微机原理 第12章 微型计算机串行接口技术

第12章微型计算机串行接口技术12.1数据通信的基础知识12.2可编程串行异步通信接口8250一、并行通信与串行通信二、数据通信方式三、异步通信与同步通信四、串行异步通信接口标准RS-232C12.1数据通信的基础知识一.并行通信与串行通信1.并行通信.含义：并行通信是指将一个字节或一个字的各位同时进行传输的一种通信方式。要点：传输的各位同时传输（输入或输出）。特点：（1）传输速度快（2）传输的信息率高（3）比串行通信需要更多通信信号线用途：常用于传输距离短，数据传输速度要求高的场合。CPU并行接口8255外设并行并行2.串行通信含义：串行通信是把传输的数据一位一位地顺序传送的一种通信方式。要点：按位传输，同一时刻仅传送一位。特点：（1）通信线少（2）成本低（3）但通信速度慢用途：适用于长距离数据传输。一.并行通信与串行通信CPU串行接口8250外设并行串行二.数据通信方式单工方式半双工方式全双工方式二.数据通信方式1.单工方式数据只能沿着一个方向传输或ABAB2.半双工方式数据既可以由A到B，也可以由B到A，但不能同时进行。AB发收收发3.全双工方式数据可以由A到B，也可以由B到A，而且可以同时以双向进行。发收收发AB三.异步通信与同步通信串行通信方式两种：串行异步通信和串行同步通信。1.异步通信异步通信:指字符与字符之间的传送是完全异步的，随机的，但一个字符的位与位之间是同步的。异步通信特点①字符的发送是随机的。②每一个字符传输总以一个起始位为准，然后接收方与发送方保持同步（格式的统一），最后是停止位③通信双方可随时改变通信协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。异步通信协议异步通信协议包括：一是字符的传送格式的规定，二是数据传送速率的要求。（1）异步通信格式协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。010/10/10/10/10/1…0/111100/10/1…D0D1D2Dn-1低位在前高位在后空闲位第i个字符第i+1个字符起始位数据位停止位奇偶校验位起始位例：设采用串行异步通信协议，如果发送的数据为89H，1位停止位，奇校验，则发送方发送的二进制序列是什么？解：根据异步传输协议，起始位为低电平“0”，数据89H=10001001B，先发送低位D0，后发送高位D7，奇校验（奇偶校验位填0，以保证数据位和奇偶校验位中1的总个数为奇数），停止位为1位高电平“1”，所以，发送的二进制序列为：01001000101。（2）波特率波特率（BaudRate）：每秒传输的数据位数。微机中常见的波特率有110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200等。微机最高波特率由硬件决定。例：已知字符格式中数据为8位，无校验，1位停止位，在1分钟内连续不断传送了69120个字符，求波特率。解：一个字符=1+8+0+1=10位每秒传送的字符个数=69120/60=1152个波特率=1152*10=11520bits/S=11.52Kbits/s2、同步通信同步通信将多个字符连接成一个数据块，数据块前加1或2个同步字符，尾部是校验字符，最后为同步字符。同步的含义要求每帧信息内部的每一位都要同步，也就是说，同步通信不仅要求字符内部的位传送是同步的，字符与字符之间的传送也应该是同步的。四.串行异步通信接口标准EIARS-232CEIA-232是DTE与DCE之间的接口标准DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线通信环境用户设施DTE信号线与控制线用户设施RS-232C标准：PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器。RS-232C具有四大特性一、机械特性二、电气特性接口逻辑：负逻辑,1：-15V～-5V；0:+5V～+15V允许噪声容限为2V0V-15V-5V+15V-15V+3V-3V0V发送端接收端空号电平逻辑0空号电平逻辑传号电平逻辑1传号电平逻辑1不确定区噪声容限2V2V0+15V+5V不确定区三、功能特性引脚号名称引脚号名称1CD6DSR2RXD7RTS3TXD8CTS4DTR9RI5GND接口信号含义常用的只有9根：（1）联络控制信号线：数据装置准备好DSR#（Datasetready)：有效时表明MODEM处于可以使用的状态。数据终端准备好DTR#(DataTerminalReady)：有效时表明数据终端可以使用。这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了。接口信号含义请求发送RTS#(Requesttosend)：用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。允许发送CTS#（Cleartosend）：用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS#的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向外发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。接口信号含义接收线信号检出RLSD#/数据载波检出DCD#：(ReceivedLinedetection/ReceiveLineSingalDetect）(DataCarrierdectection）用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。振铃指示RI#(Ringing)：当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知终端已被呼叫。接口信号含义（2）数据发送与接收线：发送数据TxD(Transmitteddata)：通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。