则则不不需需要要任任何何转转换换电电路路就就可可以以相相互互连连接接起起来来,因因此此 该该标标准准也也广广泛泛应应用用于于计计算算机机之之间间,计计算算机机与与终终端端或或外外设设之之间间的的近近距距离离连连接接和和数数据据传传输输。所所以以,也也把把 RS-232C 标准称为串行接口标准标准称为串行接口标准R RS-S-232C 232C 标准对串行通信接口的相关问标准对串行通信接口的相关问题做了统一规定题做了统一规定，主要

25、包括：主要包括：接口信号线接口信号线信号功能信号功能逻辑电平逻辑电平机械性机械性(连接器规格连接器规格)等等 1 信号电平标准信号电平标准 n采用负逻辑：采用负逻辑：3V15V逻辑逻辑0 3V15V逻辑逻辑1n一般一般TTLTTL逻辑信号电压为逻辑信号电压为0V 0V 5V 5V。nRS-232C电平与电平与TTL电平之间的转换（图电平之间的转换（图109）TTL电平电平RS-232C电平：电平：MC1488 RS-232C电平电平TTL电平：电平：MC1489RS232C连接器连接器2 信号信号定义（表定义（表101）n25个功能引脚，个功能引脚，定义定义了了20根信号线，但在实际应根信号线

26、，但在实际应用中，使用其中多少根信号线并无约束，即对于用中，使用其中多少根信号线并无约束，即对于RS232C标准接口的使用是非常灵活的。标准接口的使用是非常灵活的。TxD(Transmitted Data):数据发送。数据发送。RxD(Receive Data):数据接收。数据接收。RTS(Request To Send):这是这是DTEDTE向向DCEDCE提出发提出发送要求的请求线送要求的请求线 表示要求发送数据到表示要求发送数据到DCE。CTS(Clear To Send):允许发送允许发送，这是这是DCEDCE对对DTEDTE提出的发送请求作出的响应信号提出的发送请求作出的响应信号 表

27、示表示DCE可以接收数据，对可以接收数据，对RTS的应答的应答。常用引脚及其功能常用引脚及其功能DSR(Data Set Ready):DCE准备就绪准备就绪 它反映了数据通信设备当前的状态。通过此线，它反映了数据通信设备当前的状态。通过此线，DCEDCE通知通知DTEDTE，DCEDCE准备就绪。准备就绪。DTR(Data Terminal Ready):表示表示DTE准备就绪。准备就绪。如果该线处于接通状态，如果该线处于接通状态，DTEDTE通知通知DCEDCE，DTEDTE已经作已经作好了发送或接收数据的准备。好了发送或接收数据的准备。这两个信号仅说明设备本身可用，但通信未必开始这两个信

28、号仅说明设备本身可用，但通信未必开始终端设备发送数据的条件：终端设备发送数据的条件：DTR、DSR、RTS、CTS均为正电压均为正电压RI(Ring Indicator):振铃检测指示（振铃检测指示（MODEM使使用）。用）。当当DCEDCE检测到线路上有振铃信号时，将检测到线路上有振铃信号时，将RIRI线接线接通，传送给通，传送给DTEDTE，在，在DTEDTE中常常把这个信号作为中常常把这个信号作为处理机的中断请求信号，使处理机的中断请求信号，使DTEDTE进入接收状态，进入接收状态，当振铃停止时，当振铃停止时，RIRI也变成断开状态。也变成断开状态。SG：信号地。信号地。3 机械标准机械

29、标准（1）RS-232C采用DB-25型25针连接器（2）电缆长度直连最大距离15m，数据传输速率20Kbs，大于15m要考虑加接MODEM4 RS-232C信号线的连接信号线的连接（1）近近距距离离通通信信时时的的连连接接（2）远远距距离离通通信信时时的的连连接接10.310.3 串行通信接口的基本功能和一般结构串行通信接口的基本功能和一般结构 10.3.1 基本功能基本功能1 数据格式化数据格式化 2 串并转换串并转换 3 控制数据传输速率控制数据传输速率4 错误检测错误检测 5 TTL 与与 EIA 电平转换电平转换 6 提供提供符合符合 EIA RS-232C 接口标准的信号接口标准的

