微機(jī)接口技術(shù)第3章

1、微機(jī)接口技術(shù),第三章 串行通信及接口電路,3.1 串行通信基礎(chǔ) 3.1.1 串行通信 數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種，串行通信是指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位位地順序傳送。其特點(diǎn)是通信線路簡單，利用電話或電報(bào)線路就可實(shí)現(xiàn)通信，降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信；缺點(diǎn)是傳輸速度慢。串行通信用于計(jì)算機(jī)與終端之間以及計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。串行通信還廣泛用于計(jì)算機(jī)與串行打印機(jī)、鼠標(biāo)器、繪圖儀、傳真機(jī)、鍵盤、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集等外圍設(shè)備之間的信息傳送。,串行通信使設(shè)備之間的連線減少了，但也帶來一些問題，如串行數(shù)據(jù)與并行數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換等問題，這使串行通信比并行通信較為復(fù)雜

2、。雖然串-并轉(zhuǎn)換可用軟件實(shí)現(xiàn)。但其速度慢，且占用CPU大量時(shí)間，影響系統(tǒng)的性能。更為方便的實(shí)現(xiàn)方法是用硬件，目前常用的微處理機(jī)串行接口芯片有：通用的異步接收/發(fā)送器(UART)和異步通信接口適配器(ACIA)等。,3.1.2 串行通信方式 根據(jù)同步方式的不同，串行通信又分為異步通信(ASYNC)與同步通信(SYNC)兩種方式。 (1) 異步通信及其協(xié)議 異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔是不固定的，但在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰位代碼間的時(shí)間間隔是固定的。異步通信在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸中用得較多，它的控制電路比較簡單，適用于傳輸數(shù)據(jù)量較小的系統(tǒng)。,起始位：當(dāng)要發(fā)送一個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，先

3、發(fā)出一個(gè)邏輯”0”信號(hào)，表 示傳輸字符的開始。該位的持續(xù)時(shí)間是波特率的倒數(shù)。, 數(shù)據(jù)位：它緊接著起始位之后。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼，也可采用EBCD碼、電報(bào)碼等。從最低位開始傳送，靠時(shí)鐘定位。, 奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。, 停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。接收設(shè)備收到停止位之后，通訊線便又恢復(fù)邏輯“1”狀態(tài)，直至下一個(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位到來。, 空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送。,通信協(xié)議又稱通信

4、規(guī)程，是控制數(shù)據(jù)傳送的有關(guān)規(guī)定，發(fā)送方與接收方必須共同遵守。異步通信采用電報(bào)通信中的電傳打字機(jī)(TTY)規(guī)程，下圖是異步串行通信的數(shù)據(jù)信息格式，其中各位的意義如下：,異步通信要求在發(fā)送每一個(gè)字符時(shí)都要在數(shù)據(jù)位的前面加上1位起始位，在數(shù)據(jù)位后面要有1位或15位或2位的停止位。在數(shù)據(jù)位和停止位之間可以有1位奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位可以為5-8位長。字符之間允許有不定長度的空閑位。 傳送開始后，接收設(shè)備不斷地檢測傳輸線，當(dāng)在測到一系列的“1”之后檢測到一個(gè)“0”，就確認(rèn)一個(gè)字符開始，于是以位時(shí)間(1/波特率)為間隔移位接收規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位，拼裝成一個(gè)字符的并行字節(jié)。 這之后應(yīng)接收所規(guī)定位長的停止位

5、“1”，若沒有收到即為“幀出錯(cuò)”。只有既無幀出錯(cuò)又無奇偶錯(cuò)才算正確地接收到一個(gè)字符。一個(gè)字符接收完畢，接收設(shè)備又繼續(xù)測試傳輸線，監(jiān)視“0”電平的到來和下一字符的開始。,異步通信是按字符傳輸?shù)?，接收設(shè)備在收到起始信號(hào)之后只要在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。若接收設(shè)備的時(shí)鐘和發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘略有偏差的話，字符之間的停止位和空閑位將為這種偏差提供一種緩沖。換言之，異步通信并不是不要同步，而是要在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)同步，正因?yàn)橐笸降臅r(shí)間短；就允許收發(fā)之間的時(shí)鐘頻率可略有偏差，這也不會(huì)因累積效應(yīng)而導(dǎo)致錯(cuò)位。下一個(gè)字符起始位的到來又使同步重新校準(zhǔn)。 波特率是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)。表示

