微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用串并行通信接口

微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用串并行通信接口第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第六章串并行通信和接口技術(shù)串行通信和串行接口可編程串行通信接口8251A并行通信和并行接口可編程并行通信接口8255A第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六串行通信和串行接口串行通信和串行接口可編程串行通信接口8251A并行通信和并行接口可編程并行通信接口8255A第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.并行通信和串行通信并行通信——指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的方式。其特點(diǎn)是傳輸速度快；但當(dāng)傳輸距離遠(yuǎn)，位數(shù)多時(shí)導(dǎo)致通信線路復(fù)雜、成本高。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)D0D1D2D3D4D5D6D7串行通信和串行接口第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六串行通信——數(shù)據(jù)的各位是按規(guī)定的順序一位一位傳送的通信方式。只需一條數(shù)據(jù)線便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，其特點(diǎn)傳輸線簡(jiǎn)單，可利用多種介質(zhì)，適用于遠(yuǎn)距離通信，成本較低；但速度較慢。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)微機(jī)系統(tǒng)在串行通信時(shí)必須進(jìn)行串行與并行的轉(zhuǎn)換串行通信和串行接口第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.單工、半雙工和全雙工方式按照數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)送過(guò)程與接收過(guò)程的關(guān)系共分為以下三種方式：全雙工方式——數(shù)據(jù)的接收（輸入）和發(fā)送（輸出）可以同時(shí)進(jìn)行，但分別采用不同的傳送通道（即收/發(fā)各使用1條通信線）；半雙工方式——數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送使用同一條傳送通道，但數(shù)據(jù)的收/發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行；單工方式——只能在一個(gè)方向傳輸信息，即只收不發(fā)或只發(fā)不收。第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.同步方式和異步方式按照時(shí)鐘對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的定時(shí)方式，可分為同步通信和異步通信方式異步串行方式：發(fā)送和接收兩地不用同一時(shí)鐘同步的數(shù)據(jù)傳輸方式；一般以若干位表示一個(gè)字符，收發(fā)以字符為獨(dú)立的通信單位；每個(gè)字符出現(xiàn)的時(shí)間是任意的，即前后兩個(gè)字符之間的傳輸間隔是任意的；為了保證異步通信的正確，必須在收發(fā)雙方通信前約定字符格式、傳送速率、時(shí)鐘和校驗(yàn)方式等。第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.同步方式和異步方式在傳輸率相同的情況下，同步方式的數(shù)據(jù)傳輸效率更高，因?yàn)橥椒绞较路菙?shù)據(jù)信息的比例較??！課本P200的圖6.1為標(biāo)準(zhǔn)的異步方式的數(shù)據(jù)格式字符格式——字符的編碼形式及規(guī)定每個(gè)串行字符由以下4部分組成：起始位（1位，低電平）：表示傳輸?shù)拈_始；數(shù)據(jù)位（5～8位）：由低往高排列，同一個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)位的數(shù)目是固定的；奇偶校驗(yàn)位（1位）：可采用奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)；停止位（1、1.5或2位，高電平）。

第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六說(shuō)明：①無(wú)信息傳輸（或間隔）時(shí)，輸出必須為“1”狀態(tài)（標(biāo)識(shí)態(tài)）；②1到0的跳變作為字符的開始——起始位；③起始位后為5～8位的數(shù)據(jù)位，低位在前，高位在后；④數(shù)據(jù)位后為奇偶校驗(yàn)位，可設(shè)為奇或偶校驗(yàn)，也可不設(shè)；⑤最后有1、1.5(1.5Tb)或2位停止位，均為“1”第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六字符‘C’的數(shù)據(jù)格式為：例如：設(shè)異步通信數(shù)據(jù)格式為7位數(shù)據(jù)、1位奇校驗(yàn)和1位停止位，則字符‘A’的數(shù)據(jù)格式為：第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六‘9’：39H=0111001B

