串行通信及接口芯片
可编程串行通信接口芯片8251A
可编程串行通信接口芯片8251A可编程串行通信接口芯片8251A2010-05-25 15：058251 A是一个通用串行输入/输出接口，可用来将86系列CPU以同步或异步方式与外部设备进行串行通信。
它能将主机以并行方式输入的8位数据变换成逐位输出的串行信号；也能将串行输入数据变换成并行数据传送给处理机。
由于由接口芯片硬件完成串行通信的基本过程，从而大大减轻了CPU的负担，被广泛应用于长距离通信系统及计算机网络。
8251A是一个功能很强的全双工可编程串行通信接口，具有独立的双缓冲结构的接收和发送器，通过编程可以选择同步方式或者异步方式。
在同步方式下，既可以设定为内同步方式也可以设定为外同步方式，并可以在内同步方式时自动插入一个到两个同步字符。
传送字符的数据位可以定义为5~8位，波特率0~64K可选择。
在异步方式下，可以自动产生起始和停止位，并可以编程选择传送字符为5~8位之间的数据位以及1、1/2位之中的停止位，波特率0~19.2K可选择。
同步和异步方式都具有对奇偶错、覆盖错以及帧错误的检测能力。
一、8251A内部结构及功能图8.5.1为8251A结构框图。
作为常用的通信接口，和8255A类似，8251A 的结构也可以归纳为以下三个部分：第一部分是和CPU或者总线的接口部分，其中包括数据总线缓冲器、读/写控制逻辑。
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/输出指令期间，由数据总线缓冲器发送和接收数据，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。
CPU通过数据总线缓冲器和读写控制逻辑向8251A写入工作方式和控制命令字，对芯片初始化；向8251A写入要发送字符的数据代码，送到发送缓冲器进行并行到串行的转换，并且将接收的、已转换成并行代码的接收缓冲器中的字符数据读入CPU。
第二部分是数据格式转换部分，包括发送缓冲器、并行数据到串行数据转换的发送移位器，接收缓冲器和串行数据到并行数据转换的接收移位器，以及发送控制电路和接收控制电路。
串口通信原理详解
串口通信原理详解串口通信是一种常见的数据传输方式，它通过连接在计算机上的串行接口来实现数据的传输。
串口通信的原理主要包括硬件原理和协议原理。
1.硬件原理：串口通信使用的是串行通信方式，即数据位、起始位、停止位和校验位等按照串行的顺序逐位传输。
串口通信主要涉及以下几个硬件部分：(1) 串行接口芯片：串口通信的核心是串行接口芯片，也被称为UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。
UART负责将并行数据转换为串行数据，并通过串行线路进行传输。
UART包含一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，通过发送和接收FIFO(first in, first out)缓冲区实现数据的传输。
(2)串口线路：串口通信通过串行线路实现数据的传输。
常见的串口线路有三根信号线：发送线(Tx)、接收线(Rx)和地线(GND)。
发送线用于将数据从UART发送到外部设备，接收线则相反，用于将外部设备发送的数据传输到UART。
地线用于连接发送和接收设备的共地连接。
(3)器件选择和电平转换：串口通信设备不同，电压标准可能也不同。
因此，在进行串口通信时，需要根据具体设备的电平标准选择对应的器件。
如果两个设备的电平标准不一致，还需要进行电平转换，以保证数据的传输。
2.协议原理：串口通信需要遵循一定的协议，以保证数据的正确传输。
协议的实现涉及以下三个方面的内容：(1)数据帧格式：数据帧是串口通信中数据的基本单位。
常见的数据帧格式包括起始位、数据位、停止位和校验位。
起始位指示数据的开始，停止位标识数据的结束，而数据位用于存储实际传输的数据。
校验位用于检测数据在传输过程中是否出错。
(3)数据流控制：数据流控制用于控制数据的传输速率，以避免因数据接收或发送速度不一致而导致的数据丢失。