6、每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為10位，則傳送的波特率為101201200位/秒1200bit/s。波特率和有效數(shù)據(jù)位的傳送速率并不一致，上述10位中，真正有效的數(shù)據(jù)位只有7位，所以，有效數(shù)據(jù)位的傳送速率只有7120840位/秒。,(2) 同步串行通信及其規(guī)程 同步通信以一個(gè)幀為傳輸單位，每個(gè)幀中包含有多個(gè)字符。在通信過程中，每個(gè)字符間的時(shí)間間隔是相等的，而且每個(gè)字符中各相鄰位代碼間的時(shí)間間隔也是固定的。 同步通信的數(shù)據(jù)格式如下圖所示。它是以幀為單位傳送的，幀內(nèi)由一個(gè)字符序列組成。每個(gè)字符取相同的位數(shù)；字符之間是連續(xù)的，沒有起始位和停止位，也不能有空隙。在幀

7、前面置有1至2個(gè)同步字符，作為幀的邊界和通知對(duì)方接收的標(biāo)志。后面是校驗(yàn)字符，用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)送方和接收方要保持完全同步，用同一時(shí)鐘來觸發(fā)雙方移位寄存器的移位操作。在近距離通信時(shí)可以在傳輸線上加一根時(shí)鐘信號(hào)線；在遠(yuǎn)距離通信時(shí)可通過解調(diào)器從數(shù)據(jù)流中提取同步信號(hào)，在接收方用鎖相環(huán)電路，可以得到和發(fā)送時(shí)鐘完全相同的時(shí)鐘信號(hào)。,3.1.3 數(shù)據(jù)傳送方式 在串行通信中，數(shù)據(jù)傳送是在兩個(gè)通訊方之間進(jìn)行的，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向的不同有以下三種方式。,(1) 單工方式 只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送，即一方只能作為發(fā)送站，另一方只能作為接收站。 (2) 半雙工方式 數(shù)據(jù)能從A站

8、傳送到B站，也能從B站傳送到A站，但是不能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，每次只能有一個(gè)站發(fā)送，另一個(gè)站接收。通信雙方可以輪流地進(jìn)行發(fā)送和接收。 (3) 全雙工方式 允許通信雙方同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。A站在發(fā)送的同時(shí)也可以接收，B站亦同。全雙工方式相當(dāng)于把兩個(gè)方向相反的單工方式組合在一起，因此它需要兩條傳輸線。,A,B,A,B,A,B,3.1.4 信號(hào)傳輸方式 (1) 基帶傳輸方式 在傳輸線路上直接傳輸不加調(diào)制的二進(jìn)制信號(hào)。它要求傳送線的頻帶較寬，傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)是矩形波。由于線路中存在著電感、電容及漏電感、漏電容等分布參數(shù)，矩形波通過傳輸線后會(huì)發(fā)生畸變、衰減和延遲而導(dǎo)致傳輸?shù)腻e(cuò)誤。信號(hào)的頻率越高、傳輸?shù)木?/p>

9、離越遠(yuǎn)這種現(xiàn)象則越嚴(yán)重，因此基帶傳輸方式僅適宜于近距離和速度較低的通信。,(2) 頻帶傳輸方式 頻帶傳輸方式又稱為載波傳輸方式。在遠(yuǎn)距離通信時(shí)，通常是利用電話線傳輸?shù)?。電話線的頻帶在300HZ3400HZ之間，由于頻帶不寬，用它來直接傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)畸變失真，但用它來傳送一個(gè)頻率為1000Hz2000Hz的模擬信號(hào)時(shí)，則失真較小。在長距離通信時(shí)，發(fā)送方要用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收方則用解調(diào)器將接收到的模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就是信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。,實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)任務(wù)的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。采用頻帶傳輸時(shí)，通信雙方各接一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)字信號(hào)寄載在模擬信號(hào)(載

