微機(jī)原理課件-第8章 可編程接口技術(shù)

第8章可編程接口技術(shù)1第8章可編程接口技術(shù)2本章介紹可編程并行接口Intel8255A，定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253，可編程串行接口Intel8251A和DAM控制器8237A。使用這些芯片，可以方便地構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。8.1并行通信接口8255A3并行通信是將傳送數(shù)據(jù)的各位分別用一根線同時(shí)進(jìn)行傳輸，同時(shí)并行傳送的二進(jìn)位數(shù)就是數(shù)據(jù)寬度，而實(shí)現(xiàn)與外設(shè)并行通信的接口電路就是并行接口。8255A是一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入/輸出的雙向可編程并行接口芯片。一、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳定義4圖8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖1、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5由內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖可知,8255A由以下幾個(gè)部分組成：1）數(shù)據(jù)總線緩沖器2）端口A、端口B、端口C3）A組控制和B組控制4）讀寫控制邏輯62、8255A的引腳定義圖8255A的引腳7由8255A芯片的引腳圖可知，8255A芯片有40根引腳，可分為如下三類：（1）電源與地線2根：VCC（26腳），GND（7腳）（2）與外設(shè)相連的共24根：

8（3）與CPU相連的共14根：RESET（35腳）復(fù)位信號(hào)，高電平有效；

片選信號(hào)，低電平有效；

讀信號(hào)，低電平有效；寫信號(hào)，低電平有效；A1、A0（8腳、9腳）：端口選擇信號(hào)；二、8255A的編程命令98255A有兩個(gè)編程命令，即工作方式命令和對(duì)C端口的按位操作（置位/復(fù)位）命令，它們是用戶使用8255A來組建各種接口電路的重要工具。10方式命令方式命令，又稱初始化命令。方式命令出現(xiàn)在8255A開始工作之前的初始化程序段中。方式命令的作用與格式如下。作用：指定8255A的工作方式及其方式下8255A三個(gè)并行端口的輸入/輸出功能。格式：8位命令字的格式與含義如下圖所示。圖8255A方式命令的格式112.C端口按位置位/復(fù)位命令這是一個(gè)按位控制命令，要在初始化以后才能使用，它可放在初始化程序段之后的任何位置。C端口按位置位/復(fù)位命令的作用和格式如下。作用：指定8255A的C端口8個(gè)引腳中的任意一個(gè)引腳，輸出高電平/低電平。格式：8位命令字的格式與含義如圖所示。圖8255A按位置位/復(fù)位命令的格式123.關(guān)于兩個(gè)命令的使用兩個(gè)命令的最高位（D7）都分配為特征位。C端口按位置位/復(fù)位命令雖然是對(duì)C端口進(jìn)行按位輸出操作，但它不能寫入作數(shù)據(jù)口用的C端口，只能寫入命令口，這是因?yàn)樗皇菙?shù)據(jù)，而是命令，要按命令的格式來解釋和執(zhí)行。A端口和B端口也可以按位輸出高/低電平，但是，它與前面C端口的按位置位/復(fù)位命令有本質(zhì)的區(qū)別，并且實(shí)現(xiàn)方法也不同。C端口按位輸出是以命令的形式送到命令寄存器去執(zhí)行的，而A端口、B端口的按位輸出是以送數(shù)據(jù)到A端口、B端口來實(shí)現(xiàn)的。三、8255A的工作方式138255A有三種工作方式，通過向8255A的控制字寄存器寫入的方式選擇字，就可以規(guī)定各端口的工作方式。當(dāng)8255A工作于方式1和方式2時(shí)，C口可用作A口或B口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用輸入指令可以讀取C口的狀態(tài)。下面具體介紹這三種不同的工作方式和C口狀態(tài)字格式。14方式0方式0稱為基本輸入/輸出（BasicInput/Output）方式，它適用于不需要用應(yīng)答信號(hào)的簡(jiǎn)單輸入/輸出場(chǎng)合。在這種方式下，A口和B口可作為8位的端口，C口的高4位和低4位可作為兩個(gè)4位的端口。15方式0的輸入時(shí)序如圖所示，圖8255A方式0輸入時(shí)序162.方式1方式1也稱為選通輸入/輸出（StrobeInput/Out）方式。在這種方式下，A口和B口作為數(shù)據(jù)口，均可工作于輸入或輸出方式。而且，這兩個(gè)8位數(shù)據(jù)口的輸入、輸出數(shù)據(jù)都能鎖存、但它們必須在聯(lián)絡(luò)（handshaking）信號(hào)控制下才能完成I/O操作。端口C的6根線用來產(chǎn)生或接收這些聯(lián)絡(luò)信號(hào)。17選通輸入/輸出方式可分以下幾種情況。1）選通輸入方式如果A口和B口都工作于選通輸入方式，則它們的端口狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)信號(hào)和控制字如下圖所示。18圖方式1選通輸入方式192）選通輸出方式如果A口和B口都工作于選通輸出方式，它們的聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)和控制字的格式如下圖所示。20圖方式1選通輸出方式213）選通輸入/輸出方式組合8255A工作于方式1時(shí)，還允許對(duì)A口和B口分別進(jìn)行定義，一個(gè)端口作輸入，另一個(gè)端口作輸出。如果將A口定義為方式1輸入口，而將B口定義為方式1輸出口，在這種情況下，端口C的PC0～PC5作狀態(tài)和控制線，C口余下的兩位PC6和PC7，可作數(shù)據(jù)輸入/輸出用。當(dāng)控制字的D3=1時(shí)，PC6和PC7作輸入；D3=0時(shí)，PC6和PC7作輸出。223.方式2方式2稱為雙向總線方式（BidirectionalBus）。只有A口可以工作于這種方式。在這種方式下，CPU與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，可在單一的8位端口數(shù)據(jù)線PA7～PA0上進(jìn)行，既可以通過A口把數(shù)據(jù)傳送到外設(shè)，又可以從A口接收從外設(shè)送過來的數(shù)據(jù)，而且輸入和輸出數(shù)據(jù)均能鎖存，但輸入和輸出過程不能同時(shí)進(jìn)行。23端口A工作于方式2時(shí)，端口C的5位（PC3～PC7）作A口的聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示，圖中也給出了方式控制字的格式。圖

