第十章串行接口及可編程接口芯片8251A

第十章串行接口及可編程接口芯片8251A合肥工業(yè)大學(xué)計算機與信息學(xué)院2012-02

微型計算機原理及其應(yīng)用

1第十章串行接口及可編程接口芯片8251A數(shù)據(jù)傳輸（通信）并行傳輸串行傳輸2第十章串行接口及可編程接口芯片8251A10.1串行通信概述10.2可編程串行通信接口芯片8251A10.3RS-232C串行口310.1串行通信概述概念數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上，一位一位地按順序傳送。在串行傳送中，1字節(jié)的數(shù)據(jù)要通過一條傳輸線分8次由低位到高位按順序一位一位地傳送。源目的0

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0410.1串行通信概述串行通信的傳送方向單工發(fā)送與接收之間只有一根傳輸線。只能單向傳送。半雙工發(fā)送與接收之間只有一根傳輸線。但能分時交替進行雙向傳送。全雙工發(fā)送與接收之間有兩條傳輸線。能雙向同時傳送。

TRTRRTTTRR510.1串行通信概述串行通信的兩種基本工作方式異步通信方式（ASYNC）以一個字符為傳輸單位。通信中兩個字符間的時間間隔是不固定的，但在同一個字符中的兩個相鄰位代碼間的時間間隔是固定的。異步通信的每個字符由四部分組成。通信幀①③②④★兩個相鄰字符間的間隔叫空閑位（MARK狀態(tài)，高電平），任意個。傳送效率低6串行通信的兩種基本工作方式（續(xù)）同步通信方式（SYNC）以數(shù)據(jù)塊（一組字符）為單位。通信中每個字符間的時間間隔是相等的，而且每個字符中各相鄰位代碼間的時間間隔也是固定的。收、發(fā)兩端需用同一個時鐘源作為時鐘信號。同步通信傳輸效率高，適合于快速、大量數(shù)據(jù)的傳送。字符1字符2字符n1~2個10.1串行通信概述①②7小結(jié)同步通信方式字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都是同步。傳送速度最高可達500千波特。需要配置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同步時鐘電路。常用于計算機之間的通信，或主機與外設(shè)間的通信。異步通信方式字符與字符間的傳送是完全異步的，位與位之間的傳送基本上是同步的（借助起始位和停止位同步）。傳送速度一般在50~19200波特之間。常用于計算機和CRT終端、字符打印機之間的通信。10.1串行通信概述8串行傳送速率波特率（BaudRate）定義：單位時間（每秒）內(nèi)傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳送速度的重要參數(shù)。單位：波特（位/秒）計算方法：波特率=數(shù)據(jù)傳送速率(字符/秒)×字符位數(shù)【舉例】一個串行字符由1個起始位、7個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位和1個停止位組成，每秒傳送120個字符，則數(shù)據(jù)傳送的波特率為：120字符/秒×10=1200位/秒=1200波特（即每位占用0.833毫秒）異步串行傳送常用的波特率：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、36400、57600波特。同步傳送的波特率高于異步傳送方式，最高能到上百千波特。10.1串行通信概述9串行通信接口芯片通用同步異步收發(fā)器UASRT——8251A通用異步收發(fā)器UART10.1串行通信概述10通用異步收發(fā)器UART組成接收器：負責(zé)數(shù)據(jù)接收，并把串行碼轉(zhuǎn)換為并行碼。發(fā)送器：負責(zé)把并行碼轉(zhuǎn)換為串行碼，并執(zhí)行發(fā)送任務(wù)。控制器：主要用來接收CPU的控制信號，執(zhí)行CPU所要求的操作，并輸出狀態(tài)信息和控制信息。10.1串行通信概述11通用異步收發(fā)器UART（續(xù)）功能雙向處理接收外設(shè)輸入的異步串行數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為CPU所需并行數(shù)據(jù)。將CPU的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)并輸出。奇偶校驗——檢測長距離傳送中可能發(fā)生的錯誤。發(fā)送時，檢查要傳送字符的“1”的個數(shù)，并在奇偶校驗位上添上“1”或“0”，使“1”的總數(shù)（包括校驗位本身）為偶數(shù)或奇數(shù)。接收時，檢查字符的每一位以及奇偶校驗位的“1”的個數(shù)，以確定是否發(fā)生傳送錯誤。10.1串行通信概述何謂奇/偶校驗?12通用異步收發(fā)器UART（續(xù)）常設(shè)的錯誤標志奇偶錯誤接收時對字符中“1”的個數(shù)進行統(tǒng)計，若與字符格式中設(shè)的奇偶性不一致，則置位該標志，發(fā)奇偶錯信息。幀錯誤接收的字符格式不符合規(guī)定(如無停止位等)，則置位該標志，發(fā)幀錯誤信息。溢出(丟失)錯誤當(dāng)接收到第二個字符的停止位時，CPU還未取走前一個接收的字符，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，則置位該標志。