微機第12章串行通信和串行接口

1、 【內(nèi)容提要】本章主要講兩個問題。一個是串行通信的基本知識，它包括幾個方面：串行通信的特點、規(guī)程、異步和同步、信息格式等；串行通信工作方式； RS- 232 C標(biāo)準(zhǔn)；（美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的遠程通信標(biāo)準(zhǔn)）Modem。 另一個是串行接口8251A，要求：從硬件角度掌握8251A組成和工作原理，掌握發(fā)送器和接收器的工作過程；從編程角度掌握8251A控制字及其初始化；掌握雙機通信的工作過程。 這些內(nèi)容都是重點。 【學(xué)習(xí)指導(dǎo)】學(xué)習(xí)本章要注意幾點：從串行通信的基本知識入手學(xué)習(xí)串行接口；要注意和82C55A進行比較；本章難點在雙機通信工作原理：假設(shè)A機發(fā)送B機接收，A機8251A和A機CPU之間用發(fā)

2、送中斷，B機8251A和B機CPU之間用接收中斷，掌握A機和B機之間通信；若8251A的TXC和RxC由82C54提供，發(fā)送中斷和接收中斷都通過82C59進行，則建立了CPU-8251A-82C54-82C59A之間的系統(tǒng)聯(lián)系。12.1串行通信 計算機與計算機之間、計算機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)通信。 通信方式主要分為兩類：并行通信和串行通信。與并行通信比較，串行通信有以下幾個不同的特點： 1)串行通信是在1條傳輸線上將n位信息進行分時（串行）傳送。設(shè)n=8，串行通信是將8位信息分成8次，每次傳送1位信息。 2)串行通信時，通信的雙方都必須使用串行接口電路連接。 3)由于主機內(nèi)部用并

3、行傳送，串行通信時用串行傳送，因此串行接口需要進行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，即并一串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 4)由于串行接口使用TTL電平，若串行傳送使用RS-232C電平，兩者之間需要進行邏輯電平轉(zhuǎn)換。 5)在遠距離串行通信時，為了防止干擾，需要外加Modem，也就是說需要進行數(shù)字和模擬轉(zhuǎn)換，用模擬信號進行通信，用數(shù)字信號進行處理。 6)串行通信容易出錯，因此需要進行出錯控制。12.1.1串行通信基礎(chǔ) 1.串行通信規(guī)程 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機通信的不斷發(fā)展，為了正確進行串行通信，于是制定出一些規(guī)定和程式，其實就是標(biāo)準(zhǔn)，稱之為數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程，在計算機網(wǎng)絡(luò)中稱之為協(xié)議。 規(guī)程的內(nèi)容大致有以下幾點： 1)信息編碼，

4、串行傳輸使用何種字符編碼，傳送雙方應(yīng)該相同。 2)同步方式，傳送雙方采用什么方式進行同步，傳送雙方應(yīng)該相同。 3)信息格式，傳送雙方應(yīng)該選用相同的信息格式。 4）波特率，傳送雙方應(yīng)該選用相同的波特率。 5)同步字符，若采用同步傳送，采用什么同步字符，傳送雙方應(yīng)該相同。 6)校驗碼，采用何種校驗碼，傳送雙方應(yīng)該相同。 目前采用的串行通信規(guī)程分為兩類：異步通信控制規(guī)程和同步通信控制規(guī)程。 同步通信控制規(guī)程又分為兩類： 一類稱為面向字符型（character- oriented）規(guī)程； 另一類是面向位型（bit- oriented)規(guī)程，其中常用的是高級數(shù)據(jù)鏈路通信（HDLG)規(guī)程和同步數(shù)據(jù)鏈路通信

5、（SDLC）規(guī)程。2串行通信分類 串行通信中的雙方通常是兩臺計算機，而且各自獨立工作，因此最重要問題就是雙方同步問題。所謂同步也就是接收方（B方）用來判斷發(fā)送方（A方）數(shù)據(jù)何時開始傳送，如何接收數(shù)據(jù)，何時結(jié)束傳送等，以使接收方和發(fā)送方同步工作。按解決同步問題的方案不同，可將串行通信進行下述分類。 （1)同步通信 當(dāng)通信的雙方用共同的同步字符或者同步脈沖進行同步，稱為同步通信。按同步脈沖進行同步稱為外同步，因為同步脈沖是從外部加給接口。按同步字符進行同步稱為內(nèi)同步，因為同步字符在信息格式內(nèi)部。 在信息格式中只使用一個字節(jié)作為同步字符，稱為單同步；當(dāng)使用兩個字節(jié)作為同步字符，稱為雙同步。HDLC和

6、SDLC是雙同步的進一步發(fā)展，它用一個同步字符作為 開始標(biāo)志，用另一個同步字符作為結(jié)束標(biāo)志，稱為標(biāo)志域；另外又增加了地址域和控制域等。 同步通信是以數(shù)據(jù)塊（字符塊）為單位傳輸?shù)?，每個數(shù)據(jù)塊可以是256B一2KB或更大，并按照同步信息格式形成一幀數(shù)據(jù)，再將一幀作為一個整體進行發(fā)送與接收。同步通信方式在傳送時，字符與字符之間的傳輸是同步的。（傳送每一個字符所用的時間是完全相同的。） (2)異步通信 當(dāng)通信的雙方既沒有共同的同步字符，也沒有使用同步脈沖進行同步，而是用起始一停止信號實現(xiàn)同步的稱為異步通信。 異步通信是以字符為單位傳輸?shù)模總€字符通常用ASCII碼，按照異步信息格式形成一幀數(shù)據(jù)，以后作