10、波)上加以傳輸。因此，這種傳輸方式也稱為載波傳輸方式。這時(shí)的通信線路可以是電話交換網(wǎng)，也可以是專用線。 常用的調(diào)制方式有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。,3.1.5 串行接口標(biāo)準(zhǔn) 串行接口標(biāo)準(zhǔn)指的是計(jì)算機(jī)或終端(數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE)的串行接口電路與調(diào)制解調(diào)器MODEM等(數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE)之間的連接標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，由它構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議。下面介紹RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是與TTY規(guī)程有關(guān)的接口標(biāo)準(zhǔn)，也是目前普遍采用的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，它是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)于l969年公布的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的連接器形狀、連接信號(hào)的含義及其電壓信

11、號(hào)范圍等參數(shù)。,微型計(jì)算機(jī)之間的串行通信就是按照RS-232C標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的接口電路實(shí)現(xiàn)的。如果使用一根電話線進(jìn)行通信，那么計(jì)算機(jī)和MODEM之間的連線就是根據(jù)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)連接的。, 信號(hào)線 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接口有25根連線。雖然其中的絕大部分信號(hào)線均已定義使用，但在一般的微型計(jì)算機(jī)串行通信中，只有以下9個(gè)信號(hào)經(jīng)常使用，這些引腳和功能分別如下： TXD（第2腳）：發(fā)送數(shù)據(jù)線，由計(jì)算機(jī)到MODEM。計(jì)算機(jī)通過此引腳發(fā)送數(shù)據(jù)到MODEM。 RXD（第3腳）：接收數(shù)據(jù)線，由MODEM到計(jì)算機(jī)。MODEM將接收下來的數(shù)據(jù)通過此引腳送到計(jì)算機(jī)或終端。,RS-232C是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，它是一個(gè)D型插

12、座，采用25芯引腳或9芯引腳的連接器，如圖所示。, （第4腳）：請(qǐng)求發(fā)送，由計(jì)算機(jī)到MODEM。計(jì)算機(jī)通過此引腳通知MODEM，要求發(fā)送數(shù)據(jù)。 （第5腳）：允許發(fā)送，由MODEM到計(jì)算機(jī)。MODEM可以發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過此引腳發(fā)出作為對(duì) 的回答，然后計(jì)算機(jī)才可以進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。 （第6腳）： 數(shù)據(jù)裝置就緒 (即MODEM準(zhǔn)備好)，由MODEM到計(jì)算機(jī)。表示調(diào)制解調(diào)器可以使用(即表明MODEM已打開并已工作在數(shù)據(jù)模式下)，該信號(hào)有時(shí)直接接到電源上，這樣當(dāng)設(shè)備連通時(shí)即有效。,RS-232C是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，它是一個(gè)D型插座，采用25芯引腳或9芯引腳的連接器，如圖所示。, CD（第8腳）：載波檢測(接收線

13、信號(hào)測定器)，由MODEM到計(jì)算機(jī)。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，表示MODEM已接收到通信線路另一端MODEM送來的信號(hào)，即它與電話線路已連接好。 RI（第22腳）：振鈴指示，由MODEM 到計(jì)算機(jī)。MODEM 若接到交換臺(tái)送來的振鈴呼叫信號(hào)，就發(fā)出該信號(hào)來通知計(jì)算機(jī)或終端。 (第20腳)：數(shù)據(jù)終端就緒，由計(jì)算機(jī)到MODEM。計(jì)算機(jī)收到RI信號(hào)后，就發(fā)出該信號(hào)到MODEM作為回答，以控制它的轉(zhuǎn)換設(shè)備，建立通信鏈路。 GND（第7腳）：地,RS-232C是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，它是一個(gè)D型插座，采用25芯引腳或9芯引腳的連接器，如圖所示。, 邏輯電平 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)采用EIA電平，即規(guī)定“1”的邏輯電平在-3V

