微型计算机原理与接口技术8250.ppt
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1、第第 11 11 章章第第11 11章章 串行通信接口串行通信接口教学重点n 异步通信协议和异步通信协议和RS232C接口接口n 8250的内部结构和编程的内部结构和编程 n 异步通信程序异步通信程序11.1 串行通信基础n串串行行通通信信:将将数数据据分分解解成成二二进进制制位位用用一一条条信号线,一位一位顺序传送的方式信号线,一位一位顺序传送的方式n串串行行通通信信的的优优势势:用用于于通通信信的的线线路路少少,因因而在远距离通信时可以极大地降低成本而在远距离通信时可以极大地降低成本n串串行行通通信信适适合合于于远远距距离离数数据据传传送送,也也常常用用于速度要求不高的近距离数据传送于速度
2、要求不高的近距离数据传送nPC系系列列机机上上有有两两个个串串行行异异步步通通信信接接口口、键键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送1.异步通信n串串行行通通信信时时的的数数据据、控控制制和和状状态态信信息息都都使使用同一根信号线传送用同一根信号线传送n收收发发双双方方必必须须遵遵守守共共同同的的通通信信协协议议(通通信信规规程程),才才能能解解决决传传送送速速率率、信信息息格格式式、位同步、字符同步、数据校验等问题位同步、字符同步、数据校验等问题n串串行行异异步步通通信信以以字字符符为为单单位位进进行行传传输输,其其通信协议是通信协议是起止式异步通信协议起止式
3、异步通信协议起止式异步通信协议起起始始位位每每个个字字符符开开始始传传送送的的标标志志,起始位采用逻辑起始位采用逻辑0电平电平起始位起始位校验位校验位停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1数数据据位位数数据据位位紧紧跟跟着着起起始始位位传传送送。由由58个二进制位组成,低位先传送个二进制位组成,低位先传送校校验验位位用用于于校校验验是是否否传传送送正正确确;可可选择奇检验、偶校验或不传送校验位选择奇检验、偶校验或不传送校验位停停止止位位表表示示该该字字符符传传送送结结束束。停停止止位采用逻辑位
4、采用逻辑1电平,可选择电平,可选择1、1.5或或2位位空空闲闲位位传传送送字字符符之之间间的的逻逻辑辑1电电平平,表示没有进行传送表示没有进行传送数据传输速率n数据传输速率也称比特率(数据传输速率也称比特率(Bit Rate)n每秒传输的二进制位数每秒传输的二进制位数bpsn字字符符中中每每个个二二进进制制位位持持续续的的时时间间长长度度都都一一样样,为为数数据据传输速率的倒数传输速率的倒数n当当进进行行二二进进制制数数码码传传输输,且且每每位位时时间间长长度度相相等等时时,比特率还等于波特率(比特率还等于波特率(Baud Rate)n过过去去,串串行行异异步步通通信信的的数数据据传传输输速速
5、率率限限制制在在50 bps到到9600 bps之之间间。现现在在,可可以以达达到到115200 bps或更高或更高2.同步通信n以以一一个个数数据据块块(帧帧)为为传传输输单单位位,每每个个数数据据块块附附加加1个或个或2个同步字符,最后以校验字符结束个同步字符,最后以校验字符结束n同同步步通通信信的的数数据据传传输输效效率率和和传传输输速速率率较较高高,但但硬硬件电路比较复杂件电路比较复杂n串行同步通信主要应用在网络当中串行同步通信主要应用在网络当中n最常使用高级数据链路控制协议最常使用高级数据链路控制协议HDLC同步字符同步字符数据数据数据数据数据数据校验字符校验字符3.传输制式全双工全
6、双工站站A站站B站站A站站B站站A站站B半双工半双工单工单工示例示例4.调制解调器n调制(调制(Modulating)n把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号n解调(解调(Demodulating)n将电话线路的模拟信号转换为数字信号将电话线路的模拟信号转换为数字信号n调制解调器调制解调器MODEMn具有调制和解调功能的器件合制在一个装置具有调制和解调功能的器件合制在一个装置示例示例11.2 串行接口标准RS-232Cn美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的制定的通用标准串行接口通用标准串行接口n1962年公布,年公布,1969年修订年修订n1987
7、年年1月正式改名为月正式改名为EIA-232Dn设计目的是用于连接调制解调器设计目的是用于连接调制解调器n现现已已成成为为数数据据终终端端设设备备DTE(例例如如计计算算机机)与与数数据通信设备据通信设备DCE(例如调制解调器)的标准接口(例如调制解调器)的标准接口n可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机可实现远距离通信,也可近距离连接两台微机n属于网络层次结构中的最低层:物理层属于网络层次结构中的最低层:物理层11.2.1 RS-232C的引脚定义n232C接口标准使用一个接口标准使用一个25针连接器针连接器n绝绝大大多多数数设设备备只只使使用用其其中中9个个信信号号,所所以以就有了就有了
