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1、1 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 主要内容：主要内容：1 1、串行传送的基本概念、串行传送的基本概念 2 2、串行通信的数据格式、串行通信的数据格式 3 3、串行通信接口标准、串行通信接口标准 4 4、串行通信接口的任务及组成、串行通信接口的任务及组成 5 5、可编程串行接口芯片、可编程串行接口芯片8251A 6 6、采用、采用RS-232标准的全双工异步串行通信接口电路设计标准的全双工异步串行通信接口电路设计 7 7、采用、采用RS-485标准的异步串行通信接口电路设计标准的异步串行通信接口电路设计 8 8、PC微机异步通信适配器的分析和使用微机异步通信适配器的分析和使用 重点内。

2、容：重点内容： 1 1、串行接口电路的标准及使用、串行接口电路的标准及使用 2 2、UARTUART的工作原理及应用的工作原理及应用 2 3 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 9.1 9.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 通信方式通信方式 并行通信(并行通信(B/sB/s) 串行通信(串行通信(b/sb/s) 一、串行通信的特点一、串行通信的特点 (1 1)用一根传输线一位一位地传送数据和联络信息；)用一根传输线一位一位地传送数据和联络信息； (2 2)固定的数据格式(异步和同步数据格式)固定的数据格式(异步和同步数据格式) (3 3)信号的逻辑定义和)信号的逻辑定义和TTL不。

3、兼容，需进行逻辑关不兼容，需进行逻辑关 系和逻辑电平的转换；系和逻辑电平的转换； (4 4)双方按约定的通信传输的波特率通信；)双方按约定的通信传输的波特率通信； 4 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 二、串行通信双方需解决的问题二、串行通信双方需解决的问题 (1 1)双方发送和接收数据的速率)双方发送和接收数据的速率波特率波特率 (2 2)双方的数据格式)双方的数据格式帧格式帧格式 (3 3)双方的数据开始与结束的确定)双方的数据开始与结束的确定帧同步帧同步 (4 4)双方的数据的采样)双方的数据的采样位同步位同步 (5 5)接收方的数据的正确性)接收方的数据的正确性数据校验数据校验。

4、 (6 6)接收方出错如何处理)接收方出错如何处理 通信协议：通信协议：通信双方对数据格式、同步方式、传送速度、通信双方对数据格式、同步方式、传送速度、 传送步骤、检纠错方式及控制字符定义等问传送步骤、检纠错方式及控制字符定义等问 题作出的统一规定，通信双方式必须共同遵题作出的统一规定，通信双方式必须共同遵 守的这些约定。守的这些约定。 5 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 三、串行数据传送方向三、串行数据传送方向 1 1、单工传送方式、单工传送方式 A A设备设备B B设备设备 发送器发送器接收器接收器 2 2、半双传送方式、半双传送方式 A A设备设备B B设备设备 发送器发送器发。

5、送器发送器 接收器接收器接收器接收器 6 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 3 3、全双传送方式、全双传送方式 收接和发送开关是由软件控制的电子开关。收接和发送开关是由软件控制的电子开关。 电话线是全双工。电话线是全双工。 A A设备设备B B设备设备 发送器发送器发送器发送器 接收器接收器接收器接收器 7 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 四、信号的调制和解调四、信号的调制和解调 五、信息的检错与纠错五、信息的检错与纠错 1 1、奇偶校验或方阵检错、奇偶校验或方阵检错 只能查错无纠正错误能力，以反馈重发方式纠错。只能查错无纠正错误能力，以反馈重发方式纠错。 2 2、循环冗余码。

6、、循环冗余码CRC 能查错并有自动纠正错误能力。能查错并有自动纠正错误能力。 计算机计算机MODEMMODEMCRT 电话线电话线 调制调制解调解调 8 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 偶校验偶校验 0 1 1 方阵检错方阵检错 0 0 0 0 1 001 检验字符检验字符 在接收时数据块读出产生一个检验字符，将这个字符与在接收时数据块读出产生一个检验字符，将这个字符与 发送来的检验字符进行比较，不同表明有错重发。发送来的检验字符进行比较。

7、，不同表明有错重发。 9 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 六、波特率与发送六、波特率与发送/ /接收时钟接收时钟 1 1、波特率、波特率 单位时间内传送二进制数据的位数。单位时间内传送二进制数据的位数。 例：例：在异步串行通信中，传送一个字符，包括在异步串行通信中，传送一个字符，包括12位位 其中有其中有1个起始位，个起始位，8位数据位，位数据位，1个偶校验位，个偶校验位， 2个停止位，其传输速率是个停止位，其传输速率是1200b/s，求：每秒，求：每秒 传送的字符的个数是多少个？传送的字符的个数是多少个？ 10 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 2 2、发送、发送/ /接收。

8、时钟接收时钟 在发送数据时，发送器在发送时钟(下降沿)作用在发送数据时，发送器在发送时钟(下降沿)作用 将发送移位寄存器的数据按位串行移位输出；在接收数将发送移位寄存器的数据按位串行移位输出；在接收数 据时，接收器在接收时钟(上升沿)作用下对来自通信据时，接收器在接收时钟(上升沿)作用下对来自通信 线上串行数据，按位串行移入接收移位寄存器。线上串行数据，按位串行移入接收移位寄存器。 在实际数据传输过程中，收接器的采用比特率比发在实际数据传输过程中，收接器的采用比特率比发 送器高得多的频率的时钟来提高定位采样的分辨率和抗送器高得多的频率的时钟来提高定位采样的分辨率和抗 干扰能力。原因在于发送器发。

