第六章——串并行通信与接口技术

串行通信涉及到的几个问题

（一）
全双工方式：一个通信系统中，对数据的两个传输方向采用不同的通道，系统可以同时进行发送和接受。
半全工方式：输入过程和输出过程使用同一通道，所以，两个不能同时进行。
单工方式：系统只能在一个方向上传输信息，即只能发送或只能接受。

（二）按时钟对通信过程的定时方式：
同步方式：收发双方采用同一个时钟信号来定时。在每组信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，必须填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。
异步方式：收发双方不用统一的时钟进行计时，两个字符之间的传输间隔是任意的，靠起始位和停止位来识别信息帧。

上图为标准的异步通信数据格式
步骤：
1.在传输前，输出线必须处于“1”状态，称为标识态；
2.传输开始，输出线由标识态变为“0”态，从而作为起始位；
3.起始位后面为5~8个信息位，信息位由低到高排列，即第1位为字符的最低位，在同一个传输系统中，信息位的数目是固定的；
4.信息位后面为校验位，若为奇校验，前面偶数个1，则该位为1，校验位也可不设置；
5.最后为停止位，取值为’“1”，可占1、1.5、2位；

在异步通信中，发送端需要用时钟来决定每一位对应的时间长度，接收端也需要用一个时钟来确定每一位的时间长度，前者叫发送时钟，后者叫接受时钟。这两个时钟的频率可以是位传输率的16倍、32倍或64倍，这个倍数称为波特率因子。
若取波特率因子为16,。通信时，接收端在检测到电平由高到低变化以后，便开始计数，计数时钟就是接受时钟。当计到8个时钟以后，就对输入信号进行采样，如仍为低电平，则确认这是起始位，而不是干扰信号。此后接收端每隔16个时钟脉冲对输入信号进行一次采样，指导各个信息位以及停止位都输入以后，采样才停止。

（三）
传输率就是指每秒传输多少位，串行传输率也常叫波特率（bps）

串行接口

采用串行通信方式的外设，要用串行接口和计算机主机系统连接。串行接口部件内部有4个主要寄存器，即控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器。

控制寄存器：容纳CPU送来的各种控制信息，以决定接口的工作方式。
状态寄存器：每1个状态位都可用来指示传输过程中的某一种状态。
数据输入寄存器和串行输入并行输出移位寄存器配对使用：输入过程中，串行数据1位1位从外设进入接口的移位寄存器，当接受完1个字符以后，数据就从移位寄存器送到数据输入寄存器，再等待CPU来取走。
数据输出寄存器和并行输入串行输出移位寄存器配对使用：当CPU往数据输出寄存器中输出1个数据后，数据便传输到移位寄存器，然后转换成串行数据1位1位通过输出线送到外设。
控制寄存器和数据输出寄存器是只写的，状态寄存器和数据输入寄存器是只读的，，所以可用读信号和写信号来区分这两组寄存器，再用一位地址来区分2个只读寄存器和2个只写寄存器，因此，4个寄存器只用两个端口地址。

8251A的基本工作原理

（一）8251A的基本性能

（1）可编程实现同步或者异步工作方式，波特率不同；
（2）同步方式：5-8bits代表字符，可奇偶校验
（3）异步方式：5-8bits代表字符，1bits奇偶校验；自动增加启动位、停止位。

（二）8251A的功能结构

接收缓冲器：从RXD引脚接受串行数据，并转换成并行数据；
接受控制电路：配合接收缓冲器工作的，它管理有关接受的所有功能（各种检测）；
发送缓冲器：把来自CPU的并行数据加上响应的控制信息，然后转换成串行数据从TXD引脚发送出去；
发送控制电路：与发送缓冲器配合工作，控制和管理所有与串行发送有关的功能；
数据总线缓冲器：用来把8251A和系统数据总线相连，在CPU执行输入/输出指令时，由数据总线缓冲器发送和接受数据，此外，控制字、命令字和状态信息也通过数据总线缓冲器传输。
读/写控制逻辑电路用来配合数据总线缓冲器工作：用来通知8521A当前读写的是数据还是控制字/状态字。
调制/解调控制电路：实现8251A和调制/解调器的连接。在进行远程通信时，常常要解调器将串行接口送出的数字信号变成模拟信号，再发出去，接收端则要用调制器将模拟信号变为数字信号，再由串行接口转换为并行数据送往计算机主机。在全双工通信情况下，每个收发站都要连接调制/解调器。有了调制/解调控制电路，就提供了一组通用的控制信号，使得8251A可直接和调制/解调器相连。

