微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)串行通訊

年4月19日微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)串行通訊文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。設(shè)計(jì)意義在信息飛速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而微機(jī)原理是機(jī)械工業(yè)控制設(shè)備的理論基礎(chǔ)，學(xué)好了就能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中找到一份好一點(diǎn)的工作。理論課程學(xué)習(xí)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本理論知識(shí)，對(duì)課程內(nèi)容和原理有比較深刻的理解，只要從理論上理解，不用考慮實(shí)際的可行性。經(jīng)過(guò)本次課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程，不但需要在理論上能實(shí)現(xiàn)而且還要考慮實(shí)際的可行性，不能紙上談兵。設(shè)計(jì)目的了解串行通信的基本原理。掌握串行接口芯片8251的工作原理。掌握8251芯片的編程方法。了解8253的初始化。鞏固和加深在微機(jī)原理課程中所學(xué)的理論知識(shí)。經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)加深理解課堂教學(xué)內(nèi)容，掌握計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的基本應(yīng)用方法。學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊(cè)與資料，培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問(wèn)題能力。設(shè)計(jì)環(huán)境PC機(jī)一臺(tái)，串行通訊接口芯片8251A一片，8253一片。TC-1集成開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)。四、設(shè)計(jì)題目及要求4.1設(shè)計(jì)題目串行通訊4.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)串行通信系統(tǒng)，用軟件編程和硬件實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體要求：用8253芯片作為計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生8251的發(fā)送和接受時(shí)鐘。TXD和RXD連在一起。從PC機(jī)的鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符，將其ASCII碼加1后發(fā)送出去，在接受回來(lái)在屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收。8251的控制端口地址為2B9H ,數(shù)據(jù)口地址為2B8H.8253計(jì)數(shù)器的計(jì)算初值=時(shí)鐘頻率/(波特率*波特率因子)，這里的時(shí)鐘頻率接1MHZ,波特率若選1200，波特因子若選16，則計(jì)數(shù)器初值為52。收發(fā)采用查詢方式。五、設(shè)計(jì)原理5.1．8251A的基本性能8251A是可編程的串行通信接口芯片，基本性能：1．兩種工作方式：同步方式，異步方式。同步方式下，波特率為064K，異步方式下，波特率為0~19.2K。2．同步方式下的格式每個(gè)字符能夠用5、6、7或8位來(lái)表示，而且內(nèi)部能自動(dòng)檢測(cè)同步字符，從而實(shí)現(xiàn)同步。除此之外，8251A也允許同步方式下增加奇/偶校驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)。3．異步方式下的格式每個(gè)字符也能夠用5、6、7或8位來(lái)表示，時(shí)鐘頻率為傳輸波特率的1、16或64倍，用1位作為奇/偶校驗(yàn)。1個(gè)啟動(dòng)位。并能根據(jù)編程為每個(gè)數(shù)據(jù)增加1個(gè)、1．5個(gè)或2個(gè)停止位。能夠檢查假啟動(dòng)位，自動(dòng)檢測(cè)和處理終止字符。4．全雙工的工作方式其內(nèi)部提供具有雙緩沖器的發(fā)送器和接收器。5．提供出錯(cuò)檢測(cè)具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤三種校驗(yàn)電路。5.2、8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、發(fā)送器發(fā)送器由發(fā)送緩沖器和發(fā)送控制電路兩部分組成。采用異步方式，則由發(fā)送控制電路在其首尾加上起始位和停止位，然后從起始位開(kāi)始，經(jīng)移位寄存器從數(shù)據(jù)輸出線TXD逐位串行輸出。