【精品课件】串行通信和可编程接口芯片8251A

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1、第十章 串行通信和可编程接口芯片8251A第一节 串 行 通 信一、概述二、串行通信中的几个问题三、EIA RS232C 通信接口标准第二节 可编程异步通信接口芯片8251一、基本功能二、 内部结构三、8251的初始化编程三、二台计算机之间串行通信的连接二、RS232C串行通信系统的连接 第三节 8251与8088COM插座的连接一、电路结构习题：习题：106，109，1014，1015 第十章 串行通信及接口电路状态控制D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机外设或计算机并行通信：数据各bit同时传送串行通信：数据按bit，依次传送TXDTXDRXDRXD计算机

2、外设或计算机1、基本通信方式 通信：CPU与外部的信息交换第一节 串行通信的基本概念一、概述串行通信特点：串行通信特点： 逐位依次顺序传送，通信双方需严格同步；逐位依次顺序传送，通信双方需严格同步； 每秒传送的每秒传送的bit数，称为传输速率，用波特率数，称为传输速率，用波特率(bps)表示；表示； 适于长距离适于长距离(30M)通信，通信，传送线路少，传送线路少，投资低，但速度慢。投资低，但速度慢。2、传送信息的编码 通信的信息包括数、字符、控制信号等。它们都以二进制代码形式表示。 国际标准规定：串行通信的信息编码以ASCII码为基础。3、通信的同步方法 同步通信：位同步方式的串行通信。 异

3、步通信：字符同步(群同步)方式的串行通信。异步通信 通信双方在规定的通信速率下，每一个字符(一组二进制脉冲信号)进行一次同步校正。 校验位(奇偶校验位)：1位 。奇校验：数据位和校验位共有奇数个“1 ”。偶校验：数据位和校验位共有偶数个“1”。 起始位：1位“0 ” 起始位下降沿是异步通信中字符同步的同步脉冲。 停止位：1或1.5位、2位 “1” 异步通信字符格式 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 校验位起始位停止位数据长度5、6、7、8空闲位空闲位同步通信 异步通信每一字符必须附加起始位和停止位，降低了传输效率。同步通信不需要附加起始位和停止位，为了表示数据传输的开始，发送方先发送一

4、个或两个特殊字符，该字符称为同步字符。当发送方与接收方达到同步后，就可以一个字符接一个字符地发送大块数据，而不需要起始位和停止位了，这样可明显提高数据的传输数率。采用同步方式传输数据时，收发双方还必须用同一个时钟进行同步，需采用比较复杂的同步措施。同步通信数据格式SYN字符1SYN字符2数 据单工发送接收TXDRXD单线通信单向数据流半双工发送接收发送接收TXD / RXD单线通信分时双向数据流（对讲机工作方式）全双工发送接收发送接收TXDTXDRXDRXD 双线通信 各线单向，双向数据流（电话工作方式）1、数据传送方向二、串行通信中的几个问题2、信号的调制和解调 调制：将数字信号转换为适合通

5、信介质传输的信号波形。 解调：调制的逆过程。 对于模拟电话信道，每话路的带宽为3003400Hz的音频，而数字信号的带宽很宽，故需将数字信号调制为一定带宽的模拟信号进行传输，接收后再解调为数字信号。调制是通过数字信号对二个不同频率的正弦载波信号的键控和信号的合成实现。模拟电子开关模拟电子开关高频正弦信号低频正弦信号数字信号10101010频带信号输出合成110第二节第二节 可编程串行通信接口芯片可编程串行通信接口芯片8251一、基本功能一、基本功能1、具有独立的发送和接收器，可以单工、半双工或全双工的方式进行通信；2、能够以同步方式或异步方式进行通信；3、在同步方式中，每个字符可定义为58个数

6、据位，数据通信波特率：064K bps，可选择内同步或外同步字符；4、在异步方式中，每个字符可定义为58个数据位，波特率系数为1、16、64，停止位的位数为1、1.5、或2位，数据通信波特率：019.2K bps；5、可进行奇偶校验，并可编程选择奇检验或偶检验。6、出错检测具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。二、内部结构二、内部结构发送缓冲器数据总线缓冲器调制解调控制电路DB读 / 写逻辑RESETCLKRDWRC/DCSDSRDTRCTSRTS发送控制电路接收缓冲器接收控制电路RxDTxDTxRDYTxETxCRxRDYRxCSYNDET状态缓冲器、接收数据缓冲器、数据/命令缓冲器作用：接收器

