8-3串行接口芯片8251A

串行接口芯片8251A
8251A基本功能
⏹可用于同步和异步通信方式（通信方式通过对方式字
编程实现）：
☐同步方式：波特率0-64Kbps，每个字符可为5~8位，可使用内部同步检测和外部同步检测，能自动插入同步字符。

☐异步方式：波特率0-19.2Kbps，每个字符可为5~8位，自动增加起始位、停止位和校验位。

时钟TxC，RxC的时钟频率为传输
波特率的1，16和64倍。

⏹全双工，具有双缓冲器接收器和发送器；
⏹出错检测，具有奇偶、溢出和帧错等检测电路。

8251A的内部结构
8251A的内部结构主要包括：数据总线缓冲器、接收缓冲器、接收控制电路、发送缓冲器、发送控制电路、调制/解调控制电路、读/写控制逻辑电路等
数据总线
缓冲器
发送缓
冲器
发送控制
电路
接收缓
冲器
接收控制
电路
D0～D7
SYNDET
RxD
RxRDY
读写控
制电路
C / D
CLK
RESET
RD
WR
CS
DSR
CTS
DTR
RTS
RxC
TxC
TxE
TxRDY
TxD
调制解调
控制电路
内
部
总
线
8251A的内部结构
⏹发送器：包括发送缓冲器和发送控
制电路
☐采用异步方式时，则由发送控制电路自动在其首尾加上起始位、奇偶校验位和
停止位，然后从起始位开始，经移位寄
存器从数据输出线TxD逐位串行输出。

发送速率取决于TxC接收的发送时钟频
率，可以编程定义是发送速率的1、16、
64倍。

8251A的内部结构
☐采用同步方式，则在发送数据之前，发送器将自动送出1个或2个同步字符，然
后才逐位串行输出数据。

◆如果CPU与8251A之间采用中断方式交换
信息，那么TxRDY可作为向CPU发出的中
断请求信号，表示发送缓冲器已空，可
以接收CPU下一个数据。

◆当发送器中的8位数据串行发送完毕时，
由发送控制电路向CPU发出TxE有效信号，
表示发送器中移位寄存器已空。

8251A的内部结构
⏹接收器：包括接收缓冲器和接收控制电路
从RxD引脚上接收串行数据转换成并行数据
后存入接收缓冲器。

☐异步方式：在RxD线上检测低电平，将检测到的低电平作为起始位，8251A开始进行采样，完成字符装配，并进行奇偶校验和去掉停止位，变成了并行数据后，
送到数据输入寄存器，同时发出RxRDY信号送CPU，
表示已经收到一个可用的数据。

8251A的内部结构
同步方式：首先搜索同步字符，8251A监测RxD线，每当RxD线上出现一个数据位
时，接收下来并送入移位寄存器移位，
与同步字符寄存器的内容进行比较，如
果两者不相等，则接收下一位数据，并
且重复上述比较过程。

当两个寄存器的
内容比较相等时，8251A的同步检测引脚
SYNDET变为高电平，表示同步已经实现。

8251A的内部结构
☐采用双字符同步方式，在测得输入移位寄存器的内容与第一个同步字符寄
存器的内容相同后，再继续检测此后
输入移位寄存器的内容是否与第二个
同步字符寄存器的内容相同。

如果相
同，则认为同步已经实现。

☐在外同步情况下，同步输入端SYNDET 加一个高电位来实现同步。

8251A的内部结构
实现同步之后，接收器和发送器间就开始进行数据的同步传输。

这时，接
收器利用时钟信号对RxD线进行采样，
并把收到的数据位送到移位寄存器中。

同时，在RxRDY引脚上发出一个信号，
表示收到了一个字符。

8251A的内部结构
⏹数据总线缓冲器
☐数据总线缓冲器是CPU与8251A之间的数据接口。

☐它包含3个8位的缓冲寄存器：两个寄存器分别用来存放CPU向8251A读取的
数据或状态信息；一个寄存器用来存
放CPU向8251A写入的数据或控制信息。

8251A的内部结构
⏹读/写控制电路
读/写控制电路用来配合数据总线缓冲器的工作。

功能如下：
☐写控制信号WR，控制来自数据总线的数据或控制字写入8251A；
☐读控制信号RD，控制数据或状态字从8251A送数据总线；
8251A的内部结构
☐控制/数据信号C/D，高电平时为控制字或状态字；低电平时为数据。

