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1、第七章串行通信接口及总线标准,第7章 串行通信接口及总线标准,7.1 串行通信的基本概念7.2 串行通信的物理标准7.3 可编程串行通信接口芯片INS82507.4 PC系列微机的异步串行通信适配器及其编程,7.1 串行通信的基本概念,7.1.1 并行通信和串行通信,并行通信,串行通信,一组数据的各位同时进行传输,一组数据一位一位进行传输,联络信号线,优点：速度快，控制简单,缺点：连接线多，易受干扰 不适合远距离传输。,优点：连线少,缺点：传输速率较低,主要用于长距离、低速率通信两个串口等,主要用于近距离、高速率通信（打印机等）,7.1.2 两种串行通信,异步串行通信,同步串行通信,ASYNC
2、(Asynchronous Data Communication),SYNC(Synchronous Data Communication),一、异步串行通信,起始位(start bit),空闲位,数据位(data bit),字符,校验位(parity bit),停止位(stop bit),问题：,双方使用本地时钟,1、波特率(baud rate):,2、帧(frame)格式：,3、错误检测：,每秒传输码元的个数，称,奇偶校验错误(Parity error),溢出错误(Overrun error),帧格式错误(Frame error),异步传输的时钟定时方法,返回,上一张,二、同步串行通信SY
3、NC(Synchronous Data Communication),使用公共时钟,单同步格式,面向字符,面向位型,双同步格式,外同步格式,同步数据链路控制规程SLDC,高级数据链路控制规程HLDC,先进数据链路控制规程ADCCP,内同步格式,公共时钟,发送方,接收方,用一根同步时钟线来同步收发数据,由传输的数据中携带同步信息通过调制解调器从数据流中提出同步信号，用锁相技术获得。,同步通信的时钟定时方法,数据（62H）,0,同步传输先发送高位(MSB),发送方在时钟信号的下降沿发送字节,接收方在时钟信号的上升沿接收字节,时钟（发送时钟与接收时钟完全同步）,LSB,MSB,同步传送数据格式(a)
4、单同步数据格式；(b)双同步数据格式；(c)SDLC数据格式;(d)HDLC数据格式；(e)外同步格式,三、同步通信协议1、同步方式通信的特点 异步方式中并不要求收、发两端对传输数据的每一位均保持同步，而仅要求在一个字符的起始位后，使其中的每一位同步。而同步方式通信则要求对传送数据的每一位都必须在收、发两端严格保持同步，即所谓“位同步”。因此，同步方式中，收、发两端需用同一个时钟源作为时钟信号。同步方式传送的字符没有起始位和停止位，它不是用起始位表示字符的开始，收发双方的同步方法可分为,外同步法和内同步法。外同步法是在发送数据之前向接收端发送一串时钟脉冲，接收端按这个时钟频率调整自己的时序，使
5、接收时钟频率锁定在接收到的时钟频率上，并作为同步时钟来接收数据。内同步法是接收端从接收到的数据信息波形本身提取同步的方法。同步通信协议分为面向字符和面向比特两种。同步通信时，字符数据不允许有空隙。当线路空闲或没有字符可发送时，可发送收、发双方约定的同步字符。同步通信传输效率高，适合于快速、大量数据的传送。,2、同步通信协议概述,如上所说，同步通信协议可分为两类：面向字符的同步通信协议，这类协议目前有两种：BM国际标准化组织ISO提出的基本型同步通信协议；BSC IBM公司提出的二进制同步通信协议。面向比特的同步通信协议 HDLC 国际标准化组织ISO提出的高级链路控制协议；SDLC IBM公司
6、提出的同步数据链路控制协议；ADCCP 美国国家标准化协会ANSI提出的先进数据通信协议；X.25 第二级国际电报电话咨询委员会CCITT提出的协议；DDCMP 美国DEC公司提出的数字数据通信信息协议。,3、面向字符的同步通信协议,这种协议较早在二十世纪60年代就开始发展，目前仍在使用，其典型代表是IBM公司提出的二进制同步通信协议BSC，下面简单介绍一下这种通信协议。面向字符的同步通信协议BSC的帧格式 该协议以若干字符组成一个信息块一起发送，一个信息块称为一帧，用一些特殊定义的字符来定界一帧的开始、结束和分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。此种协议的一般帧格式如图8.21所示。,SYN
7、是同步字符，每帧开始有若干个SYN。接收端一旦检测到同步字符SYN，就知道一帧开始了。SOH（Start of Header）表明标题的开始，称为序始符。标题中可以包括源地址、目的地址和路由指标等信息。STX（Start of Text）称为文始符，标志着传送数据正文的开始。数据块是传送正文的内容。ETB（End of Transmission Block）称为组终符 ETX（End of Text）称为文终符。ETB用在正文很长，需分成若干个数据块，在不同帧中传送的情况，除最后一个数据块后用 外，其余数据块后都用ETB。,SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB或ETX 块校验,
