微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(串行通訊)

1、串行通訊課程設(shè)計一、 設(shè)計意義在信息飛速發(fā)展的時代，計算機的應(yīng)用越來越廣泛。而微機原理是機械工業(yè)控制設(shè)備的理論基礎(chǔ)，學好了就能在激烈的競爭環(huán)境中找到一份好一點的工作。理論課程學習是讓學生學習基本理論知識，對課程內(nèi)容和原理有比較深刻的理解，只要從理論上理解，不用考慮實際的可行性。通過本次課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，不僅需要在理論上能實現(xiàn)而且還要考慮實際的可行性，不能紙上談兵。二、 設(shè)計目的1、 了解串行通信的基本原理。2、 掌握串行接口芯片8251的工作原理。3、 掌握8251芯片的編程方法

2、。4、 了解8253的初始化。5、 鞏固和加深在微機原理課程中所學的理論知識。通過課程設(shè)計加深理解課堂教學內(nèi)容，掌握計算機接口技術(shù)的基本應(yīng)用方法。6、 學會查閱相關(guān)手冊與資料，培養(yǎng)獨立分析與解決問題能力。三、 設(shè)計環(huán)境PC機一臺，串行通訊接口芯片8251A一片，8253一片。TC-1集成開發(fā)環(huán)境實驗箱一臺。四、設(shè)計題目及要求4.1 設(shè)計題目串行通訊4.2 設(shè)計要求設(shè)計一個串行通信系統(tǒng)，用軟件編程和硬件實驗來實現(xiàn)。具體要求：用8253芯片作為計數(shù)器，用于產(chǎn)生8251的發(fā)送和接受時鐘。TXD和RXD連在一起。從PC機的鍵盤輸入一個字符，將其ASCII碼加1后發(fā)送出去，在接受回來在屏幕上顯示，實現(xiàn)自

3、發(fā)自收。8251的控制端口地址為2B9H,數(shù)據(jù)口地址為2B8H.8253計數(shù)器的計算初值=時鐘頻率/(波特率*波特率因子)，這里的時鐘頻率接1MHZ,波特率若選1200，波特因子若選16，則計數(shù)器初值為52。收發(fā)采用查詢方式。五、設(shè)計原理5.18251A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019.2K。2同步方式下的格式每個字符可以用5、6、7或8位來表示，并且內(nèi)部能自動檢測同步字符，從而實現(xiàn)同步。除此之外，8251A也允許同步方式下增加奇/偶校驗位進行校驗。3異步方式下的格式每個字符也

4、可以用5、6、7或8位來表示，時鐘頻率為傳輸波特率的1、16或64倍，用1位作為奇/偶校驗。1個啟動位。并能根據(jù)編程為每個數(shù)據(jù)增加1個、15個或2個停止位?？梢詸z查假啟動位，自動檢測和處理終止字符。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提供出錯檢測具有奇偶、溢出和幀錯誤三種校驗電路。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)送器將自動送出1個2個同步字符，然后

5、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)出的中斷請求信號。當發(fā)送器中的8位數(shù)據(jù)串行發(fā)送完畢時，由發(fā)送控制電路向CPU發(fā)出TXE有效信號，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線上檢測低電平，將檢測到的低電平作為起始位, 8251A開始進行采樣，完成字符裝配，并進行奇偶校驗和去掉停止位，變成了并行數(shù)據(jù)后，送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，同時發(fā)出RXRDY信號送CPU，表示已經(jīng)收到一個可用的數(shù)據(jù)。同步方式：首先搜索同步字符

6、。8251A監(jiān)測RXD線，每當RXD線上出現(xiàn)一個數(shù)據(jù)位時，接收下來并送入移位寄存器移位，與同步字符寄存器的內(nèi)容進行比較，如果兩者不相等，則接收下一位數(shù)據(jù)，并且重復(fù)上述比較過程。當兩個寄存器的內(nèi)容比較相等時，8251A的SYNDET升為高電平，表示同步字符已經(jīng)找到，同步已經(jīng)實現(xiàn)。采用雙同步方式，就要在測得輸入移位寄存器的內(nèi)容與第一個同步字符寄存器的內(nèi)容相同后，再繼續(xù)檢測此后輸入移位寄存器的內(nèi)容是否與第二個同步字符寄存器的內(nèi)容相同。如果相同，則認為同步已經(jīng)實現(xiàn)。在外同步情況下，同步輸入端SYNDET加一個高電位來實現(xiàn)同步的。實現(xiàn)同步之后，接收器和發(fā)送器間就開始進行數(shù)據(jù)的同步傳輸。這時，接收器利用時

