微機(jī)原理電子教案第6章

1、第第6章章 串并行通信和接口技術(shù)串并行通信和接口技術(shù)本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)串行通信的幾種方式8251A的編程結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)8251A和CPU的信號連接以及和外設(shè)的信號連接低檔接口芯片和高檔數(shù)據(jù)總線的連接8251A的模式寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器的格式8251A的初始化流程8251A的使用8255A和CPU的信號連接以及和外設(shè)的信號連接8255A的三種工作方式和設(shè)置方法8255A的C端口置0/置1 教學(xué)建議教學(xué)建議以8251A和8255A的使用為目標(biāo)。本章用5學(xué)時，其中： 8251A 2學(xué)時8255A 3學(xué)時 6.1接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接 接口的功能 接口與系統(tǒng)的

2、連接 6.1.1接口的功能接口的功能 基本功能：在系統(tǒng)和I/O設(shè)備之間傳輸信號提供緩沖作用 1. 尋址功能尋址功能 識別區(qū)別存儲器和I/O的信號 識別片選信號 選擇接口中的寄存器 2. 輸入輸出功能輸入輸出功能 根據(jù)讀寫信號判斷傳輸方向 傳輸數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息3. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 把CPU的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一些外設(shè)所需的串行數(shù)據(jù)；把外設(shè)的串行信息轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送往CPU。 4. 聯(lián)絡(luò)功能聯(lián)絡(luò)功能 當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完后，能通知CPU。 5. 中斷管理功能中斷管理功能 發(fā)送中斷請求和接收中斷響應(yīng) 發(fā)送中斷類型號 優(yōu)先級管理功能。 6. 復(fù)位功能復(fù)位功能 接收復(fù)位信號7. 可編程功能可編程功能

3、可以用軟件使其工作于不同的方式 用軟件來設(shè)置控制信號 8. 錯誤檢測功能錯誤檢測功能 當(dāng)前多數(shù)可編程接口芯片能檢測下列兩類錯誤： 傳輸錯誤 覆蓋錯誤 6.1.2接口與系統(tǒng)的連接接口與系統(tǒng)的連接 接口可分為兩個部分 和I/O設(shè)備相連和系統(tǒng)總線相連 和外部連接典型的I/O接口6.2串行接口和串行通信串行接口和串行通信 串行接口 串行通信涉及的幾個問題 6.2.1串行接口串行接口 串行接口部件有4個主要寄存器，即：控制寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器。6.2.2串行通信涉及的幾個問題串行通信涉及的幾個問題 全雙工方式和半雙工方式 同步方式和異步方式 傳輸率 1. 全雙工方式和半雙工方式全

4、雙工方式和半雙工方式 全雙工方式：接收和發(fā)送用不同的通路。 半雙工方式：輸入和輸出使用同一通路。全雙工方式和半雙工方式（a） 全雙工方式（b） 半雙工方式 2. 同步方式和異步方式同步方式和異步方式 傳輸方式：同步通信異步通信同步方式和異步方式比較：同步方式的信息有效率高。同步方式需傳輸時鐘信號。標(biāo)準(zhǔn)的異步通信數(shù)據(jù)格式 3. 串行通信的傳輸率串行通信的傳輸率 例、異步傳輸過程：設(shè)每個字符對應(yīng)1個起始位、7個信息位、1個奇偶校驗(yàn)位和1個停止位，如果波特率為1 200bps，那么，每秒鐘能傳輸?shù)淖畲笞址麛?shù)為1 200/10120個。 例二.同步傳輸：用1 200bps的波特率工作，用4個同步字符作

