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1、微机原理与接口技术第7章串并行接口1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望7.3.1 串行通信概述（1 1）串行通信中的工作方式）串行通信中的工作方式 串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式半双工通信方式和全双工通信方式 （2 2）发送时钟和接收时钟）发送时钟和接收时钟 发送时钟发送时钟：串行数据的发送由发送时钟控制。：串行数据的发送由发送时钟控制。接收时钟接收时钟：串行数据的接收由
2、接收时钟来检测，：串行数据的接收由接收时钟来检测，接收线送来的串行数据由接收时钟作为移位寄存接收线送来的串行数据由接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲，逐位打入移位寄存器。器的触发脉冲，逐位打入移位寄存器。波特率与比特率波特率与比特率 波特率：波特率：表示每秒传输的信号单元数（任意进制数据）。表示每秒传输的信号单元数（任意进制数据）。比特率：表示每秒传输的二进制数的位数。比特率：表示每秒传输的二进制数的位数。7.3.1 串行通信概述（3 3）.同步通信和异步通信方式同步通信和异步通信方式1 1）异步通信方式及协议）异步通信方式及协议以字符为单位进行传送，字符之间以字符为单位进行传送，字符之间异步异
3、步，字符，字符内各位间同步；内各位间同步；每个字符传输总是以一个起始位为准，以相同每个字符传输总是以一个起始位为准，以相同的速率进行数据位的收发；的速率进行数据位的收发；通信双方必须约定相同的字符数据格式、校验通信双方必须约定相同的字符数据格式、校验方法和传输速率。方法和传输速率。2)2)同步通信方式及协议同步通信方式及协议 是指在传送的信息流中每个二进制位都需时钟同步。是指在传送的信息流中每个二进制位都需时钟同步。在通信的信息流中，以数据块为单位进行传送，数据块在通信的信息流中，以数据块为单位进行传送，数据块包含多个字节包含多个字节(字符字符)，数据块内各位间同步；，数据块内各位间同步；同步
4、通信总是以同步字符作为数据块帧传送的开始，收发同步通信总是以同步字符作为数据块帧传送的开始，收发双方以相同的速率进行数据位的收发；双方以相同的速率进行数据位的收发；通信双方也必须约定相同的数据帧格式和传输速率。通信双方也必须约定相同的数据帧格式和传输速率。（3）.同步通信和异步通信方式同步通信和异步通信方式异步、同步通信协议8251A8251A的封装形式与芯片实物图的封装形式与芯片实物图主板上串行接口的插头与插座主板上串行接口的插头与插座9 9针插座针插座9 9针插头针插头2525针插座、插头针插座、插头8251A8251A的基本性能的基本性能 （1 1）编程设定两种工作方式，同步方式和异步方
5、式。）编程设定两种工作方式，同步方式和异步方式。（2 2）同步方式能自动检测同步字符，从而实现同步。）同步方式能自动检测同步字符，从而实现同步。（3 3）异步方式时钟频率为传输波特率的）异步方式时钟频率为传输波特率的1 1、1616或或6464倍，倍，1 1个校个校验位，验位，1 1个启动位。可编程设定个启动位。可编程设定1 1、1.51.5或或2 2个停止位；个停止位；（4 4）全双工工作方式，提供双缓冲器的发送器和接收器；）全双工工作方式，提供双缓冲器的发送器和接收器；（5 5）提供奇偶、溢出和帧）提供奇偶、溢出和帧3 3种出错自动检测种出错自动检测;（6 6）调制与解调，具有调制与解调控
6、制电路，能够控制调制）调制与解调，具有调制与解调控制电路，能够控制调制与解调器。与解调器。（7 7）每个字符可以用）每个字符可以用5 5、6 6、7 7或或8 8位来表示。位来表示。8251A8251A的内部结构的内部结构 8251A8251A内部结构图内部结构图8251A8251A由由发发送器送器、接接收器收器、数数据缓冲器据缓冲器、读读/写控制写控制电路电路和和调调制解调控制解调控制电路制电路5 5部部分组成。分组成。8251A8251A内部结构图内部结构图1.1.发送器：发送器：由发送缓冲器和由发送缓冲器和发送控制组成。发送控制组成。发送缓冲器由发发送缓冲器由发送缓冲寄存器和送缓冲寄存器
7、和发送移位寄存器发送移位寄存器组成，组成，发送缓冲发送缓冲器接收器接收CPUCPU送来送来的数据，自动加的数据，自动加上控制信息，通上控制信息，通过发送移位寄存过发送移位寄存器一位一位发送。器一位一位发送。8251A8251A的内部结构的内部结构 8251A 8251A的内部结构的内部结构8251A8251A内部结构图内部结构图2 2.接收器：接收器：由由接收缓冲器和接接收缓冲器和接收控制组成收控制组成。接收缓冲器由接收缓冲器由缓冲寄存器和缓冲寄存器和移位寄存器组移位寄存器组成。缓冲器接成。缓冲器接收外设送来的收外设送来的数据，经串并数据，经串并转换与校验后转换与校验后送入数据缓冲送入数据缓冲
