微型计算机技术讲稿6.docx
《微型计算机技术讲稿6.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机技术讲稿6.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
微型计算机技术讲稿6
第五章串并行通信和接口技术
5.1接口的功能及在系统中的连接
外设种类繁多,信号不同,速度差异很大
5.1.1接口的功能
I/O寻址、输入/输出、数据转换、通讯联络（I/O传送控制）、中断管理（优先级、提供中断类型码等）、复位、错误检测。
可编程能力，综合性功能。
I/O接口的功能是提供数据缓冲和进行I/O控制。
5.1.2接口与系统的连接
*与CPU：
数据总线—数据I/O通道、状态信息读取、控制命令写入
控制总线—控制信号联络。
如输入控制信号：
STB（选通输入）、IBF（输入缓冲器满）；输出控制信号：
ACK（应答）、OBF（输出缓冲器满）
片选及端口（寄存器）地址选择—地址线连接
中断请求/应答或DMA请求/应答
*与外设：
数据通道
控制联络（握手信号）
接口寄存器选择方式：
以地址区分
以读写区分
以特征位区分
以顺序区分
5.2串行接口和串行通信
5.2.1串行接口
串行通信—数据传送逐位进行，每一位数据占有一固定的时间长度。
控制端口，数据端口，接收/发送时钟。
5.2.2串行通信有关名词
1．全双工、半双工
全双工—收发双方可同时通信，占有两条线路或两个频道等
半双工—收发分时进行。
占有一条线路
2．同步方式、异步方式
*同步方式—收发双方采用统一的时钟，发送方在发送数据之前需要先发同步字符，接收方检测到同步字符后（双方取得同步）方进行数据传送。
同步方式数据格式：
同步字符、数据、数据、数据……
在数据间隙可插入同步字符
*异步方式—收发双方不需要“同步”，不需要统一的时钟。
异步方式数据格式：
起始位-数据位（5-8位）-校验位-停止位（1、1.5或2位）、起始位-数据位（5-8位）-校验位-停止位（1、1.5或2位）……
区别：
*同步方式数据传输率高。
因为非数据信息（起始位、停止位）比例小。
同步传送时，一个信息帧包含若干个字符；
*同步传输收发双方需采用统一的时钟。
异步接收：
高
┎─←──────——┰←————──────┐高
┖→检测RxD低电平┴→1/2D处检测RxD┴→接收数据位→奇偶检测→去掉停止位
低低
同步接收：
┎─←──────——─────┐否
┖→接收数据→是同步字符吗—┴→接收数据位→奇偶检测
是
5.2.3串行通信标准
1．传输率
传输率—每秒传送数据位数。
波特率baud—单位时间内所传送的脉冲码元数。
比特率bit—单位时间内所传送的二进制码元数。
比特率≥波特率比特率=log2n*波特率
数据传输率国际标准：
110、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、38.4K、57.6K等
2．RS-232C总线标准
1负逻辑
“1”---5V至-15V、“0”--+5V至+15V
TTL→RS-232CMC1488/75150
RS-232C→TTLMC1489/75154
2控制信号定义
一般：
25脚针式（电压接口、电流环接口），9脚针式（仅含电压接口）
5.3可编程串行通信接口INTEL-8251
用于串行通信的接口芯片：
USART-通用同步/异步接收/发送器如INTEL-8251
UART--通用异步接收/发送器如INTEL-8250（PC机用）
USRT--通用同步接收/发送器
5.3.1基本性能
1数据传输率同步0-64K，异步0-19.2K
2数据位5-8位/字符
3奇偶校验位奇校验、偶校验
4异步方式下，可有1、1.5、2个停止位
5.3.28251基本原理
1.8251的编程结构
编程结构:
数据端口：
数据输入缓冲+接收移位寄存器（串入并出）
数据输出缓冲+发送移位寄存器（并入串出）
RxD—接收数据，TxD—发送数据
控制端口：
控制寄存器
状态寄存器
方式寄存器
2.8251的功能结构
功能结构:
接收缓冲器--RxD、串入并出移位
接收控制电路—检测启动位（识别假启动位）、校验、形成状态位（错误、接收准备好等）
发送缓冲器—数据+附加信息位、并入串出移位、TxD