相当于芯
片内部端口选择（接CPU的低位地址
线）。

与读、写控制信号配合工作☐时钟信号CLK完成8251A的内部定时，要比接收时钟和发送时钟频率高；
☐复位信号RESET，使8251A处于复位状态；
片选CS。

8251A的内部结构
⏹调制解调控制电路
调制解调控制电路用来简化8251A和调制解调
器的连接，从而实现数字信号与模拟信号之间的转换。

☐DTR：数据终端准备好信号，通知外部设备，CPU当前已经准备就绪。

☐DSR：数据设备准备好信号，表示当前外设已经准备好。

☐RTS：请求发送信号，表示CPU已经准备好发送。

☐CTS：允许发送信号，是对RTS的响应，由外设送往8251A。

8251A与CPU、外设之间的连接
8251A的编程 8251A是一个可编
程的多功能芯片，在使用时必须对其进行初始化编程，用以确定工作方式、命令、波特率、字符格式、同步字符等。

复位操作
输出方式字
同步方式？
输出第一个
同步字
输出第二个
同步字
双同步？
输出命令字
复位
结束
出错
处理
输入状态字
传送数据
有错？
传送完？
Y
N
Y
N
Y
N
Y
N
Y
N
8251A的编程
编程流程包括两大方面：
⏹由CPU发给8251A的控制字，即方式选择控制字和操作命
令控制字；共用一个端口地址(C/D=1)，按顺序写入。

☐异步方式：在方式选择控制字写入后，紧接着必须写入操作命令控制字。

☐同步方式：在方式选择控制字写入后，先完成同步字符的写入，再写入操作命令控制字。

⏹由8251A向CPU发送状态字
8251A的编程
⏹方式选择控制字，简称方式字
☐对8251A的工作方式进行选择，约定双方的通信方式，
数据格式，传送速率等问题。

⏹操作命令控制字，简称命令字
☐确定8251A的实际操作类型，迫使8251A进入某种操作
或工作状态，以便接收或发送数据。

⏹状态字
☐保存能反映8251A当前工作状态的状态字，包括数据
收发的就绪状态、同步状态、出错信息等内容。

17
8251A 的编程
方式字对应于8位模式寄存器，异步
方式各位的定义如下：
S 1
S 2
EP
PEN
L 1L 2
B 1
B 201：异步方式×110：异步方式×1611：异步方式×64
00：5位字符长度01：6位字符长度10：7位字符长度11：8位字符长度
x0：无奇偶校验位01：奇校验11：偶校验00：无效
01：1位停止位10：1.5位停止位11：2位停止位
8251A 的编程
同步方式下方式字各位的定义如下：
SCS ESD
EP
PEN
L 1
L 2
与异步方式相同
1：SYNDET 为输入（外同步）0：SYNDET 为输出（内同步）
1：单字符同步0：双字符同步
8251A 的编程
命令字对应于8位的控制寄存器，其
各位的定义如下：
EH IR RTS ER
RxE SBRK
TxEN
DTR
1：使TxD 变低，发送终止字符0：正常工作
1：允许发送0：禁止发送
1：允许接收0：禁止接收1：使DTR 引脚输出低电平
1：使错误标志PE ，OE ，FE 复位
1：使RTS 引脚输出低电平1：启动搜索同步字符1：内部复位
8251A 的编程
⏹状态字对应于8位状态寄存器，其状态位是8251A 在执行命
令过程中产生的。