9、送过一个数据后，接收器干扰能力。原因在于发送器发送过一个数据后，接收器 可通过更高的时钟频率对传送过来的数据进行多次采样，可通过更高的时钟频率对传送过来的数据进行多次采样， 不仅有利于实现收发同步，而且有利于抗干扰和提高异不仅有利于实现收发同步，而且有利于抗干扰和提高异 步通信的可靠性。(步通信的可靠性。(16倍、倍、64倍等)倍等) 11 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 3 3、波特因子、波特因子 是发送是发送/接收接收1位数据所需要的时钟脉冲个数。位数据所需要的时钟脉冲个数。 发发/收时钟脉冲与波特率关系：收时钟脉冲与波特率关系： 发发/收时钟收时钟 Txc = Baud Fac。

10、tor 在异步通信中在异步通信中Factor=16 ，在同步通信，在同步通信Factor=1， 在波特因子选定的情况下，可利用改变发在波特因子选定的情况下，可利用改变发/收时钟频率收时钟频率 来控制串行通信的波特率。来控制串行通信的波特率。 4 4、传输距离与传输速率的关系、传输距离与传输速率的关系 12 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 七、串行通信的基本方式七、串行通信的基本方式 1 1、异步串行通信方式、异步串行通信方式 以字符为信息单位传送的。一帧字符用起始位和停止位以字符为信息单位传送的。一帧字符用起始位和停止位 来完成收发同步。同一个字符的位与位是同步的，字符与字来完成收发。

11、同步。同一个字符的位与位是同步的，字符与字 符间是异步的。符间是异步的。 数据流的分界、定时及同步的方法的不同数据流的分界、定时及同步的方法的不同 2 2、同步串行通信方式、同步串行通信方式 以数据块为信息单位传送，每帧信息包括多个字符，靠以数据块为信息单位传送，每帧信息包括多个字符，靠 同步字符来完成收发双方同步的。同步字符来完成收发双方同步的。 同步通信不仅字符内部的位传送时同步的，字符与字符同步通信不仅字符内部的位传送时同步的，字符与字符 之间传送也是同步的，双方必须使用同一时钟来控制数据块之间传送也是同步的，双方必须使用同一时钟来控制数据块 传输过程中的定时。传输过程中的定时。 13 。

12、第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 9.2 9.2 串行通信的数据格式串行通信的数据格式 一、起止式异步通信数据格式一、起止式异步通信数据格式 一帧数据的格式一帧数据的格式 起始位起始位0、数据位、数据位58、校验位、校验位1和停止位和停止位12。 双方通信是靠起止位和停止位来完成信息传输的同步。双方通信是靠起止位和停止位来完成信息传输的同步。 011110 LSBMSB 起起 止止 位位 0/10/1 0/1 0/1 数据位(数据位(58) 先送低后送高先送低后送高 0/1 校校 验验 位位 停止位停止位 (1，1 或或2) 空空 闲闲 位位 起起 止止 位位 0/1 LSB 第第n+。

13、1 个字符个字符 第第n个字符个字符 (1位)位) (可有可无(可有可无 有为有为1位)位) (不限)(不限) 14 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 二、面向字符的同步通信数据格式二、面向字符的同步通信数据格式 一次传送由若干个字符组成的数据块，并规定一次传送由若干个字符组成的数据块，并规定1010个特殊字符组成个特殊字符组成 的通信控制字作为数据块的开头、结束标志及整个传输过程的控的通信控制字作为数据块的开头、结束标志及整个传输过程的控 制信息。制信息。 SYNSYNSOH标题标题STX数据块数据块ETB/ETX块校验块校验 SYN：同步字符。同步字符。 SOH：序始字符，表示标题。

14、的开始。序始字符，表示标题的开始。 标题：标题：源地址、目标地址和路由指示等。源地址、目标地址和路由指示等。 STX：文始字符，表示数据块的开始。文始字符，表示数据块的开始。 ETB/ETX：组终组终 / 文终字符，文终字符， 表示传送数据块的组的结束及块的表示传送数据块的组的结束及块的 结束。结束。 块校验：块校验：它对它对SOH至至ETB/ETX段信息的校验码。段信息的校验码。 15 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 9.3 9.3 串行通信接口标准串行通信接口标准 在串行通信中，在串行通信中， 数据终端设备数据终端设备DTE与数据通信设备与数据通信设备DCE之间的之间的 连接，连。

15、接， 要符合接口标准，要符合接口标准， 目前使用最广泛的是串行标准目前使用最广泛的是串行标准 RS-232C、 RS-423、RS-422A、RS-485。 RS-232C美国电子工业协会(美国电子工业协会(EIA)在)在1969年为了电话网络进行年为了电话网络进行 数据通信而公布的数据通信标。通过调制将逻辑数据通信而公布的数据通信标。通过调制将逻辑 “1” 和和“0”的高低电的高低电 压转换成高、压转换成高、 低不同的频率在电话网络中传送，低不同的频率在电话网络中传送， 在接收端用解调器在接收端用解调器 把不同的频率变在一系列高低电压以表示把不同的频率变在一系列高低电压以表示“1”和和“0”。

16、。 16 RS-232C串行通信标准定义说明：串行通信标准定义说明： 当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能达 当初制定此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能达 到接插的到接插的“兼容性兼容性”。也就是说不同厂家所生产的设备，只要它。也就是说不同厂家所生产的设备，只要它 们都有具有们都有具有RS-232CRS-232C标准接口，则不需要任何转换电路，就可以标准接口，则不需要任何转换电路，就可以 互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外， 用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一用它进行数据传输。

