双机串行通信的设计与实现.docx
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双机串行通信的设计与实现
双机串行通信的设计与实现
一、设计要求
1.单机自发自收串行通信。
接收键入字符，从8251A的发送端发送，与同一个8251A的接收端接收，然后在屏幕上显示出来。
2。
双机串行通信，在一台PC机键入字符，从8251A的发送端发送给另一台PC机，另一台PC机的8251A的接收端接收，然后在屏幕上显示出来。
二、所用设备
IBM—PC机两台（串行通信接口8251A两片，串行发送器MC1488和串行接收器MC1489各两片，定时器/计数器8253,终端控制器8259等），串口线一根
串行直连电缆用于两台台电脑通过串行口直接相连,电缆两端的插头都是9针的母插头:
三、硬件方案
1.设计思想
计算机传输数据有并行和串行两种模式。
在并行数据传输方式中，使用8条或更多的导线来传送数据，虽然并行传送方式的速度很快,但由于信号的衰减或失真等原因，并行传输的距离不能太长,在串行通信方式中,通信接口每次由CPU得到8位的数据，然后串行的通过一条线路，每次发送一位将该数据放送出去。
串行通信采用两种方式:
同步方式和异步方式.同步传输数据时，一次传送一个字节，而异步传输数据是一次传送一个数据块。
串口是计算机上一种非常通用设备串行通信的协议.大多数计算机包含两个基于RS232的串口。
串口按位（bit）发送和接收字节。
尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
典型地，串口用于ASCII码字符的传输。
通信使用3根线完成:
（1）地线，
（2）发送，（3）接收。
由于串口通信是异步的,端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但是不是必须的.串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。
对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：
RS-232（ANSI/EIA—232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准.可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem,同时也可以接工业仪器仪表.用于驱动和连线的改进,RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。
IBMPC及其兼容机提供了一种有较强的硬件依赖性，但却比较灵活的串行口I/O的方法，即通过INT14调用ROMBIOS串行通信口的例行程序。
该例行程序。
该例行程序包括将串行口初始化为指定的字节结构和传输速率，检查控制器的状态，读写字符等功能.
14号中断的功能总结如下：
串行口服务（SerialPortService-—INT14H）
00H—初始化通信口03H-读取通信口状态
01H-向通信口输出字符04H—扩充初始化通信口
02H—从通信口读入字符
（1）、功能00H：
初始化通信口
入口参数：
AH＝00H
DX＝初始化通信口号（0＝COM1，1＝COM2,……）
AL＝初始化参数，参数的说明如下:
波特率奇偶位停止位字的位数
76543210
000=110X0=None0=1bit10=7bits
001=15001=Odd1=2bits11=8bits
010=30011=Even
011=600
100=1200
101=2400
110=4800
111=9600
（2）、功能01H：
向通信口输出字符
入口参数：
AH＝01H
AL＝字符
DX＝初始化通信口号（0＝COM1，1＝COM2,……）
出口参数：
AL的值不变
AH的位7＝0——操作成功，通信口状态，AH的位6~0是其状态位
（3）、功能02H：
从通信口读入字符
入口参数:
AH＝02H
DX＝初始化通信口号（0＝COM1，1＝COM2，……）
出口参数：
AL＝接受的字符
AH的位7＝0——操作成功,通信口状态，AH的位6~0是其状态位
（4）、功能03H
功能描述：
读取通信口状态
入口参数：
AH＝03H
