七章串行通信接口技术ppt课件.ppt
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1、可编程串行通信接口芯片8251A,在串行通信时,收发双方要解决的问题: 以何种速率进行数据的发送和接收(波特率) 采用何种数据格式(帧格式) 接收方如何得知一批数据的开始和结束(帧同步) 接收方如何从位流中正确地采样到位数据(位同步) 接收方如何判断收到数据的正确性(数据校验) 收发出错时如何处理(出错处理),串行通信的基本概念,全双工方式,半双工方式,单工方式,1. 数据传送方向,2. 串行通信的两种基本方式,(1)异步通信及其协议 所谓的异步通信,是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的,而同一字符中的相邻代码间时间间隔是固定的,串行异步通信以字符为单位进行传输,用起始位表示字符的开始,用停
2、止位表示字符结束,其通信协议是起止式异步通信协议 串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议(通信规程),才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题,(2)同步通信及其协议,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 同步通信协议有多种,常用的有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,同步通信的特点是不
3、仅字符内部保持“同步”,而且字符与字符之间也是同步的。 在这种通信方式下,收/发双方必须建立准确的位定时信号,也就是收/发时钟的频率必须严格地一致。 每个字符不增加任何附加位,而是连续发送,3. 波特率与收/发时钟,串行传输速率也称波特率(Baud Rate) 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样,为数据传输速率的倒数,(1)串行传输速率,字符速率与波特率两者关系,字符速率:每秒钟传输的字符数。,波特率:指单位时间内传送二进制数据的位数。单位为:b/s,例: 异步传输过程 设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位,如果波特率为1200bps
4、,那么,每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个,例2:同步传输 用1200bps的波特率工作,用4个同步字符作为信息帧头部,但不用奇偶校验,那么,传输100个字符所用的时间为7(100+4)/12000.6067s,这就是说,每秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067165个。 可见,在同样的传输率下,同步传输时实际字符传输率要比异步传输时高。,(2) 发送/接收时钟,发送/接收时钟频率与波特率之间的关系为: 发送/接收时钟频率=n发送/接收波特率,例:要求传输速率为1200 bps 当选择n=16时,表明一位数字信号中有16个时钟脉冲,故发送/接收时钟频率为: 120016=1
5、9.2kHz,其中n称为波特因子,一般n=1,16,32,64,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),4. 信号的调制解调,RS-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(P299,图7-37),5. RS232C接口,RS-232C总
6、线的电气规范,RS-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,RS-232C的应用 使用MODEM连接,直接连接,三线连接,计算机通常使用UART来实现数据的串/并和并/串转换 UART的基本原理(P301,图7-39、7-40) UART的工作过程 常用的错误标志 奇偶校验错 帧错误 溢出(丢失)错误,6. 通用异步收发器(UART),可编程异步通信接口INS8250,8250的基本功能: 全双工、双缓冲器接收和发
7、送 15种波特率,50-9600bps 可编程的异步通信格式 提供奇偶、溢出和帧校验等错误检测 片内具有优先权中断控制逻辑,8250的内部结构,8250芯片引脚定义与功能,(1)面向CPU一侧的引脚(1),数据线D7 D0 :在CPU与8250之间交换信息 地址线A0A2:寻址8250内部寄存器 片选线:8250设计了3个片选输入信号CS0、CS1、CS2*和一个片选输出信号CSOUT。3个片选输入都有效时,才选中8250芯片,同时CSOUT输出高电平有效。 地址选通信号ADS*:当该信号低有效时,锁存上述地址线和片选线的输入状态,保证读写期间的地址稳定,(1)处理器接口引脚(2),读控制线