常用的数据流控制方式有软件流控制(XON/XOFF)和硬件流控制(RTS/CTS)。
软件流控制通过发送特定字符来控制流量，硬件流控制则通过控制特定的硬件信号线来实现。
微机原理第八章 串行通信及串行接口
1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行 输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行 输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线 来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理 收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快 多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、 接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和 外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数 据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同； 而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一 般都包括：
1． 总线收发器和相应的逻辑电路
2． 联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号 的数目/每秒传输的位数。 波特率因子---
485芯片工作原理
485芯片工作原理
485芯片是一种串行通信接口芯片，常用于工业自动化领域中
各种设备之间的数据通信。
它通过两条信号线（数据线和时钟线）来实现多个设备之间的数据传输。
下面将详细介绍485芯片的工作原理。
485芯片的工作原理可以分为发送和接收两个过程。
在发送数
据时，发送方将要传输的数据通过数据线发送出去，并且根据事先约定好的通信规约来调整数据的电平。
接收方通过时钟线来判断数据的变化，并将接收到的数据解码。
在发送数据时，发送方首先将要发送的数据转换为二进制形式，并将其传输到数据线上。
发送方还需要将时钟信号传输给接收方，以便接收方能够正确地判断数据的变化。
在传输过程中，发送方还需通过数据线上的电平变化来表示不同的数据位。
一般来说，高电平表示1，低电平表示0。
发送方在发送完一个
数据位后，会等待一段时间，然后再发送下一个数据位，以确保接收方能够正确地接收数据。
接收方在接收数据时，首先需要通过时钟线来判断数据的变化。
接收方会在每个时钟周期的上升沿（或下降沿）检测数据线的电平变化，并将其转换为相应的数据位。
接收方还需要按照事先约定好的通信规约来判断数据的起始位、停止位以及校验位等信息，并对接收到的数据进行解码。
一般来说，接收方在接收完一个数据位后，会等待一段时间，然后再接收下一个数据位，以确保能够正确地接收数据。
总的来说，485芯片通过数据线和时钟线来实现多个设备之间的数据传输。
发送方将要传输的数据通过数据线发送出去，接收方通过时钟线来判断数据的变化，并将接收到的数据解码。
通过这种方式，485芯片实现了可靠、高效的数据通信。
串行通信和可编程串行接口芯片8251A
控制线的连接
控制线用于控制8251a芯片的工作方式和状态，如起始位、 停止位、波特率等。
控制线通常由微处理器通过编程设置，以实现串行通信的参 数配置和控制。
地址线的连接
地址线用于标识8251a芯片在系统中的地址，以便微处理 器能够正确寻址和访问。
02
movwf CR ; 将值写入CR寄存器
03 movlw 0x01 ; 设置IER寄存器，允许接收中断
初始化编程
movwf IER ; 将值写入IER寄存器
```ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据发送编程
01 发送步骤
