微機原理與接口實驗 43 串口通信-8251 賴曉錚

微機原理與接口實驗系列一、IO端口擴展(8255)二、定時器/計數器(8253)三、串口通信(8251)四、模數轉換(ADC0809)五、數模轉換(DAC0832)六、液晶屏顯示(LCD1602)七、中斷控制器(8259)賴曉錚博士華南理工大學laixz@QQ:68046508（三）

串口通信(8251)實驗實驗內容：●構建一個“CPU+8253+8251”的微型計算機系統，其中8253定時器為8251芯片提供工作時鐘。編寫機器語言程序，令CPU通過8251芯片實現與外設（虛擬端口）的串行通信。實驗目的：●了解串行通信的基本原理，比較串行通信與并行通信的異同及各自的優(yōu)勢?！裾莆沾薪涌谛酒?251的編程方法，通過8251芯片實現CPU與外設的串行通信。微程序版“CPU+8251”電路圖初始化過程時鐘信號CLK接手動開關MANUAL，啟動仿真，使能復位信號#RESET=0；手動按鈕MANUAL開關“010”，然后令信號#RESET=1.注：初始化完成后，若時鐘信號CLK繼續(xù)接開關MANUAL，則CPU進入手動模式，手動MANUAL開關，生成時鐘信號CLK，程序單步執(zhí)行；若時鐘信號CLK接信號源AUTO-CLK（主頻10Hz），則CPU進入自動模式，程序自動運行，直到HLT指令的“斷點”處暫停。重啟過程（跳出“斷點”）時鐘信號CLK接開關MANUAL，手動令復位信號端#RESET的狀態(tài)“101”變化，即重啟完成，跳出“斷點”繼續(xù)執(zhí)行

。注：跳出“斷點”后，CPU進入HLT指令的后續(xù)下一條指令的取指周期。8251應用電路圖可編程串行接口芯片8251A結構圖

#CS#RD#WRC/#D功能0010CPU從8251A讀數據0100CPU向8251A寫數據0011CPU向8251A讀狀態(tài)0101CPU向8251A寫控制字1XXX禁止訪問，總線D7~D0接口呈現高阻態(tài)8251A讀/寫控制邏輯8251A同步通信格式8251A異步通信格式8251A芯片

工作流程圖8251A芯片

狀態(tài)字格式8251A芯片

方式控制字格式8251A芯片

操作控制字格式實驗步驟：1）8251A數據發(fā)送測試程序UART_TX.asm存放在實驗4.3項目的子文件夾test里，其功能實現了CPU從8251A芯片的串行通信接口自動發(fā)送一段ASCII碼字符序列“HELLO!”，并且在外接的虛擬串口終端屏幕上顯示。具體代碼如后頁所示。2）編譯、燒寫、自動運行上述UART_TX源程序，在程序自動運行過程中，觀察虛擬串口終端屏幕的顯示。（編譯和燒寫asm文件的方法參見“2.6存儲器實驗：ROM批量導入數據”）

3）自行設計所要發(fā)送的字符序列，修改并自動執(zhí)行UART_TX源程序。在運行過程中觀察虛擬串口終端屏幕的顯示。4）若需要把本實驗改成8251A數據接收測試實驗，請問硬件電路和程序怎么修改？

匯編助記符注釋(M地址：機器指令)JMP08H00H:0001000001H:0000100048H“H”02H:0100100045H“E”03H:010001014CH“L”04H:010011004CH“L”05H:010011004FH“O”06H:0100111121H“!”07H:00100001SETR3,01HR3用來檢測8253狀態(tài)字08H:0011110009H:00000001SETR2,02HR2用以記錄發(fā)送字符地址發(fā)送字符地址初始化[02H]0AH:001110000BH:00000010UART_TX匯編助記符注釋(M地址：機器指令)SETR0,06HR0用作待發(fā)送字符的計數器總共6個數據0CH:001100000DH:00000110SETR1,A6H;8253計數器設置R1用于外設端口讀寫8253地址[1010xxxxH]，控制口A1A0=110EH:001101000FH:10100110OUTAR1,PORT0選擇8253的控制寄存器10H:01010110SETR1,16H控制字：選計數器0/只讀寫低8位數據/方式3(方波)/二進制11H:0011010012H:00010110OUTR1,PORT0輸入8253控制字后OUT端應該拉高13H:01010100SETR1,A0H0通道計數寄存器地址打入R18253地址[1010xxxxH]控制口A1A0=0014H:0011010015H:10100000OUTAR1,PORT0選擇8253的0通道計數寄存器16H:01010110UART_TX匯編助記符注釋(M地址：機器指令)SETR1,0DH計數初始值N=13，CLK=125KHZ，計數時長8us*13=104us，輸出9600HZ方波17H:0011010018H:00001101OUTR1,PORT0輸入初始值N，做N個CLK周期循環(huán)方波19H:01010100HLT8253芯片配置結束，觀測示波器界面波形1AH:00000001SETR1,F8H;8251串口設置8251芯片復位8251地址[1111xxxxH]RESET=11BH:001101001CH:11111000OUTAR1,PORT0選擇8251的端口1DH:01010110SETR1,F2H8251地址[1111xxxxH]控制字1EH:001101001FH:11110010OUTAR1,PORT0選擇8251控制字狀態(tài)工作20H:01010110SETR1,4DH方式控制字：1個停止位/無校驗/數據8位/異步x121H:0011010022H:01001101UART_TX匯編助記符注釋(M地址：機器指令)OUTR1,PORT0輸入8251方式控制字23H:01010100SETR1,15H;若循環(huán)發(fā)送下一個字符，則跳轉到此處操作控制字：清出錯標志/接收允許/發(fā)送允許24H:0011010025H:00010101OUTR1,PORT0輸入8251操作控制字26H:01010100SETR1,F0H

