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【微机及接口技术】- 第九章串行通信与串行接口（下）

news 来源：原创 2025/9/18 6:49:08

文章目录

第二节串行通信协议
- 一、异步串行通信协议
- 二、同步串行通信协议
第三节串行接口标准RS-232C
- 一、RS-232C信号线定义
- 二、电气特性
第四节可编程串行接口芯片8251A
- 一、基本性能
- 二、内部结构
- 三、外部引脚功能
- - 1. 同CPU的连接信号
  - 2. MODEM控制信号（4个）
  - 3. 发送器有关信号（4个）
  - 4.接收器有关信号（4个）
- 四、8251A的编程
- - 1. 方式指令
  - 2. 命令指令
  - 3. 状态字
  - 4. 初始化与操作流程

第二节串行通信协议

通信协议：通信双发对数据传送控制的一种约定，又称通信规程或链路控制规范

约定包括：

数据格式
同步方式
传送速率
传送步骤
检测纠错方式
控制字符

一、异步串行通信协议

异步串行通信协议：靠起始位和停止位来进行字符同步，也称起止式协议。

异步串行通信数据格式
在这里插入图片描述
起始位用逻辑电平零
停止位用逻辑电平高表示

接收过程：接受设备不断检测传输线，当检测到一系列的“1”后检测到1个“0”即确认一个字符开始，于是以位时间位间隔移位接受规定的数据位和奇偶检验位，这之后应接收规定位长的停止位“1”，若没有收到即为 “帧出错”。

一个字符接收完毕，接收设备继续检测传输线，监视起始位“0”的到来，即下一个字符的开始。

二、同步串行通信协议

同步串行通信协议：以数据块为单位（帧）传送，每个数据块由一个字符序列组成，每个字符取相同位数，字符间连续，没有起始位和停止位，不能有空隙。

帧头部：数据块的前面设置1-2个同步字符，作为帧的边界和通知对方接收的标志。
帧尾部：校验字符

发送方和接收方要完全同步，用同一时钟进行移位操作。

同步通信规程：面向字符型、面向比特型、面向字节计数。

第三节串行接口标准RS-232C

一、RS-232C信号线定义

一个完整的RS-232C接口：22根线，采用标准25芯插座。
信道：主信道、辅信道
远距离串行通信接口标准：基本信号9根。
不同应用场合连线不同，最简单场合只需3根信号线。

RS-232C最简连接
在这里插入图片描述

二、电气特性

应保持电平在 ± （3-15）V
在数据线T5V，xD和RxD上：逻辑1=-3-15V，即电平低于-3V；逻辑0=+3V-+15V，即电平高于+3V。
必须进行电平转换
RS-232C采用佛罗基，其逻辑电平与TTL电平不同。为实现与TTL电路连接，进行电平转换。采用电平转换芯片MAX232和MAX232A（高速）
必须抗共模噪声干扰

【例题】在以RS-232C标准传送信息时，表示逻辑“1”的电平信号是（）
A. +5V
B. -5V
C. 0V
D. +12V

B. 逻辑1电平 -3 — -15V，采用负逻辑规定逻辑电平。

第四节可编程串行接口芯片8251A

一、基本性能

8251A USART 通用同步/异步接收发生器，基本性能：可用于同步和异步传送

同步传送：5 - 8 bit/字符，内部或外部同步，可自动插入同步字符。
异步传送：5 - 8 bit/字符，时钟速率为通信波特率的1、16、64倍
可产生中止字符：可产生1、1.5、2个位的停止位，可检查假启动位，自动检测和处理中止字符。
波特率：DC - 19.2kbit/s（异步），DC - 64kbit/s（同步）
完全双工，双缓冲器和接收器。

误差检测具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。
与Intel8080、8085、8086及8088CPU兼容。

二、内部结构

在这里插入图片描述
8251A内部结构框图

数据总线缓冲器
三态双向8位缓冲器，使8251A与系统总线连接起来。包含数据缓冲器和命令缓冲器。
接收器
在接收时钟RxC作用下，接收RxD引脚上的帧格式化串行数据，并转换为并行数据。
同时进行校验，若无错，将并行数据存放在数据总线缓冲器中，并发出接收器准备好信号（RxRDY=1），通知CPU读数。
若校验有误，则在状态寄存器中保存，以便CPU处理。
错误类型有3种：奇偶错误、帧错误、溢出（丢失）错误
发送器
把待发送的并行数据转换成所要求的帧格式，在发送时钟TxC作用下，由TxD引脚逐位的发送。发送完一帧数据后发送器准备好信号置位（TxRDY=1），通知CPU发送下一帧数据。
读/写控制和调制控制
实现对8251A的读写和对MODEM的控制。

