Giao tiếp nối tiếp dùng vi mạch 8251

GIAO TIẾP NỐI TIẾP DÙNG VI MẠCH
8251
I.
TRUYỀN THÔNG TIN NỐI TIẾP
Việc truyền thông tin giữa các bộ phận nằm gần nhau trong hệ vi xử lý có thể được thực
hiện thông qua bus song song mở rộng hoặc các mạch phối ghép song song. Trong đó các byte
hoặc các từ được chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác trên một tập các đường mạch in
hoặc dây cáp. Trong trường hợp cần phải truyền thông tin ở các thiết bị cách xa nhau làm sao
tiết kiệm được số đường dây dẫn cần thiết cho việc truyền. Từ yêu cầu trên đã ra đời phương
pháp truyền thông tin nối tiếp. Ở đầu phát dữ liệu song song đầu tiên được chuyển thành dữ
liêu dạng nối tiếp sau đó được truyền đi liên tiếp trên một đường dây. Ở đầu thu, tín hiệu nối
tiếp sẽ được biến đổi ngược lại để tái tạo tín hiệu dạng song song thích hợp cho việc xử lý tiếp
theo.
Trong thực tế có 2 phương pháp truyền thông tin kiểu nối tiếp: truyền đồng bộ và truyền
không đồng bộ.
Trong phương pháp truyền đồng bộ, dữ liệu được truyền theo từng mảng với tốc độ xác
định. Mảng dữ liệu trước khi được truyền đi sẽ được gắn thêm ở đầu và ở cuối mảng các byte
hoặc một nhóm bit định dấu đặc biệt.
SYN
SYN
SOH
STX TEXT ETX hay ETB BCC
HEADER
SYN : Ký tự đồng bộ
SOH : Ký tự bắt đầu phần mào đầu
HEADER : Phần mào đầu
STX : Ký tự bắt đầu văn bản
TEXT :Thân văn băn
ETX : Ký tự kết thúc văn bản
ETB : Ký tự kết thúc văn bản
BCC : Ký tự kiểm tra khối

HÌNH 5.1
Ở hình 5.1 biểu diễn một bản tin để truyền đồng bộ theo giao thức BISYNC (giao thức
truyền thông tin hệ 2 đồng bộ, binary synchronous communication protocal) đây thực chất là
giao thức điều khiển theo byte, vì các byte (ký tự) đặc biệt được dùng để đánh dấu các phần
khác nhau của bản tin.
Trong cách truyền không đồng bộ, dữ liệu được truyền đi theo từng ký tư. Ký tự cần
truyền đi được gắn thêm một bit đánh dấu ở đầu để báo bắt đấu ký tự (start) và 1 hoặc 2 bit


đánh dấu cuối để báo kết thúc ký tự (stop)ï. Vì cuối ký tự được nhận dạng riêng biệt nên nó có
thể được truyền đi theo phương pháp không đồng bộ, được thể hiện trên hình 5.1.

Chiều của dòng ký tự
Luôn ở mức cao
Luôn ở mức thấp

Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 Parity Stop Stop
Mã của ký tự cần truyền
HÌNH 5.2 : Khung của một ký tự để truyền không đồng bộ


Tuỳ theo loại mã được chọn dùng trong khi truyền (Baudot, Ascii,… ) độ dài cho mã ký tự
có thể là 5 , 6 , 7, 8 bit. Tuỳ theo hệ thống truyền tin, bên cạnh các bit dữ liệu còn có thể tuỳ
chọn có hay không có 1 bit parity để kiểm tra lỗi khi truyền có thể tuỳ chọn 1 hoăc 2 bit stop,
nhưng bắt buộc phải có một bit start. Như vậy để truyền một ký tự theo phương pháp không
đồng bộ, ngoài ký tự mang tin ta buộc phải truyền thêm ít nhất 2 và nhiều nhất là 4 bit phụ để
tạo ra khung cho ký tự đó, vì thế phương pháp nầy tuy đơn giản nhưng có hiệu suất không cao.
Tốc độ truyền dữ liệu theo phương pháp nối tiếp được đo bằng bit/s. Ngoài ra người ta
cũng hay dùng đơn vị baud, đó là giá trị ngịch đảo của thời gian giữa các lần thay đổi mức tín
hiệu, với dữ liệu chỉ có hai mức (0 và 1)ø và mỗi thay đổi mức tín hiệu chỉ mã hóa một bit thì có

