第九章 可编程串行异步通信接口芯片8250
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第九章 可编程串行异步通信接口芯 片8250 9.1 串行通讯概述 9.2 8250简介 9.3 8250应用举例
9.1 串行通讯概述
一、串并行通讯
串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输， 每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线 就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计 算机与外设之间的远距离通信。 其特点是： 节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特 点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。 数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这 也是串行通信的主要缺点。 如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输 方式称为并行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可 以字或字节为单位并行进行。 其特点是： 各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快 速的场合。 并行传输的数据宽度可以是1-128位，甚至更宽，但是有多少 数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。 并行数据传输只适用于近距离的通信，通常传输距离小于30 米。
端口地址
初始化顺序
1、通信线路控制器 ( 011B PC机地址 3FBH）
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
选择异步通信格式
00：5位 字符长 01：6位 10：7位 11：8位
0 表 示 正 常 收 发 D7 = 0 寻址TBR、RBR IER D7 = 1寻址DLL、DHL
0：1个停止位 1：1.5个停止位(字符长5位) 停止位 2个停止位(字符长6 ~ 8位)
6）WINDOWS下VC编程，用类、控件，或者按文件编程。
7）用开发包编程：有很多，可以从网上下载。
三、8250的管脚与结构
1.管脚
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RC LK SIN SOUT CS0 CS1 CS2 BAUDOUT XTAL1 XTAL2 DOSTR DOSTR GND
2.10个寄存器及其每位的作用
(1)通信控制寄存器 该控制字主要决定在串行通信时所使用的数据格式， 例如数据位数、奇偶校验及停止位的多少。同时，特 别注意该控制字的D7。当我们需要读写除数锁存器时， 必须先将该寄存器的D7置1。而在读写其他寄存器时， 又要使其为0。 (2)通信状态寄存器 通信状态寄存器的作用在于通过其状态说明在通信过 程中8250接收和发送数据的情况。 (3)发送数据寄存器 这是一个8位的寄存器，发送数据时，处理器将数据 写入寄存器。只要发送移位寄存器空，该发送数据寄 存器的数据便会由8250硬件自动并行送到移位寄存器 中，以便串行移出。 (4)接收数据寄存器 是一个8位的寄存器，当8250接收到一个完整的字符 时，会将该字符由接收移位寄存器传送到接收数据寄 存器。处理器可直接由此寄存器读取数据。
三、串行通信波特率
波特率bps(bit per second)定义: 每秒传输数据的位数，即：
1波特 = 1位/秒（1bps）
波特率的倒数即为每位传输所需的时间。 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特 率，否则通信按照数据传送方向可分为三种制 式：
0:无校验位 1:有校验位 校验类型 0:奇校验, 1:偶校验 固定奇偶位,既当D4,D3 = 11时(偶校验),D5 = 0 当D4,D3 = 01时(奇校验),D5 = 1
（7）中断标志寄存器 中断标志寄存器为8位，高五位为0，只用低三位来实现8250的 中断标志。8250有四个中断源，在8250内不按排优先级的顺 序为： 最高优先极为接收器线路状态中断，包括越限、奇偶错、结构 错、间断等。 读通信状态寄存器可使此中断复位。 下一优先级是接收寄存器满中断。读接收寄存器可复位此中断。 再下一优先级为发送数据寄存器空中断。写发送数据寄存器克 使这一中断复位。 最高优先级为MODEM状态中断，包括发送结束、数传机准备 好、振铃指示、接收线路信号检测等为MODEM状态中断源。 读MODEM状态寄存器可复位该中断。 （8）MODEM控制寄存器 这是一个8位的寄存器，用以控制MODEM或其他数字设备。 （9）MODEM状态寄存器 MODEM状态寄存器提供了与8250相连接的MODEM或其他外 设加到8250上的控制线的信号状态以及这些控制线的状态变化。 当由MODEM来的控制线变化时，MODEM状态寄存器的低4位 被相应的置1。再读此寄存器时，使这4位同时清零。
