第 10 章 串行通讯和串行接口技术

•串行通信基础•可编程串行通信接口 8251

10.1 串行通信基础（教材的 10.1-10.5 ）串行通信的概念

所谓串行通讯是指外设和计算机间使用一根数据信号线一位一位地传输数据，每一位数据都占据一个固定的时间长度。

“ 串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式， CPU 与接口之间仍按并行方式工作。

串行通信的概念

信息传输的检错和纠错

•串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错如何发现传输中的错误，叫检错。发现错误后，如何消除错误，叫纠错

•最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送 1 位奇 / 偶校验位。可采用奇校验或偶校验。

奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中， 1 的个数为奇数偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中， 1 的个数为偶数

信息传输的检错和纠错

奇偶校验能够检测出 1 位误码，但是不能纠错。

串行数据传输方式

全双工方式通讯双方能同时进行发送和接收操作

串行数据传输方式

半双工方式只有 1 根数据线传送数据信号，要求通讯双方的发送和接收由电子开关切换。

单工方式

只允许数据按照一个固定的方向传送

传输速率

在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为 bps

接收时钟 / 发送时钟是波特率的倍数，称为波特率因子。例如波特率因子为 32 ，则 32 个时钟脉冲移位 1 次。

例：波特率 =9600bps ，波特率因子 =16 ，则接收时钟和发送时钟频率 =9600×16=153600Hz

信号的调制和解调

采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送端用调制器（ Modulator ）把数字信号转换为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再以解调器（ Demodulator ），把模拟信号变为数字信号。

大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中，称为调制解调器—— Modem

在通讯中， Modem 起着传输信号的作用，是一种数据通讯设备，简称 DCE接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称 DTE 。

信号的调制和解调

串行通信的类型

串行通讯可以分为两种类型：同步通讯、异步通讯异步通讯一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符本身的各位，接着传输校验位，最后以停止位结束该字符的传输。一次传输的起始位、字符各位、校验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧（ Frame ）帧与帧之间可有任意个空闲位

异步通讯

异步通讯的信息格式起始位 逻辑 0 1 位数据位 逻辑 0 或 1 5 位、 6 位、 7 位、 8 位校验位 逻辑 0 或 1 1 位或无停止位 逻辑 1 1 位、 1.5 位或 2 位空闲位 逻辑 1 任意数量

异步通讯

例：传送 8 位数据 45H （ 0100,0101B ），奇校验，1 个停止位，则信号线上的波形为

同步通讯

靠同步字符完成收发双方同步

多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成一个信息帧

同步字符 字符 1 字符 2 …… 字符 n 校验字符

数据块

串行通信的接口标准

在串行通信中， DTE( 数据终端设备 ) 和 DCE( 数据通讯设备 ) 之间的连接要符合接口标准

计算机通信中使用最普遍的是 RS-232C 标准

PC 机上的 COM1 、 COM2 接口，就是 RS-232C 接口，使用 9 针和 25 针连接器

串行通信的接口标准

串行通信的接口标准

TXD 发送RXD 接收SG 信号地DSR 数据通信设备（ DCE ）准备好DTR DTE( 即微机接口电路，如 8250/8251) 准备好RTS DTE 请求 DCE 发送CTS DCE 允许 DTE 发送 , 该信号是对 RTS 信号的回答。DCD 数据载波检出

当本地 DCE 收到对方的 DCE 设备送来的载波信号时，使 DCD 有效，通知 DTE 准备接收，并且由 DCE 将接收到的载波信号解调为数字信号，经 RXD 线送给 DTE 。

RI 振铃信号当 DCE 收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知 DTE 已被呼叫。

DTE( 数据终端设备 ) 、 DCE( 数据通讯设备如 MODEM)

