A13串行通信和可编程接口芯片8251A

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,*,第,10,章 并行和串行接口电路,第,10,章 串行通信和可编程接口芯片,8251A,10.1,串行通信的基本概念与,EIA RS-232C,串行口,10.2,可编程串行通信接口芯片,8251A,10.3 8251A,1,并行通信,:,各位数据都是并行传输的，它以字节（或字）为单位与,I/O,设备或被控对象进行数据交换。,特点：,传输速度快；硬件开销大；只适合近距离传输。,串行通信：,串行通信是通过一位一位地进行数据传输来实现通信。,特点：,具有传输线少，成本低等优点，适合远距离传送；缺点是速度慢。,10.1,串行通信的基本概念与,RS-232C,串行口,完成串行通信任务的接口称为串行通信接口，简称串行接口。,功能：（,1,）输入时，完成串行到并行格式转换（,2,）输出时，完成并行到串行格式转换,。,2,(1),发送时钟和接收时钟,二进制数据序列称为比特组,，由发送器发送到传输线上，再由接收器从传输线上接收。,二进制数据序列在传输线上是以,数字信号形式出现,，即用,高电平表示二进制数,1,，低电平表示二进制数,0,。,每一位持续的时间是固定的,，在发送时是以发送时钟作为数据位的划分界限，在接收时是以接收时钟作为数据位的检测。,1.,串行通信中的术语,3,发送时钟：,串行数据的发送由发送时钟控制，移位寄存器由发送时钟触发进行移位输出。,接收时钟：,串行数据的接收是由接收时钟来检测，,传输线上送来的串行数据序列由,接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲。,4, DTE,和,DCE,数据终端设备,(data terminal equipment,，,DTE),：,是对属于用户所有联网设备和工作站的统称，它们,是数据的源或目的,或者即是源又是目的。例如：数据输入,/,输出设备，通信处理机或各种大、中、小型,计算机,等。,DTE,可以根据协议来控制通信的功能。,数据通信设备,(data communication equipment,，,DCE),：,DCE,是对网络设备的统称，该设备,为用户设备提供入网的连接点,。自动呼叫,/,应答设备、,调制解调器,Modem,和其他一些中间设备均属,DCE,。,5,信道,信道是,传输信息,所经过的,通道,是连接,2,个,DTE,的线路,它包括传输介质和有关的中间设备。,例：,公用电话线（经交换机接续），普通电话线是模拟信道，带宽为,300,3400Hz,，很难直接远距离传输数字信号（,0,，,1,信号）,专用电话线,无线信道（除,modem,外，外加收发机）,6,2.,数据通信的一般模型：,数据终端设备,数据通信设备,信 道,数据终端设备,数据通信设备,DTE,DCE,DTE,DCE,7,3.,串行通信中的工作方式,串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式,单工工作方式,传输的线路用一根线，通信的数据只允许按照一个固定的方向传送。如图：只能从,A,站点传送到,B,站点。,例：,单工通信类似无线电广播，电台发送信号，收音机接收信号，收音机永远不能发送信号。,T,R,A,B,8,半双工工作方式,传输的过程中依然用一根线连接，在某个时刻，只能进行发送，或只能进行接收，即发送和接收不可能同时进行。,如图,:,例：,半双工通信工方式类似对讲机，某时刻,A,方发送,B,方接收，另一时刻,B,方发送,A,方接收，双方不能同时进行发送和接收。,T,T,A,B,R,R,数据流,9,全双工工作方式,相互通信的双方，都可以是接收器也都可以是发送器。分别用,2,根独立的传输线,(,一般是双绞线，或同轴电缆,),来连接发送信号和接收信号，这样发送方和接收方可同时进行工作。,如下图所示。全双工通信工方式类似电话机，双方可以同时进行发送和接收。,T,T,A,B,R,R,数据流,10,4.,串行传送的两种基本工作方式,串行通信分为,2,种类型：一种是同步通信方式，另一种是异步通信方式。,同步通信方式,特点：,由一个统一的时钟控制发送方和接收方，若干字符组成一个,信息组,，字符要一个接着一个传送；,没有字符时，也要发送专用的,“,空闲,”,字符或同步字符，因为同步传输要求连续传送，字符中间不允许有间隔。,同步传输的特征是：在每组信息的开始,(,常称为帧头,),要加上,l,一,2,个同步字符，后面跟着,8,位的字符数据。,11,同步通信字符格式,传送时每个字符的后面是否要奇、偶校验，由初始化时设同步方式字决定。,8,位数据,8,位数据,8,位数据,8,位数据,同步,字符,1,同步,字符,2,数据,结束标志,12,异步通信方式,特点：,字符是一帧一帧的传送，每一帧字符的传送靠起始位来同步。在数据传输过程中，传输线上允许有空字符。,所谓异步通信，是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信。,异步通信,中发送方和接收方的时钟频率,允许有一定的误差,，但不能超过一定的范围。