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1、8.4串行接口芯片串行接口芯片串行通讯的基本概念串行通讯的基本概念:CPU与外部的信息交流称为通讯，基本的通讯方式有两种：与外部的信息交流称为通讯，基本的通讯方式有两种：并行通讯并行通讯数据的各位同时传送，数据的各位同时传送，串行通讯串行通讯数据一位一位顺序传送，数据一位一位顺序传送，串行通信中串行通信中字节数据经一条传输线字节数据经一条传输线按位串行发按位串行发送与串行接收。送与串行接收。串行通讯特点：串行通讯特点：串行通信节省通信线路，可远距离传送，成本低，广泛应用在通信及计算机网串行通信节省通信线路，可远距离传送，成本低，广泛应用在通信及计算机网络系统中。络系统中。串行通信中，数据传输速
2、率低，控制较复杂。串行通信中，数据传输速率低，控制较复杂。串行通信的术语：串行通信的术语：全双工、半双工、单工全双工、半双工、单工全双工全双工:通信双方均有发送器和接通信双方均有发送器和接收器，经两条独立的传输线相收器，经两条独立的传输线相连连,双方可同时接收与发送双方可同时接收与发送A边边B边边全双工全双工发送器发送器接收器接收器发送器发送器接收器接收器8.4串行接口芯片串行接口芯片串行通信的术语：串行通信的术语：全双工、半双工、单工全双工、半双工、单工A边边B边边半双半双工工发送器发送器接收器接收器发送器发送器接收器接收器半双工半双工:通信双方均有发送器和通信双方均有发送器和接收器，经一条
3、传输线相连接收器，经一条传输线相连,在某一时刻双方只能一个方在某一时刻双方只能一个方向传输信息，线路切换后可向传输信息，线路切换后可改变传输方向。改变传输方向。A边边B边边半工半工发送器发送器接收器接收器半工半工:通信一方为发送器，另通信一方为发送器，另一方为接收器一方为接收器,一条传输线一条传输线相连相连,进行单向传输。进行单向传输。计算机主机与外设之间串行通信，多采用全双工方式。计算机主机与外设之间串行通信，多采用全双工方式。串行通信的术语：串行通信的术语：同步与异步通信方式同步与异步通信方式异步方式异步方式:通信双方无统一时钟同步，传送的信息以一个字符数据为单位，开头与通信双方无统一时钟
4、同步，传送的信息以一个字符数据为单位，开头与结尾均有特别的位码供接收方识别，信息格式双方事先约定。结尾均有特别的位码供接收方识别，信息格式双方事先约定。起起始始位位数数 据据 位位停停止止位位奇奇偶偶位位D0D1D2DN00/111空闲位空闲位111起起始始位位0D0发送发送数据位：数据位：5、6、7、8位数据，低位在前，高位在后。位数据，低位在前，高位在后。奇偶位：奇偶位：奇效验或偶校验，是可选项。奇效验或偶校验，是可选项。奇校验：数据位加上奇偶位，奇校验：数据位加上奇偶位，1的个数为奇数。的个数为奇数。偶校验：数据位加上奇偶位，偶校验：数据位加上奇偶位，1的个数为偶数。的个数为偶数。停止位
5、：停止位：1、1.5、2位构成。由双方约定选择位构成。由双方约定选择空闲位：空闲位：非传送期间为一系列的高电平。非传送期间为一系列的高电平。串行通信的术语：串行通信的术语：同步与异步通信方式同步与异步通信方式外部时钟外部时钟TcTc：异步接口的工作时钟，异步接口的工作时钟，TcTc=Td/K,K=Td/K,K为波特率因子。为波特率因子。K=16K=16或或6464。异步方式异步方式:ASCII码的发送常用两种格式，码的发送常用两种格式，数据位数据位7位，奇偶位位，奇偶位1位，停止位位，停止位1位，起始位位，起始位1位共有位共有10位。位。数据位数据位7位，奇偶位无，停止位位，奇偶位无，停止位1
6、位，起始位位，起始位1位共有位共有9位。位。每发一个每发一个ASCII码约用码约用910位的时间，位的时间，波特率：波特率：描述串行通讯的速度。描述串行通讯的速度。若发送一个字符要若发送一个字符要10位，位，每秒钟发送每秒钟发送100个字符其波特率定义为：个字符其波特率定义为：10100=1000位位/秒秒=1000波特。波特。传送一位所用的时间传送一位所用的时间TdTd=波特率倒数（波特率倒数（1/1000=1ms），），称称“位周期位周期”常用的波特率为：常用的波特率为：300、600、900、1200、2400、3600、9600、56K。串行通信的术语：串行通信的术语：同步与异步通信方
7、式同步与异步通信方式当当K=16K=16，（，（Tc=Td/KTc=Td/K）数据接收数据接收 。异步方式异步方式接收方对数据的检测接收方对数据的检测：停止位停止位/空闲位空闲位起始位起始位(Td=16TC)(Td=16TC)TCTC1 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 00 01 1）当连续九个）当连续九个TCTC检测到低电平检测到低电平“0”0”确定检测到起始位。确定检测到起始位。2 2）以后每隔）以后每隔1616个个TCTC检测数据位，连续检测数据位、奇偶位等。检测数据位，连续检测数据位、奇偶位等。如起始位后的如起始位后的16T16TC C检测到检测到9 9个高
