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文檔簡介
1、第第8章章 面向外設的輸入面向外設的輸入/輸出接口輸出接口青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院本章的結(jié)構(gòu)和重難點內(nèi)容:本章的結(jié)構(gòu)和重難點內(nèi)容:n8.1 微型計算機的最小系統(tǒng)n8.2 CPU和外設間數(shù)據(jù)傳送的方式n8.3 尋址電路的設計n8.4 并行接口芯片8212n8.5 可編程并行接口芯片8255An8.6 串行接口通信的基本概念n8.7 可編程串行接口芯片8251A青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院 輸入輸出系統(tǒng)是計算機主機與外界交換信息時的硬件和軟件的總稱,簡稱I/O系統(tǒng)。包括:外部設備設備控制器與接口I/O總線青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院概念:概念:n輸入輸入/輸
2、出設備輸出設備是計算機與外界進行信息交換的接口設備,因此把輸入/輸出設備又稱為外部設備;n輸入設備輸入設備的作用是將各種形式的信息轉(zhuǎn)換為計算機所能接受的數(shù)據(jù)形式;n輸出設備輸出設備的作用是將計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為人或其他設備所能識別的信息形式。青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院輸入輸入/輸出接口概念:輸出接口概念:nCPU與外設都是面向接口而非直接聯(lián)絡n接口功能(解決微處理器與外設之間的差異)實現(xiàn)CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送(雙方)解決數(shù)據(jù)傳輸率不同解決外設種類多不好分辨n信號類型有機械的、物理的、電信號等n信號形式有脈沖、模擬量或數(shù)字量協(xié)助CPU完成對外設的控制數(shù)據(jù)傳輸方式不同,有并行、串
3、行之分青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院輸入輸入/輸出接口概述:輸出接口概述:握手信號CPU存儲器數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器控制寄存器狀態(tài)寄存器外外部部輸輸入入/輸輸出出設設備備輸入輸出接口數(shù)據(jù)線控制線狀態(tài)線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院接口電路中的信息接口電路中的信息l數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息及控制信息ABDBCBCPUI/O接口接口I/O設備設備端口端口數(shù)據(jù)控制狀態(tài)ABDBCBCPUI/O接口接口I/O設備設備端口端口控制狀態(tài)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息l數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息:要交換的數(shù)據(jù)本身。數(shù)字量數(shù)字量:通常以8位或16位的二進制數(shù)以
4、及ASCII碼的形式傳輸,主要指由鍵盤、磁帶機、磁盤等輸入的信息或主機送給打印機、顯示器、繪圖儀等的信息開關(guān)量開關(guān)量:用“0”和“1”來表示兩種狀態(tài),如開關(guān)的通/斷模擬量模擬量:模擬的電壓、電流或者非電量。對模擬量輸入而言,需先經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量;如果需要輸出模擬控制量的話,就要進行上述過程的逆轉(zhuǎn)換l數(shù)據(jù)傳輸方向:CPU I/O接口外設青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院控制信息控制信息l控制信息控制信息:控制外設工作的命令,CPU通過接口發(fā)出,如掃描儀的啟/停信號l數(shù)據(jù)傳輸方向:CPUI/O接口外設 青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院狀態(tài)信息狀態(tài)信息