方式2的控制信號(hào)和方式控制字244.C口狀態(tài)字當(dāng)8255A工作于方式0時(shí)，C口各位作輸入/輸出用。當(dāng)它工作于方式1和方式2時(shí)，C口產(chǎn)生或接收與外設(shè)間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，這時(shí)，讀取C口的內(nèi)容可使編程人員測(cè)試或檢查外設(shè)的狀態(tài)，用輸入指令對(duì)C口進(jìn)行讀操作就可讀取C口的狀態(tài)。C口的狀態(tài)字有以下幾種格式。251）方式1狀態(tài)字輸入狀態(tài)字如下。其中，D7～D3位為A組狀態(tài)字，D2～D0位為B組狀態(tài)字。輸出狀態(tài)字如下。其中，D7～D3位為A組狀態(tài)字，D2～D0位為B組狀態(tài)字。262）方式2狀態(tài)字其中，D7～D3位為A組狀態(tài)字，D2～D0位為B組所用，當(dāng)B口工作于方式1時(shí)，這幾位作B口狀態(tài)字，B口工作于方式0時(shí)，這幾位不是狀態(tài)位，而是作輸入輸出用。27四、8255A的應(yīng)用舉例用8255A方式0與打印機(jī)接口打印機(jī)一般采用并行接口，其主要信號(hào)與傳送時(shí)序如下圖所示。圖

方式0的打印機(jī)接口28假設(shè)這個(gè)8255A芯片在系統(tǒng)中的I/O地址分配是：端口Ａ、B和C的I/O地址為FFF8H、FFFAH和FFFCH，控制端口的地址為FFFEH。；初始化程序段movdx,0fffeh;控制端口地址為FFFEHmoval,10000001B;方式控制字outdx,al;A端口方式0輸出，C端口上半

部輸出、下半部輸入（端口B任意）moval,00001111B;端口C的復(fù)位置位控制字outdx,al;使PC7=1，即置=1（只在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，才是低脈沖）29Printcprocpushaxpushdx；輸出打印數(shù)據(jù)子程序，入口參數(shù)：AH=打印數(shù)據(jù)prn:movdx,0fffch;讀取端口Cinal,dx;查詢打印機(jī)的狀態(tài)andal,04h;打印機(jī)忙否（PC2=BUSY=0）？jnzprn;PC2=1，打印機(jī)忙，則循環(huán)等待movdx,0fffeh;PC2=0，打印機(jī)不忙，則輸出數(shù)據(jù)moval,00001110B;使PC7=0，即置=0outdx,alnop;適當(dāng)延時(shí)，產(chǎn)生一定寬度的低電平nopmoval,00001111B;使PC7=1，即置=130outdx,alpopdx;最終，產(chǎn)生

低脈沖信號(hào)popaxretendpprintc312.雙機(jī)并行通信接口在兩臺(tái)單板機(jī)之間利用8255A的端口A實(shí)現(xiàn)并行傳送數(shù)據(jù)。甲機(jī)的8255A采用方式1發(fā)送數(shù)據(jù)，乙機(jī)的8255A采用方式0接收數(shù)據(jù)。兩機(jī)的CPU與接口之間均使用查詢方式交換數(shù)據(jù)，如下圖所示。圖

并行通信接口電路32假設(shè)8255A的端口A、B、C和控制端口的I/O地址為FFF8H、FFFAH、FFFCH和FFFEH。；甲機(jī)初始化程序段movdx,0fffehmoval,0alhoutdx,al;輸出工作方式字：端口A方式1輸出moval,0dh;使PC6（INTEA）=1，允許中斷outdx,al

；甲機(jī)發(fā)送程序，AH=發(fā)送的數(shù)據(jù)trsmt:movdx,0fffehinal,dx；查詢PC3（INTRA）=1？andal,08hjztrsmtmovdx,0fff8h；發(fā)送數(shù)據(jù)moval,ahoutdx,al33；乙機(jī)接收程序：AH=接收的數(shù)據(jù)receive:movdx,0fffchinal,dx;查詢PC4=0？andal,10hjnzreceivemovdx,0fff8h;接收數(shù)據(jù)inal,dxmovah,al;接收的數(shù)據(jù)存于AHmovdx,0fffehmoval,00h;使PC0=0outdx,alnop;適當(dāng)延時(shí)，產(chǎn)生一定寬度的低脈沖nopmoval,01h;使PC0=1outdx,al;產(chǎn)生低脈沖信號(hào)348.2可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器8253一、8253主要功能Intel8253就是一種常用的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口芯片。主要功能有：每片8253上有三個(gè)獨(dú)立的16位減法計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)范圍為0～65535。2.每個(gè)計(jì)數(shù)器都可按二進(jìn)制或二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)（BCD）。3.每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種不同的工作方式，都可以通過程序設(shè)置來改變。4.每個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的頻率最高可達(dá)2MHz。全部輸入輸出與TTL電平兼容。

