微机接口(中科大)PPT 第八章串行输入与串行输出接口

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微机原理第八章串行通信及串行接口

1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同；而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一般都包括：
1．总线收发器和相应的逻辑电路
2．联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号的数目/每秒传输的位数。波特率因子---

第8章串行口及其应用优秀PPT

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3 11位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n，
n=32或16)
(2) SM2：多机通信控制器位
位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCO SM SM SM RE TB RB TI RI N 0 1 2N8 8
在方式0中，SM2必须设成0。
在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只有接收到有效的停止位“1”时，RI才能被激活成“1”(产生中断请求)。
(3) REN：串行允许接受控制位。该位由软件置位或复位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。
REN=0，禁止接收。
位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCO SM SM SM RE TB RB TI RI N 0 1 2N8 8
(4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位由软件置位或复位。在方式2和方式3时，TB8是发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=1表示地址，TB8=0表示数据。 TB8还可用作奇偶校验位。
同步数据数据 … 数据字数据校验 (校验
字符字符1 字符2
符n-1 字符n 字符字符)
图3 同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步传输中，传输的数据如会被:
1个start bit 0和1个stop bit 打包, 新的数据称为1帧.
(2) 数据接收 REN=1，RI=0时，启动接收
①若SM2=0，接收到的8位数据送SBUF，第9位数据送RB8。
② 若SM2=1，接收到的第9位数据为0，数据不送 SBUF；接收到的第9位数据为1，数据送SBUF，第9 位送RB8。

微机原理08

准备好，则执行输入传送指令；如果输出外部设备为空闲状态，则执行输
出传送指令
接口电路包括传输数据端口和传送状态端口（指示输入设备准备好和输出
设备为空）
输
输入设备发选通信号，使数据输入到数据端口（数据锁存器），并使传送
入
状态端口的READY置1，CPU读取状态字，若状态字指示外设已准备好，
输
则从数据端口读入数据。
b. 面向比特型：同步数据链路控制规程（SDLC），每帧都有开始标志和结束标志（即01111110）
3. 可编程串行通信接口芯片8251A
D2 D3 RxD GND
串
D4
行
D5
接
D6 D7
口
TXC(平)
WR(平)
CS(平)
C/D(平) RD(平)
RXRDY
8251A
D1 D0 VCC(+5V) RxC(平)
X
并
程序段
行
MOV DX, 0003H ；设控制字寄存器的端口地址
接
MOV AL，82H ；设工作方式控制字
口
OUT DX，AL ；送控制字
MOV DX，0000H ；设端口A地址
MOV AL，需要输出的数据
OUT DX，AL
MOV DX，0001H ；设端口B地址
IN AL，DX ；从端口B输入数据
10，11，端口A方式2
置位/复位控制字
0
—
——
——
D3
D2
D1
D0
D0：1，置位
并行
0，复位 D3~D1：000~111，分别为PC0~PC7置位/复位
接
口
1）方式0：
用于同步并行传输，PA、PC4~PC7、PB、PC0~PC3分别进行输入/输出，执行IN和OUT指令

第8章串行接口芯片

8.2 串行通信接口标准
一、串行接口标准EIA RS-232C接口
? 美国电子工业协会 EIA制定的通用标准串行接口
? 1962年公布，1969年修订 ? 1987年1月正式改名为EIA-232D
? 设计目的是用于连接调制解调器 ? 现已成为数据终端设备 DTE与数据通信设备 DCE的
标准接口
? DTE——数据终端设备，例如计算机 ? DCE——数据通信设备（数传机），例如调制解调器）
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，如图所示。
A站
B站
发送器
发送器
接收器
接收器
半双工方式示意图
特点：①每端需有一个收/发切换电子开关 ②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
（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
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 /s) 即波特率来表示。
1波特=1 bit/s （bps ）
4、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。
5、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。
波特率因子n=16时，对数据的采样
4、异步接收/发送器（UART）
串行接口的基本结构主要是异步接收 /发送器（UART），它不仅包括并行数据和串行数据之间的相互转换，还有检测串行通信在传送过程中可能发生错误的逻辑部件。
5、信号的调制和解调（远程通信）由于模拟信号的传输比数字信号传输
3、串行通信的同步