5、l狀態(tài)信息狀態(tài)信息:表征外設工作狀態(tài)的信息對輸入接口輸入接口, CPU是否準備好接收數(shù)據(jù),“READY” 準備好嗎?對輸出接口輸出接口, 外設是否準備好接收數(shù)據(jù),“BUSY” 外設忙嗎?l數(shù)據(jù)傳輸方向:CPUI/O接口外設青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.1 微型計算機的最小系統(tǒng)微型計算機的最小系統(tǒng) 8086/8088CPU的地址線、數(shù)據(jù)線公用AD15AD0引腳,地址線、狀態(tài)線公用A19/S6A16/S3引腳,如何把地址信息和數(shù)據(jù)信息分開,把地址信息和狀態(tài)信息分開,即微型計算機最小系統(tǒng)的設計是本節(jié)要討論的問題青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.1.1 輸入輸入/輸出接口芯片輸
6、出接口芯片8282、828612345678910201918171615141312118282DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7OEGNDVcc(+5V) DO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7STB8282是典型的8位鎖存器芯片,單向傳送8位數(shù)據(jù)。工作過程:工作過程:OE=0(工作)STB=1(開啟)STB=0(保存)vDI0DI7為數(shù)據(jù)輸入引腳vDO0DO7為數(shù)據(jù)輸出引腳vSTB和OE為控制信號引腳青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院12345678910201918171615141312118286A0A1A2A3A4A5A6A7OEGNDVcc(+5V
7、) B0B1B2B3B4B5B6B7T8286為8位收發(fā)器芯片,雙向傳送8位數(shù)據(jù)。vA0A7為雙向傳送數(shù)據(jù)引腳vB0B7為雙向傳送數(shù)據(jù)引腳vT和OE為控制信號引腳工作過程:工作過程:OE=0(工作)T=1 AB(寫)T=0 BA(讀)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.1.2 微型計算機的最小系統(tǒng)微型計算機的最小系統(tǒng)A0.A7A8.A15A16.A19地址總線AD0.AD7AD8.AD15A16S3A19S6ALEDENDI/R8086青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.2 CPU和外設之間數(shù)據(jù)傳送的方式和外設之間數(shù)據(jù)傳送的方式v程序控制輸入輸出方式:程序控制輸入輸出方式:q無
8、條件傳送方式 q查詢傳送方式v中斷控制方式中斷控制方式vDMA工作方式(直接存儲器訪問工作方式(直接存儲器訪問) vI/O處理機方式(處理機方式(IOP方式)方式)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.2.1 程序傳送方式程序傳送方式n認為外部設備始終是準備好的,能隨時提供數(shù)據(jù),無需檢查端口的狀態(tài)就可進行數(shù)據(jù)傳輸。n對于輸入設備和輸出設備的操作。n特點:采用這種方法要求事先知道外設在啟動后經(jīng)過多長時間才能準備好發(fā)送或接受數(shù)據(jù),延時等待時間n例題1.無條件工作方式無條件工作方式青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院例例8.1把開關(guān)鍵的狀態(tài)通過把開關(guān)鍵的狀態(tài)通過74LS244接口芯片采集進
9、來,把采接口芯片采集進來,把采集結(jié)果再通過集結(jié)果再通過74LS373接口芯片驅(qū)動接口芯片驅(qū)動8個指示燈顯示出來。個指示燈顯示出來。匯編程序如下:匯編程序如下:MOV DX,04A2H ;74LS244芯片選中地址芯片選中地址IN AL,DX ;采集開關(guān)狀態(tài)采集開關(guān)狀態(tài)MOV DX,04A0H ;74LS373芯片選中地址芯片選中地址OUT DX,AL ;輸出數(shù)據(jù)使指示燈顯示輸出數(shù)據(jù)使指示燈顯示青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院查查詢詢控控制制的的程程序序流流程程 READY? 讀取狀態(tài)端口讀取狀態(tài)端口 讀讀/寫數(shù)據(jù)端口寫數(shù)據(jù)端口狀態(tài)端口復位狀態(tài)端口復位2.查詢傳送方式:查詢傳送方式:通過