二、8253的外部引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)351、8253的引腳定義8253具有三個(gè)獨(dú)立的功能完全相同的16位減法計(jì)數(shù)器，24腳DIP封裝，由單一的+5V電源供電。8253引腳如圖所示。圖8253引腳圖361）計(jì)數(shù)器引腳8253有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器與外部的引腳有3個(gè)，分別是脈沖輸入引腳CLK、門控輸入引腳GATE、計(jì)數(shù)器輸出引腳OUT。2）數(shù)據(jù)引腳D7～D0CPU對(duì)8253的編程、計(jì)數(shù)初值的輸入、計(jì)數(shù)值的讀出均是通過這8位數(shù)據(jù)線傳輸?shù)摹?73）讀/寫信號(hào)控制引腳讀信號(hào)

有效時(shí)，CPU可以讀出計(jì)數(shù)器當(dāng)前的計(jì)數(shù)值；寫信號(hào)

有效時(shí)，CPU可以對(duì)芯片編程，輸入計(jì)數(shù)器初值。4）片選引腳和地址引腳片選引腳

和地址引腳A1、A0一起決定了8253的地址空間，

決定了地址的高位，A1和A0決定了地址的低位，并且A1和A0的4個(gè)不同的組合就構(gòu)成了8253的4個(gè)不同的地址。382、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由圖可知，它由數(shù)據(jù)緩沖器、讀/寫邏輯電路、控制字寄存器和三個(gè)計(jì)數(shù)器通道所組成。圖8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)391）數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是8位、雙向、三態(tài)的緩沖器，通過8根數(shù)據(jù)線D0～D7接收CPU向控制寄存器寫入的控制字，向計(jì)數(shù)器寫入的計(jì)數(shù)初值，也可以把計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值讀入CPU。2）讀/寫邏輯電路讀/寫控制邏輯電路從系統(tǒng)總線接收輸入信號(hào)，經(jīng)過譯碼，產(chǎn)生對(duì)8253各部分的控制信息。403）控制字寄存器當(dāng)?shù)刂沸盘?hào)A1和A0都為1時(shí)，訪問控制字寄存器。控制字寄存器接收從CPU發(fā)來的控制字，控制字決定了8253的工作方式、計(jì)數(shù)方式以及使用哪個(gè)計(jì)數(shù)器等。控制字寄存器只能寫入不能讀出。4）計(jì)數(shù)器通道8253有3個(gè)相互獨(dú)立的同樣的計(jì)數(shù)電路，分別稱做計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2。413.8253的編程8253沒有復(fù)位信號(hào)，加電后的工作方式不確定。為了使8253正常工作，微處理器必須對(duì)其初始化編程，寫入控制字和計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)過程中，還可以讀取計(jì)數(shù)值。1）寫入方式控制字雖然8253的每個(gè)計(jì)數(shù)器都需要方式控制字，但控制字格式相同，如下圖所示。而且寫入控制字的I/O地址也相同，要求A1A0=11（控制字地址）。42圖8253的方式控制字432）寫入計(jì)數(shù)值每個(gè)計(jì)數(shù)器通道都有對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器I/O地址用于讀寫計(jì)數(shù)值。讀寫計(jì)數(shù)值時(shí)，還必須按方式控制字規(guī)定的讀寫格式進(jìn)行。3）讀取計(jì)數(shù)值利用計(jì)數(shù)器I/O地址，可以讀取計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值。但對(duì)8位數(shù)據(jù)線的8253來說，讀取16位計(jì)數(shù)值需要分兩次。由于計(jì)數(shù)在不斷進(jìn)行，在前后兩次執(zhí)行輸入指令的過程中，計(jì)數(shù)值可能已經(jīng)變化。所以，如果計(jì)數(shù)過程可以暫停，可在讀取計(jì)數(shù)值時(shí)使GATE信號(hào)為低；否則應(yīng)該將當(dāng)前計(jì)數(shù)值先行鎖存，然后讀取。444.8253的工作方式8253的3個(gè)通道根據(jù)控制寄存器的設(shè)置均有6種工作方式。1）方式0—技術(shù)結(jié)束中斷方式當(dāng)某一通道設(shè)置為方式0，則該計(jì)數(shù)器的輸出OUT立即變?yōu)榈碗娖?，在?jì)數(shù)初值寫入該計(jì)數(shù)器后，輸出仍保持低電平。若門控信號(hào)GATE為高電平，計(jì)數(shù)器在CLK的每一個(gè)下降沿開始進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器從初值減到0時(shí)，輸出OUT便變?yōu)楦唠娖剑乙恢北３指唠娖降街匦聦懭肟刂谱只蛘咧匦聦懭胄碌挠?jì)數(shù)值為止。452）方式1—可編程單脈沖方式當(dāng)控制字設(shè)為方式1時(shí)，OUT輸出為高電平。在計(jì)數(shù)初值寫入該計(jì)數(shù)器后，計(jì)數(shù)并不開始，只有在門控GATE來一個(gè)上升沿之后的下一個(gè)CLK的下降沿，才開始計(jì)數(shù)，同時(shí)OUT由高電平變?yōu)榈碗娖?，直到?jì)數(shù)值變?yōu)?時(shí)，OUT才變?yōu)楦唠娖?。所以O(shè)UT輸出負(fù)脈沖的寬度為計(jì)數(shù)初值*CLK脈沖周期數(shù)。463）方式2—分頻工作方式該方式寫入控制字之后OUT輸出高電平，如果GATE為高電平，在寫入計(jì)數(shù)初值后，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)器到1時(shí)，OUT輸出低電平，經(jīng)過一個(gè)CLK周期后，OUT變?yōu)楦唠娖剑?jì)數(shù)器從初值重新開始計(jì)數(shù)。4）方式3—方波發(fā)生器在工作方式3下，在計(jì)數(shù)過程中其輸出前一半時(shí)間為高電平，后一半時(shí)間為低電平，故為方波輸出。475）方式4—軟件觸發(fā)選通方式這種方式與方式0非常相似。當(dāng)設(shè)置完方式控制字后，OUT變?yōu)楦唠娖?。?dāng)寫入計(jì)數(shù)初值后立即開始計(jì)數(shù)（即為軟件觸發(fā)）。當(dāng)計(jì)數(shù)到0后，OUT輸出為低電平，持續(xù)一個(gè)CLK周期的低電平后變?yōu)楦唠娖?，?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。6）方式5—硬件觸發(fā)選通方式這種方式與方式1非常相似。當(dāng)設(shè)置為方式5后，OUT輸出高電平，寫入初值后，OUT仍保持高電平不變。