7、鐘信號對RXD線進行采樣，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)出一個信號，表示收到了一個字符。3數(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8位的緩沖寄存器：兩個寄存器分別用來存放CPU向8251A讀取的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。一個寄存器用來存放CPU向8251A寫入的數(shù)據(jù)或控制。4讀/寫控制電路讀/寫控制電路用來配合數(shù)據(jù)總線緩沖器的工作。功能如下：(1) 接收寫信號，并將來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)和控制字寫入8251A；(2) 接收讀信號，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C/，高電平時為控制字或狀態(tài)字；低電平時為數(shù)據(jù)。 (4

8、) 接收時鐘信號CLK完成8251A的內(nèi)部定時； (5) 接收復(fù)位信號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)控制電路用來簡化8251A和調(diào)制解調(diào)器的連接。5.38251A的引腳功能1、8251A和CPU之間的連接信號8251A和CPU之間的連接信號可以分為四類： a)片選信號 ：片選信號，它由CPU的地址信號通過譯碼后得到。b)數(shù)據(jù)信號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/寫控制信號 ：讀信號，低電平時， CPU當前正在從8251A讀取數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息。 ：寫信號，低電

9、乎時， CPU當前正在往8251A寫入數(shù)據(jù)或者控制信息。 C/：控制/數(shù)據(jù)信號，用來區(qū)分當前讀/寫的是數(shù)據(jù)還是控制信息或狀態(tài)信息。該信號也可看作是8251A數(shù)據(jù)口/控制口的選擇信號。由此可知，、C/這3個信號的組合，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偶地址，而狀態(tài)端口和控制端口合用同一個奇地址。c)收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號 TXRDY：發(fā)送器準備好信號，用來通知CPU，8251A已準備好發(fā)送一個字符。 TXE：發(fā)送器空信號，TXE為高電平時有效，用來表示此時8251A發(fā)送器中并行到串行轉(zhuǎn)換器空，說明一個發(fā)送動作已完成。 RXRDY：接收器準備好信

10、號，用來表示當前8251A已經(jīng)從外部設(shè)備或調(diào)制解調(diào)器接收到一個字符，等待CPU來取走。因此，在中斷方式時，RXRDY可用來作為中斷請求信號；在查詢方式時，RXRDY可用來作為查詢信號。 SYNDET：同步檢測信號，只用于同步方式。28251A與外部設(shè)備之間的連接信號8251A與外部設(shè)備之間的連接信號分為兩類：a) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號 ：數(shù)據(jù)終端準備好信號，通知外部設(shè)備，CPU當前已經(jīng)準備就緒。 ：數(shù)據(jù)設(shè)備準備好信號，表示當前外設(shè)已經(jīng)準備好。 ：請求發(fā)送信號，表示CPU已經(jīng)準備好發(fā)送。 ：允許發(fā)送信號，是對的響應(yīng)，由外設(shè)送往8251A。實際使用時，這4個信號中通常只有必須為低電平，其它3個信號可以懸空

11、。b) 數(shù)據(jù)信號 TXD：發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出信號。當CPU送往8251A的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，通過TXD送往外設(shè)。 RXD：接收器數(shù)據(jù)輸入信號。用來接收外設(shè)送來的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進入8251A后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿蟹绞健?. 時鐘、電源和地8251A除了與CPU及外設(shè)的連接信號外，還有電源端、地端和3個時鐘端。 CLK：時鐘輸入，用來產(chǎn)生8251A器件的內(nèi)部時序。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)送器時鐘輸入，用來控制發(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芈剩惒椒绞较?，TXC的頻率可以為字符傳輸波特率的1倍

12、、16倍或者64倍。 RXD:接收器時鐘輸入，用來控制接收字符的速度，和TXC一樣。在實際使用時，RXC和TXC往往連在一起，由同一個外部時鐘來提供，CLK則由另一個頻率較高的外部時鐘來提供。 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： 48251A的初始化 a)芯片復(fù)位以后，第一次用奇地址端口寫入的值作為模式字進入模式寄存器。b