10、檢測外設狀態(tài)決定是否能在CPU與外設間進行數(shù)據(jù)交換。對于輸入設備和輸出設備的操作。特點:針對外設進行檢測。例題青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院例例8.2利用圖利用圖8.7輸入數(shù)據(jù)的接口電路編寫一段采集數(shù)據(jù)的輸入數(shù)據(jù)的接口電路編寫一段采集數(shù)據(jù)的程序。設三態(tài)門控制端地址為程序。設三態(tài)門控制端地址為04A2H,三態(tài)緩沖器片選信號三態(tài)緩沖器片選信號地址為地址為04A0H,三態(tài)門輸出端三態(tài)門輸出端READY線連接到數(shù)據(jù)總線線連接到數(shù)據(jù)總線D0端。(端。(Ready=0忙;忙;ready=1不忙。)不忙。)匯編程序如下。匯編程序如下。 MOV DX,04A2H;三態(tài)門控制端地址送三態(tài)門控制端地址送
11、DXAA1 IN AL,DX;采集采集READY狀態(tài)狀態(tài) TEST AL,01H;測試是否準備好測試是否準備好 JZ AA1;測試是否準備好測試是否準備好 MOV DX,04A0H;三態(tài)緩沖器地址送三態(tài)緩沖器地址送DX IN AL,DX;采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院例例8.3利用圖利用圖8.8輸出數(shù)據(jù)的接口電路編寫一段輸出數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)的接口電路編寫一段輸出數(shù)據(jù)的程序。設三態(tài)門控制端地址為程序。設三態(tài)門控制端地址為04A4H,鎖存器片選信號地址鎖存器片選信號地址為為04A6H,三態(tài)門輸出端三態(tài)門輸出端BUSY線連接到數(shù)據(jù)總線線連接到數(shù)據(jù)總線D1端。端。 (busy=
12、1忙;忙;busy=0不忙。)不忙。) MOV DX,04A4H;三態(tài)門控制端地址送三態(tài)門控制端地址送DXAA2 IN AL,DX;采集采集BUSY端狀態(tài)端狀態(tài) TEST AL,02H;測試是否忙測試是否忙 JNZ AA2 MOV DX,04A6H;輸出鎖存器地址送輸出鎖存器地址送DX MOV AL,*H;輸出的數(shù)據(jù)(輸出的數(shù)據(jù)(*H為任一為任一數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)) OUT DX,AL;輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院優(yōu)點:優(yōu)點:采用程序直接控制模式簡單、控制接口硬設備較少。缺點:缺點: CPU與外部設備只能串行工作。由于CPU的速度比外部設備的速度快得多,因此,CPU的大量時
13、間都處于空閑、等待狀態(tài),系統(tǒng)的效率較低。 CPU在一段時間內(nèi)只能和一臺外部設備交換信息,無法使其他外部設備同時工作。 發(fā)現(xiàn)和處理預先無法估計的錯誤和異常比較困難。注:這種輸入輸出控制方式多用于CPU速度不高、外部設備種類不多的情況。青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.2.2 中斷控制方式中斷控制方式n只有外設有數(shù)據(jù)傳送要求時,CPU才停下正在執(zhí)行的程序,進行與外設間的數(shù)據(jù)傳送,這就是中斷控制方式;n這種方法允許CPU與外設(可以是多個外設)同時工作(并行工作),提高了CPU效率,而且能在需要的時間隨時為外設服務,實時性好;CPU對打印機的中斷服務青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院
14、1.不可屏蔽中斷請求不可屏蔽中斷請求 當8088/8086 CPU的NMI引腳上出現(xiàn)從低電平到高電平的跳變時,將引起不可屏蔽中斷請求,它不受中斷允許標志位IF的影響,CPU在當前指令結(jié)束后立即響應NMI中斷請求,轉(zhuǎn)入中斷服務程序。8.2.2 中斷控制方式中斷控制方式青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院2. 可屏蔽中斷請求可屏蔽中斷請求 中斷請求中斷請求 中斷響應中斷響應 中斷流程中斷流程 中斷系統(tǒng)的組成中斷系統(tǒng)的組成 多重中斷多重中斷(1) 中斷源中斷源(2)中斷請求的提出)中斷請求的提出(3)中斷排隊)中斷排隊(4)中斷屏蔽)中斷屏蔽(5)中斷的禁止和開放)中斷的禁止和開放(1)斷點和現(xiàn)