5、為信息幀頭部，但不用奇偶校驗(yàn)，那么，傳輸100個字符所用的時間為7(100+4)/1 2000.606 7s，這就是說，每秒鐘能傳輸?shù)淖址麛?shù)可達(dá)到100/0.606 7165個?？梢姡谕瑯拥膫鬏斅氏?，同步傳輸時實(shí)際字符傳輸率要比異步傳輸時高。 6.3可編程串行通信接口可編程串行通信接口8251A 8251A的基本性能 8251A的基本工作原理 8251A的對外信號 8251A的編程 8251A編程舉例 8251A的使用實(shí)例 6.3.1 8251A的基本性能的基本性能 可以工作在同步或異步方式。 在同步方式時，能用5、6、7或8位代表字符能自動檢測同步字符允許奇偶校驗(yàn)。在異步方式下能用5、6、

6、7或8位代表字符，用1位作為奇偶校驗(yàn)。能增加1個啟動位能增加1個、1.5個或2個停止位。 6.3.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理 8251A的編程結(jié)構(gòu) 8251A的功能結(jié)構(gòu) 8251A的發(fā)送和接收 1. 8251A的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 具體編程結(jié)構(gòu)和外部連接如下圖28251A的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu) 接收控制電路的功能： 復(fù)位后尋找啟動位。消除假啟動干擾。對接收到的信息進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。檢測停止位。 發(fā)送控制電路功能：在異步方式下，為數(shù)據(jù)加上起始位、校驗(yàn)位和停止位。在同步方式下，插入同步字符和校驗(yàn)位。 讀寫控制邏輯電路功能：接收WR，寫入數(shù)據(jù)和控制字接收RD，讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字接收C/D。接

7、收CLK，完成內(nèi)部定時。接收RESET。8251A的內(nèi)部工作原理 3. 8251A的發(fā)送和接收的發(fā)送和接收 (1) 異步接收方式 (2) 異步發(fā)送方式下圖為8251A工作在異步方式時的數(shù)據(jù)傳輸格式 (3) 同步接收方式 (4) 同步發(fā)送方式 下圖為8251A工作在同步方式時的數(shù)據(jù)傳輸格式 6.3.3 8251A的對外信號的對外信號 8251A和CPU之間的連接信號 8251A與外部設(shè)備之間的連接信號 1. 8251A和和CPU之間的連接信號之間的連接信號 (1) 片選信號 CS#為低電平時，8251A被選中(2) 數(shù)據(jù)信號 D7D0與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連 (3) 讀寫控制信號 RD#為讀信號。W

8、R#為寫信號。C/D#為控制/數(shù)據(jù)信號。 (4) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號TXRDY為發(fā)送器準(zhǔn)備好信號TXE 發(fā)送器空信號RXRDY 接收器準(zhǔn)備好信號SYNDET 同步檢測信號2. 8251A與外部設(shè)備之間的連接信號與外部設(shè)備之間的連接信號 (1) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號 DTR# 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號 DSR# 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號 RTS# 請求發(fā)送信號 CTS# 清除請求發(fā)送信號 (2) 數(shù)據(jù)信號 TXD 發(fā)送器數(shù)據(jù)信號端 RXD 接收器數(shù)據(jù)信號端 6.3.4 8251A的編程的編程 8位接口和16位數(shù)據(jù)總線的連接問題 8251A的初始化 模式寄存器的格式 控制寄存器的格式 狀態(tài)寄存器的格式 1. 關(guān)于關(guān)于8位接

9、口芯片和位接口芯片和16位數(shù)據(jù)總線的連接問題位數(shù)據(jù)總線的連接問題 解決方法：硬件上，將總線的A1與芯片的A0相連軟件上，用連續(xù)的偶地址代替奇偶地址2. 8251A的初始化的初始化 8251A初始化的約定 ：復(fù)位后，用奇地址寫入的值送模式寄存器。 若為同步模式，接著往奇地址端口輸出的字節(jié)為同步字符。此后，除復(fù)位命令，往奇地址寫入的值將送到控制寄存器，往偶地址端口寫入的值送到數(shù)據(jù)輸出寄存器。 8251A的初始化流程圖 3. 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 下圖為8251A模式寄存器的格式(a) 異步模式；(b) 同步模式 4. 控制寄存器的格式控制寄存器的格式 5. 狀態(tài)寄存器的格式狀態(tài)寄存器的