485.8253應(yīng)用舉例用8253實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流水線上的工件計(jì)數(shù)，每通過100個(gè)工件，揚(yáng)聲器便發(fā)出頻率為1000H中的音響信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為3秒。設(shè)外部時(shí)鐘頻率為2MHz。下圖是該設(shè)備的工作原理示意圖。49圖8253用于工件計(jì)數(shù)50設(shè)8253的端口地址為40H～43H，8255A的端口地址為60H～63H，則實(shí)現(xiàn)本例功能的程序段如下：主程序：MOVAL,00010001B;8253計(jì)數(shù)通道0初始化：方式0，只寫低8位，BCD計(jì)數(shù)OUT43H,ALMOVAL,99H;寫計(jì)數(shù)通道0的計(jì)數(shù)初值MOV40H,ALMOVAL,10000000B;8255A初始化：A口方式0輸出OUT63H，ALSTI;CPU開中斷HERE：JMPHERE;等待中斷51中斷服務(wù)程序：MOVAL,01H;8255A的PA0輸出高電平，啟動(dòng)8253計(jì)數(shù)通道1工作OUT60H,ALMOVAL,01110111B;8253計(jì)數(shù)通道1初始化：先寫低8位，后寫高8位OUT43H，AL;方式3，BCD計(jì)數(shù)MOVAL,00HOUT41H,AL;寫計(jì)數(shù)初值低8位MOVAL,20HOUT41H,AL;寫計(jì)數(shù)初值高8位CallDELAY3S;延遲3秒MOVAL,00H;8255A的PA0輸出低電平，停止8253計(jì)數(shù)通道1工作OUT60H,ALMOVAL,99H;寫8253計(jì)數(shù)通道0的計(jì)數(shù)初值（為下次工作做準(zhǔn)備）OUT40H,ALIRET8.3串行通信接口8251A52一、串行通信概述通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。通信的基本方式可以分為并行通信和串行通信兩種。并行通信是指數(shù)據(jù)的每位同時(shí)傳輸，如8.1節(jié)所述的8255A與外設(shè)間的數(shù)據(jù)交換采用的就是并行通信方式。53串行通信則把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)格式一位一位地按順序傳輸。串行通信的信號(hào)在一根信號(hào)線上傳輸。發(fā)送時(shí)，把每個(gè)數(shù)據(jù)中的各個(gè)二進(jìn)制位一位一位地發(fā)送出去，發(fā)送一個(gè)字節(jié)后再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)；接收時(shí)，從信號(hào)線上一位一位地接收，并把它們拼成一個(gè)字節(jié)傳輸給CPU進(jìn)行處理。54串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)在兩個(gè)設(shè)備A和B之間傳送，按傳送方式可分為單工、半雙工和全雙工3種方式，如圖所示。圖串行通信數(shù)據(jù)傳輸551）單工單工傳送方式只能在一個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)，兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信時(shí)，一邊發(fā)射數(shù)據(jù)，另一邊只能接收數(shù)據(jù)。2）半雙工半雙工傳送方式中，數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)設(shè)備之間任意方向傳送，但是由于只有一根傳輸線，故在同一時(shí)間內(nèi)只能在一個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)，不能同時(shí)收發(fā)。3）全雙工由于在兩個(gè)設(shè)備之間有兩根數(shù)據(jù)傳輸線，所以兩個(gè)設(shè)備間可以同時(shí)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。56串行傳送有兩種基本工作方式：異步方式和同步方式。1）異步方式不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)線為高電平，處于空閑狀態(tài)。當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖剑⒊掷m(xù)一位的時(shí)間，表示傳送字符開始，該位稱為起始位。起始位之后，在信號(hào)線上依次出現(xiàn)發(fā)送的每一位字符數(shù)據(jù)，最低有效位D0最先出現(xiàn)，因此它最早發(fā)送出去。在數(shù)據(jù)位的后面有一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。在奇偶校驗(yàn)位的后面有1到2位的高電平，稱為停止位，用于表示字符的結(jié)束。如果傳輸完一個(gè)字符后，立即傳輸下一個(gè)字符，則后一個(gè)字符的起始位就緊跟在前一個(gè)字符的停止位后，否則停止位后又進(jìn)入空閑狀態(tài)。以上格式如下圖所示。57圖異步數(shù)據(jù)傳送格式582）同步方式同步方式數(shù)據(jù)傳送格式如圖所示。沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)線處于空閑狀態(tài)。為了表示數(shù)據(jù)傳輸開始，發(fā)送方先發(fā)送一個(gè)或兩個(gè)特殊字符，稱為同步字符。接著就可以一個(gè)字符接著一個(gè)字符地發(fā)送一塊數(shù)據(jù)，不需要用到起始位和停止位。這樣就可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。圖同步數(shù)據(jù)傳送格式59二、可編程串行通信接口芯片8251A可編程串行接口芯片有多種型號(hào)，常用的有Intel公司生產(chǎn)的8251A，Motorola公司生產(chǎn)的6850、6852，ZILOG公司生產(chǎn)的SIO及TNS公司生產(chǎn)的8250等。下面以Intel公司生產(chǎn)的8251A為例介紹可編程串行通信接口的基本工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程等。601.8251A芯片引腳8251A是一個(gè)采用NMOS工藝制造的28條引腳雙列直插式芯片，全部輸入輸出與TTL電平兼容，單一+5V電源，單一TTL電平時(shí)鐘，8251A芯片引腳信號(hào)分配如圖所示。圖8251A引腳信號(hào)圖61（1）8251A與CPU相連的信號(hào)線8251A的28條引腳按其信號(hào)分為兩組：D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連。CLK（20腳）：時(shí)鐘信號(hào)輸入線，用于產(chǎn)生8251A的內(nèi)部時(shí)序。RESET（21腳）：芯片的復(fù)位信號(hào)。

