串行通信接口8251(详细).ppt

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1、一、 串行通信的基本概念 （一）串行通信的特点有三： 在一根传输线上即传数据信息，又传联络控制信息。 信息格式有固定要求，分异步格式和同步格式。 串行通信中对信息的逻辑定义可能与TTL不兼容，因此需要进行逻辑电平转换（用MC1488和MC1489完成）,6.1 串行通信与串行接口,（二）串行数据传送方向（按信道分类） 串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种传送模式: 单工、半双工、全双工。,1.单工 使用一根传输线，只能发送数据或接收数据，这样的传送方式就是单工，如图所示。,接收器,发送器,A站,B站,单工方式示意图,特点：每端需有一个收/发切换电子开

2、关 因有切换，会产生时间延迟 应用：打印机串口，单向传送设备，发送器接收器,2.半双工（Half Duplex） 使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制，如图2所示。,特点：每一端都有发送器和接收器 有二条传送线 应用：交互式应用，远程监测控制,3.全双工(Full Duplex） 数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同 时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻 进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。,（三）信号的调制和解调(远程通讯) 计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据

3、通 信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为 音频模拟信号的设计的。一般为3003400Hz，不适合于数据 信号。 因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输 相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。,（四）信息的检错与纠错 串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误 码是难免的，这直接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是 一个通信系统的重要内容。 检错：如何发现传输中的错误，称为检错。 纠错：如何消除错误，称为纠错 在基本通信规程中：一般采用奇偶校验或方阵码检错， 以反馈重发方式纠错。 在高级通信控制规程中：一般采用循环冗余码（CRC）检错，

4、以自动纠错方法来纠错。,（五）同步方式和异步方式（按数据的传输格式分类）,串行通信可以分为两种方式 同步方式（按照同步信息格式） 异步方式（按照异步通行方式） 采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，每组信息的开始和结束要加上同步字符。 采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以每个字符的前后都要用一些规定数位来作为分隔符。 由于同步方式下非数据信息比例小，所以在相同的传输速率下，同步通信方式比异步通信方式快。,异步通信信息格式,同步通信信息格式,（六）串行通讯的几个基本概念 1. 波特率： 并行通信中，传输速率是以每秒多少字节来表示的， 串行通信中，是用每秒钟传送的位数（Bit

5、/s)即波特率来表示。 因此： 1波特=1 bit/s （位/秒） 常用的标准波特率：110，300，1K（1000），1.2K（1200），2.4K（2400），4.8K（4800），9.6K（9600），19.2K（19200），56K（56000）,2 发送时钟与接受时钟 发送端与接受端要用时钟来决定每一位对应的时间长度。 3 波特因子 发送时钟与接受时钟可以是标准波特率的16倍，32倍或64倍，这个倍数就称为波特因子。,（七）串行接口标准 一、EIA-RS-232接口标准 由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时

6、，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准”.该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。适合的数传率：020Kbps。,1.电气特性 RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。

7、逻辑“1”= -3V-15V “0”= +3V+15V 与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电平转换器进行，如MC1488，MC1489。,采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。 2.机械特性 1）连接器（Connector） 常用二种： DB-25型，25脚，只用9个信号,如下图所示。,1,2,3,4,DB-25型连接器,5,6,7,8,9,11,13,25,22,20,18,14,DCD,GND,DSR,CTS,RTS,RXD,TXD,DB-9型 9针，9针全用，如下图。,DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收,RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫,2.电缆

8、长度 RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率20Kbps。 3.RS-232C接口信号的定义。见书134表5.2 。 25线：数据线4条（2，3，14，16） 控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23） 定时信号线3条（15，17，24） 地线2条（1，7） 备用5条（9，10，11，18，25） 未定义 4.信号线的连接 1）近距离连接（15m） 只用3条线（发送线TXD，接收线RXD，信号地线）,RS-232C标准接口有25条线。其中有4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用线和未定义线。下面仅介绍最常用的一些信号线，按照它们的功能可分类如下。1.