17、时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一 般不超过般不超过15m15m。通常两计算机的近距离通信可以通过。通常两计算机的近距离通信可以通过RS-232CRS-232C标准标准 接口连接起来。接口连接起来。 最初是为远程通信连接数据终端设备最初是为远程通信连接数据终端设备DTE (Data Terminal Equipment)与数据通信设备与数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)而制定的而制定的。 RS-232CRS-232C标准包括机械指标和电气指标。标准包括机械指标和电气指标。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 17 1. 电气特性 一、一、。

18、RS-232CRS-232C串行通信标准串行通信标准 逻辑电平逻辑电平 逻辑逻辑1 1(MARKMARK)= -3V= -3V-15V-15V 逻辑逻辑0 0(SPACESPACE)= +3= +315V 15V 在在TxDTxD和和RxDRxD上上 信号有效(接通，信号有效(接通，ONON状态，正电压)状态，正电压)= +3V= +3V+15V+15V 信号无效(断开，信号无效(断开，OFFOFF状态，负电压)状态，负电压)= -3V= -3V-15V-15V 在在RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等控制线上等控制线上 !RTS!RTS：为请求发送信号。：。

19、为请求发送信号。DTEDTEDCEDCE !CTS!CTS：为允许发送信号为允许发送信号。 DCE DCE DTEDTE !DSR!DSR：为数据装置准备好信号。有效时，表明：为数据装置准备好信号。有效时，表明DCEDCE 可以使用可以使用 !DTR!DTR：为数据终端准备好信号。有效时表明：为数据终端准备好信号。有效时表明DTEDTE可可 以使用。以使用。!DCD!DCD：载波检测输出。：载波检测输出。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 18 1. 电气特性 TTL-EIATTL-EIA电平转换电平转换 为了能够同计算为了能够同计算 机接口或终端的机接口或终端的 TTLTTL器件连接。

20、，器件连接， 必须在必须在EIA-RS-EIA-RS- 232C232C与与TTLTTL电电 路之间进行电平路之间进行电平 和逻辑关系的变和逻辑关系的变 换。换。 集成转换器件集成转换器件 TTLEIATTLEIAMC1488MC1488、SN75150SN75150 EIATTLEIATTLMC1489MC1489、SN75154SN75154 TTLEIA TTLEIA MAX232 MAX232 n232C接口采用EIA电平 n高电平为3V15V n低电平为3V15V n实际常用12V或15V n标准标准TTL电平电平 n高电平：高电平：2.4V5V n低电平：低电平：0V0.4V 相互。

21、转换相互转换 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 19 2. 连接器的机械特性 DB-25DB-25 1313 1 1 2525 1414 1 1 1313 1414 25 异步通信的异步通信的9 9个电压信号(含信号地个电压信号(含信号地SGSG)：)： 2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，2020，2222 20mA 20mA电流环信号电流环信号 9 9个：个： 1212，1313，1414，1515，1616，1717，19,2319,23，2424 空引脚空引脚6 6个：个： 9 9，1010，1111，1818，2121，2525 保护地(保护地(PEPE)。

22、1 1个，作为设备接地端：个，作为设备接地端： 1 1 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 20 DB-9DB-9 B-9型连接器与型连接器与DB-25型引脚信号定义型引脚信号定义 DC D Rx D TxD DTR SG DSR RTS CTS RI DB-9123456789 DB-2583220764522 ATAT机以后(不支持机以后(不支持20mA20mA电流环接口)，电流环接口)， 使用使用DB-9DB-9连接器，作为提供多功能连接器，作为提供多功能I/OI/O卡卡 或主板上或主板上COM1COM1和和COM2COM2两个串行接口的两个串行接口的 连接器。它只提供异步通信的连。

23、接器。它只提供异步通信的9 9个信号。个信号。 DB-9DB-9型连接器的引脚分配与型连接器的引脚分配与DB-25DB-25型引型引 脚信号完全不同。因此，若与配接脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25DB-25 型连接器的型连接器的DCEDCE设备连接，必须使用专门设备连接，必须使用专门 的电缆线。的电缆线。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 21 3. RS-232C的接口信号 4 4条数据线、条数据线、 1111条控制线、条控制线、 3 3条定时线、条定时线、 7 7条备用和未定义线条备用和未定义线 常用的只有常用的只有9 9根根 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 22。

24、 (1)(1)联络控制信号线联络控制信号线 nTxD：发送数据 n串行数据的发送端 nRxD：接收数据 n串行数据的接收端 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 23 nRTS：请求发送请求发送 n当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效 的的RTSRTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据信号，用于通知数据通信设备准备接收数据 nCTS：清除发送(允许发送)(请求响应)：清除发送(允许发送)(请求响应) n当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传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，发出送数据时，发出CTSCTS有效信号来响。

25、应有效信号来响应RTSRTS信号信号 nRTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备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(握手信号间一对用于数据发送的联络信号(握手信号) 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 24 nDTR：数据终端准备好数据终端准备好 n通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，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表明数据终端设备准备就绪 nDSR：数据装置准备好数据装置准备好 n通常表示数据通信设备(即数据装置)已接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，并处在数据传输方通电源连到通信线路上，并处。

26、在数据传输方 式式 nDTR和和DSR也可用做数据终端设备与数也可用做数据终端设备与数 据通信设备间的联络信号，例如表示设据通信设备间的联络信号，例如表示设 备的状态备的状态 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 25 nSG：信号地信号地 n为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平 nDCD：载波检测(载波检测(DCD) n当本地调制解调器接收到来自对方的载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波信号时，该引脚向数据终端设备提供 有效信号有效信号 nRI：振铃指示振铃指示 n当调制解调器接收到对方的拨号信号期当调制解调器接收到对。