8、9针连接器针连接器n232C包括两个信道:主信道和次信道包括两个信道:主信道和次信道n次次信信道道为为辅辅助助串串行行通通道道提提供供数数据据控控制制和和通通道道,但但其其传传输输速速率率比比主主信信道道要要低低得得多多,其其他跟主信道相同,通常较少使用他跟主信道相同,通常较少使用RS-232C的引脚(1)nTxD:发送数据发送数据n串行数据的发送端串行数据的发送端nRxD:接收数据接收数据n串行数据的接收端串行数据的接收端RS-232C的引脚(2)nRTS:请求发送:请求发送n当当数数据据终终端端设设备备准准备备好好送送出出数数据据时时,就就发发出出有有效效的的RTS信号,用于通知数据通信设
9、备准备接收数据信号,用于通知数据通信设备准备接收数据nCTS:清除发送(允许发送):清除发送(允许发送)n当当数数据据通通信信设设备备已已准准备备好好接接收收数数据据终终端端设设备备的的传传送送数数据时,发出据时,发出CTS有效信号来响应有效信号来响应RTS信号信号nRTS和和CTS是是数数据据终终端端设设备备与与数数据据通通信信设设备备间间一一对用于数据发送的联络信号对用于数据发送的联络信号RS-232C的引脚(3)nDTR:数据终端准备好数据终端准备好n通通常常当当数数据据终终端端设设备备一一加加电电,该该信信号号就就有有效效,表表明明数数据终端设备准备就绪据终端设备准备就绪nDSR:数据
10、装置准备好数据装置准备好n通通常常表表示示数数据据通通信信设设备备(即即数数据据装装置置)已已接接通通电电源源连连到通信线路上,并处在数据传输方式到通信线路上,并处在数据传输方式nDTR和和DSR也也可可用用做做数数据据终终端端设设备备与与数数据据通通信信设设备间的联络信号,例如应答数据接收备间的联络信号,例如应答数据接收RS-232C的引脚(4)nGND:信号地信号地n为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平nCD:载波检测(载波检测(DCD)n当当本本地地调调制制解解调调器器接接收收到到来来自自对对方方的的载载波波信信号号时,该引脚向数据终端设备提供有效信号时,
11、该引脚向数据终端设备提供有效信号nRI:振铃指示振铃指示n当当调调制制解解调调器器接接收收到到对对方方的的拨拨号号信信号号期期间间,该该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效RS-232C的引脚(5)n保护地保护地(机壳地)(机壳地)n起起屏屏蔽蔽保保护护作作用用的的接接地地端端,一一般般应应参参照照设设备备的的使用规定,连接到设备的外壳或大地使用规定,连接到设备的外壳或大地nTxC:发送器时钟:发送器时钟n控制数据终端发送串行数据的时钟信号控制数据终端发送串行数据的时钟信号nRxC:接收器时钟:接收器时钟n控制数据终端接收串行数据的时钟信号控制数据终端接收串
12、行数据的时钟信号11.2.2 RS-232C的连接n微微机机利利用用232C接接口口连连接接调调制制解解调调器器,用用于于实现通过电话线路的远距离通信实现通过电话线路的远距离通信n微微机机利利用用232C接接口口直直接接连连接接进进行行短短距距离离通通信信。这这种种连连接接不不使使用用调调制制解解调调器器,所所以以被被称为零调制解调器(称为零调制解调器(Null Modem)连接)连接连接调制解调器电话线电话线MODEM微机微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR发送数据发送
13、数据TxDTxD接收数据接收数据RxDRxD请求发送请求发送RTSRTS允许发送允许发送CTSCTS信号地信号地GNDGND载波检测载波检测CDCD振铃指示振铃指示RIRI微机微机23456782022不使用联络信号的3线相连方式微机微机TxDRxDGND微机微机为了交换信息,为了交换信息,TxD和和RxD应当交叉连接应当交叉连接程序中不必使程序中不必使RTS和和DTR有效有效也不应检测也不应检测CTS和和DSR是否有效是否有效“伪”使用联络信号的3线相连方式RTS和和CTS各自互接,各自互接,DTR和和DSR各自互接各自互接表明请求传送总是允许、数据装置总准备好表明请求传送总是允许、数据装置
14、总准备好微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机使用联络信号的多线相连方式通信比较可靠通信比较可靠所用连线较多,不如前者经济所用连线较多,不如前者经济微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机11.2.3 RS-232C的电气特性n232C接口采用接口采用EIA电平电平n高电平为高电平为3V15Vn低电平为低电平为3V15Vn实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平电平n高电平:高电平:2.4V5Vn低电平:低电平:0V0.4V相互转换相互转换11.3 通用异步接收发送器8250n串串行行传传输输,需需要要并并行行到到串串行行和和串串行行到到并并行