《微型计算机通信与接口技术》-第八章

8.1.4传输速率与传输距离 8.1.4传输速率与传输距离
发送／ 2 发送／接收时钟在串行传输过程中，二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现的，如何对这些数字波形定时发送出去或接收进来，以及如何对发／收双方之间的数据传输进行同步控制的问题就引出了发送／接收时钟的应用。在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）作用下将发送移位寄存器的数据按串行移位输出；在接收数据时，接收器在接收时钟（上升盐）作用下对来自通信线上串行数据，按位串行移入移位寄存器。可见，发送／接收时钟是对数字波形的每一位进行移位操作，因此，从这个意义上来讲，发送／接收时钟又可叫做移位始终脉冲。另外，从数据传输过程中，收方进行同步检测的角度来看，接收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具。为此，接收器采用比波特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力。
8.1.6 异步通信方式
通信控制规程(传输控制规程、通信协议通信控制规程传输控制规程、通信协议):数据格式、传输控制规程同步方式、传输速度、检错纠错方式、控制字符定义等异步协议——起止式通信协议异步协议同步协议:面向字符、面向比特、面向字节计数同步协议
1. 起止式异步通信数据格式
1）特点与格式
BSC采用字符(DLE)填充法字符(DLE)填充法字符(DLE)
8.1.7 同步通信方式
3. 面向比特的同步通信数据格式
IBM的SDLC——同步数据链路控制规程 ISO的HDLC——高级数据链路控制规程 ANSI的ADCCP——先进数据通信控制规程
只有细微差别
2）帧信息的分段
1）特点与格式
特点：特点：
8.1.3信息传送方向 8.1.3信息传送方向
在串行通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照数据流的方向可分成三种基本的传送方式：全双工、半双工、和单工。但单工目前已很少采用，下面仅介绍前两种方式。全双工方式（ duplex） ⑴全双工方式（full duplex）当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2根数据线传送数据信号。（可能还需要控制线和状态线，以及地线）。

微机原理第8章串行输入输出接口

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三、8251A管脚功能
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1、与CPU的接口信号
①DB7～DB0:8251A的外部三态双向数据总线，它可以连到CPU的数据总线。CPU与8251A之间的命令信息、数据以及状态信息都是通过这组数据总线传送的。 ②CLK——由CLK输入产生8251A的内部时序。CLK的频率在同步方式工作时，必须大于接收器和发送器输入时钟频率的30倍：在异步方式工作时，必须大于输入时钟的4.5倍。另外，规定CLK的周期要在0.42ｕs到1.35ｕs的范围内。 ③ CS ——选片信号，它应由CPU的 M IO及地址信号经译码后供给。 ④C D ——控制／数据端。在CPU读操作时，若此端为高电平，由数据总线读入的是8251A的状态信息；此端为低电平，读入的是数据。在CPU写操作时，此端为高电平，CPU通过数据总线输出的是命令信息；此端为低电平，输出的是数据。此端通常连到CPU地址总线的A0。
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（2）设置波特率因子在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟来决定每1位对应的时间长度，接收端也需要用一个时钟来测定每1位的时间长度，前一个时钟叫发送时钟，后一个时钟叫接收时钟。这两个时钟的频率可以是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就称为波特率因子。
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（3）设置数据的传送格式：
TXD MCS51 RXD
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2．BIOS串行通信口功能
IBM PC及其兼容机提供了比较灵活的关于串行口的BIOS中断调用方法，即通过 INT 14H调用ROM BIOS串行通信口例行程序。该例行程序包括将串行口初始化为指定的字节结构和传输速率，检查控制器的状态，读写字符等功能
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3．举例
空闲状态，等待CPU对其的初始化编程。

(微机原理)第8章串行输入输出接口

(微机原理)第8章串行输入输出接口
功能描述
串行输入输出接口的定义
介绍串行输入输出接口的基本概念和作用。
实现方式和特点
探讨不同实现方式，以及串行输入输出接口的独特特点。
数据的传输方式
1 串行输入
阐述串行输入数据的传输方式以及相关原理和技术。
2 串行输出
详解串行输出数据的传输方式以及相关实现方法和应用。
医疗设备
阐述串行输入输出接口在医疗设备上的应用，如心电图仪。
总结和重点
1 应用广泛
总结串行输入输出接口的广泛应用领域和重要性。
2 技术要点
强调串行输入输出接口的技术要点和关键概念。
接口的配置和操作
1
配置
讲解如何正确配置串行输入输出接口来确保正常的数据传输。
2
操作介绍如何Leabharlann 作串行输入输出接口进行数据输入和输出。
3
实例演示
用一个实际案例演示正确配置和操作串行输入输出接口的过程。
应用场景和实例
工业自动化
展示串行输入输出接口在工业自动化领域中的应用，如机器人组装线。
销售终端
说明串行输入输出接口在销售终端系统中的使用，如POS系统。