14、-15v之間，規(guī)定“0”的邏輯電平在+3V+15V之間，高于+15V或低于-15V的電壓被認(rèn)為無意義，介于+3V和-3V之間的電壓也無意義。 對(duì)于TXD、RXD這兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線，EIA的邏輯“1”和“0”就表示數(shù)字信號(hào)的“1”和“0”。對(duì) 、 、 、 、CD等控制狀態(tài)信號(hào)線，則恰好是EIA的邏輯“0”為信號(hào)的有效狀態(tài)，即開關(guān)的接通(ON)狀態(tài)，此時(shí)電平值為+3V+15V。RS-232C采用這樣的邏輯電乎標(biāo)準(zhǔn)主要是為了防止干擾，一般在30米距離內(nèi)可以進(jìn)行正常信號(hào)傳輸。 由于EIA電平與TTL電平完全不同，因此，為了與TTL器件連接，必須進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，通常采用專用的芯片來完成這項(xiàng)任務(wù)。MCl

15、488可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MCl489則可完成EIA電平到ITL電平的轉(zhuǎn)換。 除了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)以外，還有一些其它的通用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，如RS-422,RS-449等。,3.2 可編程串行接口芯片8251A 8251A是可編程的串行通信接口芯片，它可以管理信號(hào)變化范圍很大的串行數(shù)據(jù)通信。有下列基本性能： 1) 通過編程，可以工作在同步方式，也可以工作在異步方式。同步方式下，波特率為064K，異步方式下，波特率為019.2K。 2) 在同步方式下，每個(gè)字符可以用5、6、7或8位來表示，并且內(nèi)部能自動(dòng)檢測同步字符，從而實(shí)現(xiàn)同步。除此之外，8251A也允許同步方式下增加奇/偶校

16、驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)。 3) 在異步方式下，每個(gè)字符也可以用5、6、7或8位來表示，時(shí)鐘頻率為傳輸波特率的1、16或64倍，用1位作為奇/偶校驗(yàn)。8251A在異步方式下能自動(dòng)為每個(gè)數(shù)據(jù)增加1個(gè)啟動(dòng)位，為每個(gè)數(shù)據(jù)增加1個(gè)、1.5個(gè)或2個(gè)停止位。可以檢查啟動(dòng)位，自動(dòng)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(cuò)檢測，具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等校驗(yàn)電路。,3.3 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8251A是Intel公司的產(chǎn)品，采用雙列直插式封裝，28個(gè)引腳。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。由結(jié)構(gòu)圖可看出，8251A的內(nèi)部包含有發(fā)送器、接收器、數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫控制電

17、路和調(diào)制解調(diào)控制電路等五大部分。,3.3.1 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。CPU需要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器并行輸入鎖存到發(fā)送緩沖器中。如果是采用異步方式，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，其發(fā)送速率取決于TXD端收到的發(fā)送時(shí)鐘頻率。如果是采用同步方式，則在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送器將自動(dòng)送出1個(gè)(單同步)或2個(gè)(雙同步)同步字符，然后才逐位串行輸出數(shù)據(jù)。 當(dāng)發(fā)送器作好接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)，由發(fā)送控制電路向CPU發(fā)出了TXRDY有效信號(hào)，CPU可立即向8251A并行輸出數(shù)據(jù)。如果CPU與8251A之間采用中斷