10、格式 6.3.5 8251A編程舉例編程舉例 異步模式下的初始化程序舉例 同步模式下的初始化程序舉例 利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例 1. 異步模式下的初始化程序舉例異步模式下的初始化程序舉例 MOV AL，0FAHOUT 42H，AL；設(shè)置模式字，為異步模式； 波特率因子為16；用7個數(shù) 據(jù)位，偶校驗(yàn)，2個停止位MOVAL，37HOUT42H，AL；設(shè)置控制字，使發(fā)送啟動、 接收啟動，并設(shè)置有關(guān)信號 2. 同步模式下的初始化程序舉例同步模式下的初始化程序舉例 MOVAL，38HOUT42H，AL；設(shè)置模式字為同步模式，2 個同步字符，7個數(shù)據(jù)位， 偶校驗(yàn)MOVAL，16HOUT42H，ALOUT4

11、2H，AL；兩個同步字符均為16HMOV AL，97HOUT 42H，AL；設(shè)置控制字，并啟動3. 利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例 MOV AL,0FAHOUT 42H,AL；設(shè)置模式字，異步模式，波 特率因子為16，7個數(shù)據(jù) 位，2個停止位，偶校驗(yàn)MOV AL,35HOUT 42H,AL；設(shè)置控制字，并啟動 MOV DI,0 ；變址寄存器初始化 MOV CX,80 ；共收取80個字符BEGIN: IN AL,42H TEST AL,02H JZ BEGIN；讀狀態(tài)字并測試IN AL,40H ；讀取字符MOV DX,OFFSET BUFFERMOV DX+DI,AL ；傳輸字

12、符INC DI ；修改緩沖區(qū)指針I(yè)N AL,42H ；讀取狀態(tài)字TEST AL,38H ；測試有無錯誤 JNZ ERROR LOOP BEGIN ；如沒有錯，則接收 下1個字符 JMP EXIT ；如滿8個字符，則結(jié)束ERROR: CALL ERR_OUT；調(diào)用出錯處理程序EXIT: 6.3.6 8251A的使用實(shí)例的使用實(shí)例 下圖為用8251A作為CRT接口的實(shí)際例子 8251A的初始化程序段的初始化程序段 INIT： XOR AX，AX；AX清零MOV CX，0003MOV DX，00DAHOUT1：CALL KKKLOOP OUT1；往控制端口DAH送3個0 MOV AL，40H CAL

13、L KKK ；往控制端口送40H復(fù)位MOV AL，4EH CALL KKK ；設(shè)置模式字， 異步模式， 波特率因子為16，8位數(shù)據(jù)， 1位停止位 MOVAL，27H CALLKKK；往設(shè)置命令字啟動 .KKK：OUT DX，AL；將數(shù)據(jù)輸出到指定端口 PUSH CX MOV CX，0002 ABC：LOOP ABC ；等待輸出動作完成 POP CX ；恢復(fù)CX內(nèi)容RET往往CRT輸出一個字符的程序段輸出一個字符的程序段 CHAROUT： MOV DX，0DAHSTATE：IN AL，DX；輸入狀態(tài)字 TEST AL，01 JZ STATE；不斷測試狀態(tài)位MOV DX，0D8H ；數(shù)據(jù)端口地址送

14、DXPOPAX；AX中為要輸出的字符OUTDX，AL；往端口中輸出一個字符6.4并行通信和并行接口并行通信和并行接口 特點(diǎn)：傳輸速度快信息率高用電纜多下圖為典型的并行接口和外設(shè)連接的示意圖 6.5 可編程并行通信接口可編程并行通信接口8255A 可編程通過軟件工作方式連接外部設(shè)備時，通常不需外部電路 6.5.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口A、B、C （1）端口A對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器1個8位輸出鎖存器/緩沖器。（2）端口B對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器1個8位輸出鎖存器/緩沖器。 （3）端口C對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器1個8位輸出鎖存器/緩沖器