8251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖或采用同步方式，則在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送器將自動(dòng)送出1個(gè)2個(gè)同步字符，然后才逐位串行輸出數(shù)據(jù)。如果CPU與8251A之間采用中斷方式交換信息，那么TXRDY可作為向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)發(fā)送器中的8位數(shù)據(jù)串行發(fā)送完畢時(shí)，由發(fā)送控制電路向CPU發(fā)出TXE有效信號(hào)，表示發(fā)送器中移位寄存器已空。2．接收器接收器由接收緩沖器和接收控制電路兩部分組成。接收移位寄存器從RXD引腿上接收串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后存入接收緩沖器。異步方式：在RXD線上檢測(cè)低電平，將檢測(cè)到的低電平作為起始位,8251A開(kāi)始進(jìn)行采樣，完成字符裝配，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)和去掉停止位，變成了并行數(shù)據(jù)后，送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，同時(shí)發(fā)出RXRDY信號(hào)送CPU，表示已經(jīng)收到一個(gè)可用的數(shù)據(jù)。同步方式：首先搜索同步字符。8251A監(jiān)測(cè)RXD線，每當(dāng)RXD線上出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，接收下來(lái)并送入移位寄存器移位，與同步字符寄存器的內(nèi)容進(jìn)行比較，如果兩者不相等，則接收下一位數(shù)據(jù)，而且重復(fù)上述比較過(guò)程。當(dāng)兩個(gè)寄存器的內(nèi)容比較相等時(shí)，8251A的SYNDET升為高電平，表示同步字符已經(jīng)找到，同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。采用雙同步方式，就要在測(cè)得輸入移位寄存器的內(nèi)容與第一個(gè)同步字符寄存器的內(nèi)容相同后，再繼續(xù)檢測(cè)此后輸入移位寄存器的內(nèi)容是否與第二個(gè)同步字符寄存器的內(nèi)容相同。如果相同，則認(rèn)為同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在外同步情況下，同步輸入端SYNDET加一個(gè)高電位來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。實(shí)現(xiàn)同步之后，接收器和發(fā)送器間就開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步傳輸。這時(shí)，接收器利用時(shí)鐘信號(hào)對(duì)RXD線進(jìn)行采樣，并把收到的數(shù)據(jù)位送到移位寄存器中。在RXRDY引腳上發(fā)出一個(gè)信號(hào)，表示收到了一個(gè)字符。3．?dāng)?shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是CPU與8251A之間的數(shù)據(jù)接口。包含3個(gè)8位的緩沖寄存器：兩個(gè)寄存器分別用來(lái)存放CPU向8251A讀取的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。一個(gè)寄存器用來(lái)存放CPU向8251A寫(xiě)入的數(shù)據(jù)或控制。4．讀/寫(xiě)控制電路讀/寫(xiě)控制電路用來(lái)配合數(shù)據(jù)總線緩沖器的工作。功能如下：(1)接收寫(xiě)信號(hào)，并將來(lái)自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)和控制字寫(xiě)入8251A；(2)接收讀信號(hào)，并將數(shù)據(jù)或狀態(tài)字從8251A送往數(shù)據(jù)總線；(3)接收控制/數(shù)據(jù)信號(hào)C/，高電平時(shí)為控制字或狀態(tài)字；低電平時(shí)為數(shù)據(jù)。(4)接收時(shí)鐘信號(hào)CLK完成8251A的內(nèi)部定時(shí)；(5)接收復(fù)位信號(hào)RESET，使8251A處于空閑狀態(tài)。5．調(diào)制解調(diào)控制電路調(diào)制解調(diào)控制電路用來(lái)簡(jiǎn)化8251A和調(diào)制解調(diào)器的連接。5.3．8251A的引腳功能1、8251A和CPU之間的連接信號(hào)8251A和CPU之間的連接信號(hào)能夠分為四類：a)片選信號(hào)?：片選信號(hào)，它由CPU的地址信號(hào)經(jīng)過(guò)譯碼后得到。b)數(shù)據(jù)信號(hào)D0-D7：8位，三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連。傳輸CPU對(duì)8251的編程命令字和8251A送往CPU的狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)。c)讀/寫(xiě)控制信號(hào)?：讀信號(hào)，低電平時(shí)，CPU當(dāng)前正在從8251A讀取數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息。?