8、电平个高电平“1”1”确定说明确定说明D D0 0=1=1其它类推其它类推接收时钟接收时钟TCTC0 00 00 00 00 00 00 00 00 0连续九个连续九个TCTC检测接收数据检测接收数据接收信息接收信息串行通信的术语：串行通信的术语：同步与异步通信方式同步与异步通信方式同步方式：同步方式：通信双方用统一时钟控制通信过程，信息传输组成数据包通信双方用统一时钟控制通信过程，信息传输组成数据包(数据帧数据帧)。每。每帧头尾是控制代码帧头尾是控制代码,中间是数据块，可有数百字节或更长。中间是数据块，可有数百字节或更长。帧头：帧头：同步字符。还可有控制字符、地址信息。如同步字符。还可有控制
9、字符、地址信息。如IBM的（的（SynchronousDataLinkControl）SDLC通讯。通讯。帧尾：帧尾：CRCCRC校验码。循环冗余校验码的缩写字母。用一固定的数去除信息码，校验码。循环冗余校验码的缩写字母。用一固定的数去除信息码，得出的余数，为得出的余数，为CRC字符。余数是字符。余数是16位数，故位数，故CRC码为两个字节。码为两个字节。帧头帧头帧尾帧尾数据块数据块数据块：数据块：同步传输过程中数据间不允许有间隙，数据供不上时接口自动插入同同步传输过程中数据间不允许有间隙，数据供不上时接口自动插入同步字符。步字符。外同步方式：外同步方式：省去同步字符，用一专门同步控制线输入一
10、同步控制信号省去同步字符，用一专门同步控制线输入一同步控制信号SYNC进行同步，多了这一同步信号线，传输速度更快。进行同步，多了这一同步信号线，传输速度更快。串行通信的术语：串行通信的术语：信号的调制解调（信号的调制解调（MODEM）长距离通讯必须用现有电话网，而电话网是模拟通信系统，为传长距离通讯必须用现有电话网，而电话网是模拟通信系统，为传输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调制和解调。制和解调。计算机计算机AMODEM101010数字信息数字信息MODEM计算机计算机B101010数字信息数字信息模拟信息模拟信息串
11、行通信的术语：串行通信的术语：信号的调制解调（信号的调制解调（MODEM）“调制解调器调制解调器”（Modulator DemodulatorModem）：）：实现调制和解调两个过程的设备实现调制和解调两个过程的设备调制原理：调制原理：数字信号转换为模拟的音频信号为调制，相反过程数字信号转换为模拟的音频信号为调制，相反过程为解调。为解调。11010100频率频率“0”为为500Hz100输出输出频率频率“1”为为1000Hz串行通信的术语：串行通信的术语：串行通讯接口标准串行通讯接口标准 EIA RS-232CEIA RS-232C接口接口EIA（ElectronicIndustriesAss
12、ociation）RS(RecommendedStandard)-232C，美国电子工业协会推荐标准，美国电子工业协会推荐标准，232为代号，为代号，C为最新版本。为最新版本。连接器标准：连接器标准：25引脚引脚D形连接器形连接器。DB-251131425TxD23发送数据发送数据RxD32接收数据接收数据RTS47请求发送请求发送CTS58允许发送允许发送DSR66Modem就绪Modem就绪GND75信号地信号地DCD81载波检测载波检测DTR204终端就绪终端就绪机壳地DB-91569DB-25DB-9Signal本 地 Modem终 端123456782022229RI呼叫指示呼叫指示
13、信号及引线标准：信号及引线标准：接收和发送信号接收和发送信号1=3V到到25V0=3V到到25V串行通信的术语：串行通信的术语：串行通讯接口标准串行通讯接口标准 EIA RS-232CEIA RS-232C接口接口信号线的连接：信号线的连接：DTRCTSDSRGNDRIRTSTxDRxDDCDRICTSRTSDSRGNDDTRTxDRxDDCDRICTSRTSDSRGNDDTRTxDRxDDCDRICTSRTSDSRGNDDTRTxDRxDDCD直接通讯标准连接直接通讯标准连接直接通讯最简连接直接通讯最简连接RS232CRS232C接口标准的最大传送距离：接口标准的最大传送距离：码元畸变小于码
