8251A可编程通信接口设计人：李卫平
1,串行通信的特点串行通信是主机与外设交换信息的一种方式。
串行通信中字节数据经一条传输线按位串行发送与串行接收。
串行通信节省通信线路，可远距离传送，成本低，广泛应用在通信及计算机网络系统中。
串行通信中，数据传输速率低，控制较复杂。
光纤技术的出现与发展，为串行通信开辟了美好前景。
8251A可编程通信接口
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
全双工,通信双方均有发送器和接收器,经两条独立的传输线相连,双方可同时接收与发送。
A B
接收器 接收器全双工发送器 发送器
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
半双工：通信双方均有发送器和接收器,经一条传输线相连,在某一时刻双方只能一个方向传输信息，线路切换后可改变传输方向。
A B
半双工发送器 发送器接收器接收器
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
单工：通信一方为发送器，另一方为接收器,
一条传输线相连,进行单向传输。
A B
发送器 接收器单工
计算机主机与外设之间串行通信，多采用全双工方式。
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语
同步与异步通信方式
同步方式：通信双方用统一时钟控制通信过程,
信息传输组成数据包 (数据帧 )。每帧头尾是控制代码,中间是数据块，
可有数百字节。不同的同步传输协议有不同的数据帧格式。
数据帧包头 数据块 包尾
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语同步与异步通信方式
同步方式,(续 )
包头由同步字符、控制字符、地址信息等组成。
包尾由校验码、控制字符等组成。
同步串行数据传输过程中数据间不允许多间隙，
数据供不上时接口自动插入同步字符。
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语
同步与异步通信方式
异步方式,通信双方无统一时钟同步，传送的信息以一个字符数据为单位，开头与结尾均有特别的位码供接收方识别，信息格式双方事先约定。
LSB 1/0 MSB
异步接收接口提供一个外部时钟 Tc,数据位间隔 Td,
Tc=Td/K,K为波特率因子，波特率为每秒传送多少信息位。
Start data Stop
parity
D0 D1 D3 D4 D5 D6 D7
P A R I T Y S T O P
8Tc 1 6 T c
2*16Tc
3 * 1 6 T c
4 * 1 6 T c
5 * 1 6 T c
6 * 1 6 T c
7 * 1 6 T c
8 * 1 6 T c
9 * 1 6 T c
1 0 * 1 6 T c
查到S T A R T 位,再查其它位 必测出" 1 ",否则结构错
D2
异步方式接收方对数据的检测
S T O P / M A R K
信息位
S T A R T - B I T
( T d )
TC
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
连续九个时钟检测到" 0 "
接收时钟
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语调制与解调 (Modulation/Demodulation,MODEM)
数字 (脉冲 )信号传输对线路频宽要求高,无法在普通电话线上传输数字信号。
利用已存在的巨大的电话网传送数字信号是一种经济实用的方法。办法是把数字信号变换成相应的正弦模拟信号,其频率适合电话线传输。
调制解调器 (MODEM)可把数字信号的 1和 0调制成两种不同频率的正弦波。
Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A结构框图
全双工、同步 /异步、接收 /发送器
（ USART）
接收 /发送双缓冲结构
D A T A B U S
B U F F E R
R E A D / W R I T E
C O N T R O L
L O G I C
M O D E M
C O N T R O L
T R A N S M I T
B U F F E R
P S
T R A N S M I T
C O N T R O L
R E C E I V E
B U F F E R
R E C E I V E
B U F F E R
S P
I
N
T
E
R
N
A
L
D
A
D
A
B
U
S
TxD
D7- D0
R E S E T
CLK
C / D
RD
WR
CS
DSR
DTR
CTS
RTS
T x R D Y
T x E M P T
TxC
RxD
R x R D Y
RxC
S Y N D E T /
B R K D E T3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A结构框图全双工、同步 /异步、
接收 /发送器（ USART）
A D C
D A O
D T N
R A T
E R
S O