,13,异步通信字符格式,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,1,1,1,0,0/1,0/1,0/1,7,位数据,奇,偶,校,验,停,止,位,起,始,位,7,位数据,奇,偶,校,验,停,止,位,空闲,n,位,起始位,7,位数据,第,n,1,个字符,第,n,个字符,第,n,1,个字符,数据低位,数据高位,下降沿指示下一个字符开始,例：,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6,校验位,起始位,停止位,数据长度,5,、,6,、,7,、,8,空闲位,空闲位,校验位,(,奇偶校验位,),：,1,位 。,奇校验,：数据位和校验位共有奇数个“,1 ”,。,偶校验,：数据位和校验位共有偶数个“,1”,。,14,字符的前面是,一位起始位,(,低电平,),，之后跟着,5,8,位的数据位,，低位在前、高位在后。数据位后是,奇、偶校验位,，最后是,停止位,(,高电平,),。是否要奇、偶校验位，以及停止位设定的位数是,1,，,1.5,位或,2,位都由初始化时设置异步方式字来决定。,注意：,数据流方向，先发低位再发高位。,每传送一个字节就进行一次协调，所以允许通信双方波特率有一定误差。,空闲位起缓冲作用。,15,5.,串行传送速率,波特率,(Baud Rate),：波特率作为串行传输中数据传输速度的衡量单位，用每秒传输数据的位数,(,位,/,秒,),来表示。,例：,10,位,/,字符,120,字符,/,秒,=1200,位,/,秒,=1200,波特,国际上规定的一个标准的波特率系列是：,110,，,300,，,600,，,1200,，,1800,，,2400,，,4800,，,9600,，,19200,。,同步传送的波特率高于异步，可达,64000,波特。,异步通信允许发送方和接收方的时钟误差或波特率误差在,4,5,。,16,发送时钟与波特率的关系是：,时钟频率,n,波特率,(n,可以是,l,，,16,，,32,，,64,。,n,为波特率因子，是传输一位二进制数时所用的时钟周期数。不同芯片的,n,由手册中给出,),。,17,6.,通信中必须遵循的规定,(,协议）,通信双方必须制定并遵守同一个约定,(,协议）,，包括：数据格式、同步方式、传输速率、纠错方式等。,异步通信协议包括：,一、字符传送格式的规定。,例：,异步方式每个字符在传送时，前面必须加一个起始位，后面必须加停止位来结束，停止位可以为,1,位，,1.5,位，,2,位。奇、偶校验位可以加也可以不加。,二、数据传送速率的要求。,18,7.,信号的调制与解调,计算机对,数字信号的通信，要求传输线的频带很宽,，但在实际的长距离传输中，若利用电话线来传输，,电话线的频带一般都比较窄,。为保证信息传输的正确，要,采用调制解调器,(modem),来实现远距离的信息传输。,调制解调器，顾名思义主要是完成调制和解调的功能。经过,调制器,(modulator),可把,数字信号转换为模拟信号,，经过,解调器,(demodulator),把,模拟信号转换为数字信号,。,19,modem,的功能：,实现对通信双方信号的转换过程。,使模拟信号的某参数（幅、频、相）随数字信号而变化。,调制方法：,ASK,：幅度键控（抗干扰能力差）,FSK,：频率键控（把,0,，,1,调制成不同的两种频率，传输速率不高,),PSK,：相位键控（由传输的初相角确定,0,，,1,；占用频带窄，可用于传输速率较高场合）,模拟,电子开关,模拟,电子开关,高频正弦信号,低频正弦信号,数字信号,频带信号输出,合成,1,1,0,FSK,调制过程,20,调制与解调过程,计算机,A,MODEM,A,MODEM,B,计算机,B,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,数字信号,模拟信号,数字信号,电话线,21,EIA RS-232C,串行口,串行接口标准：,指的是计算机或终端,(,数据终端设备,DTE),的,串行接口电路,与,调制解调器,MODEM,等,(,数据通信设备,DCE),之间的,连接标准,。,22,RS-232C,串行接口标准,:,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-232D,设计目的是用于连接调制解调器，,现,是最常用的串行通信接口标准之一，是,PC,机的标准配置。,是数据终端设备,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,23,RS-232C,是一种标准接口，,D,型插座，采用,25,芯引脚或,9,芯引脚的连接器，如图所示,。,24,连接及通信原理,:,微型计算机之间的串行通信是按照,RS-232C,标准设计的接口电路实现的。如果使用电话线进行通信，那么计算机和,MODEM,之间的连线就是根据,RS-232C,标准连接的。其连接及通信原理如图所示。