常用接口芯片及应用（3）

,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,*,8253的引线功能及内部结构,D,7,D,0,计数器0,控制字,寄存器,计数器1,计数器2,内,部,数,据,总,线,数据总线,缓冲器,读写控制,逻辑,RD,WR,A,0,A,1,CS,CLK,0,GATE,0,OUT,0,CLK,1,GATE,1,OUT,1,CLK,2,GATE,2,OUT,2,与处理器接口,计数器,5.4 可编程串行接口8250,教学重点,异步通信协议,和,RS232C接口,8250,的内部结构和,编程,一.概述,串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式,串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本。串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送,串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送,收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题,串行通信基本通信方式：,同步通信、异步通信,1. 同步通信,发送端和接收端频率严格一致(同步),以一个,数据块,（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束,同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂,串行同步通信主要应用在网络当中,最常使用高级数据链路控制协议HDLC,同步字符,数据,数据,数据,校验字符,2. 异步通信,PC,系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送,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,8250,实现起止式异步通信协议,起止式异步通信协议,起始位,每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平,起始位,校验位,停止位,空闲位,数据位,低位,高位,字符,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,1,1,1,数据位,数据位紧跟着起始位传送。由58个二进制位组成，低位先传送,校验位,用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位,停止位,表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位,空闲位,传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送,数据传输速率,数据传输速率也称比特率（Bit Rate）,每秒传输的二进制位数bps,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,过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在，可以达到115200 bps或更高,3. 传输制式,全双工,站A,站B,站A,站B,站A,站B,半双工,单工,4. 调制解调器,调制（Modulating）,把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号,解调（Demodulating）,将电话线路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器件合制在一个装置,二.,串行通信总线(串行接口标准)RS-232C,美国电子工业协会,EIA制定的,通用标准串行接口,1962,年公布，,1969,年修订,1987,年,1,月正式改名为,EIA-232,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,（例如计算机）与数据通信设备,DCE,（例如调制解调器）的标准接口,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,1. RS-232C的引脚定义,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的引脚（1）,TxD,：,发送数据,串行数据的发送端,RxD,：,接收数据,串行数据的接收端,TxC,：发送器时钟,控制数据终端发送串行数据的时钟信号,RxC,：接收器时钟,控制数据终端接收串行数据的时钟信号,GND,：,信号地,为所有的信号提供一个公共的参考电平,需,掌,握,RS-232C的引脚（2）,一般了解,RTS,：请求发送,当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据,CTS,：清除发送（允许发送）,当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号,RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号,DTR：,数据终端准备好,通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪,DSR：,数据装置准备好,通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