7、接收在RxD上的串行数据并按规定的格式转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。接收缓冲寄存器接收移位寄存器奇偶位停止位 1RxD异或门内部CLKDB检测奇偶检验结果波特率工作过程：（异步方式）当8251允许接收并准备好接收数据时，监测RxD端，当检测到起始位（低电平）后，使用16倍率的内部CLK，连续检测8个0确认。然后按波特率移位、检测RXD，直至停止位。内部删除起始、奇偶、停止位接收缓冲寄存器后，使RxRDY为高，向CPU提出中断申请。1、接收器启动检测确定已检测到启动位采样数据检测16T启动位DATACLOCK（内同步方式）在CPU发出允许接收命令后，8251一直检测RxD，把接收到的每

8、一位数据送入移位寄存器，与同步字符寄存器的内容进行比较。若两者不相同，则继续接收数据和进行移位比较操作；若相等，则8251将SYNDET置1，表示已找到同步字符。找到同步字符后，利用时钟采样和移位RxD线上的数据位，按规定的位数送接收数据缓冲器，同时RxRDY信号。16T 内部产生起始、奇偶检验、停止位，按约定的波特率从TxD输出。数据发送缓冲器波特率发送移位寄存器奇偶位停止位 1起始位异或门TXDSOUT0内部CLKDB CPU执行输出指令，并行数据发送缓冲器。工作过程发送缓冲器发送移位寄存器，向CPU提出中断申请（TxRDY=1）。 当数据全部输出结束，在TXD发出连续低电平(TxE=1)

9、。2、发送器RxD（Receiver Data）接收数据：从RxD端 串行输入数据输入RxRDY（Receiver Ready）接收数据准备好：表示接收数据缓冲器已收到一个字符数据，CPU可采用中断或查询方式读取数据（ RxRDY=0）。SYNDET/BRKDET（Sync Detecte/Break Detece）同步检测/断点检测 同步方式（同步检测）：在内同步方式，当8251检测到同步字符， SYNDET输出为高点平，表明8251A已处于同步状态。CPU执行一次读操作后， SYNDET自动复位； 1、与接收有关的信号3、引脚定义 异步方式（断点检测）：当8251从RxD端连续收到两个由全

10、“0”组成的字符时，该引脚输出为高电平，表示当前线路上无数据可读，只有当RxD端收到1个“1”信号或8251复位时， BRKDET变为低电平。RxC（ Receiver Clock）接收时钟外同步方式： 当SYNDET引脚有一个正跳变脉冲，8251在下一个接收时钟的上升沿开始接收字符，一旦达到同步， SYNDET引脚的高电平即可撤除。TxE（ Transmitter Empty）发送器空： TxE=1表示发送移位寄存器中已无数据可以向外部发送。此时，由TxD输出空闲位（同步字符）。当8251从CPU接收到一个数据后，TxE=“0”。TxC（ Transmitter Clock）发送时钟TxD（

11、Transmitter Data）发送数据：将CPU送入的并行数据转换成串行格式后，从TxD端输出TxRDY（ Transmitter Ready）发送数据准备好： TxRDY=1表示发送数据缓冲器已准备好从CPU接收一个字符数据，CPU可采用中断或查询方式输出一个数据（ RxRDY=0）。2、与发送有关的信号4、8251读写操作表CSRDWRC/D操 作0010CPU 读 8251 数据0100CPU 向 8251 写数据0011CPU 读 8251 状态字0101CPU 向 8251 写控制字011*数据总线浮空1*数据总线浮空5、调制解调器控制电路在远程通信时，可用8251与调制解调器相

12、连，经电话线传输数据RxDTxDDSRDTRCTSRTSRxCTxCDBCBAB8251A 波特率发生器MODEM电话线接口电话线数据通信设备DCE数据终端设备DTEDTR（Data Terminal Read y）数据终端准备好（通知数据装置）DSR（Data Set Ready）数据装置准备好（回应DTR信号）RTS（Request to Send）数据终端向MODEM发出请求表示数据已准备好需要发送CTS（Clear to Send） MODEM回应终端,若TxEN有效8251可以发送数据，发送结束CTS=“1”。8251ARxDTxD 外设TxCRxCD7D0RD WR A1 RESE