发送控制器—异步：
数据+起始位、校验位、停止位
同步：
插入同步字符，数据+校验位
数据缓冲器—提供与CPU数据总线的缓冲
读写控制—RD、WR、C/D（控制/数据端口选择）、CLK、RESET
MODEM控制—提供调制/解调器控制信号，便于与MODEM连接。
3.8251发送与接收
1异步接收
2异步发送TxEN=1（发送允许）且CTS=0（外设请求发送时），发送数据
RxD/TxD
发送格式和接收格式
3同步接收
内同步：
监测RxD，检测1-2个同步字符，检测到，SYNDET=1，输出
外同步：
外部器件检测同步字符，检测到以SYNDET=1通知8251已取得同步。
8251接收到1字符后，以RxRDY=1，表示以接收到1字符（通知CPU，有数据可用）
4同步发送
TxEN=1且CTS=0，发同步字符，然后发数据位（+奇偶校验位）
5.3.38251的信号
28脚，DIP双列直插封装
1．与CPU的接口信号18条
CS、D0-D7（数据线）、RD、WR、C/D
C/D
RD
WR
具体的操作
0
0
1
CPU从8251数据端口（输入缓冲器）输入数据
0
1
0
CPU向8251数据端口（输出缓冲器）写入数据
1
0
1
CPU从8251控制端口读入状态字
1
1
0
CPU向8251控制端口写入控制命令
其它信号：
TXRDY（发送准备好）、TXE（发送器空）、RXRDY（接收准备好）、SYNDET（同步检测信号，内同步—8251输出，外同步—8251输入）、Reset（复位输入）、CLK（时钟输入）。
2．与外设的接口信号
接收时接口信号：
DTR数据终端准备好，8251输出，通知外设8251接收器已准备好接收。
DSR数据装置准备好。
8251输入，外设通知8251其已准备好，要求打开接收逻辑。
RXC接收时钟—用于控制USART接收字符速率。
同步：
RXC=波特率，由MODEM提供；
异步：
RXC为X1、X16、X64倍，由方式控制命令选择。
RXD接收数据
发送时接口信号：
RTS请求发送，8251输出，通知外设，8251已准备好发送。
CTS清除发送，8251输入，外设通知8251其已准备好，请求8251发送数据。
TXC发送时钟，同RXC
TXD发送数据
5.3.48251编程
1.8位I/O接口与16位DB的连接
一片8251占用两个口地址：
奇数口（控制口）：
CPU写入模式控制字、控制命令字、读出状态字
偶数口（数据口）：
CPU与外设交换数据
2.8251初始化
异步方式：
┌────────────────────┐
复位┴→模式控制字→控制字（可多次写）→复位→┘
同步方式：
┌───────────-------──────────────┐
复位┴→模式控制字→同步字符（1-2）→控制字（可多次写）→复位→┘
3.模式寄存器、控制寄存器格式
异步格式：
b7b0
S2
S1
EP
PEN
L2
L1
B2
B1
同步方式：
b7b0
SCS
ESD
EP
PEN
L2
L1
0
0
控制寄存器：
b7b0
EH
IR
RTS
ER
SBRK
RXE
DTR
TXEN
其中：
RTS为发送时8251输出控制信号；
DTR为接收时8251输出控制信号。
SBRK=1，8251连续发送低电平（中止符）。
4.状态寄存器格式
b7b0
DSR
SYNDET
FE
OE
PE
TXE
RXRDY
TXRDY
其中：
DSR为8251接收时外设输入的应答（状态）信号；
PE=1表示奇偶错，FE=1表示帧错误（在字符结束时未检测到停止位），OE=1表示溢出错误。
RXRDY、TXRDY为表示8251输入输出缓冲器状态的信号，8251输出，供CPU查询。
TXE=1，表示8251发送器空。
5.3.58251编程举例
8251和MODEM的连接
1电平转换8251输入输出TTL电平，MODEM为RS-232C电平
2控制信号发送（CTS、RTS），接收（DSR、DTR），同步方式（SYNDET）
3时钟异步：
TXC、RXC由本地时钟发生器产生，同步：
收发一致，连接MODEM。
1．8251设置为异步通讯方式
初始化编程：
异步模式控制字—控制字
例1：
试编程设定8251为异步方式，设数据位为7位，偶校验，2个停止位，TXC=RXC等于614.4KHZ，设定波特率为9600Baud.