18、方式交換信息，那么TXRDY可作為向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)發(fā)送器中的8位數(shù)據(jù)串行發(fā)送完畢時(shí)，由發(fā)送控制電路向CPU發(fā)出TXE有效信號(hào)，表示發(fā)送器中移位寄存器已空。因此，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器和發(fā)送移位寄存器構(gòu)成發(fā)送器的雙緩沖結(jié)構(gòu)。,3.3.2 接收器 接收器由接收緩沖器和接收控制電路組成。接收移位寄存器用來從RXD引腿上接收串行數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)格式轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后存入接收緩沖器。而接收控制電路則配合接收緩沖器工作，管理有關(guān)接收的所有功能。 當(dāng)8251A工作在異步方式并準(zhǔn)備接收一個(gè)字符時(shí)，在RXD線上檢測到的低電平作為起始位，并啟動(dòng)接收控制電路中的一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖就是8251A的接收

19、器時(shí)鐘脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)進(jìn)行到相應(yīng)于半個(gè)數(shù)位傳輸時(shí)間(比如時(shí)鐘脈沖為波特率的16倍，則計(jì)到第8個(gè)脈沖時(shí)，再對(duì)RXD線進(jìn)行檢測，如果此時(shí)仍為低電平，則確認(rèn)收到一個(gè)有效的起始位。 8251A開始進(jìn)行常規(guī)采樣，數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入移位寄存器移位完成字符裝配，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)和去掉停止位，變成了并行數(shù)據(jù)后，再通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，同時(shí)發(fā)出RXRDY信號(hào)送CPU，表示已經(jīng)收到一個(gè)可用的數(shù)據(jù)。,在同步接收方式下，8251A首先搜索同步字符。具體地說，8251A監(jiān)測RXD線，每當(dāng)RXD線上出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，就把它接收下來并把它送入移位寄存器移位，然后把移位寄存器的內(nèi)容與同步字符寄存器的內(nèi)容進(jìn)行比較，如果兩者不

20、相等，則接收下一位數(shù)據(jù)，并且重復(fù)上述比較過程。當(dāng)兩個(gè)寄存器的內(nèi)容比較相等時(shí)，8251A的SYNDET引腿就升為高電平，表示同步字符已經(jīng)找到，同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。如采用雙同步方式，就要在測得輸入移位寄存器的內(nèi)容與第一個(gè)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(gè)同步字符寄存器的內(nèi)容相同。如果相同，則認(rèn)為同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。,在外同步情況下，由于是通過在同步輸入端SYNDET加一個(gè)高電位來實(shí)現(xiàn)同步的， SYNDET端一出現(xiàn)高電平，8251A就會(huì)立刻脫離對(duì)同步字符的搜索過程，只要此高電位能維持一個(gè)接收時(shí)鐘周期，8251A便認(rèn)為已經(jīng)完成同步。實(shí)現(xiàn)同步之后，接收器和發(fā)送器間就開始進(jìn)行數(shù)

21、據(jù)的同步傳輸。 接收器利用時(shí)鐘信號(hào)對(duì)RXD線進(jìn)行采樣，并把收到的數(shù)據(jù)位送到移位寄存器中。每當(dāng)收到的數(shù)據(jù)位達(dá)到規(guī)定的一個(gè)字符的數(shù)位時(shí)，就將移位寄存器的內(nèi)容送到輸入緩沖寄存器，并且在RXRDY引腳上發(fā)出一個(gè)信號(hào)，表示收到了一個(gè)字符。,3.3.3 數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩沖器是8251A與CPU之間進(jìn)行交換信息的必經(jīng)之路，或者說它是CPU與8251A之間的數(shù)據(jù)接口。它內(nèi)部包含3個(gè)8位的緩沖寄存器，其中兩個(gè)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，CPU執(zhí)行IN指令可從這兩個(gè)寄存器中分別讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。一個(gè)寄存器用來存放CPU向8251A寫入的數(shù)據(jù)或控制字，CPU執(zhí)行0UT指令可向

22、8251A寫入，但由于兩者合用一個(gè)緩沖器，這就要求CPU向8251A寫入控制字時(shí)，該寄存器中不能存放將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，為此系統(tǒng)中必須采取措施。,3.3.4 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。具體看，它有如下功能： (1)接收寫信號(hào)，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(hào)，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(hào)C/ ，將此信號(hào)和讀/寫信號(hào)配合起來 通知8251A，當(dāng)前讀/寫的是數(shù)據(jù)還是控制字、狀態(tài)字； (4)接收時(shí)鐘信號(hào)CLK完成8251A的內(nèi)部定時(shí)； (5)接收復(fù)位信號(hào)RESET，使8251A處于空閑狀態(tài)。,3.