：寫(xiě)信號(hào)，低電乎時(shí)，CPU當(dāng)前正在往8251A寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者控制信息。?C/：控制/數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)區(qū)分當(dāng)前讀/寫(xiě)的是數(shù)據(jù)還是控制信息或狀態(tài)信息。該信號(hào)也可看作是8251A數(shù)據(jù)口/控制口的選擇信號(hào)。由此可知，、、C/這3個(gè)信號(hào)的組合，決定了8251A的具體操作，它們的關(guān)系如表7-3所示：注：數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口合用同一個(gè)偶地址，而狀態(tài)端口和控制端口合用同一個(gè)奇地址。c)收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)?TXRDY：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)，用來(lái)通知CPU，8251A已準(zhǔn)備好發(fā)送一個(gè)字符。?TXE：發(fā)送器空信號(hào)，TXE為高電平時(shí)有效，用來(lái)表示此時(shí)8251A發(fā)送器中并行到串行轉(zhuǎn)換器空，說(shuō)明一個(gè)發(fā)送動(dòng)作已完成。?RXRDY：接收器準(zhǔn)備好信號(hào)，用來(lái)表示當(dāng)前8251A已經(jīng)從外部設(shè)備或調(diào)制解調(diào)器接收到一個(gè)字符，等待CPU來(lái)取走。因此，在中斷方式時(shí)，RXRDY可用來(lái)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；在查詢方式時(shí)，RXRDY可用來(lái)作為查詢信號(hào)。?SYNDET：同步檢測(cè)信號(hào)，只用于同步方式。2．8251A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)8251A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)分為兩類：a)收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)?：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，通知外部設(shè)備，CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。?：數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)，表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好。?：請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，表示CPU已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送。?：允許發(fā)送信號(hào)，是正確響應(yīng)，由外設(shè)送往8251A。實(shí)際使用時(shí)，這4個(gè)信號(hào)中一般只有必須為低電平，其它3個(gè)信號(hào)能夠懸空。b)數(shù)據(jù)信號(hào)?TXD：發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。當(dāng)CPU送往8251A的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)TXD送往外設(shè)。?RXD：接收器數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。用來(lái)接收外設(shè)送來(lái)的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入8251A后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿蟹绞健?.時(shí)鐘、電源和地8251A除了與CPU及外設(shè)的連接信號(hào)外，還有電源端、地端和3個(gè)時(shí)鐘端。?CLK：時(shí)鐘輸入，用來(lái)產(chǎn)生8251A器件的內(nèi)部時(shí)序。同步方式下，大于接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率的30倍，異步方式下，則要大于數(shù)據(jù)波特率的4.5倍。?TXD：發(fā)送器時(shí)鐘輸入，用來(lái)控制發(fā)送字符的速度。同步方式下，TXC的頻率等于字符傳輸?shù)牟ㄌ芈?，異步方式下，TXC的頻率能夠?yàn)樽址麄鬏敳ㄌ芈实?倍、16倍或者64倍。?RXD:接收器時(shí)鐘輸入，用來(lái)控制接收字符的速度，和TXC一樣。在實(shí)際使用時(shí)，RXC和TXC往往連在一起，由同一個(gè)外部時(shí)鐘來(lái)提供，CLK則由另一個(gè)頻率較高的外部時(shí)鐘來(lái)提供。?VCC：電源輸入?GND：地5.4、8251A的編程編程的內(nèi)容包括兩大方面：一是由CPU發(fā)出的控制字，即方式選擇控制字和操作命令控制字；二是由8251A向CPU送出的狀態(tài)字。