15、場的保存與恢復)斷點和現(xiàn)場的保存與恢復(2)轉(zhuǎn)中斷服務子程序入口)轉(zhuǎn)中斷服務子程序入口青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.2.2 DMA傳送方式傳送方式n不要CPU介入,而在I/O設備與存儲器之間直接交換數(shù)據(jù),則可以大大提高數(shù)據(jù)傳送速度,這種工作方式通常稱為直接存儲器存取方式,即DMA方式;n在DMA方式下,要由DMA控制器DMAC用硬件完成對傳送過程的控制,即它來控制地址總線,數(shù)據(jù)總線和響應的控制總線,CPU必須讓出這些總線的控制權(quán)。n這種方式數(shù)據(jù)傳送速率很快;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.3 尋址電路的設計尋址電路的設計 當系統(tǒng)有多臺外部設備要與CPU交換數(shù)據(jù)時,CP
16、U為識別各個外部設備,必須給每臺設備賦予不同的編號,這種編號稱為地址。CPU應具備識別每臺設備的能力,即尋址能力。青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.3.1 尋址電路的基本接口芯片尋址電路的基本接口芯片123456151413121110 9 774LS138ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1=1 G2A=0 G2B=0 ,滿足時譯碼器工作。輸入變量C、B、A,分別唯一對應一個輸出為0,其余為1。八個輸出變量Y0 Y7 ,低電平有效。74LS138輸入輸出關(guān)系,見表8.1青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.3.2 外設端口的編址方式外設端口的編址方式nC
17、PU與I/O接口進行數(shù)據(jù)傳送之前,首先要給I/O接口電路進行地址編碼;n為了區(qū)分接口電路的各個寄存器,系統(tǒng)為它們各自分配了一個地址,稱為I/O端口地址,以便對它們進行尋址并與存儲器地址相區(qū)別;nI/O端口有兩種編址方式:統(tǒng)一編址方式和I/O獨立編址方式;微處理器與微處理器與I/O接口電路的連接接口電路的連接青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院統(tǒng)一編址和獨立編址的示意圖統(tǒng)一編址和獨立編址的示意圖 (b) 獨立編址方式I/O 空間00HFFH00000H內(nèi)存空間FFFFFH1M內(nèi)存空間 (a)統(tǒng)一編址方式 00000H供 I/O 接口使用FFFFFHFFFFH0000H青島理工大學琴島學院青島
18、理工大學琴島學院統(tǒng)一編址和獨立編址:統(tǒng)一編址和獨立編址:n統(tǒng)一編址:每個接口寄存器都給予一個16位的地址編碼(劃在內(nèi)存中,16位是偏移量);n特點:CPU不需要設置輸入/輸出指令,也不需要提供區(qū)別訪內(nèi)或訪外操作的控制信號;n獨立編址:每個接口寄存器給予一個8位獨立地址;n特點:CPU需要用輸入/輸出指令和相應的控制引腳來控制是訪問內(nèi)存還是I/O口;P191 例題8.4 8.5青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.4 并行接口芯片并行接口芯片82121234567891011128212DS1MDDI0DO0DI1DO1DI2DO2DI3DO3STB GND2423222120191817
19、16151413VCCINTDI7DO7DI6DO6DI5DO5DI4DO4CLR DS21.數(shù)據(jù)鎖存器WR = MD DS1 DS2 + MD STB2.輸出緩沖器EN = MD + DS1 DS23.控制邏輯電路DS1、DS2、MD、STB、CLR4.中斷的發(fā)出INT = STB + DS1 DS2青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.5 可編程并行接口芯片可編程并行接口芯片8255An8255A是Intel80系列微處理機的配套并行接口芯片,可為8086/8088CPU與外設之間提供并行輸入/輸出的通道。n可編程,通過軟件來設置芯片的工作方式,因此,用8255A連接外設時,通常不用
20、再附加外部電路,給用戶帶來方便;n特點:3個8位并行輸入/輸出端口:端口A、端口B、端口C可用編程的方式設置端口作為輸入或輸出端口使用。有三種工作方式:方式0、方式1、方式2有三種數(shù)據(jù)傳送方式:無條件、查詢、中斷可以針對C端口進行操作:既可作數(shù)據(jù)口、也可做控制口青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院1. 8255A芯片結(jié)構(gòu)及其引腳功能芯片結(jié)構(gòu)及其引腳功能A口B口C口PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7D D0D D1D D2D D3D D4D D5D D6D D7A A0A A1CSC
