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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,*,串行通信的基本概念,串行通信的接口标准,8251,可编程串行接口芯片,本章内容,了解微机串行通信的基本概念,了解,RS-232C,等几种串行接口标准及其用法,掌握,8251,芯片的接口技术及程序设计,学习目的,11.1,串行通信,通信：,计算机与外部设备之间、计算机之间的信息交换。,通信的基本方式,并行通信,串行通信,异步通信,同步通信,11.1.1,概述,图,11.1,串行通信的3种连接方式,发送器,A,发送器,接收器,发送器,接收器,发送器,接收器,接收器,发送器,接收器,B,数据线,(,a),单工方式,数据线,A,B,(,c),全双工方式,数据线,数据线,A,B,(,b),半双工方式,11.1.2,信号的调制与解调,MODEM,是由调制器和解调器合在一起形成的一个装置，以用作双向通信。,11.1.3,同步与异步通信方式,1.,异步通信方式（,ASYNC,）,第,n+1,个字符,第,n,个字符,空闲位,起始位,停止位,7,位数据位,空闲位,起始位,0,1 1 1,1,0,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,图,11.3,异步通信字符格式,奇偶校验位,异步通信方式的特点是：,（1）,起始位,：,一位，逻辑0，表示字符的开始；,通信时以收发一个字符为独立的通信单,位，每个字符由,4,个部分组成：,（2）,数据位,：,可以是58位逻辑0/逻辑1，与双方约定的编码形式有关，如：,ASCII,码（7位），扩展的,BCD,码（8位）等，起始位之后紧跟着的是数据的最低位,D,0,。,（3）,奇/偶校验位,：,一位逻辑0/逻辑1。,（4）,停止位,：,1位或1.5位或2位逻辑1，表示字符的结束,。,2.,同步通信方式（,SYNC,）,在异步通信中，每个字符都要用起始位和停止位来使通信双方同步，这些附加的额外信息，使得异步通信的传输效率不高。在需传输大量数据的场合，为提高传输效率和速度，常去掉这些附加位，即采用同步通信,SYNC,（,Synchronous data Communication,）,同步字符,数据块,CRC,1,CRC,2,同步字符,2,数据块,CRC,1,CRC,2,同步字符,1,a.,单同步格式,b.,双同步格式,同步通信方式的特点是：,为了防止因收、发双方的时钟频率的偏差的积累效应而产生错位，从而导致通信出错，同步通信要求接收和发送的时钟完全同步，不能有误差。实际应用中，同步传送常在收、发双方间使用同一时钟，故硬件电路比较复杂。,对每个字符的检错一般可用奇校验，数据块的末尾用,CRC（,循环冗余码）对整个数据块进行校验。,收、发双方以一个或两个预先约定的同步字符作为数据块传送,的开始，数据块由几十到几千，甚至更多字节组成。,11.1.4,波特率与收/发时钟,1.,波特率,计算机串行通信中常用波特率（,Baud rate,）,来表示数据传输率，波特率的单位是,bit/s,，,即每秒所传送的二进制位数。常用的标准值有,110,，,300,，,600,，,1100,，,2400,，,4800,，,9600,，,19200,波特等。,某异步通信中每秒传送960个字符，而每个字符由10位（1个起始位、7个数据位、1个奇校验位、1个停止位）组成，则传送的波特率为：,f,d,=10,960,bit/s=9600bit/s,传送一位的时间,T,d,=1/9600=0.104ms,例如:,2.,接收/发送时钟,异步通信中，大多数串行端口发送和接收的,波特率均可分别设置，由发送器和接收器各用一个时钟来确定，分别称为,发送时钟,和,接收时钟,。为了有利于收发双方同步，以及提高抗干扰的能力，这两个,时钟频率,f,c,一般不等于,波特率,f,d,，,两者之间的关系为：,f,c,=,k,f,d,其中，,k,称为波特率因子，其取值可为16，32或,64。波特率因子就是发送接收,1,个数据（,1,个数据位）所需要的时钟脉冲个数，其单位是个位。,11.2,RS-232C,接口标准,RS-232C,是串行异步通信中应用最广的串行总线标准，,1969,年由美国,EIA,（,电子工业协会）颁发，其中,RS,是,Recommended Standard,的编写，,232,是标准的标识号。,RS-232C,的前身是,RS-232A,和,RS-232B,，,这前两种接口标准现在已很少使用。,RS-232C,主要用于使用模拟信道传输数字信号的场合，推出这种标准的最初目的是在数据终端设备,DTE,（,Data Terminal Equipment,）,与数据通信设备,DCE,（,Data Communication Equipment,）,之间建立接口标准。,RS-232C,的典型应用如图,11.5,所示。,计算机,串行接口,UART,调制解调器,Modem,DTE,DCE,控制,发送,接收,调制解调器,Modem,串行接口,UART,计算机,控制,接收,发送,DTE,DCE,RS-232C,RS-232C,电话线,图,11.5 RS-232C,的典型应用,1.机械特性,RS-232C,采用,25,脚,D,型连接器（含插头,/,插座）作为,DTE,与,DCE,之间通信电缆的连接口，但在实际进行异步通信时，只需,9,个信号即够用，因此也可以采用,9,脚,D,型连接器。,2.电气特性,RS-232C,采用负逻辑工作，即：,逻辑,“,1,”,用负电平表示，有效电平范围是,-3,V,-15V,逻辑,“,0,”,用正电平表示，有效电平范围是,+3,V,+15V,-3V+3V,为过渡区，逻辑状态不定，为无效电平。