8、特殊定义的字符,三、同步与异步的差别,1、时钟 要求,同步串行通信,异步串行通信,必须精确、相等的时钟,收发时钟基本相等即可,2、控制 信息,有累积误差,累积误差下字节消除,整块数据附加帧信息,每个字符附加帧信息,传输数据效率高，信息量大。高速数据链路,传输效率固定低速数据链路,3、校验 方式,16位CRC循环冗余校验,采用1位奇偶校验,可靠性高,可靠性比同步的低,高,低,4、复杂 程度,7.1.3串行通信连接方式,A站,B站,单工通信Simplex,半双工通信Half Duplex,全双工通信Full Duplex,7.1.4 调制解调器(Modem),电话线传送音频3003400HZ，不适
9、合不适合传数据传输。,模拟调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM),数字调制：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),计算机常用频移键控(FSK),7.1.6 硬件实现,一、UART通用异步收/发器(Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter),7.1.5 串行通信的校验方法,一、奇偶校验,二、方阵校验,三、CRC循环冗余校验,二、USRT通用同步收/发器(Universal Synchronous Receiver/Trasmitter),三、USART通用同步异步收/发器(Universal Asychronous/Syn
10、chronous Receiver/Trasmitter),四、ACIA异步通信接口适配器(Asyn-chronous Communication InterfaceAdapter),7.2 串行通信的物理标准,常用的串行通信标准由RS-232C、RS-422A、RS-485A，RS-423A,串行接口的标准化，就是指与通信设备相连接的这组信号的内容、形式以及接插件引脚的排列等的标准化。,EIA RS232C是美国电子工业协会推荐标准(Electronic Industries Association Recommended Standard232C)第232代号的标准，C为标准的版本号。,1
11、RS-232C的引脚定义,RS-232C接口标准使用标准的25针D型连接器即DB-25。PC机已使用9针连接器取代25针连接器。,TxD 发送数据串行数据的发送端。RxD 接收数据串行数据的接收端。GND 信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。CTS 清除发送当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。DTR 数据终端准备好通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪。DSR 数据装置准备好通常表示数据通信设备(即数据装置
12、)已接通电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或断开状态。CD 载波检测当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。RI 振铃指示当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示，保持有效。,2RS-232C的连接,计算机由RS-232C接口连接调制解调器,两台微机直接利用RS-232C接口进行短距离通信,RS-232C接口连接方式（续）,一种简化的连接方式（Null Modem）适用于双机直连,TDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRI,TDRDRTSCTSDCDGNDDTRDSRRI,3R
13、S-232C的电气特征,“1”=-3V-25V,传号 MARK“1”,空号 SPACE“0”,“0”=+3V+25V,PC机中-3V-12V,PC机中+3V+12V,(2)电平转换,(1)负逻辑电平,EIA电平,TTL电平或CMOS电平,MCl488,MCl489,EIA电平,TTL电平或CMOS电平,MAX232,TTL电平或CMOS电平,TTL电平或CMOS电平,EIA电平,EIA电平,EIA电平,(3)其他电气参数：,电缆的旁路电容2500pF(包括电缆电容),开路电压25V,一般传输最大速度20kbps,小于15cm,RS-423A、RS422、RS485,7.3 可编程串行通信接口芯
14、片INS8250,1、进行串行/并行转换，实现串行数据格式化,停止位可选1、1.5、2位,可选5、6、7、8位数据位,可选择奇校验、偶校验、不校验或校验位强制为“1”/“0”,起始位为1位,空闲位为“1”,发送时自动插入起始位、停止位和奇偶校验位,一、8250内部结构及外部引脚,2、接收和发送电路,SIN,接收移位寄存器RSR,接收缓冲寄存器RBR,接收同步控制,传输线控制寄存器LCR,传输线状态寄存器LSR,RCLK,SOUT,发送移位寄存器TSR,发送缓冲寄存器TBR,发送同步控制,波特率发生器,双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送,3、波特率发生器,分频次数寄存器(高),分频次数寄存器(
15、低),发送缓冲寄存器TBR,选择和读/写控制逻辑,除数寄存器保存设定的分频系数分频系数基准时钟频率（16比特率）,起 始 位,16 T,4、中断控制系统,中断识别寄存器IIR,中断允许寄存器IER,中断控制逻辑,5、MODEM控制逻辑,MODEM状态寄存器,MODEM控制寄存器,调制解调控制逻辑,允许发送信号,请求发送信号,发送数据终端准备好信号,接收数据装置准备好信号,MODEM接收信号检测输入,振铃指示输入,用户指定两个输出信号,选择和读/写控制逻辑,7.3.3 8250内部寄存器和控制字及状态字,PC机的串口地址COM1口 03F8H03FEH,8250用3根地址线，7个地址，区分出10