100111011

練習(xí)：設(shè)異步通信數(shù)據(jù)格式為7位數(shù)據(jù)、1位奇校驗(yàn)和1位停止位，則字符‘9’的數(shù)據(jù)格式為：第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)傳送速率——每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)（波特率）波特率因子：發(fā)送鐘和接收鐘頻率為波特率的倍數(shù)例：每秒鐘傳送120個(gè)字符，而每個(gè)字符由10位數(shù)據(jù)位組成，則傳送的波特率為：fd=10×120=1200bit/s=1200波特率或稱為1200bps。標(biāo)準(zhǔn)波特率：110/300/600/1200/1800/2400/4800/9600/19200有時(shí)也用位周期（Td）來(lái)表示傳輸速度，表示每一位的傳送時(shí)間，是波特率的倒數(shù)。第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六發(fā)送時(shí)鐘與接收時(shí)鐘異步通信中，發(fā)送端和接收端各用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)確定發(fā)送和接收的速率，分別稱為發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘的頻率fc和數(shù)據(jù)傳輸速率fd的關(guān)系為：fc=Kfd其中K稱為波特率系數(shù)，取值可為16、32或64注意：接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘的頻率不能相差太大，否則有可能造成信息幀的格式錯(cuò)誤。串行接口都可檢測(cè)出三種錯(cuò)誤：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤、覆蓋錯(cuò)誤和信息幀格式錯(cuò)誤。第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六校驗(yàn)方式:發(fā)送時(shí)在傳送的字符后自動(dòng)在奇偶校驗(yàn)位置上添加1或0，使得字符1的個(gè)數(shù)（包括校驗(yàn)位）為偶數(shù)（偶校驗(yàn)）或奇數(shù)（奇校驗(yàn)）；而接收時(shí)，要檢查所接收的字符及其校驗(yàn)位是否符合規(guī)定，若不符合規(guī)定就置出錯(cuò)標(biāo)志，供CPU查詢處理。CCITT（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)

）的建議，在異步通信中使用偶校驗(yàn)，而在同步通信中使用奇校驗(yàn)。第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六同步串行方式以一組字符組成一個(gè)數(shù)據(jù)塊（或稱信息幀），在每一個(gè)數(shù)據(jù)塊前附加一個(gè)或兩個(gè)同步字符或標(biāo)識(shí)符；在傳送過(guò)程中發(fā)送端和接收端使用同一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行控制使每一位數(shù)據(jù)均保持位同步。一個(gè)信息幀可包含多個(gè)甚至上千個(gè)字符；同步傳輸不允許有間隙，沒(méi)有信息傳輸時(shí)要填上空字符。同步傳送速度高于異步傳送，傳送效率高；但同步傳送要求發(fā)送端和接收端使用同一時(shí)鐘，故硬件電路比較復(fù)雜。第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)完整的串行通信系統(tǒng)除對(duì)通信規(guī)程、定時(shí)控制有規(guī)定外，在電氣連接上也有接口標(biāo)準(zhǔn)。常用的有以下串行接口標(biāo)準(zhǔn)：①RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)：RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。其特點(diǎn)是：1）采用負(fù)邏輯，即，邏輯“1”為-15V~-5V，邏輯“0”為+5V~+15V；2）采用全雙工方式。②RS－422和RS－485接口標(biāo)準(zhǔn)：在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線。數(shù)據(jù)最高傳輸速率達(dá)到10Mbps；RS-422的電氣性能與RS-485完全一樣。主要區(qū)別是RS-422的收與發(fā)是分開的所以可以同時(shí)收和發(fā)（全雙工）；而RS-485只有2根信號(hào)線：發(fā)送和接收（半雙工）。RS232是全雙工的，RS485是半雙工的，RS422是全雙工的。第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.8251A的基本性能①通過(guò)編程，8251A可工作在同步方式，波特率0～64K，也可工作在異步方式，波特率0～19.2K；②同步方式用5～8位來(lái)表示字符，允許增加1位奇偶校驗(yàn)位，能自動(dòng)檢測(cè)同步字符，實(shí)現(xiàn)收發(fā)同步；③異步方式用5～8位來(lái)表示字符，1位可選的奇偶校驗(yàn)位，1位啟動(dòng)位，根據(jù)需要可設(shè)置1、1.5或2位停止位；④全雙工、雙緩沖的發(fā)送器和接收器；⑤具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤檢測(cè)功能；可編程串行通信接口8251A第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六接口8251MC1489MC1488TTL輸入TTL輸出RS232C輸入RS232C輸出0.3V+3V——+15V3.0V-3V——-15V注意：接口的輸入和輸出均為TTL電平，與RS232C標(biāo)準(zhǔn)不符，需要加電平轉(zhuǎn)換電路。