第10章串行通信接口.ppt

第10章 串行通信接口,10.1串行通信总线 10.2串行通信总线标准 10.3通用异步接收发送器INS8250 10.4可编程串行通信接口8251A,10.1串行通信总线,10.1.1串行通信的基本概念 在串行通信时，收发双方要解决的问题。 （1）双方约定以何种速率进行数据的发送和接收（波特率）。（2）约定采用何种数据格式（帧格式），如果包含控制信息那它的定义又是什么。 （3）接收方如何得知一批数据的开始和结束（帧同步）。 （4）接收方如何从位流中正确地采样到位数据（位同步）。 （5）接收方如何判断收到数据的正确性（数据校验）。 （6）收发出错时如何处理（出错处理）。 人们根据同步方式的不同，将串行通信分为两类，即异步通信和同步通信。,10.1串行通信总线,10.1.1串行通信的基本概念 1异步通信 异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止式异步通信协议，其传输的字符格式如图10-1所示。 异步通信的传输速度为509600波特之间，常采用的波特率为110、300、600、1200、1800、2400、3600、4800、7200和9600，较高时也可取19200波特。,10.1串行通信总线,10.1.1串行通信的基本概念 2同步通信 同步通信以一个数据块为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束，传输格式如图10-2所示。 同步通信协议有多种，现在最常用的是面向比特的高级数据链路控制协议HDLC（High-Level Data Link Control）。IBM系列微机中常用的同步数据链路控制协议SDLC（Synchronous Data Link Control）则是HDLC的子集。,10.1串行通信总线,10.1.1串行通信的基本概念 3传输制式 串行通信通常采用全双工或半双工传输制式，较少采用单工制式。3种传输制式如图10-3所示。,10.1串行通信总线,10.1.2调制解调器 1调制和解调 长距离通信时，常需要利用电话线路，它的频带则只有300Hz3400Hz。为了通过电话线路传输数字信号，必须先把数字信号转换为适合在电话线路上传送的模拟信号，这就是调制；经过电话线路传输后，在接收端再将模拟信号转换为数字信号，这就是解调。 调制方法 ： 移频键控（FSK） 移相键控PSK 振幅键控（ASK）,10.1串行通信总线,10.1.2调制解调器 2Modem的基本部件 调制器/解调器 缓冲电路 载波检测器 振铃检测器 拨号音检测器,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 1RS-232C信号定义的说明 RS-232C的25个插脚仅定义22个。在微机通信中，通常使用的RS-232C接口信号只有9根引脚（如表10-2）。,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 2RS-232C总线的电气规范,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 3RS-232C标准与TTL标准之间的转换 常用于将TTL电平转换为RS-232C电平的芯片，除MC1488外还有75188，75150等；用于将RS-232C电平转换为TTL电平，除MC1489外，还有75189，75154等。,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 4RS-232C的应用 （1）使用MODEM连接,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 4RS-232C的应用 （2）直接连接,10.2 串行通信总线标准,10.2.1 RS232C总线 4RS-232C的应用 （3）三线连接,10.2 串行通信总线标准,10.2.2 相关的其他总线 1RS-423A总线 全称是“不平衡型电压数字接口电路的电气特性”，该标准的主要优点是在接收端采用了差分输入。 采用普通双绞线，RS-232C传输距离不超过15米，RS-423A线路可以在130m用100K的波特率可靠通信。在1200m内，可用1200波特率进行通信。,10.2 串行通信总线标准,10.2.2 相关的其他总线 2RS-422A总线 也称为“平衡型电压数字接口电路的电气特性”，采用平衡输出的发送器和差分输入的接收器。 采用普通双绞线时，RS-422A可在1200m范围内以38400的波特率进行通信。在短距离（200m），RS-422A的线路可以轻易地达到200K以上的波特率。,10.2 串行通信总线标准,10.2.2 相关的其他总线 3RS-485总线 RS-485适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的。 100Kbps波特率可传送达1200米；9600bps时可传送15千米；10Mbps时则只能传送15米。,10.3通用异步接收发送器INS8250,PC系列微机异步通信适配器是微机与外界进行异步通信的接口，其核心是UART。 常见的UART主要有INS8250、PC16450和PC16550。此外，还有带更大缓冲的UART，称为PC16650和PC16750。 INS8250主要功能： 支持起止式异步串行通信协议； 具有独立的收、发时钟，波特率系数为16； 接收、发送双缓冲； 可控MODEM； 支持中断工作方式（多中断源）； 可编程。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.1 8250内部结构,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.1 8250内部结构 为了使传递过程更可靠，8250在接收端设立了3种出错标志。 （1）奇偶错误。 （2）帧错误。 （3）溢出错误。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.2 8250的引脚 1、并行数据I/O及其控制线（CPU侧） D7D0；CS0,CS1和CS2；ADS；DISTR和DISTR；DOSTR和DOSTR；A0,A1和A2；CSOUT；DDIS。 2、串行数据I/O线（接口侧） SOUT；SIN；XTAL1；XTAL2；BAUDOUT；RCLK。 3、和MODEM的握手信号线（接口侧） DSR；DTR；RI；RLSD；RTS；CTS。 4、中断请求、复位输入及其他信号线（CPU侧） INTPRT；MR；OUT1和OUT2。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （1）接收缓冲寄存器RBR。（A2A1A0=000）存放串行接收后转换成并行的数据。 （2）发送保持寄存器THR。（A2A1A0=000） 包含将要串行发送的并行数据。 （3）除数寄存器。 （DLAB=1，A2A1A0=000(低)或001(高)）保存设定的分频系数。该寄存器是16位的，必须在初始化期间分两次写入： 8250发送或接收串行数据时，所使用的时钟信号频率是传送波特率的16倍， 分频系数=基准时钟频率÷（16×波特率）,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （4）通信线路控制寄存器LCR。（A2A1A0=011）通信线路控制寄存器指定串行通信的字符格式 。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （5）通信线路状态寄存器LSR。（A2A1A0=101）通信线路状态寄存器提供串行通信的状态，供CPU读取和处理。LSR还可以写入（除D6位），人为地设置某些状态，用于系统自检。 在16550中，D7为1，表明FIFO中接收数据错误。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （6）调制解调器控制寄存器MCR。（A2A1A0=100）调制解调器控制寄存器用来设置8250与通信设备（如调制解调器）之间联络应答的输出信号 。 当置OUT2=1时，INS8250的INTPRT信号(向量中断)才可能有效，否则，中断处理只能通过查询方式进行。 当置LOOP=1时，INS8250的RBR与THR直通。（自测）,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （7）调制解调器状态寄存器MSR。 （A2A1A0=110）反映调制解调器4个控制输入信号的当前状态和其变化信息 。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （8）中断允许寄存器IER 。（A2A1A0=001）低4位控制82504级中断是否被允许。 这4级中断按优先权从高到低排列的顺序为：接收线路状态中断（包括奇偶错、溢出错、帧错和中止字符），接收器数据准备好中断、发送保持寄存器空中断和调制解调器状态中断（包括清除发送状态改变、数据终端准备好状态改变、振铃接通变成断开和接收线路信号检测状态改变）。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.3 8250的寄存器 （9）中断识别寄存器IIR。（A2A1A0=010）只读保持正在请求中断的优先级最高的中断级别编码，在这个特定的中断请求由CPU进行服务之前，不接受其他的中断请求。 IP=0时，ID2、ID1值为当前最高优先级中断类型。 每次IN操作后，当前中断已处理中，ID2、ID1值变为除当前中断外的最高优先级中断类型，等待处理。要处理中断，必须通过循环语句处理已产生的所有中断（直到IP=1为止）。,常用UART比较:,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 1异步通信适配器的接口电路,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 2异步通信适配器的编程应用 初始化：,1）设置波特率 置DLAB=1，写线路控制寄存器LCR(端口3)； 设置波特率，写除数寄存器DL(端口0和端口1)。,2）设置通信数据格式 置DLAB=0，写线路控制寄存器LCR（端口3）。,3）设置MODEM控制字（工作方式） 写MODEM控制寄存器MCR（端口4）。,4）设置中断允许控制字（屏蔽位） 写中断允许寄存器IER（端口1）。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 2异步通信适配器的编程应用,mov dx,3fbh ；线路控制寄存器地址 mov al,80h out dx,al ；DLAB=1 mov dx,3f8h ；低位除数寄存器 mov al,0ch ；9600波特率的除数低8位 out dx,al mov al,00 inc dx ；高位除数寄存器 out dx,al,mov al, 00011011b ；偶校验、1位停止位、8位数据位 mov dx,3fbh ；线路控制寄存器地址 out dx,al mov al,03h mov dx,3fch ；MODEM控制寄存器地址 out dx,al mov al,0 ；禁止中断 mov dx,3f9h ；中断允许寄存器地址 out dx,al,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 38250编程,查询方式发送,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 38250编程,查询方式接收,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 38250编程 中断方式通信,1）中断通信方式初始化,修改中断向量：按使用的端口COM1或COM2，接管中断0CH或中断0BH（保存原中断向量，将新的中断向量替换上去，注意程序结束时恢复原中断向量）。