30、信号线线 10.3.2 一般结构一般结构控制寄存器控制寄存器一存放一存放 CPU CPU 发送给接口发送给接口,决定接口工决定接口工作方式的控制信息。作方式的控制信息。状态寄存器状态寄存器状态寄存器状态寄存器一状态寄存器中的每一位称为状态位一状态寄存器中的每一位称为状态位 ,每一个状态位用来指示传输过程中的每一个状态位用来指示传输过程中的某一种错误或外设的当前状态。某一种错误或外设的当前状态。数数数数据据据据输输输输入入入入寄寄寄寄存存存存器器器器一一总总是是与与串串行行输输入入 /并并行行输输出出移移位位寄寄存存器器配配合合使使用用。数数据据在在输输入入(接接收收)过过程程中中，在在接接收收

31、时时钟钟作作用用下下数数据据一一位位一一位位地地从从外外部部设设备备经经 RxDRxD 接接收收线线进进入入接接口口的的移移位位寄寄存存器器。当当接接收收完完一一个个字字符符后后，数数据据就就从从移移位位寄寄存存器器传传送到数据输入寄存器送到数据输入寄存器,等待等待 C CPUPU 读取。读取。数据输出寄存器数据输出寄存器数据输出寄存器数据输出寄存器一与并行输入一与并行输入/串行输出移位寄存器串行输出移位寄存器配合使用。在输出配合使用。在输出(发送发送)过程中过程中，当当 CPU CPU 经经总线向数据输出寄存器中写入数据后总线向数据输出寄存器中写入数据后，数据数据便传入移位寄存器便传入移位寄

32、存器,然后在发送时钟然后在发送时钟 TxCTxC 的作用下的作用下,一位一位地从发送线一位一位地从发送线 TxDTxD 送往送往外设。外设。串行接口电路在接收过程中串行接口电路在接收过程中,由内部控制电路自动进由内部控制电路自动进行错误检查行错误检查,包括奇偶错误、帧格式错误和溢出错误包括奇偶错误、帧格式错误和溢出错误。奇偶校验错误奇偶校验错误：指接收到的数据中含指接收到的数据中含“1”“1”的个数不符的个数不符合发送时的约定要求合发送时的约定要求，置奇偶错误标志置奇偶错误标志 P PRERERR RR 为为 1 1。帧格式错误帧格式错误：指一帧信息的格式不符合系统的约定要求指一帧信息的格式不

33、符合系统的约定要求 ,例如缺少停止位等例如缺少停止位等，因此置帧格式错误标志因此置帧格式错误标志 F FRERERR RR 为为 1 1。溢出错误溢出错误：指前一个数据指前一个数据 CPU CPU 还未取走还未取走，后面又接收到后面又接收到一个新的数据一个新的数据，发生数据覆盖发生数据覆盖，因此置溢出错误标志因此置溢出错误标志 O OVRVRN N 为为 1 1。10.4 10.4 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片 8251 8251A AInte18251A 是通用同步是通用同步/异步数据接收发送器异步数据接收发送器 USART（Universal Synchronous Asynchr

34、onous Receiver/Transmitter）本本节节主要介绍主要介绍基本性能基本性能内部结构内部结构引脚信号引脚信号控制字及初始化编程控制字及初始化编程10.4.1 10.4.1 基本性能基本性能1 1 工作于全双工方式时工作于全双工方式时,通过编程工作于同步或异步通信方式。通过编程工作于同步或异步通信方式。2 2 工工作作于于同同步步方方式式时时,每每个个字字符符可可用用 5 5、6 6、7 7 或或 8 8 位位表表示示 ,波特率可为波特率可为 0 06464Kb/s,Kb/s,同步方式可选择内同步或外同步。同步方式可选择内同步或外同步。3 3工工作作在在异异步步方方式式，每每个