（11腳）：片選信號(hào)，低電平有效。C/(12腳)：控制/數(shù)據(jù)信號(hào)。根據(jù)C/信號(hào)是1還是0，來判別當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上信息流是控制字還是與外設(shè)交換的數(shù)據(jù)。62(13腳)：讀信號(hào)，低電平有效。有效時(shí)，CPU正在從8251A讀取數(shù)據(jù)。(10腳)：寫信號(hào)，低電平有效。有效時(shí)，CPU正在向8251A寫入數(shù)據(jù)。TxRDY（15腳）：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出，高電平有效。RxRDY（14腳）：接收器準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出，高電平有效。63SYNDET/BRKDET(16腳)：同步或中止符檢測(cè)信號(hào)，高電平有效。TxEMPTY（18腳）：發(fā)送移位寄存器空信號(hào)。64（2）8251A與外部或調(diào)制解調(diào)器相連的信號(hào)線RxD（3腳）：數(shù)據(jù)接收端，用來接收由外設(shè)輸入的串行數(shù)據(jù)。

（25腳）：接收時(shí)鐘信號(hào)，輸入。TxD（19腳）：數(shù)據(jù)發(fā)送端，往外部設(shè)備輸出串行

數(shù)據(jù)。

（9腳）：發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，外部輸入。

（24腳）：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出，低電平有效。65

（22腳）：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)，輸入，低電平有效。

（23腳）：發(fā)送方請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，輸出，低電平有效。

（17腳）：清除發(fā)送信號(hào)，輸入，低電平有效。662.8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，共有5個(gè)部分。圖8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)67數(shù)據(jù)總線緩沖器：雙向、三態(tài)緩沖器，用來與CPU傳

輸數(shù)據(jù)信息、命令信息、狀態(tài)信息。接收器：包括接收緩沖器、接收移位寄存器及接收

控制器三部分。串行接口收到的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變成并行

數(shù)據(jù)后，存放在該緩沖器中，以供CPU讀取。發(fā)送器：包含發(fā)送緩沖器、發(fā)送移位寄存器、發(fā)送

控制器三部分。是一個(gè)分時(shí)使用向外發(fā)送。另一方面，

命令字也存放在這里，以指揮串行口工作。讀/寫邏輯電路：用來接收CPU的控制信號(hào)，以控制數(shù)據(jù)

的傳輸方向。調(diào)制解調(diào)器控制電路：用來簡(jiǎn)化8251A和調(diào)制解調(diào)器的

連接，提供與調(diào)制解調(diào)器的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。683.8251A的工作過程

接收器的工作過程當(dāng)控制命令字的“允許接收”位RxE（D2位）和“準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)”位DTR（D1位）有效時(shí)，接收控制器開始監(jiān)視RxD線。外設(shè)數(shù)據(jù)從RxD端逐位進(jìn)入接收移位寄存器中，接收中對(duì)同步和異步兩種方式采用不同的處理過程。當(dāng)接收數(shù)據(jù)緩沖器接收到由外設(shè)傳送來的數(shù)據(jù)后，發(fā)出“接收準(zhǔn)備就緒”RxRDY信號(hào)，通知CPU取走數(shù)據(jù)。69（2）發(fā)送器的工作過程當(dāng)操作命令寄存器中的TxEN=1（D0位）且引腳=0時(shí)，才能開始發(fā)送過程。接收來自CPU的數(shù)據(jù)并存入發(fā)送緩沖器。發(fā)送緩沖器存有待發(fā)送的數(shù)據(jù)后，使引腳TxRDY變?yōu)榈碗娖?，表示發(fā)送緩沖器滿。當(dāng)調(diào)制解調(diào)器做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備后，向8251A輸入一個(gè)低電平信號(hào)，使

