微機(jī)原理電子教案第6章

1、第第6章章 串并行通信和接口技術(shù)串并行通信和接口技術(shù)本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)串行通信的幾種方式8251A的編程結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)8251A和CPU的信號(hào)連接以及和外設(shè)的信號(hào)連接低檔接口芯片和高檔數(shù)據(jù)總線的連接8251A的模式寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器的格式8251A的初始化流程8251A的使用8255A和CPU的信號(hào)連接以及和外設(shè)的信號(hào)連接8255A的三種工作方式和設(shè)置方法8255A的C端口置0/置1 教學(xué)建議教學(xué)建議以8251A和8255A的使用為目標(biāo)。本章用5學(xué)時(shí)，其中： 8251A 2學(xué)時(shí)8255A 3學(xué)時(shí) 6.1接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接 接口的功能 接口與系統(tǒng)的

2、連接 6.1.1接口的功能接口的功能 基本功能：在系統(tǒng)和I/O設(shè)備之間傳輸信號(hào)提供緩沖作用 1. 尋址功能尋址功能 識(shí)別區(qū)別存儲(chǔ)器和I/O的信號(hào) 識(shí)別片選信號(hào) 選擇接口中的寄存器 2. 輸入輸出功能輸入輸出功能 根據(jù)讀寫(xiě)信號(hào)判斷傳輸方向 傳輸數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息3. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 把CPU的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一些外設(shè)所需的串行數(shù)據(jù)；把外設(shè)的串行信息轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送往CPU。 4. 聯(lián)絡(luò)功能聯(lián)絡(luò)功能 當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完后，能通知CPU。 5. 中斷管理功能中斷管理功能 發(fā)送中斷請(qǐng)求和接收中斷響應(yīng) 發(fā)送中斷類(lèi)型號(hào) 優(yōu)先級(jí)管理功能。 6. 復(fù)位功能復(fù)位功能 接收復(fù)位信號(hào)7. 可編程功能可編程功能

3、可以用軟件使其工作于不同的方式 用軟件來(lái)設(shè)置控制信號(hào) 8. 錯(cuò)誤檢測(cè)功能錯(cuò)誤檢測(cè)功能 當(dāng)前多數(shù)可編程接口芯片能檢測(cè)下列兩類(lèi)錯(cuò)誤： 傳輸錯(cuò)誤 覆蓋錯(cuò)誤 6.1.2接口與系統(tǒng)的連接接口與系統(tǒng)的連接 接口可分為兩個(gè)部分 和I/O設(shè)備相連和系統(tǒng)總線相連 和外部連接典型的I/O接口6.2串行接口和串行通信串行接口和串行通信 串行接口 串行通信涉及的幾個(gè)問(wèn)題 6.2.1串行接口串行接口 串行接口部件有4個(gè)主要寄存器，即：控制寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器。6.2.2串行通信涉及的幾個(gè)問(wèn)題串行通信涉及的幾個(gè)問(wèn)題 全雙工方式和半雙工方式 同步方式和異步方式 傳輸率 1. 全雙工方式和半雙工方式全

4、雙工方式和半雙工方式 全雙工方式：接收和發(fā)送用不同的通路。 半雙工方式：輸入和輸出使用同一通路。全雙工方式和半雙工方式（a） 全雙工方式（b） 半雙工方式 2. 同步方式和異步方式同步方式和異步方式 傳輸方式：同步通信異步通信同步方式和異步方式比較：同步方式的信息有效率高。同步方式需傳輸時(shí)鐘信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的異步通信數(shù)據(jù)格式 3. 串行通信的傳輸率串行通信的傳輸率 例、異步傳輸過(guò)程：設(shè)每個(gè)字符對(duì)應(yīng)1個(gè)起始位、7個(gè)信息位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位，如果波特率為1 200bps，那么，每秒鐘能傳輸?shù)淖畲笞址麛?shù)為1 200/10120個(gè)。 例二.同步傳輸：用1 200bps的波特率工作，用4個(gè)同步字符作