解：
波特率因子=614.4K/9600=64
模式控制字：
11111011B=FBH
2停止位偶校验7位数据*64
控制字：
00110111B=37H
初始化程序：
MOVDX，8251-ODD；8251奇数口（控制口）
MOVAL，0FBH；模式控制字
OUTDX，AL
MOVAL，37H；控制字
OUTDX，AL
8251发送程序：
┌──────→↓←──────┐
测试状态寄存器b0位TXRDY
=0↓
└─────TXRDY=1？
↓=1发送准备好
发送一字节
↓N
发送完否？
─────┘
↓Y
发送完毕，8251复位
8251接收程序：
┌──────→↓←──────
测试状态寄存器b1位RXRDY
=0↓
└─────RXRDY=1？
↓=1接收准备好
读入一字节
↓
存入输入缓冲区
b5-b3≠000↓
出错处理←──接收字符有错（状态字b5-b3≠000）？
b5-b3=000↓N
接收完否？
─────┘
↓Y
接收完毕，8251复位
2．8251设置为同步通讯方式
初始化编程：
写入同步模式控制字—同步字符—控制字
例2：
：
试编程设定8251为双同步方式，内同步，设数据位为7位，偶校验。
模式控制字：
00111000B=1AH
双同步内同步偶校验7位/数据同步模式
3．8251编程举例
P150因为仅为接收，故控制字可为16H（带联络）/14H。
5.3.68251使用举例
8251用于微机连接CRT终端。
8251初始化编程时，需确定8251复位状态。
连接：
CPU端，译码CS、控制/数据选择C/D、读/写、数据总线、时钟CLK、接收/发送时钟RXC、TXC。
外设端：
数据信号线RXD、TXD，握手信号DTR、DSR（接收），CTS、RTS（发送，本例未使用）；电平转换：
MC1488（TTL→RS-232）、MC1489（RS-232→TTL）。
模式控制字4EH=01001110（1停止位、无校验、8位数据/字符、*16）
控制字27H=00100111（RTS=0、RXE=1接收允许、DTR=0、TXEN=1发送允许）
本例发送程序中，以测TXRDY是否为1，决定是否发送。
5.4并行通信和并行接口
CPU、并口、外设的连接：
与CPU：
DB、地址译码、片选、读/写、中断请求等。
与外设：
DB、控制联络（输入：
STB-输入选通、IBF-输入缓冲器满（输入应答信号）；输出：
OBF-输出缓冲器满（输出选通）、ACK-输出应答）
一般输入过程：
●外设以STB将输入数据锁存到接口输入数据缓冲器；
●接口以IBF=1通知外设，禁止写入新的数据；
●CPU查询IBF=1或IBF=1触发中断请求，CPU将数据读走，并置IBF=0；
一般输出过程：
●设OBF=1，输出缓冲器空；
●CPU查询OBF=1或由OBF=1触发中断请求，CPU写入数据到输出接口，同时置OBF=0（输出缓冲器满）；
●外设检测OBF=0取走数据，并发应答信号ACK=0，将OBF置1。
5.5可编程并行接口INTEL-8255
5.5.18255的内部结构
1.数据端口
A口8位，数据输入锁存，数据输出缓冲/锁存
B口8位，数据输入缓冲，数据输出缓冲/锁存
C口8位，数据输入缓冲，数据输出缓冲/锁存
注意：
B口、C口作输入时应注意外部数据锁存
A口、B口为独立的I/O口
C口分为上半、下半口，通常为配合A/B口作控制联络信号，仅当A/B口不用其作控制联络信号时，C口可作为I/O口。
2.A组控制和B组控制
A组控制：
A口、C上半口
B组控制：
B口、C下半口
3.读/写控制逻辑
接收CPU读/写、复位命令，根据CS、A0、A1地址选择A组、B组控制命令。
4.数据总线缓冲器
5.5.28255的芯片引脚
40脚，DIP封装：
8位数据线（与CPU）、A、B、C口各8位数据线（与外设）
内部端口选择：
A0、A1、CS
其它：
RD、WR、RESET、地、电源
结构：
从外设（连接）角度：
A、B、C三个8位口；或A、B两个8位口及C上、C下两个4位口；
从编程（CPU）角度：
A、B、C、控制口
读写控制逻辑：
CS
A1
A0
RD
WR
说明
0
0
0
0
1
CPU从8255端口A读入数据
0
0
1
0
1
CPU从8255端口B读入数据
0
1
0
0
1
