第10章 串行通信和可编程接口芯片8251A

4．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： （1）接收写信号WR，并将来自数据总线的数据和控制字写入 8251A； （2）接收读信号RD，并将数据或状态字从8251A送往数据总线； （3）接收控制/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）。 控制信号的组合与功能同前。
4. 特点：传送效率高，一次传送多个字符，传送速率高，可达 500Kbps以上。 5. 发送时钟和接收时钟（P362）
为了保证发送的数据和接收的数据保持一致，串行通信中 每一位二进制数的持续时间必须是固定的。因此，在发送端和 接收端必须有一个时钟来定时，它们分别称为发送时钟和接收 时钟。
（1）发送时钟：并行的数据序列被送入移位寄存器，然后通过
（4）接收时钟信号CLK完成8251A的内部定时；
（5）接收复位信号RESET，使8251A处于复位状态。
5. 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。
10.2.3 8251A的CPU、外设之间的连接
1. 8251A的C/D与8086的连接： 8086规定，低8位数据总线的数据总是读写于偶地址单元或端 口，高8位数据总线的数据总是读写于奇地址单元或端口。因此， 8位接口芯片若连在8086的低8位数据总线上，则8位接口芯片的端 口地址必须都是偶地址（A0=0）； 8位接口芯片若连在8086的高8 位数据总线上，则8位接口芯片的端口地址必须都是奇地址 （A0=1） 。所以， 8位接口芯片与8086的数据总线连接完后， A0 的值就固定了，不能更改。 所以： 8位接口芯片与8086连接，只能用A1A2……地址线选择芯 片内部的端口，即，将8位接口芯片的地址线连接到8086的 A1A2……上，而不能连到8086的A0上。
10.2
可编程串行接口芯片8251A
10.2.1 8251A的基本性能 8251A是可编程的串行通信接口芯片，基本性能：
1．两种工作方式：同步方式（波特率为0~ 64Kbps），异步方式 （波特率为0~19.2Kbps）。
2．同步方式下的格式：每个字符可以用5、6、7或8位来表示，并 且内部能自动检测同步字符，从而实现同步。除此之外，8251A也 允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。 3．异步方式下的格式：每个字符也可以用5、6、7或8位来表示， 时钟频率为传输波特率的1、16或64倍，用1位作为奇/偶校验。1个 启动位。并能根据编程为每个数据增加1个、1．5个或2个停止位。 可以检查假启动位，自动检测和处理终止字符。 4．全双工的工作方式：其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收 器。 5．提供出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。
2. 同步通信的数据格式：
3. 同步通信的规程：有以下两种
（1）面向比特(bit)型规程：以二进制位作为信息单位。现代计算 机网络大多采用此类规程。最典型的是HDLC(高级数据链路控制) 通信规程。
（2）面向字符型规程：以字符作为信息单位。字符是EBCD码或 ASCII码。最典型的是IBM公司的二进制同步控制规程(BSC规程)。 在这种控制规程下，发送端与接收端采用交互应答式进行通信。。
1. 异步通信：以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时
间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间 的时间间隔是固定的。 2. 通信协议（通信规程）：是通信双方约定的一些规则。 3. 传送一个字符的信息格式：规定有起始位、数据位、奇偶校 验位、停止位等。其格式与各位的意义如下页所示。 4. 帧：从起始位开始到停止位结束的所有信息称为一帧信息。
第10章 串行通信和可编程接口芯片8251A
10.1 串行通信 的基本概念 10.1.1 并行通信与串行通信
通信：计算机与外设的信息交换统称为通信。
分类：按信息的传送方式可将数据通信分为并行通信与串行通信 两种：
并行通信：是指利用多条数据传输线将一个数据的各位同时进行 传送。特点：传输速度快，适用于短距离通信。
移位寄存器由发送时钟进行移位（变成串行数据）输出，数据 位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。
（2）接收时钟：将串行数据序列逐位移入移位寄存器而装配为 并行数据序列的过程。
发送器与接收器
并串变换寄存器 通信线路 …….. 串并变换寄存器
………...
发送 控制
………..