,25,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,主要引脚定义：,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。,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,信号逻辑,0,为有效状态，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。,26,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,信号逻辑,0,为有效状态，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。,27,GND,：信号地,为所有的信号提供一个公共的参考电平,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,28,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,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,29,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,30,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,2,3,4,5,6,7,8,20,22,31,不使用调制解调的,3,线相连方式,Null Modem,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,但,CTS,应接地,32,RS-232C,的电气特性：,232C,接口采用,EIA,电平,逻辑低电平为,3V,15V,逻辑高电平为,3V,15V,实际常用,12V,或,15V,标准,TTL,电平,低电平：,0V,0.4V,高电平：,2.4V,5V,相互转换,33,1488,-12V,+12V,TTL IN,EIA OUT,EIA IN,TTL OUT,+5V,1489,TTL,与,EIA,电平的转换,电平转换器件：,MC1488,（,12v,供电）、,MC1489,（,+5v,供电）,MAX232,（,+5v,供电）、,MAX233,等,34,1,1,1,1,1,+,+,+,+,+,C1+,C1-,C2+,C2-,V+,V-,Vcc,T1,IN,T2,IN,R1,OUT,R2,OUT,R1,IN,R2,IN,TTL,RS-,232C,1,2,3,4,11,5,10,12,9,14,7,13,8,6,+5V,+10V,-10V,MAX232,T1,OUT,T2,OUT,2,1,3,8,13,12,17,14,20,5,18,4,19,11,15,16,10,C1+,C1-,V-,V-V+,C2+,C2+,C2-,C2-,9,6,GND,T1,IN,T2,IN,R1,OUT,R2,OUT,R1,IN,R2,IN,T1,OUT,T2,OUT,RS-,232C,TTL,MAX233,+5V,7,35,一、,8251A,的主要性能和内部结构,825lA,是可编程的串行通信接口芯片，是,Intel,公司生产的一种通用同步,/,异步数据收发器（,USART,）,它的,基本性能,如下：,(1),可工作在同步方式，也可工作在异步方式。,同步方式下波特率为,0,64,000,波特，异步方式下波特率为,0,19,200,波特。,(2),在,同步方式时，每个字符可定义为,5,、,6,、,7,或,8,位,。两种方法实现同步，由,内部,自动检测同步字符或由,外部给出同步,信号。允许同步方式下增加奇,/,偶校验位进行校验。,10.2,可编程串行通信接口芯片,8251A,36,(3),在,异步方式下，每个字符可定义为,5,、,6,、,7,或,8,位,，用,1,位作奇偶校验。时钟速率可用软件定义为波特率的,l,、,16,或,64,倍。另外，,8251A,在异步方式下能自动为每个被输出的数据增加,1,个起始位，并能根据软件编程为每个输出数据设置,1,位、,1.5,位或,2,位停止位。,(4),能进行出错检测,。带有奇偶、溢出和帧错误等检测电路，用户可通过输入状态寄存器的内容进行查询。,37,8251A,的内部结构框图如下页图所示。,它由数据总线缓冲器、读,/,写控制逻辑、调制,/,解调器控制逻辑、发送缓冲器、发送控制器、接收缓冲器、接收控制器、等组成。,38,发送,缓冲器,数据总线缓冲器,调制解调控制电路,DB,读,/,写逻辑,RESET,CLK,RD,WR,C/D,CS,DSR,DTR,CTS,RTS,发送,控制,电路,接收,缓冲器,接收,控制,电路,RxD,TxD,TxRDY,TxE,TxC,RxRDY,RxC,SYNDET,状态缓冲器、接收数据缓冲器、数据/命令缓冲器,8251A,的内部结构框图,39,1),数据总线缓冲器,数据总线缓冲器通过,8,位数据线,D,7,D,0,和,CPU,的数据总线相连，负责与,CPU,交换信息。