8251地址[1111xxxxH]數據27H:0011010028H:11110000OUTAR1,PORT0選擇8251數據狀態(tài)工作29H:01010110POPR1,[R2]把待發(fā)送數據從堆棧彈出，賦值R12AH:10000110INCR2堆棧指針+12BH:00101000OUTR1,PORT0輸入8251數據2CH:01010100SETR1,F2H

8251地址[1111xxxxH]控制字2DH:001101002EH:11110010UART_TX匯編助記符注釋(M地址：機器指令)OUTAR1,PORT0選擇8251控制字狀態(tài)工作2FH:01010110INR1,PORT0讀取8251狀態(tài)字30H:01000100ANDR1,R3檢測狀態(tài)字最后一位，“1”則發(fā)送成功，“0”則失敗31H:11100111JZ30H發(fā)射尚未成功，繼續(xù)讀取8251狀態(tài)字循環(huán)檢測32H:0001100033H:00110000DECR0待發(fā)送字符計數器遞減

“-1”34H:00100001NOP斷點：單個字符發(fā)送完成后觀察串口輸出35H:00000000JZ3AH待發(fā)送字符計數器為0，結束發(fā)送36H:0001100037H:00111010JMP24H狀態(tài)字檢測發(fā)送成功，繼續(xù)發(fā)送下一個字符38H:0001000039H:00100100HLT3AH:00000001UART_TX思考題：●請把本實驗的微程序版“CPU+8253+8251”電路改成硬布線版和流水線版“CPU+8253+8251”電路，并且運行本實驗步驟所示的8251發(fā)送數據測試程序。請問上述程序在硬布線或流水線版本中需要修改么?若需要，請修改并測試。（三）串口通信(8251)實驗附錄：CPU指令集(OP碼表)OP碼(I7I6I5I4)指令助記符OP碼(I7I6I5I4)指令助記符0111IRET1111OR/ORI0110MOV1110AND/ANDI0101OUT/OUTA1101ADD/ADDI0100IN1100SUB/SUBI0011SET1011XOR/XORI0010SOP(INC/DEC/NOT/THR)1010SHT(RLC/LLC/RRC/LRC)0001JMP/JMPR/Jx/JxR1001STO/PUSH0000NOP/HLT1000LAD/POP一、系統指令：匯編語言功能I7I6I5I4I3I2I1I0NOP;無操作（延時4個T）00000/0x/0HLT;停機（斷點）00000/0x/1IRET;中斷返回BP_PCPC；BP_PSWPSW01110/0x/x匯編語言注釋I7I6I5I4I3I2I1I0MOVRA,RB;(RB)RA0110RARBSETRA,IMM;IMMRA0011RAx/xIMM二、寄存器及I/O操作指令：匯編語言功能I7I6I5I4I3I2I1I0INRA,PORTx;(PORTx)RA0100RAPORTxOUTRA,PORTx;(RA)PORTx0101RA0/PORTxOUTARA,PORTx;(RA)PORTx0101RA1/PORTx匯編語言功能I7I6I5I4I3I2I1I0LADRA,[ADDR];[ADDR]RA1000RA0/0ADDRPOPRA,[RB];[RB]RA1000RARBSTORA,[ADDR];(RA)[ADDR]1001RA0/0ADDRPUSHRA,[RB];(RA)[RB]1001RARB三、存儲器及堆棧操作指令：匯編語言功能I7I6I5I4I3I2I1I0JMPADDR;ADDRPC00010/00/0ADDRJMPRRB;(RB)PC00010/0RBJCADDR;IFCF=1,ADDRPC00010/10/0ADDRJCRRB;IFCF=1,(RB)PC00010/1RBJZADDR;IFZF=1,ADDRPC00011/00/0ADDRJZRRB;IFZF=1,(RB)PC00011/0RBJSADDR;IFSF=1,ADDRPC00011/10/0ADDRJSRRB;IFSF=1,(RB)PC00011/1RB四、跳轉系列指令：五、算術邏輯運算指令：匯編語言功能I7I6I5I4I3I2

I1I0RLCRA;(RA)右邏輯移位1010RA0/0LLCRA;(RA)左邏輯移位1010RA1/0RRCRA;(RA)右循環(huán)移位1010RA0/1LRCRA;(RA)左循環(huán)移位1010RA1/1匯編語言功能I7I6I5I4I3