02
将数据写入发送缓冲寄存器（THR）。
03
通过设置控制寄存器（CR）的发送使能位启动发送过
程。
数据发送编程
编程控制
通过编程控制8251A的工作模式、 波特率、数据位、停止位等参数， 实现灵活的串行通信功能。
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THANKS
05 串行通信协议及8251a的 应用
RS-232C协议
定义
RS-232C是一种标准的串行通信协议，用于 连接计算机和其他设备。
特点
采用单端信号传输方式，具有高电平、低电 平两种逻辑状态，传输距离较近。
应用
常用于连接计算机和调制解调器、打印机等 低速设备。
RS-485协议
定义
RS-485是一种改进的串行通信协议，克服了RS-232C传输距离较 近的限制。
• 数据发送代码示例
数据发送编程
01
```
02
movlw 0x12 ; 要发送的数据是0x12
03
串行通信及接口电路
串行通信及接口电路1. 串行通信的概念串行通信是一种数据传输的方式，它将数据逐位地按照一定顺序传输，相比于并行通信的方式，串行通信只需使用一个通信线路传输数据。
在串行通信中，每个数据位被顺序发送，并且在接收端被顺序接收和重组。
串行通信的优点是可以节省通信线路的数量，但其传输速度相对较慢。
2. 串行通信的应用串行通信广泛应用于各种领域，包括计算机通信、网络通信、工业控制等。
它可以用于长距离通信，如在局域网或广域网中传输数据。
此外，串行通信还常用于外设与主机之间的通信，如串行口和串行外设之间的通信。
3. 串行通信的协议串行通信的实现需要一定的协议来确保数据的可靠传输。
常见的串行通信协议包括UART（通用异步收发器），SPI（串行外设接口）和I2C（双线串行通信接口）。
这些协议都定义了数据的传输规则、时序要求以及错误处理机制，以确保数据的准确性和完整性。
3.1 UARTUART是一种使用异步传输方式的串行通信协议。
它通过发送方和接收方之间的单个通信线路进行数据传输。
UART协议定义了数据的起始位、数据位、停止位和校验位等信息。
发送端根据这些信息将数据发送给接收端，并且接收端根据这些信息识别数据的边界和校验数据的正确性。
3.2 SPISPI是一种同步传输方式的串行通信协议，它使用一对数据线（Master Out, Slave In - MOSI 和 Master In, Slave Out - MISO）以及时钟线（SCLK）进行通信。
SPI协议由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备通过时钟信号控制从设备进行数据传输。
SPI协议定义了数据的传输时序，通过时钟的上升沿和下降沿进行数据采样和传输。
3.3 I2CI2C是一种双线串行通信接口，它使用两条线路（串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL））进行通信。
I2C协议由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备通过时钟信号控制从设备进行数据传输。
可编程串行通信接口芯片16550与8250
D1
△DSR
D0
△CTS
△表示变化的状态
△允许发送(CTS) △ 数据装置就绪(DSR) △ 响铃指示 △ 数据载波检测(DCD)
2023年5月4日星期四
7.中断允许寄存器IER
反映了接收器和发送器以及Modem是否允许中 断的情况，通过设置可以指定其中的某些部件 允许中断。它是一个可读可写的寄存器。
其它引脚
1. 电源及时钟VCC,GND,XTLA1,XTLA2 2. 数据线：D7~D0 3. 片选信号：CS0，CS1和/CS2(输入) 4. 选通信号:
地址输入选通: /ADS 数据输入选通:DISTR和/DISTR(接/IOR) 数据输出选通:DOSTR和/DOSTR(接/IOW) 5. 主复位:MR 6. 接收时钟: =接收波特率的16倍 7. 清除发送: /CTS 8. 数据装置(MODEM)准备好: /DSR 9. 接收线路信号检测: /RLSD(有效时表示Modem检测数据载波 10.振铃指示:/RI 有效表示Modem已经接收到一个电话振铃信号