(5)除数锁存器（波特率因子寄存器） 该锁存器为16位，外部时钟被除数锁存器中的除数相 除，可以获得所得的波特率。如果外部时钟频率f已知， 而8250所要求的波特率F也已规定。那么，就可以由 下式求出除数锁存器应锁存的除数： 波特率因子=1.8432Mhz/（1200*16）=96 例如，当输入时钟频率为1.8432MHZ时，若要求使用 1200波特来传送数据，这时可算出锁存于除数锁存器 的除数应为96。在8250工作前首先要将除数写到除数 锁存器中，以便产生所希望的波特率。为了写入除数， 首先在通信控制寄存器中将D7置为1，而后就可以将 16位除数先低8位，后高8位写入除数锁存器中。 （6）中断允许寄存器 中断允许寄存器只用D0～D3这四位，每位的0或1编 码分别允许或禁止8250的四种中断源提出中断。在中 断允许字中，接收线路状态包括越限错、奇偶错、结 构错、间断等中断源引起的中断。而MODEM状态引 起的中断见下面对MODEM状态寄存器的解释。
计算机与外界信息交换称为通信。
通信的基本方式可分为并行通信和串行通信：
并行通信是数据的各位同时发送或同时接收； 串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。 并行通信优点:传送速度快 缺点:不便长距离传送 串行通信优点:便于长距离传送 缺点:传送速度较慢
二、异步通信和同步通信
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信。
1、异步通信
异步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。 异步通信数据传送按帧传输，一帧数据包含 起始位、数据位、校验位和停止位。 异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简 单、灵活，适用于数据的随机发送 /接收，但因 每个字节都要建立一次同步，即每个字符都要 额外附加两位，所以工作速度较低，在单片机 中主要采用异步通信方式。
全双工制式是指通信双方均设有发送器和 接收器，并且信道划分为发送信道和接收信道， 因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接 收数据，发送时能接收，接收时也能发送。
六、调制解调器 计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线 上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通 过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转 换。这个数模转换器就是Modem。计算机在发送数据时，先 由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为 “调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计 算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为 计算机能识别的数字信号，这个过程称为“解调”。正是 通过间这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从 而实现了两台计算机远程通讯。
我 的 电 脑 中 串 口 配 置
二、UART的简单应用 1.连线：RS232C接口标准，3线或7线连接方式
2.编程：
1）自己编写初始化及接收发送程序 2）调用BIOS编程：INT 14H
3）调用DOS编程： INT 21H，调用号 03和04
4）DOS下按照文件编程，文件名就是COM1:或COM2: 5）WINDOWS下VB编程，用MSCOMM控件编程
帧格式，一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶
校验位和停止位。
停止位（1）停止位用来表征字符的结束。停止位可以是1位、1.5 位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕
2、 同步通信
同步通信依靠同步字符保持通信同步。 同步通信是由1～2个同步字符和多字节数 据位组成，同步字符作为起始位以触发同步时 钟开始发送或接收数据；多字节数据之间不允 许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位需发 送同步字符。 同步通信传输速度较快，但要求有准确的 时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求 较高，适用于成批数据传送。
MODEM控制逻辑： CTS-：清除发送信号 RTS-：请求发送信号 DTR-：数据终端准备好信号 DSR-：数据装置准备好信号 RLSD-：接收线路信号检测信号 RI-：振铃指示信号 OUT1-：由用户编程指定的输出端 OUT2-：与OUT1一样，可以由用户 编程指定（PC用）
3.波特率因子 波特率因子（BRD）是16位数，它与8250的 数据传输速率（波特率）有关。当使用8250的 内部时钟频率为1.8432MHz时，则波特率因子 BRD与波特率Baud之间的关系如下式所示：
BRD=时钟频率/（16×Baud）。