13、)如果模式字中規(guī)定了8251A工作在同步模式，c)由CPU用奇地址端口寫入的值將作為控制字送到控制寄存器，而用偶地址端口寫入的值將作為數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器。六、設(shè)計方案6.1、硬件設(shè)計6.1.1設(shè)計原理圖從鍵盤輸入一個字符,將其ASCII碼加 1 后發(fā)送出去,再接收回來在屏幕上顯示，實現(xiàn)自發(fā)自收。6.1.2、實驗注意事項在本實驗方案中有以下幾點需要注意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計數(shù)器的計數(shù)初值=時鐘頻率/（波特率*波特因子），這里的時鐘頻率接1MHZ，波特率若選1200，波特因子若選16，則計數(shù)器初值為52。3、收發(fā)采用查詢模式。6.2

14、軟件設(shè)計6.2.1程序流程圖6.2.2編程實現(xiàn)data segment ioport equ 0cc00h-0280h io8253aequ ioport+280h io8253bequ ioport+283h io8251aequ ioport+2b8h io8251bequ ioport+2b9h mes1 db 'you can play a key on the keybord!',0dh,0ah,24h mes2 dd mes1data endscode segment assume cs:code,ds:datastart: mov ax,data mov ds,a

15、x mov dx,io8253b ;設(shè)置8253計數(shù)器0工作方式 mov al,16h out dx,al mov dx,io8253a mov al,52 ;給8253計數(shù)器0送初值 out dx,al mov dx,io8251b ;初始化8251 xor al,al mov cx,03 ;向8251控制端口送3個0 delay: call out1 loop delay mov al,40h ;向8251控制端口送40H,使其復(fù)位 call out1 mov al,4eh ;設(shè)置為1個停止位,8個數(shù)據(jù)位,波特率因子為16 call out1 mov al,27h ;向8251送控制字允許

16、其發(fā)送和接收 call out1 lds dx,mes2 ;顯示提示信息 mov ah,09 int 21hwaiti: mov dx,io8251b in al,dx test al,01 ;發(fā)送是否準備好 jz waiti mov ah,01 ;是,從鍵盤上讀一字符 int 21h cmp al,27 ;若為ESC,結(jié)束 jz exit mov dx,io8251a inc al out dx,al ;發(fā)送 mov cx,40hs51: loop s51 ;延時next: mov dx,io8251b in al,dx test al,02 ;檢查接收是否準備好 jz next ;沒有,等

17、待 mov dx,io8251a in al,dx ;準備好,接收 mov dl,al mov ah,02 ;將接收到的字符顯示在屏幕上 int 21h jmp waitiexit: mov ah,4ch ;退出 int 21hout1 proc near ;向外發(fā)送一字節(jié)的子程序 out dx,al push cx mov cx,40hgg: loop gg ;延時 pop cx retout1 endpcode ends七、調(diào)試運行1.對設(shè)計原理圖進行檢查。主要針對電路連接中的線路連接進行檢查，并生成對應(yīng)電路的網(wǎng)表。特別是對電路節(jié)點的連接檢查。2.對設(shè)計的程序進行語法檢查。檢查程序中存在的

18、語法錯誤。編譯連接并下載到芯片中。3.對設(shè)計進行綜合調(diào)試。對下載到芯片中的程序進行功能檢查。直到完成設(shè)計要求的功能。運行結(jié)果：通過對下載的程序的調(diào)試，完成了設(shè)計要求的任務(wù)：從鍵盤上輸入一個字符，將其ASCII碼加1后發(fā)送出去，在接受回來在屏幕上顯示，實現(xiàn)自發(fā)自收。八、課程設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在本次微機原理課程設(shè)計過程中，也遇到不少問題，如對8251A芯片某些引腳的功能不是很了解，在連線過程中出現(xiàn)線路錯誤，在運用匯編語言進行軟件編程中，對匯編的某些指令不是很了解，出現(xiàn)編程錯誤，導致程序不能正常運行等。當然出現(xiàn)問題后解決問題才是最重要的，發(fā)現(xiàn)問題彌補自己在某些知識方面的漏洞，使自己在實踐中得到真正的進步，才是這次課程設(shè)計的真正意義?？傊ㄟ^本次課程設(shè)計，鍛煉了自己的動手能力，使自己將課本上學到的