第八章(3)串行接口8250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
VCC RI RLSD DSR CTS MR OUT1 DTR RTS OUT INTR NC A0 A1 A2 ADS CSOUT DDIS DISTR DISTR
~ ~ 同步字符 数据 数据 ~ ~ 数据 校验 同步字符
2. 异步通信——通信双方使用各自的时钟


串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根 信号线传送 收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程）：

传送速率 信息格式 位同步 帧同步 数据校验 错误处理


串行异步通信以字符为单位进行传输 数据格式：起止式异步通信协议
8.3 串行通信接口

学习重点


异步通信协议和RS232C接口 8250的结构和功能
8.3.1 串行通信基础

串行通信：用一根信号线将数据逐位顺序 传送 串行通信的优势：通信线路少，在远距离 通信时可以极大地降低成本；适合于远距 离数据传送，也常用于速度要求不高的近 距离数据传送

串行通信的种类：
3. 数据传输方式
4. 远距离传输和调制解调器



串行数据的远传 提高电平摆幅——RS232-C标准 采用平衡式传输——RS422/RS485 采用电流信号——20mA电流环 利用电话线和声频信号——调制/解调 调制（Modulating）和解调（Demodulating） 把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号 将电话线路上的模拟信号转换为数字信号 调制解调器（MODEM） 具有调制和解调功能的联合装置
3、 RS-232C的连接

微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现 通过电话线路的远距离通信
3、 RS-232C的连接

微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。 这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调 制解调器（Null Modem）连接
4、 RS-232C的电气特性

232C接口采用EIA电平（负逻辑）

DLAB=1，拟访问除数寄存器的高8位及低8位 DLAB=0 ，拟访问其他控制或状态寄存器
8250内部寄存器的地址
DLAB A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 0 1 0 * 0 1 1 * 1 0 0 * 1 0 1 * 1 1 0 * 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 寄存器操作 读接收缓冲器/写发送保持寄存器 中断允许寄存器 中断识别寄存器（只读） 通信线路控制寄存器 调制解调器控制寄存器 通信线路状态寄存器 调制解调器状态寄存器 不用 除数寄存器（低8位） 除数寄存器（高8位） com1 3F8+0 3F8+1 3F8+2 3F8+3 3F8+4 3F8+5 3F8+6 3F8+1 3F8+0 3F8+1 com2 2F8+0 2F8+1 2F8+2 2F8+3 2F8+4 2F8+5 2F8+6 2F8+1 2F8+0 2F8+1
1. 处理器接口引脚（1）



数据线D0-D7：在CPU与8250之间交换信息 地址线A0-A2：寻址8250内部寄存器 片选线：包括


3个片选输入信号CS0、CS1、-CS2 1个片选输出信号CSOUT。

当3个片选输入都有效时，才选中8250芯片，同 时CSOUT输出高电平有效。 地址选通信号ADS：当该信号有效时，锁存上述 地址线和片选线的输入状态，保证读写期间的地 址稳定
起止式异步通信协议
字符
数据位
起始位
附加位
停止位
空闲位
1
0
0/1 0/1
…
0/1 0/1 1 1 高位
1
低位
附加位——该位可用于校验或数据标识：可选择奇检 数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进 停止位——表示该字符传送结束。停止位为逻辑1电平， 空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行 起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻 验、偶校验或无校验位 制位组成，低位先传送 可选择1、1.5、2位。 传送 辑0电平
起始位
T
16 T
除数寄存器保存设定的分频系数 分频系数＝基准时钟频率÷（16×比特率）
4. 传输线控制寄存器
D7 D6
D5 D4 D3
D2
D1 D0
DLAB SBRK SBP EPS PEN
STB
DTE DCE
电话线
RS-232C 接口 RS-232C 接口
DCE
DTE
计算机
调制解调器
调制解调器
计算机
2、RS-232C的引脚定义


232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9 针连接器 232C接口信号面向使用调制解调器的串行异步 通信
RS-232C的引脚（1）
1. 接收缓冲寄存器
CPU 接收缓冲寄存器 接收移位寄存器 同步控制 8250 SIN
存放串行接收后转换成并行的数据
2. 发送缓冲寄存器
CPU
发送缓冲寄存器
发送移位寄存器
SOUT
同步控制
8250
包含将要串行发送的并行数据
3. 除数寄存器(分频次数锁存器)
16 T
数据线 （SIN）
时钟 （RCLK） 8T
1. 串行数据的发送
CPU 发送缓冲寄存器 发送移位寄存器 同步控制 8250 双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送
并行数据
串行数据
SOUT
0/1 0/1
0/1 0/1
加入起始位、校验位、停止位
2. 串行数据的接收
CPU
并行数据
接收缓冲寄存器
接收移位寄存器串行数据源自SIN0/1 0/1
0/1 0/1
2. 时钟信号


时钟输入引脚XTAL1：8250的基准工作时钟 时钟输出引脚XTAL2：基准时钟信号的输出端 波 特 率 输 出 引 脚 -BAUDOUT ： 基 准 时 钟 经 8250内部波特率发生器分频后产生发送时钟 接收时钟引脚RCLK：接收外部提供的接收时 钟信号。 若采用发送时钟作为接收时钟，则只要将 RCLK引脚和-BAUDOUT引脚直接相连
RS-232C的引脚（3）