7、為一個整體進行發(fā)送與接收。異步通信方式在傳送時，字符與字符之間傳送沒有嚴(yán)格的定時要求。 異步通信方式的傳輸速率低，傳輸設(shè)備簡單；同步通信方式的傳輸速率高，傳輸設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高。因此，異步串行通信一般應(yīng)用于傳送數(shù)據(jù)不連續(xù)、數(shù)據(jù)量較小和數(shù)據(jù)傳輸速率較低的情況；同步串行通信則應(yīng)用于要求快速、連續(xù)、大量傳送數(shù)據(jù)的情況。 3串行通信編碼 在串行通信時，傳送的字符都是以編碼形式出現(xiàn)的，常用的編碼有兩種：EBCDIC，即擴展的BCD碼，是8位編碼；ASCII碼，即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，是7位編碼。 4串行通信校驗碼 在串行通信中，由于是長距離傳送，又由于外界電磁干擾，系統(tǒng)本身的硬件、軟件故障等，傳送的信息

8、會出現(xiàn)錯誤，其出錯的概率遠大于內(nèi)存出錯的概率。因此要求串行通信進行差錯控制，或者說要能檢錯和糾錯。 在計算機應(yīng)用中，常用的校驗方法有奇偶校驗、交叉奇偶校驗、海明碼校驗、循環(huán)冗余碼校驗(CRC)等。在串行通信中，異步串行通信常用奇偶校驗；同步串行通信常用循環(huán)冗余碼校驗。 異步串行通信過程中常見的錯誤有奇偶校驗出錯、溢出錯誤和幀格式出錯。這些出錯狀態(tài)標(biāo)志存放在接口電路的狀態(tài)寄存器中，以供CPU進行分析和處理。 串行通信中常見的三種錯誤 1)奇偶校驗出錯。在接收方接收到數(shù)據(jù)時，要進行讀出校驗，統(tǒng)計信息位中“1”的個數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)，再與奇偶校驗位進行比較，若兩者不符即說明奇偶校驗出錯。 2)溢出錯誤

9、。又稱為超越錯誤或覆蓋錯誤。當(dāng)發(fā)送方的傳輸速率大于接收方傳輸速率時會造成數(shù)據(jù)覆蓋，即數(shù)據(jù)丟失。這通常是由收發(fā)雙方的波特率不匹配而引起的。 3）幀格式出錯。當(dāng)接收方收到的信息與約定的信息格式不符從而引起錯誤。這種錯誤大多是由于雙方信息格式不一致造成的。 5.申行通信信息格式 （1)異步通信信息格式 信息格式又稱數(shù)據(jù)格式或字符格式。異步通信每次傳輸一個字符，通常字符用ASCII碼，采用1位奇偶校驗位。在每個字符的前面加1位起始位，后面加1位（或加1.5位、或是2位）停止位，這樣就形成了一個完整的字符幀格式。一般情況，一幀包含10個字符位。在異步通信時，當(dāng)傳送字符時即傳送1幀信息格式；不傳送時稱為空

10、閑，用高電平（邏輯1)表示。異步通信信息格式如圖12-1所示。 1)起始一停止位。起始位和停止位作用是同步。起始位，1位，低電平有效。當(dāng)信息傳輸線由空閑（高電平）變?yōu)榈碗娖?，而且低電平維持時間大于1/2位時，才被確認為起始位而不是干擾信號。接收方接收到起始信號后準(zhǔn)備接收。停止位可選擇1位、1.5位和2位，通常使用1位，高電平有效。停止位標(biāo)志一個字符傳送結(jié)束，同樣也是1幀的結(jié)束。 2)數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位又稱信息位。傳送的字符使用不同的編碼方法時，其數(shù)據(jù)位不同，如5、6, 7, 8位；通常采用ASCII碼，其數(shù)據(jù)位為7位。數(shù)據(jù)位接在起始位后面，依次按D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6進行傳送。

11、3）校驗位。校驗位是數(shù)據(jù)位的奇偶校驗碼，1位。發(fā)送時由數(shù)據(jù)位形成奇偶校驗碼作為校驗位；接收時將接收到的數(shù)據(jù)形成校驗碼，并與接收到的校驗位進行比較，稱之為奇偶校驗。 (2）同步通信信息格式 同步通信控制規(guī)程可分為兩類：面向字符型和面向位型（或稱面向比特型），因此同步通信信息格式也分為兩類。 1)面向字符型信息格式。面向字符型信息格式有三種：單同步、雙同步和外同步。雙同步通信信息格式是由2個字節(jié)同步字符、數(shù)據(jù)塊、2個字節(jié)循環(huán)冗余校驗碼（CRC）組成。同步字符由通信雙方約定，用來進行同步。數(shù)據(jù)塊由一組被傳送的字符組成，它含有若干字節(jié)，如256B, 512B, 1024B, 2048B等。循環(huán)冗余校驗

12、碼用來對傳送的數(shù)據(jù)塊進行循環(huán)冗余校驗，目的是檢錯和糾錯。單同步通信信息格式與雙同步相比，只是減少了1個字節(jié)的同步字符。外同步通信信息格式與雙同步相比，沒有了同步字符，但是增加了外同步信號。 2）面向位型信息格式。面向位型控制規(guī)程的概念是IBM公司最先提出的，其代表性的規(guī)程是SDLC和HDLC, SDLC/HDLC信息格式是雙同步的發(fā)展。SDLC/HDLC一幀信息是由若干場(Field)組成的，標(biāo)志字符也稱標(biāo)志場。地址場用來規(guī)定與之通信的次站的地址，又稱為A場?？刂茍鲇址Q為C場，C場可規(guī)定若干命令。I場是信息場。詳細內(nèi)容請參看網(wǎng)絡(luò)通信的相關(guān)書籍。 6.數(shù)據(jù)傳輸率 （1)波特率 所謂數(shù)據(jù)傳輸率是指