27、方的拨号信号期 间，该引脚信号作为电话铃响的指示、间，该引脚信号作为电话铃响的指示、 保持有效保持有效 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 26 nPG：保护地(机壳地) n起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的 使用规定，连接到设备的外壳或大地 nTxC：发送器时钟 n控制数据终端发送串行数据的时钟信号 nRxC：接收器时钟 n控制数据终端接收串行数据的时钟信号 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 27 二、串行口互连二、串行口互连 微机利用微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通过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电话线路的远距离通信 MODEM微机。

28、微机 2 3 4 5 6 7 8 20 22 2 3 4 5 6 7 8 20 22 数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR 数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR 发送数据发送数据TxDTxD 接收数据接收数据RxDRxD 请求发送请求发送RTSRTS 允许发送允许发送CTSCTS 信号地信号地GNDGND 载波检测载波检测DCDDCD 振铃指示振铃指示RIRI 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 28 9.1 9.1 串行接口系统概述串行接口系统概述9.1.4 RS-232C9.1.4 RS-232C串行通信标准串行通信标准 电话线电话线 MODEM微机微机 2 3 4 5 6 。

29、7 8 20 22 2 3 4 5 6 7 8 20 22 MODEM 2 3 4 5 6 7 8 20 22 数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR 数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR 发送数据发送数据TxDTxD 接收数据接收数据RxDRxD 请求发送请求发送RTSRTS 允许发送允许发送CTSCTS 信号地信号地GNDGND 载波检测载波检测DCDDCD 振铃指示振铃指示RIRI 微机微机 2 3 4 5 6 7 8 20 22 29 1. 零Modem 的最简连线(3线制) 微机利用微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。接口直接连接进行短距离通信。 这种连接不使用调制解调。

30、器，所以被称为零调制这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制 解调器(解调器(Null Modem)连接。)连接。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 30 2. 零Modem标准连接 TxD 2 RxD 3 SG 7 RTS 4 CTS 6 DCD 8 DSR 6 RI 22 DTR 20 2 TxD 3 RxD 7 SG 4 RTS 6 CTS 8 DCD 6 DSR 22 RI 20 DTR 微机微机微机微机 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 31 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 3 3、信号线的连接和使用、信号线的连接和使用 (1)采用)采用MODEM时时RS。

31、-232C信号线的使用信号线的使用 计计 算算 机机 接接 口口 调调 制制 解解 调调 器器 TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD 调调 制制 解解 调调 器器 TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD 接接 口口 终终 端端 专用电话线专用电话线 二、RS-422/RS-423接口标准 1.特点： (1)采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提 高了抗共模干扰的能力。因为是两条传输线的电位差决定逻辑高了抗共模干扰的能力。因为是两条传输线的电位差决定逻辑 电平电平 AAAA -BB -BB -200mV 。

32、+200mV +200mV，表示，表示“0 0” (2 2)传输速率)传输速率 10Mbps10Mbps(15m15m时)时) 90Kbps90Kbps(1200m1200m时)时) 2.连接 MC3487MC3486 B TTL RS-422A电平 平衡发送器 差动接收器 B AA 三、三、RS-485RS-485接口标准接口标准 1.特点： (1 1)兼容)兼容RS-422ARS-422A，扩展，扩展RS-422ARS-422A的功能；的功能； (2 2)允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个)允许在电路中有多个发送器和允许一个发送器驱动多个 接收器，多达接收器，多达3232个收。

33、个收/ /发器；发器； (3 3)搞干扰能力强，传送距离远，传输速率高。)搞干扰能力强，传送距离远，传输速率高。 数传率：数传率：100Kbps 1.2Km 100Kbps 1.2Km 不用不用MODEMMODEM 9.6Kbps 15Km 9.6Kbps 15Km 10Mbps 15m 10Mbps 15m 四、几种标准的比较四、几种标准的比较 见书见书224224，表，表9.39.3列出，列出，RS-232RS-232，423423，422422，485485几种标准的几种标准的 工作方式，直接传输最大距离，最大数传率等参数。工作方式，直接传输最大距离，最大数传率等参数。 34 第第9 9。

34、章章 串行通信接口串行通信接口 9.4 9.4 串行通信接口的任务及组成串行通信接口的任务及组成 一、串行通信接口的基本任务一、串行通信接口的基本任务 1 1、实现数据格式化、实现数据格式化 2 2、进行串行与并行转换、进行串行与并行转换 3 3、控制数据传输速率、控制数据传输速率 4 4、进行错误检测、进行错误检测 5 5、进行进行TTL与与EIA电平转换电平转换 6 6、提供符合提供符合EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线接口标准所要求的信号线 二、串行通信接口电路的组成二、串行通信接口电路的组成 由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与。

35、与TTL电平转换器电平转换器 及地址译码电路组成。及地址译码电路组成。 35 9.2 9.2 可编程串行口控制器可编程串行口控制器82508250 9.2.1 82509.2.1 8250的逻辑结构和引脚功的逻辑结构和引脚功 能能 PC微机异步通信适配器是微机与微机、微微机异步通信适配器是微机与微机、微 机与机与MODEM及微机与外设之间进行异步通信及微机与外设之间进行异步通信 的接口。其核心是的接口。其核心是通用异步收发传输器通用异步收发传输器UART 常见的常见的UART主要有主要有、 和和。此外，还有带更大缓冲的。此外，还有带更大缓冲的UART ，称为，称为和和。 第第9 9章章 串行通。