23、3.5 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。在進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)，要用調(diào)制器將串行接口送出的數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)，再發(fā)送出去，接收端則要用解調(diào)器將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再由串行接口送往計(jì)算機(jī)主機(jī)。在全雙工通信情況下，每個(gè)收發(fā)站都要連接調(diào)制解調(diào)器。有了調(diào)制解調(diào)控制電路，就提供了一組通用的控制信號(hào)，使得8251A可以直接和調(diào)制解調(diào)器連接。,3.4 8251A的引腳功能 8251A的引腳分配圖所示。作為CPU和外部設(shè)備(或調(diào)制解調(diào)器)之間的接口，8251A的對(duì)外信號(hào)可以分為兩組：一組是8251A和CPU之間的信號(hào)，一組是8251A和外部設(shè)備(或調(diào)制解調(diào)器)之間的信號(hào)。

24、,8251A與CPU及外設(shè)的連接,8251A只有兩個(gè)連續(xù)的端口地址，數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口合用同一個(gè)偶地址，而狀態(tài)端口和控制端口合用同一個(gè)奇地址。在8086/8088系統(tǒng)中，將地址線A1/A0和8251A的C/ 端相連，利用地址線A1/A0來區(qū)分奇地址端口和偶地址端口。當(dāng)A1/A0為低電平時(shí)，選中偶地址端口，再與或配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀/寫；A1/A0為高電平時(shí)，則選中奇地址端口，再與或配合，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的讀取和控制信息的寫入。,3.5 8251A的編程 8251A是一個(gè)可編程的通用串行通信接口芯片,具體使用時(shí)，用戶必須對(duì)它進(jìn)行初始化編程。 編程的內(nèi)容包括兩大方面：一方面是由CPU發(fā)出的控制

25、字，即方式選擇控制字（也稱為模式字）和操作命令控制字（也稱為控制字）；另一方面是由8251A向CPU送出的狀態(tài)字。下面分別加以說明。,3.5.1 方式選擇控制字（模式字）,3.5.2 操作命令控制字（控制字） 該命令字的作用是確定8251A的實(shí)際操作，通過編程使8251A處于某種工作狀態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。,3.5.3 狀態(tài)字 8251A執(zhí)行命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送后的狀態(tài)存放在狀態(tài)寄存器中，通常稱其為狀態(tài)字。CPU通過讀操作讀入825lA的狀態(tài)字進(jìn)行分析和判斷，了解8251A的工作狀況，以便決定下一步該怎么做。,3.5.4 8251A的初始化 由于8251A僅有兩個(gè)端口地址，8251A對(duì)它的初始化

26、過程進(jìn)行了如下約定。 (1) 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(jìn)入模式寄存器。 (2) 如果模式字中規(guī)定了8251A工作在同步模式，那么，CPU接著往奇地址端口輸出的1個(gè)或2個(gè)字節(jié)就是同步字符，同步字符被寫入同步字符寄存器。如果有兩個(gè)同步字符，則會(huì)按先后分別寫入第一個(gè)同步字符寄存器和第二個(gè)同步字符寄存器。 (3) 只要不是內(nèi)部復(fù)位命令，不管是在同步模式還是在異步模式下，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。,3.4 通用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 3.4.1 通用串行接口USB ( Universal Serial

