1、微型计算机原理与接口技术 第5版第9章 串行通信和可编程 接口芯片8251A,9.2 可编程串行通信 接口芯片8251A,8251A是通用同步/异步数据收发器（USART），是常用的可编程通信接口器件，用于全双工通信并具有同步或异步工作方式。 同步方式：数据58位，波特率DC64K位/秒，可选择内同步或外同步。 异步方式：数据58位, 波特率DC19.2K位/秒，波特率系数（时钟速率/传输速率）1、16和64，停止位1、1.5或2位，能检查假启动位，可自动产生、检测和处理中止符等。 两种方式，均有检测奇偶校验错、溢出错和帧错误的功能。,9.2.1 8251A的内部结构和外部引脚 9.2.2 8
2、251A的编程 9.2.3 8251A应用举例,9.2.1 8251A的内部结构和外部引脚,内部主要部件： 数据总线缓冲器 接收缓冲器和接收控制电路 发送缓冲器和发送控制电路 读写控制电路 调制解调控制电路从图中也可看到各部件相应的引脚信号,1. 数据总线缓冲器,它是8251A与系统数据总线间的接口，内部包含： 状态缓冲器存放8251A的状态信息； 接收数据缓冲器存放8251A接收的数据； 发送数据/命令缓冲器存放写入8251A的数据或命令 （控制）字。D7D0数据线与系统数据总线相连，用来传送在8251A和CPU间传送的数据信息、编程命令和状态信息。,2. 接收缓冲器和接收控制电路,接收缓冲
3、器由接收移位寄存器、串/并变换电路和同步字符寄存器等构成。 在时钟脉冲控制下，逐个接收从RxD引脚上输入的串行数据，并送入移位寄存器，待接收到1个字符数据后，通过串/并变换电路，将数据变成并行数据，通过内部总线送到接收数据缓冲器中。 接收数据的速率取决于送到接收时钟端的时钟频率。 在异步方式下，接收时钟的频率可以是波特率的1倍、16倍或64倍，或波特率系数为1、16或64。,接收数据过程,CPU发出允许接收数据命令后，接收缓冲器就一直监视着RxD脚上的信号电平，一旦检测到启动信号，就启动接收控制器中的内部计数器，对时钟频率进行计数。 采集来的数据送到输入移位寄存器中，进行移位和奇偶校验，删除起
4、始位、停止位，得到并行数据后，送入接收数据缓冲器。 使RxRDY引脚输出高电平，通知CPU，8251A已从外部接收一个字符，等待送到CPU去。芯片内部状态寄存器中的RxRDY位也被置成高电平。,同步传送方式,内同步方式：把接收到的数据与同步字符寄存器的内容比较。如两者相同，则将SYNDET引脚置为高电平，表示已实现同步。 若采用双同步字符方式，则需搜索到两个同步字符后，才认为已实现同步。 外同步方式：由外部电路来检测同步字符。外部检测到同步字符后，就从SYNDET输入一个高电平，通知8251A，已检测到同步字符，可脱离对同步字符的搜索。 实现同步之后，接收器才能接收同步数据。,接收端有关的信号
5、,1）RxD（Receiver Data） 接收数据 外部串行数据从RxD脚逐位移入接收移位寄存器中，经串并变换变成并行数据后，进入接收数据缓冲器，等待输入到CPU去。 2）RxRDY（Receiver Ready） 接收数据准备好 高电平时，表示接收数据缓冲器中已收到一个字符数据，可将其输入到CPU去。 若用中断方式传送数据，此信号可作中断请求信号，由中断服务程序用IN指令读入数据；查询方式时为状态信号，查到高电平时，由IN指令读取数据。 每当CPU读走一个字符后，RxRDY就复位为低电平，接收到一个新字符后，又变为高电平。,接收端有关的信号,3）SYNDET/BRKDET 同步检测/断点检
6、测 同步方式下为同步检测SYNDET，系统复位时为0。 内同步方式，SYNDET为输出。检测到同步字符后，输出变高，执行一次读状态操作后，自动复位。 外同步方式，它为输入，由低变高时, 在下个 的上升沿开始接收字符，达到同步后回复到低电平。 异步方式下为断点检测BRKDET，输出。 从RxD端连续收到两个全0字符后，输出高电平，表示当前线路上无数据可读。 只有当RxD端收到一个“1”信号或8251A复位时，此信号才复位成低电平。 BRKDET可作为状态位，由CPU读出。,接收端有关的信号,4） （Receiver Clock） 接收时钟，外部输入 决定8251A接收数据的速率。 同步方式下，