36、信接口串行通信接口 36 37 16550引脚简介引脚简介 n数据信号数据信号D7-D0：8根数据线和根数据线和CPU数据总线连接。数据总线连接。 n与地址有关的信号与地址有关的信号:CS0、CS1、!CS2、!ADS。当。当 CS0=CS1=1、!CS2=0时，时，16550可被可被CPU访问，并由访问，并由A2- - A0选择要访问的寄存器。地址选通信号选择要访问的寄存器。地址选通信号!ADS为低电平时，为低电平时， 锁存三个片选信号以及锁存三个片选信号以及A2- A0的输入状态。的输入状态。 n读写控制信号读写控制信号。16550有两对读写控制信号，两对信号功能有两对读写控制信号，两对信。

37、号功能 完全相同，只不过是信号电平不同而已。完全相同，只不过是信号电平不同而已。RD、WR为高电平有为高电平有 效，效，!RD、 !WR为低电平有效。为低电平有效。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 38 n中断控制和复位信号。中断控制和复位信号。16550具有中断控制和中断优具有中断控制和中断优 先级处理能力，先级处理能力，INTR引脚产生高电平有效地中断请引脚产生高电平有效地中断请 求信号。求信号。PC中，使用中，使用OUT2来控制中断请求信号来控制中断请求信号 INTR的输出，而的输出，而OUT1没有使用。没有使用。MR是复位信号，是复位信号， 通常与系统通常与系统RESET信号。

38、连接，在系统复位时对信号连接，在系统复位时对16550 复位。复位。 n时钟信号。时钟信号。XIN和和XOUT是是16550的主时钟引脚，晶的主时钟引脚，晶 体振荡器可连接在它们两者之间，或者体振荡器可连接在它们两者之间，或者XIN与外部时与外部时 钟源连接。钟源连接。BAUDOUT输出是由发送器的波特率发生输出是由发送器的波特率发生 器产生的时钟信号，它常与器产生的时钟信号，它常与RCLK输入连接，产生与输入连接，产生与 发送器相等的接收器时钟。发送器相等的接收器时钟。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 39 n与通信设备连接的信号。请求发送与通信设备连接的信号。请求发送RTS、允许。

39、、允许 发送发送CTS、数据终端准备好、数据终端准备好DTR、数据装置准、数据装置准 备好备好DSR、振铃、振铃RI、载波检测、载波检测DCD、串行数、串行数 据信号据信号RxD和和TxD。这些信号经过。这些信号经过EIA驱动器驱动器 驱动后与驱动后与9脚脚D型连接器相连。型连接器相连。 n数据就绪信号。数据就绪信号。RxRDY和和 TxRDY是接收器和是接收器和 发送器的就绪信号，常用于发送器的就绪信号，常用于DMA方式控制数据方式控制数据 传送。传送。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 40 u16550内部有内部有12个个8位寄存器，但是只有位寄存器，但是只有8个个 端口地址，用。

40、端口地址，用8个地址表示个地址表示12个寄存器，所采个寄存器，所采 取的措施如下：取的措施如下： u发送保持寄存器发送保持寄存器THR 和和 接收数据寄存器接收数据寄存器RBR 共用共用 一个地址，以读写信号来加以区分。一个地址，以读写信号来加以区分。 u以读方式访问以读方式访问RBR， 以写方式访问以写方式访问THR u波特率除数寄存器的高字节波特率除数寄存器的高字节TLH与中断允许寄存器与中断允许寄存器 IER使用相同的地址使用相同的地址; 波特率除数寄存器的低字节波特率除数寄存器的低字节 TLL与接收数据寄存器与接收数据寄存器RBR和发送保持寄存器和发送保持寄存器THR 使用相同的地址，。

41、为了区分，借用线路控制寄存器使用相同的地址，为了区分，借用线路控制寄存器 LCR的最高位的最高位DLAB位来区分位来区分 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 41 16550内部寄存器地址及其选择方法内部寄存器地址及其选择方法 DLABA2 A1 A0被访问的寄存器被访问的寄存器 0000接收数据寄存器接收数据寄存器RBR(读)(读); 发送保持寄存器发送保持寄存器THR(写)(写) 0001中断允许寄存器中断允许寄存器IER 1000波特率除数寄存器(低字节)波特率除数寄存器(低字节) 1001波特率除数寄存器(高字节)波特率除数寄存器(高字节) X010中断识别寄存器中断识别寄存器I。

42、IR(只读)(只读); FIFO控制器控制器FCR(只写)(只写) X011线路控制寄存器线路控制寄存器LCR X100MODEM控制寄存器控制寄存器MCR X101线路状态寄存器线路状态寄存器LSR X110MODEM状态寄存器状态寄存器MSR X111暂存暂存 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 42 表表 LCR格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 DLABSBSPEPSPENSTBWLS1WLS 0 除数寄存器除数寄存器 访问允许访问允许 中止中止 设定设定 附加奇偶附加奇偶 标志位选标志位选 择择 奇偶奇偶 校验校验 选择选择 奇偶奇偶 校验校验 允许允许 停止位选择停止。

43、位选择字符长度选择字符长度选择 1-允许允许 0-禁止禁止 1- 中止中止 0- 正常正常 1-附加附加 1位位 0-不附不附 加加 11-偶校验偶校验 01-奇校验奇校验 X0-无校验无校验 0-1位停位停 止位止位 1-1.5或或2 位停止位位停止位 根据根据D1 D0 区分区分 00-5位位 01-6位位 10-7位位 11-8位位 1，线路控制寄存器，线路控制寄存器(LCR：Line Control Register) 用于指定异步串行通信的数据格式用于指定异步串行通信的数据格式 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 43 2，线路状态寄存器(，线路状态寄存器(LSR：Line S。