5、為信息幀頭部，但不用奇偶校驗(yàn)，那么，傳輸100個(gè)字符所用的時(shí)間為7(100+4)/1 2000.606 7s，這就是說(shuō)，每秒鐘能傳輸?shù)淖址麛?shù)可達(dá)到100/0.606 7165個(gè)?？梢?jiàn)，在同樣的傳輸率下，同步傳輸時(shí)實(shí)際字符傳輸率要比異步傳輸時(shí)高。 6.3可編程串行通信接口可編程串行通信接口8251A 8251A的基本性能 8251A的基本工作原理 8251A的對(duì)外信號(hào) 8251A的編程 8251A編程舉例 8251A的使用實(shí)例 6.3.1 8251A的基本性能的基本性能 可以工作在同步或異步方式。 在同步方式時(shí)，能用5、6、7或8位代表字符能自動(dòng)檢測(cè)同步字符允許奇偶校驗(yàn)。在異步方式下能用5、6、

6、7或8位代表字符，用1位作為奇偶校驗(yàn)。能增加1個(gè)啟動(dòng)位能增加1個(gè)、1.5個(gè)或2個(gè)停止位。 6.3.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理 8251A的編程結(jié)構(gòu) 8251A的功能結(jié)構(gòu) 8251A的發(fā)送和接收 1. 8251A的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 具體編程結(jié)構(gòu)和外部連接如下圖28251A的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu) 接收控制電路的功能： 復(fù)位后尋找啟動(dòng)位。消除假啟動(dòng)干擾。對(duì)接收到的信息進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。檢測(cè)停止位。 發(fā)送控制電路功能：在異步方式下，為數(shù)據(jù)加上起始位、校驗(yàn)位和停止位。在同步方式下，插入同步字符和校驗(yàn)位。 讀寫(xiě)控制邏輯電路功能：接收WR，寫(xiě)入數(shù)據(jù)和控制字接收RD，讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字接收C/D。接

7、收CLK，完成內(nèi)部定時(shí)。接收RESET。8251A的內(nèi)部工作原理 3. 8251A的發(fā)送和接收的發(fā)送和接收 (1) 異步接收方式 (2) 異步發(fā)送方式下圖為8251A工作在異步方式時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸格式 (3) 同步接收方式 (4) 同步發(fā)送方式 下圖為8251A工作在同步方式時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸格式 6.3.3 8251A的對(duì)外信號(hào)的對(duì)外信號(hào) 8251A和CPU之間的連接信號(hào) 8251A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào) 1. 8251A和和CPU之間的連接信號(hào)之間的連接信號(hào) (1) 片選信號(hào) CS#為低電平時(shí)，8251A被選中(2) 數(shù)據(jù)信號(hào) D7D0與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連 (3) 讀寫(xiě)控制信號(hào) RD#為讀信號(hào)。W

8、R#為寫(xiě)信號(hào)。C/D#為控制/數(shù)據(jù)信號(hào)。 (4) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)TXRDY為發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)TXE 發(fā)送器空信號(hào)RXRDY 接收器準(zhǔn)備好信號(hào)SYNDET 同步檢測(cè)信號(hào)2. 8251A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)與外部設(shè)備之間的連接信號(hào) (1) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào) DTR# 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào) DSR# 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào) RTS# 請(qǐng)求發(fā)送信號(hào) CTS# 清除請(qǐng)求發(fā)送信號(hào) (2) 數(shù)據(jù)信號(hào) TXD 發(fā)送器數(shù)據(jù)信號(hào)端 RXD 接收器數(shù)據(jù)信號(hào)端 6.3.4 8251A的編程的編程 8位接口和16位數(shù)據(jù)總線的連接問(wèn)題 8251A的初始化 模式寄存器的格式 控制寄存器的格式 狀態(tài)寄存器的格式 1. 關(guān)于關(guān)于8位接

9、口芯片和位接口芯片和16位數(shù)據(jù)總線的連接問(wèn)題位數(shù)據(jù)總線的連接問(wèn)題 解決方法：硬件上，將總線的A1與芯片的A0相連軟件上，用連續(xù)的偶地址代替奇偶地址2. 8251A的初始化的初始化 8251A初始化的約定 ：復(fù)位后，用奇地址寫(xiě)入的值送模式寄存器。 若為同步模式，接著往奇地址端口輸出的字節(jié)為同步字符。此后，除復(fù)位命令，往奇地址寫(xiě)入的值將送到控制寄存器，往偶地址端口寫(xiě)入的值送到數(shù)據(jù)輸出寄存器。 8251A的初始化流程圖 3. 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 下圖為8251A模式寄存器的格式(a) 異步模式；(b) 同步模式 4. 控制寄存器的格式控制寄存器的格式 5. 狀態(tài)寄存器的格式狀態(tài)寄存器的

