微机原理12输入输出接口CH7-2

1、7.1概述概述 7.2CPU与外设数据传送的方式与外设数据传送的方式 7.3可编程计数器可编程计数器/定时器定时器8253 7.4串行通讯和串行接口串行通讯和串行接口 7.5 并行接口并行接口 7.6 DMA控制器控制器8237 7.7 D/A和和A/D转换技术转换技术 第七章第七章 输入输入/输出接口输出接口 7.4 串行通讯和串行接口串行通讯和串行接口 串行通信基础串行通信基础 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8250 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251 一、串行通信基础一、串行通信基础 F串行通信的概念串行通信的概念 所谓串行通讯是指外设和计算机间使用一根数据信所谓串行通讯

2、是指外设和计算机间使用一根数据信 号线一位一位地传输数据，每一位数据都占据一个号线一位一位地传输数据，每一位数据都占据一个 固定的时间长度。固定的时间长度。 “串行串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式，是指外设与接口电路之间的信息传送方式， CPU与接口之间仍按并行方式工作。与接口之间仍按并行方式工作。 F串行通信的概念串行通信的概念 F信息传输的检错和纠错信息传输的检错和纠错 串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错 如何发现传输中的错误，叫如何发现传输中的错误，叫检错检错。 发现错误后，如何消除错误，叫发现错误后，如何消除错误，

3、叫纠错纠错 最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外， 再传送再传送1位奇位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。偶校验位。可采用奇校验或偶校验。 奇校验奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位） 中，中，1的个数为奇数的个数为奇数 偶校验偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位） 中，中，1的个数为偶数的个数为偶数 F信息传输的检错和纠错信息传输的检错和纠错 奇偶校验能够检测出奇偶校验能够检测出1位误码，但是不能纠错。位误码，但是不能纠错

4、。 F串行数据传输方式串行数据传输方式 全双工方式全双工方式 通讯双方能同时进行发送和接收操作通讯双方能同时进行发送和接收操作 F串行数据传输方式串行数据传输方式 半双工方式半双工方式 只有只有1根数据线传送数据信号，要求通讯双方的根数据线传送数据信号，要求通讯双方的 发送和接收由电子开关切换。发送和接收由电子开关切换。 单工方式单工方式 只允许数据按照一个固定的方向传送只允许数据按照一个固定的方向传送 F传输速率传输速率 在串行通讯中，用在串行通讯中，用波特率波特率来描述数据的传输速率来描述数据的传输速率 波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps

5、 接收时钟接收时钟/发送时钟是波特率的倍数，称为发送时钟是波特率的倍数，称为波特率因子波特率因子。 例如波特率因子为例如波特率因子为32，则，则32个时钟脉冲移位个时钟脉冲移位1次。次。 例：波特率例：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16，则，则 接收时钟和发送时钟频率接收时钟和发送时钟频率=960016=153600Hz F信号的调制和解调信号的调制和解调 数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如数字信号的频带宽，而普通通信线路频带较窄，如 电话线频带范围仅电话线频带范围仅3003400Hz 所以采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要所以采用普通通信线路进行远程数据通信

6、时，需要 在发送端用调制器（在发送端用调制器（Modulator）把数字信号转换）把数字信号转换 为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方，为模拟信号，模拟信号经通信线路传送到接收方， 接收方再以解调器（接收方再以解调器（Demodulator），把模拟信号），把模拟信号 变为数字信号。变为数字信号。 大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中，大多数情况下，调制器和解调器合在一个装置中， 称为称为调制解调器调制解调器Modem 在通讯中，在通讯中，Modem起着传输信号的作用，是一种起着传输信号的作用，是一种 数据通讯设备，简称数据通讯设备，简称DCE 接收设备和发送设备称为数据终端设备，

7、简称接收设备和发送设备称为数据终端设备，简称DTE。 F信号的调制和解调信号的调制和解调 F串行通信的类型串行通信的类型 串行通讯可以分为两种类型：串行通讯可以分为两种类型：同步通讯同步通讯、异步通讯异步通讯 异步通讯异步通讯 一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传 输，传输一个字符时，以输，传输一个字符时，以起始位起始位开始，然后传输字开始，然后传输字 符本身的各位，接着传输符本身的各位，接着传输校验位校验位，最后以，最后以停止位停止位结结 束该字符的传输。一次传输的起始位、字符各位、束该字符的传输。一次传输的起始位、字符各位、 校验位、停止