10.1串行通信概述13第十章串行接口及可編程接口芯片8251A10.1串行通信概述10.2可編程串行通信接口芯片8251A10.3RS-232C串行口141.8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳2.8251A的初始化編程3.8251A應(yīng)用舉例10.2可編程串行通信接口芯片8251A1510.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳基本性能可用于同步或異步傳送。在同步方式中，可進行5～8位字符的操作，可用內(nèi)部或外部同步，自動插入同步字符。在異步方式中，可進行5～8位字符的操作，波特率系數(shù)可為1、16或64?？僧a(chǎn)生1、1.5或2位的停止位，可檢查假啟動位；自動檢測和處理終止字符。波特率：0～19.2K（異步），0～64K（同步）。全雙工的工作方式：其內(nèi)部提供具有雙緩沖器的發(fā)送器和接收器。出錯檢測，具有奇偶、溢出和幀錯誤等檢測電路。1610.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)1710.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳芯片封裝雙列直插28根引腳1810.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳數(shù)據(jù)總線緩沖器作用：與系統(tǒng)總線間的接口。把接收到的數(shù)據(jù)送給CPU，或把CPU發(fā)來的數(shù)據(jù)送給外設(shè)。還可把狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)信息讀到CPU中。在825lA初始化時，可分別把方式字、控制字和同步字符送到方式寄存器、控制寄存器和同步字符寄存器中。內(nèi)部包含3個8位雙向三態(tài)緩沖器：狀態(tài)緩沖器：用IN指令從中讀取狀態(tài)信息。接收數(shù)據(jù)緩沖器：用IN指令從中讀取數(shù)據(jù)信息。發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器：存放CPU用OUT指令向8251A寫入的數(shù)據(jù)或命令字。對應(yīng)引腳（8根）D7～D01910.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳讀寫控制電路作用：接收CPU的控制信號和命令字，用以決定8251A的工作方式，并向內(nèi)部其它功能部件發(fā)出控制信號。對應(yīng)引腳<來自CPU的控制信號>（6根）RESET——復(fù)位信號，輸入，高電平有效。使8251A進入空閑狀態(tài)，等待初始化編程。CLK——主時鐘信號，輸入。用來產(chǎn)生內(nèi)部定時信號。同步方式下，CLK的頻率必須比TxC和RxC大30倍。異步方式下，CLK的頻率應(yīng)比TxC和RxC大4.5倍。RD——讀信號，輸入，低電平有效。表示CPU從8251A讀出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。2010.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳讀寫控制電路（續(xù)）WR——寫信號，輸入，低電平有效。表示CPU把數(shù)據(jù)或控制字寫入8251A。CS——片選信號，輸入，低電平有效。表示8251A被CPU選中，可以對它進行讀寫操作。C/D——控制/數(shù)據(jù)信號，輸入。高電平時，表示數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)氖强刂菩盘柣驙顟B(tài)字。低電平時，表示數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息。C/D執(zhí)?行?的?操?作0000010110100011CPU由8251A輸入數(shù)據(jù)CPU向8251A輸出數(shù)據(jù)CPU讀取8251A的狀態(tài)CPU向8251A寫入控制命令CSRDWR2110.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳接收器和接收控制電路作用：接收RxD引腳上輸入的串行數(shù)據(jù)，并將它們轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器中。工作原理異步通信方式在無字符傳送時，RxD引腳上為高電平。當(dāng)RxD引腳上出現(xiàn)低電平，則啟動一個內(nèi)部計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)到一個數(shù)據(jù)位寬度的一半時，重新采樣RxD引腳，若仍為低電平，則確認為起始位，而非噪聲信號。接收后續(xù)數(shù)據(jù)位，并送移位寄存器處理，經(jīng)奇偶校驗和去停止位后，得到并行數(shù)據(jù)，送接收數(shù)據(jù)緩沖器，同時發(fā)出RxRDY信號通知CPU。2210.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳接收器和接收控制電路（續(xù)）同步通信方式監(jiān)視RxD引腳，以一次一位的方式將數(shù)據(jù)送至接收寄存器。