读/写操作 OUT (写) IN (读) IN（读）或 OUT（写） IN（读）或 OUT（写） IN（读）或 OUT（写） IN （读） IN（读）或 OUT（写） IN（读）或 OUT（写） IN（读） IN（读）
2023年5月4日星期四
2.串行接口初始化
串行接口初始化的任务： （1）设置波特率 （2）确定通信的具体格式 （3）设置操作方式 （4）设定是否使用中断、是否自测试操作等
D7 D6 D5 D4
IEE 0 0
0
0
1 允许中断 0 禁止中断 1 允许中断 0 禁止中断
Modem状态中断 接收字符代码错 或接收中止状态中断
叙述串行接口芯片的读写操作过程
叙述串行接口芯片的读写操作过程串行接口芯片是一种常见的集成电路，用于通过串行通信接口与其他设备通信。
它可以用于与外部设备进行数据交换，并完成读写操作。
本文将详细描述串行接口芯片的读写操作过程。
首先，串行接口芯片的读写操作需要使用特定的通信协议。
最常见的串行通信协议之一是I2C（Inter-Integrated Circuit），它使用两根线路进行数据和时钟信号的传输。
其他常见的串行通信协议还包括SPI（Serial Peripheral Interface）和UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）等。
接下来，我们以I2C为例，具体描述串行接口芯片的读写操作过程。
在I2C协议中，有两个主要的设备：主设备（Master）和从设备（Slave）。
主设备负责发出读写命令，而从设备则响应这些命令并进行数据的读取或写入。
在进行读操作时，首先主设备会发送一个起始信号（Start Condition），通知从设备读取数据。
然后，主设备会发送从设备的地址和读命令。
从设备接收到地址和读命令后，准备好将要读取的数据放在数据线上，并向主设备发送一个应答信号（ACK）。
接下来，主设备会开始读取数据。
它会发送一个时钟信号来同步数据的传输，并逐位读取从设备发送的数据。
对于每一个数据位，主设备读取完成后会发送一个应答信号，以便告诉从设备继续发送下一个数据位。
当主设备读取完所有的数据后，它会发送一个最后的应答信号，并发送一个停止信号（Stop Condition），以结束本次读取操作。
与读操作相反，写操作是将数据从主设备写入到从设备。
写操作的过程如下：首先，主设备发送起始信号和从设备地址，以通知从设备进行写入操作。
然后，主设备发送要写入的数据。
在发送每一个数据位时，主设备会发送一个时钟信号来同步数据的传输，并等待从设备发送一个应答信号。
如果从设备成功接收了数据，将会发送一个应答信号给主设备，如果接收失败，则不发送应答信号。
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传输效率低
效率高，速度快
应用于传输速率不高时， 应用于大批量，高速率数
简单，应用较广
据通信场合
串行通信及接口芯片
串行通信的校验方法
奇偶校验、循环冗余校验（CRC）
1. 奇偶校验
• 这种校验方法主要用于对一个字符的传送过程进行校验 • 奇偶校验可以检查出一个字节中发生的单个错误 • 奇偶校验不能自动纠错，发现错误后需“重传”
~~ ~~
同步字符 同步字符 数据 数据
数据 校验码 校验码
同步字符的格式和个数根据需要而定。 在同步方式中，接收器接收数据时，首先搜索同步字符，
在得到同步字符后，才开始装配数据。
串行通信及接口芯片
异步串行通信与同步串行通信的对比
异步串行通信
同步串行通信
双方使用各自的时钟
双方使用同一时钟
一帧以字符为单位 以数据块为单位(长度可变)
格式 起始位
数据位
校验位
一个字符
0 0/1 0/1
0/1 1 1 停止位
100*（1+8+1+2）=1200 bps
例2：一个异步串行发送器，发送具有7位数据位的字符,传送波 特率为1800，字符格式为：1个奇偶校验位，1个停止位，问，十 秒钟内传送了多少个字符?