MC1488和MC1489芯片通常稱為線路驅(qū)動(dòng)器和線路接收器。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六讀／寫控制電路——接收來(lái)自CPU的控制信號(hào)和控制字，譯碼后向8251A各功能部件發(fā)出有關(guān)的控制信號(hào)，因此它實(shí)際上是8251A的內(nèi)部控制器。Ｍodem控制電路——用以控制825lA與調(diào)制解調(diào)器之間的信息傳送。Ｉ/Ｏ緩沖器——將8251A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，包含3個(gè)8位緩沖寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器接受CPU輸出的數(shù)據(jù)或命令；接收數(shù)據(jù)緩沖器暫存接收器送來(lái)的數(shù)據(jù)；狀態(tài)緩沖器寄存8251A的各種狀態(tài)信息。第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六接收器——接收來(lái)自RxD引腳上的串行數(shù)據(jù)，并按設(shè)定的格式將其轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放在I/O緩沖器的接收數(shù)據(jù)緩沖器中。異步和同步工作過(guò)程不同。發(fā)送器——鎖存CPU輸出的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)由并行變串行，從TxD引腳串行發(fā)送出去。異步和同步工作過(guò)程不同。第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.8251A的引腳功能⑴數(shù)據(jù)線D7～D0——雙向、三態(tài)，用于與CPU傳送數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)等信息；⑵片選CS——用于芯片尋址；⑶讀寫控制RD，WR；(4)接收控制/數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六奇地址偶地址C/D（A0）RDWR 功能 001CPU從8251A輸入數(shù)據(jù) 010CPU向8251A輸出數(shù)據(jù) 101CPU讀8251A的狀態(tài) 110CPU向8251A寫控制命令 第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六TXE——發(fā)送器空信號(hào)，為1時(shí)表示串行輸出信號(hào)發(fā)送完畢，在同步方式下，若CPU未及時(shí)送出字符，則8251A自動(dòng)填入空字符來(lái)補(bǔ)充間隙；RXRDY——接收器準(zhǔn)備好信號(hào)，為1時(shí)表示8251A從外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器中接收到1個(gè)字符，通知CPU來(lái)取走，CPU取走后RXRDY=0；SYNDET——同步檢測(cè)信號(hào)（僅用于同步方式），為1時(shí)，表示8251A檢測(cè)到同步字符。⑷CPU的收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)TXRDY——發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)，為1時(shí)表示8251A作好發(fā)送準(zhǔn)備，CPU可以向其發(fā)送1個(gè)字符，發(fā)送結(jié)束后，TXRDY=0；第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六CTS——清除請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，CTS是RTS的響應(yīng)信號(hào)，當(dāng)CTS=0時(shí)，8251A才能執(zhí)行發(fā)送操作RTS——請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)輸出，當(dāng)RTS=0時(shí)，表示8251A已準(zhǔn)備好發(fā)送字符；DSR——數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)輸入，當(dāng)DSR=0時(shí)，表示外設(shè)已準(zhǔn)備好，CPU可以經(jīng)8251A向外設(shè)傳送1個(gè)字符；DTR——數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)輸出端，當(dāng)DTR=0時(shí)，表示8251A已接收CPU發(fā)來(lái)的字符，準(zhǔn)備向外設(shè)發(fā)送；⑸8251A與外設(shè)間的聯(lián)絡(luò)線和信號(hào)線第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六⑹時(shí)鐘信號(hào)CLK——系統(tǒng)時(shí)鐘；TXC——發(fā)送器時(shí)鐘同步方式：TXC為發(fā)送時(shí)鐘的波特率，TXC應(yīng)小于CLK的1/30倍；異步方式：TXC應(yīng)小于CLK的1/4.5倍，而TXC可以為波特率的1、16或64倍——波特因子。