接收数据RxD(Receiveddata)：通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。（3）地线：信号地SG。四、规程特性规程特性就是规定使用交换电路进行数据交换时应遵循的控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，DTE和DCE双方在各线路上的动作序列或动作规则。它涉及到DTE与DCE双方在各线路上的动作规程以及执行的先后顺序，如怎样建立和拆除物理线路的连接，信号的传输采用单工、半双工还是全双工方式等。12.2可编程串行异步通信接口8250一.8250的主要性能二.8250的结构及内部寄存器的寻址三.8250的外部引脚四.8250的编程及应用一.8250的主要性能(1)8250是异步接收和发送控制器，发送时自动在每帧数据中插入起始位（1位）、停止位（1、1.5或2位）和奇偶校验位，字符格式可以编程，接收时自动删除这些附加位。(2)最高波特率为9600b/s，波特率可编程设置。(3)具有独立的中断优先级控制和自测试功能，并能提供MODEM的全部状态。(4)具有错误检测的功能。二.8250的结构及内部寄存器的寻址1、8250内部结构BAUDOUT内部数据总线接收缓冲寄存器线路控制寄存器线路状态寄存器发送保持寄存器MODEM控制寄存器MODEM状态寄存器中断允许寄存器中断识别寄存器接收移位寄存器（10）SIN接收同步控制RCLK发送同步控制除数锁存器（低位）除数锁存器（高位）波特率发生器发送移位寄存器SOUT（32）（36）（33）（37）（38）（39）（34）（31）RTSCTSDTRDSRRLSDRIOUT1OUT2MODEM控制逻辑中断控制逻辑（30）INTRPT数据总线缓冲器片选和读写控制逻辑电源+5V地（40）（20）A0A2A1CS0CS2CS1ADSMRDISTRDISTRDOSTRDOSTRDDISCSOUTXLAT1XLAT2D7-D0(1-8)（28）（27）（26）（12）（13）（14）（25）（35）（22）（21）（19）（18）（23）（24）（16）（17）（9）（11）（15）(1)数据总线缓冲器连接CPU和8250的数据通道，CPU可以通过数据总线缓冲器向8250发送数据信息和控制信息。8250内部的数据信息、状态信息也可以通过它送到系统数据总线上供CPU读取。(2)片选和读写控制逻辑CPU发出的地址信号和读写控制信号结合起来产生对8250内部各端口的读写命令。由发送保持寄存器，发送移位寄存器和发送同步控制电路组成。CPU发出的并行数据，锁存在发送保持寄存器中，发送移位寄存器把发送保持器里的并行数据转换为串行数据，在同步脉冲的作用下，给待发送数据加上起始位，奇偶校验位，停止位，通过SOUT引脚一位一位地发送出去。(3)发送器（4）接收器从引脚SIN输入的串行数据移位接收。接收时钟频率为波特率的16倍确认是起始位后，每隔16个脉冲，采样一次接收线，将得到的数据送至移位寄存器，移位寄存器中数据经过移位并在同步脉冲的作用下，按照规定的数据格式和波特率自动删除起始位、奇偶校验位、停止位后，就得到了并行数据，进入接收缓冲寄存器中，等待CPU读取该字符。（5）线路控制和线路状态部分LCR是一个8位可读可写寄存器，系统通过写LCR，来确定异步通信数据格式，即字符的长度，停止位位数，奇偶校验类型等。还可以通过写LCR，来设置除数寄存器访问标志位，线路控制寄存器格式如下：线路状态寄存器LSR记录串行数据发送和接收的状态，以供CPU查询。线路状态寄存器的格式：发送移位寄存器空发送保持寄存器空中止检测接收数据就绪溢出错奇偶错帧错Di=1状态存在0状态不存在超时错误ETTSRETHREBIFEPEOEDRD7D6D5D4D3D2D1D0（5）线路控制和线路状态部分（6）波特率发生控制电路16550及8250使用1.8432MHz的基准输入时钟，分频后产生所需的内部基准脉冲，作为接收器和发送器的同步脉冲，以控制接收移位寄存器和发送移位寄存器的移位操作。发送或接收串行数据时使用的时钟频率是数据传送波特率的16倍除数值与波特率的关系：除数＝1843200÷（波特率×16）（7）调制解调控制部分该部分输出8250与MODEM之间的控制联络信号Modem控制寄存器MCR用于设置16550/8250与通信设备之间联络应答的输出信号，其格式如所示。D71DTR准备好0DTR未准备好1回送自检控制位1RTS信号有效0RT信号无效1使OUT1=00使OUT1=1数据终端(DTR)请求发送(RTS)1使OUT2=0(自发自收)0使OUT2=10正常工作000LOOPOUT2OUT1RTSDTRD6D5D4D3D2D1D0MCRModem状态寄存器MSR反映8250与通信设备之间应答联络输入信号的当前状态以及这些信号的情况，各位的含义如图所示。RLSD△RLSD△RI△DSR△CTS响铃指示(RI)数据装置准备就绪允许发送(CTS)允许发送(CTS)△△数据装置就绪(DSR)△响铃指示△数据载波检测(DCD)数据载波检测(DCD)△表示变化的状态RIDSRCTSD7D6D5D4D3D2D1D0（7）调制解调控制部分中断允许寄存器（IER）反映了接收器和发送器以及Modem是否允许中断的情况，通过设置可以指定其中的某些部件允许中断。它是一个可读可写的寄存器。1允许中断0禁止中断Modem状态中断1允许中断0禁止中断1允许中断0禁止中断1允许中断0禁止中断接收字符代码错或接收中止状态中断接收数据寄存器就绪中断发送数据缓冲器空中断000EDSSIELSIETBEIERBFI0D7D6D5D4D3D2D1D0（8）中断控制部分中断识别寄存器IIR，可以识别4个中断源引起的中断。接收器线路状态中断、接收数据准备好中断、发送保持寄存器空中断和调制解调器状态中断。（8）中断控制部分2.8250内部寄存器的寻址）DLABA2A1A0寄存器接收缓冲器（读），发送保持寄存器（写00001100中断允许寄存器1100除数寄存器（高8位）0×10中断识别寄存器（只读）1×10线路控制寄存器0×01MODEM控制寄存器1×01线路状态寄存器0×11MODEM状态寄存器0000除数寄存器（低8位）MODEM状态寄存器DLAB串口1串口2寄存器名称发送保持寄存器