DX＝初始化通信口号（0＝COM1，1＝COM2，……）
出口参数：
AH＝通信口状态，AL＝Modem状态,参见功能号00H中的说明
（5）、功能04H
功能描述：
扩充初始化通信口，仅在PS/2中有效
本设计正是利用14号配置串口，实现双机的双工通信及单机的自发自收通信.并画出了比较完整的原理图与写出了比较详细的程序
2。
原理框图
3。
工作原理
IBMPC及其兼容机间经过RS－232－C口串行通信是在实际系统中用的最广泛的。
上述框图只是串口通信的的一个内部的原理图，由于，本次设计是直接配置的PC机中的RS232适配卡，上述过程并不能看到，不过在，原理图的分析中会做详尽的解释
本次实验的外部来看实际的电路图
PC机上的串行口是9针公插座,引脚定义为：
Pin
Name
Dir
Description
1
CD
CarrierDetect
2
RXD
ReceiveData
3
TXD
TransmitData
4
DTR
DataTerminalReady
5
GND
SystemGround
6
DSR
DataSetReady
7
RTS
RequesttoSend
8
CTS
CleartoSend
9
RI
RingIndicator
所以本设计所采用的串口为双端母插头。
串口为交叉线，2，3号针脚交叉相连,5号针接公共地。
EIARS-232—C接口（9针）插头连线方法:
发送
RXD
2
←→
3
TXD
接收
接收
TXD
3
←→
2
RXD
发送
信号地
GND
5
←→
5
GND
信号地
4。
电路原理图
4.1顶层的模块图，top.pri
此原理图的主要参考资料是protel99se中Z80Microprocessor的例子。
整个串行通信系统包括六大部分：
CPU部分、复位和时钟电路部分、电源部分、存储器部分、串口通信接口部分和外设部分。
下就各部分座简要介绍。
4。
2CPU部分.CPU。
sch
CPU部分本来是用8086来做的，但考虑到,8086的寻址比较复杂，数据线分高八位和低八位，所以就改成了8088。
IO/M，RD,WR几个控制引脚的译码通过简单的组合逻辑电路来实现.对RAM存储器、ROM存储器、各IO芯片的寻址译码，是通过一片3—8译码器74LS138来实现的.地址线的低13位代码，在芯片选择的时候，不起作用，只有A13~A15三位地址线负责译码。
为了便于记忆，可把芯片选择时的低13位地址线设为零，来代表它的片选地址。
如本设计中，RAM地址位0x00000来表示，而ROM的地址为0x20000，相应地，55，53，51的地址分别为:
0x30000,0x40000，0x50000。
低13位地址线只在选择存储器中的某一存储单元时使用。
4。
3复位和时钟电路。
CPU_Clock.sch
微机电路在工作中受到干扰后，容易出现CPU程序“跑飞”而盲目运行甚至出现死机现象。
此时复位信号有效，使微机系统重新恢复正常运行。
本设计采用的是比较简单的一种手动的复位电路。
它是通用的吧,是直接从protel的一个例子中拷过来的。
关于处理器的时钟电路确实有研究头
8284除了提供频率恒定的时钟信号外，还对准备好（ready）信号，和复位（reset）信号进行同步。
外界的准备好信号输入到8284的RDY，同步的准备好信号READY从8284输出。
同样,外界的复位信号输入到8284的RES,同步的复位信号RESET从8284输出。
这样，从外部来说，可以在任何时候发出这两个信号，但是，8284的内部逻辑电路设计成在时钟下降沿处使READY和RESET有效。
根据不同的振荡器,8284和振荡器之间，用两种不同的连接方式。
通过F/\C来实现：
此电路图是按同步通信的方式画的，READY信号在以后的设计中，也没有用到，便把它的连接去掉了
4.4电源部分.PowerSupply.sch
4.5存储器部分。
serial_memory.sch
2764只可读，6264可读可写，由于处理器用的是8088，便无需考虑A0的问题了,这种便利也体现在,后面的设计中，IO芯片的端口地址的设置上。
4.6串口通信接口部分。
serial51。
sch
8253为8251提供波特率，8253只用它的第0个计数器，工作在方式3。
下面是一段基于本设计的连接图的通过8251实现自发自收串行通信的程序，内包含了8253，8251的初始化.