9、地线类脚1：保护地，接机器框架，也可不接。 脚7：信号地，这是其他各信号电压的参考点。无论电缆如何连接，这条线是必不可少的。,2.接收、发送数据线脚2：发送数据（TXD），由DTE发至DCE的信号。 脚3：接收数据（RXD），由DCE发至DTE的信号。,3.与调制解调器有关的信号 脚22：振铃指示RI，由DCE发至DTE的信号，RI为正电压时，指示DCE正在接收振铃信号。在每次振铃期间RI为接通状态，而在两次振铃之间，则为断开状态。 脚8：载波信号检测DCD，当DCE接收到满足要求的载波信号时，DCD便是正电压，这个信号可用来驱动载 波检测发光二极管。 在上述各信号线中。发送数据、接收数据、信

10、号地，这三条线是最基本的。 DSR、DTR、DCD和RI是针对电话网络设计的。,2.远距离连接（15m） 1）需用MODEM和专用电话线 2）需用29条信号线（在接口与MODEM之间）,采用MODEM时RS-232信号线的使用,DSR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）准备好，只表示设备本身可用。 首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方DCE收到该信号后，使RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫。当对方“摘机”后，两方建立了通信链路。 若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（DTE）发出RTS（请求发送）信号。此时，若DCE（Modem）

11、允许传送，则向DTE回答CTS（允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。,当DTE获得CTS信号后，通过TXD线向DCE发出串行信号，DCE（Modem）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。 计算机向DTE“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查Modem状态和数据输出寄存器为空。当对方的DCE收到载波信号后，向对方的DTE发出DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE，DTE通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位

12、送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取字符。,1. RS422接口电路 RS422接口标准主要是为克服RS232接口标准的通讯距离短和传输速率慢而建立的。RS422标准是一种以平衡方式传输的标准，每个信号以两根信号线来传输，逻辑电平是由两条传输线之间的电位差来决定的，RS422电路由发送器，平衡连接电缆、电缆终端负载和接收器组成。它通过平衡发送器把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送；通过差动接收器，把电位差变为逻辑电平，实现终端的信息接收。RS422标准由于采用了双线传输，大大增强了抗共模干扰的能力，因此最大数据速率可达10Mbits(传送15m时)。若传输速率降到90kbi

13、ts时，则最大距离可达1200m。该标准规定电路中只许有一个发送器，可有多个接收器。该标准允许驱动器输出为2V6V，接收器输入电平可以低至200mV。,2. RS-485 针对RS-232的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一。该接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好，对要求较高的用户最好还是选用RS-485接口。,RS-485串行接口标准 1)平衡传输 RS-485数据信号采用差分传

14、输方式，也称作平衡差分传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2 - 6V，是另一个逻辑状态,另有一个信号地.,TxD,RxD,在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。RS-232通讯接口采用电平方式传输适用于点-点通讯无须专门的收发使能控制而对于RS-485/RS-422通讯接口则不同由于采用差分电平方式传输且允

15、许在一条通讯总线上挂接多个节点必然要求各个节点能够独立地控制总线驱动器关断或打开,保证不会影响到其它节点的正常通讯. 接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时（VaVb 0.2V），输出负逻辑电平，小于-200mV（VaVb 0.2V）时，输出正逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6v.,RS-485标准只对接口的电气特性做出规定(只规定了平衡驱动器和接收器的电特性)，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻

16、抗。终接电阻接在传输总线的两端。（大多数双绞线特性阻抗大约在100至120之间）,2) 网络配置 RS-485支持半双工或全双工模式，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。半双工网络配置见图示。,RS-485这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信、它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此，许多不同领域都采用RS-485作为数据传输链路。,RS485

17、接口电路 RS485接口标准是一种多发送器的标准，它扩展了RS422的性能，它的传输距离和速度与RS422一样. RS422只允许在同一条传输线上有一个发送器，10个接收器。RS485在同一传输线上允许有32个发送器，32个接收器，因此，RS485接口在多点网络通讯中得到了广泛应用。,3) RS-232 到 RS-485端口的转换 原理图,GDL1,GDL2,B1 35KV/10KV,B2 35KV/10KV,DDL1,DDL2,DL5,DL1,DL6,DL10,MDL,35KV,10KV I 段母线,10KV II段母线,35kv母线,6.2 可编程串行通信接口8251A 1. 8251A的