44、tatus Register)：只读存储器，用来向)：只读存储器，用来向CPU提提 供数据接收和发送时的状态。这些状态可以被供数据接收和发送时的状态。这些状态可以被CPU查询，也可以触发中断请求。查询，也可以触发中断请求。 LSR格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 ERTEMTTHREBIFEPEOEDR 错误错误 标志标志 发送器发送器 空空 发送保发送保 持寄存持寄存 器器 中止识别指中止识别指 示示 接收格式错接收格式错接收奇接收奇 偶错偶错 越限出错越限出错接收数据准接收数据准 备备 0- 无错无错 误误 1- FIFO 至少至少 有一有一 个错个错 误误 0-发发 送器不送器。

45、不 空空 1-发发 送器空送器空 0-等等 待发送待发送 器器 1-发发 送器就送器就 绪绪 0- 无中无中 止状态止状态 1-进入中进入中 止状态止状态 0-正常正常 1-出错出错 0-正正 常常 1-出出 错错 0-正常正常 1-出错出错 0-数据未数据未 准备好准备好 1-FIFO或或 接收缓冲器接收缓冲器 中有数据中有数据 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 44 3，波特率除数寄存器(，波特率除数寄存器(TLH与与TLL) u波特率除数寄存器分为高字节寄存器波特率除数寄存器分为高字节寄存器TLH和低字节寄存器和低字节寄存器TLL u该寄存器用于存放除数寄存器值，从而确定波特率。。

46、除数寄存器值不同，则波该寄存器用于存放除数寄存器值，从而确定波特率。除数寄存器值不同，则波 特率不同。(分频系数：在基准时钟频率的基础上所作的分频。)特率不同。(分频系数：在基准时钟频率的基础上所作的分频。) 除数寄存器值除数寄存器值=基准时钟频率基准时钟频率(16波特率)波特率) 注：注： 16为分频系数，即每为分频系数，即每16个基准时钟频率才会发送一位二进制数据个基准时钟频率才会发送一位二进制数据 u在写入除数之前，应将线路控制寄存器的最高位在写入除数之前，应将线路控制寄存器的最高位DLAB置置1，只有这样才可以，只有这样才可以 访问到除数寄存器访问到除数寄存器 u由于除数是由于除数是1。

47、6位的，所以应分别向位的，所以应分别向TLH和和TLL两个端口分别写入除数值的高两个端口分别写入除数值的高8 位和低位和低8位。位。 u16550芯片输入的基准时钟频率为芯片输入的基准时钟频率为1. 8432MHz 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 45 常用波特率常数常用波特率常数 速率(速率(b/s)波特率高波特率高8位位 (写入写入TLH) 波特率低波特率低8位位 (写入写入TLL) 240000H30H 480000H18H 960000H0CH 1920000H06H 3840000H03H 5760000H02H 11520000H01H 第第9 9章章 串行通信接口串行通。

48、信接口 46 4,中断允许寄存器(中断允许寄存器(IER：Interrupt Enable Register)：)：16550有有4级中断，级中断， 按优先级从高到低依次为：接收出错中断、接收缓冲器满中断、发送保持按优先级从高到低依次为：接收出错中断、接收缓冲器满中断、发送保持 寄存器空中断和寄存器空中断和MODEM输入状态改变中断。这些中断的允许或屏蔽由输入状态改变中断。这些中断的允许或屏蔽由 IER来控制来控制 IER格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 0000I0EI3EI1EI2E 类型类型0中断：中断： MODEM状态状态 改变改变 1-允许允许 0-屏蔽屏蔽 类型类型3中断。

49、：接中断：接 收出错收出错 1-允许允许 0-屏蔽屏蔽 类型类型1中断：发中断：发 送保持器空(送保持器空( 数据发送完毕数据发送完毕 ) 1-允许允许 0-屏蔽屏蔽 类型类型2中断：中断： 接收缓冲区满接收缓冲区满 (数据接收完(数据接收完 毕)毕) 1-允许允许 0-屏蔽屏蔽 只要只要IER寄存器的相应位写寄存器的相应位写“1”就允许中断请求，写就允许中断请求，写“0”就禁止中就禁止中 断请求断请求 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 47 5,中断标识寄存器(中断标识寄存器(IIR：Interrupt identifier Register)：如果)：如果16550工作于中断工作于。

50、中断 方式，方式，IIR指出有无待处理的中断发生及其类型，并封锁比此类优先级低的所有指出有无待处理的中断发生及其类型，并封锁比此类优先级低的所有 类型中断。类型中断。 IIR格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 FIFO指示标志指示标志00超时中断超时中断中断类型标识中断类型标识未决中断指未决中断指 示示 00-无无FIFO 01-允许允许FIFO ，但不可用，但不可用 11-允许允许FIFO 0-不超时不超时 1-超时超时 11-接收出错接收出错 10-接收缓冲器满接收缓冲器满 01-发送保持器空发送保持器空 00-MODEM状态改状态改 变变 0-中断有中断有 待处理待处理 1-无中。

51、断无中断 为了具体识别究竟是哪种事件引起的中断(即中断源)，为了具体识别究竟是哪种事件引起的中断(即中断源)，UART内部设置了中断内部设置了中断 识别寄存器识别寄存器IIR。它保存着在请求中断的中断类型编码。它保存着在请求中断的中断类型编码。IIR是只读寄存器，它的是只读寄存器，它的 内容随中断源而改变。内容随中断源而改变。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 48 6,发送保持寄存器(发送保持寄存器(THR：Transmit Holding Register):该寄该寄 存器寄存存器寄存CPU写入的一字节数据，在发送移位寄存器空闲时，写入的一字节数据，在发送移位寄存器空闲时， 自动转。