DTR：数据终端准备好（终端→数传机） 通常当数据终端设备一加电，该信号就有效， 表明数据终端设备准备就绪 DSR：数据装置准备好（终端←数传机） 通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通 电源连到通信线路上，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设 备间的联络信号，例如应答数据接收
同步控制
8250
检测接收错误，删除起始位、 校验位、停止位
双缓冲寄存器结构,保证数据的连续接收
二、 8250的引脚

40条引脚 连接CPU的部分 连接外设的部分
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RCLK SIN SOUT CS0 CS1 CS2 BAUDOUT XTAL1 XTAL2 DOSTR DOSTR GND
RS-232C的引脚（2）




TxD：发送数据（终端→数传机）：串行数据的 发送端 RxD：接收数据（终端←数传机）：串行数据的 接收端 RTS：请求发送（终端→数传机）：当数据终端 设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号， 用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS：清除发送（允许发送）（终端←数传机）： 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传 送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一 对用于数据发送的联络信号
数据传输速率

数据传输速率也称比特率（Bit Rate）

每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传 输速率的倒数



波特率（Baud Rate）指每秒传送的有效信息位数 目，当进行二进制数码传输，波特率等于比特率 过去串行通信（异步）的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。 现在，串行通信可以达到115200 bps或更高
8.3.2 串行接口标准RS-232C


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） 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层
1、RS-232C接口的使用场合
RS-232C的引脚（4）



RI：振铃指示（终端←数传机） 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该 引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效 GND：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 CDD：载波检测（终端←数传机） 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号 时，该引脚向数据终端设备提供有效信号

“0‖ 电平为＋3V～＋15V ―1‖电平为－3V～－15V 实际常用±12V或±15V
利用总线 收发器相 互转换

标准TTL电平（正逻辑）

“1‖电平：＋2.4V～＋5V ―0‖电平：0V～0.8V
8.3.3 可编程异步通信接口8250


串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换， 并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块） 这些工作可由软件实现，也可用硬件实现 8250有40支引脚，采用双列直插式封装，使用 +5v电源。
3. 串行异步接口引脚
发送数据SOUT 接收数据SIN
请求发送-RTS
允许发送-CTS
8250
数据装置准备好-DSR 数据终端准备好-DTR 信号地GND 载波检测-RLSD
9个最常 用的信号
振铃指示-RI
8250 9个信号的名称与RS232-C信号的名称稍有不同
4. 输出线

-OUT1和-OUT2：
1. 处理器接口引脚（2）
读控制线 数据输入选通DISTR（高有效）和-DISTR（低 有效）中一个信号有效，CPU从8250内部寄存器 读出数据 相当于I/O读信号 写控制线 数据输出选通DOSTR（高有效）和-DOSTR（低 有效）中一个有效，CPU就将数据写入8250内部 寄存器 相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相同， 只不过有效电平不同而己



两个可由用户定义用途的输出信号 由调制解调器控制寄存器的D2和D3位控制其 输出 使用时，一般低电平有效，复位时恢复为高
三、 8250的寄存器



8250内部有9种（10个）可访问的寄存器，其 中，除数寄存器是16位的，占用两个地址连续 的8位端口（即两个分频次数锁存器） 内部寄存器通过引脚A0-A2来进行寻址； 利用传输线控制寄存器的最高位，即除数寄存 器访问位DLAB，来区别共用两个端口地址的不 同寄存器（P249表8－4）


串行异步通信——不传送时钟信号 串行同步通信——传送时钟信号


自同步：发送时将传送数据与时钟进行编码，接 收时解码 外同步：另用一根时钟线专门用来传送时钟信号
1. 同步通信——通信双方使用同一时钟


以数据块（帧）为传输单位 双方使用同一时钟（主控方提供时钟，被控方接 收时钟） 数据格式：每个数据块前加1~2个同步字符（同步 头）进行帧同步，一般采用CRC循环冗余校验码 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬 件电路比较复杂 串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的 同步通信协议有高级数据链路控制协议（HDLC）
一、 8250的内部结构

8250实现了起止式串行异步通信协议，支持全 双工通信：



通信字符可选5、6、7、8位数据位 停止位可选1、1.5、2位 可选择奇校验、偶校验、不校验或校验位强制为 “1‖/―0‖ 具有奇偶校验错、帧错和溢出等错错误检测电路


8250支持的数据传输速率为50～9600bps 8250内部有10个可寻址的8位寄存器，分为3类： 数据类，控制类，状态类。P247

1. 处理器接口引脚（3）


驱动器禁止信号DDIS：CPU从8250读取数据时， DDIS引脚输出低电平，用来禁止外部收发器对 系统总线的驱动；其他时间，DDIS为高电平 主复位线MR：硬件复位信号 中断请求线INTRPT：8250有4级中断、共10个 中断源，当任一个未被屏蔽的中断源有请求时， INTRPT均输出高电平向CPU请求中断