8、数据输入选通DISTR(高有效)和DISTR*(低有效)有一个信号有效,CPU从8250内部寄存器读出数据 相当于I/O读信号 写控制线 数据输出选通DOSTR(高有效)和DOSTR*(低有效)有一个有效,CPU就将数据写入8250内部寄存器 相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对,每对信号作用完全相同,只不过有效电平不同而己,(1)处理器接口引脚(3),驱动器禁止信号DDIS:CPU从8250读取数据时,DDIS引脚输出低电平,用来禁止外部收发器对系统总线的驱动;其它时间,DDIS为高电平 主复位线MR:硬件复位信号RESET 中断请求线INTRPT:8250有4级共10个中断源,当
9、任一个未被屏蔽的中断源有请求时,INTRPT输出高电平向CPU请求中断,(2)面向外设引脚信号,(3)时钟信号,时钟输入引脚XTAL1:8250的基准工作时钟 时钟输出引脚XTAL2:基准时钟信号的输出端 波特率输出引脚BAUDOUT*:基准时钟经8250内部波特率发生器分频后产生发送时钟,为波特率16倍 接收时钟引脚RCLK:接收外部提供的接收时钟信号;若采用发送时钟作为接收时钟,则只要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连,(4)输出线,OUT1*和OUT2*: 两个一般用途的输出信号 由调制解调器控制寄存器的D2和D3使其输出低电平有效信号 复位使其恢复为高,8250的寄存器及编程
10、方法,8250内部有10个可访问的寄存器,除数寄存器是16位的,占用两个连续的8位端口 内部寄存器用引脚A0A2来寻址;同时还要利用通信线路控制寄存器的最高位,即除数寄存器访问位DLAB的0和1两种状态,来区别公用1个端口地址所访问的两个寄存器,8250内部寄存器端口地址,(1) 发送保持寄存器THR (3F8H) :“写”,包含将要串行发送的并行数据,(1) 接收缓冲寄存器RBR (3F8H) :“读”,存放串行接收后转换成并行的数据,(2)波特率除数寄存器BRD(3F8H,3F9H),除数寄存器保存设定的分频系数 BRD基准时钟频率(16波特率),例:计算波特率为1200bps的波特率除数
11、。 当使用UART的内部时钟为1.8432MHz时(或由外部通过XTAL1引脚输入), BRD=1843200/(161200)=0060H,(3) 通信线路控制寄存器LCR(3FBH),指定串行异步通信的字符格式,例:通信线路控制寄存器(LCR)的编程,设置发送数据字长为8位,2位停止位,偶校验,其程序段为: MOV DX,3FBH ;LCR的地址 MOV AL, 00011111B ;LCR内容数 ;据格式参数 OUT DX,AL,(4)通信线路状态寄存器LSR(3FDH),提供串行异步通信的当前状态 供CPU读取和处理,(5)MODEM控制寄存器MCR(3FCH),设置8250与数据通信
12、设备之间 联络应答的输出信号,例:要使MCR的DTR,RTS有效,OUT1,OUT2以及LOOP无效,则编程如下: MOV DX,3FCH ;MCR的地址, MOV AL,00000011B ;MCR的控制字 OUT DX,AL,例:要对8250通过自发自收进行诊断,则程序为: MOV DX ,3FCH ;MCR的地址 MOV AL,00010011B ;LOOP位置“1” OUT DX,AL,(6)MODEM状态寄存器MSR(3FEH),反映4个控制输入信号的当前状态及其变化 MSR高4位中某位为1,说明相应输入信号当前为低有效,否则为高电平 MSR低4位中某位为1,则说明从上次CPU读取该
13、状态字后,相应输入信号已发生改变,从高变低或反之 MCR低4位任一位置1,均产生调制解调器状态中断,当CPU读取该寄存器或复位后,低4位被清零,(7)中断允许寄存器IER (3F9H),8250设计有2个中断寄存器和4级中断 4级中断的优先权,是按照串行通信过程中事件的紧迫程度安排的、是固定不变的 用户可利用中断允许或禁止进行控制 中断允许寄存器的低4位控制8250这4级中断是否被允许 某位为1,则对应的中断被允许 否则,被禁止,8. 中断识别IIR(3FAH),保存正在请求中断的优先权最高 的中断级别编码,3. 8250应用举例,写通信控制字D7=1,写除数低8位,写通信控制字,写除数高8位
14、,写MODEM控制字,写中断允许字,结束,8250的初始化过程,例:8250端口地址为3F8H3FFH,若8250以波特率9600bps,进行异步通信,每字符8位,1位停止位,采用奇校验,允许所有中断,试编程初始化。 解:MOV DX,3FBH ;8250线路控制寄存器地址送DX MOV AL,80H ;置DLAB=1,设置除数寄存器 OUT DX,AL MOV DX,3F8H ;除数寄存器地址送DX MOV AL,0CH ;波特率为9600bps OUT DX,AL ;送除数低8位 INC DX,MOV AL,00H ;送除数高8位 OUT DX,AL MOV DX,3FBH ;8250控制
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