三、外部引脚功能

在这里插入图片描述
8251A外部引脚图

1. 同CPU的连接信号

RESET：6倍时钟宽的高电平信号使得芯片复位，处于空闲状态。
CLK：时钟输入端，同步方式下该时钟频率比数据速率大30倍以上，异步方式下大4.5倍。
/WR、/RD：读/写信号输入端。
C/#D：输入高电平，CPU对芯片写控制字或读控制字；反之，读/写内容为数据。与地址线的最低位相连。
8251A占两个端口地址，偶地址为数据，奇地址为控制。
/CS：片选输入端，与地址译码器输出连接。
D0-D7：双向8为数据线，CPU通过D0-D7写控制字或数据，读状态字或数据。。

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2. MODEM控制信号（4个）

/DTR：数据终端准备好，输出，低有效，CPU准备就绪。
/RSR：数据装置准备好，输入，低有效，表示调制解调器或外设的数据准备好。
/RTS：请求发送，输出，低有效，通知调制器，CPU已准备好发送。
/CTS：清除发送信号，输入，低有效，由调制解调器或其他外设送到8251A，表示允许USART发送数据。

3. 发送器有关信号（4个）

TxD：发送数据
TxRDY：发送器准备好。有雄安表示发送缓冲器已空，CPU可以相芯片送入新数据。
TxE：发送缓冲器空标志。只要发送缓冲器种没有再要发送的字符该引脚就变高。克表示一段数据传输的结束。
/TxC：输入控制发送器数据速率的时钟。每个数据的移位输出都是在/TxC的下降沿实现的。

4.接收器有关信号（4个）

RxD：接收数据。
RxRDY：接收器准备好。为高有效表示接收缓冲器由组装好的一个数据字符，可通知CPU取走。
/RxC：接收时钟输入端。时钟的上升沿，把数据取样输入。常与/TxC共用同一个时钟源。
SYNDET/BD：同步方式下的同步检测端和异步方式下的终止检测输出。

四、8251A的编程

方式指令：定义8251A的一般工作特性，复位后由CPU写入。
命令指令：指定芯片的实际操作，在写入方式指令之后。

1. 方式指令

指定通信方式及方式下的数据格式。
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2. 命令指令

指定8251A进行某种操作或处于某种状态。
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TxEN：允许发送。=1，允许发送；可作发送中断屏蔽位。
DTR：数据终端准备就绪。=1，表示终端设备已准备好。
RxE：允许接收。 = 1，允许接收；可作接收中断屏蔽位。
SBRK：发中止字符。=1，强迫TxD为低电平，输出连续的空号，即空闲时的输出数据为低电平；=0，正常操作，
线路输出仍为高电平。
ER：错误标志复位。=1，使状态字中的错误标志位（PE/OE/FE）复位。
RTS：请求发送。=1，强迫/RTS为低电平，使其有效。DTR和RTS是送往MODEM的控制信号。
IR：内部复位。=1，进行内部复位，发方式命令之前一定要进行内部复位。
EH：进入搜索方式。=1，启动搜索同步字符，此时将接收到的数据码逐位组合成字符，做同步比较，直到找到同步码后，引脚SYNDET输出1为止。然后再把这个控制位回到0，做正常接收。

地址区分：方式指令和命令指令写入时所用的口地址相同，采用写入次序进行区分。对异步通信，复位后写u人的为方式指令，此后写入的才是命令指令。

3. 状态字

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CPU向8251A发送各种操作命令字，是依据8251A当前的运行状态决定的。
状态字中的错误标志是再接收过程中自动检测设置的。

【例题】
从8251A的状态字可知，有哪些出错检测？
【答案】帧出错、溢出错、奇偶错
【解析】8251A的状态字中D3-D5这3个位用来标志接收时检测3类错误，帧出错、溢出错、奇偶错。

4. 初始化与操作流程