14、元畸变小于4%4%最大传送距离为最大传送距离为1515米。当码元畸变可以超过米。当码元畸变可以超过4%4%时则可大时则可大大的超过大的超过1515米。用屏蔽双绞线、米。用屏蔽双绞线、15001500波特可达波特可达500500米。米。可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：USART：通用同步异步接收器通用同步异步接收器/发送器发送器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter）8251A USART专为Intel微处理器设计串行接口芯片。基本特性：基本特性：1）完全双工，双缓冲发送和接收。）完
15、全双工，双缓冲发送和接收。2）异步传送，）异步传送，58bit/字，时钟频率字，时钟频率为通信波特率的为通信波特率的1、16、64倍。倍。3）同步传送，）同步传送，58bit/字，自动插字，自动插入（内部或外部）同步字符。入（内部或外部）同步字符。4）波特率异步达波特率异步达19.2K，同步同步达达64K。5）可产生中止字符；产生可产生中止字符；产生1、1.5、2位停止位。位停止位。6）出错检测：奇偶、溢出、和帧错）出错检测：奇偶、溢出、和帧错误检测电路。误检测电路。7）片内具有优先权中断控制逻辑，片内具有优先权中断控制逻辑，具有很强的中断控制能力。具有很强的中断控制能力。2423222120
16、19181716152625123456789101112D3RxRDY8251D0D1D2TxDCLKWRD7D4D5D6VccTxCRxDRESETTxEMPTYSYNDET/BD1314GND2827CSC/DRDTxRDYCTSRxCDTRRTSDSR可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：8251A8251A结构框图及引线结构框图及引线：RESET：复位信号复位信号,为高时为高时8251A进入空闲状态进入空闲状态,等待接收方等待接收方式字。式字。命令命令/数数据据C/D=1主机对主机对8251A写入写入控制字控制字=0写入数据写入数据RD读读控制信号控
17、制信号WR写控制信号写控制信号SYNDET/BDCLK：时钟输入时钟输入,内部定时内部定时,大小大小高于通信速率。高于通信速率。发送发送缓冲器缓冲器（P-SP-S）发送发送控制控制接收接收缓冲器缓冲器（S-PS-P）接收接收控制控制RxRDYTxDTxCRxDTxEMPTYTxRDYRxCCTSDTRRTSDSRMODEMMODEM控制控制数据数据总线总线缓冲缓冲读读/写写控制控制逻辑逻辑D D0 0D D7 7CLKWRRESETCSC/DRD可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：8251A8251A结构框图及引线结构框图及引线：RTS(Requesttos
18、end):请请求发送、输出。求发送、输出。CTS(Cleartosend):允许允许发送、输入。发送、输入。与与通信对方的一对联络信号通信对方的一对联络信号与通信对方的另一对联络信号与通信对方的另一对联络信号DTR(DataTerminalReady)本方准备好，输出。本方准备好，输出。DSR(DataSetReady):对方准备好，输入。对方准备好，输入。发送发送缓冲器缓冲器（P-SP-S）发送发送控制控制接收接收缓冲器缓冲器（S-PS-P）接收接收控制控制RxRDYTxDTxCRxDTxEMPTYTxRDYRxCCTSDTRRTSDSRMODEMMODEM控制控制数据数据总线总线缓冲缓冲读
19、读/写写控制控制逻辑逻辑D D0 0D D7 7CLKWRRESETCSC/DRD可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：8251A8251A结构框图及引线结构框图及引线：TxD:串行数据发送，输出。串行数据发送，输出。RxD:串行数据接收，输入。串行数据接收，输入。TxC、RxC:接收发送的时钟，接收发送的时钟，一般用同一时钟源。一般用同一时钟源。异步方式：异步方式：频率为波特率的若干倍频率为波特率的若干倍(波特率因子波特率因子)。同步方式：同步方式：频率与波特率相同。频率与波特率相同。SYNDET/BRKDET:同步检测同步检测/断路检测，双向断路检测，双向
20、8251的状态信号：的状态信号：TxRDY:发送器准备好，输出。发送器准备好，输出。TxEMPT:发送缓冲器空，输出。发送缓冲器空，输出。RxRDY:接收器准备好，输出。接收器准备好，输出。发送发送缓冲器缓冲器（P-SP-S）发送发送控制控制接收接收缓冲器缓冲器（S-PS-P）接收接收控制控制RxRDYTxDTxCRxDTxEMPTYTxRDYRxCCTSDTRRTSDSRMODEMMODEM控制控制数据数据总线总线缓冲缓冲读读/写写控制控制逻辑逻辑D D0 0D D7 7CLKWRRESETCSC/DRD可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：异步传送方式指令
