串行通信可以分为两种类型：同步通信、异步通信。



　　1.异步通信的特点及信息帧格式： 

　　 以起止式异步协议为例，下图显示的是起止式一帧数据的格式：
起止式异步通信的特点是：一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值），字符本身由5-7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值１），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。

　　 从图中可看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。 

　　 异步通信可以采用正逻辑或负逻辑，正负逻辑的表示如下表所示：
 
逻辑0
逻辑1
正逻辑
低电平
高电平
负逻辑
高电平
低电平

异步通信的信息格式如下边的表所示：
起始位
逻辑0
1位
数据位
逻辑0或1
5，6，7，8位
校研位
逻辑0或1
1位或无
停止位
逻辑1
1位，1.5位或2位
空闲位
逻辑1
任意数量

注：表中位数的本质含义是信号出现的时间，故可有分数位，如1.5。 

　　 例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形象图2所示那样：异步通信的速率：若9600bps，每字符8位，1起始，1停止，无奇偶，则实际每字符传送10位，则960字符/秒。 


图2
2.异步通信的接收过程
　　接收端以“接收时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。下面以波特率因子等于16（接收时钟每16个时钟周期，使接收移位寄存器移位一次）、正逻辑为例说明，如图3所示。
 



图3
    （1）开始通信时，信号线为空闲（逻辑1）,当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。　
　　（2）当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”B，而不是干扰信号。
　　（3）接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1, 作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。
　　（4）再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。….，直到全部数据位都输入。
　　（5）检测校验位P（如果有的话）。
　　（6）接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。
　　（7）本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。
　　（8）当信号再次变为低时，开始进入下一幀的检测。
　　3、异步通信的发送过程
　　发送端以“发送时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。
　　（1）当初始化后，或者没有信息需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位，空闲位可以有任意数量。
　　（2）当需要发送时，发送端首先输出逻辑0，作为起始位。
　　（3）接着，发送端首先发送D0位，直到各数据位发送完。
　　（4）如果需要的话，发送端输出校验位。
　　（5）最后，发送端输出停止位（逻辑1）。
　　（6）如果没有信息需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位，空闲位可以有任意数量。如果还有信息需要发送，转入第（2）步。
　　对于以上发送、接收过程应注意以下几点：
　　（1）接收端总是在每个字符的头部（即起始位）进行一次重新定位，因此发送端可以在字符之间插入不等长的空闲位，不影响接收端的接收。
　　（2）发送端的发送时钟和接收端的接收时钟，其频率允许有一定差异，当频率差异在一定范围内，不会引起接收端检测错位，能够正确接收。并且这种频率差异不会因多个字符的连续接收而造成误差累计（因为每个字符的开始（起始位处）接收方均重新定位）。只有当发送时钟和接收时钟频率差异太大，引起接收端采样错位，才造成接收错误。
　　（3）起始位、校验位、停止位、空闲位的信号，由“发送移位寄存器”自动插入。在接收方，“接收移位寄存器”接收到一帧完整信息（起始、数据、校验、停止）后，仅把数据的各位送至“数据输入寄存器”，即CPU从“数据输入寄存器”中读得的信息，只是有效数字，不包含起始位、校验位、停止位信息。

文章目录
可编程串行异步通信接口芯片**8250**
串行数据发送过程
串行数据接收过程
内部结构
发送保持寄存器(3F8H/2F8H)
接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)
通信线状态寄存器(3FDH/2FDH)
通信线状态寄存器示例
中断允许寄存器(3F9H/2F9H)
中断识别寄存器(3FAH/2FAH)
MODEM控制寄存器(3FCH/2FCH)
说明
除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ，低8位3F8H/2F8H )
通信线控制寄存器(3FBH/2FBH)
MODEM状态寄存器(3FEH/2FEH)

可编程串行异步通信接口芯片8250

能实现数据串$\Leftrightarrow$并变换，实现全双工异步通信支
持异步通信协议，数据格式、通信速率等由初始化编程设定
内部有MODEM控制器，可直接和MODEM相连
内部有中断机制，CPU可用查询、中断方式与之交换信息
以Ins 8250为核心器件的微机串行口，基于RS-232C标准，微机之间既通过连接调制解调器实现通过电话线路的远距离通信，也可以
直接连接进行短距离的点到点通信。

