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文檔簡(jiǎn)介

1、并行、串行(I/O)接口,9.1 并行(I/O)接口 9.1.1 并行接口的特點(diǎn) 9.1.2 可編程并行接口芯片8255A 9.2 8255A應(yīng)用舉例 9.3 鍵盤、顯示器及其接口 9.3.1 概述 9.3.2 鍵盤識(shí)別原理 9.3.3 LED顯示器及其接口 9.4 串行接口和串行通信 9.4.1 串行通信的基本概念 9.4.2 串行接口,第 9 章,9.4.3 串行通信的三種方式 9.4.4 串行數(shù)據(jù)傳送方式 9.4.5 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 9.4.6 RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn) 9.5 可編程串行I/O接口8251A 9.5.1 8251A的基本工作原理 9.5.2 8251A的引腳特性 9.

2、5.3 8251A的控制字和狀態(tài)字 9.5.4 8251A的初始化編程 9.5.5 8251A的應(yīng)用示例,9.4 串行接口和串行通信,了解: 串行通信的一般概念 工作方式、同步方式、數(shù)據(jù)格式、物理標(biāo)準(zhǔn) 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) EIA RS-232C 可編程串行異步通信接口8251(UART) 連接、編程、應(yīng)用 UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter,*,9.4 串行接口和串行通信,9.4.1 串行通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳送有兩種方式: 并行傳送:數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送,在傳送時(shí),每一位數(shù)據(jù)占一根數(shù)據(jù)線。 串行傳送:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后放到一根數(shù)據(jù)線

3、上,依次一位一位地從低位到高位按時(shí)間先后傳送。 波特率 :每秒鐘傳送串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位數(shù) 例如,每秒鐘傳送1200位串行數(shù)據(jù),其波特率為1200,9.4 串行接口和串行通信,9.4.2 串行接口 串行接口的主要任務(wù) (1)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。 (2)實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化。 (3)可靠性檢驗(yàn)。 (4)實(shí)施接口與通信設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)控制。,9.4.3 串行通信的三種方式,全雙工,半雙工,單工,示例,9.4.4 串行數(shù)據(jù)傳送方式,串行通信時(shí)的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號(hào)線傳送 收發(fā)雙方必須遵守共同的通信協(xié)議(通信規(guī)程),才能解決傳送速率、信息格式、位同步、字符同步、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等問(wèn)題 串行異步通信以字符為單

4、位進(jìn)行傳輸,其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議,1.異步通信,起止式異步通信協(xié)議,起始位每個(gè)字符開始傳送的標(biāo)志,起始位采用邏輯0電平,數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個(gè)二進(jìn)制位組成,低位先傳送,校驗(yàn)位用于校驗(yàn)是否傳送正確;可選擇奇檢驗(yàn)、偶校驗(yàn)或不傳送校驗(yàn)位,停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯1電平,可選擇1、1.5或2位,空閑位傳送字符之間的邏輯1電平,表示沒(méi)有進(jìn)行傳送,數(shù)據(jù)傳輸速率,數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率(Bit Rate) 每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)bps 字符中每個(gè)二進(jìn)制位持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度都一樣,為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù) 當(dāng)進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)碼傳輸,且每位時(shí)間長(zhǎng)度相等時(shí),比特率還等于波特率(Baud

5、 Rate) 過(guò)去,串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率限制在50 bps到9600 bps之間。現(xiàn)在,可以達(dá)到115200 bps或更高,2. 同步通信,以一個(gè)數(shù)據(jù)塊(幀)為傳輸單位,每個(gè)數(shù)據(jù)塊附加1個(gè)或2個(gè)同步字符,最后以校驗(yàn)字符結(jié)束 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高,但硬件電路比較復(fù)雜 串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中 最常使用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC,9.4.5 信號(hào)的調(diào)制與調(diào)器,調(diào)制(Modulating) 把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電話線路傳送的模擬信號(hào) 解調(diào)(Demodulating) 將電話線路的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 調(diào)制解調(diào)器MODEM 具有調(diào)制和解調(diào)功能的器件合制在一個(gè)裝置,示例,9.