（低電平有效）引腳有效。70在編寫初始化命令時(shí)，使操作命令控制字的TxEN位（D0位）為高，讓發(fā)送器處于允許發(fā)送的狀態(tài)下。滿足以上②、③、④條件時(shí)，若采用同步方式，發(fā)送器將根據(jù)程序的設(shè)定自動(dòng)送一個(gè)（單同步）或兩個(gè)（雙同步）同步字符，然后由移位寄存器從數(shù)據(jù)輸出線TxD串行輸出數(shù)據(jù)塊；若采用異步方式，由發(fā)送控制器在其首尾加上起始位及停止位，然后從起始位開始，經(jīng)移位寄存器從數(shù)據(jù)輸出線TxD串行輸出。待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，使TxEMPTY有效（高電平）。CPU可向8251A發(fā)送緩沖器寫入下一個(gè)數(shù)據(jù)。71三、8251A的控制字及初始化8251A是一種多功能的串行接口芯片，使用前對(duì)它進(jìn)行初始化編程后，才能收發(fā)數(shù)據(jù)，使用中可以利用狀態(tài)字來了解它的工作狀態(tài)。8251A的控制字可以分為方式字、命令字和狀態(tài)字。72下面對(duì)方式字、命令字、狀態(tài)字及初始化編程進(jìn)行介紹。方式字8251A的方式字格式如下圖所示。73圖8251A的方式字格式742.命令字8251A的命令字格式如圖所示。圖8251A的命令字格式753.狀態(tài)字在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，常常要了解8251A的工作狀態(tài)，如檢查傳送中是否產(chǎn)生了錯(cuò)誤，TxRDY是否有效等，以便控制CPU與8251A之間的數(shù)據(jù)交換。8251A內(nèi)部設(shè)有狀態(tài)寄存器，CPU可隨時(shí)用IN指令讀取狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，在CPU讀狀態(tài)時(shí)，8251A將自動(dòng)禁止改變狀態(tài)。狀態(tài)字的格式如下圖所示。76圖8251A的狀態(tài)字的格式774.8251A的初始化對(duì)8251A進(jìn)行初始化編程時(shí)，必須在系統(tǒng)復(fù)位之后（RESET引腳為高電平），使得收發(fā)引腳處于空閑狀態(tài)、各個(gè)寄存器處于復(fù)位狀態(tài)的情況下，才能進(jìn)行編程。通常8251A的初始化編程流程如下圖所示。78圖8251A的初始化流程79四、8251A應(yīng)用舉例1、異步模式下的初始化程序舉例設(shè)8251A工作在異步模式，波特率系數(shù)（因子）為16，7個(gè)數(shù)據(jù)位/字符，偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位，發(fā)送、接收允許，設(shè)端口地址為00E2H和00E4H，請(qǐng)完成初始化程序。80【分析】根據(jù)題目要求，可以確定模式字為：

11111010B即FAH控制字為：00110111B即37H81則初始化程序如下：MOVAL,0FAH;送模式字MOVDX,00E2HOUTDX,AL;異步方式，7位/字符，

偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位MOVAL,37H;設(shè)置控制字，使發(fā)送、接收允許，清除錯(cuò)標(biāo)志，使

、有效OUTDX,AL822、同步模式下初始化程序舉例設(shè)端口地址為52H，采用內(nèi)同步方式，

2個(gè)同步字符（設(shè)同步字符位16H），偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)位/字符，請(qǐng)完成初始化程序?！痉治觥扛鶕?jù)題目要求，可以確定模式字為：00111000B即38H而控制字為：10010111B即97H。83具體程序段如下：MOVAL,38H;設(shè)置模式字，同步模式，用2個(gè)同步字符OUT52H,AL;7個(gè)數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)MOVAL,16HOUT52H,AL;送同步字符16HOUT52H,ALMOVAL,97H;設(shè)置控制字，使發(fā)送