文章目录
可编程串行异步通信接口芯片**8250**
串行数据发送过程
串行数据接收过程
内部结构
发送保持寄存器(3F8H/2F8H)
接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)
通信线状态寄存器(3FDH/2FDH)
通信线状态寄存器示例
中断允许寄存器(3F9H/2F9H)
中断识别寄存器(3FAH/2FAH)
MODEM控制寄存器(3FCH/2FCH)
说明
除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ，低8位3F8H/2F8H )
通信线控制寄存器(3FBH/2FBH)
MODEM状态寄存器(3FEH/2FEH)


PC机有2个串行口，端口I/O地址分别为主串口3FXH、辅串口2FXH（高档微机中，8250的功能被一些多功能芯片取代）


串行数据发送过程
CPU执行OUT指令，将待发送的数据→发送保持寄存器暂存，当发送移位寄存器空闲时自动装入，后者在发送器时钟控制下将并行数据添加起始位、校验位、停止位，一位一位发出。
串行数据接收过程
在接收器时钟控制下，接收移位寄存器一位一位地接收串行数据，自动的去掉起始位、校验位、停止位，并转换成并行数据→接收缓冲寄存器暂存，在接收过程中对一帧数据自动进行校验。
内部结构

8250 内部寄存器从使用角度来说有10个，分成三类

一类：2个数据寄存器

发送保持寄存器    3F8H/2F8H        写入
接收缓冲寄存器    3F8H/2F8H        读出


二类；5个命令字寄存器

通信线控制寄存器   3FBH/2FBH
2个除数寄存器    3F8H/2F8H (低位 )    3F9H/2F9H  (高位)
中断允许寄存器                     3F9H/2F9H
MODEM控制寄存器             3FCH/2FCH


三类：3个状态寄存器

通信线状态寄存器   3FDH/2FDH
中断识别寄存器    3FAH/2FAH
MODEM 状态寄存器   3FEH/2FEH



传输线寄存器控制寄存器的8250自身
发送保持寄存器(3F8H/2F8H)
该寄存器保存CPU传送来的并行数据，并转移至发送移位寄存器

注：只有在发送保持寄存器空闲时，CPU才能写入下一个数据。
接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)
接收移位寄存器，去掉起始位，校验位和停止位，转换成并行数据，转换后的并行数据存入接收缓冲寄存器，等待CPU接收。

注：只有当一帧数据收完后，CPU才能用IN指令读接收缓冲寄存器
通信线状态寄存器(3FDH/2FDH)
该寄存器提供数据传输的状态信息，其各位含义如下：

D0位：接收数据准备好(接收缓冲器满)标志位。 D0＝1，表示接收器已接收到一帧完整的数据，并已转换成并行数据，存入接收缓冲寄存器。(CPU接收数据时一定要查询)
D1位：溢出错标志位。D1＝1，表示接收缓冲器中的字符未取走，8250又接收到新输入的数据，造成前一数据被破坏。
D2位：奇偶错标志位。D2＝1，表示收到的数据有奇偶错。
D3位：帧错(接收格式错)标志位。D3＝1，表示接收的数据没有正确的停止位。
D4位：线路间断标志位。D4＝1，表示收到长时间“0”信号(即中止信号)。
D5位：发送保持寄存器空闲标志位。D5＝1，表示数据已从发送保持寄存器转移到发送移位寄存器，发送保持寄存器空闲，CPU可以写入新数据。当新数据送入发送保持寄存器后， D5置0。
D6位：发送移位寄存器空闲标志位。D6＝1，表示一帧数据已发送完毕。当下一个数据由发送保持寄存器移入发送移位寄存器时，该位被置0。
D7位：恒为0。

注意：D0位(接收数据准备好)和D5位(发送保持寄存器空)是串行接口最基本的标志位，它们决定了CPU能不能向8250进行读写操作，只有当D0＝1时，CPU才能读数；只有当D5=1或D6=1时，CPU才能写数据。

