1、1第十章 串行通信技術10.1 串行通信基本概念10.2異步串行通信接口芯片825010.3串行通信應用舉例10.4異步串行通信接口芯片8251210.1 串行通信基本概念串行通信與并行通信；串行通信是把數據的字節分解成單個二進制位依次傳輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度。這就使傳輸線的數目大大減少。3串行通信基本概念（1）異步通信與同步通信 根據時鐘控制數據發送與接收的方式，串行通信可分為異步通信與同步通信。異步串行通信：在單根數據線上逐字符逐位傳輸，傳輸一個字符時，以起始位開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸校驗位，最后以停止位結束該字符的傳輸。一次傳輸的起始位、字符各位、校驗位、停

2、止位構成一組完整的信息，稱為幀（Frame）；幀與幀之間可有任意個空閑位；4串行通信基本概念例：傳送8位數據45H（0100,0101B），奇校驗，1個停止位，則信號線上的波形為：5串行通信基本概念異步通訊的信息格式：起始位邏輯01位數據位邏輯0或15位、6位、7位、8位校驗位邏輯0或11位或無停止位邏輯11位、1.5位或2位空閑位邏輯1任意數量 6串行通信基本概念（2）雙工和單工全雙工方式：通信雙方能同時進行發送和接收操作；半雙工方式：只有1根數據線傳送數據信號，要求通信雙方的發送和接收由電子開關切換；單工方式：只允許數據按照一個固定的方向傳送；7串行通信基本概念（3）調制和解調 數字信號的

3、頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅3003400Hz。所以采用普通通信線路進行遠程數據通信時，需要在發送端用調制器（Modulator）把數字信號轉換為模擬信號，模擬信號經通信線路傳送到接收方，接收方再以解調器（Demodulator），把模擬信號變為數字信號。大多數情況下，調制器和解調器合在一個裝置中，稱為調制解調器Modem。在通信中，Modem起著傳輸信號的作用，是一種數據通訊設備，簡稱DCE；接收設備和發送設備稱為數據終端設備，簡稱DTE。8串行通信基本概念（4）信息傳輸的檢錯和糾錯串行數據在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯；如何發現傳輸中的錯誤，叫檢錯；發現錯誤

4、后，如何消除錯誤，叫糾錯。最簡單的檢錯方法是奇偶校驗，即在傳送字符的各位之外，再傳送1位奇/偶校驗位。可采用奇校驗或偶校驗。奇校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，1的個數為奇數；偶校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，1的個數為偶數；奇偶校驗能夠檢測出1位誤碼，但是不能糾錯。9串行通信基本概念（5）傳輸速率在串行通訊中，用波特率來描述數據的傳輸速率；波特率，即每秒鐘傳送的二進制位數，簡寫為bps；接收時鐘/發送時鐘是波特率的倍數，稱為波特率因子。例如波特率因子為16，則16個時鐘脈沖移位1次。例：波特率=9600bps，波特率因子=16，則接收時鐘和發送時鐘頻率=96

5、0016=153600Hz；10串行總線標準RS-232C 在串行通信中，DTE和DCE之間的連接要符合接口標準，計算機通信中使用最普遍的是RS-232C標準，PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9針和25針連接器。11串行總線標準RS-232C RS232是美國電子工業協會（EIA）頒布的串行總線標準。EIA RS232C定義了按位串行傳輸的數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間的接口信息。TxD發送；（Transmitted Data）RxD接收；（Received Data）SG信號地；DSRDCE準備好；（Data Set Ready）DTR DT

6、E(即微機接口電路，如8250/8251)準備好；（Data Terminal Ready）RTSDTE請求DCE發送；（Request To Send）CTSDCE允許DTE發送,該信號是對RTS信號的回答；（Clear To Send）DCD數據載波檢出；（Data Carrier Detected）當本地DCE收到對方的DCE設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準備接收，并且由DCE將接收到的載波信號解調為數字信號，經RXD線送給DTE；RI振鈴信號；當DCE收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫；（Ring Indicator）12串行總線標準RS-