thể hiểu baud = bit/s, các tốc độ truyền thường gặp trong thực tế là 11, 300, 600, 1200, 2400,
4800, 9600, 19200 baud.
Để tạo điều kiện dể dàng cho việc phối ghép đường truyền nối tiếp với hệ vi xử lý và để
giảm tối đa các mạch phụ thêm ở bên ngoài người ta đã chế tạo ra các vi mạch tổ hợp cỡ lớn
lập trình được có khả năng hoàn thành phần lớn các công việc cần thiết trong khi phối ghép. Đó
là các mạch thu phát di bộ vạn năng IN8250/16450 của National và mạch thu phát đồng bộ –
dị bộ vạn năng 8251 của Intel.

II.

VI MẠCH USART 8251:

Trong phần này ta sẽ giới thiệu mạch 8251A đó là vi mạch USART có thể dùng cho cả
hai kiểu truyền thông tin nối tiếp đồng bộ, dị bộ. Sơ đồ chân và sơ đồ thanh ghi được trình bày
ở hình 5.3
1. Sơ đồ chân và sơ đồ khối
a. nhóm tín hiệu ghép nối với vi xử lý gồm:
- /CS nối với bộ giải mã địa chỉ A1.. An để chọn 2 thanh ghi.
(A0 = 1điều khiển trạng thái, A0 = 0 đệm số liệu).
- C/D nối với đường dây địa chỉ A0 để một trong 2 cặp thanh ghi trên.
- /WR nối với chân /WR của vi xử lý.
- /RD nối với chân /RD của vi xử lý.
- CLK nối với đường dây CLK của vi xử lý.
- Reset nối với đường dây reset của vi xử lý.


- D0 … D7 nối với các đường dẫn D0…D7 của VXL.
b. Nhóm tín hiệu ghép nối vối Modem
- /DTR
- /DSR

- /RTS
- /CTS
c. Nhóm tín hiệu gép nối với đường dây truyền – nhận và KGN:
- TxEMTY thanh ghi đệm truyền rỗng.
- TxR cho số liệu truyền.
- TxRDy báo số liệu truyền đã sẵn sàng.
- RxRDy báo số liệu nhận đã sẵn sàng.
- Syn det/Break : chỉ đồng bộ/đứt dòng tin.
d. Nhóm tín hiệu ghép nối với máy phát xung nhịp.
- TxD : nhịp truyền.
- RxC : nhịp nhận.

•
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
28
27
26

25
24


23
22
21
20
19
18
17
16
15

8251A

D1
D0
Vcc
/RxC
/DTR
/RTS
/DSR
Reset
CLK
TxD
TxEMPTY/CTS
Syndet/BR
TxRDY
D2

D3
RxD
GND
D4
D5
D6
D7
/TxC


/WR
/CS
C/D
/RD
RxRDY
/CS
/RD
/WR
C/D
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
CLK
RST
RxRDY

TxRDY
TxEMTy
Vcc
GND
/DSR /DTR /CTS /RTS Syn/BRK TxC RxC
Thanh ghi truyeàn
Thanh ghi đệm truyền
Thanh ghi nhận
Thanh ghi đệm nhận
Thanh ghi chế độ
Thanh ghi lệnh
Thanh ghi trạng thái
TxD
RxD
Hình 5.3 : Sơ đồ chân (a) và các thanh ghi (b) của 8251A
(a)
(b)
/CS chíp chọn vi mạch
/RD read – đọc


/WR write – viết
C/D control/data - điều khiển số liệu
CLK – clock – nhịp
D0..D7 data O/I – bus dữ liệu vào ra
/TxC – transmit clock - nhịp truyền
RxC – receiver clock
RST – reset
/DTR dada terminal ready
/DSR – data set ready