13、串行通信時每秒所能傳輸?shù)淖址麛?shù)，即字符秒。若以字符的位為單位，則每秒所能傳輸?shù)模ǘM制位的）位數(shù)，稱為波特率，其單位即 位秒，簡寫為bit/s。例如，當(dāng)異步串行通信的數(shù)據(jù)傳輸率為120字符秒時，其波特率為1200bit/s。（其實這是在滿足一定條件的情況下才可以這么說的。） 在串行通信中，要采用標(biāo)準(zhǔn)的波特率系列，如110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200bit/s等。 位時間用Tb表示，即傳送一個二進制位（位字符）所需要的時間，它是波特率的倒數(shù)。假設(shè)異步串行通信使用1200bit/s，則Tb=I(秒）=1200（位秒）=0. 833ms

14、。在信息格式中，一位須用0. 833 ms時間傳送。 (2)發(fā)送接收時鐘 在串行通信傳送過程中，信息的發(fā)送接收是在專門的發(fā)送接收時鐘控制下進行的。因此，發(fā)送接收時鐘的作用是用來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。發(fā)送時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘TxC的控制下，將發(fā)送移位寄存器的數(shù)據(jù)按位串行移位輸出，即完成并-串轉(zhuǎn)換，送到通信線（TxD）上。接收時，接收器在接收時鐘脈沖RxC的控制下，對來自通信線（RxD）上的串行數(shù)據(jù)，按位串行輸人至接收移位寄存器，即完成串-并轉(zhuǎn)換。此時，發(fā)送接收時鐘脈沖起移位脈沖的作用。 (3）波特率因子 發(fā)送接收時鐘的頻率，一般都設(shè)置為波特率的整數(shù)倍，如1, 16, 32, 64倍。這個波特率的

15、倍數(shù)叫做波特率因子（Factor)，或波特率系數(shù)。三者之間的關(guān)系如下： 發(fā)送接收時鐘頻率（F）=波特率x波特率因子或?qū)懗桑?波特率因子=發(fā)送接收時鐘頻率（F） 波特率12.1 2串行通信工作方式 在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在A和B雙方之間進行信息傳送，一方稱之為發(fā)送方，一方稱之為接收方。按照信息傳送的方式可分成三種基本的傳送方式（制式）：全雙工、半雙工和單工方式。如圖12-3所示。這三種方式雖然有很多不同，但是數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的基本原理是相同的。1單工方式 單工方式即單向工作方式。通信時雙方只能進行一個方向的傳輸。當(dāng)A為發(fā)送方時，B只能為接收方，或者相反。單工方式的優(yōu)點是線路簡單，由圖12-3a可

16、見只有一條數(shù)據(jù)傳輸線。這是一種單向單線方式。 全雙工方式 通信雙方都能同時時行雙向工作,即能同時實現(xiàn)A方發(fā)送-B方接收, B方發(fā)送A方接收。由圖12-3C可見，這需要二條的數(shù)據(jù)線。這是一種雙向雙線方式。3. 半雙工方式介于單工方式和全雙工方式之間，這是一種雙向單線方式。半雙工只設(shè)置一條數(shù)據(jù)傳輸線，可看成是分時雙工方式，即雙方都可發(fā)送接收，但不能在同一時刻發(fā)送接收。當(dāng)A方用于發(fā)送時，就不能接收；而用于接收時，就不能發(fā)送，如圖12-3b所示。在半雙工通信過程中，需要進行接收發(fā)送方向的切換。 目前，數(shù)字尋呼系統(tǒng)采用單工方式，計算機通信采用雙工方式，主-從數(shù)字系統(tǒng)采用半雙工方式。12.1.3 RS-2

17、32C標(biāo)準(zhǔn) RS-232C是目前廣泛應(yīng)用于計算機通信的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)。目前常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C、RS-422、RS-485等等，但它們的基礎(chǔ)是RS-232C。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口各信號線的功能、電氣特性等都有明確的規(guī)定，它適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較低（低于20000bit/s)的通信。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的主要特點如下：1）RS-232C具有25條不同功能的信號線，并對其中的20條作了定義；計算機通信只使用其中的9條。2） RS-232C支持全雙工方式。3） RS-232C支持標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸率：50, 75, 110、150, 300、600, 1200、2400、4800

18、, 19200bit/s 。4) RS-232C采用負邏輯，以負電平（-3-25V）作邏輯“1”以正電平（+3V25V）作邏輯“0，提高了信號的抗干擾能力。5) RS-232C支持近距離（15m）通信，當(dāng)遠程通信時支持Modem。1信號線 RS-232C信號線大致分為三類：數(shù)據(jù)線（TxD, RxD )，調(diào)制解調(diào)控制線（RTS, CTS, DTR、DSR, DCD, RI）和地線（GND)。見表12-1a (1)信號線的邏輯功能 1) TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)線。A的發(fā)送端發(fā)出的串行數(shù)據(jù)信息通過TXD直接發(fā)送給B的接收端(RxD )、或者再經(jīng)過Modem然后發(fā)送給B。 2) RxD：接收數(shù)據(jù)線。接收端通

19、過RxD接收對方發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。 3) RTS：請求發(fā)送，輸出，高電平有效。當(dāng)發(fā)送方準(zhǔn)備好（發(fā)送數(shù)據(jù)）時，向?qū)Ψ桨l(fā)出RTS，請求對方同意發(fā)送；只有當(dāng)對方同意時，發(fā)送方才能向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)。 4) CTS：清除（允許）發(fā)送，輸人，高電平有效。接收方對發(fā)送方RTS的響應(yīng)（握手）信號經(jīng)過CTS進人發(fā)送方。當(dāng)CTS信號有效，表示接收方同意發(fā)送方進行數(shù)據(jù)發(fā)送。 5) DTR：數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好，輸出，高電平有效。當(dāng)DTR信號有效表示接收方準(zhǔn)備好，可以使用。 6) DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)據(jù)裝置）準(zhǔn)備好，輸人，高電平有效。當(dāng)DSR信號有效表示發(fā)送方準(zhǔn)備好，可以使用。 7) DCD：載波檢出信號，輸人，高電平