说明：

寄存器中的各位置1时，如相应的中断允许位也为1，则
D0 = 1 ， 产生接收中断
D5 = 1 ， 产生发送中断
D1~D4 = 1，产生“字符错”中断

执行下列操作后，该状态寄存器中的相应位自动执行

数据–>发送保持寄存器             D5 = 0

通信线状态寄存器内容–>AL         D1~D4 = 0

接收缓冲寄存器内容–>AL           D0 = 0

发送保持寄存器内容–>移位寄存器   D6 = 0
通信线状态寄存器示例
; PPT page36 通信线状态寄存器
; 示例1 利用主串口查询方式发送一个"A"
SCANT: MOV DX,3FDH;通信线状态寄存器
  IN AL,DX
  TEST AL,20H;0010 0000
  JZ SCANT;判断D5是否为1
  MOV DX,3F8H;发送保持寄存器
  MOV AL,'A'
  OUT DX,AL
;示例2：利用辅串口查询方式接受一个字符
SCANR: MOV  DX,2FDH
   IN  AL,DX
  TEST AL,01H;0000 0001
  JZ   SCANR;判断D0是否为1
  MOV DX,2F8H;接收缓冲寄存器
  IN AL,DX

注：TEST命令是不改变AL的OR指令，所以当对应位为1时结果不为1，Z标为0。
中断允许寄存器(3F9H/2F9H)
8250有4级中断（按优先级从高到底为）

接收线路状态中断(接收数据错 OE、PE、FE、BI 置1 产生中断)；  高
接收缓冲器满；
发送缓冲器空；
MODEM 状态中断(MODEM应答联络信号状态变化产生中断)。      低

当上述 4 种类型的中断有一种或多种出现时，在中断允许寄存器的配合

作用下，8250 可输出 中断请求 信号。

该寄存器的D7～D4位恒为0。D3～D0位表示8250的4级中断是否被允许。

D0＝1，允许接收到一帧数据后，内部提出“接收中断请求”。
D1＝1，允许发送保持寄存器空时，内部提出“发送中断请求”
D2＝1，允许接收出错时，内部提出“接收数据错中断请求”。
D3＝1，允许MODEM状态改变时，内部提出“MODEM中断请求”。

中断识别寄存器(3FAH/2FAH)
由于8250仅能向CPU发出一个总的中断请求信号，为了识别是哪一个中断源引起的中断，应当在转入中断服务程序之后，读取中断识别寄存器的内容进行判断，然后再转入相应的处理程序。

MOV   DX，3FAH
IN   AL，DX
CMP   AL，0
JZ   MODEM中断
CMP   AL，2
JZ   发送中断
CMP   AL，4
JZ   接收中断
CMP   AL，6
JZ   字符错中断

MODEM控制寄存器(3FCH/2FCH)

D0位＝1,使引脚DTR＝0,从而使RS-232C引脚DTR为0,表示数据终端准备好
D1位＝1，使引脚RTS＝0，从而使RS-232C引脚RTS为0,表示8250请求发送
D2位＝1，使引脚OUT1＝0，系统机上没有使用。
D3位＝1，使引脚OUT2＝0，8250能送出中断请求。
D4位通常置0，设置8250工作在正常收/发方式；
若D4位置1，则8250工作在内部自环方式，即发送移位寄存器的输出在芯片内部被回送到接收移位寄存器的输入
D7～D5位恒为0。

使用联络线的话，通常将0和1位置一
说明
out2与INTRPT相与，才送出中断



除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ，低8位3F8H/2F8H )
除数寄存器   —— 存放分频系数，由两部分组成，高8位送入MSB，低8位送入LSB。
8250 波特率与分频系数(除数锁存器中的值) 的关系：


8250内部的波特率发生器是软件控制的可编程的分频器

$\frac{f_{OSC}}{\text{分频系数}}=16\times \text{通信速率}$
$\therefore \text{分频系数(即除数)}=\frac{1.8432MHz}{16\times \text{通信速率}}$
通信线控制寄存器(3FBH/2FBH)
​    该寄存器主要用于指定串行异步通信的数据格式。