式,DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收,保护地,（机壳地）,起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规定，连接到设备的外壳或大地,CD,：,载波检测（,DCD,）,当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号,RI,：,振铃指示,当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效,2. RS-232C的连接,方法1：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,方法2：微机利用232C接口,直接连接,进行短距离通信。不使用调制解调器。,连接调制解调器,电话线,MODEM,微机,2,3,4,5,6,7,8,20,22,2,3,4,5,6,7,8,20,22,MODEM,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,直接连接,微机,TxD,RxD,GND,微机,为了交换信息，,TxD,和,RxD,应当交叉连接。程序中不必使,RTS,和,DTR,有效，也不应检测,CTS,和,DSR,是否有效,不使用联络信号的3线相连方式,使用联络信号的多线相连方式,微机,DSR,DTR,TxD,RxD,RTS,CTS,GND,微机,通信比较可靠,所用连线较多，不如前者经济,3. RS-232C的电气特性,232C,接口采用,EIA,电平,高电平为,3V,15V,低电平为,3V,15V,实际常用,12V,或,15V,标准,TTL,电平,高电平：,2.4V,5V,低电平：,0V,0.4V,相互转换,三. 可编程串行接口INS 8250,实现串行异步通信,串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换，并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块）,IBM PC/XT机的串行口INS 8250,后来使用NS16550,1. 8250的内部结构,8250实现了,起止式串行异步通信协议,，支持全双工通信,通信字符可选择数据位为58位,停止位1、1.5或2位,可进行奇偶校验,具有奇偶、帧和溢出错误检测电路,可编程串行通信接口8250,2. 8250的引脚,分成连接,CPU,的部分和连接外设的部分,注意：8250,不是,Intel,公司的产品(,Intel,8251)，所以该芯片引脚名称与前面学习的,8253,、,8255,等,Intel,产品有所不同，但是引脚功能却是类似的,与处理器接口,串行接口,(RS-232),1,2,3 10,4,5 9,6,7 15,8,12,13,14 11,28 32,27 8250 36,26 33,25 37,22 38,21 39,19 34,18 31,23 30,24,35 40,16 20,17,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,D,7,CS,0,CS,1,CS,2,A,0,A,1,A,2,ADS,DISTR,DISTR,DOSTR,DOSTR,DDIS,CSOUT,MR,XTAL,1,XTAL,2,SIN,RCLK,BAUDOUT,SOUT,RTS,CTS,DTR,DSR,RLSD,RI,OUT,1,OUT,2,INTR,+5V,GND,(1) 处理器接口引脚（1）,数据线,D0D7,：在,CPU,与,8250,之间交换信息,地址线,A0A2,：寻址,8250,内部寄存器,片选线：,8250,设计了,3,个片选输入信号,CS0,、,CS1,、,CS2*,和一个片选输出信号,CSOUT,。,3,个片选输入都有效时，才选中,8250,芯片，同时,CSOUT,输出高电平有效。,地址选通信号,ADS*,：当该信号低有效时，锁存上述地址线和片选线的输入状态，保证读写期间的地址稳定,处理器接口引脚（2）,读控制线,数据输入选通,DISTR,（高有效）和,DISTR*,（低有效）有一个信号有效，CPU从8250内部寄存器读出数据,相当于I/O读信号,写控制线,数据输出选通,DOSTR,（高有效）和,DOSTR*,（低有效）有一个有效，CPU就将数据写入8250内部寄存器,相当于I/O写信号,8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相同，只不过有效电平不同而己,处理器接口引脚（3）,驱动器禁止信号,DDIS,：CPU从8250读取数据时，DDIS引脚输出低电平，用来禁止外部收发器对系统总线的驱动；其他时间，DDIS为高电平,主复位线,MR,：硬件复位信号RESET,中断请求线,INTR,：8250有4级共10个中断源，当任一个未被屏蔽的中断源有请求时，INTRPT输出高电平向CPU请求中断,(2) 时钟信号,时钟输入引脚,XTAL1,：8250,的基准工作时钟,时钟输出引脚,XTAL2,：,基准时钟信号的输出端,波特率输出引脚,BAUDOUT*,：基准时钟经,8250,内部波特率发生器分频后产生发送时钟,接收时钟引脚,RCLK,：,接收外部提供的接收时钟信号；若采用发送时钟作为接收时钟，则只要将,RCLK,引脚和BAUDOUT*引脚直接相连,(3) 串行异步接口引脚,8250,数据装置准备好,DSR*,数据终端准备好,DTR*,发送数据,SOUT,(TXD),接收数据,SIN,(RXD),请求发送,RTS*,允许发送,CTS*,信号地,GND,载波检测,RLSD*,(CD),振铃指示,RI*,对应,RS-232,TXD,RXD,RTS,CTS,DSR,DTR,GNG,CD,RI,(4) 输出线,OUT1*,和,OUT2*,：,两个一般用途的输出信号,由调制解调器控制寄存器的,D,2和,D,3使其输出低电平有效信号,复位使其恢复为高,3. 