21、SRDRDWRWRRESETRESETVccVccGNDGND34 433 332 231 130 4029 3928 3827 37 18 82558255A A 199 208 216 225 2336 2435 25 14 15 16 17 1326 127 11 10 PA7PA0:A端口數(shù)據(jù)信號引腳 PB7PB0:B端口數(shù)據(jù)信號引腳 PC7PC0:C端口數(shù)據(jù)信號引腳 D7D0:8位數(shù)據(jù)線,和CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連 /CS:片選信號 /RD:讀信號 /WR:寫信號 A1和A0:端口選譯信號,用來指明哪一個端口被選中。青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8255A的讀寫操作控制/CS
22、有效說明8255A被選中A1和A0組合選擇是那個端口青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制部件A組控制部件B組控制部件A組組端口端口A(8)A組組端口端口C高四位(4)B組組端口端口C低四位(4)B組組端口端口B(8)/CSRESETA1A0/WR/RDD0D7雙向數(shù)據(jù)總線8位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線I/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.5.2 8255A的控制字的控制字 8255A是可編程接口芯片??删幊叹褪怯弥噶畹姆椒ㄏ葘π酒M行初始化,決定芯片的端口是處于輸入數(shù)據(jù)狀態(tài)還是處于輸出數(shù)據(jù)狀態(tài),以及每個
23、端口的工作方式工作方式。工作方式和工作狀態(tài)的建立是通過向8255A的控制口寫入相應的控制字控制字完成的青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8255A芯片的控制字及其工作方式n可使用的控制字有工作方式控制字工作方式控制字和對對C口置位口置位/復位控制字復位控制字;n8255A的端口可有三種工作方式:方式0基本輸入/輸出方式;方式1選通輸入/輸出方式;方式2雙向傳送方式;n端口A可處于任意一種工作方式下;端口B只有方式0和方式1;端口C常被分成兩部分,可用來傳送數(shù)據(jù)或控制信息,只能工作在方式0;n可用指令(軟件的方法)定義三個端口的工作方式;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院1.工作方式
24、控制字工作方式控制字例如,要把A口指定為方式1輸入,C口上半部為輸出,B口為方式0輸出,C口下半部為輸入,工作方式字應為10110001B或B1H。初始化程序為MOV DX,0100H ;8255A控制口地址MOV AL,B1H ;置工作方式控制字OUT DX,AL ;送控制字到控制8255A工作方式控制字格式1青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8255AC口按位置位/復位控制如,要對端口的PC7位置1,則控制字應為00001111B,即0FH;而端口C的PC3要置0,則控制字應為00000110B,即06H。程序段為:MOV AL,0FH ;送對PC7置1控制字MOV DX,0100H
25、 ;控制口地址送DXOUT DX,AL ;對PC7 ,置1MOV AL,06H ;送控制字06H到ALOUT DX,AL ;對PC3 置02. 端口端口C的置位的置位/復位控制字復位控制字青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8255A的編程控制字(1)工作方式控制字:用來設定通道的工作方式及數(shù)據(jù)的傳送方向的。(2)C口按位置位/復位控制字:向控制寄存器寫入控制字,而使它的每一位置位或復位。(3)兩個控制字的差別 工作方式控制字工作方式控制字放在程序的開始部分;按位置位按位置位/復位控制字復位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。P200 例題:8.6 8.7青島理工大學琴島學院青島理工大學