每接收一位，將接收寄存器與存放同步字符的寄存器比較。若不相等，則接收下一位后繼續(xù)比較；若相等，則表示搜索到同步字符，置SYNDET=1，表示已達到同步。若是雙同步，必須要連續(xù)檢測到兩個同步字符后才認為已達到同步。同步后，根據(jù)RxC引腳送入的同步時鐘，逐個移位RxD引腳上的數(shù)據(jù)位，并按規(guī)定位數(shù)將其送至接收數(shù)據(jù)緩沖器，同時發(fā)出RxRDY信號通知CPU。2310.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳接收器和接收控制電路（續(xù)）對應(yīng)引腳（4根）RxD(ReceiverData)——接收數(shù)據(jù)，輸入。外部串行數(shù)據(jù)從RxD引腳逐位移入接收移位寄存器，經(jīng)串到并，變成并行數(shù)據(jù)后，送入接收數(shù)據(jù)緩沖器。RxRDY(ReceiverReady)——接收數(shù)據(jù)準備好，輸出，高電平有效。表示已收到一個字符數(shù)據(jù)，可送往CPU。當(dāng)CPU從接收數(shù)據(jù)緩沖器讀取該字符后，復(fù)位為低電平，待接收到一個新字符，又變?yōu)楦唠娖?。該信號與CPU的工作方式可以是中斷方式或查詢方式(作為聯(lián)絡(luò)信號)。2410.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳接收器和接收控制電路（續(xù)）SYNDET/BRKDET(SyncDetect/BreakDetect)——同步檢測/斷點檢測，輸入或輸出。同步方式：用于同步檢測。復(fù)位時，此引腳變?yōu)榈碗娖?。?nèi)同步方式下，為輸出信號。若檢測到同步字符，則該引腳輸出高電平，表示達到同步狀態(tài)。外同步方式下，為輸入信號。該引腳由低變高時，使8251A在下一個接收時鐘的上升沿開始接收字符。達到同步后，高電平可撤除。異步方式：用于斷點檢測，輸出。當(dāng)RxD引腳連續(xù)收到兩個全0數(shù)位組成的字符時，該引腳輸出高電平，表示當(dāng)前線路上無數(shù)據(jù)可讀?？勺鳛闋顟B(tài)位，供CPU讀出。2510.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳接收器和接收控制電路（續(xù)）RxC(ReceiverClock)——接收時鐘，輸入。決定8251A接收數(shù)據(jù)的速率。異步方式下，該引腳輸入的時鐘頻率可以是波特率的1倍、16倍或64倍。接收時鐘通常應(yīng)與對方的發(fā)送時鐘相同。2610.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳發(fā)送器和發(fā)送控制電路作用：接收CPU送來的并行數(shù)據(jù)，并加上由控制字規(guī)定的成幀信號，再轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)從TxD引腳發(fā)送出去。工作原理異步通信方式加上起始位，并根據(jù)控制字加上奇偶校驗位和停止位。同步通信方式先發(fā)送同步（SYN）字符，隨后發(fā)送若干數(shù)據(jù)字符，且兩個字符之間不允許有間隔。2710.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳發(fā)送器和發(fā)送控制電路（續(xù)）對應(yīng)引腳（4根）TxD(TransmitterData)——發(fā)送數(shù)據(jù)，輸出。將CPU送來的并行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后，逐位從TxD引腳發(fā)送給外設(shè)。TxRDY(TransmitterReady)——發(fā)送數(shù)據(jù)準備好，輸出，高電平有效。在允許發(fā)送數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)總線緩沖器中的發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器為空時，表示已準備好從CPU接收一個數(shù)據(jù)。該信號與CPU的工作方式可以是中斷方式或查詢方式(作為聯(lián)絡(luò)信號)。2810.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳發(fā)送器和發(fā)送控制電路（續(xù)）TxE(TransmitterEmpty)——發(fā)送緩沖器空，輸出，高電平有效。表示發(fā)送器中的并到串轉(zhuǎn)換器空，即完成一次發(fā)送操作，緩沖器中已無數(shù)據(jù)向外部發(fā)送。異步方式下，由TxD引腳向外部輸出空閑位。同步方式下，由TxD引腳向外部輸出同步字符。TxC(TransmitterClock)——發(fā)送器時鐘，輸入。決定8251A的發(fā)送速率。同步方式下，該引腳輸入的時鐘頻率應(yīng)等于發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率。異步方式下，由軟件定義發(fā)送的時鐘是波特率的1倍、16倍或64倍。2910.