35、个字字符符也也可可用用 5 5、6 6、7 7或或8 8位位表表示示，能能为为每每个个字字符符自自动动增增加加起起始始位位、停停止止位位，异异步步传传送送的的波波特特率率为为 0 019.219.2Kb/s,Kb/s,波波特特率率系系数数可可为为 1,16 1,16 或或 64(64(注注意意，不不能能为为3232)4 4 82518251A A具具有有3 3种种错错误误检检测测功功能能：奇奇偶偶校校验验错错误误、溢溢出出错错误误和和帧帧格式错误格式错误 外同步法外同步法：在发送端发送一路数据信号的同时，：在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端另外发送一路同步时钟信号

36、。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。位同步。内同步法内同步法：从自含时钟编码的发送数据中提取同：从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟。步时钟。补充补充10.4.2 10.4.2 内部结构内部结构I/O缓冲器1）I/O缓冲器缓冲器 它由状态缓冲器、发送数据命令缓冲器和接收数据缓它由状态缓冲器、发送数据命令缓冲器和接收数据缓冲器组成，是三态双向冲器组成，是三态双向8 8位缓冲器，用作位缓冲器，用作8251A8251A和微机系统和微机系统数据总线之间的接口。数据总线之间的接口。状态缓冲器用来

37、存放状态缓冲器用来存放8251A8251A内部工作状态，供内部工作状态，供CPUCPU查询查询接收数据缓冲器用来存放供接收数据缓冲器用来存放供CPUCPU从从8251A8251A读取的数据读取的数据发送数据命令缓冲器用来存放发送数据命令缓冲器用来存放CPUCPU写入写入8251A8251A的数据的数据控制字。控制字。2）接收器）接收器接收接收RXD线上的串行数据并按规定的格式把它转线上的串行数据并按规定的格式把它转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。其接换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。其接收数据的速率取决于接收时钟频率。收数据的速率取决于接收时钟频率。3）发送器）发送器 要发送数据（字

38、符）由要发送数据（字符）由CPU送到发送数送到发送数据缓冲器中，再由发送缓冲器并行传送到发据缓冲器中，再由发送缓冲器并行传送到发送数据移位寄存器中转换为串行数据，送数据移位寄存器中转换为串行数据，由由TXD线一位一位串行发送出去。线一位一位串行发送出去。4）读）读/写控制逻辑写控制逻辑 读读/写控制电路用于写控制电路用于CPU对对8251A的的I/O缓缓冲器进行读冲器进行读/写控制。写控制。5）调制解调控制电路）调制解调控制电路 调制解调控制电路用于调制解调控制电路用于8251A与与MODEN或或外设之间的通信联络的控制。外设之间的通信联络的控制。10.4.3 10.4.3 引脚信号引脚信号C

39、与与 CPU 的接口信号的接口信号 与外设或调制解调器的接口信号与外设或调制解调器的接口信号28个引脚个引脚信号信号 与与 CPU 的接口信号的接口信号CS:片选信号片选信号 C/D:控制、数据控制、数据 为为0 0，传输的是数据，为，传输的是数据，为1 1，传输的是控制字或状态信息，传输的是控制字或状态信息RD:读读 WR:写写 D7D0：双向三态双向三态DB，其组合功能如下其组合功能如下RESET：复位，当这个输入引脚上出现一个复位，当这个输入引脚上出现一个6倍倍CLK时钟周期时钟周期宽的高电平信号时，芯片复位。复位后，芯片处于空闲宽的高电平信号时，芯片复位。复位后，芯片处于空闲状态，等待