器和接收器啟動(dòng)OUT52H,AL8.4DMA控制器8237A84一、DMA控制器概述DMA（DirectMemoryAccess）是指一種外設(shè)與存儲(chǔ)器之間直接傳輸數(shù)據(jù)的方法，適用于需要數(shù)據(jù)高速大量傳送的場(chǎng)合，它不需要CPU直接參與。實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)傳輸方法的專門硬件電路稱為DMA控制器（DMAC）。85DMA傳送示意圖如圖所示。圖DMA傳送示意圖86DMA數(shù)據(jù)傳送過程如下：I/O接口向DMAC發(fā)出DMA請(qǐng)求。如果DMAC未被屏蔽，則在接到DMA請(qǐng)求后，向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求，希望CPU讓出數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的控制權(quán)，由DMAC控制。CPU執(zhí)行完現(xiàn)行的總線周期，如果CPU同意讓出總線控制權(quán)，向DMAC發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求的回答信號(hào)，并且脫離三總線處于等待狀態(tài)。87DMAC在收到總線響應(yīng)信號(hào)后，向I/O接口發(fā)DMA響應(yīng)信號(hào)，并由DMAC接管三總線控制權(quán)。進(jìn)行DMA傳送。DMAC給出傳送數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址，傳送的字節(jié)數(shù)及發(fā)出/信號(hào)；在DMA控制下，每傳送一個(gè)字節(jié)，地址寄存器加1，字節(jié)計(jì)數(shù)器減1，如此循環(huán)，直至計(jì)數(shù)器之值為0。DMA讀操作：讀存儲(chǔ)器寫外設(shè)。DMA寫操作：讀外設(shè)寫存儲(chǔ)器。DMA傳送結(jié)束，DMAC撤除總線請(qǐng)求信號(hào)，CPU重新控制總線，恢復(fù)CPU的工作。88二、8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能1.8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要由3個(gè)基本控制邏輯單元、3個(gè)地址/數(shù)據(jù)緩沖器單元和1組內(nèi)部寄存器組成。89圖8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)90（1）控制邏輯單元控制邏輯單元包括定時(shí)和控制邏輯、命令控制邏輯和優(yōu)先級(jí)控制邏輯，它們的功能分別如下。定時(shí)和控制邏輯：根據(jù)初始化編程所設(shè)置的工作方式寄存器的內(nèi)容和命令，在輸入時(shí)鐘信號(hào)的控制下，產(chǎn)生8237A的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)和外部控制信號(hào)。命令控制邏輯：主要是在CPU控制總線（即DMA處于空閑周期）時(shí)，將CPU在初始化編程時(shí)送來的命令字進(jìn)行譯碼；當(dāng)8237A進(jìn)入DMA服務(wù)時(shí)，對(duì)DMA的工作方式控制字進(jìn)行譯碼。優(yōu)先級(jí)控制邏輯：用來裁決各通道的優(yōu)先順序，解決多個(gè)通道同時(shí)請(qǐng)求DMA服務(wù)時(shí)可能出現(xiàn)的優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)問題。91（2）地址/數(shù)據(jù)緩沖器單元緩沖器包括I/O緩沖器1、I/O緩沖器2和輸出緩沖器，功能分別如下。I/O緩沖器1：8位、雙向、三態(tài)地址/數(shù)據(jù)緩沖器，作為8位數(shù)據(jù)D7～D0輸入/輸出和高8位地址A15～A8輸出緩沖。I/O緩沖器2：4位、雙位、地址緩沖器，作為地址A3～A0輸出緩沖。輸出緩沖器：4位、單向、地址緩沖器，作為地址A7～A4輸出緩沖。92（3）內(nèi)部寄存器名稱位數(shù)數(shù)量CPU訪問方式基地址寄存器164只寫基字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164只寫當(dāng)前地址寄存器164可讀可寫當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164可讀可寫地址暫存寄存器161不能訪問字節(jié)計(jì)數(shù)暫存寄存器161不能訪問控制寄存器81只寫工作方式寄存器84只寫屏蔽寄存器81只寫請(qǐng)求寄存器81只寫狀態(tài)寄存器81只讀暫存寄存器81只讀8237A的內(nèi)部寄存器共有12個(gè)，見下表。表8237A的內(nèi)部寄存器932.8237A的引腳8237A采用雙列直插式，有40個(gè)引腳，其引腳排列如圖所示。圖8237A的引腳排列94DB7～DB0：8位地址/數(shù)據(jù)線。A3～A0：地址線，雙向。A7～A4：地址線，單向。

：片選信號(hào)，低電平有效。

（I/Oread）：I/O讀信號(hào)，雙向，低電平有效。I/Owrite）：I/O寫信號(hào)，雙向，低電平有效。

（memoryread）：存儲(chǔ)器讀信號(hào)，輸出，低電平有效。95

（memorywrite）：存儲(chǔ)器寫信號(hào)，輸出，低電平有效。DREQ3～DREQ0（DMArequest）：4個(gè)通道的DMA請(qǐng)求輸入信號(hào)，由請(qǐng)求DMA傳送的外設(shè)輸入，其有效極性和優(yōu)先級(jí)可以通過編程設(shè)定。DACK3～DACK0（DMAacknowledge）：4個(gè)通道的DMA響應(yīng)輸出信號(hào)，作為對(duì)請(qǐng)求DMA傳送外設(shè)的應(yīng)答信號(hào)，其有效極性可以通過編程設(shè)定。HRQ（holdrequest）：總線請(qǐng)求信號(hào)，輸出，高電平有效。96HLDA（holdacknowledge）：總線應(yīng)答信號(hào)，輸入，高電平有效。CLK（clock）：時(shí)鐘信號(hào)。作為芯片內(nèi)部操作的定時(shí)，并控制數(shù)據(jù)傳送的速率。RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效。READY（I/Odeviceready）：外設(shè)準(zhǔn)備就緒信號(hào)，輸入，高電平有效。AEN（addressenable）：地址允許信號(hào)，輸出，高電平有效。97ADSTB（addressstrobe）：地址選通信號(hào)，輸出，高電平有效。

（endofprocess）：DMA傳送結(jié)束信號(hào)，雙向，低電平有效。Vcc：+5V電源。GND：接地。N/C：未用。98三、8237A的工作方式及初始化編程1、8237A的工作方式8237A有4種DMA傳送方式，3種DMA傳送類型，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳送。I．DMA傳送方式DMA傳送有4種工作方式。99每次DMA操作僅傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，完成一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送后，8237A將當(dāng)前地址寄存器的內(nèi)容加1（或減1），并將當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器的內(nèi)容減1，每傳送完這一個(gè)字節(jié)，DMAC就將總線控制權(quán)交回CPU。若傳送后使字節(jié)數(shù)寄存器從0減到FFFFH，終止計(jì)數(shù)，則終結(jié)DMA傳送或重新初始化。（1）單字節(jié)傳送方式100（2）數(shù)據(jù)塊傳送方式在這種傳送方式下，8237A一旦獲得總線控制權(quán)，便開始連續(xù)傳送數(shù)據(jù)。每傳送一個(gè)字節(jié)，自動(dòng)修改當(dāng)前地址及當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器的內(nèi)容，直到字節(jié)數(shù)寄存器從0減到FFFFH終止計(jì)數(shù)，或收到外部輸入的有效