⏹状态寄存器的某一位置1，表示有效。

FE 、OE 、PE 均由操作命令控制字的D 4（ER ）位置1来复位。

出错状态置位，只指明错误，不禁止8251A 的操作。

DSR
SYNDET /BRKDET
FE OE TxE
PE TxRDY
RxRDY 同步检测/断点检测
溢出错误数据装置准备好帧错误（只用于异步方式）
奇偶错误发送器空
接收器准备好发送器准备好
8251A的编程 8251A初始化时，一定要在写方式字之前先使用复位命令对
8251A进行内部的复位操作。

MOV DX，309H
MOV AL，40H
OUT DX，AL
EH IR RTS ER RxE
SBRK TxEN
DTR
1：使TxD变低，发送终止字符
0：正常工作
1：允许发送
0：禁止发送
1：允许接收
0：禁止接收
1：使DTR引脚输出低电平
1：使错误标志
PE，OE，FE复位
1：使RTS引脚输出低电平
1：启动搜
索同步字符
1：内部复位
01000000
1
1
1
1
1
1
8251A 的编程
⏹异步方式下的初始化例：
☐复位命令——方式字——命令字——数据收发
MOV DX ，309H
MOV AL ，40H ；复位命令OUT DX ，AL MOV AL ，0FAH OUT DX ，AL ;设置方式字，为异步模式；波特率因子为16；
用7个数据位，偶校验，2个停止位
MOV AL ，37H OUT DX ，AL ;设置命令字，使发送启动、接收启动，并设置
RTS 和DTR 有效
S 1
S 2
EP
PEN
L 1
L 2
B 1
B 2
01：异步方式×110：异步方式×1611：异步方式×64
00：5位字符长度01：6位字符长度10：7位字符长度11：8位字符长度
x0：无奇偶校验位01：奇校验11：偶校验00：无效
01：1位停止位10：1.5位停止位11：2位停止位
8251A 的编程
⏹异步方式下的初始化例：
☐复位命令——方式字——命令字——数据收发
MOV DX ，309H
MOV AL ，40H ；复位命令OUT DX ，AL MOV AL ，0FAH OUT DX ，AL ;设置方式字，为异步模式；波特率因子为16；
用7个数据位，偶校验，2个停止位
MOV AL ，37H OUT DX ，AL ;设置命令字，使发送启动、接收启动，并设置
RTS 和DTR 有效
EH
IR
RTS
ER
RxE SBRK TxEN
DTR 1：使TxD 变低，发送终止字符0：正常工作1：允许发送0：禁止发送
1：允许接收0：禁止接收
1：使DTR 引脚输出低电平
1：使错误标志PE ，OE ，FE 复位1：使RTS 引脚输出低电平
1：启动搜索同步字符
1：内部复位，
0110111
8251A 的编程
⏹同步模式下的初始化例
☐
复位命令——方式字——同步字符——命令字——数据收发
MOV DX ，309H
MOV AL ，40H ；复位命令
OUT DX ，AL MOV AL ，0B8H OUT DX ，AL ;设置方式字为同步模式，2个同步字符，
7个数据位，偶校验
MOV AL ，16H OUT DX ，AL ;同步字符为16H MOV AL ，0B7H OUT DX ，AL ;设置控制字，并启动
101
1
1
SCS ESD
EP
PEN
L 1
L 2
与异步方式相同1：SYNDET 为输入（外同步）0：SYNDET 为输出（内同步）1：单字符同步
0：双字符同步
8251A 的编程
⏹同步模式下的初始化例
☐复位命令——方式字——同步字符——命令字——数据收发
MOV DX ，309H MOV AL ，40H ；复位命令OUT DX ，AL MOV AL ，0B8H OUT DX ，AL ;设置方式字为同步模式，2个同步字符，
7个数据位，偶校验
MOV AL ，16H OUT DX ，AL ;同步字符为16H MOV AL ，0B7H OUT DX ，AL ;设置控制字，并启动
EH IR
RTS
ER
RxE SBRK TxEN DTR
1：使TxD 变低，发送终止字符0：正常工作1：允许发送0：禁止发送
1：允许接收0：禁止接收
1：使DTR 引脚输出低电平1：使错误标志PE ，OE ，FE 复位1：使RTS 引脚输出低电平1：启动搜索同步字符
1：内部复位
1
0110111。