10、格式 6.3.5 8251A編程舉例編程舉例 異步模式下的初始化程序舉例 同步模式下的初始化程序舉例 利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例 1. 異步模式下的初始化程序舉例異步模式下的初始化程序舉例 MOV AL，0FAHOUT 42H，AL；設(shè)置模式字，為異步模式； 波特率因子為16；用7個(gè)數(shù) 據(jù)位，偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位MOVAL，37HOUT42H，AL；設(shè)置控制字，使發(fā)送啟動(dòng)、 接收啟動(dòng)，并設(shè)置有關(guān)信號(hào) 2. 同步模式下的初始化程序舉例同步模式下的初始化程序舉例 MOVAL，38HOUT42H，AL；設(shè)置模式字為同步模式，2 個(gè)同步字符，7個(gè)數(shù)據(jù)位， 偶校驗(yàn)MOVAL，16HOUT42H，ALOUT4

11、2H，AL；兩個(gè)同步字符均為16HMOV AL，97HOUT 42H，AL；設(shè)置控制字，并啟動(dòng)3. 利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例 MOV AL,0FAHOUT 42H,AL；設(shè)置模式字，異步模式，波 特率因子為16，7個(gè)數(shù)據(jù) 位，2個(gè)停止位，偶校驗(yàn)MOV AL,35HOUT 42H,AL；設(shè)置控制字，并啟動(dòng) MOV DI,0 ；變址寄存器初始化 MOV CX,80 ；共收取80個(gè)字符BEGIN: IN AL,42H TEST AL,02H JZ BEGIN；讀狀態(tài)字并測(cè)試IN AL,40H ；讀取字符MOV DX,OFFSET BUFFERMOV DX+DI,AL ；傳輸字

12、符INC DI ；修改緩沖區(qū)指針I(yè)N AL,42H ；讀取狀態(tài)字TEST AL,38H ；測(cè)試有無(wú)錯(cuò)誤 JNZ ERROR LOOP BEGIN ；如沒(méi)有錯(cuò)，則接收 下1個(gè)字符 JMP EXIT ；如滿(mǎn)8個(gè)字符，則結(jié)束ERROR: CALL ERR_OUT；調(diào)用出錯(cuò)處理程序EXIT: 6.3.6 8251A的使用實(shí)例的使用實(shí)例 下圖為用8251A作為CRT接口的實(shí)際例子 8251A的初始化程序段的初始化程序段 INIT： XOR AX，AX；AX清零MOV CX，0003MOV DX，00DAHOUT1：CALL KKKLOOP OUT1；往控制端口DAH送3個(gè)0 MOV AL，40H CAL

13、L KKK ；往控制端口送40H復(fù)位MOV AL，4EH CALL KKK ；設(shè)置模式字， 異步模式， 波特率因子為16，8位數(shù)據(jù)， 1位停止位 MOVAL，27H CALLKKK；往設(shè)置命令字啟動(dòng) .KKK：OUT DX，AL；將數(shù)據(jù)輸出到指定端口 PUSH CX MOV CX，0002 ABC：LOOP ABC ；等待輸出動(dòng)作完成 POP CX ；恢復(fù)CX內(nèi)容RET往往CRT輸出一個(gè)字符的程序段輸出一個(gè)字符的程序段 CHAROUT： MOV DX，0DAHSTATE：IN AL，DX；輸入狀態(tài)字 TEST AL，01 JZ STATE；不斷測(cè)試狀態(tài)位MOV DX，0D8H ；數(shù)據(jù)端口地址送

14、DXPOPAX；AX中為要輸出的字符OUTDX，AL；往端口中輸出一個(gè)字符6.4并行通信和并行接口并行通信和并行接口 特點(diǎn)：傳輸速度快信息率高用電纜多下圖為典型的并行接口和外設(shè)連接的示意圖 6.5 可編程并行通信接口可編程并行通信接口8255A 可編程通過(guò)軟件工作方式連接外部設(shè)備時(shí)，通常不需外部電路 6.5.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口A、B、C （1）端口A對(duì)應(yīng)1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器1個(gè)8位輸出鎖存器/緩沖器。（2）端口B對(duì)應(yīng)1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器1個(gè)8位輸出鎖存器/緩沖器。 （3）端口C對(duì)應(yīng)1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器1個(gè)8位輸出鎖存器/緩沖器