26、琴島學院8.5.3 8255A的工作方式的工作方式n(1)方式方式(基本輸入/輸出方式)只能完成簡單的并行輸入輸出操作;CPU可從指定的端口輸入信息,也可向指定的端口輸出信息;如果三個端口同為方式方式0的話,則可由工作方式字定義16種工作方式組合;CPU與3個端口之間交換數(shù)據(jù)可直接由CPU執(zhí)行IN和OUT指令來完成; 1 0 0 0 X X X X方式0控制字格式標志位P201 例題8.8 8.9青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院P201 例題8.8青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院P201 例題 8.9青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院(2)工作方式)工作方式1(選通輸入(
27、選通輸入/輸出方式)輸出方式)n數(shù)據(jù)輸入/輸出操作要在選通信號控制下完成。n采用方式1進行輸入輸入操作時,控制信號:/STB選通信號。由外部輸入,低電平有效;IBF輸入緩沖器滿信號。向外部輸出,高電平有效;INTR中斷請求信號。向CPU輸出,高電平有效。INTE中斷允許位,INTE=0禁止中斷,可事先用位控方式寫入;PC4寫入INTEA,PC2寫入INTEB;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院方式方式1輸入輸入(a)A 通道方式1 引腳配置 (b)B 通道方式1 引腳配置8255A方式1輸入RDSTBaIBFaINTRaI/OPC4PC5PC3PA7PA0INTEAPC6- 7STBbI
28、NTRbIBFbRDPC2PC1PC0PB7PB0INTEB青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院采用方式采用方式1進行進行輸出輸出操作,需要的控制信號:操作,需要的控制信號:n/OBF輸出緩沖器滿信號。向外部輸出,低電平有效;n/ACK外部應答信號。由外部輸入,低電平有效;nINTR中斷請求信號、INTE中斷允許位,他們的作用和方式1輸入時相同;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院方式方式1輸出輸出(a)A 通道方式1 引腳配置 (b)B 通道方式1 引腳配置OBFaACKaINTRaI/OWRPC6PC7PC3PA7PA0INTEAPC4、PC5OBFbINTRbWRPC2PC1PC
29、0PB7PB0INTEBACKb青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院(3) 工作方式工作方式2(帶選通的雙向傳送方式)(帶選通的雙向傳送方式)n8255A中只允許端口A處于工作方式2(可用來在兩臺處理機之間實現(xiàn)雙向并行通信);n也是由端口C提供控制信號,并向CPU發(fā)中斷請求;n當A工作在方式2,B允許工作在方式0或方式1上;n方式2的特點:需要五個控制信號分別由端口C的PC7PC3來提供;若B工作在方式0,則C的PC2PC0可做數(shù)據(jù)輸入/輸出;若B工作在方式1, PC2PC0做B的控制信號;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院方式方式2的特點:的特點:n方式2在輸入/輸出數(shù)據(jù)時被鎖存;
30、n方式2可以用查詢方式和中斷傳送方式進行數(shù)據(jù)的輸入/輸出n方式2實際上是方式1下輸入和輸出兩種操作時的組合;INTR既可做輸入又可做為輸出;INTRaRDWROBFaACKaPC7PC6PA7PA0INTEBIBFaSTBaI/OPC20PC4PC5INTEAPC38255A方式方式2引腳定義引腳定義青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.6 串行接口通信的基本概念串行接口通信的基本概念n串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位按照順序依次傳輸,每一位占據(jù)一個固定的時間長度。n特點:使用的線路條數(shù)少,適合遠距離傳輸情況,成本低,但傳輸速度相對并行通信要慢;n傳送過程:P212n波特率:每秒鐘傳送二進制數(shù)碼
31、的位數(shù),以位/秒為單位;P213 例題n串行通信的三種方式:單工通信、半雙工通信和全雙工通信;如圖:青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.6.3 數(shù)據(jù)傳送的工作方式數(shù)據(jù)傳送的工作方式發(fā)送器接收器發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器單工方式半雙工方式全雙工方式數(shù)據(jù)發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院串行接口的一般結(jié)構(gòu)串行接口的一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線收發(fā)器聯(lián)絡信號邏輯地址譯碼發(fā)送時鐘接收時鐘狀態(tài)寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器串行輸入/并行輸出并行輸入/串行輸出數(shù)據(jù)輸出寄存器/CSA0中斷請求串行輸入串行輸出來自地址總線讀寫控制串行接口串行接口典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)青島理工大學琴島