40、命令状态，等待命令CLK：时钟输入，为芯片内部有关电路工作提供的时钟。时钟输入，为芯片内部有关电路工作提供的时钟。在同步方式，在同步方式，CLK频率必须大于频率必须大于RXC 或或TXC 频率的频率的30倍，倍，在异步方式，在异步方式，CLK频率必须大于频率必须大于RXC 或或TXC频率的频率的4.5倍倍TXRDY：发送器准备好，高电平有效。发送器准备好，高电平有效。只有当只有当8251A允许发送和发送数据缓冲器为空时，此允许发送和发送数据缓冲器为空时，此信号有效，通知信号有效，通知CPU可以向可以向8251A写入下一个的字写入下一个的字符。符。CPU向向8251A写入下一个字符后，写入下一个

41、字符后，TXRDY自动自动复位。复位。TXRDY可作为查询方式的状态信号，也可作可作为查询方式的状态信号，也可作为中断方式时的中断请求信号。为中断方式时的中断请求信号。TXEMPTY：发送器空，高电平有效。当它有效时，表示发送数发送器空，高电平有效。当它有效时，表示发送数据移位寄存器已空。据移位寄存器已空。TXEMPTY有效时，有效时，TXRDY必有效；必有效；发送数据缓冲器满时，发送数据缓冲器满时，TXEMPTY必无效。必无效。RXRDY：接收器准备好，高电平有效。接收器准备好，高电平有效。若操作命令字的若操作命令字的RXE（允许接收）位被置允许接收）位被置1，且当，且当8251A已从已从R

42、XD端逐位接收了一个字符，并完成了端逐位接收了一个字符，并完成了格式变换，接收的字符已以并行数据存放在接收数据格式变换，接收的字符已以并行数据存放在接收数据缓冲器中时，此信号有效，通知缓冲器中时，此信号有效，通知CPU读取数据。读取数据。当当CPU读取一个字符后，此信号复位，此信号在查询读取一个字符后，此信号复位，此信号在查询方式时可作为状态信号，在中断方式时可作为中断请方式时可作为状态信号，在中断方式时可作为中断请求信号。求信号。SYNDET/BRKDETSYNDET/BRKDET：同步同步/中止检测，复用功能中止检测，复用功能引脚。引脚。同步方式时同步方式时，作同步检测，作同步检测SYND

43、ETSYNDET。异步方式时异步方式时，该引脚是中止信号检测端，该引脚是中止信号检测端BRKDETBRKDET，为输出端。为输出端。当检测到中止字符后，该引脚输出高电平。中止字符是当检测到中止字符后，该引脚输出高电平。中止字符是由在通信线上的连续的由在通信线上的连续的8 8个个0 0组成，它是用来在完全双工组成，它是用来在完全双工通信时中止发生器终端的。通信时中止发生器终端的。与外设或调制解调器的接口信号与外设或调制解调器的接口信号 参教材P245 接收器和发送器的工作过程接收器和发送器的工作过程（自学）（自学）参教材P24524610.4.4 10.4.4 控制字及初始化编程控制字及初始化编

44、程方式选择控制字方式选择控制字 操作命令字 状态字1 1 方方式式选选择择控控制制字字例例101 某某异异步步通通信信中中，数数据据格格式式为为：1 1位位起起始始位位、1 1位位停停止止位位、7 7位位数数据位据位，奇检验奇检验，波特率系数为波特率系数为1616，试确定方式选择控制字。试确定方式选择控制字。根据要求，可确定其异步方式选择控制字为：将其写入控制端口的程序段如下将其写入控制端口的程序段如下：01011010B=5AHMOV DX,3F9HMOV AL,5AHOUT DX,AL2 2 操操作作命命令令字字操作命令控制字直接让操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或实现某种操作或

45、进入规定的工作状态，进入规定的工作状态，它只有在设定了方式选它只有在设定了方式选择控制字后，才能由择控制字后，才能由CPU写入写入TXEN(D0)：允许发送允许发送TXEN=1：发送器才能通过发送器才能通过TXD线串行发送数据，线串行发送数据，TXEN=0：禁止发送；禁止发送；DTR(D1)：数据终端准备好数据终端准备好DTR=1，迫使迫使DTR 引脚有效；引脚有效；DTR=0，迫使迫使 DTR无效；无效；RXE(D2)：允许接收允许接收RXE=1，允许接收来自允许接收来自RxD的数据；的数据；RXE=0，禁止接收来自禁止接收来自RxD的数据；的数据；SBRK(D3)：发送中止符发送中止符SB