例如，若要计算波特率为1200b/s的波特率 除数，则有： BDR=1843200/（16×1200）=0060H=96。
管脚信号说明
数据总线缓冲器：D0～D7：双向数 据线 选择与控制逻辑： CS0、CS1、CS2-：输入片选信号 A0、A1、A2：8250内部寄存器选择 信号
MR：主复位输入信号，高电平有效 ADS-：地址选通信号=AEN DISTR、DISTR-：数据输入选通信号 DOSTR、DOSTR-：数据输出选通信号 DDIS：驱动器禁止信号，在CPU从 8250读取数据时为低电平，其他时 间为高电平禁止外部收发器对系统 总线的驱动 CSOUT：片选输出信号 XTAL1、XTAL2：外部时钟端 中断控制逻辑： INTR：中断请求输出信号
波特率发生器
除数寄存器低位
MODE控制寄存器
MODE状态寄存器
控制逻辑
中断允许寄存器 中断识别寄存器 控制逻辑
INTRPT
3. 连接
PC / XT异步通信适配器电路
四、寄存器与BPS 1.地址分配及其复用 3根地址信号线：A2 A1 A0 8个地址，7个可用，10个可编程物理端口，复 用。
发送移位寄存器 SOUT：串行输出信号 接收移位寄存器 SIN：串行输入信号 RCLK：接收时钟信号 波特率发生器 BAUDOUT：波特率输出
2.内部结构
D0 ~ D7 数 据 总 线 缓 冲 器 内 部 数 据 总 线
接收器控制逻辑 RCLK
数据接收寄存器
数据发送寄存器 线路控制寄存器 线路状态寄存器 除数寄存器高位
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
1、单工制式（Simplex）
单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传 送数据，发送方和接收方固定。
2、半双工制式（Half Duplex）
半双工制式是指通信双方都具有发送器 和接收器，既可发送也可接收，但不能同时 接收和发送，发送时不能接收，接收时不能 发送。
3、全双工制式（Full Duplex）
接收移位寄存器 发送移位寄存器
SIN SOUT
发送器控制逻辑
XTAL1 XTAL2 BAUD OUT RTS CTS DTR DSR RLSD RI OUT1 OUT2
CS0 CS1 CS2 A2 A1 A0 ADS DISTR DISTR DOSTR DOSTR DDIS MR
O
读 写 O 控 制 逻 O 辑
9.2 8250简介
一、PC中的UART
UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置， UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集 成在主板上。
1.INS8250
2.PC16450/PC16550
带16字节的发送缓冲器和14字节的接收缓冲器 FIFO
9.1 串行通讯概述
一、串并行通讯
串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输， 每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线 就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计 算机与外设之间的远距离通信。 其特点是： 节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特 点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。 数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这 也是串行通信的主要缺点。 如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输 方式称为并行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可 以字或字节为单位并行进行。 其特点是： 各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快 速的场合。 并行传输的数据宽度可以是1-128位，甚至更宽，但是有多少 数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。 并行数据传输只适用于近距离的通信，通常传输距离小于30 米。
端口地址
初始化顺序
1、通信线路控制器 ( 011B PC机地址 3FBH）
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
选择异步通信格式
00：5位 字符长 01：6位 10：7位 11：8位
0 表 示 正 常 收 发 D7 = 0 寻址TBR、RBR IER D7 = 1寻址DLL、DHL
0：1个停止位 1：1.5个停止位(字符长5位) 停止位 2个停止位(字符长6 ~ 8位)
6）WINDOWS下VC编程，用类、控件，或者按文件编程。
7）用开发包编程：有很多，可以从网上下载。
三、8250的管脚与结构
1.管脚
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RC LK SIN SOUT CS0 CS1 CS2 BAUDOUT XTAL1 XTAL2 DOSTR DOSTR GND