6、4.6 RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)串行接口 1962年公布,1969年修訂 1987年1月正式改名為EIA-232D 設(shè)計(jì)目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器 現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(例如計(jì)算機(jī))與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(例如調(diào)制解調(diào)器)的標(biāo)準(zhǔn)接口 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,也可近距離連接兩臺(tái)微機(jī) 屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層:物理層,9.4.6 RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn),232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個(gè)25針連接器 絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個(gè)信號(hào),所以就有了9針連接器 232C包括兩個(gè)信道:主信道和次信道 次信道為輔助串行通道提供數(shù)據(jù)控制和通道,但其傳輸速率比主信道要低得多,其他跟

7、主信道相同,通常較少使用,RS-232C的引腳(1),TxD:發(fā)送數(shù)據(jù) 串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端 RxD:接收數(shù)據(jù) 串行數(shù)據(jù)的接收端,RS-232C的引腳(2),RTS:請(qǐng)求發(fā)送 當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時(shí),就發(fā)出有效的RTS信號(hào),用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) CTS:清除發(fā)送(允許發(fā)送) 當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)出CTS有效信號(hào)來(lái)響應(yīng)RTS信號(hào) RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對(duì)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號(hào),RS-232C的引腳(3),DTR:數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 通常當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電,該信號(hào)就有效,表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備就緒 DSR:數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好 通常表

8、示數(shù)據(jù)通信設(shè)備(即數(shù)據(jù)裝置)已接通電源連到通信線路上,并處在數(shù)據(jù)傳輸方式 DTR和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號(hào),例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收,RS-232C的引腳(4),GND:信號(hào)地 為所有的信號(hào)提供一個(gè)公共的參考電平 CD:載波檢測(cè)(DCD) 當(dāng)本地調(diào)制解調(diào)器接收到來(lái)自對(duì)方的載波信號(hào)時(shí),該引腳向數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供有效信號(hào) RI:振鈴指示 當(dāng)調(diào)制解調(diào)器接收到對(duì)方的撥號(hào)信號(hào)期間,該引腳信號(hào)作為電話鈴響的指示、保持有效,RS-232C的引腳(5),保護(hù)地(機(jī)殼地) 起屏蔽保護(hù)作用的接地端,一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定,連接到設(shè)備的外殼或大地 TxC:發(fā)送器時(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時(shí)

9、鐘信號(hào) RxC:接收器時(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào),RS-232C的連接,微機(jī)利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)器,用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)電話線路的遠(yuǎn)距離通信 微機(jī)利用232C接口直接連接進(jìn)行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器,所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器(Null Modem)連接,連接調(diào)制解調(diào)器,不使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的3線相連方式,為了交換信息,TxD和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接 程序中不必使RTS和DTR有效 也不應(yīng)檢測(cè)CTS和DSR是否有效,“偽”使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的3線相連方式,RTS和CTS各自互接,DTR和DSR各自互接 表明請(qǐng)求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)備好,使用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的多線相連方式,通信比較可靠 所用

10、連線較多,不如前者經(jīng)濟(jì),RS-232C的電氣特性,232C接口采用EIA電平 高電平為3V15V 低電平為3V15V 實(shí)際常用12V或15V,標(biāo)準(zhǔn)TTL電平 高電平:2.4V5V 低電平:0V0.4V,相互轉(zhuǎn)換,9.5 可編程串行I/O接口8251A,串行傳輸,需要并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)換,并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個(gè)字符(或數(shù)據(jù)塊) 這些工作可由軟件實(shí)現(xiàn),也可用硬件實(shí)現(xiàn) 通用異步接收發(fā)送器UART是串行異步通信的接口電路芯片,IBM PC/XT機(jī)的UART芯片是INS 8250,后來(lái)使用NS16550 本節(jié)講授用于同步和異步串行通信的8251,9.5.1 8251A的基本工作原理,可以實(shí)

11、現(xiàn)異步通訊方式和同步通訊方式。波特率:同步方式下:0-64Kbps; 異步方式下:0-19.2Kbps。 同步方式下,每字符為5,6,7,8位,能自動(dòng)檢測(cè)同步字符,自動(dòng)添加奇偶校驗(yàn)。 異步方式下,每字符可為5,6,7,8位,自動(dòng)增加起始位、停止位和校驗(yàn)位。,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,接收控制電路,串并 轉(zhuǎn)換,發(fā)送 緩沖器,緩沖器,并串 轉(zhuǎn)換,發(fā)送控制電路,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,DSR,DTR,CTS,RTS,D7-D0,內(nèi) 部 總 線,TXD,RXD,TXEMPTY,TXC,RXRDY,RXC,SYNDET,TXRDY,發(fā)送器,接收器