13、T A B C G2AG1Y0 Y1 Y2 O O OD7D0 RD WR C/D RESETA0 A2A3A78086系统总线系统总线LS138M/IO&A4A5A6G2BCSTxRDY TxE RxRDY BRKDETRS-232接口波特率发生器6、8251A与CPU的连接三、8251A的编程方式字：确定8251A的工作方式；（异步，波特率，字符长度，奇偶校验）命令字：控制8251A按方式字所规定的方式工作；（允许，禁止收发数据，启动搜索同步字符，8251复位）状态字：了解8251A的工作状态。复位操作输出方式字传送完输出第一个同步字符输出第二个同步字符输出命令字传送数据输入状态字

14、同步方式双同步复位YNYYYNNN注：对8251的控制口进行一次写入操作，需有写恢复时间。（写恢复时间一般为16个时钟周期）DELAY1： MOV CX，02HD0： LOOP D0 RET1. 1、8251复位电源上电，8251自动进入复位状态，为了确保在送方式字和命令字之前8251正确复位，可向8251的控制口连续写入3个“0”，然后再写入一个复位控制字（40H），用软件使8251可靠复位。2、方式字 用于CPU对8251编程，决定8251 的通信的格式。如数据长度、奇偶检验、停止位等。01 异步110 异步1611 异步6400 字符长度为5位01 字符长度为6位10 字符长度为7位11

15、 字符长度为8位 0 无奇偶校验位01 奇校验11 偶校验无效 001个停止位 011.5个停止位 102个停止位 11 S2 S1 EP PEN L2 L1 B2 B1异步方式与异步方式相同1 SYND为输入（外同步）0 SYND为输出（内同步）1 单字符同步0 双字符同步SCS ESD EP PEN L2 L1 0 0 同步方式EHIR RST ER SBRK RxE DTR TxEN使DTR引脚为低电平1 启动搜索同步字符1 允许发送0 禁止发送1 允许接收0 禁止接收1 使TxD线变低，发送空白字符0 正常工作1 内部复位，使8251回到方式选择格式1 使RST引脚输出低电平1 使错误

16、标志PE，OE，FE复位3. 命令字4、状态字 DSR SYNDET/BRKDETFE OE PETxE RxRDY TxRDY发送器准备好奇偶错误溢出错误帧错误（异步）同引脚含义数据装置准备好例：8251工作于异步方式，波特率系数为16，7位数据位，1个停止位，偶校验，控制口地址3F2H。MOV DX，3F2HMOV AL，00HOUT DX，ALCALL DELAY1OUT DX，ALCALL DELAY1OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，40H ；复位字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，01111010B ；方式字OUT DX，ALCALL DEL

17、AY1MOV AL，00010101B ；命令字OUT DX，ALRS232C是最常用的串行通信接口标准之一，是PC机的标准配置。 通过RS232C接口可实现计算机与其他数字设备(包括计算机)的通信。计算机数据装置MODEM远程计算机MODEM数据通信终端数据通信终端通信网络数字信号数字信号RS232CRS232C计算机远程通信一、EIA RS-232C 通信接口标准第三节 RS-232C串行口和8251A的应用1、RS-232逻辑电平定义15V3V3V15V非法电平区信号 0 电平区 (通常12V)信号1 电平区 (通常12V)RS232C属负逻辑电平1488-12V+12VTTL INEI

18、A OUTEIA INTTL OUT+5V1489TTL与EIA电平的转换11111+C1+C1-C2+C2-V+V-VccT1INT2INR1OUTR2OUTR1INR2INTTLRS-232C1234115101291471386+5V+10V-10VMAX232T1OUTT2OUT2138131217142051841911151610C1+C1-V-V-V+C2+C2+C2-C2-96GNDT1INT2INR1OUTR2OUTR1INR2INT1OUTT2OUTRS-232CTTLMAX233+5V7双排25芯 9个信号(1)保护地，接机壳(2)发送数据，TXD 串行数据输出(3)接收

19、数据，RXD 串行数据输入(4)请求发送，RTS，联络信号；发送方待发送数据准备好，向接收方请求。(5)准许发送，CTS，联络信号；接收方准备好接收数据，向发送方应答。(6)数据终端就绪，DTR，联络信号；接收方装置就绪，向发送方请求。(20)数据装置就绪，DSR，联络信号；发送方装置就绪，向接收方应答。(8)载波检测，CD(7)信号地，GND 数据信号、联络信号和电源的公共地。2、RS232C的电气接插件标准的电气接插件标准双排9芯 9个信号(1)CD (2) RXD (3) TXD (4) DTR (5) GND(6) DSR (7) RTS (8) CTS (9) RI(振铃指示)二、二