,引脚号,信号名称,缩写,传送方向与功能说明,25脚,9脚,2,3,发送数据,TXD,DTE DCE,输出数据到,Modem,3,2,接收数据,RXD,DTE DCE,由,Modem,输入数据,4,7,请求发送,RTS,DTE DCE DTE,请求发送数据,5,8,清除发送,CTS,DTE DCE Modem,表明同意发送,6,6,数据传输就绪,DSR,DTE DCE,表明,Modem,已准备就绪,7,5,信号地,GND,无方向,所有信号的公共地线,8,1,载波检测,DCD,DTE DCE Modem,正在接收载波信号,20,4,数据终端就绪,DTR,DTE DCE,通知,Modem DTE,已准备好,22,9,振铃指示,RI,DTE DCE,表明,Modem,已收到拨号呼叫,3.引脚信号定义,表,11.1 RS-232C,主信道引脚信号,数据线：,TXD（Transmitted Data）,：,发送数据，,DTE,通过,TXD,将串行数据发 送到,Modem。,RXD（Received Data）,：,接收数据，,DTE,通过,RXD,接收从,Modem,来的 串行数据。,发送控制信号线：,RTS（Request to Send）,：,用来表示,DTE,请求,DCE,发送数据。,CTS（Clear to Send）,：,用来表示,DCE,已准备好，可以为,DTE,发送数据，此信号是对,RTS,的响应信号。,RTS/CTS,是一对握手联络信号，用于采用,Modem,的半双工系统中作发送/接收方式之间的切换。,接收控制信号线：,DSR（Data communication equipment Set Ready）,：,表示,Modem,已准备就绪,DTR（Data Terminal Ready）,：DTE,用来通知,Modem，,已准备就绪，可以接收数据。,DCD（Data Carrier Detection）,：,用来表示,Modem,正在接收来自对方,Modem,的载波信号，通知,DTE,准备接收数据。,RI（Ringing Indicator）,：,通知,DTE、Modem,已收到电话交换机送来的振铃呼叫信号，使用公用电话线时要用此信号。,4.信号线的连接,(1)远距离时的连接,计算机,串行接口,UART,调制解调器,Modem,TXD,RXD,调制解调器,Modem,串行接口,UART,计算机,电话线,图,11.6,采用,Modem,时,RS-232C,信号线的使用,RTS,CTS,DSR,DTR,DCD,RI,GND,TXD,RTS,CTS,DSR,DTR,DCD,RI,GND,RXD,(2)近距离时的连接,近距离（少于15,m）,通信时，可不采用调制解调器,Modem（,亦称为零,Modem,方式）。,GND,RXD TXD,TXD RXD,计,2,算,3,机,7,UART,3,计,2,算,7,机,UART,CTS,DSR,DTR,DCD,RTS,GND,DSR,DTR,DCD,CTS,RTS,TXD RXD,RXD TXD,2,计,3,4,算,5,8,机,20,6,7,3,2,计,4,5,算,8,20,机,6,7,图,11.7,零,Modem,方式的最简单连接,(,b),(,a),Intel8251A,是一种通用同步,/,异步数据接受发送器，广泛应用于微型计算机。,8251A,可以分成,5,个主要部分：接收器、发送器、调制,/,解调控制、读写控制逻辑以及数据总线缓冲器。,8251A,的结构如图所示。,11.3,8251A,可编程通用串行通信接口,11.3.1 8251A,的基本功能,11.3.2 8251A,的结构,8251A,是一个采用,NMOS,工艺制造的,28,条引脚双列直插式芯片，其外部引脚如图所示。,11.3.3 8251A,的引脚功能,与,CPU,相连的信号线,D,7,D,0,三态双向数据总线,CLK,时钟信号输入线,片选信号输入线,信息类型信号输入线,TxRDY,发送准备好信号状态输,出线,TxE,发送器空闲状态信号输,出线,RxRDY,接收器准备好状态信号,输出线,SYNDET,同步检测信号线,11.3.3 8251A,的引脚功能,与外设或调制解调器相连的信号线,:,数据终端准备好状态输出线；,数据设备准备好状态输入线；,请求传送信号输出线；,清除发送,(,准许传送,),信号输入,线；,接收器时钟输入线；,接收器数据输入线；,发送器时钟输入线；,发送器数据输出线。,11.3.3 8251A,的引脚功能,8251A,的工作方式需要初始化编程，用两种控制字进行设置，即方式控制字和操作控制字，还有一个供,CPU,查询的状态字。,11.3.4 8251A,的编程,方式控制字用于约定双方通信的方式,(,同步,/,异步,),及其数据格式,(,数据位和停止位长度，检验特性，同步字符特性,),、传送速率,(,波特率因子,),等参数，格式如图所示。,1.,方式控制字,操作控制字用于指定,8251A,进行某种操作,(,如发送、接收、内部复位和检测同步字符等,),或处于某种工作状态，以便接收或发送数据，其格式如图所示。,2.,操作控制字,状态字用于报告,8251A,何时才能开始发送或接收，以及接收数据有无错误。状态字为,8,位，其状态字格式如图所示。,3.,状态字,8251A,是一个可编程的多功能通信接口，在系统复位以后，在,8251A,工作以前进行初始化编程，确定具体工作方式。初始化编程的过程的流程图如图所示。,11.3.5 8251A,的应用举例,例如,编写一段通过,8251A,采用查询方式接收数据的程序。将,8251A,定义为异步传送方式，波特率因子为,64,，采用偶校验，,1,位停止位，,7,位数据位。设,8251A,数据口地址为,04A0H,，,控制口地址为,04A2H,。,11.3.5 8251A,的应用举例,程序片段如下：,MOV DX,，,04A2H,MOV AL,，,7BH,；,写方式控制字,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,14H,；写操作控制字,OUT DX,，,AL,WAIT,：,IN AL,，,DX,；,读入状态字,AND AL,，,02H,JZ WAIT,；检查,RxRDY,是否为,1,MOV DX,，,0
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