STACKSEGMENTPARASTACK'STACK’
DB128DUP（？
）
STACKENDS
CODESEGMENTPARAPUBLIC'CODE'
ASSUMECS：
CODE，SS：
STACK，DS:
CODE
START:
JMPMAIN
SBUFDB1,2,3,4，5，6，7，8,9，10;定义保存“发送信息"
RBUFDB10DUP（?
）；和“接收信息”的存储器区域
OCOMMPROC;将（AL）写入8251的命令口
PUSHCX；保存所用寄存器
PUSHDX
MOVDX,209H；执行端口写入操作
OUTDX,AL
MOVCX，400H;延时
LOOP$
POPDX;恢复所用寄存器
POPCX
RET；返回主调程序
OCOMMENDP
INITPROC；初始化子程序
MOVDX，0x40003H；设置8253的1＃通道为方式3、只读写低8位数据和2进制计数方式
MOVAL,56H
OUTDX，AL
MOVDX,0x40001H；设置计数值，此时的通讯速率为1M÷52÷16≈1200bps
MOVAL，52
OUTDX，AL
MOVAX，300H;向8251的命令端口写入3个0
II1:
CALLOCOMM
DECAH
JNZII1
MOVAL,40H;复位8251
CALLOCOMM
MOVAL,4EH；设置1个停止位、8个数据位和16的波特率因子
CALLOCOMM
MOVAL，37H;允许8251发送和接收
CALLOCOMM
RET；返回主调程序
INITENDP
MAIN:
MOVAX，CS；初始化数据段寄存器
MOVDS，AX
LEASI,SBUF；和发送
LEADI,RBUF;与接收指针
callinit
M01:
MOVDX,0x50002H；等待8251处于允许发送状态
M02：
INAL，DX
TESTAL,1
JZM02
MOVAL,［SI];发送1个数据
INCSI
MOVDX,0x50001H
OUTDX,AL
MOVCX，40H;延时
LOOP$
MOVDX,0x50002H;等待8251处于允许接收状态
M03:
INAL,DX
TESTAL，2
JZM03
MOVDX,0x50001H;接收
INAL,DX
MOV[DI］,AL；并保存一个数据
INCDI
CMPSI，OFFSETSBUF+10;判断是否处理完了全部数据？
JBM01；未完，再处理下一个
HLT;完了，执行停机动作
CODEENDS
ENDSTART
下面是一段基于本设计的连接图的通过8251实现串行通信的程序。
stacksegmentstack
stackends
datasegment
dataends
codesegment
assumecs：
code，ds:
data,ss:
stack
start:
pushcs
popds
movdx，0x0003h；设置8253计数1工作方式3
moval，56h
outdx，al
moval,52
movdx，0x0001h给8253计数器1送初值
outdx，al
movdx，0x50001h;初始化8251
xoral，al
movcx,03；向8251控制端口送3个0
delay:
callout1
loopdelay
moval，40h；向8251控制端口送40H,使其复位
callout1
moval,4eh；设置为1个停止位，8个数据位,波特率因子为16
callout1
moval,27h;向8251送控制字允许其发送和接收
callout1
next:
movdx,0x50001h
inal，dx
testal,02；检查接收是否准备好
jznext;没有，等待
movdx,0x50000h
inal,dx；准备好,接收
pushax
movcx,40h
s51:
loops51;延时
waiti：
movdx,0x50001h
inal，dx
testal,01;发送是否准备好
jzwaiti
movdx，0x50000h
popax
outdx，al
jmpnext
out1procnear；向外发送一字节的子程序
outdx,al
pushcx
movcx，400h
gg:
loopgg;延时
popcx
ret
out1endp
codeends
endstart
4.7外设部分。
key_led。
sch
其实在PC机中应该是用8279来实现的。
四、软件方案
1.程序流程图
2。
程序清单
nameserialcommunication