8、器。器。8251A8251A的内部结构的内部结构8251A8251A内部结构图内部结构图3.3.数据缓冲器：数据缓冲器：把把8251A8251A与系与系统数据总线相统数据总线相连。连。执行输入输出执行输入输出指令时，用来指令时，用来读取外设送来读取外设送来的数据与的数据与82518251的状态信息，的状态信息，发送数据、写发送数据、写控制字与命令控制字与命令字。到字。到8251A8251A8251A8251A的内部结构的内部结构8251A8251A内部结构图内部结构图4.4.读写控制逻读写控制逻辑电路：用来配合辑电路：用来配合数据缓冲突工作。数据缓冲突工作。写信号将数据写信号将数据总线上数据写
9、总线上数据写入入8251A8251A；片选信号，选片选信号，选中中8251A8251A工作；工作；读信号将数据读信号将数据或状态信息送或状态信息送数据总线上；数据总线上；地址信号，用以区地址信号，用以区分信息的类型。分信息的类型。8251A8251A的内部结构的内部结构8251A8251A内部结构图内部结构图5.5.调制解调控调制解调控制电路：用来制电路：用来与调制解调器与调制解调器连接。连接。此部分实现此部分实现CPUCPU与外设的与外设的联络。联络。8251A引脚功能D7-D0：数据信号引脚线，双向，三态。与系统数据总线相连，用于传送数据、状态与控制信息。C/D：地址信号引脚线，输入，高电
10、平时写控制字或读状态信息；低电平传送数据。与系统地址总线相连。CS：片选信号引脚线，输入，低电平有效。与系统地址总线相连或与译码器的输出线相连。WR：写信号引脚线，输入，低电平有效。与8086/8088的WR输出线相连。RD：写信号引脚线，输入，低电平有效。与8086/8088的RD输出线相连。RESET：复位信号引脚线，输入，高电平有效。与系统的RESET引脚线相连。复位需要最少6个时钟脉冲。复位后8251A处在空闲状态。CLK：时钟信号引脚线，输入。与系统的时钟引脚线相连。在同步方式或异步方式波特率因子为1时，至少是TxC与RxC的30倍；在异步波特率因子为16或64时，至少是TxC与Rx
11、C的5倍。1.1.与系统相连的信号线与系统相连的信号线（1 1）数据线）数据线（2 2）地址线）地址线（3 3）控制线）控制线2.2.与外设相连的信号线与外设相连的信号线（4 4）收发联络信号线）收发联络信号线TxC：发送时钟信号引脚线，输入。RxC：接收时钟信号引脚线，输入。二者用于控制发送和接收字符的速率。同步方式，要等于字符传输的波特率；异步波方式，是字符波特率的1，16或64倍。TxRDY：输出缓冲寄存器空信号引脚线，高电平有效，输出。用于指示可以接收数据，常与系统的INTR引脚相连。CPU发送给8251A一个字符，使TxRDY变低。TxEMPTY：发送（移位寄存）器空信号引脚线，高电
12、平有效，输出。用于指示一次发送完成，一次发送完成，该信号变高。同步方式时，发送完成一次，CPU没送来字符，需要插入同步字符。RxRDY：接收器满信号引脚线，高电平有效，输出。用于指示已接收一字节数据，常与系统的INTR引脚相连。CPU从8251A取走字符，使RxRDY变低。SYNDET：同步检测信号引脚线，高电平有效，输出（内同步）/输入（外同步）。只用于同步方式，指示同步完成。外同步时，要维持一个接收时钟时间。TxD：发送数据信号引脚线，输出。用于向外设输出数据。RxD：接收数据信号引脚线，输入。用于接收外设送来的数据。（1 1）数据信号线）数据信号线（2 2）与调制解调相连的信号线）与调制
13、解调相连的信号线 DTR：数据终端准备好信号引脚线，低电平有效，输出。与外设相连，通知外设CPU准备就绪。可用命令改变其电平。DSR：数据设备准备好信号引脚线，低电平有效，输入。与外设相连，用于通知CPU外设已经准备好。可通过状态字对其检测。RTS：请求发送信号引脚线，低电平有效，输出。通知外设8251A已有数据需要发送。CTS：清除发送信号引脚线，低电平有效，输入。通知8251A送来的数据已发走。4.4.其它信号线其它信号线 Vcc：电源线，接+5V电压，输入。为芯片提供电能。GND：地线。8251A的方式控制字（异步）8251A的编程停止位的停止位的个数个数校验位校验位设置设置数据位数据位
14、设置设置波特率波特率设置设置8251A的方式控制字（同步）同步字符同步字符数数同步方式同步方式校验校验设置设置数据位数据位设置设置8251A控制寄存器检查同步检查同步字符字符复位复位发送请求发送请求清除标记清除标记接收设置接收设置发送设置发送设置8251A的状态字数据就绪数据就绪方式方式溢出溢出接收就绪接收就绪发送就绪发送就绪两台微机之间进行串行通信的举例两台微机之间进行串行通信的举例例例 通过通过8251A8251A实现两台微机相互通信的硬件连接图。设两台微实现两台微机相互通信的硬件连接图。设两台微机中机中8251A8251A的命令端口地址为均的命令端口地址为均3F9H3F9H，数据端口地址