/RTS request to send
/CTS clear to send
TxD – transmit data
RxD – receiver data
TxRDy – transmit ready
RxRDy – receiver ready
TxEMTY – transmist register empty
Syn/BRK- Break detect
2. Các thanh ghi:
Ở hình 5.4a và hình 5.4b mô tả bộ thanh ghi của 8251, gồm: thanh ghi trạng thái và
thanh ghi điều khiển.
Hai thanh ghi trên có cùng một địa chỉ với A0 = 1, một dùng để ghi (/WR) lệnh điều
khiển và một để đọc (/RD) trạng thái. Hai thanh ghi đệm số liệu ghi và đọc có cùng một địa chỉ
(A0 = 0) và dùng để ghi và đọc số liệu cần truyền và nhận của KGN. Các lệnh cho các thanh
ghi trên như bảng sau:
/CE
0
0
0
0
1

-

C/D
1
1
0
0
x

/WR
0
1
0
1
x

Thanh ghi điều khiển
Thanh ghi trạng thái

/RD
1
0
1
0
x

LỆNH
Ghi vào thanh ghi điều khiển (chế độ, lệnh).
Đọc thanh ghi trạng thái.
Ghi số liệu vào thanh ghi đệm truyền.
Đọc số liệu từ thanh ghi đệm nhận.
Trở kháng cao (không dùng).


a. Thanh ghi điều khiển:
- dùng để ghi:
+ lời điều khiển chế độ.
D7

D6

D5

D4

D3

D2

Hình 5.4a
D1 D0
Tốc độ truyền

00 đồng bộ
01 không đồng bộ x1
10 không đồng bộ x 16
11 không đồng bộ x64
Độ dài ký tự
1
5 bit
2
6bit
10
7bit
11
8 bit
Điều khiển khung.
1

không giá trị
2
một bit dừng
10
1.5 bit dừng
11
2 bit dừng

Bit chẵn lẻ
X0 không kiểm tra chẳn lẻ
1

kiểm tra lẻ
10

kiểm tra chẵn



b. Lời lệnh:
D7
D6
Cho phép phát
1= cho phép
0= cấm
Chế độ bất đồng bộ
1= tìm ký tự đồng bộ
Sync
Ngắt mềm
1= xoá các thanh ghi

D5

D4

D3

D2

Yêu cầu phát
1= đưa tín hiệu
RTS/= 0
Xoá cờ báo lỗi
1= xoá cờ
PE, OE, FE
Gửi tín hiệu cắt
1= đưa TxD = 0
0= hoạt động bình thường
Cho phép thu
1= cho phép RxRDy
0= cấm RxRDy
Số liệu đầu cuối
Sẵn sàng, DTR\ =1

EH
IR
HÌNH 5.4b

RTS

ER

SBRK

RxEN

DTR

TxEN

D1

D0



c. thanh ghi trạng thái.
Dùng để đọc lời trạng thái:
Chỉ modem đã Sẵn sàng để truyền số liẹäu

Chỉ chữ đồng bộ đã được 8251 nhận
Chỉ thanh ghi biến đổi song song - nối tiếp rỗng
Chỉ 8251 sẵn sàng nhận 1 chữ hay lệnh để truyền
Bit báo sai chẳn lẻ

Pe= 1 khi có sai xóa bằng ER của lệnh

Chỉ sẵn sàng nhận số liệu để truyền cho VXL
Bit chỉ lỗi tràn
Khi VXL chưa đọc lời trước, lời sau đã tới thì