10 * 1800/(1+7+1+1) = 1800 串行通信及接口芯片
波特率因子K
每BIT占用的时钟周期数 K=接接收或发送时钟频率/比特率, 可取1、16、
32、64
串行通信及接口芯片
数据传输的定时
同步
增加时钟信号
常用于并行通信接口
数据同步编码 以数据帧为传输单位
增加同步字符
异步
以数据字符为传输单位
每个字符中包含同步信息
串行通信及接口芯片
例1：一个异步串行发送器，发送具有8位数据位的字符，在 系统中使用一个奇偶校验位和两个停止位。若每秒发送100个 字符，则其波特率为多少 ？
串行通信及接口芯片
TxD
串行接口原理
UART中设立的各种出错标志 奇偶错误（Parity error）
字符的“1”的个数
帧错误（Frame error）
如缺少停止位等
溢出（丢失）错误（Overrun error）
接收/发送缓存数据丢失
串行通信及接口芯片
10.2 可编程USART通信接 口芯片8251A
MODEM DCE
计算机 或终端
串行 接口
DTE
DTE- Data Terminal Equipment，常常是计算机. DCE- Data Communication Equipment，常常是MODEM，也可以是计
算机. 串行接口 – 主要是8251A、16550、8250等， 连接DTE和DCE。
串行通信及接口芯片
基本概念
数据传送的方向 数据传输的速率 数据传输的定时 信号的调制与解调 通信数据格式 通信数据校验
串行通信及接口芯片
数据传送的方向
1.单工(Simplex) 2.半双工(Half duplex) 3.全双工(Duplex)
串行通信及接口芯片
传输速率
波特率
单位时间传送的位数 单位bps
串行通信及接口芯片
串行接口的例子
UART
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 异步收发器
功能
接收异步串行输入码并将其转换为并行码 并将CPU的并行码转换为串行码输出
串行通信步
串行通信及接口芯片
串行接口原理
Receive Data Ready
接 收 移位 寄 存器
RDR 接 收 数 据 缓 冲 器
DB7 ~ DB0
INT
RESET WE RD CS
PE OE FE 控制 电路
奇偶错 溢出错 帧格式错
RxD
RxC TxC
TBE 发 送 数 据 缓 冲 器
Transmit Buf Empty
发 送 移位 寄 存器
串行通信及接口芯片
2. 循环冗余校验CRC
以数据块(帧, Frame)为单位进行校验 编码思想：将数据块构成的位串看成是系数为0或1的多项 式
✓ 如110001，可表示成多项式 x5 + x4 + 1 数据块构成的多项式除以另一个多项式G(x)，得到的余数 多项式 R(x)就称为CRC码，而G(x)则称为生成多项式。
串行通信及接口芯片
三种调制方式
根据载波 Asin(t + ) 的三个参数：幅度、频率、相位，产生
常用的三种调制技术： – 幅移键控法 Amplitude-Shift Keying (ASK) – 频移键控法 Frequency-Shift Keying (FSK) – 相移键控法 Phase-Shift Keying (PSK)
信号的调制与解调
数据通信传输的是数字信号，要求传送线的频带很宽，若传输带宽很 窄，直接传输数字信号，信号就要发生畸变。 因此，需用调制器将数字信 号转换成模拟信号 — 传输— 再用解调器将其转换成数字信号。
基带信号 带宽无限
经窄带信道传 输后的信号
FSK调制成 窄带信号
(边缘畸变严重时难以辩识)
WWWWWWWWWWW WW 用载波信号的不同频率代表‘1’和‘0’
•ASK (又称为调幅) 用载波信号的不同幅度代表‘1’和‘0’
•FSK (又称为调频) 用载波信号的不同频率代表‘1’和‘0’
•PSK (又称为调相) 用载波信号的相位变化代表‘1’和‘0’(有变化为’1’)
串行通信及接口芯片
串行通信数据格式
1. 异步串行通信
在发送一个字符时，包含一个起始位，若干数据位，一个奇偶校验位， 几个停止位。
第10章 串行通信及接口芯片8251A
10.1 串行通信的基本概念 10.2 可编程串行通信接口芯片8251A 10.3 RS-232C串行接口和8251A 10.4 串行同步数据通信协议
串行通信及接口芯片
计算机
串行 接口 DTE
10.1 串行通信的基本概念
MODEM 信道（传输线路） DCE
串行数据通信系统模型
起始位 1位
数据位 5、6、7、8位不等 校验位
1位
一个帧结构
0 0/1 0/1 低位
0/1 高位
11
停止位 1、1.5、2 位不等
串行通信及接口芯片
2. 同步串行通信
在同步传输中，把字符顺序地连接起来，组成一个数据块，这 样的数据块称为一个记录。
每个记录的传输时间相同（时间片）。
在记录的开始加同步字符，在记录的末尾加出错校验字符，形 成同步帧。