12、,圖 9-29 8251A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,接收,9.5.1 8251A的基本工作原理,8251的引腳信號(hào),TxRDY: 告訴CPU,8251已準(zhǔn)備好發(fā)送,CPU可以為其提供需要發(fā)送的字符。CPU可以查詢?cè)撔盘?hào),或把該信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。 RxRDY: 通知CPU,8251已從外部設(shè)備收到一個(gè)字符,等待CPU讀取。CPU可以查詢?cè)撔盘?hào),或把該信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。,8251的引腳信號(hào)(續(xù)),TxE:通知CPU發(fā)送移位寄存器空。此時(shí),在狀態(tài)寄存器的TxE位置1。CPU可以查詢TxE信號(hào)或狀態(tài)寄存器的TxE位。 C/D*: 該信號(hào)一般連至地址線A0,用于選擇控制端口/數(shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器合

13、用一個(gè)端口(為0,偶地址),控制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個(gè)端口(為1,奇地址)。,8251的引腳信號(hào)(續(xù)),SYNDET:同步檢測(cè)信號(hào),只用于同步方式 TxC、RxC: 8251沒(méi)有內(nèi)置的波特率發(fā)生器,必須由外部產(chǎn)生建立波特率的時(shí)鐘信號(hào),TxC、RxC通常與8253連接,端口對(duì)應(yīng)的操作,2 8251的工作方式,異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送 異步串行數(shù)據(jù)接收 同步串行數(shù)據(jù)發(fā)送 同步串行數(shù)據(jù)接收,1. 異步串行數(shù)據(jù)的發(fā)送,在內(nèi)部控制位TxEN1、CTS*為0時(shí)可以發(fā)送,2. 起始位的檢測(cè),起始檢測(cè),確定已檢測(cè)到起始位,采樣數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍 正確識(shí)別起始位,防止因干擾引起的誤識(shí)別,3

14、. 異步串行數(shù)據(jù)的接收,雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu) 保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收,4. 接收錯(cuò)誤的處理,奇偶錯(cuò)誤PE(Parity Error) 若接收到的字符的“1”的個(gè)數(shù)不符合奇偶校驗(yàn)要求 幀錯(cuò)誤FE(Frame Error) 若接收到的字符格式不符合規(guī)定(如缺少停止位) 溢出錯(cuò)誤OE(Overrun Error) 若接收移位寄存器接收到一個(gè)數(shù)據(jù),并送至輸入緩沖器時(shí),CPU還未取走前一個(gè)數(shù)據(jù),就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出 若接收緩沖器的級(jí)數(shù)多,則溢出錯(cuò)誤的幾率就少,5. 同步串行發(fā)送數(shù)據(jù),CPU,發(fā)送緩沖寄存器,發(fā)送移位寄存器,同步控制,8251,TxD,6. 同步串行接收數(shù)據(jù),0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0

15、/1,3 8251的寄存器,8251內(nèi)部有模式寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及同步字符寄存器。用奇地址(C/D*=1)訪問(wèn)。 有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器:數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器,用偶地址(C/D*=0)訪問(wèn)。,模式寄存器(異步),S2S1停止位的數(shù)目: 00無(wú)意義 011位停止位 101位半停止位 112位停止位,奇偶校驗(yàn): PEN 1有校驗(yàn) 0 無(wú)校驗(yàn) EP 0 奇校驗(yàn) 1 偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)位的數(shù)目: 005位 016位 107位 118位,波特率因子: 00同步模式 01波特率因子為1 10波特率因子為16 11波特率因子為64,模式寄存器(同步),SCS同步字符數(shù): 0 2個(gè)同步字符 1 1

