(接口)第15讲 串行通信与可编程8251A接口芯片

复习•中断指令INT17H的中断服务程序的入口地址放在中断向量表地址（）开始的4个存贮单元内。•除法出错是属于（）中断。A．线路故障B．内部中断C．INTOD．单步中断•计数/定时器8253，在初始化时写入的二进制最大数的初值是（）。A．7FFFHB．0000HC．8000HD．FFFFH•若每输入n个CLK脉冲，在OUT端就可输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，则8253应工作于方式（）。A．3B．2C．1D．08.1串行通信基础1.概述通信是指计算机与外部设备之间或计算机与计算机之间的信息交换。通信的基本方式可以分为并行通信和串行通信两种。并行通信是指数据的每位同时传输，如第5章所述的8255A与外设间的数据交换就是采用的并行通信方式。这种方式的数据传输速度快，但是在使用时所需要的通信线多，随着传输距离的增加，通信成本增加，可靠性下降，因此并行通信适合短距离传输。串行通信则是把需要传输的数据按照一定的数据格式一位一位的按顺序传输。串行通信的信号在一根信号线上传输。发送时，把每个数据中的各个二进制位一位一位地发送出去，发送一个字节后再发送下一个字节；接收时，从信号线上一位一位地接收，并把它们拼成一个字节传输给CPU进行处理.第8章串行通信与可编程8251A接口芯片串行通信只需一对传输线，并且可以利用现有的电话线作为传输介质，这样可以降低传输线的成本，特别是在远距离传输时，这一优点更为突出。但在进行串行通信时需要进行并-串和串-并之间的转换。主要应用于接口与外部设备、计算机与计算机之间，例如鼠标、键盘和接口。2.单工、半双工和全双工通信串行通信按照数据流的传送方式可以分为单工、半双工和全双工，如图8-4所示。(1)单工通信：如图8-4(a)所示，在单工通信方式中，信号只能在单一通信信道上向同一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向（如电视信号）。(2)半双工通信：如图8-4(b)所示，在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替进行，同一个时刻只能向一个方向传送数据（如对讲机）。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片(3)全双工通信：如图8-4(c)所示，在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送。在全双工通信方式中数据的接收与发送分别由两条不同的传输信道来完成。全双工通信信道也可以用于单工通信或半双工通信（如上网）。图8-4数据传输方式第8章串行通信与可编程8251A接口芯片3．串行通信方式按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。（1）同步通信在数据块传输时为了提高传输速度，通常采用同步通信传输方式。同步通信不是用起始位来标识字符的开始，而是用一串特定的二进制序列，称为同步字符，去通知接收器串行数据第一位何时到达。串行数据信息以连续的形式发送，每个时钟周期发送一位数据。数据信息间不留空隙，数据信息后是两个错误校验字符。同步通信采用的同步字符的个数不同，存在着不同的格式结构，具有一个同步字符的数据格式称为单同步数据格式，有二个同步字符的数据格式称为双同步数据格式，如图8-5所示。在同步传输中，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片（2）异步传输方式发送或接收一个信息字符所需的一切数据和控制信息，都在单根通信线上移动，而且每次只移动一位。异步串行通信数据格式如图8-6所示。①起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片②数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位(D0)在前高位(D7)在后。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片③奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。④停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户来决定。例如用ASCII编码字符位7位加一位奇偶校验位、一个起始位以及一个停止位共10位。如图8-7所示传输F字符的ASCII码1000110波形。图8-7传送F字符的帧格式第8章串行通信与可编程8251A接口芯片4.通信速率通信速率是反映数据传输速度的快慢，通信速率主要有数据传输速率和波特率两个指标。(1)数据传输速率数据传输速率是指每秒钟传输二进制数的位数（即比特率），以位/秒（bps或bit/s简称b/s）为单位。数据传输速率反应了串行通信的速率，也反应了对传输通道的要求，传输速率越高，要求传输通道的频带越宽。以字符为单位传送时数据传输速率等于每秒传送的字符数与每个字符位数的乘积。例如每秒传送120个字符，每个字符包含10位（一个起始位、7个数据位、一个奇偶校验位、一个停止位）则数据传输速率为:120字符/每秒×10位/字符=1200bps第8章串行通信与可编程8251A接口芯片（2）波特率波特率是指每秒传送的符号数。每次传送一位时，波特率大小与数据传输速率相等。波特率通常简称波特，用符号Baud或B表示。在计算机中，一个符号的含义为高低电平，它们分别代表逻辑“1”或逻辑“0”，所以每个符号所含的信息刚好为1比特，因此在计算机通信中，常常把比特率称为波特率，即1波特（Baud）=1比特（bit）/秒=1位/秒(1bps)一般计算机异步通信的波特率在50bps～9600bps之间。波特率与串行接口内的时钟频率并不一定相等。时钟频率可以选为波特率的1倍、16倍或64倍。由于异步通信双方各自使用自己的时钟信号，要是时钟频率等于波特率，则双方的时钟频率稍有偏差或初始相位不同就容易产生接收错误。采用较高频率的时钟，在一位数据内有16个或64个时钟，捕捉信号的正确性就容易得到保证。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片5.