15、均为，数据端口地址均为3F8H3F8H。分析：设系统采用查询方式控制串行通信的过程。分析：设系统采用查询方式控制串行通信的过程。初始化程序由两部分组成：初始化程序由两部分组成：将将一一方方定定义义为为发发送送方方，发发送送方方CPUCPU查查询询到到TxRDYTxRDY有有效效时时，则则CPUCPU向向8251A8251A并并行行输输出出一一个个待待发发送的字节数据；送的字节数据；将将对对方方定定义义为为接接收收方方，接接收收方方CPUCPU查查询询到到RxRDYRxRDY有有效效时时，则则从从8251A8251A输输入入一一个个已已接接收收到到的的字字节数据，直到全部数据传送完毕为止。节数据
16、，直到全部数据传送完毕为止。发送程序如下：发送程序如下：STARTSTART：MOV MOV DXDX，3F9H3F9HMOV MOV ALAL,7FH7FH ;异步方式，异步方式，8 8位数据，一停止位，偶校验位数据，一停止位，偶校验OUT OUT DX,ALDX,AL ;波特率因子为波特率因子为6464，允许发送，允许发送MOV MOV AL,11HAL,11H ;操作命令字操作命令字OUTOUT DXDX,ALALMOV MOV DI,1000H DI,1000H;设置地址指针设置地址指针MOV CX,40HMOV CX,40H;设置计数器初值设置计数器初值L1L1：MOVMOV DX
17、DX，3F9H3F9H ININ AL AL，DXDX AND ALAND AL，01H ;01H ;查询查询TxRDYTxRDY是否有效是否有效 JZ L1 JZ L1 ;无效等待无效等待 MOV MOV DXDX，3F8H3F8H MOVMOV AL AL，DIDI ;向向8251A8251A输出一个字节数据输出一个字节数据 OUTOUT DX DX，ALAL INCINC DI DI ;修改地址指针修改地址指针 LOOP L1LOOP L1 ;未传送完，则继续下一个未传送完，则继续下一个 HLTHLT接收程序如下：接收程序如下：BEGINBEGIN：MOVMOVDXDX，3F9H3F9H
18、 MOV AL MOV AL，7FH7FH ；异步方式，；异步方式，8 8位数据，位数据，1 1位停止位位停止位 OUT OUT DXDX，AL AL ；偶校验，波特率因子；偶校验，波特率因子6464，允许接收，允许接收 MOV AL MOV AL，14H14H；操作命令字（置；操作命令字（置ERER，RxE RxE 为为1 1）MOV MOV DXDX，AL AL MOV SI MOV SI，2000H2000H；设置地址指针；设置地址指针 MOV MOV CXCX，40H40H；设置计数器初值；设置计数器初值 L2 L2：MOV DXMOV DX，3F9H3F9H IN INALAL，DX
19、 DX ；读取状态字；读取状态字TESTTESTALAL，38H 38H ；查询接收器是否有错。；查询接收器是否有错。JNZ JNZ ERR ERR ；有错则转错误处理；有错则转错误处理AND AND ALAL，02H 02H ；无误则查状态位；无误则查状态位D D1 1（RxRDYRxRDY）JZ JZ L2 L2 ；接收未准备好则等待；接收未准备好则等待MOVMOV DX DX，3F8H3F8HIN IN ALAL，DX DX ；接受准备好，则接收；接受准备好，则接收1 1个字节数据个字节数据MOVMOVSISI，ALALINCINCSI SI ；修改接收数据区地址；修改接收数据区地址LO
20、OP L2LOOP L2JMP L3JMP L3ERRERR：CALL ERR-OUTCALL ERR-OUT（略）（略）L3L3：MOV AHMOV AH，4CH4CH；已接收完，返回；已接收完，返回DOSDOSINTINT21H21H 可编程串行接口可编程串行接口可编程串行接口可编程串行接口8251小结：小结：（1 1）编程设定两种工作方式，同步方式和异步方式。编程设定两种工作方式，同步方式和异步方式。（2 2）同步方式能自动检测同步字符，从而实现同步。）同步方式能自动检测同步字符，从而实现同步。（3 3）异步方式时钟频率为传输波特率的异步方式时钟频率为传输波特率的1 1、1616或或6464倍，倍，1 1个校个校验位，验位，1 1个启动位。可编程设定个启动位。可编程设定1 1、1.51.5或或2 2个停止位；个停止位；（4 4）全双工工作方式，有发送器和接收器；）全双工工作方式，有发送器和接收器；（5 5）奇偶、溢出和帧）奇偶、溢出和帧3 3种出错自动检测种出错自动检测;（6 6）有调制与解调控制电路，能控制调制与解调器。）有调制与解调控制电路，能控制调制与解调器。（7 7）每个字符可以用）每个字符可以用5 5、6 6、7 7或或8 8位来表示。位来表示。