串行通信的接口标准

采用 Modem(DCE) 和电话网通信时的信号连接

串行通信的接口标准采用专用线通讯时的信号连接

串行通信的接口标准

无 Modem 的标准连接

串行通信的接口标准

无 Modem 的最简连接

10.6 可编程串行通信接口 8251A

通过编程，可以实现异步通讯协议或面向字符的同步通讯协议，波特率：同步方式下： 0-64Kbps；异步方式下： 0-19.2Kbps 。

同步方式下，每字符为 5 ， 6 ， 7 ， 8 位，能自动检测同步字符，自动添加奇偶校验。

异步方式下，每字符可为 5 ， 6 ， 7 ， 8 位，自动增加起始位、停止位和校验位。

8251 的结构

模式寄存器：决定工作于同步或异步模式以及接收和发送的字符格式同步字符寄存器：存放同步模式下的同步字符

8251 的引脚信号

C/D#: 该信号一般连至地址线 A0 ，用于选择控制端口 / 数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口，控制寄存器与状态寄存器合用一个端口。TxE ：通知 CPU 发送移位寄存器空。此时，在状态寄存器的 TxE 位置 1 。 CPU 可以查询 TxE 信号或状态寄存器的 TxE 位TxRDY:告诉 CPU ， 8251 已准备好发送， CPU 可以为其提供需要发送的字符RxRDY: 通知 CPU ， 8251 已从外部设备收到一个字符，等待 CPU读取。 CPU 可以查询该信号，或把该信号作为中断请求信号。

SYNDET: 同步检测信号，只用于同步方式TXC 、 RXC:8251没有内置的波特率发生器，必须由外部产生建立波特率的时钟信号， TXC 、 RXC 通常与 8253连接/RTS ：请求发送，请求 modem 作好发送准备/CTS ：清除发送（允许发送）信号输入线，当 modem 作好发送准备时， /CTS 有效

8251 的引脚信号

8251 的命令字与初始化编程

模式寄存器的格式

内同步：由 8251自身来检测同步字符。外同步：则由调制解调器和有关设备完成对同步字符的检测。测得同步字符后，调制解调器会通过 SYNDET 引脚往 8251 送一个信号，从而通知 8251 当前已经实现同步。

8251 的命令字与初始化编程控制寄存器与状态寄存器的格式

为 1 时表示溢出错 为 1 时表示奇偶校验错

8251 的命令字与初始化编程

8251 与 CPU 的数据交换

查询方式 / 中断方式

采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。

状态寄存器 D0=1 ， CPU 可以向 8251 数据端口写入数据，完成串行数据的发送状态寄存器 D1=1 ， CPU 可以从 8251 数据端口读出数据，完成一帧数据的接收

8251 的命令字与初始化编程

流程

8251 编程示例

例：编写 8251 异步模式下的接收和发送程序，完成 256 个字符的发送和接收，设端口地址： 208H ， 209H ，波特率因子 16 ， 1 起始位， 1 停止位，无奇偶校验，每字符 8 位。

MOV DX,209HMOV AL,40H ；复位命令。OUT DX， ALMOV AL， 01001110B ；模式字OUT DX， ALMOV AL， 00110111B ；控制字OUT DX， ALMOV CX， 256 ；发送 256字节NEXT：MOV DX 209HIN AL， DX；状态字AND AL， 01H； TXRDY？JZ NEXTMOV AL， CLMOV DX， 208HOUT DX， AL ；发送LOOP NEXT

发送程序

接收程序 接收 256 字节，放在 buf 中Data segmentbuf DB 256 dup(?)Data ends┆MOV DX,209HMOV AL,40H；复位OUT DX， ALMOV AL， 01001110B；模式字OUT DX， ALMOV AL， 00110111B；控制字OUT DX， ALMOV CX， 256；接收 256字节MOV SI， 0NEXT：MOV DX， 209HIN AL， DX；状态字

AND AL， 02H； RXRDY？JZ NEXTMOV DX， 208HIN AL， DX；接收 1字符MOV buf[SI]， ALINC SILOOP NEXT