,还可随时把状态寄存器中的内容读到,CPU,中，在,825lA,初始化时，分别把方式字、控制字和同步字符送到方式寄存器、控制寄存器和同步字符寄存器中。,40,2),读,/,写控制逻辑,8251A,的控制信号与执行的操作之间的对应关系表,C/,执行的操作,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,0,1,1,CPU,由,8251A,输入数据,CPU,向,8251A,输出数据,CPU,读取,8251A,的状态,CPU,向,8251A,写入控制命令,41,3),接收缓冲器与接收控制器（异步方式）,接收缓冲器包括,接收移位寄存器,（接收,R,X,D,管脚的串行数据）,和数据输入寄存器,（转为并行格式数据等待,CPU,取走）。,接收控制电路是用来控制数据接收工作。接收数据的速率取决于,RxC,引脚上接的时钟频率。异步方式下，接收时钟的频率可以是波特率的,1,、,16,或,64,倍，即,波特率系数（因子）,为,1,、,16,或,64,。,当,CPU,发出允许接收数据的命令时，接收缓冲器就一直监视着数据引脚,RxD,上的电平信号，一旦检测到下降沿，就启动接收过程。,42,RxD,异或门,内部,CLK,DB,检测,奇偶检验结果,接收缓冲寄存器,接收移位寄存器,奇偶位,停止位,1,波,特,率,当,8251,允许接收并准备好接收数据时，监测,RxD,端，,当检测到,起始位,（低电平）后，使用16倍率的内部,CLK,，,连续检测8个0确认,。然后按波特率移位,(,取决于,RxC,引脚上的时钟频率,),。,检测,RXD,，,直至停止位。,内部删除起始、奇偶、停止位，送到接收缓冲寄存器后，使,RxRDY,为高，,向,CPU,提出中断申请。,接收器工作过程,43,启动检测,确定已检测到启动位,采样数据检测,中央点,16T,启动位,DATA,CLOCK,16T,8251A,对数据的采样过程,44,4),发送缓冲器与发送控制器（异步方式）,发送缓冲器包括,数据输出寄存器,（寄存来自,CPU,的数据）,和发送移位寄存器,（将串行数据从,T,X,D,管脚发送出去）。,发送控制电路能,按程序规定的字符格式,，给发送数据自动加上起始位、奇偶校验位和停止位对串行数据实行,逐位发送,。发送速率取决于,TxC,引脚上接的发送时钟频率。,45,内部产生起始、奇偶检验、停止位，按约定的波特率从,TxD,输出。,发送速率取决于,TxC,引脚上接的发送时钟频率。,数据发送缓冲器,波,特,率,发送移位寄存器,奇偶位,停止位,1,起始位,异或门,TXD,SOUT,0,内部,CLK,DB,CPU,执行输出指令，并行数据,发送缓冲器。,发送器工作过程,发送缓冲器发送移位寄存器，,向,CPU,提出中断申请（,TxRDY=1,）。,当数据全部输出结束，在,TXD,发出连续低电平,(,中止符,BREAK),，,(,TxE=1),。,46,5),调制,/,解调器控制逻辑,利用,8251A,进行远距离通信时，,发送方,要通过调制解调器将输出的串行,数字信号变为模拟信号,，再发送出去。,接收方,也,必须将模拟信号经过调制解调器变为数字信号,，才能由串行接口接收。,调制解调器控制电路是专为调制解调器提供控制信号用的。,47,8251A,引脚图,二、,8251A,的外部特性,48,8251A,引脚信号可以分为六类：,1),双向的数据信号线,D,7,D,0,825lA,有,8,条数据线,D,7,D,0,，通过这,8,根线和,CPU,的数据总线相连接。,数据线上传输数据，编程命令字和状态信息。,49,2),片选信号,CS,低电平有效，如果,8251A,未被选中，数据线,D,7,D,0,将处于高阻状态，读,/,写信号对芯片都不起作用。,3),读,/,写等控制信号,RD,(,输入，,13,引脚,),为读信号，低电平有效。当,CS,也为低电平，,CPU,可以从,8251A,读取数据或状态信息。,WR,(,输入，,10,引脚,),为写信号，低电平有效。当,CS,也为低电平，,CPU,可以向,8251,写入数据或控制字。,C/D,(,输入，,12,引脚,),为控制,/,数据信号，分时复用。为高电平时，系统处理的是控制信息或状态信息，为低电平时，传送的是数据信息。,RESET,(,输入，,21,引脚,),为复位信号，高电平有效。复位时,8251A,进入空闲（,Idle),状态，等待对芯片进行初始化编程。,50,CLK,(,输入，,20,引脚,),为主时钟信号，用于芯片内部的定时。对于同步方式，它的频率必须大于发送时钟,T,X,C,和接收时钟,R,X,C,的,30,倍。对于异步方式，必须大于它们的,4.5,倍。,8251A,的时钟频率规定在,0.74,3.1 MHz,的范围内。,8251A,共有三种时钟信号：,CLK,、,T,X,C,和,R,X,C,。其中发送时钟和接收时钟由波特率和波特率因子来决定。,51,4),与发送有关的信号,T,X,D,（输,出,),：发送数据。,T,X,RDY,(,输,出,),：发送器准备好信号，高电平有效。当该信号为高电平时，通知,CPU,，发送缓冲器已准备从,CPU,接收一个数据。