7、232C采用Modem(DCE)和電話網通信時的信號連接13串行總線標準RS-232C無Modem的標準連接14串行總線標準RS-232C無Modem 的最簡連接15RS-232C的電氣規范RS-232C的電氣標準如下：最大短路電流小于0.5A；不帶負載時驅動器輸出電平V025V；空號（SPACE）或控制狀態信號的邏輯“0”在驅動器輸出端為+5V+15；在負載端要大于+3V；傳號（MARK）或控制狀態信號的邏輯“1”在驅動器輸出端為-5V-15V；在負載端要小于-3V；負載電阻Rl在30007000；負載電容（包括線間電容）Cl2500pF；驅動器輸出電阻R0300。16RS-232C的電氣規

8、范RS-232C采用負邏輯，且信號電平與TTL不兼容；串行接口芯片8250、8251均使用TTL電平，應使用電平轉換電路與RS-232C連接器連接；MC1488：TTL電平RS232電平 （用于發送方）MC1489：TTL電平RS232電平 （用于接收方）1710.2異步串行通信接口芯片82508250芯片是一種通用的異步接收發送器，是為適用于Intel公司的微處理機的數據通信而設計的；發送時，它接收來自CPU的并行數據字符，然后將其轉換為連續的數據流，通過發送移位寄存器發送出去。接收時，該芯片接收串行數據流，并將其轉換為并行數據，通過接收數據寄存器提供給CPU；可由CPU對其編程，確定異步通

9、訊的波特率以及傳送數據的格式；此外，CPU可在任何時候讀取芯片的狀態，包括數據傳輸錯誤標志和控制信號。188250功能與結構198250功能與結構208250功能與結構218250功能與結構（1） 數據輸入/輸出緩沖器 雙向數據線（D0D7）實現8250芯片與處理機之間的雙向通信，包括數據，控制字和狀態信息的傳輸。（2） 讀/寫控制邏輯芯片選擇（CS0，CS1，CS2#）當CS0與CS1為高、CS2#為低時，該芯片被選中；地址選通(ADS#) 當ADS#為低電平，則鎖存片選（CS0，CS1，CS2#）和寄存器選擇（A0，A1，A2）信號，即可允許芯片和處理器進行數據傳輸；（可不用）寄存器選擇（

10、A0，A1，A2）芯片內部可供處理機訪問的16個寄存器由（A0，A1，A2）選擇位和線路控制寄存器最高位（稱作除數鎖存器訪問位DLAB）共同來選擇；228250功能與結構收發器禁止（DDIS）該端輸出高電平時，禁止處理器對8250寫操作；主復位（MR）該端為高時，清除內部所有寄存器（除接收器數據、發送保持寄存器和除數鎖存器）和控制邏輯；外時鐘輸入/輸出（XTAL1、XTAL2）由外部基準定時振蕩器提供時鐘經XTAL1腳輸入到芯片內，XTAL2是基準時鐘信號輸出腳；芯片選擇輸出（CSOUT）當芯片已由CS0，CS1，CS2輸入所選中時，該信號為高，才能開始數據傳輸；中斷（INTRPT）每當任一種

11、中斷類型變成有效，且中斷允許時，該輸出端為高電平。 238250功能與結構（3）調制解調器控制邏輯數傳機就緒（DSR#）（輸入）當該信號腳為低電平時，表明 Modem就緒，允許使用通訊設備進行數據傳送；數據終端就緒（DTR#）（輸出）當DTR#為低電平時，通知調制解調器或數傳機8250已準備好通信；請求發送（RTS#）（輸出）當RTS#為低時，表明8250要求向Modem輸出串行數據；清除發送（CTS#）（輸入）當CTS#為低時，表明MODEM已同意8250的發送請求。248250功能與結構接收線路信號檢測（RLSD#）（輸入）當RLSD#為低時，說明MODEM已接收數據載波，8250應立即開