20、有效。該信號有效，表示已檢出信號。 8) RI：振鈴信號線，輸人，高電平有效。該信號有效，表示數(shù)據(jù)通信鏈路已接通。 9) GND：信號地線。 注意：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE的立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。在計算機系統(tǒng)中，A機和B機能進行雙向傳輸，雙方都能發(fā)送接收，因此要作新的理解。 (2）信號線連接方法 在雙機通信時，A機RS-232C和B機RS-232C直接連接的方法有三種，如下頁的圖12-4所示。但無論使用哪種方式，雙機的信號地線必須連接在一起。2010年12月10日講到此 1)理論接法（七線制）。支持Modem，使用握手信號控制數(shù)據(jù)傳送，見

21、圖12-4C。 2)簡易接法（七線制）。支持Modem，使用一些握手信號控制數(shù)據(jù)傳送，見圖12-4b。 3)簡易接法（三線制）。不使用握手信號控制數(shù)據(jù)傳送，見圖12-4a。 圖12-4C的工作過程如下，此處假設(shè)A機發(fā)送給B機，反之亦真。 A機發(fā)RTS（有效），表示請求發(fā)送。 B機的DSR有效，即表示已接收到A機的請求發(fā)送信號，知道A機（數(shù)據(jù)設(shè)備）已準(zhǔn)備好。 B機在做好準(zhǔn)備以后，發(fā)DTR表示B機（數(shù)據(jù)終端）已準(zhǔn)備好接收。 A機的CTS有效，即表示已接收到B機的同意接收信號。 A機將數(shù)據(jù)據(jù)經(jīng)TxD發(fā)送給B機RxD。 2電氣屬性 (1)邏輯電平 RS-232 C (EIA）的邏輯電平與TTL不同，它

22、采用負邏輯，不歸0(不回到0V)，目的是為了提高抗干擾能力和補償傳輸線上的信號衰減，保證傳輸信號的正確性。RS一232C標(biāo)準(zhǔn)對信號的邏輯定義（EIA邏輯）如下： 1)邏輯1 (Mark）電平規(guī)定為-3V-25V。 2）邏輯0 ( Space）電平規(guī)定為3V25V。 在PC中規(guī)定：RS-232C (EIA）邏輯0，+12V；邏輯1，-12V。由于TTL電平使用正邏輯，它規(guī)定：邏輯0，+0V;邏輯1, +3V。因此兩者之間應(yīng)該使用電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換采用專用芯片來完成。TTL電平信號+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備

23、內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 常溫下，00.4伏為0, 3.0伏5V為1。 (2）電平轉(zhuǎn)換 常用的轉(zhuǎn)換芯片有MC1488, SN75150和MC1489, SN75154，它們只能實現(xiàn)單向轉(zhuǎn)換。MC1488, SN75150用于從TTL到EIA電平的轉(zhuǎn)換；MC1489, SN75154用于從EIA到TTL電平的轉(zhuǎn)換。使用MAX232芯片可實現(xiàn)TTL一EIA電平雙向轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換電路如圖12-5所示。 圖12-5電平轉(zhuǎn)換電路3.機械屬性 任何一種總線標(biāo)準(zhǔn)都需要一個載體。RS-232C的載體是具有25針的連接器。連接器即通信電纜的插頭插座。所謂機械屬性是指，針的強度，針的機械尺寸，針之間的距離，

24、針在插座中的排列位置等，這些都有明確的規(guī)定。DB-25型是早期PC使用的連接器，它除了支持EIA電壓接口外，還支持20mA電流環(huán)接口。后期的微型計算機串行接口不支持電流環(huán)接口，采用DB-9型連接器。DB-25型和DB-9型連接器的外形及信號引腳分配分別如圖12-6所示。 RS-232C對通信電纜長度也有明確的規(guī)定，通常規(guī)定為15m，這也就是對近距離通信的界定，即兩臺計算機或終端的最大物理距離是15m。通信電纜采用普通非屏蔽多芯電纜，它能滿足15m內(nèi)RS-232C規(guī)定最大負載電容為2500pF的要求。1.2.4 長矩離串行通信 我們所介紹的計算機串行通信都是數(shù)字通信，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是以0, 1組成

25、的數(shù)字信號。數(shù)字信號包含了從低頻到高頻的諧波成分，因此進行數(shù)字通信對傳輸線頻帶要求比較寬。在遠距離通信時，為了降低成本，常利用普通電話線作為傳輸線，而電話線的頻帶寬度不夠，如果讓數(shù)字信號直接在電話線上傳輸，高次諧波的衰減就會很厲害，從而使傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生嚴(yán)重的畸變和失真，導(dǎo)致0, 1不能正確識別。因此，長距離串行通信要考慮數(shù)字波形畸變問題。由于在電話線上傳輸模擬信號失真較小，而計算機使用數(shù)字信號，這樣就需要將數(shù)字信號和模擬信號進行轉(zhuǎn)換，于是就需要調(diào)制解調(diào)器。 長矩離通信需要調(diào)制解調(diào)器1調(diào)制解調(diào)器 發(fā)送時，需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后從通信線（電話線）再發(fā)送到接收方，稱之為調(diào)制，這是通過調(diào)制