S LB
U
SB B
U U
S S
8 2 8 6
( o p o t i o n )
T
R E A D Y
A D D R,
D E C O D E
A 0 / A 1
CS
C
D
D7-D0
R E S E T
R x R S Y
T x R D Y
RD
WR
IN/ M
CLK
M O D E R E G
SY N C C H A R A C T E R 1
SY N C C H A R A C T E R 2
C O N T R O L R E G
R E C E I VE R s h i,R E G
D A T A - I N B U F F E R
D A T A -O U T B U F F E R
T R A N S,S h i R E G
S T A T U S R E G,
S E R I A L
RxD I N P U T
TxE
TxD
S E R I A L
O U T P U T
DSR
DTR
CTS
RTS
S Y N D E T
RxC
TxC
M O D E M
C O N T R O L
C L O C K
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A主要引线信号说明：
RESET：复位信号,为高时强迫 8251A进入空间状态,等待接收模式字。
CLK：时钟输入,内部定时用,大小高于通信速率。
C/D#：命令 /数据,参与对内部寄存器寻址,C/D#为 1时主机对 8251A写入控制字,C/D#为 0时,写入数据，
接收地址线最低位。
RTS#(Request to send):请求发送、输出。
CTS#(Clear to send),允许 发送、输出。
8251A与通信对方的一对联络信号。
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A主要引线信号说明：
DTR#(Data Terminal Ready):本方准备好，输出。
DSR#(Data Set Ready),对方准备好，输出。
8251A与通信对方的另一对联络信号。
TxD,串行数据发送，输出，串行通信线。
RxD,串行数据接收，输入，串行通信线。
TxRDY,发送器准备好，输出，表明 8251的状态。
TxEMPT,发送缓冲器空，输出，表明 8251的状态。
RxRDY,接收器准备好，输出，表明 8251的状态。
TxC,RxC,接收发送的时钟，一般用同一脉冲源。在异步方式下,
此频率为波特率的若干倍 (波特率因子 )；在同步方式下此频率与波特率相同。
SYNDET/BRKDET,同步检测 /断路检测，双向。
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A的编程
操作过程,8251A工作方式及运行由程序控制。
复位操作输出第一个同步字符输出模式字输出第二个同步字符双同步
？输出命令字传送数据传递完
？
复 位
？
同步方式
？
是是是是否否否异步传送模式指令字模式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
S2 S1 EP PENS2 B1B2L1L2P E NEP
仃止位数目无 效
2 位
1 1 / 2 位
1 位
0
11
01
0
0
奇 校 验偶 校 验
0
1
允许校禁止校
0
1
00 5
0
0 1
1
1
1 8
7
6
数据位
00
0
0
1
1
1 1
同步 方 式
1x
16x
64x
波特率因子
1
异步传送模式字格式同步传送模式指令字格式
S C S ESD EP PEN L2 L1 0 0
0
0
0 0
0
0
0
1
1
11
1
0
1
同步字符数目双同步字符单同步字符内同步检测
( S Y N D E T 为出 )
外同步检测
( S Y N D E T 为入 )
禁止奇偶校验
1 允许奇偶校验
1
奇校验偶校验
5 位数据
7 位数据
6 位数据
8 位数据
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
同步传送模式字格式
C O M M A N D I N S T R U C T I O N F O R M A T
EH IR D T RR x ES B R KERR T S T x E N
1 = T R A N S M I T E N A B L E,0 = T R A N S,D I S,
" 1 ",F O R C E D T R # P I N T O Z E R O
1 = R E C E I V E E N A B L E,0 = R E C E I V E D I S A B L E
" 1 " F O R C E T x D P I N T O L O W ; " 0 ",N O R M A L O P E N A T I O N
" 1 ",R E S E T E R R O R F L A G S P E,O E,F E ( E R R O R R E S E T )
" 1 ",F O R C E R T S P I N T O Z E R O ( R E Q U E S T T O S E N D )