内部寄存器,8250,内部有,9,种可访问的寄存器，除数寄存器是,16,位的，占用两个连续的,8,位端口,内部寄存器用引脚,A,0,A,2来寻址；同时还要利用通信线路控制寄存器的最高位，即除数寄存器访问位,DLAB,，来区别共用两个端口地址的不同寄存器,图. 8250的连接,分频次数锁存器DLH和DLL,（除数锁存器）,分频系数基准时钟频率（16比特率）,传输线,控制寄存器LCR,（通信控制寄存器）,指定串行异步通信的,字符格式,传输线状态寄存器LSR,（通信状态寄存器）,提供串行异步通信的当前状态,供CPU读取和处理,为1使DTR*引脚为低,否则为高,MODEM控制寄存器MCR,设置8250与数据通信设备之间,联络应答的输出信号,0 0 0,LOOP,OUT,2,OUT,1,RTS,DTR,为1使RTS*引脚为低,否则为高,为1使OUT1*引脚为低,否则为高,为1使OUT2*引脚为低,否则为高,为1使8250为,循环工作方式,否则为正常工作方式,CTS,位,1=CTS,引脚电平发生变化,DSR,位,1=DSR,引脚电平发生变化,RI,位,1=RI,引脚电平发生变化,RLSD,位,1=,RLSD,引脚电平发生变化,0=CTS,引脚为高电平,1=CTS,引脚为低电平,0=DSR,引脚为高电平,1=DSR,引脚为低电平,0=RI,引脚为高电平,1=RI,引脚为低电平,0=RLSD,引脚为高电平,1=RLSD,引脚为低电平,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,MODEM状态寄存器MSR,反映4个控制输入信号的当前状态及其变化,MSR高4位中某位为1，说明相应输入信号当前为低有效，否则为高电平,MSR低4位中某位为1，则说明从上次CPU读取该状态字后，相应输入信号已发生改变，从高变低或反之,中断允许寄存器IER,8250设计有2个中断寄存器(IER、IIR)和,4级中断,4级中断的优先权，是按照串行通信过程中事件的紧迫程度安排的、是固定不变的,用户可利用IER中断允许或禁止进行控制,中断允许寄存器,的低4位控制8250这4级中断是否被允许,某位为1，则对应的中断被允许,否则，被禁止,接收数据错误中断D2,接收数据寄存器满(准备好)中断D0,发送数据寄存器空中断D1,调制解调器状态发生变化中断D3,优先权高,优先权高,优先权低,中断识别寄存器IIR,（中断标志寄存器）,保存正在请求中断的优先权最高,的中断级别编码,0 0 0 0 0,ID,1,ID,0,IP,0 有中断,1 无中断,ID,1,ID,0,优先权,中断类型,1 1,1 0,0 1,0 0,1,2,3,4,接收错误,接收数据准备好,发送数据寄存器空,调制解调器状态变化,作业,预习8255与小键盘接口实验,8255 端口地址为318H31BH,请编程实现通过A口读取键盘各值并在PC上显示,要求,在分析参考程序基础上编出程序,复习汇编语言程序的调试,PA0PA7,PB0PB1,8255,键盘,4.8250,编程,举例,例：设数据传输速率1200波特，,通信格式,为7位/字符，2 位停止位，奇校验，数据传输不采用中断方式，则其初始化程序段为：,MOVDX，2FBH,；,LCR,的,口地址,MOV AL，80H,；将DLAB位置1,OUT DX，AL,MOV DX，2FBH,；DLL的口地址,MOV AL，60H,；写入1200波特的 DLL值，通过,查表,可知1200对应的 DLH DLL值分别为0060H,OUT DX，AL,MOV DX，2F9H,；DLH口地址,MOVAX，0,OUT DX，AX,；写入12000波特的 DLH值,MOV DX，2FBH,；设定 LCR的口地址,MOV AL，0EH,；7位字符，2位停止位，奇校验,OUT DX，AL,；写入 LCR控制字,MOV DX，2FCH,；设定 MCR口地址,MOV AL，03H,；置,MCR,控制字,OUT DX，AL,MOV DX，2F9H,；设定,IER,口地址,MOV AL，0,；禁止一切中断,OUT DX，AL,；置 IER控制字,8.4 异步通信适配器,IBM PC/XT,机的串行异步通信适配器,以,8250,为核心,完成发送时的并转串和接收时的串转并以及相应的控制工作,配置了,TTL,电平与,EIA,电平转换电路等,RCLK,BAUDOUT,IRQ,4,IRQ,3,RESET,+5V,A,8,AEN,A,3,A,7,A,9,IOR,IOW,A,0,A,2,MR,XTAL1,OUT,1,OUT,2,INTRPT,DISTR,DOSTR,A,0,A,2,CS2,8250,LS245,D,0,D,7,D,0,D,7,J9,J10,J11,J12,DIR,1.8432MHz,CS0,CS1,ADS,DISTR,DOSTR,5V,异步通信适配器的接口电路,第8章教学要求,1.,掌握起止式通信协议、RS-232C引脚定义和连接,2.,了解8250的引脚和内部寄存器功能,3.,了解8250在IBM PC系列机上的应用情况,自测试循环工作方式,8250,数据终端准备好,DTR*,数据装置准备好,DSR*,发送数据,SOUT,接收数据,SIN,请求发送,RTS*,允许发送,CTS*,输出,OUT2,载波检测,RLSD*,振铃指示,RI*,输出,OUT1,4个控制输入信号和系统分离，并在芯片内部与4个控制输出信号相连,发送的串行数据立即在内部被接收,可用来检测8250发送和接收功能正确与否，而不必外连线,