16、个寄存器,状态寄存器3个 LSR，MSR，IIR,PC机的串口地址COM2口 02F8H02FEH,A8选中是COM1还是COM2,初始化寄存器5个 LCR，MCR，IER，DLL，DLH,数据寄存器2个 TBR，RBR,其中TBR,RBR用读写区分,DLH,DLL,LCR中D7位DLAB1 0,0 0 0,0 0 1,TBR和RBR IER,IER,A2A1A0,一、数据寄存器,假设COM为03F8H或02F8H,COM+0,发送缓冲寄存器TBR,接收缓冲寄存器RBR,只写,只读,二、除数锁存器:(分频次数),DLL,COM+0,COM+1,DLAB=0,DLH,DLAB=1,对外部时钟分频
17、,波特率=外部时钟/16分频次数,例如：fosc=1.8432MHz,波特率为4800BAUD，,N=1.8432*106/(16*4800),N=24=18H,分频次数=外部时钟/16波特率,三、传输线控制与状态寄存器,寄存器选择0正常值1除数寄存器,中止字符0无作用1发送中止字符,校验位设置*0无校验01设置奇校验11设置偶校验,附加校验位0无附加1附加,停止位个数0 1位1 1.5位（数据位为5位时）1 2位（数据位为68位时）,数据位个数00 5位01 6位10 7位11 8位,COM+3,例如：设为COM1口，数据位为7位，2位停止位，附加奇校验位，fosc=1.8432MHz,波特
18、率为4800,COM EQU 3F8HMOV DX,COM+3MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,COMMOV AL,18HOUT DX,AL,MOV DX,COM+1MOV AL,00HOUT DX,AL,MOV DX,COM+3MOV AL,0010 1110BOUT DX,AL,1、LCR,2、LSR,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,COM+5,发送移位寄存器空,接收数据缓冲器满,溢出错,发送保持寄存器空,检测到间断,帧错误,奇偶错,MOV DX，COM+5IN AL，DXTEST AL，？,1)接收错误：00011110B，1EH,2)接收数据：0000
19、0001B，01H,2)发送数据：00100000B，20H,D0,D1,D2,D4,D7 D5,D3,四、MODEM控制,1、调制解调器控制寄存器MCR,1 自测循环0 正常工作,有效引脚状态设置,1 低 0 高,2、调制解调器状态寄存器MSR,COM+4,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,高4位中某位为1，说明相应输入信号当前为低电平有效,低4位中某位为1，则说明从上次CPU读取该状态字后相应输入信号已发生改变,MSR反映4个控制输入信号的当前状态及其变化MSR低4位中任一位置1，均将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,COM+6,五、中断控制
20、,1、中断允许寄存器IER,1，允许0，禁止,MODEM状态改变,接收错误,发送缓冲区空,接收缓冲区满,0 有中断1 无中断,标识哪一级有中断,D0,D1,D2,D7-D3,2、中断识别寄存器IIR,COM+1,COM+2,4级中断（4个优先级、10个源）,接收线路状态中断奇偶错溢出错帧错收到中止字符接收器数据准备好中断发送保持寄存器空中断调制解调器状态中断清除发送状态改变数据终端准备好状态改变振铃接通变成断开接收线路信号检测状态改变,优先权高,优先权低,7.3.4 8250初始化编程,对8250的内部控制寄存器进行编程写入写入除数寄存器DLL,DLH设置传输率 COM+0，COM+1写入通信
21、线路控制寄存器LCR设置字符格式 COM+3写入调制解调器控制寄存器MCR设置工作方式 COM+4写入中断允许寄存器IER设置中断允许或屏蔽 COM+2,1)接收错误：00011110B，1EH,2)接收数据：00000001B，01H,2)发送数据：00100000B，20H,查询方式,DLL COM+0DLHCOM+1LCRCOM+3MCRCOM+4IERCOM+2,例：初始化8250不用中断，查询方式，检测同时发送数据，设为COM1口，数据位为7位，2位停止位，附加奇校验位，fosc=1.8432MHz,波特率为4800,COM EQU 3F8HMOV DX,COM+3MOV AL,80
22、HOUT DX,ALMOV DX,COMMOV AL,18HOUT DX,AL MOV DX,COM+1MOV AL,00HOUT DX,AL,MOV DX,COM+3MOV AL,0010 1110BOUT DX,AL,MOV DX,COM+4MOV AL,03HOUT DX,AL,MOV DX,COM+2MOV AL,00HOUT DX,AL,LOP：MOV DX,COM+5IN AL,DXTEST AL,1EHJNZ ERRORTEST AL,01HJNZ RCV,TEST AL,20HJZ LOP;发送程序JMP LOP,RCV:;接收程序JMP LOP,ERROR:;错误程序JMP LOP,