20、、RS232C串行通信系统的连接串行通信系统的连接 1、与MODEM的连接TXDRXDRTSCTSDSRGNDCDDTR微微机机RS232CMODEM2、小型终端连接237237小型小型终端终端微机微机RS232CTXDTXDRXDRXDGND三、二台计算机之间串行通信的连接三、二台计算机之间串行通信的连接TXD 2 RXD 3RTS 4CTS 5DSR 6 GND8 CDDTR 202 TXD 3 RXD4 RTS5 CTS6 DSR GNDCD 820 DTR计算机A RS232C计算机B RS232C1、数据发送TXD与数据接收RXD交叉连接。2、数据装置就绪DTR与数据终端就绪DSR交

21、叉连接。3、数据发送请求RTS与与本方数据准许发送自连接，也与对方载波检测CD交叉连接。四、四、8251A应用举例应用举例8251ARxDTxD TxCRxCD7D0RD WR A1 RESET A0 A2A98086系统总线系统总线LS138M/IOCSD7D0 RD WR C/D RESETMAX233CLKCLKCLK0CSOUT082534分频8MHz2MHz23231,75423697+5VBEG-T: MOV DX，1F2H MOV AL，7AH OUT DX，AL MOV CX，02H D1： LOOP D1 MOV AL，11H OUT DX，AL MOV CX，02H D2：

22、 LOOP D2 LEA DI，BUFF-T MOV CX，COUNT-TNEXT-T： IN AL，DX TEST AL，01H JZ NEXT-T PUSH DX MOV DX，1F0H MOV AL，DI OUT DX，AL INC DI POP DX LOOP NEXT-T置方式字置命令字置发送缓冲区首址置发送数据数读入8251状态TxRDY=1 从发送缓冲区取数送8251修改指针发送完YYNNBEG-R： MOV DX，1F2H MOV AL，7AH OUT DX，AL MOV CX，02H D3： LOOP D3 MOV AL，14H OUT DX，AL MOV CX，02H D4

23、： LOOP D4 LEA DI，BUFF-R MOV CX，COUNT-RNEXT-R： IN AL，DX TEST AL，02H JZ NEXT-R TEST AL，38H JNZ ERROR MOV DX，1F0H IN AL，DX MOV DI，AL INC DI LOOP NEXT-R置方式字置命令字置接收缓冲区首址置接收数据数读入8251状态RxRDY=1 从8251接收数据送缓冲区修改指针接收完YYNN传送出错YN11-12 在一个以8086的系统中，8251的数据口地址为84H，控制口和状态口的地址为86H，试画出地址译码电路、数据总下半场和控制总线的连接图。8251ARxDT

24、xD 外设TxCRxCD7D0RD WR A1 RESET A B C G2A G2B Y0 Y1 Y2 O O OD7D0 RD WR C/D RESETA0 A2A3A78086系统总线系统总线LS138接口电路接口电路M/IO或A4A5A6G1CSTxRDY TxE RxRDY BRKDETRS-232接口波特率发生器解：如下图所示：11-14 若8251的端口地址为FF0、FF2H，要求8251工作于异步方式，波特率因子为16，7位数据位，1位奇校验位，1位停止位，试对8251进行初始化编程。MOV DX，0FF2HMOV AL，00HOUT DX，AL ；向控制口写入第一个“0”CA

25、LL DELAY1 ；延时OUT DX，AL ；向控制口写入第二个“0”CALL DELAY1 ；延时OUT DX，AL ；向控制口写入第二个“0”CALL DELAY1 ；延时MOV AL，40H ；向控制口写入复位字OUT DX，ALCALL DELAY1 ；延时MOV AL，01011010B ；写入方式字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，00010101B ；命令字，允许接收发送，清除错误标志OUT DX，AL ；写入命令字11-16 某微机系统用串行方式接收数据，再送CRT显示，若8251的基地址为304H，波特率为1200，波特率因子为16，1个停止位，7位数据

26、位，1个奇校验位，用8253产生收发时钟，系统时钟为5MHz， 8251的基地址为300H，收发数据的个数为COUNT，数据存放到以UFFER为始址的内存单元中。要求：（1）画出系统硬件连线图；（2）编写8253和8251的初始化程序；（3）编写接收数据和发送数据的程序。解：（1）系统硬件连线图如下图所示；（2） 8253通道0工作与方式3，分频系数为： 1.25MHz/（1200*16）=65 8253方式字为：00010111B8251方式字为： 01011010B 8251命令字为： 00010101B D7D08088系统总线系统总线A B C G2A G2B Y0 Y1 Y2 O O