12、始接收解調后的數據；振鈴指示（RI#）（輸入）當RI#為低時，說明MODEM已收到電話交換臺的撥號呼叫，MODEM要求8250予以回答。在8250收到振鈴指示后，若它已準備好，則使DTR#輸出低電平作為MODEM的應答信號，此后交換電話線成為串行通信的鏈路；輸出1（OUT1）（輸出）用戶指定的MODEM控制功能的輸出，通過對MODEM控制寄存器的位2編程來控制OUT1輸出電平；輸出2（OUT2）（輸出）用戶指定的MODEM控制功能的輸出，通過對MODEM控制寄存器的位3編程來控制OUT2輸出電平；258250功能與結構（4）接收器邏輯 該邏輯包括接收器移位寄存器、數據寄存器以及相應的接收控制邏

13、輯。其引腳功能如下： 接收器時鐘（RCLK）輸入接收波特率的16倍時鐘信號；串行輸入（SIN）來自通信鏈路的串行數據輸入。（5）發送器邏輯 該邏輯包括發送保持寄存器、移位器以及相應的發送控制邏輯，其引腳功能如下： 波特率輸出（BAUDOUT）輸出發送波特率的16 倍時鐘信號； 串行輸出（SOUT）將送到通信鏈路的串行數據輸出；268250工作原理278250內部寄存器288250內部寄存器（1）線路控制寄存器LCR（地址3，只寫）D7DLAB除數鎖存 0允許訪問接收數據、發送保持和中斷允許寄存器； 1允許訪問波特率因子寄存器，將除數鎖存；D6SB設置間斷 0禁止間斷產生； 1設置間斷，SOUT

14、發送空號。據此，收方能識別發送設備已中止發送；298250內部寄存器D3PEN奇偶校驗允許 0無奇偶校驗； 1允許奇偶校驗；D4EPS奇偶類型 0奇校驗（當D3=1）； 1偶校驗（當D3=1）；D5SP附加奇偶保持位選擇位 0無奇偶保持位選擇位； 1奇偶附加位為0（偶校驗）； 1奇偶附加位為1（奇校驗）；308250內部寄存器D2STB停止位選擇 01位停止位； 11.5位停止位（數據位5位）； 12位（數據位6、7、8）；D1，D0WLS1，WLS0數據位數 005位 016位 107位 118位318250內部寄存器（2）分頻系數寄存器（地址0、1兩個，DLAB=1；只寫） 該系數是對輸入

15、時鐘（1.8432MHz ）進行分頻，產生16倍波特率的波特率發生器時鐘（即BAUDOUT），其關系如下：波特率=1.8432MHz/（分頻系數16）分頻系數必須在初始化期間預置（此時，DLAB=1），以保證波特率發生器執行規定動作。328250內部寄存器（3）發送保持寄存器（地址0，只寫） 要發送的字符寫入數據保持寄存器，串行發送從字節的最低位開始發送；（4）接收數據寄存器（地址0，只讀） 該寄存器存放接收字符；（5） 中斷允許寄存器（地址1，只寫） 該寄存器允許INS 8250的四種類型的中斷（相應位置1），使中斷請求INTRPT輸出有效的高電平。將中斷允許寄存器最低四位清零，可完全禁止芯

16、片中斷系統。中斷系統的禁止將封鎖中斷標識寄存器和中斷請求的輸出；D0允許接收數據就緒中斷；D1允許發送保持寄存器空中斷；D2允許接收線路狀態中斷；D3允許MODEM狀態中斷；338250內部寄存器（6） 中斷標識寄存器（地址2 ，只讀） INS8250芯片具有優先級的中斷邏輯。四種類型的中斷優先級以接收線路狀態中斷為最高，其次是接收數據就緒中斷、發送保持寄存器空中斷，最低的是MODEM狀態中斷。348250內部寄存器（7）線路狀態寄存器（地址5 ，可讀/寫）線路狀態寄存器為CPU提供內部狀態信息，主要是接收線路狀態，各位的含義如下：D0接收器數據就緒。1=接收數據寄存器收到一個完整的輸入字符；