" 1 ",R E T U R N S 8 2 5 1 A T O M O D E I N S T R U C T I O N F O R M A T ( I N T E R N A L R E S E T )
" 1 ",E N A B L E S E A R C H F O R S Y N C C H A R A C T E R S ( N O E F F E C T I N A S Y N C M O D E )
命令字格式
S T A T U S R E A D F O R M A T
D S R S Y N D E T FE OE PE
T X E M -
P T Y
R x R D Y T x R D Y
D I F F E R E N T F R O M
T H E T x R D Y P I N
S A M E D E F I N I T I O N S
P A R I T Y E R R O R
O V E R R U N E R R O R
F R A M I N G E R R O R ( A S Y N C O N L Y )
DATA SET READY,INDICATES THAT THE DSR IS AT A ZERO LEVE L
状态字格式
U C 与C R T 终端接口( R S - 2 3 2 C ) ( A S Y N C )
-12
CRT
CRT TxD
C
O
T
R
O
L
L
O
G
I
C
RTS
CTS
RxD
DTR
+12
+5
N
T E R M I N A L
2 3
2 5 - P I N
C O N N E C T O R
1 4 8 9
1 4 8 8
4
4
5 5
1 4 8 9
+5
3 2
+12
7 7
-12
1 4 8 8 1 4 8 9
20 6
RS-232C
L E V E LUSART
(8251A)
RxD
RTS
CTS
TxD
TSR
UC
S
Y
S
T
E
M
USART
(8251A)
TxC RxC
-12
+12
+5
4,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
RS-232接口：异步串行通信标准（ EIA）
传输线上信号为反相,1信号 -5V至 -15V,0信号 +5V至 +15V。
u C 与同步外设接口
uC
S
Y
S
T
E
M
RxD
TxD
RxC
TxC
8 2 5 1 A
A D D R,
D A T A
C O N T R O L
SYNDET
S Y N C,
P E R I P H E R A L
D E V I C E
8251A同步通信应用
1,串行通信的特点串行通信是主机与外设交换信息的一种方式。
串行通信中字节数据经一条传输线按位串行发送与串行接收。
串行通信节省通信线路，可远距离传送，成本低，广泛应用在通信及计算机网络系统中。
串行通信中，数据传输速率低，控制较复杂。
光纤技术的出现与发展，为串行通信开辟了美好前景。
8251A可编程通信接口
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
全双工,通信双方均有发送器和接收器,经两条独立的传输线相连,双方可同时接收与发送。
A B
接收器 接收器全双工发送器 发送器
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
半双工：通信双方均有发送器和接收器,经一条传输线相连,在某一时刻双方只能一个方向传输信息，线路切换后可改变传输方向。
A B
半双工发送器 发送器接收器接收器
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语全双工、半双工、单工
单工：通信一方为发送器，另一方为接收器,
一条传输线相连,进行单向传输。
A B
发送器 接收器单工
计算机主机与外设之间串行通信，多采用全双工方式。
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语
同步与异步通信方式
同步方式：通信双方用统一时钟控制通信过程,
信息传输组成数据包 (数据帧 )。每帧头尾是控制代码,中间是数据块，
可有数百字节。不同的同步传输协议有不同的数据帧格式。
数据帧包头 数据块 包尾
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语同步与异步通信方式
同步方式,(续 )
包头由同步字符、控制字符、地址信息等组成。
包尾由校验码、控制字符等组成。
同步串行数据传输过程中数据间不允许多间隙，
数据供不上时接口自动插入同步字符。
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语
同步与异步通信方式
异步方式,通信双方无统一时钟同步，传送的信息以一个字符数据为单位，开头与结尾均有特别的位码供接收方识别，信息格式双方事先约定。
LSB 1/0 MSB
异步接收接口提供一个外部时钟 Tc,数据位间隔 Td,
Tc=Td/K,K为波特率因子，波特率为每秒传送多少信息位。
Start data Stop
parity
D0 D1 D3 D4 D5 D6 D7