26、器（Modulator）來實現(xiàn)的。接收時，需要將從通信線（電話線）上接收的模擬信號轉(zhuǎn)換（還原）成數(shù)字信號再接收，稱之為解調(diào)，這是通過解調(diào)器（Demodulator)來實現(xiàn)的。將調(diào)制器和解調(diào)器組合在一起形成的電路稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem). Modem的調(diào)制和解調(diào)工作如圖12-7所示。Modem是制定RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。 基本的調(diào)制和解調(diào)方法有調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等。當(dāng)傳送速率較低時，以調(diào)頻制最為常用。 1)調(diào)頻(FM）制。數(shù)字0和1用不同的頻率f表示。例如，數(shù)字0用f=1200Hz表示；數(shù)字1用f2400 Hz表示。 2)調(diào)相（PM）制。數(shù)字0和1用不同的相位p表示。例如，數(shù)字0用p=

27、0度表示；數(shù)字1用p =90度表示。 3）調(diào)幅（AM）制。例如，數(shù)字0用0V表示，無模擬信號輸出；數(shù)字1有模擬信號輸出。 2調(diào)頻制工作原理 常用的調(diào)頻制采用FSK (開關(guān)法)。它的工作原理如圖12-8所示。f1和f2是兩種不同頻率的輸人端，K1和K2是兩個電子開關(guān)，DATA是數(shù)字0/1的輸人端。當(dāng)工作時，發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)DATA輸入，若是0，打開電子開關(guān)K2，頻率f2經(jīng)運算放大器輸出；若是1，打開電子開關(guān)K，頻率f1經(jīng)運算放大器輸出；從運算放大器輸出得到調(diào)制后的輸出信號,信號中頻率低的表示0,頻率高的部分表示1。12. 2 8251 A串行接口 常用的串行接口依它所支持的串行通信方式不同，可分

28、為三類：第一類只支持異步通信方式，典型的芯片有Intel 8250和16550 DART;第二類不僅支持異步通信方式，而且還支持同步通信方式，典型的芯片有Intel 8251 ;第三類既支持異步通信方式，又支持同步通信方式，更支持SDLC/HDLC方式，典型的芯片有Z80一SIO，其中以Intel 8251 A芯片最為普及。 Intel 8251 A芯片是通用的串行同步和異步收發(fā)器（USART )，它必須編程使用（使用之前先通過編程對它初始化）。8251A具有以下主要特點： 1)支持同步和異步串行通信，并可用編程選擇。 2)在異步通信時，可用編程選擇異步通信信息格式。信息格式在發(fā)送時自動形成。

29、 3)在同步通信時，可用編程選擇同步通信信息格式。信息格式在發(fā)送時自動形成。 4)支持全雙工方式。 5）在異步通信時，波持率允許在0一19 200bit/s范圍內(nèi)；在同步通信時，波持率允許在0一64 000bit/s范圍內(nèi)。 6）支持出錯檢測，能對奇偶出錯、幀格式出錯和溢出錯誤進行檢測。 7）與多種類型的CPU能夠兼容。 8)支持TTL邏輯電平。12. 2. 1 8251 A組成和工作原理 8251A串行接口的功能結(jié)構(gòu)如圖12-9所示。從圖12-9中可以看出，它是由9個功能模塊組成。按接口概念把它們歸為三個部分。一、與CPU連接部分 1)數(shù)據(jù)總線緩沖器。數(shù)據(jù)總線緩沖器是8251A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線

30、的接口，它是雙向三態(tài)緩沖器。由圖12-9可見，數(shù)據(jù)總線緩沖器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與發(fā)送緩沖器、接收緩沖器以及內(nèi)部寄存器（圖未畫出）相連，在相互間傳送信息。它在兩者之間傳遞三種信息：CPU寫入8251 A的編程控制字；以及CPU與8251間傳送的數(shù)據(jù)。即發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)。 2)讀寫控制邏輯。讀寫控制邏輯是8251 A與系統(tǒng)地址總線和控制總線的接口，一方面它接收芯片地址（通過CS引腳）和芯片內(nèi)部端口地址A0（通過C/D引腳），實現(xiàn)對芯片內(nèi)部口地址的譯碼；另一方面它又接收CPU的讀寫命令，完成對8251 A的寫人和讀出操作。二、內(nèi)部邏輯電路 內(nèi)部邏輯電路的核心是控制字寄存器。它與控制字譯碼器、操作信號發(fā)

31、生器等組成內(nèi)部邏輯電路，以控制8251A按時序操作，這個時序是由系統(tǒng)時鐘（CLK）形成的。這一部分電路在功能結(jié)構(gòu)圖中是隱含的。 8251 A控制字寄存器有4個：1個8位工作方式（模式）寄存器，2個8位同步字符寄存器，1個8位命令（控制）寄存器。它們的作用是存放CPU送來的控制字。8251A還有1個8位狀態(tài)寄存器，作用是保存8251A的工作狀態(tài)標(biāo)志。 8251 A的控制字寄存器、狀態(tài)寄存器以及發(fā)送緩沖器、接收緩沖器構(gòu)成了8251A的內(nèi)部寄存器，也稱為編程結(jié)構(gòu)。這是CPU通過IN/OUT指令能訪問的部分。 三、與I/0連接部分 與 I/0連接部分，其實是指發(fā)送器和接收器。由圖12-9可見，發(fā)送器包

32、括3個模塊：發(fā)送緩沖器、并-串轉(zhuǎn)換電路和發(fā)送器控制電路；接收器包括3個模塊：接收緩沖器、串-并轉(zhuǎn)換電路和接收器控制電路。 在發(fā)送工作前，CPU用OUT指令輸出的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖器進人發(fā)送緩沖器；發(fā)送時，數(shù)據(jù)由發(fā)送緩沖器進人并-串轉(zhuǎn)換電路。并-串轉(zhuǎn)換電路實質(zhì)上是移位寄存器，它能將8位并行輸入數(shù)據(jù)，在發(fā)送時鐘TxC的控制下串行移位輸出。 異步通信時，在發(fā)送器控制電路的控制下，數(shù)據(jù)串行輸出時自動加上起始位、停止位，自動形成校驗位，即自動形成信息格式，然后從TxD引腳輸出。發(fā)送完成后，發(fā)送器空，發(fā)出TxRDY信號，去請求發(fā)送中斷（可通過82C59A )。此后等待CPU用OUT指令輸出數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖

33、器，進行新一輪的發(fā)送。 在接收時，通過RxD接收的串行數(shù)據(jù)，在RxC的控制下串行移位輸人。異步通信時，在接收器控制電路的控制下，自動去除起始位、停止位、校驗位，僅保留數(shù)據(jù)位，并存在串-并轉(zhuǎn)換電路（移位電路）中；而且自動進行讀出校驗，待正確后，數(shù)據(jù)由串-并轉(zhuǎn)換電路進人接收緩沖器。如果校驗不正確則發(fā)出奇偶校驗出錯。當(dāng)接收器滿以后，發(fā)出RxRDY，去請求接收中斷（可通過82C59A )。此后等待CPU用IN指令從接收緩沖器讀人數(shù)據(jù)，進行新一輪的接收。12. 2. 2 8251 A芯片引腳 8251A是一個28引腳的雙列直插芯片，其芯片引腳如圖12-9所示。信號線可分為兩類：面向CPU的，面向I/O(

34、Modem）的。 1與CPU連接（系統(tǒng)總線）的引腳 (1)系統(tǒng)信號1) RESET：系統(tǒng)復(fù)位信號， CPU發(fā)來，高電平有效。它的功能是對8251A進行復(fù)位。2) CLK：系統(tǒng)時鐘信號，由CPU（？）發(fā)來。它的功能是在8251A內(nèi)部產(chǎn)生時序。CLK的頻率遠高于TxC ( RxC）的頻率，可高幾十倍。 (2)三總線信號 1) CS：片選信號，低電平有效，由系統(tǒng)地址總線（A0除外）經(jīng)I/O端口地址譯碼電路產(chǎn)生。當(dāng)CS = 0時，8251 A芯片被選中，以后CPU可對該芯片進行讀寫操作。2) C/D：內(nèi)部端口地址選擇，用來尋址8251 A內(nèi)部寄存器。C/D =0，選擇數(shù)據(jù)（D）端口；C/D=1，選擇控

35、制（C）端口。該引腳一般與CPU來的地址線A0相連。3）RD：讀信號，低電平有效。CPU在執(zhí)行IN指令時，發(fā)出RD命令，從8251 A讀取數(shù)據(jù)4）WR：寫信號，低電平有效。CPU在執(zhí)行OUT指令時，發(fā)出WR命令，向8251 A寫人控制字或數(shù)據(jù)。 5) D7D0數(shù)據(jù)線，雙向三態(tài)。CPU通過D7D7與8251A傳送數(shù)據(jù)。用OUT指令，CPU向8251A發(fā)送控制字或數(shù)據(jù)；用IN指令，CPU接收從8251 A讀入的狀態(tài)或數(shù)據(jù)。(3）聯(lián)絡(luò)控制信號1) TxRDY：發(fā)送準(zhǔn)備好，高電平有效。當(dāng)TxEN = 1，且CTS=0, TxE（引腳）=1時，TxRDY=1 。TxRDY =1，用此信號通知CPU；當(dāng)C

36、PU據(jù)此發(fā)送一個數(shù)據(jù)給8251 A時，使TxRDY=0。當(dāng)采用中斷方式時，TxRDY作為發(fā)送中斷源請求信號。 2) RxRDY：接收準(zhǔn)備好，高電平有效。當(dāng)RxEN=1，且接收緩沖器收到B方發(fā)來的數(shù)據(jù)時使RxRDY =1，用此信號通知CPU;當(dāng)CPU據(jù)此從8251 A取走一個數(shù)據(jù)時，使RxRDY=0。當(dāng)采用中斷方式時，RxRDY作為接收中斷源請求信號。 TxEN 命令控制字中的第0位，高電平表示允許發(fā)送。數(shù)據(jù)通信設(shè)備（這里指調(diào)制解調(diào)器）發(fā)來的應(yīng)答信號之一，其低電平有效，取走了發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)。RxEN 命令控制字中的第2位，高電平表示允許發(fā)送。2.與I/0設(shè)備（B方）連接的信號線 （1）發(fā)送器

37、和接收器信號 1) TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)。8251A發(fā)出的串行數(shù)據(jù)信息通過TxD發(fā)送出去。 2) RxD：接收數(shù)據(jù)。8251A通過RxD接收對方發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。 3) TxC：發(fā)送時鐘。8251 A在TXC的控制下發(fā)送數(shù)據(jù)。 4) RxC：接收時鐘。8251 A在RxC的控制下接收數(shù)據(jù)。通常TxC和RxC連在一起，使用同一種頻率，它可由計數(shù)器定時器82C54, 8253等產(chǎn)生。 5) TxE(MP)：發(fā)送器空，指示一次發(fā)送結(jié)束，高電平有效。TxE=1，發(fā)送完成；當(dāng)接收到CPU送來的一個字符，使TxE=0。 6) SYNDET：同步檢測信號，用于同步通信。內(nèi)同步時，SYNDET用做輸出，檢測到同步字

38、符時，SYNDET =1 ;外同步時，SYNDET作為外同步信號，輸入，當(dāng)SYNDET出現(xiàn)上升沿時觸發(fā)同步過程。 (2）調(diào)制解調(diào)信號 這是為適應(yīng)Modem而設(shè)置的，其意義和RS-232C相同，但邏輯電平不同。 1) RTS：請求發(fā)送，輸出，低電平有效。由命令控制字設(shè)置。 2) CTS：清除（允許）發(fā)送，輸入，低電平有效。RTS和CTS是一對握手信號。 3) DTR：數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好，輸出，低電平有效。由命令控制字設(shè)置。當(dāng)DTR信號有效表示接收方準(zhǔn)備好，可以使用。 4) DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)據(jù)裝置）準(zhǔn)備好，輸人，低電平有效。DTR和DSR是一對握手信號。一般情況下：RTS 對方的DSR D