15、。 通常使用方法：端口A、B作為獨(dú)立的輸入或者輸出端口端口C配合端口A、B 2. A組控制和組控制和B組控制組控制 （1）A組控制電路 控制端口A和端口C的高4位的工作方式和讀寫(xiě)操作。（2）B組控制電路 控制端口B和端口C的低4位的工作方式和讀寫(xiě)操作。 3. 讀寫(xiě)控制邏輯電路讀寫(xiě)控制邏輯電路 功能： 管理數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。4. 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器 功能：通過(guò)它與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 6.5.2 8255A的芯片引腳信號(hào)的芯片引腳信號(hào) 1. 和外設(shè)一邊相連的信號(hào)和外設(shè)一邊相連的信號(hào) PA7PA0A組數(shù)據(jù)信號(hào)； PB7PB0B組數(shù)據(jù)信號(hào)； PC7PC0C組數(shù)據(jù)信號(hào)。2. 和和CPU一邊相連的信

16、號(hào)一邊相連的信號(hào) RESET復(fù)位信號(hào)，高電平有效 。D7D0 數(shù)據(jù)線 。CS# 片選信號(hào)。RD# 讀出信號(hào)。WR# 寫(xiě)入信號(hào)。A1、A0端口選擇信號(hào)。 6.5.3 8255A的控制字的控制字 控制字分為兩類(lèi)：各端口的方式選擇控制字；C端口按位置1/置0控制字。 1. 方式選擇控制字方式選擇控制字 8255A方式選擇注意：有三種基本工作方式： 方式0基本的輸入輸出方式 方式1選通的輸入輸出方式 方式2雙向傳輸方式 只有端口A能工作在方式2 同一組的兩端口可分別工作在輸入和輸出方式 2. 端口端口C置置1/置置0控制字控制字 置1/置0控制字注意：必須寫(xiě)入控制口 D0位決定置1或置0 D3、D2、

17、D1位決定了對(duì)哪一位操作 D7位必須為0 6.5.4 8255A的工作方式的工作方式 方式0 方式1方式2方式方式0(1) 方式0的工作特點(diǎn) 端口可作為輸入口，也可作為輸出口。可以有16種不同的組合 (2) 方式0的輸入輸出時(shí)序 在方式0讀取數(shù)據(jù)條件： 先發(fā)出地址信號(hào)數(shù)據(jù)要領(lǐng)先于讀信號(hào) 輸入時(shí)序要求：讀出期間地址保持有效 數(shù)據(jù)必須保持到結(jié)束 讀脈沖寬度至少為300ns 方式0輸出時(shí)序要求：地址信號(hào)必須提前有效且滯后消失 寫(xiě)脈沖寬度至少有400ns 數(shù)據(jù)必須提前并保持tWD時(shí)間 方式0的輸出時(shí)序(3) 方式0的使用場(chǎng)合 同步傳送 查詢(xún)式傳送 2. 方式方式1 n方式1的特點(diǎn)端口A、B可分別工作在

18、方式1。端口C配合方式1(2) 方式1輸入時(shí)序 下圖是端口A、B工作于方式1輸入時(shí)，各信號(hào)的示意圖 上圖控制信號(hào)說(shuō)明： STB# 選通信號(hào)IBF 緩沖器滿(mǎn)信號(hào) INTR 送往CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)INTE 中斷允許信號(hào)下圖為方式1的輸入時(shí)序 (3) 方式1輸出時(shí)序 OBF# 輸出緩沖器滿(mǎn)信號(hào)ACK# 外設(shè)響應(yīng)信號(hào)INTR 中斷請(qǐng)求信號(hào)INTE 中斷允許信號(hào) 方式1時(shí)輸出端口對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào) 方式1的輸出時(shí)序 3. 方式方式2 (1) 方式2的特點(diǎn) 只適用于端口A。端口C用5個(gè)數(shù)位提供控制和狀態(tài)信號(hào)。 (2) 方式2信號(hào) INTRA 中斷請(qǐng)求信號(hào) STBA# 選通信號(hào)IBFA 狀態(tài)信息 OBFA# 輸出緩沖器滿(mǎn)信號(hào) ACKA# 對(duì)OBFA的響應(yīng)信號(hào) INTE1 中斷允許信號(hào) INTE2 中斷允許信號(hào) 方式2的控制信號(hào) （3）方式2的時(shí)序