第9章 串行通信接口技术

5. 调制与解调器
异步通信的RS-232-C传输的是高、低逻辑电平，脉冲信号是 具有宽频带的数字信号，不可能传输长距离。解决的办法是：在 发送端将数字信号转换成音频信号，通过电话线进行传输，在接 收端将收到的音频信号还原成数字信号，前者称为调制，后者称 为解调。在双工通信中，收、发双方都需要接收与发送，所以， 通常将调制与解调制做在一起，称之为调制与解调器，即MODEM （Modulator-Demodulator）。
2．8250的内部结构
图9-4 内部结构图
表9-1 10个寄存器的名称 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 寄存器名称 接收数据寄存器（RDR） 发送保持寄存器（THR） 中断允许寄存器（IER）
波特率除数锁存器（BRDL）（低字节） 波特率除数锁存器（BRDH）（高字节）
只读寄存器 只读
图9-5
8250引脚信号图
4．8250和RS-232-C接口之间电平的转换
两种电平的比较如表9-2所示。从表中可以看出， RS-232-C电平比TTL电平的抗干扰容限大得多，适应于 计算机外部数据的传输，传输距离一般可以达 15m左右。
表9-2 TTL电平和RS-232-C电平
逻辑值 0 1 TTL电平 0伏 3.6伏左右 RS-232-C电平 +3伏～+15伏 -3伏～-15伏 备注 PC台式机一般是+10伏 PC台式机一般是-10伏
PE
=1，出现 奇偶错
=1，发送 =1，正在 保持寄存 传输中止 器空，数 符 据已经移 出到发送 移位寄存 器中
=1，出现 =1，表示 溢出错 已经接收 到一个数 据，CPU 读取数据 后，自动 清0
图9-11
通信线路状态寄存器（LST）各位的定义
(5)MODEM状态寄存器
MODEM状态寄存器MSR的端口地址是3FEH，其格式如图9-12所示。
(1) 串行传输的波特率 串行传输的波特率是指每秒钟传输二进制的位数，波特率也称 串行传输的速率，1波特= 1bps，例如，串行传输每秒钟传输 1200位二进制数，则称传输的波特率是1200bps，或简称波特率 是1200。 (2) 发送/接收时钟脉冲 发送/接收时钟脉冲的频率与波特率的关系如下： 发送/接收时钟脉冲频率 = n × 发送/接收波特率
图9-10 MODEM控制寄存器格式及定义
【例9-6】 如果要使引脚信号DTR 、 RTS 有效，OUT1 、 OUT2 和 LOOP无效，对MODEM控制寄存器编程如下： MOV DX，3FCH ；MCR的地址 MOV AL，00000011B ；MCR的控制字 OUT DX，AL 【例9-7】 通过8250的自发自收，实现串行通信接口的自诊断。 主要程序段如下： MOV DX，3FCH ；MCR的地址 MOV AL，00010011B ；LOOP位置“1” OUT DX，AL
设置停止位个数： 设置数据位个数： 0 1 位 00 5 位 1 1.5位（数据位为5位时） 01 6位 1 2位（数据位为6～8位时）10 7位 11 8位
通信线路控制寄存器（LCR）的格式及定义
【例9-3】 通信线路控制寄存器（LCR）的编程示例。设置发送数 据位为7位，1位停止位，1位偶校验位，其程序段为： MOV DX，3FBH ；LCR的地址 MOV AL，00011010B ；LCR内容数据格式参数 OUT DX，AL 【例9-4】 如果8250外部提供的基准时钟频率为1.8432MHz（由外 部通过引脚输入），计算波特率为9600bps时的波特率除数锁存器 的值BRD。 解：BRD=1843200/(16 × 9600) = 000CH
(2) 半双工方式
半双工方式能使数据从A站传送到B站，也能从B站传送到A站， 但是每次只允许有一个站发送，另一个站接收，任意一个站都不 能同时进行收、发，但通信双方可以交替地进行发送和接收数据。 (3) 全双工方式
全双工方式的发送和接收由两条不同的通信线传输，允许通信 双方同时进行发送和接收。
2. 波特率与收/发时钟
只写寄存器
只写 只写 只写 只写
只读
中断识别寄存器（IIR） 线路控制寄存器（LCR） MODEM控制寄存器（MCR） 线路状态寄存器（LSR）
可读
只写 只写 可写（以便自查 中断系统）
10
MODEM状态寄存器（MSR）
只读
3．引脚功能 如图9-5所示，8250芯片外部有40条引脚，除40号引脚VCC、 20号引脚GND和29号脚空出之外，其余37条引脚功能分述如下。