27、 OA2 A3A4A8&A9LS138M/IO&A5A6A7G1RD WR C/D RESET8251ACSTxRDY TxE RxRDY BRKDETRxDTxD RS-232接口TxCRxCD7D0RD WR A0 RESET A1RD WR A1 A0D7D0CS4分频5MHzCLK0GATE0+5VOUT08253AMOV AL，40H ；复位字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，01011010B ；方式字OUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，00010101B ；命令字OUT DX，ALCALL DELAY1；8253初始化MOV

28、DX，303HMOV AL， 00010111BOUT DX，ALMOV DX，300HMOV AL，65； 8251初始化MOV DX，305HMOV AL，00HOUT DX，ALCALL DELAY1OUT DX，ALCALL DELAY1OUT DX，ALCALL DELAY1；发送程序 LEA DI，BUFFER MOV CX，COUNTNEXT-T： IN AL，DX TEST AL，01H JZ NEXT-T MOV DX，304H MOV AL，DI OUT DX，AL INC DI LOOP NEXT-TERROR：；接收程序 LEA DI，BUFFER MOV CX，COU

29、NTNEXT-R： IN AL，DX TEST AL，02H JZ NEXT-R TEST AL，38H JNZ ERROR MOV DX，304H IN AL，DX MOV DI，AL INC DI LOOP NEXT-R 12-3 某8位D/A转换器的端口地址为220H，参考电压为5V，试编程产生如下波形：（1）下限为0V，上限为5V的三角波；（2）下限为1.2V，上限为4V的梯形波。（1）；三角波 MOV DX，220H MOV AL，0FFH UP： INC AL OUT DX，AL CMP AL，0FFH JNZ UPDOWN： DEC AL OUT DX，AL CMP AL，00H

30、 JNZ DOWN JMP UP（2）；梯形波：下限3DH，上限0CDH MOV DX，220H MOV AL，3CH UP： INC AL OUT DX，AL CMP AL，0CDH JNZ UP CALL DELAY-20MSDOWN： DEC AL OUT DX，AL CMP AL，3CH JNZ DOWN CALL DELAY-20MS CALL DELAY-20MS JMP UP12-5（1）画出DAC1210与8位CPU的硬件连接图，若转换数据存在BUFF开始的单元中，试编写完成一次转换的程序；（2）画出DAC1210与16位CPU的硬件连接图，若转换数据存在BUFF开始的单元中，

31、试编写完成一次转换的程序D7D0-+RiVOUT地址译码D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210MOV BX，BUFFMOV DX，220HMOV CL，4 SHL BX，CLMOV AL，BHOUT DX，ALINC DXMOV AL，BLOUT DX，ALINC DXOUT DX，ALD11D0-+RiVOUT地址译码D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210MOV AX，BUFFMOV DX，220HOUT DX，AXMajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPf

32、YgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkYH1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5oswSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3XPJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12KHL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7

33、sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkCEQCFDehVmGax3lrOEbw63VscA3YSijtUKoCyiLzAlVRp7l4QgPNHxvJFFDyjUVN3oHlMah0XBd4uTbkfPIhHtw0evPmYOrdhEDoPwvYhzlGplU1AU9mpyiCXH8gpPCBRYjq77VcnbXumNE1yGfyTsbSj89J63kRTKDkKUg3mdS5sJ4X5cQ8dK7oW9IkScssECQdz2O9UTlpRjAFPChjhLdzopQzwxQf8ozdzOhogwAooXpUF83BX4C3jRgjDJiiXEUDMaNz4vQ4n164

34、vspddHvOIVuBBdMA4xp1YhiHk0vOJ8TL1BxogzVlMpmod6ianYGmksQq6NWCEd56hZF4wfaNyZcrGfNxnPiG6ZAxSkfmhJAKtNmCqbRmppeXp8inz4eq3HkWCMSORyMMX522xpHG6basNr6KQfbZsFbHjzyNlJrruLolKFcC84dqfijBO5Dy2NaBcNEBPgQrT12PgpcKx2or2YChN5DPjs80zzdtdAdTKuW4uVv9bbZu3K2SZ2aEhTlIC1UqrIWibkzwHh6p8gLv26zr01mJybfOzFc4T7kQH1IpPwOzMDnAKPLsLrznXGjFNIA9bSWWms6ibKZwQIKrMzalwbFrQJvOP1rPH8rx2KkyYqrtQk5VRwM1HSX