27、Bus 通用串行總線) 1) USB的產(chǎn)生： USB是外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Northern Telecom共同開發(fā)的，給PC的外部帶來計(jì)算機(jī)外設(shè)的即插即用。 USB消除了將卡安裝在專用的計(jì)算機(jī)插槽并重新配置系統(tǒng)的需要，同時(shí)也節(jié)省了寶貴的系統(tǒng)資源，如中斷IRQ。裝備了USB的個(gè)人計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)外設(shè)物理連接就能自動(dòng)地進(jìn)行配置，不必重啟動(dòng)或運(yùn)行設(shè)置程序。 USB還允許多達(dá)127個(gè)設(shè)備同在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，作為外設(shè)，例如監(jiān)視器和鍵盤就好像插入式的站點(diǎn)或集線器。USB電纜、連接器和外設(shè)可用圖符進(jìn)行標(biāo)志。,Intel成為USB的主要

28、支持者，所有他們的PC芯片組，從PIIx3開始，南橋部件中(曾與430Hz Triton II一起使用)已經(jīng)將包含USB支持作為標(biāo)準(zhǔn)。六家別的公司與Intel一起共同開USB，建立 了一個(gè)USB實(shí)現(xiàn)者論壇，借以開發(fā)、支持 USB結(jié)構(gòu)。,2) USB的接口標(biāo)準(zhǔn)： USB是一個(gè)通過簡單四線連接的12Mb/s (1.5MB/s)接口?？偩€采用分層星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持多達(dá)127臺(tái)設(shè)備，全部建立在擴(kuò)展集線器上，集線器可以置留在PC中、任一個(gè)USB外設(shè)中,也可以是一個(gè)獨(dú)立的集線器盒。注意盡管標(biāo)準(zhǔn)允許多達(dá)127臺(tái)設(shè)備相連，他們將必須共享1.5MB/s的帶寬，這就是說每增加一臺(tái)設(shè)備總線速率就會(huì)降低一些。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)

29、中很少有人會(huì)一次連接8臺(tái)以上的設(shè)備。,USB設(shè)備是集線器或功能設(shè)備，或同時(shí)是兩者。集線器為USB提供了額外的連接點(diǎn)，允許連接外加的集線器或功能設(shè)備。功能設(shè)備指的是連接到USB上去的各個(gè)設(shè)備，例如鍵盤、鼠標(biāo)、照相機(jī)、打印機(jī)、電話等。在PC機(jī)系統(tǒng)單元上的初始端口稱作根集線器，他們是USB的起始點(diǎn)。大多數(shù)主板有兩個(gè)USB端口，任何一個(gè)都可以連到功能設(shè)備或附加的集線器。 USB接口有兩種不同的連接器，稱為A系列和B系列。大多數(shù)主板上的USB端口通常是A系列連接器。物理的USB插頭是小型的。,3) USB的接口規(guī)范： USB遵從Intel的即插即用(PnP)規(guī)范，用戶只要簡單地插入設(shè)備，PC機(jī)中的USB控制器就可以檢測設(shè)備，自動(dòng)地判斷并分配所需的資源和驅(qū)動(dòng)程序。 USB支持熱插拔，這就是說設(shè)備能在不關(guān)閉電源或重新啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)動(dòng)態(tài)地插拔。 USB所連接的設(shè)備都由USB總線供電。USB的PnP特性使系統(tǒng)按照外設(shè)對(duì)電源的需求查詢所連接的外設(shè)，并且當(dāng)可用電源水平超過時(shí)發(fā)出一個(gè)警告。 USB規(guī)范可自我識(shí)別外設(shè)，這個(gè)特性大大簡化了安裝，因?yàn)橥耆挥脼槊總€(gè)外設(shè)設(shè)置唯一的ID或標(biāo)識(shí)符，它們都由USB自動(dòng)處理了。 USB接口只需要PC機(jī)的一個(gè)中斷，可以連接多達(dá)127個(gè)設(shè)備，而不需要像分別接口那樣地使用離散的中斷。 Microsoft開發(fā)了USB驅(qū)動(dòng)程序，并將它們自動(dòng)地包含在Windows 95C