发送 时钟 ……….. 接收 时钟
பைடு நூலகம்
10.2.2 8251A的内部结构（DIP28）
1. 发送器 发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。 采用异步方式，则由发送控制电路在其首尾加上起始位和停止 位，然后从起始位开始，经移位寄存器从数据输出线TXD(发送数据端) 逐位串行输出。 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(发送器准备好) 可作为向CPU发出 的中断请求信号。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(发送器空) 有效信号，表示发送器中移位寄 存器已空。 2. 接收器 接收器由接收缓冲器和接收控制电路两部分组成。接收移位寄 存器从RXD(接收数据端)引腿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(接收数据准备好)信号送CPU，表示已经收到一个可用的数据。
2. 半双工传送方式：可以进行两个方向的数据传送（双向）， 但不能同时进行双向传送；某一时刻只能进行一个方向的传送 （两条线：信息线、地线）。
3. 全双工传送方式：可以同时进行两个方向的数据传送（双 向）。（三条线：两条信息线、一条地线）。
二、 异步通信 串行通信按数据传送的方式可分为同步通信(SYNC)与异步 通信（ASYNC）两种方式。
（4）同步通信中的时钟要求 要求：发送时钟和接收时钟精确同步。即发送时钟和接收时钟采 用统一的时钟，而不能采用独立的局部时钟。 方法： 在发送端，利用编码器把发送的数据和发送时钟组合在一起， 通过传输线发送到接收端。 在接收端，利用解码器从数据流中分离出接收时钟。
10.1.3 串行接口芯片UART和USART
8088是准16位机，外部只有8位数据总线，不存在8086的问题。
结论：如果外部接口的地址是连续的（如60----63H），则连接的 CPU是8088。如果外部接口的地址是连续的偶地址（如：FFF8H、 FFFAH、FFFCH、FFFEH），则连接的CPU是8086，且外部接
口的数据总线一定是连在8086的低8位数据总线上；如果外部接口 的地址是连续的奇地址（如：FFF9H、FFFBH、FFFDH、 FFFFH），则连接的CPU是8086，且外部接口的数据总线一定是 连在8086的高8位数据总线上； A0悬空。
起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。 数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、 8位等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送， 靠时钟定位。 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数 (偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。
停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2 位的高电平。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。
5. 特点：传送效率低，有20%----30%的辅助信息（起始位、奇 偶校验位、停止位），传送速率低≤19.2Kbps（波特率）。 6. 波特率：表示每秒钟传送的二进制数据的位数。是衡量数据 传送速率的指标。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个 字符为10位，则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝ 1200波特（bps）。国际上规定的标准波特率为110、300、600、 1200、1800、2400、4800、9600、19200 bps（位/秒）。 注：异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后 只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确 接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准。 三、 同步通信 1. 同步通信：以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。 在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字 符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。同步通信的数据 格式如下页图所示
同步方式：首先搜索同步字符。8251A监测RXD (接收数据端)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SYNDET(同步检测) 升为高电平，表示同步字符已经找到， 同步已经实现。 采用双同步方式，就要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 来实现同步的。
功能：实现串/并、并/串转换。 UART：异步通信接口芯片
USART：同步异步通信接口芯片，如Intel8251。
组成：接收器、发送器和控制器。 参阅教材P359 图10-4。
10.1.4 调制解调器
定义：能将数字信号转换成音频信号及将音频信号恢复成数字 信号的器件称为调制解调器（MODEM）。 将数字信号调制成模拟信号的过程称为调制，将模拟信号 解调为数字信号的过程称为解调。 功能：利用标准电话线（300Hz～3000Hz）进行传送数字信号。 防止数据在传送过程中产生的畸变。 调制方法：幅度调制（调幅）、频率键移（调频）、相位键移 （调相）和多路载波（多元调制） 。 串行通信的校验方式：奇偶校验、CRC冗余校验。
(同步检测)加一个高电位
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。在RXRDY (接收数据准备好)引脚上发出一个信号， 表示收到了一个字符。
3．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。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。
串行通信：是指利用一条传输线将数据的各位一位位地顺序进行 传送。串行通信又可分为异步通信和同步通信。特点：通信线路 简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低成本，适用于远 距离通信，但传输速度慢。
10.1.2
串行通信方式
一、 串行通信的数据传送方式 按串行通信的数据传送方向串行通信可分为单工、半双工、 全双工三种。 1. 单工传送方式：只能进行一个方向的数据传送（两条线：信 息线、地线）。
……...
发送缓冲器
接收缓冲器
接收 控制
CPU 发送数据
发送器
CPU 接收数据
接收器
（3）异步通信中的时钟要求 异步通信一帧信息的长度为10----11位，在起始位之后，接收 时钟只要在接收这些位期间内能够和发送时钟保持同步，就可以正 确接收数据。所以：异步通信中，发送端和接收端可有自己独立的 时钟。 要求：发送时钟与接收时钟的频率比位时钟频率（每一位的时间长 度）高出许多倍（如：16、64），以保证准确发现起始位前沿，对 每一位数据的采样都在该位的中点。 发送时钟、接收时钟的频率与波特率的关系为： 时钟频率=n×波特率， 这时n可以是1，16，64等。 例如：用16倍时钟发送一位数据，接收时钟能在一位数据周期的 1/16的时间内决定出字符的开始，全部采样是以16倍位是时钟频率 为基础的。 过程：接收器在每个时钟的上升沿采样数据输入线，发现8个“0” （起始位的一半）认为是起始位（中点），以后每隔16个时钟周期 采样一次数据（中点）。