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳調(diào)制解調(diào)控制電路利用8251A與調(diào)制解調(diào)器(Modem)相連，經(jīng)標準電話線可實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送方通過調(diào)制解調(diào)器將輸出的串行數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，再發(fā)送出去。接收方必須將模擬信號經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器變?yōu)閿?shù)字信號，才能由串行接口接收。用于為調(diào)制解調(diào)器提供控制信號。帶串行接口的adslmodem3010.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳調(diào)制解調(diào)控制電路（續(xù)）對應(yīng)引腳<控制信號>（4根）DTR(DataTerminalReady)——數(shù)據(jù)終端準備好，輸出，低電平有效。表示CPU準備好進行數(shù)據(jù)傳送。由控制命令字的D1位置1使之有效。DSR(DatasetReady)——數(shù)據(jù)設(shè)備準備好，輸入，低電平有效。對應(yīng)狀態(tài)寄存器D7位，CPU可通過讀狀態(tài)字獲取數(shù)據(jù)設(shè)備的狀態(tài)。3110.2.18251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳調(diào)制解調(diào)控制電路（續(xù)）RTS(RequestToSend)——請求傳送數(shù)據(jù)，輸出，低電平有效。表示CPU已準備好發(fā)送數(shù)據(jù)。由控制命令字的D5位置1使之有效。CTS(ClearToSend)——允許發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入，低電平有效。是調(diào)制解調(diào)器或外設(shè)對RTS的響應(yīng)信號僅當(dāng)CTS為低電平時，825lA才能執(zhí)行發(fā)送操作。即是使引腳TxRDY=1的條件之一。321.8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳2.8251A的初始化編程3.8251A應(yīng)用舉例10.2可編程串行通信接口芯片8251A3310.2.28251A的初始化編程初始化流程A內(nèi)部復(fù)位N送命令控制字系統(tǒng)復(fù)位(RESET＝1)送方式控制字同步Y(jié)送同步字符1雙同步NNYA送同步字符2Y讀狀態(tài)字能傳輸Y送一個字節(jié)結(jié)束送結(jié)束命令字NYN命令控制字3410.2.28251A的初始化編程控制字與狀態(tài)字方式控制字用于定義8251A的一般工作特性。緊接在復(fù)位操作后由CPU寫入。命令控制字用于指定芯片的實際操作。寫入方式控制字后，才能寫入同步字符和命令控制字。在工作過程中，可根據(jù)需要隨時寫入新的命令控制字。狀態(tài)字給出8251A當(dāng)前的運行狀態(tài)。除個別狀態(tài)位外，其余狀態(tài)位的定義與相應(yīng)同名引腳有相同含義。3510.2.28251A的初始化編程方式控制字3610.2.28251A的初始化編程命令控制字★說明：1.與命令控制字寫入相同端口地址。2.復(fù)位后寫入的是方式控制字，此后寫入的是命令控制字，且在對芯片復(fù)位以前，所寫入的控制字都是命令控制字。

3710.2.28251A的初始化編程狀態(tài)字381.8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳2.8251A的初始化編程3.8251A應(yīng)用舉例10.2可編程串行通信接口芯片8251A3910.2.38251A應(yīng)用舉例異步方式初始化【例】要求8251A工作于異步方式，波特率系數(shù)為16，具有7個數(shù)據(jù)位，1個停止位，有偶校驗，控制口地址為3F2H，寫恢復(fù)的延時程序為REVTIME。編程注意為確保8251A可靠復(fù)位，應(yīng)先向其控制端口連續(xù)寫入3個全0，然后再向該端口送入一個使命令寄存器D6（IR）位為“1”的復(fù)位控制字（40H）。復(fù)位之后，將方式控制字和命令控制字寫入控制端口。為確保控制字可靠寫入，在兩次寫控制口操作之間必須至少有16個時鐘周期間隔。40異步方式初始化（續(xù)）MOVDX,3F2H；控制口地址MOVAL,00HOUTDX,AL；向控制口寫入“0”CALLREVTIME；延時，等待寫操作完成OUTDX,AL；向控制口寫入第二個“0”CALLREVTIME；延時OUTDX,AL；向控制口寫入第三個“0”CALLREVTIME；延時MOVAL,40H；復(fù)位字OUTDX,AL；寫入復(fù)位字REVTIME；延時MOVAL,01111010B；方式字OUTDX,AL；寫入方式字CALLREVTIME；延時MOVAL,00010101B；寫入命令字OUTDX,AL；寫入命令字10.2.38251A應(yīng)用舉例初始化程序4110.2.38251A應(yīng)用舉例同步方式初始化【例】假設(shè)8251A的控制口地址為3F2H，寫恢復(fù)延時程序為REVTIME，如要求8251A工作于同步方式，采用雙同步字符、奇校驗、數(shù)據(jù)位為7位。編程注意和異步方式一