,T,X,RDY,可作为中断申请信号，也可作为查询方式的联络信号使用。,T,X,E,（,TXEMPTY,）,(,输,出,),： 发送器空信号，高电平有效。当该信号有效时，表示,8251A,发送器中的并行到串行转换器空，即已完成一次发送操作。,TxC,（,输,入,）：发送时钟。,控制,8251A,发送器发送字符的速度。对于同步方式，输入时钟频率应等于发送数据的波特率，对于异步方式，应等于发送波特率和波特率因子的乘积。,52,5),与接收有关的信号,R,X,D,(,输入,),：接收数据。,R,X,RDY,(,输出,),：接收器准备好信号，高电平有效。当该信号为高时，表示接收数据缓冲器已收到一个字符，等待,CPU,取走。它可以作为中断请求信号或查询联络信号与,CPU,联系。,SYNDET/BRKDET,(,输入,/,输出,),：为同步检测,/,断缺检测信号，高电平有效。,在异步方式下,BRKDET,实现断缺检测功能，当,R,X,D,端连续收到,8,个,0,信号时，,BRKDET,端呈高电平，表示当前处于数据断缺状态，,R,X,D,端没有收到数据。当,R,X,D,端收到,1,信号时，,BRKDET,端变为低电平。,53,在同步方式下，,SYNDET,执行同步检测功能，可以工作在输入状态，也可以工作在输出状态。同步检测分为内同步和外同步两种方式。采用哪种同步方式要取决于,8251A,的工作方式，由初始化时写入方式寄存器的方式字来决定。当,8251A,工作在内同步方式时，,SYNDET,作为输出端，是在,8251A,内部检测同步字符。如果,8251A,检测到了所要求的一个或两个同步字符时，,SYNDET,输出高电平，表示已达到同步，后续收到的是有效数据。当,8251A,工作在外同步方式时，,SYNDET,作为输入端。外同步是由外部其他机构来检测同步字符，当外部检测到同步字符以后，从,SYNDET,端向,8251A,输入一个高电平信号，表示已达到同步，接收器可以串行接收数据。芯片复位时，,SYNDET,为低电平。,54,R,X,C,(,输入,):,为接收器时钟信号，控制,8251A,接收字符的速度。在同步方式时，它的频率等于接收数据的波特率，并由调制解调器供给,(,近距离不用调制解调器，传送时由用户自行设置,),。在异步方式时，时钟频率等于波特率和波特率因子的乘积。,6),与,MODEM,之间的接口信号,8251A,与外部装置进行远距离通信时，一般要通过调制解调器连接,经标准电话线传输数据。,55,发送数据时的联络信号,:,RTS,(,输出,):,为请求发送信号，低电平有效。这是,8251A,向调制解调器或外设发送的控制信息，初始化时由,CPU,向,825lA,写控制命令字来设置。该信号有效时，表示,CPU,请求通过,825lA,向调制解调器发送数据。,CTS,(,输入,):,为发送允许信号，低电平有效。是由调制解调器或外设送给,8251A,的信号，是对,RTS,的响应信号， 只有当,CTS,为低电平时，,825lA,才能执行发送操作。,56,接收数据时的联络信号,:,DTR(,输出,):,为数据终端准备好信号，低电平有效。是由,8251A,送出的一个通用的输出信号，初始化时由,CPU,向,8251A,写控制命令字来设置。该信号有效时，表示为接收数据做好了准备，,CPU,可以通过,8251A,从调制解调器接收数据。,DSR(,输入,):,为数据装置准备好信号，低电平有效。这是由调制解调器或外设向,8251A,送入的一个通用的输入信号，是,DTR,的回答信号，,CPU,可以通过读取状态寄存器的方法来查询,DSR,是否有效。,57,如果近距离传输时，可不用调制解调器而直接连接，,外设不要求有联络信号时，这些信号可以不用。,若外设需要，可用一对联络信号，也可两对都用。,例如，,RTS,可以悬空，但,CTS,必须接低电平,，否则发送器不工作。,RS-232 C,标准所能传输的最大距离是,30m,，一般不超过,15m,。数据传输的波特率低于,20,，,000,波特。,58,8,2,5,1,A,RxD,TxD,外,设,TxC,RxC,D7D0,RD,WR,A1 RESET,A B C G2A,G1,Y0 Y1 Y2,O O O,D7D0,RD WR C/D RESET,A0 A2,A3,A7,8086,系统总线,LS138,M/IO,&,A4,A5,A6,G2B,CS,TxRDY TxE RxRDY BRKDET,RS-,232,接口,波特率,发生器,7,）,8251A,与,CPU,的连接,与,8086CPU,的连接,59,与,PC,总线的连接,D,7,D,0,RD,WR,C/D,T,X,D,R,X,D,DTR,DSR,CTS,RTS,T,X,C,R,X,C,CS,D,7,D,0,地址,译码,地址总线,AEN,IOR,IOW,A,0,异,步,调,制,解,调,器,RS,-,232C,收发器,时钟源,CD,CC,CB,CA,8251A,TXD,RXD,GND,60,1,、,8251A,的编程地址,8251A,只需要两个端口地址：,一个用于数据端口，一个用于控制端口。数据输入输出用读信号,RD,和写,WR,信号区分；状态端口只能读不能写，控制端口只能写不能读。