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8.2 串行通信的基本技术
一、串行通信方式 1、异步通讯异步通信是指以字符为单位传送数据，异步通信是指以字符为单位传送数据，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符，两次传送时间隔不固定。结束字符，两次传送时间隔不固定。 2、同步通信异步通讯为了可靠地传送数据，异步通讯为了可靠地传送数据，在每次传送数据的同时，附加了一些标志位。次传送数据的同时，附加了一些标志位。在大量数据传送时，为了提高速度，在大量数据传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，这就是同步通讯。掉这些标志，这就是同步通讯。采用同步传送，在数据块开始处要用同步字符来指传送，示，并在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步。实现同步。
2. 控制寄存器的格式（操作命令控制字）控制寄存器的格式（操作命令控制字）
接收
发射
3. 状态寄存器的格式（状态控制字（读））状态寄存器的格式（状态控制字（
四、举例
例：编写8251异步模式下的接收和发送例：编写8251异步模式下的接收和发送程序，设端口地址：90H，92H，波特率程序，设端口地址：90H，92H，波特率因子16 因子16，1起始位，1停止位，无奇偶校 16，起始位，1 验，每字符8 验，每字符8位。
二、串行通讯中的数据传送方向
1、半双工每次只能有一个站发送。站发送。 2、完全双工两个站都能同时发送称完全双工。发送称完全双工。
异步接收/发送器（UART）三、异步接收/发送器（UART）串行接口的基本结构主要是异步接收/ 串行接口的基本结构主要是异步接收/ 发送器（UART），），它不仅包括并行数据发送器（UART），它不仅包括并行数据和串行数据之间的相互转换，和串行数据之间的相互转换，还有检测串行通信在传送过程中可能发生错误的逻辑部件。逻辑部件。
二、串行通信的实现
1、并行通信和串行通信的特点：信的特点：
串行通信是逐位传送数据，串行通信是逐位传送数据， TXD 所以一个多位数据需要多次传送。比如一个8 多次传送。比如一个8位计算机的字节型数据至少需要8 的字节型数据至少需要8 RXD 次传送。它有如下特点：次传送。它有如下特点：速度较慢；速度较慢；引线少；引线少；距离长。距离长。
Q
出移位寄存器 D1 ……
0 0 0 1 0
D7
D
Q
D CLK
Q ……
D CLK
Q
并出串入移位寄存器
3、串行通信的同步
为了可靠的串行通信，为了可靠的串行通信，同步信号起到至关重要的作用。在理想情况下，重要的作用。在理想情况下，同步信号应该在数据信号线上出现有效数据期间的中心点有效，心点有效，因为这时数据线上的数据是最稳定的。稳定的。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
同步脉冲
但在典型的串行通信系统中，是不但在典型的串行通信系统中，存在同步信号线的！存在同步信号线的！如何实现串行通信的中数据传送的同步呢？的中数据传送的同步呢？系统从软件和硬件两方面采取了如下三个措施：硬件两方面采取了如下三个措施：
（1）设置波特率波特率是指单位时间内传送的位数，单位是比特/ 送的位数，单位是比特/秒。设置数据的传送格式，（2）设置数据的传送格式，一般地串行通信在传送数据时，在传送数据时，并不是单纯地传送数据位信息。为了使数据传送可靠，信息。为了使数据传送可靠，还设定了其他一些辅助位。他一些辅助位。
8251A芯片是INTEL公司生产的大规模集成 8251A芯片是INTEL公司生产的大规模集成芯片是INTEL 电路芯片，是与INTEL系列CPU INTEL系列CPU兼容的可编程的电路芯片，是与INTEL系列CPU兼容的可编程的串行通讯接口。虽然8251A功能较强， 8251A功能较强串行通讯接口。虽然8251A功能较强，但它需要外部时钟电路。因此采用8251A 8251A作为接口电要外部时钟电路。因此采用8251A作为接口电路时需要比较复杂的外围电路。路时需要比较复杂的外围电路。而目前流行的单片机如MCS51系列，CPU内部就集成了串行接 MCS51系列单片机如MCS51系列，CPU内部就集成了串行接口部件及定时器/计数器，口部件及定时器/计数器，几乎不需要外围辅助电路，使用起来非常简单，性能价格比很高，助电路，使用起来非常简单，性能价格比很高，因此现在越来越多的数字化仪器仪表电路中不再采用8251A 8251A而是使用单片机作为串行通信接再采用8251A而是使用单片机作为串行通信接口了。口了。