P A R I T Y S T O P
8Tc 1 6 T c
2*16Tc
3 * 1 6 T c
4 * 1 6 T c
5 * 1 6 T c
6 * 1 6 T c
7 * 1 6 T c
8 * 1 6 T c
9 * 1 6 T c
1 0 * 1 6 T c
查到S T A R T 位,再查其它位 必测出" 1 ",否则结构错
D2
异步方式接收方对数据的检测
S T O P / M A R K
信息位
S T A R T - B I T
( T d )
TC
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
连续九个时钟检测到" 0 "
接收时钟
8251A可编程通信接口
2,串行通信的术语调制与解调 (Modulation/Demodulation,MODEM)
数字 (脉冲 )信号传输对线路频宽要求高,无法在普通电话线上传输数字信号。
利用已存在的巨大的电话网传送数字信号是一种经济实用的方法。办法是把数字信号变换成相应的正弦模拟信号,其频率适合电话线传输。
调制解调器 (MODEM)可把数字信号的 1和 0调制成两种不同频率的正弦波。
Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A结构框图
全双工、同步 /异步、接收 /发送器
（ USART）
接收 /发送双缓冲结构
D A T A B U S
B U F F E R
R E A D / W R I T E
C O N T R O L
L O G I C
M O D E M
C O N T R O L
T R A N S M I T
B U F F E R
P S
T R A N S M I T
C O N T R O L
R E C E I V E
B U F F E R
R E C E I V E
B U F F E R
S P
I
N
T
E
R
N
A
L
D
A
D
A
B
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TxD
D7- D0
R E S E T
CLK
C / D
RD
WR
CS
DSR
DTR
CTS
RTS
T x R D Y
T x E M P T
TxC
RxD
R x R D Y
RxC
S Y N D E T /
B R K D E T3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A结构框图全双工、同步 /异步、
接收 /发送器（ USART）
A D C
D A O
D T N
R A T
E R
S O
S LB
U
SB B
U U
S S
8 2 8 6
( o p o t i o n )
T
R E A D Y
A D D R,
D E C O D E
A 0 / A 1
CS
C
D
D7-D0
R E S E T
R x R S Y
T x R D Y
RD
WR
IN/ M
CLK
M O D E R E G
SY N C C H A R A C T E R 1
SY N C C H A R A C T E R 2
C O N T R O L R E G
R E C E I VE R s h i,R E G
D A T A - I N B U F F E R
D A T A -O U T B U F F E R
T R A N S,S h i R E G
S T A T U S R E G,
S E R I A L
RxD I N P U T
TxE
TxD
S E R I A L
O U T P U T
DSR
DTR
CTS
RTS
S Y N D E T
RxC
TxC
M O D E M
C O N T R O L
C L O C K
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A主要引线信号说明：
RESET：复位信号,为高时强迫 8251A进入空间状态,等待接收模式字。
CLK：时钟输入,内部定时用,大小高于通信速率。
C/D#：命令 /数据,参与对内部寄存器寻址,C/D#为 1时主机对 8251A写入控制字,C/D#为 0时,写入数据，
接收地址线最低位。
RTS#(Request to send):请求发送、输出。
CTS#(Clear to send),允许 发送、输出。
8251A与通信对方的一对联络信号。
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A主要引线信号说明：
DTR#(Data Terminal Ready):本方准备好，输出。
DSR#(Data Set Ready),对方准备好，输出。
8251A与通信对方的另一对联络信号。
TxD,串行数据发送，输出，串行通信线。
RxD,串行数据接收，输入，串行通信线。
TxRDY,发送器准备好，输出，表明 8251的状态。
TxEMPT,发送缓冲器空，输出，表明 8251的状态。
RxRDY,接收器准备好，输出，表明 8251的状态。
TxC,RxC,接收发送的时钟，一般用同一脉冲源。在异步方式下,
此频率为波特率的若干倍 (波特率因子 )；在同步方式下此频率与波特率相同。