2.10个寄存器及其每位的作用
(1)通信控制寄存器 该控制字主要决定在串行通信时所使用的数据格式， 例如数据位数、奇偶校验及停止位的多少。同时，特 别注意该控制字的D7。当我们需要读写除数锁存器时， 必须先将该寄存器的D7置1。而在读写其他寄存器时， 又要使其为0。 (2)通信状态寄存器 通信状态寄存器的作用在于通过其状态说明在通信过 程中8250接收和发送数据的情况。 (3)发送数据寄存器 这是一个8位的寄存器，发送数据时，处理器将数据 写入寄存器。只要发送移位寄存器空，该发送数据寄 存器的数据便会由8250硬件自动并行送到移位寄存器 中，以便串行移出。 (4)接收数据寄存器 是一个8位的寄存器，当8250接收到一个完整的字符 时，会将该字符由接收移位寄存器传送到接收数据寄 存器。处理器可直接由此寄存器读取数据。
三、串行通信波特率
波特率bps(bit per second)定义: 每秒传输数据的位数，即：
1波特 = 1位/秒（1bps）
波特率的倒数即为每位传输所需的时间。 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特 率，否则通信按照数据传送方向可分为三种制 式：
0:无校验位 1:有校验位 校验类型 0:奇校验, 1:偶校验 固定奇偶位,既当D4,D3 = 11时(偶校验),D5 = 0 当D4,D3 = 01时(奇校验),D5 = 1
（7）中断标志寄存器 中断标志寄存器为8位，高五位为0，只用低三位来实现8250的 中断标志。8250有四个中断源，在8250内不按排优先级的顺 序为： 最高优先极为接收器线路状态中断，包括越限、奇偶错、结构 错、间断等。 读通信状态寄存器可使此中断复位。 下一优先级是接收寄存器满中断。读接收寄存器可复位此中断。 再下一优先级为发送数据寄存器空中断。写发送数据寄存器克 使这一中断复位。 最高优先级为MODEM状态中断，包括发送结束、数传机准备 好、振铃指示、接收线路信号检测等为MODEM状态中断源。 读MODEM状态寄存器可复位该中断。 （8）MODEM控制寄存器 这是一个8位的寄存器，用以控制MODEM或其他数字设备。 （9）MODEM状态寄存器 MODEM状态寄存器提供了与8250相连接的MODEM或其他外 设加到8250上的控制线的信号状态以及这些控制线的状态变化。 当由MODEM来的控制线变化时，MODEM状态寄存器的低4位 被相应的置1。再读此寄存器时，使这4位同时清零。
(5)除数锁存器（波特率因子寄存器） 该锁存器为16位，外部时钟被除数锁存器中的除数相 除，可以获得所得的波特率。如果外部时钟频率f已知， 而8250所要求的波特率F也已规定。那么，就可以由 下式求出除数锁存器应锁存的除数： 波特率因子=1.8432Mhz/（1200*16）=96 例如，当输入时钟频率为1.8432MHZ时，若要求使用 1200波特来传送数据，这时可算出锁存于除数锁存器 的除数应为96。在8250工作前首先要将除数写到除数 锁存器中，以便产生所希望的波特率。为了写入除数， 首先在通信控制寄存器中将D7置为1，而后就可以将 16位除数先低8位，后高8位写入除数锁存器中。 （6）中断允许寄存器 中断允许寄存器只用D0～D3这四位，每位的0或1编 码分别允许或禁止8250的四种中断源提出中断。在中 断允许字中，接收线路状态包括越限错、奇偶错、结 构错、间断等中断源引起的中断。而MODEM状态引 起的中断见下面对MODEM状态寄存器的解释。
计算机与外界信息交换称为通信。
通信的基本方式可分为并行通信和串行通信：
并行通信是数据的各位同时发送或同时接收； 串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。 并行通信优点:传送速度快 缺点:不便长距离传送 串行通信优点:便于长距离传送 缺点:传送速度较慢
二、异步通信和同步通信
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信。
1、异步通信
异步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。 异步通信数据传送按帧传输，一帧数据包含 起始位、数据位、校验位和停止位。 异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简 单、灵活，适用于数据的随机发送 /接收，但因 每个字节都要建立一次同步，即每个字符都要 额外附加两位，所以工作速度较低，在单片机 中主要采用异步通信方式。
全双工制式是指通信双方均设有发送器和 接收器，并且信道划分为发送信道和接收信道， 因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接 收数据，发送时能接收，接收时也能发送。
六、调制解调器 计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线 上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通 过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转 换。这个数模转换器就是Modem。计算机在发送数据时，先 由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为 “调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计 算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为 计算机能识别的数字信号，这个过程称为“解调”。正是 通过间这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从 而实现了两台计算机远程通讯。