datasegment
messagedb’SerialCommunication’，0ah，0dh，
db'AnykeypressissenttootherPC’，0ah，0dh
db'pressanykeytoexit',’＄’
dataends
codesegment
assumecs:
code，ds：
data
start：
movax,data
movds,ax
movah，09;显示字符串
movdx，offsetmessage
int21h
；初始化串口
movah,0
movdx,0;初始化COM0
moval，0c3h；11000011，4800，n,1,8
int14h；调用BIOS14号中断
again:
movah，01；获取键盘状态
int16h；检查键盘是否按下
jznext;如果没有则转入到接收模式
movah,0；如过有按键按下，读取出来
int16h；调用16号BIOS中断
cmpal，1bh；比较一下是否是’ESC’键
jeexit；如果是，直接退出通信
movah,1；如果不是，把按下的字符发送到COM
movdx，0；选择COM0
int14h；调用BIOS中断
；以下这部分代码，检查COM0端口，看看是否有字符接收，如果有，接收，并且把它在终端上显示出来
next:
movah,3；把COM口的状态读到AH
movdx，0；选择COM0
int14h；解释同上
andah，1；屏蔽除D0位的其它位
cmpah,1；检查D0看是否有一个字符等待接收
jneagain;没有，则转入到监视键盘模块
movah,2；有的话,从COM0读出
movdx,0；
int14h
movdl,al；dl中存放要显示的字符
movah，2；21号中断2号调用，显示字符
int21h；调用DOS21号中断
jmpagain；跳回到监视键盘模块
exit：
movah,4ch:
退出DOS
int21h
codeends
endstart
以上是全双工双机通信的程序代码，自发自收也可以用同样的代码，只需改变连线，把9针插座的2，3引脚用导线交叉互联即可.
五、方案论证
按设计题目实现双机通信可有三种方法:
第一种方法：
通过配置PC机中固有的RS232适配卡，通过调用BIOS的14号中断,及DOS中断的16号、21号中断里的功能,实现双机的通信.
第二种方案：
在微机中通过配置可编程芯片8250来实现串行通信。
第三种方案：
由芯片级做起，查资料，画原理图，版图,制版，调试，实现串口通信.
总地来说，第三种方案不符合现实情况，在时间上,资源上不允许，但毋庸置疑的是，它确实是最吸引我们的一种方案。
第二种方案是最合情合理的，既不像第三种方案那样遥远，也不像第一种方案那样简单。
但在实际做的工程中，发现按实验资料所设计的程序并没有实现，可能有一些未知的原因.最后选择了第三种方案，可惜的是，这种程序更加偏向于软件。
为弥补这种不足，只能把实验原理图画得详细一点了。
六、调试过程
1.首先把软件调试通过，本设计采用的是tasm，tlink，td这一套精巧的汇编开工具发。
2.在PC双机上通信必需得把PC双机的串口连起来，但PC机上的插槽都是公的，若要连接,必需是双端都是母插头的串口线，但实验室的串口线都是一公一母的,不能用，后来，无意中发现一位同学买的单片机开发板上的串口线是双母插头的,解决了这个问题。
3。
第二种方案没有成功,可能是对8250了解的比较少,再一方面,8250里有比较多的寄存器，在通信的过程中，有一些未认识到的错误在里面，就继续选择用第一种方案来做。
4.在网上下载了一个串口测试的程序，对调试过程，产生了很大的帮助。
七、运行结果
1.在发送端的程序显示结果
输入的字符没有显示，因为程序没有回显功能
2.在接收端的程序显示结果
注：
其实“接收端"与“发送端"描述，只是在一次的通信中相对而言的,并没有绝对的接收端与发送端，因为此程序是双工的.
八、收获体会
1.对微机原理有了更深一步的认识,当时学习时，很多迷惑不解的部分都迎刃而解了,比如说，8259的中断机制,8086的编址方法等。
2。
巩固了对PROTEL工具使用,虽然还不如当时熟练，但也去掉了不少生疏。
3.这次课程设计使我产生了一种很强烈的愿望，就是想把以往只在书纸上大动干戈操作的一些东西，实实在在的做出来，实现掉，因为只有这样它才有意义。
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