17、0=讀出接收數據寄存器的內容；D1超越錯，8250接收下一個字符前，接收數據寄存器中的數據尚未取走。1=出現超越錯；0=讀出該狀態寄存器的內容；D2 奇偶錯1=檢驗出奇偶錯；0=讀出該狀態寄存器內容；358250內部寄存器D3幀格式錯1=停止位檢測為邏輯0（空號）；0=讀出該狀態寄存器的內容；D4間斷1=接收的間斷狀態超過一個完整的數據傳輸時間；0=讀出該狀態寄存器內容；D5發送保持寄存器空 1=準備好接收下一個要求發送的字符或本次發送的字符已從保持寄存器傳送到發送移位寄存器；0=處理機將字符裝入到保持寄存器；D6發送移位寄存器空1發送移位寄存器空閑。0數據由保持寄存器送到移位器。D7恒為03

18、68250內部寄存器（8） MODEM控制寄存器（地址4 ，只寫）該寄存器控制與調制解調器或數傳機的接口。D0數據終端就緒1=DTR為低電平；0=DTR為高電平；D1請求發送1=RTS輸出低電平；0=RTS輸出高電平；D2輸出1（OUT1）1=用戶指定輔助輸出1，OUT1為低電平；0=OUT1為高電平；378250內部寄存器D3輸出2（OUT2）1=用戶指定輔助輸出2，OUT2為低電平；0=OUT2為高電平；D4環路測試1=芯片循環反饋，提供診斷測試，即發送的數據立即被接收，允許CPU來驗證8250的發送和接收通路是否正常；388250內部寄存器（9）MODEM狀態寄存器（地址6，只讀） 該寄

19、存器的高四位D74反映調制解調器控器控制線的當前狀態，低四位D30提供四位控制輸入的狀態變化信息。398250內部寄存器D0清除發送 該位邏輯1表示從處理機上一次讀出以后，輸入的CTS已改變狀態；D1數傳機就緒該位邏輯1表示從處理機上一次讀出以后，輸入的DSR已改變狀態；D2振鈴標志 該位邏輯1表示RI已由接通（邏輯1）變成斷開（邏輯0）狀態；D3接收線路信號檢測 該位邏輯1表示RLSD已改變狀態；D4D7位反映MODEM 控制輸入的相應狀態 MODEM狀態寄存器的低四位中，任一位被置1。都將產生MODEM狀態中斷。4010.3 串行通信應用舉例418250應用428250應用；屏顯提示輸入文

20、件；鍵入傳輸文件名；（DS:DX）緩沖區最大字符數；（DS:DX1）實際字符數；打開文件，DS:DX串地址；438250應用；讀文件，AX: 文件代號；DX；關閉文件；取中斷向量并保存448250應用；設置新中斷向量；設置8250;；DLAB=1;；分頻系數0180H；LCR458250應用；MODEM控制；中斷允許；發送T；讀線路狀態寄存器；接收數據；應答字符？；應答完成；開啟中斷468250應用；讀線路狀態寄存器；有錯誤；接收就緒；發送完成；非特殊EOI結束中斷478250應用；判斷是否結束；上次發數：FLAG1；上次收數：FLAG2；IR, 沒發完，返回；END2, 發完，返回； FLA

21、G1, 是否發完488250應用；END2；END2498250應用；非特殊EOI結束中斷；恢復中斷向量508250應用51習題與作業1. 在PC機的雙機通信中，畫出RS-232三線通信的連線圖？2 . 利用 8250A 異步通信接口實現雙機通信，數據傳輸率為2400 bit/s,波特率因子為 0030H，奇校驗，1.5位停止位，7位數據位，串行通信的端口地址為 2F8H2FFh。要求：（1）編寫完整發方的通信程序，將發送緩沖區BUFFER中的500個字節數據發出后返回操作系統，發送利用中斷方式,中斷類型號位0CH ；（2）編寫完整接收的通信程序，將接受的數據存儲在緩沖區BUFFER中，接收到