1．方式選擇控制字（模式字）方式選擇控制字的格式如圖所示。2．操作命令控制字（控制字）操作命令控制字的格式如下：3、狀態(tài)字狀態(tài)字的格式如下：4．8251A的初始化a)芯片復(fù)位以后，第一次用奇地址端口寫(xiě)入的值作為模式字進(jìn)入模式寄存器。b)如果模式字中規(guī)定了8251A工作在同步模式，c)由CPU用奇地址端口寫(xiě)入的值將作為控制字送到控制寄存器，而用偶地址端口寫(xiě)入的值將作為數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器。六、設(shè)計(jì)方案6.1、硬件設(shè)計(jì)6.1.1設(shè)計(jì)原理圖從鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符,將其ASCII碼加1后發(fā)送出去,再接收回來(lái)在屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收。6.1.2、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)在本實(shí)驗(yàn)方案中有以下幾點(diǎn)需要注意1、圖示電路8251的控制口地址為2B9H，數(shù)據(jù)口地址為2B8H。2、8253計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值=時(shí)鐘頻率/（波特率*波特因子），這里的時(shí)鐘頻率接1MHZ，波特率若選1200，波特因子若選16，則計(jì)數(shù)器初值為52。3、收發(fā)采用查詢模式。6.2軟件設(shè)計(jì)6.2.1程序流程圖6.2.2編程實(shí)現(xiàn)datasegmentioportequ0cc00h-0280hio8253a equioport+280hio8253b equioport+283hio8251a equioport+2b8hio8251b equioport+2b9hmes1db'youcanplayakeyonthekeybord!',0dh,0ah,24hmes2ddmes1dataendscodesegmentassumecs:code,ds:datastart:movax,data movds,ax movdx,io8253b;設(shè)置8253計(jì)數(shù)器0工作方式 moval,16h outdx,al movdx,io8253a moval,52;給8253計(jì)數(shù)器0送初值 outdx,al movdx,io8251b;初始化8251 xoral,al movcx,03;向8251控制端口送3個(gè)0delay:callout1 loopdelay moval,40h;向8251控制端口送40H,使其復(fù)位 callout1 moval,4eh;設(shè)置為1個(gè)停止位,8個(gè)數(shù)據(jù)位,波特率因子為16 callout1 moval,27h;向8251送控制字允許其發(fā)送和接收 callout1 ldsdx,mes2;顯示提示信息 movah,09 int21hwaiti:movdx,io8251b inal,dx testal,01;發(fā)送是否準(zhǔn)備好 jzwaiti movah,01;是,從鍵盤(pán)上讀一字符 int21h cmpal,27;若為ESC,結(jié)束 jzexit movdx,io8251a incal outdx,al;發(fā)送 movcx,40hs51:loops51;延時(shí)next:movdx,io8251b inal,dx testal,02;檢查接收是否準(zhǔn)備好 jznext;沒(méi)有,等待 movdx,io8251a inal,dx;準(zhǔn)備好,接收 movdl,al movah,02;將接收到的字符顯示在屏幕上 int21h jmpwaitiexit:movah,4ch;退出 int21hout1procnear;向外發(fā)送一字節(jié)的子程序 outdx,al pushcx movcx,40hgg:loopgg;延時(shí) popcx retout1endpcodeends七、調(diào)試運(yùn)行1.對(duì)設(shè)計(jì)原理圖進(jìn)行檢查。主要針對(duì)電路連接中的線路連接進(jìn)行檢查，并生成對(duì)應(yīng)電路的網(wǎng)表。特別是對(duì)電路節(jié)點(diǎn)的連接檢查。2.對(duì)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查。檢查程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤。編譯連接并下載到芯片中。3.對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合調(diào)試。對(duì)下載到芯片中的程序進(jìn)行功能檢查。直到完成設(shè)計(jì)要求的功能。運(yùn)行結(jié)果：經(jīng)過(guò)對(duì)下載的程序的調(diào)試，完成了設(shè)計(jì)要求的任務(wù)：從鍵盤(pán)上輸入一個(gè)字符，將其ASCII碼加1后發(fā)送出去，在接受回來(lái)在屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收。八、課程設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題