16、個(gè)同步字符,ESD同步方式: 0 內(nèi)同步 1 外同步,奇偶校驗(yàn): PEN 1有校驗(yàn) 0 無(wú)校驗(yàn) EP 0 奇校驗(yàn) 1 偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)位的數(shù)目: 005位 016位 107位 118位,控制寄存器,搜索同步字符,進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位,使RTS*輸出低電平,接收允許,發(fā)送允許,錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位,間斷發(fā)送,使DTR*輸出低電平,狀態(tài)寄存器,DSR引腳為低電平,與SYNDET引腳電平相同,幀格式錯(cuò)誤,和TxE引腳電平相同,數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)空,超越錯(cuò)誤,奇偶錯(cuò)誤,和RxRDY引腳相同,9.5.4 8251A 初始化流程,例1 異步模式下的初始化程序舉例,假設(shè)8251的兩個(gè)端口地址分別是50H和52H MOVAL,0FA

17、H OUT52H,AL ;設(shè)置模式字,異步模式,波特率因子16,7位數(shù)據(jù)位,偶校驗(yàn),2個(gè)停止位 MOVAL,37H OUT52H,37H ;設(shè)置控制字,允許發(fā)送,允許接收,模式字,控制字,例2 同步模式下的初始化程序舉例,MOV AL,38H;2個(gè)同步字符,偶校驗(yàn),7位 OUT 52H,AL MOV AL,16H;16H為同步字符 OUT 52H,AL OUT 52H,AL MOV AL,97H;搜索同步字符,雙工方式 OUT 52H,AL,模式字,控制字,例3 利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例,用查詢方式串行輸入80個(gè)字符,并把字符存放到緩沖區(qū)BUFF中 8251初始化 查詢RxRDY狀態(tài)位 考慮出

18、錯(cuò)情況,8251軟復(fù)位,MOV CX,3 XOR AL,AL MOV DX,CNTPORT AGA:OUT DX,AL CALL DELAY LOOP AGA MOV AL,40H;軟復(fù)位命令 OUT DX,AL CALL DELAY,查詢式串行輸入,初始化,MOV AL,5AH OUT DX,AL ;7位數(shù)據(jù),1位停止位,奇校驗(yàn),波特率因子16 CALL DELAY MOV AL,17H OUT DX,AL ;清除錯(cuò)誤標(biāo)志,全雙工,DTR有效 CALL DELAY,查詢式串行輸入,循環(huán)初始化,MOV AX,DATA MOV DS,AX LEA BX,BUFF MOV CX,80,查詢式串行輸

19、入,查詢狀態(tài),MOV DX,CNTPORT STATUS:IN AL,DX TEST AL,02H ;RxRDY1? JZ STATUS MOV DX,DATAPORT IN AL,DX MOV BX,AL INC BX,查詢式串行輸入,判斷錯(cuò)誤,MOV DX,CNTPORT IN AL,DX TEST AL,38H ;有沒(méi)有錯(cuò)誤 JNZ ERR LOOP STATUS JMP EXIT ERR: EXIT:,查詢式串行輸入,對(duì)于8251A異步通信初始化程序段如下,若8251A采用異步通信方式,設(shè)定字符7位數(shù)據(jù)、1位偶校驗(yàn)、2位停止位,倍頻系數(shù)(波特率因子)為16。方式控制字為FAH。 命令控

20、制字37H使TxEN為1,發(fā)送允許:使請(qǐng)求發(fā)送處于有效電平;使RxEN為1,讓接收也允許;使數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)處于有效電平,通知調(diào)制解調(diào)器,CPU已經(jīng)準(zhǔn)備就緒;清除了出錯(cuò)標(biāo)志等。 程序?qū)崿F(xiàn): MOV AL, OFAH;設(shè)置方式字 OUT 52H, AL MOV AL, 37H;設(shè)置命令字,啟動(dòng)發(fā)送 OUT 52H, AL,對(duì)于8251A同步通信初始化程序段如下,若8251A采用同步通信方式,“奇”端口地址仍為52H。8251A初始化程序往52H端口中設(shè)置的依次為方式字、同步字符和命令字。 方式控制字為38H。它設(shè)置了內(nèi)同步方式、2個(gè)同步字符、7位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)。2個(gè)同步字符可以相同,也可以不同,這里均為16H。 命令控制字為97H。它使8251A的發(fā)送器、接收器啟動(dòng);開始對(duì)同步字符進(jìn)行檢索;CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;使?fàn)顟B(tài)寄存器中的3

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