18、基本性能 串口的基本任务 既是一个异步通讯接口部件，也是一个同步通讯接口 部件。 连接的外设：串行设备或调制解调器,2、8251A的内部逻辑与外部引脚 1.结构框图（功能结构和内部寄存器结构） 8251A是通用同步异步接收/发送器USART Universal/Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter）,功能：异步起止协议 同步面向字符协议 组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、数据总线缓冲器,RXC,CTS,1.发送器 TXRDY（Transmitter Ready）：发送器准备好，高电平有效 TXE（Transmitter E

19、mpty）：发送器空（发送移位寄存器为空），状态线，高有效 TXD：发送数据线 TXC：发送器输入时钟 2.接收器 RXD：接收数据线 RXRDY：接收器准备好 TXC：接收器输入时钟 3.与调制器的接口接号 DTR：数据终端准备好 DSR：数据装置准备好 RTS：请求发送信号 CTS：清除发送信号 (为低电平时,才能执行发送操作),4.发送和接收过程 （1）异步接收方式 （2）异步发送方式 （3）同步接收方式 （4）同步发送方式 5.端口地址的确定 C/D RD WR 0 0 1 CPU从8251读取接收到的数据 0 1 0 CPU将要发送的数据送到8251 1 0 1 CPU读取8251的

20、状态字 1 1 0 CPU向8251写入模式字或控制字,模式寄存器,同步字符寄存器,同步字符寄存器,控制寄存器,接收移位寄存器,数据输入缓冲器,数据输出缓冲器,发送移位寄存器,状态寄存器,接收控制电路,发送控制电路,RxD,TxD,二、8251的控制字与状态字 1.模式寄存器 约定双方的通信方式，数据格式，传送速率 a.作用：对8251A工作模式进行选择，是异步方式还是同步方式 b.模式字格式：,S1,S0,EP,PEN,L1,L0,B1,B0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,字符长度,0=内同步 1=外同步 0 =双同步字符 1=单同步字符,0=无校验 1=有校验 0=奇校验

21、 1=偶校验,00=5位 01=6位 10=7位 11=8位,00=同步,同步模式,S1,S0,EP,PEN,L1,L0,B1,B0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,停止位,字符长度,波特因子,00=无定义 01=1位 10=1.5位 11=2位,0=无校验 1=有校验 0=奇校验 1=偶校验,00=5位 01=6位 10=7位 11=8位,01=波特率因子1 10=波特率因子16 11=波特率因子64,异步模式,例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，停止位为2位，采用奇校验，波特率因子是16，则工作模式字是： 例2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步

22、字符，内同步方式，奇校验，则工作模式字是：,串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、无校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形 串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、奇校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形 串行异步通信规定传送数据的格式为：起始位、7位数据位、偶校验位、2位停止位。试画出传送数据65H的波形,例1：异步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，停止位为2位，采用奇校验，波特率因子是16，则工作模式字是： 11011110B=DEH MOV DX，309H ；8251命令口 MOV AL，0DEH ；异步工作方式字 OUT DX，AL 例

23、2：同步通信中，若帧数据格式为：字符长度8位，双同步 字符，内同步方式，奇校验，则工作模式字是：00011100B=1CH。 MOV DX，309H ；8251命令口 MOV AL，1CH ；同步工作方式字 OUT DX，AL 2.控制寄存器格式 a.作用：是确定8251A的实际操作，迫使8251A进行某种操作或工作状态，以便接收或发送数据。,b.控制字格式：,EH,IR,RTS,ER,SBRK,RXE,DIR,TXEN,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,进入 搜索 方式,内部 复位,发送 请求,错误 标志 复位,间断 发送,接收 允许,数据 终端 准备好,发送 允许,D7=1

24、有效,D6=1 有效 进行 内部 复位,D5=1 使RTS 有效,D4=1 使状态 寄存器 中的3个 出错标 志复位,D3=1,发中止字符（空号） =0，正常操作,D2=1,允许接收 =0，禁止接收,D0=1,允许发送 =0，禁止发送,D1=1,已准备好，设置DTR为有效,例3：使8251内部复位，并且允许接收，又允许发送，则 程序段为：,MOV DX，309H ；8251命令口 MOV AL，01000000B ；使内部复位 OUT DX，AL .;模式字 MOV AL，00010101B ；允许接收和发送 OUT DX，AL ；送控制字 3.状态字 a.作用：8251A执行相应命令进行数据