8251A的对外信号

（一）8251A和CPU之间的连接信号
（1）片选信号
CS ：是CPU的一部分地址信号通过译码后得到的，代表是否选中芯片。
（2）数据信号
D7~D0：8251A有8根数据线，与系统的数据总线相连，也传送CPU对8251A的编程命令和8251A送往CPU的状态信息。
（3）读/写控制信号
RD ：有效时通知8251A，CPU当前正从8251A读取数据或状态信息。
WR ：有效时同时8251A，CPU当前正在往8251A写入数据或控制信息。
C/D ：区分读写的是数据信息还是控制/状态信息。

8251A只用两个连续的端口地址，数据输入端口和数据输出端口合用一个偶地址，状态端口和控制端口合用一个奇地址，在具体系统中，用1位地址线区分奇地址端口和偶地址端口，16位系统中用A1。
（4）收发联络信号
TxRDY：发送器准备好信号TxRDY告诉CPU，8251A已准备好发送一个字符，因而可往8251A传输一个数据。
TxE：发送器空信号TxE有效时，表示此时8251A发送器中并-串转换器空，指示了一个发送动作的完成。
RxRDY：接收器准备好信号RxRDY用来表示当前8251A已从外设或调制/解调接受到一个字符，正在等待CPU取走。
SYNDET：同步检测信号标志位。

（二）8251A与外设之间的连接信号
（1）数据信号
TxD：输出数据，CPU送往8251A的并行数据转换为串行数据后，通过TxD送往外设。
RxD：接收外设送来的串行数据，数据进入8251A后转换为并行方式。
（2）和外设的联络信号
DTR ：数据终端（8251A）准备好信号
DSR ：数据设备（外设）准备好信号，是对DTR 的应答信号，告诉对方可以通信（外设发数据给8251A）
RTS ：请求发送信号
CTS ：清除发送信号，是对RTS 的应答信号，表示可以进行通信（8251A发送数据）
上述联络信号本质为CPU与外设的联络，8251A起媒介作用。

8251A的编程

（一）8251A的初始化
8251A有一奇一偶两个端口地址，偶地址端口对应数据输入/输出寄存器，奇地址端口对应状态寄存器、模式寄存器、控制寄存器和同步字符寄存器。
初始化步骤：
（1）芯片复位后，第一次用奇地址端口写入的值作为模式字送入模式寄存器。
（2）如果模式字中规定了8251A工作在同步模式，那么，那么，CPU接着往奇地址端口输出的就是同步字符，同步字符被写入同步字符寄存器。若此前规定同步字符为两个，则按先后次序分别写入第一个同步字符寄存器和第2个同步字符寄存器。
（3）此后，只要不是复位命令，不管是同步模式还是异步模式，由CPU往奇地址端口写入的值都将作为控制字送到控制寄存器，而往偶地址端口写入的值都将作为数据送到数据发送缓冲器中。
流程图：

（二）模式寄存器的格式

对8251A进行初始化时，要按模式寄存器的格式来设置模式字。

（三）控制寄存器的格式

上图为控制寄存器的格式，一般写入x0110111。

（三）状态寄存器的格式

当需要检测8251A的工作状态时，经常要用到状态字。
当CPU往8251A输出1个字符以后，状态位TxRDY会自动清0，与此类似，当CPU从8251A输入1个字符时，状态位RxRDY会自动清0。

8251A编程举例

（一）异步模式下的初始化程序举例
模式字和控制字都必须写入奇地址端口，这里假设为42H。
设置模式字时，设定了字符用7位二进制数表示，带1个偶校验位、2个停止位，波特率因子为16，故模式字应为11111010，即0FAH。
设置控制字时，设置为00110111，即37H。

（二）同步模式下的初始化程序
模式字为00111000，即38H。用两个同步字符，采用内同步模式，用偶校验，用7位作为数据位。
2个同步字可相同也可不同，他们必须紧跟在模式字后面写入奇地址端口。
控制字为10110111，即B7H。

（三）利用状态字进行编程
功能：先对8251A进行初始化，再对状态字作测试，以便输入字符。本程序段可用来输入80个字符。
这里规定8251A的控制和状态端口地址为42H，数据输入和数据输出端口地址为40H。字符输入后，放在BUFFER标号所指的内存缓冲区中。

注释：
1.异步模式下的初始化；
BEGIN：
1.42H的端口读取1个字节送到AL中（状态寄存器）；
2.测试该字节的第1位，RxRDY；
3.如果等于0的话，则8251A未收到数据还没有，跳到BEGIN继续查询；
4.40H的端口读取一个字节到AL；
5.将BUFFER的有效地址送到DX；
6.将AL中的内容送到内存；
7.内存指针加1；
8.42H的端口读取1个字节到AL（状态寄存器）；
9.检测三个错误位；
10.如果不等于0，跳到ERROR；
11.否则继续循环，直到CX等于0；

输出举例：

注释：
1.查询TxRDY，是否可以发送数据；
2.从堆栈中将AX弹出；
3.将AL的数据发送到端口中；