7、端输入的时钟频率应等于接收数据的波特率。 异步方式下，它的频率可以是波特率的1倍、16倍或64倍。 接收时钟应与对方的发送时钟相同。,3. 发送缓冲器和控制电路,发送数据时，用OUT指令把数据送到发数据缓冲器，经移位寄存器进行并-串变换后，从TxD引脚串行发送出去。 异步方式，发送控制器为发送数据加上起始位、奇偶校验位和停止位，从TxD上发送出去。发送速率可以是发送波特率的1倍、16倍或64倍。 同步方式，发送前先送出1个或2个同步字符，再逐位输出串行数据。同步发送时，字符间不允许留空隙，若发送过程中停止发送，将不断自动插入同步字符。数据传输率等于TxC的时钟频率。,与发送端有关的信号,1）T
8、xD（Transmitter Data） 发送数据 把CPU送来的并行数据转换成串行格式后，逐位从TxD脚发送出去。 2）TxRDY（Transmitter Ready）发送器准备好 当允许8251A发送数据，而且发送数据/命令缓冲器空时，TxRDY=1，表示已准备好从CPU接收数据。 中断传送方式，TxRDY有效时请求中断，由中断服务程序用OUT指令从CPU输出一个数据到8251A。 查询方式，TxRDY为状态信号，CPU检测到该信号为高时，向8251A输出一个数据，随后TxRDY变回低电平。,与发送端有关的信号,3）TxE（Transmitter Empty） 发送器空 TxE=1时，指示
9、发送器中的并-串转换器空，已无数据可向外部发送。 异步方式下，由TxD 引脚向外部输出空闲位。 同步方式下，由TxD引脚向外部输出同步字符。 8251A从CPU接收到一个数据后，TxE变成低电平。 4） （Transmitter Clock） 发送器时钟 确定8251A的发送速率。 同步方式， 输入时钟频率等于发送数据的波特率。 异步方式，发送时钟是波特率的1 、16或64倍。,4. 读/写控制电路,CPU送到控制电路的信号： RESET：高电平时复位，等待初始化编程、 、 ：读、写和片选信号 CLK：时钟信号，产生8251A内部定时信号：控制口/数据口选择信号：1选择控制口，0选择数据口,9
10、.2.1 8251A的内部结构和外部引脚 9.2.2 8251A的编程 9.2.3 8251A应用举例,9.2.2 8251A的编程,使用时应对8251A进行初始化编程 为可靠复位，应先向控制口连续写入3个0，再写入1个复位字，然后写入方式字及命令字。 方式字用来确定工作方式，如规定同步/异步方式、传送的波特率、字符长度、奇偶校验等。 命令字控制它按规定的方式工作。如允许/禁止收发数据，启动搜索同步字符，迫使内部复位等。 对控制口进行一次写入操作后，要有写恢复时间，即延迟一点时间后才能再写入下个控制字。 用IN指令可随时读出状态字，了解工作状态。,1. 8251A的编程流程图,向控制口写入复位
11、命令字。 写入方式字确定工作方式。 同步方式，方式字后需写入1或2个同步字符，随后写入命令字。 异步方式，写入方式字后，接着写入命令字。 若要改变数据传送方式，须写入复位命令字，再重新写入新的方式字和命令字。 工作中，可用IN指令读状态字，检查是否有错等。 没出错，可不断传送数据，直至数据全部传送完为止。,2. 方式字、命令字和状态字的格式,1）方式字 异步方式下： B2B1确定波特率系数 收发时钟频率 =收发波特率 波特率系数 例：收发时钟频率9600 波特率系数16，则 收发波特率为： 9600/16=600 其它见图,2）命令字,各位的意义见图 IR=1使8251A内部复位。例：复位字=