15、行的的转转换换,并并按按照照传传输输协协议议发发送送和和接接收收每每个个字符(或数据块)字符(或数据块)n这些工作可由软件实现,也可用硬件实现这些工作可由软件实现,也可用硬件实现n通通用用异异步步接接收收发发送送器器UART是是串串行行异异步步通通信的接口电路芯片信的接口电路芯片nIBM PC/XT机的机的UART芯片是芯片是INS 8250n后来使用后来使用NS1655011.3.1 8250的内部结构n8250实实现现了了起起止止式式串串行行异异步步通通信信协协议议,支支持全双工通信持全双工通信n通信字符可选择数据位为通信字符可选择数据位为58位位n停止位停止位1、1.5或或2位位n可进行
16、奇偶校验可进行奇偶校验n具有奇偶、帧和溢出错误检测电路具有奇偶、帧和溢出错误检测电路n8250支持的数据传输速率为支持的数据传输速率为509600bps1.串行数据的发送并行数据并行数据加入起始位、加入起始位、校验位、停止位校验位、停止位串行数据串行数据CPU发送保持寄存器发送保持寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器同步控制同步控制8250SOUT0/10/1 0/10/10/10/10/10/1双缓冲寄存器结构双缓冲寄存器结构保证数据的连续发送保证数据的连续发送2.起始位的检测起始检测起始检测确定已检测到起始位确定已检测到起始位采样数据采样数据起起 始始 位位时钟时钟(RCLK)数据线数据线(
17、SIN)T16 T16 T8 T数据接收时钟频率是数据传输频率的数据接收时钟频率是数据传输频率的16倍倍正确识别起始位,防止因干扰引起的误识别正确识别起始位,防止因干扰引起的误识别3.串行数据的接收并行数据并行数据检测接收错误检测接收错误删除起始位、删除起始位、校验位、停止位校验位、停止位串行数据串行数据CPU接收缓冲寄存器接收缓冲寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器同步控制同步控制8250SIN0/10/1 0/10/10/10/10/10/1双缓冲寄存器结构双缓冲寄存器结构保证数据的连续接收保证数据的连续接收4.接收错误的处理n奇偶错误奇偶错误PE(Parity Error)n若接收到的字符
18、的若接收到的字符的“1”的个数不符合奇偶校验要求的个数不符合奇偶校验要求n帧错误帧错误FE(Frame Error)n若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位)若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位)n溢出错误溢出错误OE(Overrun Error)n若若接接收收移移位位寄寄存存器器接接收收到到一一个个数数据据,并并送送至至输输入入缓缓冲冲器时,器时,CPU还未取走前一个数据,就会出现数据溢出还未取走前一个数据,就会出现数据溢出n若接收缓冲器的级数多,则溢出错误的几率就少若接收缓冲器的级数多,则溢出错误的几率就少11.3.2 8250的引脚n分成连接分成连接CPU的部分和连接外设的部分
19、的部分和连接外设的部分n注注意意:8250不不是是Intel公公司司的的产产品品,所所以以该该芯芯片片引引脚脚名名称称与与前前面面学学习习的的8253、8255等等Intel产产品品有有所所不不同同,但但是是引引脚脚功功能却是类似的能却是类似的1.处理器接口引脚(1)n数据线数据线D0D7:在:在CPU与与8250之间交换信息之间交换信息n地址线地址线A0A2:寻址:寻址8250内部寄存器内部寄存器n片片选选线线:8250设设计计了了3个个片片选选输输入入信信号号CS0、CS1、CS2*和和一一个个片片选选输输出出信信号号CSOUT。3个个片片选选输输入入都都有有效效时时,才才选选中中8250
20、芯芯片片,同同时时CSOUT输出高电平有效。输出高电平有效。n地地址址选选通通信信号号ADS*:当当该该信信号号低低有有效效时时,锁锁存存上上述述地地址址线线和和片片选选线线的的输输入入状状态态,保保证证读读写写期期间间的地址稳定的地址稳定1.处理器接口引脚(2)n读控制线读控制线n数数据据输输入入选选通通DISTR(高高有有效效)和和DISTR*(低低有有效效)有一个信号有效,有一个信号有效,CPU从从8250内部寄存器读出数据内部寄存器读出数据n相当于相当于I/O读信号读信号n写控制线写控制线n数数据据输输出出选选通通DOSTR(高高有有效效)和和DOSTR*(低低有有效效)有一个有效,有
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