32、學院青島理工大學琴島學院8.6.4 串行通信的方式串行通信的方式n分為異步異步和同步同步兩種;n1.異步通信方式(不連續(xù)的)異步通信方式(不連續(xù)的)由三部分組成:起始位、數(shù)據(jù)位和停止位;D1D0D2D3D4D5D6D7D01100n-1n+1第n個字符起始位數(shù)據(jù)位空閑位停止位青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院2.同步通信方式同步通信方式n分為面向字符和面向比特兩種;n面向字符型的數(shù)據(jù)格式:單同步、雙同步和外同步三種;同步字符 同步字符 數(shù)據(jù)字節(jié)1數(shù)據(jù)字節(jié)nCRC1 CRC2數(shù)據(jù)字節(jié)3數(shù)據(jù)字節(jié)nCRC1 CRC2數(shù)據(jù)字節(jié)1數(shù)據(jù)字節(jié)2同步字符 數(shù)據(jù)字節(jié)1數(shù)據(jù)字節(jié)2數(shù)據(jù)字節(jié)nCRC1 CRC2
33、幀同步字符單同步在傳送數(shù)據(jù)之前先傳送一個同步字符,接收端檢測到該同步字符后開始接收數(shù)據(jù)雙同步先傳送兩個同步字符外同步的數(shù)據(jù)格式中沒有同步字符;而是用專用控制線來傳送同步字符兩個字節(jié)的循環(huán)控制碼來結(jié)束一幀的傳送青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.7 可編程串行接口芯片可編程串行接口芯片8251An用來使CPU以同步或異步的方式與外部設備進行串行通信;如圖:n適用于長距離通信系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡;CPU外部電器TXDRXD8251A青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院1. 8251A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調(diào)制/解調(diào)控制電路 發(fā)送緩沖器 串-
34、并 轉(zhuǎn)換發(fā)送控制電路 接收緩沖器 串-并 轉(zhuǎn)換接收控制電路內(nèi)部總線TXDTXRDYTXMPTY/TXCRXDRXRDYRXCSYNDET/BRKEDTD7D0RESETCLKC/D/RD/WR/CS/DSR/DTR/CTS/RTS發(fā)送器接收器青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院五大組成部件:五大組成部件:n1、發(fā)送器、發(fā)送器:包括發(fā)送緩沖器、發(fā)送移位寄存器(并/串轉(zhuǎn)換)及發(fā)送控制電路三部分;n與發(fā)送器相關(guān)的引腳信號:nTXD:數(shù)據(jù)發(fā)送線,輸出串行數(shù)據(jù);nTXRDY:發(fā)送器已準備信號,表示發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器已滿;nTXEMPTY:發(fā)送器空閑信號,表示發(fā)送移位寄存器已空;n/TXC:發(fā)送器時鐘信號
35、,是外部輸入線;接收數(shù)據(jù)存入發(fā)送緩沖器TxRDY置低電平調(diào)制解調(diào)器準備就緒,返回/CTS有效TxEN置高電平串行傳輸開始傳送完畢TxEMPTY有效CPU寫入下一個數(shù)據(jù)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院n2、接收器:、接收器:包括接收緩沖器、接收移位寄存器及接收控制電路三部分;n與接收器有關(guān)的引腳信號如下:RXD:數(shù)據(jù)接收線,輸入串行數(shù)據(jù);RXRDY:接收器已準備好信號,表示接收緩沖寄存器已接收到一個數(shù)據(jù)符號,等待向CPU輸入;SYNDET/BRKDET:雙功能的檢測信號,高電平有效;/RXC:接收器時鐘,由外部輸入;此時鐘頻率決定8251A接收數(shù)據(jù)的速率;RxE和/DTR有效開始監(jiān)視Rx