22、500個字節后結束，返回操作系統，利用中斷方式，中斷類型號位0BH；（3）若發出數據為5AH，請畫出該幀數據格式 。5210.4 串行通信接口芯片8251通過編程，可工作于同步方式或異步方式；同步方式下，波特率為064Kbps，每一個字符可為5、6、7或8位，能自動檢測同步字符，可進行奇/偶校驗；在異步方式下，波特率為019.2Kbps，每一個字符可為5、6、7或8位，啟動位1位，校驗位1位，停止位可為1、1.5或2位 。538251功能與結構接收緩沖器接收控制電路發送緩沖器發送控制電路數據總線緩沖器讀寫控制邏輯調制解調控制548251的外部信號與CPU之間的連接信號片選信號CS#；數據信號D

23、7D0 ；讀信號RD#、寫信號WR#、控制/數據信號C/D#C/D#RD#WR#操作001101011010CPU從8251讀數據CPU向8251寫數據CPU讀8251狀態信息CPU向8251寫控制命令C/D#可以與CPU的地址信號連接，用兩個連續的地址區分8251內部信息。收發聯絡信號TXRDY、TXE、RXRDY、SYNDET；558251的外部信號與外設之間的連接信號數據信號TXD、RXD；和外設的聯絡信號 DTR#(data terminal ready)：數據終端準備好信號； DSR#(data set ready)：數據設備準備好信號； RTS#(request to send)：

24、請求發送信號； CTS#(clear to send)：清除發送信號；時鐘信號 系統時鐘CLK； 發送時鐘TXC；接收時鐘RXC；568251內部寄存器（1）模式寄存器格式578251內部寄存器（2）控制寄存器和狀態寄存器格式588251工作原理在異步模式下發送時鐘TXC、接收時鐘RXC由專門的時鐘發生器供給；發送和接收波特率分別由TXC、RXC與波特率因子決定： 波特率時鐘頻率/波特率因子；異步發送數據時，在控制寄存器中允許發送位TXEN有效，且CTS#信號有效時，開始發送過程；異步接收數據時，在控制寄存器中允許發送位RXEN有效時，RXRDY信號表示收到了一個有效數據；598251工作原理

25、在同步模式下發送時鐘TXC、接收時鐘RXC由調制解調器和有關通信設備控制；發送和接收波特率分別和TXC、RXC引腳上的時鐘頻率相等；同步發送時，在控制寄存器中允許發送位TXEN有效，且CTS#信號有效時，開始發送過程；根據編程要求發送1個或2個同步字符，然后發送數據塊；當CPU來不及提供數據時，8251自動插入同步字符；同步接收時，8251首先搜索同步字符，將接收到的字符與同步字符寄存器的內容比較，根據編程，需要比較1個或2個同步字符。外同步情況下，SYNDET管腳上的高電平表示外部設備實現了同步；608251工作原理狀態位TXRDY1時，表示當前發送緩沖器為空，它和引腳TXRDY上的信號可以

26、不同。狀態位TXRDY不受輸入信號TXEN和CTS#的影響，而引腳TXRDY必須在發送緩沖器空、 TXEN為1且CTS#為低電平時才為高；狀態位RXRDY為1時，表示接口中已接收到一個字符，可供CPU讀取。當CPU向8251寫入一個字符時，狀態位TXRDY會自動清0，當CPU從8251讀出一個字符時，狀態位RXRDY會自動清0；618251的初始化芯片復位后，第一次對奇地址寫入的數值是模式字，送入模式寄存器；如果模式字中規定為同步模式，則接著往奇地址寫入的是同步字符，若規定同步字符為2個，則分別寫入第一個和第二個同步字符寄存器；此后，只要不是復位命令，不分同步、異步模式，往奇地址寫的都作為控制字送到控制寄存器，往偶地址寫的都作為數據送到數據發送緩沖器。628251初始化舉例同步模式初始化