,三、,8251A,的编程,2,、,8251A,初始化的编程流程,8251A,是一种多功能的串行接口芯片，使用前必须向它写入方式字及命令字等，对它进行初始化编程后，才能收发数据。,初始化编程主要是对,8251A,的,方式字、命令字和状态字,进行编程设置。,61,方式字：确定,8251A,的工作方式；（异步，波特率，字符长度，奇偶校验）,命令字：控制,8251A,按方式字所规定的方式工作；（允许，禁止收发数据，启动搜索同步字符，,8251,复位）,状态字：了解,8251A,的工作状态。,复位操作,输出方式字,传送完,输出第一个同步字符,输出第二个同步字符,输出命令字,传送数据,输入状态字,同步方式,双同步,复位,Y,N,Y,Y,Y,N,N,N,编程流程图,62,1.,方式字,方式字（,8,位）是,8251A,在初始化时，用来写入方式选择字用的。,方式选择有两种：同步方式和异步方式。,方式字最低,2,位全为,0,时表示是同步方式，最低,2,位不全为,0,时表示是异步方式。,四、,8251A,的控制字,63,1) 8251A,工作在异步方式下,8251A,异步方式下方式字的格式,D,7,S,2,停止位个数,00:,无定义,D,6,S,1,D,5,EP,D,4,PEN,D,3,L,2,D,2,L,1,D,1,B,2,D,0,B,1,检验类型,0:,奇检验,1:,偶检验,检验设置,0:,无校验,1:,有校验,01: 1,个,10: 1.5,个,11: 2,个,波特率因子,00:,同步模式,01:,波特率因子为,1,10:,波特率因子为,16,11:,波特率因子为,64,数据位数,00: 5,位，,01: 6,位,10: 7,位，,11: 8,位,64,(1) D,1,D,0,(B2B1),不全为,0,的情况表示是异步方式，当,B,2,B,1,01,时，规定波特率的因子为,1,；,B,2,B,1,10,时，规定波特率因子为,16,；,B,2,B,1,11,时，规定波特率因子为,64,。,(2) D,3,D,2,(L,2,L,1,),是规定在异步传送时每个字符的位数，与同步方式下的数据位数规定相同。,(3) D,4,(PEN),是规定在异步传输时是否需要校验位，与同步方式下的规定相同。,(4) D,5,(EP),是用来规定异步方式时，数据校验的类型，与同步方式下的规定相同。,65,(5) D,7,D,6,(S,2,S,1,),是用来规定异步方式时，停止位的个数。为了和同步方式相区别，当,D,7,D,6,00,时，没有定义停止位的个数；当,D,7,D,6,01,时，表示,1,个停止位；当,D,7,D,6,10,时，表示,1.5,个停止位；当,D,7,D,6,11,时，表示,2,个停止位。,例：,要求,8251A,芯片作为异步通信，,波特率系数（因子）为,64,，字符长度,8,位，,奇校验,，,1,个停止位,的方式选择字应为十六进制的,5FH,。,01,01,11,1l,B,5FH,66,8251A,同步方式下方式寄存器的格式,D,7,SCS,同步字符数,0: 2,个字符,1: 1,个字符,D,6,ESD,D,5,EP,D,4,PEN,D,3,L,2,D,2,L,1,D,1,0,D,0,0,检验类型,0:,奇检验,1:,偶检验,检验设置,0:,无校验,1:,有校验,全,0,为同步模式,否则为异步模式,数据位数,同步方式,0:,内同步，,SDYNDET,为输出,1:,外同步，,SDYNDET,为输入,00: 5,位，,01: 6,位,10: 7,位，,11: 8,位,2) 8251A,工作在同步方式下,67,(1) D,1,D,0,00,是同步方式的标志特征，表示同步传送时波特率因子为,1,，此时芯片上,T,X,C,和,R,X,C,引脚上的输入时钟频率和波特率相等。,(2) D,3,D,2,(L,2,L,1,),是规定同步传送时每个字符的位数，当,L,2,L,1,对应为,00,、,01,、,10,、,11,时，分别表示传输字符的位数是,5,、,6,、,7,、,8,位。,(3) D,4,(PEN),是规定在传输数据时是否需要奇偶校验位，该位为,“,1,”,表示有校验位，为,“,0,”,则无校验位。,(4) D,5,(EP),是用来规定校验位的类型，该位为,“,0,”,表示是奇校验，为,“,1,”,表示是偶校验。,68,(5) D,6,(ESD),是用来规定同步的方式，该位为,“,0,”,表示是内同步，芯片的,SYNDET,引脚为输出端；为,“,1,”,表示是外同步，,SYNDET,引脚为输入端。,(6) D,7,(SCS),是用来规定同步字符的数目，该位为,“,0,”,表示两个同步字符，为,“,1,”,表示一个同步字符。,例如，要求,825lA,作为,外同步,通信接口，,数据位,8,位,，,两个同步字符,，,偶校验,，其方式选择字应为十六进制的,7CH,。,0,1,1,1,11,00B,7CH,69,对,8251A,初始化时，写入了方式选择字后，接着要写入的是命令字，由命令字来规定,8251A,的工作状态。