3．调制解调控制电路． /DTR——数据终端准备好信号。是由825IA送往数据终端准备好信号。 825IA送往 /DTR 数据终端准备好信号是由825IA 外设的，表示CPU当前已经准备就绪。 CPU当前已经准备就绪外设的，表示CPU当前已经准备就绪。 /DSR——数据设备准备好。是外设送往825lA的，数据设备准备好。 825lA的 /DSR 数据设备准备好是外设送往825lA 表示当前外设已经准备好数据。表示当前外设已经准备好数据。 /DTR /DSR
现在的台式PC机一般至少有两个RS 232串现在的台式PC机一般至少有两个RS－232串 PC机一般至少有两个RS－行口COM1 COM2，通常COM1使用的是9 COM1和 COM1使用的是行口COM1和COM2，通常COM1使用的是9针D形连接器， COM2使用的是老式的DB25针连接器使用的是老式的DB25针连接器。接器，而COM2使用的是老式的DB25针连接器。
二、内部结构
发送和接收电路
总线接口部分调制解调控制电路
1．发送器． a. 数据输出线数据输出线TxD b. 发送时钟 TxC c. 发送器准备好 TxRDY d. 发送器空信号 TxEMPY 过程 TxRDY有效 CPU写数据到写数据到8251 8251发数据有效写数据到发数据发送完毕，发送完毕，TxEMPY有效有效 2．接收器． a. 数据输入线数据输入线RxD b. 接收时钟 RxC c. 接收器准备好 RxRDY 过程 8251发数据 RxRDY有效 CPU读8251 发数据有效读
2、8251工作方式 8251工作方式方式选择控制字
0 1
0 0 1
1 1 0 ＝4EH
操作命令控制字
0
0
1
1
0
1
1
1 ＝37H
3、程序 8251初始化设置初始化设置： 8251初始化设置：先对825lA软件复位，一般采用先送3 825lA软件复位 a、先对825lA软件复位，一般采用先送3个0，再送1 40H的方法这也是8251A 的方法， 8251A的编程再送1个40H的方法，这也是8251A的编程约定，40H可以看成是使8251A执行复位操可以看成是使8251A 约定，40H可以看成是使8251A执行复位操作的实际代码。作的实际代码。 8251A进行工作方式及操作命令设置 b、对8251A进行工作方式及操作命令设置
a. 奇偶错误如上所述，在接收时， UART检查接收到的每一个字符的如上所述，在接收时， UART 检查接收到的每一个字符的的个数这个标志， “1”的个数这个标志，发出奇偶校验出错信息。的个数这个标志发出奇偶校验出错信息。 b. 帧错误若接收到的字符格式不符合规定(如缺少停止位等)，则置位该标志，发出帧出错信息。 c. 丢失溢出错误丢失(溢出溢出)错误 UART是一种双缓冲器结构。例如，在接收时，接收的数据先由移位寄存器移位，把串行数据变成并行数据，然后送到接收数据寄存器，由输入指令将数据送到CPU中。由于数据送到接收数据寄存器，所以即使CPU还没取走这个数据， UART也可以接收另一个新的字符。但若UABT接收到第二个字符的停止位，且要把第二个字符传送到接收数据寄存器时，CPU还没取走上一个数据，于是第一个数据会被丢失。如果UART出现这种情况就置位丢失(溢出)标志，发出丢失出错信息。
四、信号的调制和解调由于模拟信号的传输比数字信号传输更为有效，输更为有效，因而可将数字信号调制成模拟信号进行传输，模拟信号进行传输，用解调器把接收的模拟信号再转换成数字信号。模拟信号再转换成数字信号。
可编程串行通讯接口芯片8251A 8251A简介 8.3 可编程串行通讯接口芯片8251A简介
8251
Modem
/RTS——请求发送信号。是8251A送往外设的，请求发送信号。 8251A送往外设的， /RTS 请求发送信号送往外设的表示CPU已经准备好发送。 CPU已经准备好发送表示CPU已经准备好发送。 /CTS——清除请求发送信号。由外设送往825lA 清除请求发送信号。 /CTS 清除请求发送信号由外设送往825lA 的，当为低电平时，允许825lA执行发送操作。当为低电平时，允许825lA执行发送操作。 825lA执行发送操作 /RTS /CTS
TXD 外设 RXD
2、串行通信的硬件条件在硬件上，在硬件上，串行通信系统的核心部件是移位寄存器，是移位寄存器，其中在发端要有一个并入串出移位寄存器，并入串出移位寄存器，在收端要有一个串入并出移位寄存器。个串入并出移位寄存器。
D6 ……
0 0 0 1 0 1
D0
1 0
D
Q
D CLK
8251 RxC
TxC
8253 OUT CLK GATE +5v
1.8432M
解： 8253工作方式及计数初值 1、8253工作方式及计数初值工作方式 mode3 8253输出频率输出频率： 8253输出频率： fout＝ fout＝9600*16=153600=153.6K fclk=1M N=1000/153.6=~6.51(不能用！) N=1000/153.6=~6.51(不能用！不能用 fclk=1.8432M N=12