12、0100 0000B=40H RxE =1，允许接收数据；TxEN =1，允许发送数据； ER=1，使各错误标志位清0； 例：允许接收发送数据、清错误标志, 命令字=0001 0101B,3）状态字,TxRDY=1 发送数据缓冲器空，准备好接收数据。 PE=1 奇偶校验错。 OE=1 溢出错。 FE=1 帧错误，仅用于异步方式。 DSR=1，MODEM已准备好数据。 其余位的意义与引脚功能相同。,3. 8251A初始化编程举例,1）异步方式初始化程序 例9.1 若要求8251A工作于异步方式，波特率系数为16，具有7个数据位，1个停止位，有偶校验，控制口地址为3F2H。假设REVTIME是写恢
13、复时间的延时宏指令，类似于一个子程序。试编写对8251A进行初始化的程序。 程序如下： MOV DX，3F2H ；控制口MOV AL，00HOUT DX，AL ；向控制口写入“0”REVTIME ；延时，等待写操作完成,OUT DX，AL ；向控制口写入第2个“0”REVTIME ；延时OUT DX，AL ；向控制口写入第3个“0”REVTIME ；延时 MOV AL，40H ；复位字OUT DX，AL ；写入复位字REVTIME ；延时MOV AL，01111010B ；方式字: 波特率系数16, 7个数据位, 1个停止位, 偶校验OUT DX，AL ；写入方式字REVTIME ；延时MOV
14、 AL，00010101B ；命令字：允许接收发送数据，清错误标志OUT DX，AL ；写入命令字,2）同步方式初始化程序 例9.2 设8251A的控制口地址为3F2H，写恢复延时程序仍用宏指令REVTIME，要求8251A工作于同步方式，采用双同步字符、奇校验、数据位为7位，试编写8251A写入复位字以后的初始化程序。, ；先向控制口写入3个0，再送复位字40HMOV DX， 3F2H ；控制口MOV AL，00011000B ；方式字: 双同步, 内同步, 奇校验, 7个数据位OUT DX，AL ；送方式字REVTIME ；延时MOV AL，16H ；16H为同步字符OUT DX，AL ；
15、送入第一个同步字符REVTIMEOUT DX，AL ；送入第二个同步字符REVTIMEMOV AL，10010101B ；命令字: 启动搜索同步字符, 错误标志复位, 允许收发OUT DX，AL,9.2.1 8251A的内部结构和外部引脚 9.2.2 8251A的编程 9.2.3 8251A应用举例,9.2.3 8251A应用举例,1. 8251A与CPU及外设的连接 用8251A构成的串行口，可与CRT显示器、鼠标等串口外设相连，工作于异步方式，采用RS-232C串行接口标准通信，不用MODEM信号。连线示意如图9.15：,图9.15,1）8251A与CPU之间的连线、 、CLK和RESET
16、信号, 可直接与CPU的相应引脚相连。 数据线D7D0与CPU的低8位数据总线D7D0相连。与系统地址总线A1相连。 地址总线的其余位参与I/O译码，形成片选信号，与8251A的 相连。 TxRDY、TxE、RxRDY和BRKDET都是输出信号，是CPU与8251A间的收发联络信号。 查询方式下，它们被用作状态信号； 中断方式下，TxRDY和RxRDY可作为向CPU请求发送或接收数据的中断请求信号。,2） 8251A与外设之间的连线 RxD接收外设送来的串行数据，TxD向外设发送串行数据，都是TTL电平。 采用RS-232C串行接口通信时，需用专门的电平变换电路如MAX 233实现电平转换:
17、发送数据时，将TTL电平的TxD信号, 转换为RS-232C电平后发送出去； 接收数据时，把接收来的RS-232C电平的RxD信号, 转换为8251A能接受的TTL电平。 发送时钟输入端 和接收时钟输入端 可以连在一起，由波特率产生器提供相同的时钟脉冲信号。,3）端口地址译码电路 与8位CPU连接，不用考虑奇偶地址问题接地址线A0：A0=0选中数据口，A0=1选控制口。比如：数据口为F0H，控制口为F1H。 与16位CPU连接，要考虑奇偶地址问题 若使用低8位数据总线，端口地址总是偶地址，A0参与I/O地址译码，A0=0才选中8251A。应将A1与 端相连，A1=1选中控制口，A1=0选中数据