【例9-5】 如果选取波特率是9600bps，则从表9-4可查得相应的高 8位除数值为00H，低8位除数值为0CH，按照先送除数锁存器低字节， 后送除数锁存器高字节的顺序，分别装入除数锁存器中。 编程如下： MOV DX，3FBH ；置LCR的地址 MOV AL，80H ；置D7=1，表示允许访问BRD OUT DX，AL MOV DX，3F8H ；除数锁存器低字节的地址 MOV AL，0CH OUT DX，AL ；写入除数锁存器的低字节 MOV DX，3F9H ；除数锁存器高字节的地址 MOV AL，00H OUT DX，AL ；写入除数锁存器的高字节。
(4)通信线路状态寄存器 通信线路状态寄存器LSR的端口地址是3FDH。通信线路状态 寄存器提供串行异步通信口的当前状态，供CPU读取和判断，LSR 各位的定义如图9-11所示。
D7 D6 D5 THRE D4 BI D3 FE
=1，出现 帧格式错
D2
D1 OE
D0 DR
LSR
0
TSRE
=1，发送 移位寄存 器空，数 据已经移 出到发送 线上
D7 D6 D5 MCR 0 0 0
未用，写0
D4
D3 OUT2
置1，OUT2 引脚为0， 否则为1
D2 OUT1
置1，OUTRTS
置1，RTS 引脚为0， 否则为1
D0 DTR DTR 置 1， 引脚为0， 否则为1
LOOP
置1，允许 自检，8250 自发自收， 置0，正常 通信
置1，允许 调制解调状 态改变中断
D2
D1
D0
IER
0 0 0 0
未用，写0
ELSI
置1，允许 接收线路状 态中断
ETBEI
置1，允许 发送保持寄 存器空中断
ERBFI
置1，允许 接收数据准 备好中断
图9-9
中断允许寄存器格式及意义
(3)MODEM控制寄存器
MODEM控制寄存器MCR的端口地址是3FCH，它用来设置与调制 解调器相关的联络信号，还设置8250有关的工作信号。MCR格式 及定义如图9-10所示。
图9-7 MAX232内部逻 辑结构及引脚信号图
9.2.2 8250编程
1. 8250的寻址
表9-3 8250内部寄存器端口地址 适配器地 址 3F8H 3F9H 3F8H DLAB A2 A1 A0 访问寄存器名称
1 1 0 0 × × × × × ×
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
3F9H 3FAH 3FBH 3FCH 3FDH 3FEH 3FFH
波特率除数锁存器（低字节） 波特率除数锁存器（高字节） 接收数据寄存器（读） 发送保持寄存器（写） 中断允许寄存器 中断识别寄存器 线路控制寄存器 MODEM控制寄存器 线路状态寄存器 MODEM状态寄存器 保留
3. 异步通信及其协议
异步通信（Asynchronous Data Communication）以一个字 符为传输单位，用起始位表示一个字符的开始，用停止位表示一 个字符的结束，一个字符一个字符地传送。
一帧 第n个字符
第n+1个字符
D0
空闲位 起始位
D1
数据位（5～8位）
Dx
校验位
(1～2位) 停止位 空闲位 起始位
图9-2
幅度调制
图9-3
频率键移调制
9.2
可编程异步通信接口芯片8250
通用异步接收/发送（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter，UART）的硬件电路有典型的集成芯片8250、16550 等。在CPU的控制下，通过编程可以实现异步通信。
9.2.1 基本功能、内部结构和引脚功能
4. 传输电平
在有线串行通信中，没有调制与解调器的情况下，根据实际 通信的距离，传输电平通常有三种：TTL电平，RS-232-C电平， RS-485电平。 TTL电平：逻辑1，3.6V左右，逻辑0，0.3V以下。 RS-232-C电平：逻辑1，-3V～-15V，逻辑0，+3V～+15V。 RS-485电平：两线传输的差动信号，分为A端和B端，(VAVB)≥0.2V～5V，代表逻辑1，（VA-VB）≤-0.2V，代表逻辑0。 最大特点是传输距离远，抗共模干扰能力强。
D7 LCR DLAB
除数寄存器访 问允许： 1 允许 0 正常通信
D6
D5 SPB
××0 0 0 1 0 1 1 1 0 1
D4 EPS
D3 PEN
D2 STB
D1
D0
SBRK
中止字符 控制： 1 发送中 止字符 0 无作用
WLS1 WLS0
图9-8
无校验位 设置奇校验 设置偶校验 设置附加奇校验 位为1 1 1 1 设置附加奇校验 位为0
D0
图9-1
异步通信的帧格式
【例9-1】 如果一个异步传送的串行字符由1位起始位，7位数据 位，1位奇偶校验位和1位停止位，共计10位构成，每秒钟传送 480个字符，求传送数据的波特率。 解： 波特率 = 10位/字符×480字符/秒 = 4800位/秒 = 4800bps = 4800波特 关于异步传送串行通信的波特率，国际上规定了一个标准的 波特率系列，常用的波特率为4800bps、9600bps、19200bps和 38400bps。