21、字异步传送方式指令字D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0S2S2S1S1EPEPPENPENS2B1B2L1L2PENEPS1仃止位数目仃止位数目无无 效效2 位位1 1/2 位位1 位位0110100奇奇校校验验偶偶校校验验01允允许许校校禁禁止止校校01005001111876数据位数据位00001111同步同步方方式式1x16x64x波特率因子波特率因子1Intel8251A编程编程可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：同步传送方式指令字同步传送方式指令字SCSESDEPPENL2L10000000001111101同步字符数
22、目同步字符数目双同步字符双同步字符单同步字符单同步字符内同步检测内同步检测(SYNDET为出为出)外同步检测外同步检测(SYNDET为入为入)禁止奇偶校验禁止奇偶校验1允许奇偶校验允许奇偶校验1奇校验奇校验偶校验偶校验5位数据位数据7位数据位数据6位数据位数据8位数据位数据D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0Intel8251A编程编程可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：COMMAND INSTRUCTION FORMATCOMMAND INSTRUCTION FORMATEHIRDTRRxESBRKERRTSTxEN1=1=允许
23、发送允许发送,0=,0=禁止发送禁止发送数据终端准备就绪：数据终端准备就绪：“1”:1”:使使DTR#DTR#输出为低输出为低1=1=允许接收允许接收,0=,0=禁止接收禁止接收送间隔字符：送间隔字符：“1”1”使使TXDTXD为低为低;“0”:;“0”:正常工作正常工作出错标志复位：出错标志复位：“1”:1”:复位复位 PE.OE,FEPE.OE,FE请求发送：请求发送：“1”1”使使RTSRTS输出为低输出为低内部复位：内部复位：“1”1”使芯片回到方式指令状态使芯片回到方式指令状态进入搜索状态：进入搜索状态：“1”1”开始搜索同步字符开始搜索同步字符命令字格式命令字格式Intel8251
24、A编程编程可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：状态字格式状态字格式DSRSYNDETFEOEPETXEM-PTYRxRDYTxRDYDIFFERENT FROMDIFFERENT FROMTHE THE TxRDYTxRDY PIN PIN与引脚定义相同与引脚定义相同奇偶校验出错奇偶校验出错超限出错（溢出错）超限出错（溢出错）帧出错（帧出错（异步方式异步方式)数据设备就绪数据设备就绪Intel8251A编程编程Intel8251A编程和数据传送流程图编程和数据传送流程图可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：复位操作复位操作输
25、出第一个同步字符输出第一个同步字符输出模式字输出模式字输出第二个同步字符输出第二个同步字符双同步双同步？输出命令字输出命令字传送数据传送数据传递完传递完？复复位位？同步方式同步方式？是是是是是是是是否否否否否否(RS-232C)(ASYNC)(RS-232C)(ASYNC)终端接口终端接口-12-12CRTCRTCRTCRTTxDTxDC CO OT TR RO OL LL LO OG GI IC CRTSRTSCTSCTSRxDRxDDTRDTR+12+12+5+5N NTERMINALTERMINAL2 23 325-PIN25-PINCONNECTORCONNECTOR148914891
26、48814884 44 45 55 514891489+5+53 32 2+12127 77 7-12-12148814881489148920206 6RS-232CRS-232CLEVELLEVELUSARTUSART(8251A)(8251A)RxDRxDRTSRTSCTSCTSTxDTxDTSRTSRUCUCS SY YS ST TE EM MUSARTUSART(8251A)(8251A)TxCTxCRxCRxC-12-12+12+12+5+5RS-232RS-232接口：异步串行通信标准（接口：异步串行通信标准（EIAEIA）传输线上信号为反相：传输线上信号为反相：1 1信号信号-5V-5V至至-15V,0-15V,0信号信号+5V+5V至至+15V+15V。Intel8251A接口结构接口结构可编程串并行通信接口片可编程串并行通信接口片 8251A USART ：课后作业：课后作业：1.P353(376)8.26，8.30