39、TR 對方的CTS12. 2. 3 8251 A控制字及其初始化 8251 A芯片必須編程使用。8251 A有2個控制字和1個狀態(tài)字。兩個控制字中一個稱為工作方式控制字，一個稱為命令控制字。 工作方式控制字用于規(guī)定串行通信的同步方式（同步方式/異步方式）規(guī)定通信使用的數(shù)據(jù)格式、有無奇偶校驗、若工作于同步方式，則同步字符的個數(shù)等。 命令控制字用于8251A的內(nèi)部復(fù)位、某些引腳信號輸出控制以及是否允許進行發(fā)送和接收工作等。 這些控制字和狀態(tài)字都是8位的。 下面我們分別介紹工作方式控制字、命令控制字和狀態(tài)字的格式。1. 工作方式控制字當(dāng)D1D0=00時D6=0 內(nèi)同步D6=1外同步D7=0 兩同步字

40、符D7=1 單同步字符 當(dāng)D1D0不等00時D7D6=01 1個停止位D7D6=10 1.5個停止位D7D6=112個停止位 (2）應(yīng)用 例12-1假設(shè)A, B兩機采用異步通信，信息格式采用1位起始位，1位停止位，7位數(shù)據(jù)位，奇校驗，波特率因子是1，則其工作方式字為01011001B =59H。寫入控制字的程序段如下： MOV DX,301H ;設(shè)8251A控制口地址為301H. MOV AL,59H；異步工作方式控制字是59H OUT DX,AL 【例12-2】若使用同步通信，設(shè)定信息格式為：字符長度8位，內(nèi)同步方式，雙同步字符，無奇偶校驗，則工作方式控制字是00001100B =0CH。寫

41、入控制字的程序段如下： MOV DX,301H ;設(shè)8251A控制口地址為301H MOV AL,0CH；同步工作方式控制字是。0CH OUT DX,AL 2. 命令控制字 也稱工作命令控制字。命令控制字的作用是對串行接口的內(nèi)部復(fù)位、通信允許、引腳輸出、同步、通信中止進行控制。格式如圖12-11所示。 1)通信允許控制。 D0 TxEN：發(fā)送允許。D01，允許8251A發(fā)送數(shù)據(jù)；D00，禁止8251A發(fā)送數(shù)據(jù)。 D2 RxE：接收允許。D2 =1，允許8251 A接收數(shù)據(jù)；D2 = 0，禁止8251 A接收數(shù)據(jù)。D0 D2可以同時被置1，進行全雙工通信。若其中的某一位置1，即僅允許發(fā)送或僅允許

42、接收，進行半雙工通信。 2）引腳輸出控制。 D1 DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。D1=1, 使8251A的DTR引腳輸出低電平(有效),表示數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好; D1 = 0，無效。 D5 RTS：發(fā)送請求。D5=1使8251A的RTS引腳輸出低電平(有效),向B方發(fā)出發(fā)送請求信號；D5 =0，無效。 3）通信中止控制。 D3 SBRK：發(fā)送中止命令。D3 =1，使TxD輸出低電平；D3 =0, 8251A正常通信。要使8251A處于正常工作狀態(tài)，D3要始終保持為0。 4）復(fù)位控制。 D4 ER：復(fù)位狀態(tài)寄存器的出錯標(biāo)志位。D4= 1，清除狀態(tài)寄存器中的3個錯誤標(biāo)志位，使FE, OE, PE清0; D4

43、=0，不復(fù)位。（要使8251A正常工作，應(yīng)使D4=1。） D6 IR : 8251A內(nèi)部復(fù)位。D6=1，內(nèi)部復(fù)位；D6 = 0，不復(fù)位。通常在對8251 A初始化前，都要首先進行內(nèi)部復(fù)位，以后才進行初始化。 5）同步控制。 D7 EH：搜索同步字符。D7= 1，用于內(nèi)同步方式，對接收的同步字符進行檢索。D7=0, 8251 A工作在外同步和異步方式。 (2）應(yīng)用 【例12-3】設(shè)8251A的口地址為：300H，301H，若要使8251內(nèi)部復(fù)位，同時使出錯標(biāo)志復(fù)位，控制字為01010000B，則程序段如下： MOV DX,301H ;8251A控制字口地址為301H MOV AL,50H ；控制

44、字為50H OUT DX，AL例12-4若在異步通信時，工作在雙工方式（允許發(fā)送、允許接收、發(fā)RTS、發(fā)DTR) 控制字為00100111B，則程序段如下： MOV DX,301H ;8251A控制字口地址為301H MOV AL,27H ；控制字為27H OUT DX,AL3狀態(tài)字(I）格式也稱工作狀態(tài)字。狀態(tài)字用來標(biāo)志8251 A的工作狀態(tài)，大致可分為三類：緩沖器狀態(tài)、引腳狀態(tài)和出錯狀態(tài)。格式如圖12-12所示。D6=1 已收到同步信號。 1)緩沖器狀態(tài)： D0 TxRDY：發(fā)送緩沖器準(zhǔn)備好，當(dāng)數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖器傳送到并一串移位寄存器中，即意味著發(fā)送緩沖器準(zhǔn)備好，可以接受CPU發(fā)來的新的數(shù)據(jù)