SYNDET/BRKDET,同步检测 /断路检测，双向。
3,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
8251A的编程
操作过程,8251A工作方式及运行由程序控制。
复位操作输出第一个同步字符输出模式字输出第二个同步字符双同步
？输出命令字传送数据传递完
？
复 位
？
同步方式
？
是是是是否否否异步传送模式指令字模式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
S2 S1 EP PENS2 B1B2L1L2P E NEP
仃止位数目无 效
2 位
1 1 / 2 位
1 位
0
11
01
0
0
奇 校 验偶 校 验
0
1
允许校禁止校
0
1
00 5
0
0 1
1
1
1 8
7
6
数据位
00
0
0
1
1
1 1
同步 方 式
1x
16x
64x
波特率因子
1
异步传送模式字格式同步传送模式指令字格式
S C S ESD EP PEN L2 L1 0 0
0
0
0 0
0
0
0
1
1
11
1
0
1
同步字符数目双同步字符单同步字符内同步检测
( S Y N D E T 为出 )
外同步检测
( S Y N D E T 为入 )
禁止奇偶校验
1 允许奇偶校验
1
奇校验偶校验
5 位数据
7 位数据
6 位数据
8 位数据
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
同步传送模式字格式
C O M M A N D I N S T R U C T I O N F O R M A T
EH IR D T RR x ES B R KERR T S T x E N
1 = T R A N S M I T E N A B L E,0 = T R A N S,D I S,
" 1 ",F O R C E D T R # P I N T O Z E R O
1 = R E C E I V E E N A B L E,0 = R E C E I V E D I S A B L E
" 1 " F O R C E T x D P I N T O L O W ; " 0 ",N O R M A L O P E N A T I O N
" 1 ",R E S E T E R R O R F L A G S P E,O E,F E ( E R R O R R E S E T )
" 1 ",F O R C E R T S P I N T O Z E R O ( R E Q U E S T T O S E N D )
" 1 ",R E T U R N S 8 2 5 1 A T O M O D E I N S T R U C T I O N F O R M A T ( I N T E R N A L R E S E T )
" 1 ",E N A B L E S E A R C H F O R S Y N C C H A R A C T E R S ( N O E F F E C T I N A S Y N C M O D E )
命令字格式
S T A T U S R E A D F O R M A T
D S R S Y N D E T FE OE PE
T X E M -
P T Y
R x R D Y T x R D Y
D I F F E R E N T F R O M
T H E T x R D Y P I N
S A M E D E F I N I T I O N S
P A R I T Y E R R O R
O V E R R U N E R R O R
F R A M I N G E R R O R ( A S Y N C O N L Y )
DATA SET READY,INDICATES THAT THE DSR IS AT A ZERO LEVE L
状态字格式
U C 与C R T 终端接口( R S - 2 3 2 C ) ( A S Y N C )
-12
CRT
CRT TxD
C
O
T
R
O
L
L
O
G
I
C
RTS
CTS
RxD
DTR
+12
+5
N
T E R M I N A L
2 3
2 5 - P I N
C O N N E C T O R
1 4 8 9
1 4 8 8
4
4
5 5
1 4 8 9
+5
3 2
+12
7 7
-12
1 4 8 8 1 4 8 9
20 6
RS-232C
L E V E LUSART
(8251A)
RxD
RTS
CTS
TxD
TSR
UC
S
Y
S
T
E
M
USART
(8251A)
TxC RxC
-12
+12
+5
4,Intel 8251A可编程通信接口的结构与编程
RS-232接口：异步串行通信标准（ EIA）
传输线上信号为反相,1信号 -5V至 -15V,0信号 +5V至 +15V。
u C 与同步外设接口
uC
S
Y
S
T
E
M
RxD
TxD
RxC
TxC
8 2 5 1 A
A D D R,
D A T A
C O N T R O L
SYNDET
S Y N C,
P E R I P H E R A L
D E V I C E
8251A同步通信应用