MODEM状态寄存器(3FEH/2FEH)
该寄存器反映8250与通信设备(如MODEM)之间联络信号的当 前状态以及这些信号的变化情况。

D7～D4记录了4个输入引脚的状态电平：

D7＝1 表示输入引脚RLSD＝0，MODEM收到来自电话线的载波信号。

D6＝1 表示输入引脚RI＝0，MODEM收到振铃信号。
D5＝1 表示输入引脚DSR＝0, MODEM做好了发送准备，请8250准备接收。
D4＝1 表示输入引脚CTS＝0, MODEM做好了接收准备，8250可以发送数据




D3～D0记录了上一次读取该寄存器后，上述引脚是否发生过电平变化。

D3＝1 表示输入引脚RLSD有电平变化。
D2＝1 表示输入引脚RI有电平变化。
D1＝1 表示输入引脚DSR有电平变化。
D0＝1 表示输入引脚CTS有电平变化。

目录

I、串口通信简介

一、定义

二、意义

三、分类

II、异步串行通信详解

一、数据格式

1. 起始位

2. 数据位

3. 奇偶校验位

4. 停止位

二、通信制式

1. 单工

2. 半双工

3. 全双工

三、通信速率

I、串口通信简介

一、定义


在一条传输线上，数据以“位”为单位进行逐个传输，即为串行通信。


二、意义


并行通信控制简单、相对传输速度快，但由于传输线较多，长距离传输时成本高，因此仅适合短距离的数据传输；

相对的，在满足“传输速度 ≥ 最大需求速度”的前提下，使用串行通信便是大势所趋了。


三、分类


串行通信分为两种方式，异步串行通信、同步串行通信。

异步串行通信，是指发送方与接收方，使用各自的时钟控制数据发送和接收过程（为使双方收发协调，要求双方时钟尽可能一致）；

同步串行通信，则是发送方时钟直接控制接收方时钟，使双方完全同步（同步方法有“外同步和自同步”两种）。


 

串行通信的最小传输单位是“位”，一次完整的“接收/发送”的最小单位是“字符”（单独收发一个位的数据，通常没有意义）。

使用异步串行通信时，由于收发双方时钟不严格一致，所以每个字符都要用到起始位和停止位来作为字符开始和结束的标志，从而保证数据传输的准确性（由于每个字符都有开始和停止位，因此字符之间的时间间隔是任意的）；
	
使用同步串行通信时，由于收发双方时钟严格一致，所以仅在数据块（有效数据）传输的一开始和结束时，用到了开始符和结束符，在有效数据传输完毕后，发送空闲字符。
对比两种串行通信方式，同一数据块，后者仅在头尾处添加了开始与结束标记，因此后者的传输效率较高，但实现的硬件设备也更复杂，所以各设备之间，通常采用的还是异步串行通信方式。

接下来将详细介绍异步串行通信。

II、异步串行通信详解

一、数据格式

一次完整的“接收/发送”的最小单位是“字符”，我们将其称为一个字符帧，字符帧由四部分组成：起始位、数据位、校验位、停止位。

1. 起始位

起始位为0。

通讯线在空闲状态时保持高电平，因此出现下降沿即可判定为数据传输开始；
	
另外，由于数据位定长，且起始位在一次接收中只判定一次，所以不用担心数据位中的0误识别成起始位。
2. 数据位

数据位可以是5/6/7/8位，传输时低位在前、高位在后。

3. 奇偶校验位

校验位可以省略，当需要使用校验位时：

奇偶校验位为1或0；
	
奇校验时，数据位、校验位中1的个数，应该是奇数；
	
偶校验时，数据位、校验位中1的个数，应该是偶数。
4. 停止位

停止位为1。

停止位可以是1位的长度、1.5位的长度、2位的长度（位数的本质含义是信号出现的时间，故可有分数位）；
	
另外，由于数据位定长，所以停止位位置固定可知，接收时只需判定停止位是否为1即可。
二、通信制式

1. 单工

数据仅能沿一个方向传输，不能实现反向传输（只能A→B，不能B→A）。

2. 半双工

数据可以沿两个方向传输，但同一时刻，只能接收或者发送。

3. 全双工

数据可以沿两个方向传输，且可以同时进行。

三、通信速率

串口通讯的速率用波特率表示，定义为每秒传输二进制码的位数，单位是bps（位/秒）；
	
以9600bps为例，假设一个字符帧共有10位（1起始位、8数据位、1结束位），那么每秒钟能传输的最大字符数为“9600/10 = 960”；
	
最大传输距离，与波特率成反比关系（9600bps，最大传输距离约为76m）。

	