CPU从8255端口C读入数据
0
0
0
1
0
CPU向8255端口A输出数据
0
0
1
1
0
CPU向8255端口B输出数据
0
1
0
1
0
CPU向8255端口C输出数据
0
1
1
1
0
CPU向8255控制口写入方式控制字或C口置位/复位控制字
0
1
1
0
1
非法操作（8255控制口只读）
1
X
X
1
1
数据线（D0-D7）浮空
1
X
X
X
X
8255未选中，数据线（D0-D7）浮空
5.5.38255的控制字
1．方式选择控制字
b7b0
1
X
X
A口I/O
C上半口I/O
B组工作方式
B口I/O
C下半口I/O
└┬┘
A组工作方式：
00-方式0、01-方式1、1X-方式2
其余：
数字1—字母I（输入）、数字0-字母O（输出）；0-方式0、1-方式1
特点：
*方式选择字中A组控制用4位，B组用3位；
*方式选择字按方式选择位、A/B口、C上/C下半口顺序排列；
*A口可以方式0、1、2三种之一工作，B口仅能以方式0、1两种方式之一工作，C口只能在不被A/B口占用（作控制联络信号时）的情况下以方式0工作；
8086与两片8255的连接。
与CPU：
RD（IOR）、WR（IOW）、RESET并联；地址A2、A1用以选择8255内部端口，CS由74LS138提供。
与外设：
PA、PB、PC三个8位口
要求：
芯片J1：
A方式0输出，B方式0输入，C上输出，C下输入
方式选择控制字：
10000011B=83H
芯片J2：
A方式0输入，B方式1输出，C上、C下输出
方式选择控制字：
10010100B=94H
初始化编程：
MOVDX，0E6H；芯片J1控制口
MOVAL，83H；芯片J1方式选择控制字
OUTDX，AL
MOVDX，0EEH；芯片J2控制口
MOVAL，94H；芯片J2方式选择控制字
OUTDX，AL
2．C口置位/复位控制字
功能：
设定C口指定位的输出状态，而不影响C口的其余位。
b7b0
0
X
X
X
PC2
PC1
PC0
1/0
↑↑└──┬───┘↑
标志位无用Pci的编码置1/0
注：
C置位/复位控制字用以设定C口指定位状态，必须写入控制口。
若设定C上、C下为输出状态，或读取C口中数据，则读/写C口。
例4：
编程设定8255初始化。
PA、PC输出，PB输入，并由PC5输出一高电平，PC3输出一个负脉冲。
方式选择控制字：
10000010B=82H
MOVDX，8255-contrl；指向8255控制口
MOVAL,10000010B；方式选择控制字
OUTDX,AL
MOVAL,00001011B；PC5←1
OUTDX,AL
MOVAL,00000111B；PC3←1
OUTDX,AL
MOVAL,00000110B；PC3←0
OUTDX,AL
MOVAL,00000111B；PC3←1
OUTDX,AL
5.5.48255的工作方式
1．方式0-基本输入/输出方式
功能：
为A口（8位）、B口（8位）、C上（4位）和C下（4位）提供基本的输入/输出操作（不带控制联络信号）。
用于简单外设接口，不要控制联络信号，仅有数据通道连接，直接使用IN/OUT指令完成I/O操作。
特点：
1两个8位口，两个4为口可分别设置为I/O，共16种组合；
2输出锁存、输入缓冲，适用于同步方式或与低速外设的接口；
3没有控制联络信号。
如果需要查询外设的状态，只能额外增加状态位，以查询方式工作；
4C口可以方式0输入/输出（通过C口），还可以置位/复位控制字设定PCi的输出状态（通过控制口）。
方式0输入时序
●外设输入数据并保持足够长的时间，供CPU经8255读取；
●CPU发CS、A1、A0选中8255后，发RD读信号；
●外设输入数据需在RD=0后保持tRR以上，以便8255读取。
方式0输出时序
●CPU发CS、A1、A0选中8255；
●CPU发WR写信号，并将输出数据送到DB上；
●外设在WR=0且tWW时间后，将数据读走。
写脉冲tWW的宽度要求在400ns以上。
方式0的应用：
同步传送，收发统一时序，不需应答。
例1：
8255A口输出驱动LED显示，B口输入开关信息，C上半口输出数据5=0101，C下半口输出驱动指示灯（1-点亮）。
方式选择控制字：
10000010B=82H
初始化程序：