52、存到发送移位寄存器。按照编程制定的帧格式，发送移自动转存到发送移位寄存器。按照编程制定的帧格式，发送移 位寄存器为每一个数据添加起始位、校验位和停止位，转换成位寄存器为每一个数据添加起始位、校验位和停止位，转换成 串行数据，在发送器时钟的控制下，经串行数据，在发送器时钟的控制下，经SOUT端一位一位地发端一位一位地发 送出去。送出去。 7,接收缓冲寄存器(接收缓冲寄存器(RBR：Receive Buffering Register)：在)：在 接收器时钟的控制下，接收移位寄存器从接收器时钟的控制下，接收移位寄存器从SIN端子接收的一帧端子接收的一帧 数据，去掉起始位、校验位和停止位，转换成并行。

53、数据送接收数据，去掉起始位、校验位和停止位，转换成并行数据送接收 缓冲寄存器等待缓冲寄存器等待cpu读取。读取。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 49 16550芯片数据传输过程芯片数据传输过程 由于由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行 方式传输，因此，在串行接口中，必须要有方式传输，因此，在串行接口中，必须要有“接收移位寄存器接收移位寄存器” (串(串并)和并)和“发送移位寄存器发送移位寄存器”(并(并串)。串)。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 50 8,MODEM控制寄存器(控制寄存器(MCR)。控制芯。

54、片的)。控制芯片的4个管脚的输出和芯个管脚的输出和芯 片的环路检测。片的环路检测。MCR的格式如表的格式如表7所示。所示。 MCR格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 000环路检环路检 测测 输出输出2输出输出1请求发请求发 送送 数据终端就数据终端就 绪绪 0-正正 常收发常收发 1-内内 部自循部自循 环环 1- OUT2 引脚有引脚有 效效 1- OUT1 引脚有引脚有 效效 1- RTS信信 号有效号有效 1-DTR信信 号有效号有效 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 51 9, MODEM状态寄存器(状态寄存器(MSR)。反映)。反映UART与通信设备与通信设备 (如。

55、(如MODEM)之间联络信号的当前状态以及这些信号的)之间联络信号的当前状态以及这些信号的 变化情况。变化情况。 MSR格式格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 RLSDRIDSRCTSRLSDRLSD TERIDSR CTS 收到收到“ 接收线接收线 载波检载波检 测测” 收到收到“ 振铃指振铃指 示示” 收到收到“ 数传机数传机 就绪就绪” 收到收到“ 清除发清除发 送送” RLSD 位发生位发生 改变改变 收到收到“ 振铃指振铃指 示后沿示后沿 ” DSR位位 发生变发生变 化化 CTS位位 发生变发生变 化化 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 52 10, FIFO控制寄存器。

56、(控制寄存器(FCR)。)。16550有一个有一个FIFO缓冲器缓冲器 ，用于缓冲正在发出或接收的数据。，用于缓冲正在发出或接收的数据。 FCR格式格式 位位意意 义义位位意意 义义 0 0允许允许FIFOFIFO缓冲器工作缓冲器工作4 4保留保留 1 1清除接收清除接收FIFOFIFO缓冲器缓冲器5 5不用不用 2 2清除发送清除发送FIFOFIFO缓冲器缓冲器6 6接收端中断触发器值(接收端中断触发器值( 低位)低位) 3 3DMADMA7 7接收端中断触发器值(接收端中断触发器值( 高端)高端) 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 53 1655016550编程举例编程举例 1初始。

57、化串行通信口 一一 查询方式异步串行通信编程查询方式异步串行通信编程 在查询方式下异步通信编程一般有三个部分：初始化、在查询方式下异步通信编程一般有三个部分：初始化、 发送一个字符及接收一个字符。发送一个字符及接收一个字符。 下面以串行口下面以串行口COM1(COM1(端口地址端口地址3F8H)3F8H)为例，分别说明这三个部为例，分别说明这三个部 分的编程方法。分的编程方法。 初始化串行通信口的内容是：确定数据传输帧格式(包括数据位初始化串行通信口的内容是：确定数据传输帧格式(包括数据位 长度、停止位长度及有无奇偶校验和校验的类型)、确定传输波特长度、停止位长度及有无奇偶校验和校验的类型)、。

58、确定传输波特 率以及确定率以及确定INS8250INS8250操作方式。操作方式是指自发自收的循环反馈操作方式。操作方式是指自发自收的循环反馈 方式(用于诊断)还是通常的两点之间的通信方式，是程序查询方方式(用于诊断)还是通常的两点之间的通信方式，是程序查询方 式传送还是中断方式传送。式传送还是中断方式传送。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 54 1初始化串行通信口 初始化的一般方法是按一定的步骤分别对线路控制寄初始化的一般方法是按一定的步骤分别对线路控制寄 存器存器LCRLCR、波特率除数寄存器、波特率除数寄存器TLLTLL、TLH TLH 和和 MODEMMODEM控控 制寄存器。

59、制寄存器MCRMCR等进行参数写入操作，其参数是在程序等进行参数写入操作，其参数是在程序 中由指令分散设定的；中由指令分散设定的； 通过写除数寄存器通过写除数寄存器TLL与与TLH设置波特率设置波特率 通过写线路控制寄存器通过写线路控制寄存器LCRLCR设置通信数据格式设置通信数据格式 通过写通过写MODEM控制寄存器控制寄存器MCR设置设置MODEM控制控制 字字 1.1.通过写中断允许寄存器通过写中断允许寄存器IERIER设置中断允许控制字设置中断允许控制字 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 55 1初始化串行通信口 MOVDX,LCR； MOVAL,80H OUTDX, AL； 。