25、传送后的状态字存放在状态寄存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的操作。,b.格式：,例4：若查询8251A接收器是否准备好，则用下列程序段： L： MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX ；读状态字 AND AL，02H ；查D1=1？（RXRDY=1?） JZ L ；未准备好，则等待 MOV DX，308H IN AL,DX ；数据口 例5：检查出错信息，则用下列程序段 MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX TEST AL，38H ；检查D5D4D3三位（FE，OE，PE） JNZ ERROR ；若其中有一位为1，则出错,4.8251A的模式字和

26、控制字的使用 （1）模式字： 约定双方通信的方式，数据格式，传送速率等参数。 控制字：规定是发送数据，还是接收数据。 状态字：发/收及错误查询等 （2）使用的顺序： 复位模式字控制字,5.8251A的初始化,芯片复位后，第一次用高端口地址写入的值作为模式字写入模式寄存器。 如模式寄存器中规定8251工作在同步模式，那么接着往高端口地址写入一个或两个字节的上同步字符，同步字符被写入同步字符寄存器。 只要不是复位命令，不管是同步模式还是异步模式，写入高端口地址的值送到控制字寄存器。,异步模式下的初始化举例,MOV DX，309H MOV AL,FAH OUT DX,AL MOV AL，37H OU

27、T DX ,AL,同步模式下的初始化举例,MOV DX，309H MOV AL,38H OUT DX,AL MOV AL，16H OUT DX ,AL OUT DX ,AL MOV AL，97H OUT DX ,AL,四、8251A应用举例 1.要求 在甲乙二台PC之间进行串行通信，甲发送乙接收，要求把甲机上开发应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。,采用： 起止式异步方式， 字符长度为8位， 2位停止位， 波特率因子为64，无校验， 波特率为4800， CPU与8251A之间用查询方式交换数据口地址分配是：309H为状态命令/状态口，308H为数据口 2.分析 由于是近距离传输，可以不设

28、MODEM，直接互连，同时，是采用查询I/O方式，故收/发程序中只需检查发/收准备好的状态是否置位，即可收发1个字节。,3.设计 1）硬件连接 根据以上分析把二台PC机都当作数据终端设备DTE，它们之 间只需TXD，RXD和SG三根线连接就能通信。 主要电路： 8251串行口 TTL/EIA变换器 波特率发生器 地址译码电路 2）软件编程 发送程序：包括初始化，状态查询，I/O,INT： XOR AX，AX MOV CX，0003 MOV DX，309H ；命令口 OUT1： CALL KKK ；向控制口送3个00 LOOP OUT1 MOV AL，40H ；内部复位（使D6=1） CALL

29、KKK MOV AL，0CFH ；模式字 CALL KKK MOV AL，37H ；控制字 CALL KKK MOV CX，2DH ；传送字节数 MOV SI，300H ；发送区首址 L1：MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX ；查状态位D0 （TXRDY）=1? AND AL，01H JZ L1 ；发送未准备好，则等待,MOV DX，308H ；数据口 MOV AL，SI ； OUT DX , AL ;发送一个字节 INC SI ；内存地址加1 DEC CX ；字节数减1 JNZ L1 ；未发送完，继续 : : KKK : OUT DX , AL NOP NOP NOP RET

30、,接收程序 INT： XOR AX，AX MOV CX，0003 MOV DX，309H ；命令口 OUT1： CALL KKK ；向控制口送3个00 LOOP OUT1 MOV AL，40H ；内部复位（使D6=1） CALL KKK MOV AL，0CFH ；模式字 CALL KKK MOV AL，14H ；控制字 CALL KKK MOV CX，2DH ；传送字节数 MOV DI，300H ；接收区首址 L1：MOV DX，309H ；状态口 IN AL，DX ；查状态位D1 （RXRDY）=1? AND AL，02H JZ L1 ；未接收完，则等待,MOV DX，308H ；数据口 IN AL ，DX ;接收一个字节 MOV DI，AL INC DI ；内存地址加1 DEC CX ；字节数减1 JNZ L1 ；未接收完，继续 : : KKK : OUT DX , AL NOP NOP NOP RET,理解协议转换器的工作原理 串行通讯软硬件总结 思考： 并行接口、串行接口实际工程中的应用场合。,