15、。 通常使用方法：端口A、B作為獨(dú)立的輸入或者輸出端口端口C配合端口A、B 2. A組控制和組控制和B組控制組控制 （1）A組控制電路 控制端口A和端口C的高4位的工作方式和讀寫操作。（2）B組控制電路 控制端口B和端口C的低4位的工作方式和讀寫操作。 3. 讀寫控制邏輯電路讀寫控制邏輯電路 功能： 管理數(shù)據(jù)傳輸過程。4. 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器 功能：通過它與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 6.5.2 8255A的芯片引腳信號的芯片引腳信號 1. 和外設(shè)一邊相連的信號和外設(shè)一邊相連的信號 PA7PA0A組數(shù)據(jù)信號； PB7PB0B組數(shù)據(jù)信號； PC7PC0C組數(shù)據(jù)信號。2. 和和CPU一邊相連的信

16、號一邊相連的信號 RESET復(fù)位信號，高電平有效 。D7D0 數(shù)據(jù)線 。CS# 片選信號。RD# 讀出信號。WR# 寫入信號。A1、A0端口選擇信號。 6.5.3 8255A的控制字的控制字 控制字分為兩類：各端口的方式選擇控制字；C端口按位置1/置0控制字。 1. 方式選擇控制字方式選擇控制字 8255A方式選擇注意：有三種基本工作方式： 方式0基本的輸入輸出方式 方式1選通的輸入輸出方式 方式2雙向傳輸方式 只有端口A能工作在方式2 同一組的兩端口可分別工作在輸入和輸出方式 2. 端口端口C置置1/置置0控制字控制字 置1/置0控制字注意：必須寫入控制口 D0位決定置1或置0 D3、D2、

17、D1位決定了對哪一位操作 D7位必須為0 6.5.4 8255A的工作方式的工作方式 方式0 方式1方式2方式方式0(1) 方式0的工作特點(diǎn) 端口可作為輸入口，也可作為輸出口?？梢杂?6種不同的組合 (2) 方式0的輸入輸出時序 在方式0讀取數(shù)據(jù)條件： 先發(fā)出地址信號數(shù)據(jù)要領(lǐng)先于讀信號 輸入時序要求：讀出期間地址保持有效 數(shù)據(jù)必須保持到結(jié)束 讀脈沖寬度至少為300ns 方式0輸出時序要求：地址信號必須提前有效且滯后消失 寫脈沖寬度至少有400ns 數(shù)據(jù)必須提前并保持tWD時間 方式0的輸出時序(3) 方式0的使用場合 同步傳送 查詢式傳送 2. 方式方式1 n方式1的特點(diǎn)端口A、B可分別工作在

18、方式1。端口C配合方式1(2) 方式1輸入時序 下圖是端口A、B工作于方式1輸入時，各信號的示意圖 上圖控制信號說明： STB# 選通信號IBF 緩沖器滿信號 INTR 送往CPU的中斷請求信號INTE 中斷允許信號下圖為方式1的輸入時序 (3) 方式1輸出時序 OBF# 輸出緩沖器滿信號ACK# 外設(shè)響應(yīng)信號INTR 中斷請求信號INTE 中斷允許信號 方式1時輸出端口對應(yīng)的控制信號和狀態(tài)信號 方式1的輸出時序 3. 方式方式2 (1) 方式2的特點(diǎn) 只適用于端口A。端口C用5個數(shù)位提供控制和狀態(tài)信號。 (2) 方式2信號 INTRA 中斷請求信號 STBA# 選通信號IBFA 狀態(tài)信息 OBFA# 輸出緩沖器滿信號 ACKA# 對OBFA的響應(yīng)信號 INTE1 中斷允許信號 INTE2 中斷允許信號 方式2的控制信號 （3）方式2的時序