46、RK=1，迫使迫使TXD线为低电平，输出连续线为低电平，输出连续0，ER(D4)：错误标志复位错误标志复位ER=1，使出错标志使出错标志PE(奇偶校验错误奇偶校验错误)、OE(溢出错误溢出错误)、FE(帧格式错误帧格式错误)复位复位RTS(D5)：请求发送请求发送RTS=1迫使迫使 RTS 引脚有效，表示引脚有效，表示CPU已作好发送数据准备；已作好发送数据准备；RTS=0迫使迫使RTS 引脚无效；引脚无效；IR(D6)：内部复位内部复位IR=1，迫使迫使8251A回到设置方式选择控制字状态回到设置方式选择控制字状态；EH(D7)：只适用于同步方式只适用于同步方式,进入搜索状态。进入搜索状态。

47、EH=1，开始搜索同步字符；开始搜索同步字符；EH=0，不搜索同步字符。不搜索同步字符。对于同步方式，一旦允许接收（对于同步方式，一旦允许接收（RXE(D2)=1），），必须同时必须同时使使EH=1，并使并使ER=1（清除全部出错标志），才能开始搜索同步字清除全部出错标志），才能开始搜索同步字符。符。例例103 某某异异步步通通信信中中,要要求求 82518251A A 内内部部复复位位,允允许许接接收收,允允许许发送发送,全部错误标志复位全部错误标志复位,试确定操作命令字。试确定操作命令字。操作命令字为操作命令字为 01000000100000OB=40H OB=40H 和和 0001010

48、1 00010101B=15H B=15H。将该操作命令字写入控制口的程序段为将该操作命令字写入控制口的程序段为 :MOV DX,3F9H MOV DX,3F9H;8251A 8251A 的控制端口地址的控制端口地址 MOV AL,4OH MOV AL,4OH;写内部复位操作命令字写内部复位操作命令字 OUT DX,ALOUT DX,AL MOV AL,15HMOV AL,15H;允许接收允许接收/发送发送.错误标志复位的操作命令字错误标志复位的操作命令字 OUT DX,ALOUT DX,AL3 3状态字状态字DSRR CPU可在可在8251A工作过程中利用输入指令（工作过程中利用输入指令（I

49、N指令）读取当前指令）读取当前8251A的状态字，从而可以检测接的状态字，从而可以检测接口和数据传输的工作状态。口和数据传输的工作状态。CPU可在任意时刻用可在任意时刻用IN指令读指令读8251A状态字状态字.参看教材参看教材P248例例104 小结：小结：1 1 方方式式字字约约定定了了双双方方的的通通信信方方式式 (同同步步 /异异步步、数数据据格格式式 (数数据据位位、停停止止位位数数、奇奇偶偶校校验验位位、同同步步字字符符个个数数等等、传传送送速速率率 (波波特特率率系系数数等参数等参数2 2 方方式式字字没没有有规规定定数数据据传传送送的的方方向向是是接接收收还还是是发发送送,需要操

50、作命令字来控制接收需要操作命令字来控制接收/发送。发送。3 3 具体何时才能接收具体何时才能接收/发送发送,要取决于要取决于 8251 8251A A 的工的工作状态作状态,通过检测状态字中某些状态位来确定下通过检测状态字中某些状态位来确定下一步的操作一步的操作,只有当只有当 8251 8251A A 处于接收处于接收/发送准发送准备好的状态备好的状态,才能真正开始数据的传送才能真正开始数据的传送.4 4 82518251A A 的初始化编程的初始化编程 8251A8251A在硬件（在硬件（RESETRESET）或软件（操作命令字中的或软件（操作命令字中的IRIR置置1 1）复位后，处于接收方