,确定通信协议：设置波特率及数据传输格式。 确定INS8250操作方式：设置中断允许寄存器相应位的允许或禁止，并允许向量中断模式(置MCR的D3=1)或查询中断模式(置MCR的D3=0) 。,开放通信中断：对8259A中断控制器的屏蔽寄存器编程（OCW1），允许中断IRQ4或IRQ3。,10.3通用异步接收发送器INS8250,10.3.4 8250在IBM PC中的应用 38250编程 中断方式通信,2）通信中断服务程序,首先读中断识别寄存器IIR，判断中断源，然后转向对应的处理子过程(程序)。判断中断源应该按照中断优先级别次序进行。 当中断识别寄存器D2D1=11时，表明接收出错中断，需要再读取线路状态寄存器，分析错误原因，再进行错误处理。,可能出现多个中断源同时引发中断。因此，每处理完一种中断源后，应继续读取中断识别寄存器，检测D0是否为“0”，当D0=0时，表明还有未决中断，应该继续分析中断源并进行中断处理。 中断程序返回的条件是中断识别寄存器的D0=1。,10.4可编程串行接口8251A,可用于同步和异步传送。 同步传送：58bit字符，可实现外同步或内同步，自动插入同步字符。 异步传送：58bit字符，时钟速率为通信波特率的1、16或64倍。 可产生中止字符：可产生1、1.5或2位的停止位。可检查启动位，自动检测和处理中止字符。 波特率：DC19.2k（异步）；DC64k（同步）。 完全双工：双缓冲器发送和接收器。 误差检测：具有奇偶、溢出和帧错误检测电路。,10.4可编程串行接口8251A,10.4.1 8251A的内部结构,10.4可编程串行接口8251A,10.4.2 8251A的引脚 1.发送器 1）TXRDY（Transmitter Ready）：发送器准备好，高电平有效 2）TXE（Transmitter Empty）：发送器空，状态线，高有效 3）TXD：发送数据线 4）TXC：发送器输入时钟 2.接收器 1）RXD：接收数据线 2）RXRDY：接收器准备好 3）SYNDET：同步检测 4）RXC：接收器输入时钟 3.与调制器的接口接号 1）DTR：数据终端准备好 2）RTS：请法发送 3）DSR：数据装置准备好 4）CTS：清除传送,10.4可编程串行接口8251A,10.4.3 8251A的控制字及初始化方法 8251A是一个可编程的多功能通信接口。所以在具体使用时必须对它进行初始化编程，确定它的具体工作方式。,10.4可编程串行接口8251A,10.4.3 8251A的控制字及初始化方法 1方式选择控制字,10.4可编程串行接口8251A,10.4.3 8251A的控制字及初始化方法 2命令控制字,10.4可编程串行接口8251A,10.4.3 8251A的控制字及初始化方法 3状态字 在发送前和发送后状态位TxRDY和输出引脚TxRDY的状态可能不一致，但在发送过程中两者总是一致的。前者可供CPU查询，后者可作为向CPU发出的中断请求信号。,10.4可编程串行接口8251A,10.4.4 8251A的初始化编程 特别要注意，825lA的方式寄存器、同步字符寄存器、命令寄存器均使用相同的端口地址，即在=0且=1的端口地址。 由于825lA的内部操作需要一定的时间，各种控制字发送后，需要设置几条空操作命令，保证内部操作完成后再设置其他指令。,10.4可编程串行接口8251A,10.4.4 8251A的初始化编程 对8251A异步通信初始化程序段如下： MOV AL，0FAH ；设置方式字 OUT 52H，AL MOV AL，37H ；设置命令字，启动发送器、接收器 OUT 52H，AL 对825lA同步通信初始化程序段如下： MOV AL，38H ；设置方式字 OUT 52H，AL MOV AL，16H ；2个同步字符均为16H OUT 52H，AL OUT 52H，AL MOV AL，97H ；设置命令字，启动发送器、接收器 OUT 52H，AL,10.4可编程串行接口8251A,10.4.5 8251A的应用示例,10.4可编程串行接口8251A,10.4.5 8251A的应用示例 在实际应用中，对8251A设置方式字之前，通常采用先送3个0，再送40H的方法使8251A确保复位，这是8251A的编程约定。此例要求8251A的波特率为2400，波特率因子必须选16。下面给出8251A的初始化程序段： XOR AL， AL OUT 0DAH， AL CALL DELAY ；调延时子程序 OUT 0DAH， AL CALL DELAY OUT 0DAH， AL CALL DELAY MOV AL， 40H ；设置复位命令字 OUT 0DAH， AL CALL DELAY,10.4可编程串行接口8251A,10.4.5 8251A的应用示例 MOV AL， 4EH ；设置方式字，异步、8位数据、波特率因子16等 OUT 0DAH，AL CALL DELAY MOV AL， 27H ；设置命令字，启动发送器、接收器 OUT 0DAH，AL 假定要向外输出的一个字符已放在AH寄存器中。若采用查询式输出，程序先对状态口进行测试，判断TxRDY状态位是否有效。若TxRDY为“1”，则说明当前数据输出缓冲器为空，CPU可以向8251A输出一个字符。程序段如下： NEXT： IN AL，0DAH TEST AL，01H JZ NEXT MOV AL，AH OUT 0D8H，AL,本章结束 谢谢,