信號(hào)才終結(jié)DMA傳送，將總線控制權(quán)交給CPU，一次所傳送數(shù)據(jù)塊的最大長度可達(dá)64KB，數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束后可自動(dòng)初始化。101（3）請(qǐng)求傳送方式DREQ信號(hào)有效，8237A連續(xù)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)DREQ信號(hào)無效時(shí)，DMA傳送被暫時(shí)終止，8237A釋放總線，CPU可繼續(xù)操作。如果外設(shè)又準(zhǔn)備好進(jìn)行傳送，可使DREQ信號(hào)再次有效，DMA傳送就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去。102（4）級(jí)聯(lián)方式利用這種方式可以把多個(gè)8237A連接在一起，以便擴(kuò)充系統(tǒng)的DMA通道數(shù)。下一級(jí)的HRQ接到上一級(jí)的某一通道的DREQ上，而上一級(jí)的響應(yīng)信號(hào)DACK可接下一級(jí)的HLDA，其連接如下圖所示。103圖8237A級(jí)聯(lián)方式104II．DMA傳送類型在前3種工作方式下，DMA傳送有3種類型：DMA讀、寫和校驗(yàn)。（1）DMA讀如果將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器傳送到外設(shè)，則8237A輸出

和有效信號(hào)。由有效從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，由有效把這一數(shù)據(jù)寫入外設(shè)。105（2）DMA寫如果將數(shù)據(jù)從外設(shè)傳送到存儲(chǔ)器，則8237A輸出

和有效信號(hào)。由

有效從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)，由有效把這一數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器。（3）DMA校驗(yàn)DMA校驗(yàn)是一種空操作。8237A也像DMA讀或DMA寫傳送一樣產(chǎn)生地址信號(hào)和

信號(hào)，但不發(fā)生存儲(chǔ)器和I/O讀寫控制信號(hào)，所以實(shí)際上并不真正進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。這種傳送類型一般用于對(duì)DMAC器件進(jìn)行測(cè)試時(shí)使用。106III．存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳送8237A具有存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳送功能，利用8237A編程命令寄存器，可以選擇通道0和通道1兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)由存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳送。107①固定優(yōu)先權(quán)方式：4個(gè)通道的優(yōu)先權(quán)是固定的，即通道0優(yōu)先權(quán)最高，依次降低，通道3最低。IV．DMA通道的優(yōu)先權(quán)方式8237A中的任一通道獲得服務(wù)后，其他通道無論優(yōu)先權(quán)高低，均被禁止，DMA傳送不存在嵌套。②循環(huán)優(yōu)先權(quán)方式：4個(gè)通道的優(yōu)先權(quán)是變化的，即最近一次服務(wù)的通道在下次循環(huán)中變成最低優(yōu)先權(quán)，其他通道依次輪流相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)。若3個(gè)通道已經(jīng)被服務(wù)，則剩下的通道一定是優(yōu)先權(quán)最高的。108V．自動(dòng)初始化方式若DMA通道設(shè)置為自動(dòng)初始化方式，則每當(dāng)DMA過程結(jié)束

信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，都用基地址寄存器和基字節(jié)數(shù)寄存器的內(nèi)容，使相應(yīng)的現(xiàn)行寄存器恢復(fù)為初始值，包括恢復(fù)屏蔽位，允許DMA請(qǐng)求。1092、8237A的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)8237A的內(nèi)部寄存器有兩類。一類稱為通道寄存器，每個(gè)通道包括基地址寄存器、當(dāng)前地址寄存器、基字節(jié)計(jì)數(shù)器、當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器和工作方式寄存器，這些寄存器的內(nèi)容在初始化編程時(shí)寫入；另一類為控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這類寄存器是4個(gè)通道公用的，其中控制寄存器用來設(shè)置8237A的傳送類型和請(qǐng)求控制等，初始化編程時(shí)寫入，而狀態(tài)寄存器存放8237A的工作狀態(tài)信息，共CPU讀取查詢。8237A內(nèi)部寄存器的端口地址分配及讀/寫操作功能見下表。110表8237A內(nèi)部寄存器端口地址分配及讀/寫操作功能通道號(hào)A3A2A1A0地址讀操作（

=0）寫操作（

=0）00000DMA+00H當(dāng)前地址寄存器基（當(dāng)前）地址寄存器0001DMA+01H當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器基（當(dāng)前）字節(jié)計(jì)數(shù)器10010DMA+02H當(dāng)前地址寄存器基（當(dāng)前）地址寄存器0011DMA+03H當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器基（當(dāng)前）字節(jié)計(jì)數(shù)器20100DMA+04H當(dāng)前地址寄存器基（當(dāng)前）地址寄存器0101DMA+05H當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器基（當(dāng)前）字節(jié)計(jì)數(shù)器30110DMA+06H當(dāng)前地址寄存器基（當(dāng)前）地址寄存器0111DMA+07H當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器基（當(dāng)前）字節(jié)計(jì)數(shù)器公用1000DMA+08H狀態(tài)寄存器控制寄存器1001DMA+09H

請(qǐng)求寄存器1010DMA