,2.,命令字,D,7,EH,置“,1”,为搜,索同步字符,D,6,IR,D,5,RTS,D,4,ER,D,3,SBRK,D,2,R,X,EN,D,1,DTR,D,0,T,X,EN,请求发送,置“,1”,后,RTS,输出,0,置“,1”,后,8251A,内部复位,（,命令字为,40H,）,送中止符,置“,1”,后,T,X,D,输出,0,清除错误标志,置“,1”,后清,PE,、,OE,、,FE,1:,接收允许,0:,屏蔽,1:,发送允许,0:,屏蔽,数据终端就绪,置“,1”,后,DTR,输出,0,8251A,命令字格式,70,(2) D,1,(DTR),：该位与调制解调器控制电路的,DTR,端有直接联系，当工作在全双工方式时，,D,0,、,D,2,位要同时置,1,，,D,1,才能置,1,，由于,DTR,1,从而使,DTR,端被置成有效的低电平，通知调制解调器或,MC1488,芯片等器件，,CPU,的数据终端已经就绪，可接收数据了。,(3) D,2,(R,x,EN),：允许接收选择。只有当,D,2,1,时，才允许,825lA,从接收端口接收数据。,(4) D,3,(SBRK),：当该位被置,1,后，使串行数据发送管脚,TXD,变为低电平，输出,“,0,”,信号，表示数据断缺，而当处于正常通信状态时，,SBRK,0,。,命令字（,8,位），每位的定义如下：,(1)D,0,(T,X,EN),：允许发送选择。只有当,D,0,l,时，才允许,8251A,从发送端口发送数据。,71,(5) D,4,(ER),：当该位被置,1,后，将消除状态寄存器中的全部错误标志，,PE,、,OE,、,FE,这三位错误标志由状态寄存器的,D,3,、,D,4,、,D,5,来指示。,(6) D,5,(RTS),：该位与调制解调器控制电路的请求发送信号,RTS,有直接联系，当,D,5,位被置,1,，由于,RTS,1,，从而使,RTS,输出有效的低电平，通知调制解调器或,MCl489,芯片等器件，,CPU,将要通过,825lA,输出数据。,调制解调器控制电路的有效电平不是由,8251A,内部产生，而是通过对命令字的编程来设置，这样可便于,CPU,与外设直接联系。,72,(7) D,6,(IR),：当该位被置,1,后，使,8251A,内部复位。,当对,8251A,初始化时，使用同一个奇地址，,先写入,方式字，,接着写入,同步字符,(,异步方式时不写入同步字符,),，,最后写入,的才是命令字，这个顺序不能改变，否则将出错。,而初始化以后，再通过这个奇地址写入的字都是命令字，因此,命令字可以随时写入,。,如果要,重新设置工作方式,，写入方式字，必须先要将控制寄存器的,D6,位置,1,（,命令字为,40H,），进行内部复位返回到初始化前的状态。当然，外部的,RESET,也可使,825lA,复位，而在正常的传输过程中,D6=0,。,73,(8) D,7,(EH),：该位只对同步方式才起作用。当,D7=l,时表示开始搜索同步字符，但同时要求,D,2,(RXEN),l,，,D,4,(ER),1,，同步接收工作才开始进行。也就是说，写同步接收控制字时必须使,D,7,、,D,4,、,D,2,同时为,1,。,74,状态字（,8,位）是只读的。,CPU,可用,IN,指令来读取状态寄存器的内容。每位的定义如下：,3.,状态字,8251A,状态字格式,D,7,DSR,数据设备就绪,后为“,1”,D,6,S/BDET,D,5,FE,D,4,OE,D,3,PE,D,2,T,X,EMP,D,1,R,X,RDY,D,0,T,X,RDY,发送器就绪,为“,1”,帧格式出错,标志，出错,为“,1”,奇偶校验,出错标志，,出错为“,1”,接收器就绪,为“,1”,发送器,T,X,EMPTY,空为“,1”,溢出出错标志,出错为“,1”,反映同步方式,SYNDET/,异步方式,BRKDET,状态,75,(1) D,0,(T,X,RDY),：,D0=1,是发送准备好标志，表明当前数据输出缓冲器空。,注意：,状态位,D0,的,T,X,RDY,和芯片引脚上的,T,X,RDY,的信号有差别。,状态位的,T,X,RDY,不受输入信号,CTS,和控制位,T,X,EN,的影响；而芯片引脚上的,T,X,RDY,必须在数据输出寄存器空，并且调制解调器控制电路的,CTS,端也为低电平时，命令字的,D,0,(T,X,EN),1,时才有效。,(2) D,1,(R,X,RDY),：接收器准备好信号，该位为,“,1,”,时，表明接口已接收到一个字符，当前正准备输入,CPU,中。当,CPU,从,8251A,输入一个字符时，,R,X,RDY,自动清,0,。,(3) D,2,：,(T,X,EMPTY),，同,8251A,的,18,脚说明。,(4) D6,：,(SYNDET/BRKDET),，同,8251A,的,16,脚说明。,76,(5) D,7,(DSR),：数据终端准备好标志，当外设,(,调制解调器等,),已准备好发送数据时，就向,DSR,端发出低电平信号，使,DSR,有效。此时,DSR,位被置,1,。,上面,D,l,、,D,2,、,D,6,、,D,7,这,4,位的状态与,8251A,芯片外部同名管脚的状态完全相同，反映这些管脚当前的状态。