60、MOVDX,DLL； MOVAL,0CH； OUTDX, AL MOVAL,00H INCDX； OUTDX, AL 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 56 MOV AL, 00011011b ； MOV DX,LCR； OUTDX, AL MOVAL, 03H； MOVDX, MCR； OUTDX, AL MOVAL, 0； MOVDX, IER； OUTDX, AL 57 1发送一个字符程序 一一 查询方式异步串行通信编程查询方式异步串行通信编程 采用查询方式下的字符发送编程，有两种方法：第一种方法，近距采用查询方式下的字符发送编程，有两种方法：第一种方法，近距 离传送不考虑离传送。

61、不考虑RS-232CRS-232C的的MODEMMODEM控制信号，控制信号，CPUCPU只要检测到只要检测到INS8250INS8250发发 送保持寄存器为空送保持寄存器为空( (即线路状态寄存器即线路状态寄存器D5=1)D5=1)，即可向发送保持寄存，即可向发送保持寄存 器输出一个字符；第二种方法，考虑到发送持续的通用性，即可能器输出一个字符；第二种方法，考虑到发送持续的通用性，即可能 用于远距离通信的要求，故应按照用于远距离通信的要求，故应按照RS-232CRS-232C配置配置MODEMMODEM时的控制规则时的控制规则 去处理。在这种情况下，发送方首先要使去处理。在这种情况下，发送方。

62、首先要使RTSRTS和和DTRDTR有效，即在有效，即在MCRMCR 中使中使RTS=DTR=1RTS=DTR=1。然后，检测。然后，检测MODEMMODEM状态寄存器状态寄存器MSRMSR，只有当，只有当MSRMSR中的中的 CTSCTS和和DSRDSR有效，有效，CPUCPU才可按第一种方法向才可按第一种方法向INS8250INS8250输出一个字符。输出一个字符。 按第二种方法编写发送程序的流程图如图按第二种方法编写发送程序的流程图如图5-85-8所示。所示。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 58 2发送一个字符程序 自行思考与实现：如 果采取第一种方法发 送一个字符，程序该 。

63、如何编写 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 59 3接收一个字符程序 采用查询方式接收一个字符的编程，也有两种方法采用查询方式接收一个字符的编程，也有两种方法 第一种方法是不考虑第一种方法是不考虑RS-232CRS-232C的的MODEMMODEM控制信号，控制信号，CPUCPU只要检只要检 测到测到INS8250INS8250的接收数据寄存器准备好的接收数据寄存器准备好( (即线路状态寄存器即线路状态寄存器D0=1)D0=1)， 即可从接收数据寄存器读取一个字符；即可从接收数据寄存器读取一个字符； 第二种方法，考虑到发送持续的通用性，即可能用于远距离通信的第二种方法，考虑到发送持续的。

64、通用性，即可能用于远距离通信的 要求，故应按照要求，故应按照RS-232CRS-232C配置配置MODEMMODEM时的控制规则去处理。在时的控制规则去处理。在 这种情况下，接收方首先要在这种情况下，接收方首先要在MCRMCR中设置数据终端就绪信号中设置数据终端就绪信号 (DTR=1DTR=1)，然后，检测)，然后，检测MODEMMODEM状态寄存器状态寄存器MSRMSR。只有当。只有当 MSRMSR中的数据设备就绪信号中的数据设备就绪信号DSR=1DSR=1有效，有效，CPUCPU才可按第一种方才可按第一种方 法从法从INS8250INS8250接收一个字符。接收一个字符。 按第二种方法编写。

65、接收程序的流程图见下页。按第二种方法编写接收程序的流程图见下页。 一一 查询方式异步串行通信编程查询方式异步串行通信编程 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 60 3接收一个字符程序 自行思考与实现：如自行思考与实现：如 果采取第一种方法发果采取第一种方法发 送一个字符，程序该送一个字符，程序该 如何编写如何编写 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 61 R E V _ S H O W 子 程 序 流 程 图 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 62 1通信中断初始化 二二. . 中断方式异步串行通信编程中断方式异步串行通信编程 (1 1)修改中断向量，使新的中断向量指向自行。

66、编制的通信中断程)修改中断向量，使新的中断向量指向自行编制的通信中断程 序。序。 (2 2)确定)确定1655016550的操作方式，设置中断允许寄存器相应位的允许的操作方式，设置中断允许寄存器相应位的允许 或禁止(选择中断源类型)，并允许中断操作(置或禁止(选择中断源类型)，并允许中断操作(置MCRMCR的的OUT2OUT2 有效(该步骤原因详见教材有效(该步骤原因详见教材P274P274)。)。 (3 3)确定起止式通信协议，设置通信波特率及数据桢传输格式。)确定起止式通信协议，设置通信波特率及数据桢传输格式。 (4 4)开放通信中断，对)开放通信中断，对8259A8259A中断控制器的屏蔽寄存器编程中断控制器的屏蔽寄存器编程 (OCW1OCW1)，开放串口中断。)，开放串口中断。 第第9 9章章 串行通信接口串行通信接口 2通信中断主程序 该程序没有统一的模式，完全随用户应用的要求自行编制。该程序没有统一的模式，完全随用户应用的要求自行编制。 63 3通信中断服务程序 u该程序是中断处理的核心，一般分成以下该程序是中断处理的核心，一般分成以下3 3段：段： u(1 1)判断发生中。