我 的 电 脑 中 串 口 配 置
二、UART的简单应用 1.连线：RS232C接口标准，3线或7线连接方式
2.编程：
1）自己编写初始化及接收发送程序 2）调用BIOS编程：INT 14H
3）调用DOS编程： INT 21H，调用号 03和04
4）DOS下按照文件编程，文件名就是COM1:或COM2: 5）WINDOWS下VB编程，用MSCOMM控件编程
帧格式，一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶
校验位和停止位。
停止位（1）停止位用来表征字符的结束。停止位可以是1位、1.5 位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕
2、 同步通信
同步通信依靠同步字符保持通信同步。 同步通信是由1～2个同步字符和多字节数 据位组成，同步字符作为起始位以触发同步时 钟开始发送或接收数据；多字节数据之间不允 许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位需发 送同步字符。 同步通信传输速度较快，但要求有准确的 时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求 较高，适用于成批数据传送。
MODEM控制逻辑： CTS-：清除发送信号 RTS-：请求发送信号 DTR-：数据终端准备好信号 DSR-：数据装置准备好信号 RLSD-：接收线路信号检测信号 RI-：振铃指示信号 OUT1-：由用户编程指定的输出端 OUT2-：与OUT1一样，可以由用户 编程指定（PC用）
3.波特率因子 波特率因子（BRD）是16位数，它与8250的 数据传输速率（波特率）有关。当使用8250的 内部时钟频率为1.8432MHz时，则波特率因子 BRD与波特率Baud之间的关系如下式所示：
BRD=时钟频率/（16×Baud）。
例如，若要计算波特率为1200b/s的波特率 除数，则有： BDR=1843200/（16×1200）=0060H=96。
管脚信号说明
数据总线缓冲器：D0～D7：双向数 据线 选择与控制逻辑： CS0、CS1、CS2-：输入片选信号 A0、A1、A2：8250内部寄存器选择 信号
MR：主复位输入信号，高电平有效 ADS-：地址选通信号=AEN DISTR、DISTR-：数据输入选通信号 DOSTR、DOSTR-：数据输出选通信号 DDIS：驱动器禁止信号，在CPU从 8250读取数据时为低电平，其他时 间为高电平禁止外部收发器对系统 总线的驱动 CSOUT：片选输出信号 XTAL1、XTAL2：外部时钟端 中断控制逻辑： INTR：中断请求输出信号
波特率发生器
除数寄存器低位
MODE控制寄存器
MODE状态寄存器
控制逻辑
中断允许寄存器 中断识别寄存器 控制逻辑
INTRPT
3. 连接
PC / XT异步通信适配器电路
四、寄存器与BPS 1.地址分配及其复用 3根地址信号线：A2 A1 A0 8个地址，7个可用，10个可编程物理端口，复 用。
发送移位寄存器 SOUT：串行输出信号 接收移位寄存器 SIN：串行输入信号 RCLK：接收时钟信号 波特率发生器 BAUDOUT：波特率输出
2.内部结构
D0 ~ D7 数 据 总 线 缓 冲 器 内 部 数 据 总 线
接收器控制逻辑 RCLK
数据接收寄存器
数据发送寄存器 线路控制寄存器 线路状态寄存器 除数寄存器高位
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
1、单工制式（Simplex）
单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传 送数据，发送方和接收方固定。
2、半双工制式（Half Duplex）
半双工制式是指通信双方都具有发送器 和接收器，既可发送也可接收，但不能同时 接收和发送，发送时不能接收，接收时不能 发送。
3、全双工制式（Full Duplex）
接收移位寄存器 发送移位寄存器
SIN SOUT
发送器控制逻辑
XTAL1 XTAL2 BAUD OUT RTS CTS DTR DSR RLSD RI OUT1 OUT2
CS0 CS1 CS2 A2 A1 A0 ADS DISTR DISTR DOSTR DOSTR DDIS MR
O
读 写 O 控 制 逻 O 辑
9.2 8250简介
一、PC中的UART
UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置， UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集 成在主板上。
1.INS8250
2.PC16450/PC16550
带16字节的发送缓冲器和14字节的接收缓冲器 FIFO