,77,(6) D,3,(PE),：奇偶出错标志位，,PE,1,时，表示当前产生了奇偶错，但不终止,8251A,工作。,(7) D,4,(OE),：溢出出错标志位，在接收字符时，如果数据输入寄存器的内容没有被,CPU,及时取走，下一个字符各位已从,R,X,D,端全部进入移位寄存器，然后进入数据输入寄存器，这时，在数据输入寄存器中，后一个字符覆盖了前一个字符，因而出错，这时,D,4,位被置,1,。,78,(8) D,5,(FE),：帧格式出错标志位，只适用于异步方式。在异步接收时，接收器根据方式字规定的字符位数、有无奇偶校验位、停止位位数等，都由计数器计数接收，若停止位为,0,，说明帧格式错位。字符出错，此时,FE,1,。,上面的,PE=1,，,OE,1,和,FE,1,只是记录接收时的三种错误，并没有终止,8251A,工作的功能，,由,CPU,通过,IN,指令读取状态寄存器来发现错误。,79,注：对,8251,的控制口进行,一次写入操作，需有写恢复时间,。（写恢复时间一般为,16,个时钟周期）,DELAY1,：,MOV CX,，,02H,；延时子程,D0,：,LOOP D0,RET,8251A,复位,电源上电，,8251,自动进入复位状态，为了确保在送方式字和命令字之前,8251,正确复位，可向,8251,的控制口,连续写入,3,个“,0”,，,然后再写入一个复位命令字（,40H,），用软件使,8251,可靠复位。,11.3 8251A,的应用举例,80,例,1,：,异步方式下的初始化,8251,工作于异步方式，波特率系数为,16,，,7,位数据位，,1,个停止位，偶校验，控制口地址,3F2H,。,MOV DX,，,3F2H,MOV AL,，,00H,OUT DX,，,AL,CALL DELAY1,OUT DX,，,AL,CALL DELAY1,OUT DX,，,AL,CALL DELAY1,MOV AL,，,40H,；复位字,OUT DX,，,AL,CALL DELAY1,MOV AL,，,01111010B,；方式字,OUT DX,，,AL,CALL DELAY1,MOV AL,，,00010101B,；命令字,允许接收发送数据，清错误标志。,OUT DX,，,AL,81,例,2,：利用,RS-232C,近距离串行通信，采用三线传输最小方式。,8,2,5,1,A,RxD,TxD,TxC,RxC,D7D0,RD,WR,A1 RESET,A0 A2,A9,8086,系统总线,74,LS,138,M/IO,CS,D7D0,RD WR C/D RESET,MAX,233,CLK,CLK,CLK0,CS,OUT0,8253,4,分频,8MHz,2MHz,2,3,2,3,1,7,5,4,2,3,6,9,7,+5V,EIA,电平,零,MODEM,连接,82,8253,设计要求：波特率,=9600,，波特率系数,=16,OUT0,输出频率,=9600*16=0.1536MHz,分频系数,n=2MHz/0.1536MHz=13,（初始化程序略）,设,8251A,数据口和控制口地址分别为,1F0H,和,1F2H,异步方式，,7,位数据，,1,位停止位，偶校验，波特率系数,16,，,命令字：,7AH,发送与接收程序如下：,83,BEG-T: MOV DX,，,1F2H,MOV AL,，,7AH,OUT DX,，,AL,MOV CX,，,02H,D1,：,LOOP D1,MOV AL,，,11H,OUT DX,，,AL,MOV CX,，,02H,D2,：,LOOP D2,LEA DI,，,BUFF-T,MOV CX,，,COUNT-T,NEXT-T,：,MOV DX, 1F2H;,IN AL,，,DX,TEST AL,，,01H,JZ NEXT-T,MOV DX,，,1F0H,MOV AL,，,DI,OUT DX,，,AL,INC DI,LOOP NEXT-T,置方式字,置命令字,置发送缓冲区首址,置发送数据数,读入,8251,状态,TxRDY=1,从发送缓冲区取数送,8251,修改指针,发送完,Y,Y,N,N,84,BEG-R,：,MOV DX,，,1F2H,MOV AL,，,7AH,OUT DX,，,AL,MOV CX,，,02H,D3,：,LOOP D3,MOV AL,，,14H,OUT DX,，,AL,MOV CX,，,02H,D4,：,LOOP D4,LEA DI,，,BUFF-R,MOV CX,，,COUNT-R,NEXT-R,：,MOV DX, 1F2H;,IN AL,，,DX,TEST AL,，,02H,JZ NEXT-R,TEST AL,，,38H,JNZ ERROR,MOV DX,，,1F0H,IN AL,，,DX,MOV DI,，,AL,INC DI,LOOP NEXT-R,置方式字置命令字,置接收缓冲区首址,置接收数据数,读入,8251,状态,RxRDY=1,从,8251,接收数据送缓冲区,修改指针,发送完,Y,Y,N,N,传送出错,Y,N,85,P,379,习题,6,、,14,、,补充习题,试画出,“,5,”,的,ASCII,码的异步串行数据发送格式图。要求采用偶校验方式，并标出起始位、校验位与停止位。,作业,86,