MOVDX，8255-contrl；指向8255控制口
MOVAL,10000010B；方式选择控制字
OUTDX,AL
MOVDX，8255-PA；指向8255A口
MOVAL,DATA；输出显示数据代码
OUTDX,AL
MOVDX，8255-PB；指向8255B口
INAL，DX；读入开关信息
MOV[ADDR]，AL；保存
MOVCL，50H；C上半口输出数据5
MOVDX，8255-PC；指向8255C口
INAL，DX；读入C口数据
ANDAL，0FH；清高4位
ORAL，CL；高4位置为0101
OUTDX,AL
MOVDX，8255-contrl；指向8255控制口
MOVAL,0XXXYYY0/1B；YYY为PC0-PC3的编码
OUTDX,AL
2．方式1-选通输入/输出方式
功能：
设定A口、B口为选通输入/输出工作方式。
A口方式1输入：
B口方式1输入：
PC3INTR（输出）PC2/STBB（输入）
PC4/STBA（输入）PC1IBFB（输出）
PC5IBFA（输出）PC0INTR（输出）
PC4INTEPC2INTE
其中：
IBF、/STB为输入应答信号，INTR为中断请求信号，INTE为A口/B口输入中断允许信号。
/STB-外设输入的选通信号，通知8255，数据已锁存到8255输入锁存器；
IBF-8255送出的输入缓冲器满信号。
STB的下降沿将IBF置1，禁止外设送入新的数据。
当CPU从8255读取数据时，复位IBF=0，通知外设可写入新数据。
INTR-当IBF=1且INTE=1时，发中断申请。
例2：
编程设定8255A口为选通输入方式，并允许A口申请中断。
方式选择控制字：
1011YXXX（Y为PC6、PC7的I/O选择，XXX为B组工作方式）
MOVDX，8255-contrl；指向8255控制口
MOVAL,1011YXXXB；方式选择控制字
OUTDX,AL
MOVAL，00001001B；允许A口输入中断
OUTDX，AL
MOVAL，00001010B；PC5即IBF清0，启动外设，8255已作好准备。
OUTDX，AL
A口方式1输出：
B口方式1输出：
PC7/OBFA（输出）PC2/ACKB（输入）
PC6/ACKA（输入）PC1/OBFB（输出）
PC3INTR（输出）PC0INTR（输出）
PC6INTEPC2INTE
其中：
/OBF、/ACK为输出应答信号，INTR为中断请求信号，INTE为A口/B口输出中断允许信号。
/ACK-外设输入的响应信号，外设准备好接收数据，以/ACK=0通知8255可以送出新数据，并置位/OBF=1；
OBF-8255送出的输出缓冲器满信号。
8255以OBF的下降沿通知外设有数据可读。
INTR-当OBF=1且INTE=1时，发中断申请。
方式1的输出时序
3．方式2—双向传送
功能：
提供一个与外设双向传送的8位I/O接口
仅限于A口使用，且使用PC3-PC7（5位）作为控制联络信号，具有I/O中断控制功能。
信号：
输入应答：
PC4/STBA（输入）
PC5IBFA（输出）
输出应答：
PC7/OBFA（输出）
PC6/ACKA（输入）
中断请求：
PC3INTR
允许/禁止A口输入中断：
PC4INTE
A口输出中断：
PC6INTE
实际上：
方式2=A口方式1输入+A口方式1输出
方式2与其它方式的组合：
1与方式0
B口工作与方式0输入/输出，PC2-PC0可作为I/O。
2与方式1
B口方式1输入/输出，C口全部用于控制/联络，方式选择字仅设置b1位。
5.5.58255应用举例
例1：
8255A口连接打印机，A口工作于方式0，控制联络信号由PC2-BUSY（打印机忙，输入）、PC6-/STB（数据选通，输出）提供。
设8255端口地址为0D0H-0D6H
解：
方式选择字：
100000X1（A口方式0，输出；C上输出，C下输入；B口只能工作于方式0）
初始化程序：
MOVDX，0D6H；指向8255控制口
MOVAL,81H；方式选择控制字
OUTDX,AL
MOVAL,00001101B；PC6=/STB=1无效
OUTDX,AL
L1：
MOVDX，0D4H；指向8255C口
INAL，DX；读入打印机状态信息
TESTAL，04H；BUSY=1？
JNZL1；=1，循环等待
升级会员 