18、口。 若使用高8位数据总线，则端口地址要求总是奇地址。 对于图9.15电路，使用的是低8位数据总线： A7A6A5A4=1111，即G1=1， I/O操作时 ，即 A1=1选控制口，A1=0选数据口 A3A2A0译码形成端口地址：F0H数据口，F2H控制口,2. 双机通信接口电路设计*,用RS-232C串口进行较近距离通信时，只用3根连线。 例如，两台8086微机A和B，采用8251A等构成RS-232C串行接口实现通信，硬件电路如图9.16(图中仅画出A机)：,图9.16,*供选用,1)硬件电路设计分析 8251A的信号均为TTL电平，TxD上的数据要用MAX233转换成RS-232C电平后
19、，才能发送。 RxD收到的信号是RS-232C电平，要经MAX233转换成TTL电平后，才能输入8251A。 25芯接插件的2-3脚TxD和RxD要交叉相连。计算机A的发送端（2脚）要与计算机 B的接收端（3脚）相连。 设两台机器间采用查询方法、异步传送、半双工通信，在A机上编写通信程序，A机数据/控制口地址=1F0H/ 1F2H。 发送数据：计算机A查询TxRDY=1？是，发送缓冲器已空，可送出1个字节。 接收数据：计算机A查看RxRDY=1? 是，接收数据准备好，可输入1个字节。,2）通信程序,设： 发送数据缓冲区始址 BUFF_T，个数 COUNT_T；接收数据缓冲区始址 BUFF_R，
20、个数 COUNT_R。 发送一批数据的初始化和控制数据传送程序 ；向控制口先写3个0，再写入40H使系统复位 BEG_T：MOV DX，1F2H ；控制口MOV AL，7AH ；方式字：异步方式，7个数据位；1个停止位，偶校验、波特率系数为16OUT DX，AL ；写入方式字MOV CX，02H ；延时 D1：LOOP D1MOV AL，11H ；命令字：清错误标志，允许发送OUT DX，AL ；写入命令字 MOV CX，02H ；延时 D2：LOOP D2,LEA DI，BUFF_T ；发送缓冲区始址MOV CX，COUNT_T ；发送数据个数 NEXT_T：IN AL，DX ；读入状态TE
21、ST AL，01H ；TxRDY有效吗?JZ NEXT_T ；否，等待MOV DX，1F0H ；是，数据口地址送DXMOV AL，DI ；从缓冲区取1个数据OUT DX，AL ；向8251A输出1个数据INC DI ；修改缓冲区指针MOV DX，1F2HLOOP NEXT_T ；没送完，继续 ；发送完,接收数据初始化和数据传送程序 ；系统复位 BEG_R：MOV DX，1F2H ；控制口MOV AL，7AH ；方式字，同发送部分OUT DX，AL ；送出方式字MOV CX，02H ；延时 D3：LOOP D3MOV AL，14H ；命令字：清错误标志，允许接收OUT DX，AL ；写命令字MO
22、V CX，02H ；延时 D4：LOOP D4,LEA DI，BUFF_R ；接收数据缓冲区始址MOV CX，COUNT_R ；接收数据个数 NEXT_R：IN AL，DX ；读入状态字TEST AL，02H ；RxRDY有效?JZ NEXT-R ；否，循环等待TEST AL，38H ；是，查是否有错JNZ ERROR ；有错，转出错处理MOV DX，1F0H ；无错IN AL，DX ；读入1个数据MOV DI，AL ；输入数据缓冲区INC DI ；修改缓冲区指针MOV DX, 1F2HLOOP NEXT_R ；未传送完, 继续 ；完成 ERROR： ；出错处理,几点说明,计算机B上也需编写类似的初始化程序和数据收发程序。 两台计算机通信时，波特率必须一致。 计算机还可与CRT终端、单片机开发系统、其它有串行口的外设通信。 发送时钟：可用8253定时器/计数器对主时钟分频后获得，也可由波特率产生器提供。 数据传送可采用全双工方式，双方能同时收发数据。,