    串口扫盲六:异步通信方式

</div>


    
串行通信可以分为两种类型:同步通信、异步通信.
1. 异步通信的特点及信息帧格式:
以起止式异步协议为例,下图显示的是起止式一帧数据的格式:

图1
起止式异步通信的特点是:一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,总是以"起始位"开始,以"停止位"结束,字符之间没有固定的时间间隔要求.每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值),字符本身由5-7位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),最后是一位或一位半或二位停止位,停止位后面是不定长的空闲位.停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值１),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿.
从图中可看出,这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起止式协议.
异步通信可以采用正逻辑或负逻辑,正负逻辑的表示如下表所示:




 

逻辑0


逻辑1




正逻辑


低电平


高电平




负逻辑


高电平


低电平





异步通信的信息格式如下边的表所示:





起始位


逻辑0


1位




数据位


逻辑0或1


5位、6位、7位、8位




校验位


逻辑0或1


1位或无




停止位


逻辑1


1位,1.5位或2位




空闲位


逻辑1


任意数量





注:表中位数的本质含义是信号出现的时间,故可有分数位,如1.5.
例:传送8位数据45H(0100,0101B),奇校验,1个停止位,则信号线上的波形象图2所示那样:异步通信的速率:若9600bps,每字符8位,1起始,1停止,无奇偶,则实际每字符传送10位,则960字符/秒.

图2
2. 异步通信的接收过程
接收端以"接收时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.下面以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期,使接收移位寄存器移位一次),正逻辑为例说明,如图3所示.

图3

开始通信时,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由1到0的跳变时,开始对"接收时钟"计数.
当计到8个时钟时,对输入信号进行检测,若仍为低电平,则确认这是"起始位"B,而不是干扰信号.
接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D0位数据.若为逻辑1, 作为数据位1;若为逻辑0,作为数据位0.
再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D1位数据.….,直到全部数据位都输入.
检测校验位P(如果有的话).
接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1),若此时未收到逻辑1,说明出现了错误,在状态寄存器中置"帧错误"标志.若没有错误,对全部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器.若校验错,在状态寄存器中置奇偶错标志.
本幀信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为空闲位.

当信号再次变为低时,开始进入下一幀的检测.
3. 异步通信的发送过程
发送端以"发送时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.
 

当初始化后,或者没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.
当需要发送时,发送端首先输出逻辑0,作为起始位.
接着,发送端首先发送D0位,直到各数据位发送完.
如果需要的话,发送端输出校验位.
最后,发送端输出停止位(逻辑1).
如果没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.如果还有信息需要发送,转入第(2)步.

对于以上发送、接收过程应注意以下几点:

接收端总是在每个字符的头部(即起始位)进行一次重新定位,因此发送端可以在字符之间插入不等长的空闲位,不影响接收端的接收.
发送端的发送时钟和接收端的接收时钟,其频率允许有一定差异,当频率差异在一定范围内,不会引起接收端检测错位,能够正确接收.并且这种频率差异不会因多个字符的连续接收而造成误差累计(因为每个字符的开始(起始位处)接收方均重新定位).只有当发送时钟和接收时钟频率差异太大,引起接收端采样错位,才造成接收错误.
起始位,校验位,停止位,空闲位的信号,由"发送移位寄存器"自动插入.在接收方,"接收移位寄存器"接收到一帧完整信息(起始,数据,校验,停止)后,仅把数据的各位送至"数据输入寄存器",即CPU从"数据输入寄存器"中读得的信息,只是有效数字,不包含起始位,校验位,停止位信息.