45、。于是使?fàn)顟B(tài)位D0= 1。注意狀態(tài)位TxRDY和引腳TxRDY的邏輯意義并不一致。 TXRDY位是發(fā)送準(zhǔn)備好標(biāo)志，它與引線端TXRDY的意義有些區(qū)別。TXRDY狀態(tài)標(biāo)志為“1只反映當(dāng)前發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖存儲器已空，而TXRDY引線端為“1，除發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖存儲器已空外，還有兩個附加條件是CTS=0和TxEN =1，這就是說它們之間存在如下關(guān)系： TXRDY引線端TxRDY狀態(tài)位（CTS=0) (TxEN=1) 在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，上面兩者總是相同，通常TXRDY狀態(tài)位供CPU查詢，TxRDY引線端可用作向CPU發(fā)出的中斷請求信號。 D1 RxRDY：接收器準(zhǔn)備好。接收緩沖器收到B方發(fā)來的數(shù)據(jù)時使?fàn)顟B(tài)位D

46、1=1，標(biāo)志接收緩沖器滿。同時使引腳RxRDY輸出高電平。 D2 TxE：發(fā)送工作完成，此時使?fàn)顟B(tài)位D2=1 ，標(biāo)志發(fā)送器空, 同時使引腳TxE輸出高電平。 2）引腳狀態(tài)和狀態(tài)寄存器中相應(yīng)位的關(guān)系： RxRDY：當(dāng)接收準(zhǔn)備好時，狀態(tài)位D1= 1，同時使引腳RxRDY輸出高電平。 TxE：當(dāng)發(fā)送工作完成時，狀態(tài)位D2=1，同時使引腳TxE輸出高電平。 SYNDET：同步標(biāo)志。外同步時，當(dāng)引腳SYNDET輸入為高電平，表示是外同步信號，使?fàn)顟B(tài)位D6=1;否則D6 = 0。內(nèi)同步時，當(dāng)已檢側(cè)到同步字符，使?fàn)顟B(tài)位D6=1，同時引腳SYNDET輸出為高電平；否則D6=0。 D7 DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)

47、據(jù)裝置）準(zhǔn)備好。 引腳輸入為低電平（有效）時，使?fàn)顟B(tài)位D7=1；否則D7=0。 3)出錯狀態(tài)： D3 PE：奇偶錯。當(dāng)8251 A出現(xiàn)奇偶錯時，使?fàn)顟B(tài)位D3=1 (PE置“1”）。PE有效并不禁止8251A工作。 D4 OE 溢出錯。若出現(xiàn)當(dāng)前一個字符尚未被CPU取走，后一個字符覆蓋前一個字符時，稱為超越錯誤，或溢出錯誤。此時使?fàn)顟B(tài)位D4 =1 (OE置“1”)。 OE有效并不禁止8251A的操作。 D5 FE：幀出錯（只用于異步方式）。若接收端在任一個字符的后面都沒有檢測到規(guī)定的停止位，此時使?fàn)顟B(tài)位D5=1 (FE置“1”）。 以上3個錯誤狀態(tài)位，均由命令控制字的ER位復(fù)位。(2）應(yīng)用例12

48、-5設(shè)8251A的口地址為：300H，301H，在串行通信時，若采用查詢方式，則需要在發(fā)送程序中查詢狀態(tài)字的TxRDY（Do）位，其程序段如下：L3：MOV DX，301H ;8251A狀態(tài)端口是301H IN AL，DX ；注意：AL的D0位是TxRDY TEST AL，01H ；測試TxRDY,若TxRDY = 1則發(fā)送器準(zhǔn)備好 JZ L3 ；未準(zhǔn)備好，則重新讀狀態(tài)【例，2-6】在串行通信時，若接收時需要檢查出錯信息，則程序段如下： MOV DX, 301H ;8251A狀態(tài)端口是301H IN AL, DX ；讀狀態(tài)口 TEST AL, 38H ；狀態(tài)口的D3D4D5任一位為1 JNZ

49、ERR1 ；就是出錯了，轉(zhuǎn)人ERR1標(biāo)號處12.3 8251A的應(yīng)用 8251A有各種不同的工作方式,如它可以工作在串行異步方式下,也可以工作在串行同步方式下, 不管是同步還是異步方式也都在許多的不同約定，顯然要使用它，必須先進行初始化。 在初始化編程之后，還要進行數(shù)據(jù)傳送編程，若是發(fā)送數(shù)據(jù)，CPU只要將數(shù)據(jù)送到8251A的數(shù)據(jù)口即可，以后的事由8251A根據(jù)工作方式控制字規(guī)定的串行方式發(fā)送。若是接收數(shù)據(jù)，CPU根據(jù)8251A的RXDRY信號的高低，確定是否要讀8251A接收緩沖器中的數(shù)據(jù)。右邊給出8251A的初始化和數(shù)據(jù)傳送流程圖。實驗十一、 8251A串行口自發(fā)自收實驗流程序圖開始（相關(guān)常

50、量、變量定義如端口號、方式字、命令字等）8251A的初始化數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收與處理（要調(diào)用SEND和RX兩子程序）傳送結(jié)束（顯示“P”）主程序流程圖發(fā)送子程序流程圖讀狀態(tài)口可發(fā)送否？NY將數(shù)據(jù)送8251A的數(shù)據(jù)口RET讀狀態(tài)口有數(shù)據(jù)可讀？從8251A讀數(shù)據(jù)并送內(nèi)存存儲RET 接收子程序流程圖NY實驗十一、 8251A串行口自發(fā)自收實驗CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 35C0H H11: JMP STARTZ8251 EQU 0FFE1H ；8251A的控制口D8251 EQU 0FFE0H ；8251A的數(shù)據(jù)口COM_MOD EQU 04EH ；方式控制字4EH=01001110B；異步波特率因子為16，8位的數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1個停止位COM_COM EQU 25H ；命令控制字25H=00100101B；8251A工作于全雙工方式，發(fā)送器和接收器全處于正常工作狀態(tài)。RTS為低電平有效。ZXK EQU 0FFDCHZ