OE =1 xoá bằng ER của lệnh

Bit chỉ sai khung
(không đồng bộ)
khi số bit dừng bị sai
FE= 1 xoá bằng ER =1

Hình 5.4c
D7

D6

DSR SYNDET FE

D5

OE

D4

PE

D3

D2

D1

TxEM

RxRDy

TxRDy

D0


* Vớùi lời điều khiển chế độ: hình 5.4a
- Chế độ đồng bộ: (trong, ngoài hai hay một ký tự đồng bộ SYNC) bởi nội dung ghi vào D7,
D6.
- Tốc độ truyền với giá trị:
+ D1D0 = 00: Dùng cho chế độ đồng bộ, tốc độ nơi thu bằng tốc độ nơi phát, không có sự
thay đổi tần số xung nhịp.
+ D1D0=01 : dùng cho chế độ không đồng bộ, tốc độ giữa nơi thu và nơi phát không đổi.
+ D1D0=01: tốc độ thu = tốc độ truyền X1, tức tốc độ thu = tốc độ truyền.
+D1D0=10: tốc độ thu =16x tốc độ truyền.
+ D1D0=11: tốc độ thu =64x tốc độ truyền.
- Độ dài ký tự, tức độ dài một đơn vị tin SDU với các giá trị D3d2 = 00 (5bit), 01(6bit),
10(7bit) và 11(8bit)
- Kiển tra chẵn lẻ D5D4 =00 (không kiểm tra), 01 (kiểm tra lẻ), 11 (kiểm tra chẵn)
- Điều khiển khung, xác định số bit dừng.
Với D7D6 = 01 – một bit dừng
D7D6 = 10 – một bit rưỡi dừng
D7D6 = 11 – hai bit dừng
• Với lời lệnh (hình5.4b) ta có thể ghi lệnh để:
- Điều khiển modem: DTR(D1=1), RTS(D5=1)
- Xoá mềm( bằng chương trình có IR (D6=1) để xoá về 0 các thanh ghi nội
- Xóa cờ báo lỗi ER (D4=1)
- Ghi cho phép truyền TxEN (D0=1) cho phép nhận RxE(D2=1)
- Gửi tín hiệu cắt ( các bit bằng 0-Break) để cắt dòng tin liên tục đang truyền.

- Tìm ký tự đồng bộ EH(D7=1) trong chế độ đồng bộ
• Thanh ghi trạng thái (hình 5.4c): dùng để đọc.
- Sẵn sàng truyền TxRDY (D0=1), sẵn sàng nhận RXRDY( D1=1)
- Thanh ghi đệm số liệu rỗng TxE (D2=1)
- Tuy chỉ có một địa chỉ (CS\=0, A1=1) nhưng ta có thể ghi được 2 lời điều khiển chế độ và
lời lệnh ở 2 thanh ghi điều khiển khác nhau vì còn có chung một flip flop nội điều khiển
lần lượt vào hai thanh ghi trên


III. ỨNG DỤNG 8251A ĐỂ TRUYỀN THÔNG TIN NỐI TIẾP:
1. Truyền thông tin nối tiếp giữa 2 kit VXL:
TxD

RxD

DTR\
8251
DSR\

RTS\

CTS\
TxD

RxD

DTR\
8251
DSR\

RTS\

CTS\


VXL2

VXL1
HÌNH 5.5
a. Khởi phát 8251A:
Muốn 8251 hoạt động đúng chế độ (không đồng bộ), tốc độ (300, 600, 1200, 2400, 4800,
9600bps hoặc lớn hơn), số bit tin (5, 6, 7, 8) có kiểm tra chẵn hoặc lẻ và xác đinh số bit dừng (1;
1,5; 2 bit) ta phải ghi lời điều khiển chế độ vào thanh ghi điều khiển cuả 8251.
Ví dụ:
Một 8251 có điạ chỉ gốc CS\ với 0FFF0h, cần trao đổi thông tin 8 bit, tốc độ x16 không có
kiểm tra Parity chẵn lẻ, 2bit stop.
Lời điều khiển laø: 1 1 0 0 1 1 1 0
00h
Begin
03h

thanh ghi điều khiển
AH
AH - 1

AH = 0 ?
Delay
Nạp từ chế độ cào thanh ghi chế độ
Delay
End

sai
Đúng
HÌNH 5.5

Lưu đồ khởi tạo 8251A


chương trình khởi phát:
MOV
MOV
OUT
MOV
LOOP
OUT
MOV
LOOP
OUT
MOV
LOOP
MOV
OUT
MOV
LOOP
MOV
OUT
MOV
LOOP
END

D0 :

D1:

D2:

D3:

D4:

DX, 0FFF2h
AL,00h
DX,AL
CX
2h
D0
DX, AL
CX,2h
D1
DX, AL
CX,2h
D2
AL, 40h
DX, AL
CX, 2h
D3
AL, 11001110B
DX, AL
CX, 2h
D4

O O O O O

O O O O
A 1 – A 11
CS \ GND
2. Truyền thông tin nối tiếp giữa kit VXL và máy tính:
Giải mã
điạ chỉ
D 0 –D 7
D 0 – D7
TxD
Reset

Rest
RxD

CLK

CLK
DTR

A0

C/D\
1

RD \
WR \

RD \
Xử lý
ngắt (8259A

hai mức)

DSR\
WR\
RTS \

VXL

5

HÌNH 5.6

8251

6
Cổng COM
của máy tính

9