TXD——發(fā)送器數(shù)據(jù)信號(hào)輸出（串行輸出）端RXD——接收器數(shù)據(jù)信號(hào)輸入（串行輸入）端第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六RXC——接收器時(shí)鐘同步方式：RXC為接收時(shí)鐘的波特率；異步方式：RXC可以為波特率的1、16或64倍——波特因子。注：實(shí)際使用時(shí)，RXC與TXC并接第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.8251A的編程8251A使用前必須進(jìn)行初始化，以確定工作方式、傳送速率、字符格式以及停止位長(zhǎng)度等；改變8251A的工作方式時(shí)必須再次進(jìn)行初始化編程；8251A有兩個(gè)控制字和一個(gè)狀態(tài)字：方式選擇控制字：用于規(guī)定8251A的工作方式；操作命令控制字：使8251A處于規(guī)定的工作狀態(tài)，以準(zhǔn)備接收或發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)字：寄存8251A的工作狀態(tài)第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六D7D6D5D4D3D2D1D0字符長(zhǎng)度00：5位01：6位10：7位11：8位波特率系數(shù)00：同步方式01：異步X110：異步X1611：異步X64奇偶校驗(yàn)X0：無(wú)校驗(yàn)01：奇校驗(yàn)11：偶校驗(yàn)SYN?同步控制X0：內(nèi)同步X1：外同步0X：兩同步字符1X：?jiǎn)瓮阶址鸜幀控制00：不確定01：1停止位10：1.5停止位11：2停止位N方式選擇控制字格式第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN發(fā)送允許0：屏蔽1：允許操作命令控制字格式接收允許0：屏蔽1：允許數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好1:迫使DTR輸出低送中止字符1:迫使TXD輸出低0：正常工作錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位1:全部錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位請(qǐng)求發(fā)送1:迫使RTS輸出低內(nèi)部復(fù)位1:返回方式指令格式外部搜索方式1:啟動(dòng)搜索同步字符第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY與引腳TXRDY有差別狀態(tài)字格式奇偶錯(cuò)誤溢出錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤（僅異步）與8251的同名引腳同定義第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六編程方法8251A初始化編程及數(shù)據(jù)傳送流程圖第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5應(yīng)用舉例例利用8251A實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)距離通信設(shè)采用半雙工查詢方式，異步傳送，一方定義為發(fā)送器，另一方為接收器。當(dāng)發(fā)送端CPU查詢到TxRDY有效時(shí)，向825lA并行輸出一字節(jié)數(shù)據(jù)；接收端CPU每查詢到RxRDY有效，則從8251A并行輸入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，一直進(jìn)行到全部數(shù)據(jù)傳送完為止。第34頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六設(shè)發(fā)送端8251A數(shù)據(jù)口地址為TDATA，控制口／狀態(tài)口地址為TCONT，發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址為TBUFF，字節(jié)數(shù)為80STT：MOVDX，TCONT；將825lA定義為異步方式，8位數(shù)據(jù)，l位MOVAL，7FH;停止位，偶校驗(yàn)，波特率系數(shù)64OUTDX，AL

MOVAL，0lH；允許發(fā)送OUTDX，ALMOVDI，TBUFF；發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址送DIMOVCX，80；計(jì)數(shù)器賦初值NEXT：MOVDX，TCONT；讀取狀態(tài)字INAL，DXANDAL，0lH；TxRDY有效否？JZNEXT；無(wú)效，繼續(xù)等待MOVDX，TDATA；有效，向8251A輸出一字節(jié)數(shù)據(jù)MOVAL，［DI］OUTDX，ALINCDI；修改指針LOOPNEXTHLT第35頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六設(shè)接收端8251A數(shù)據(jù)口地址為RDATA，控制口／狀態(tài)口地址為RCONT，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)