36、D數(shù)據(jù)從外部進入進行相關(guān)的接收RxRDY有效,CPU取走數(shù)據(jù)青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院3、數(shù)據(jù)總線緩沖器、數(shù)據(jù)總線緩沖器n是CPU與8251A之間信息交換的通道。n包含3個8位緩沖寄存器,其中兩個存放CPU向8251A讀取的數(shù)據(jù)及狀態(tài),當CPU執(zhí)行IN指令時,便從這2個寄存器中讀取數(shù)據(jù)字及狀態(tài)字;n另一個緩沖寄存器存放CPU向8251A寫入的數(shù)據(jù)或控制字。當CPU執(zhí)行OUT指令時,可向這個寄存器寫入;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院4、讀、讀/寫控制電路寫控制電路n與讀/寫控制電路接收的控制信號如下:RESET:復位信號;輸入,高電平有效;CLK:主時鐘;輸入,用來產(chǎn)生8
37、251A內(nèi)部的定時信號;/CS:片選信號;輸入,低電平有效;/RD和/WR:讀和寫控制信號,輸入,低電平有效;C/D:控制/數(shù)據(jù)信號;為1時表示當前通過數(shù)據(jù)總線傳送的是控制字或狀態(tài)信息;為0時表示當前傳送的是數(shù)據(jù);P219 表格表格8.3青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院5、調(diào)制、調(diào)制/解調(diào)控制電路解調(diào)控制電路n8251A與調(diào)制解調(diào)器之間的接口信號如下:/DTR:數(shù)據(jù)終端準備好信號,向調(diào)制解調(diào)器輸出,低電平有效;有效表示CPU準備好接收數(shù)據(jù);/DSR:數(shù)據(jù)裝置準備好信號,由調(diào)制解調(diào)器輸入,低電平有效;有效表示調(diào)制解調(diào)器或外設已準備好發(fā)送數(shù)據(jù),實際上是對/DTR的應答信號;/RTS:請求發(fā)
38、送信號,向調(diào)制解調(diào)器輸出,低電平有效。有效表示CPU已準備好發(fā)送數(shù)據(jù);/CTS:清除發(fā)送信號,由調(diào)制解調(diào)器輸入,低電平有效;有效表示調(diào)制解調(diào)器已作好接收數(shù)據(jù)準備,只要控制字中TXEN位為1,發(fā)送器才可串行發(fā)送數(shù)據(jù);它實際上是對/RTS的應答信號;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院8.7.2 8251A控制字及初始方法控制字及初始方法n8251A在使用之前必須進行初始化,以確定它的工作方式、傳送速率、字符格式以及停止位長度等;可使用的控制字如下:n1、工作方式控制字:、工作方式控制字: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 S2 S1 EP PEN L2 L1 B2 B1 S2S
39、1位用來定義異步方式的停止位長度(1、1.5或2位)。對于同步方式,S1位用來定義是外同步(為1)還是內(nèi)同步,S2定義是單同步(為1)還是雙同步;PEN位用來定義是否帶奇偶校驗,成為校驗允許位(為1允許) 。EP定義是采用奇校驗還是偶校驗;L2L1位用來定義數(shù)據(jù)字符的長度,可為5、6、7或8位;B2B1位用來定義8251A是同步方式還是異步方式;如果是異步方式還可由B2B1確定傳送速率;青島理工大學琴島學院青島理工大學琴島學院2、操作命令控制字、操作命令控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EH IR RTS ER SBRK RXE DTR TXEN 允許發(fā)送位,為1時發(fā)送器才能通過TXD向外串行發(fā)送數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)終端準備好位;為1CPU已準備好接收數(shù)據(jù);這時DTR引腳輸出有效;允許接收位,為1時接收器才能通過RXD從外部串行接收數(shù)據(jù);發(fā)送斷缺字符位;為1時通過TXD一直發(fā)送0信號。通常通信過程該位保持為0清除錯誤標志位,為1時將PE、OE和FE標志同時清0;請求發(fā)送信號;為1時迫使8251A輸出RTS有效,表示CPU已作好發(fā)送數(shù)據(jù)準備,請求
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