串行通信接口标准RS-232C总线在计算机系统中，常用的串行通信接口标准有：RS-232C、RS-449、RS-422A、RS-423A、RS-485、20mA电流环等总线接口标准。RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示RecommendedStandard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15m，传输速率最大为20kb/s。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片①RS-232C信息格式标准RS-232C采用串行格式，如图8-8所示。该标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。0/10/10/10/10/10/10/1…01低位高位第n个信息第n＋1个信息数据位(5,6,7,8)起始位起始位停止位奇偶校验位(有,无)逻辑“1”,－12V逻辑“0”,＋12V图8-8RS-232C信息格式标准目前在IBMPC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片②RS-232C机械特性RS-232C标准规定使用符合ISO2110标准的25芯D型连接器，如图8-9（a）所示。RS-232C总线标准有25条信号线，其中：4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线。目前大多数PC机的RS-232C接口不再使用25芯D型连接器，而配备有主要功能相同的9芯D型连接器，如图8-9（b）所示。25芯D型连接器与9芯D型连接器的引脚对应如表8-1所示。图8-9RS-232C连接器示意图第8章串行通信与可编程8251A接口芯片表8-1DB-25与DB-9引脚对应关系DB25引脚号DB9引脚号功能说明DB25引脚号DB9引脚号功能说明1保护地14(辅信道)发送数据(TxD)23发送数据(TxD)*15发送信号单元定时(DCE为源)32接收数据(RxD)*16(辅信道)接收数据(RxD)47请求发送(RTS)*17接收信号单元定时(DCE为源)58清除发送(CTS)*18未定义66数据通信设备准备好(DSR)*18(辅信道)请求发送(RTS)75信号地(公共地)*204数据终端准备好(DTR)*81数据载体检测(DCD)*21信号质量检测8(保留供数据通信设备测试)229振铃指示(RI)*10(保留供数据通信设备测试)23数据信号速率选择(DTE/DCE为源)11未定义24发送信号单元定时(DTE为源)12(辅信道)数据载体检测(DCD)25未定义13(辅信道)清除发送(CTS)第8章串行通信与可编程8251A接口芯片尽管RS-232C使用20条信号线，在近距离通信时常常只需三条连接线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”，发送方和接收方的“发送数据”、“接收数据”端交叉连接，传输线采用屏蔽双绞线即可实现，如图8-10所示；当使用RS-232C进行远距离传送数据时，就必须配合调制解调器（modem）和电话线进行通信，其连接及通信原理如图8-11所示。图8-10三线制连接原理图图8-11远距离串行通信原理图第8章串行通信与可编程8251A接口芯片③RS-232C电气特性由于RS-232C是在TTL集成电路之前制定的，所以它的电平不是+5V和地，RS-232C标准规定了数据和控制信号的电压范围，它使用负逻辑，将-5V～-15V规定为逻辑“1”，+5V～+15V规定为逻辑“0”。④RS-232C电平转换电路RS-232C电平与通常的TTL电平不兼容，所以两者之间必须加电平转换电路。常用的电平转换芯片有MC1488/MC1489和MAX232。MC1488/MC1489工作电压需要±15V，而MAX232工作电压只需要5V就可以。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片8.28251A芯片引脚、内部结构和工作过程8.2.18251A“自发自收”通信8.2.2知识讲解第8章串行通信与可编程8251A接口芯片8.2.1项目2：8251A“自发自收”通信1．项目要求与目的（1）项目要求：实验板上的8251提供通信，8253提供8251通信的波特率，编制程序实现8251串行口“自发自收”通信。即在实验程序运行之前，某个特定地址存储区域的内容为“全0”，而运行实验程序后，该存储器的内容即为“特定信息”。（2）项目目的：●了解串行口通信的协议、数据格式。●了解8251和8253芯片性能及编程。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片2．项目电路连接与说明（1）项目电路连接：如图8-17所示的粗线为需要接的连线，连线说明为：8251的片选孔用导线接至译码处208H～20FH插孔,8251的CLK接至1MHz插孔,8251的Txclk和Rxclk接至8253的OUT1插孔,8251的RXD与TXD接通（短接）；8253的片选孔用导线接至译码处200H～207H插孔,CLK1接至1MHz插孔,GATE1接到+5V插孔。（2）项目说明：操作步骤如下：①实验连线按照项目电路连接完毕，录入程序。②编译连接以“单步方式”将光标执行到MAIN程序的第3条指令(即LEASI,SBUF)的位置。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片③打开“数据段窗口”，观察第03H—17H地址中的内容，注意此时03H—0CH地址的内容为01H—0AH(它对应于程序中数据区SBUF的内容)，而0DH—17H地址的内容均为00H(它对应于程序中数据区RBUF“此时的内容”)。④将光标定位到MAIN程序最后一条指令(即HLT)的位置，执行“执行到光标所在处”的动作。⑤执行对上述“数据段窗口”的“刷新操作”，再观察0DH—17H地址的内容，此时它应为01H—0AH，若达到了上述目标，就表示“本项目达到了目的，实验成功”。第8章串行通信与可编程8251A接口芯片3．项目电路原理框图8251A“自发自收”通信电路原理框图如图8-17所示。电