8、位构成一组完整的信息，称为校验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧帧 （Frame） 帧与帧之间可有任意个帧与帧之间可有任意个空闲位空闲位 异步通讯异步通讯 异步通讯可以采用正逻辑或负逻辑异步通讯可以采用正逻辑或负逻辑 异步通讯的信息格式异步通讯的信息格式 起始位起始位逻辑逻辑01位位 数据位数据位逻辑逻辑0或或15位、位、6位、位、7位、位、8位位 校验位校验位逻辑逻辑0或或11位或无位或无 停止位停止位逻辑逻辑11位、位、1.5位或位或2位位 空闲位空闲位逻辑逻辑1任意数量任意数量 异步通讯异步通讯 例：传送例：传送8位数据位数据45H（0100,0101B），奇校验，），奇校验，1 个停

9、止位，则信号线上的波形为个停止位，则信号线上的波形为 同步通讯同步通讯 靠同步字符完成收发双方同步靠同步字符完成收发双方同步 多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步 字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成 一个信息帧一个信息帧 同步字符同步字符 字符字符1 字符字符2 字符字符n 校验字符校验字符 数据块数据块 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 在串行通信中，在串行通信中，DTE和和DCE之间的连接要符合接口标准之间的连接要符合接口标准 计算机通信中使用最普遍的是计算机通信中使用最普遍的是

10、RS-232C标准标准 PC机上的机上的COM1、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口，使接口，使 用用9针和针和25针连接器针连接器 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 TDX发送发送 RDX接收接收 SG信号地信号地 DSRDCE准备好准备好 DTRDTE(即微机接口电路，如即微机接口电路，如8250/8251)准备好准备好 RTSDTE请求请求DCE发送发送 CTSDCE允许允许DTE发送发送,该信号是对该信号是对RTS信号的回答。信号的回答。 DCD数据载波检出数据载波检出 当本地当本地DCE收到对方的收到对方的DCE设备送来的载波

11、信号时，使设备送来的载波信号时，使 DCD有效，通知有效，通知DTE准备接收，并且由准备接收，并且由DCE将接收到的将接收到的 载波信号解调为数字信号，经载波信号解调为数字信号，经RXD线送给线送给DTE。 RI振铃信号振铃信号 当当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有 效，通知效，通知DTE已被呼叫。已被呼叫。 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 RS-232-C采用负逻辑，且信号电平与采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容不兼容 串行接口芯片串行接口芯片8250、8251均使用均使用TTL电平，应使用电平，应使用 电平转换电路与电平转

12、换电路与RS-232C连接器连接连接器连接。 MC1488：TTL电平电平RS232电平电平 （用于发送方）（用于发送方） MC1489：TTL电平电平RS232电平电平 （用于接收方）（用于接收方） F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 采用采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接和电话网通信时的信号连接 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 采用专用线通讯时的信号连接采用专用线通讯时的信号连接 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 无无Modem的标准连接的标准连接 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 无无Modem 的最简连接的最

13、简连接 F串行通信的接口标准串行通信的接口标准 无无Modem时，最大通讯距离的计算：时，最大通讯距离的计算： RS-232C标准规定：当误码率小于标准规定：当误码率小于4%时，要求导时，要求导 线的电容值应小于线的电容值应小于2500PF。 普通导线的电容值约为普通导线的电容值约为170PF/M。 则允许距离则允许距离L=2500PF/（170PF/M）=15M 二、可编程串行异步通信接口二、可编程串行异步通信接口8250 F8250芯片引脚定义和功能芯片引脚定义和功能 P. 252 8250 INTRPT 8259 OUT2# IRQ4 CPU INT INTR 8250中断请求信号与中断

14、请求信号与CPU的连接的连接 二、可编程串行异步通信接口二、可编程串行异步通信接口8250 F8250芯片的内部结构和寻址方式芯片的内部结构和寻址方式 P. 254 F8250内部控制状态寄存器的功能内部控制状态寄存器的功能 P. 255 F8250内部控制状态寄存器的功能内部控制状态寄存器的功能 除数寄存器除数寄存器 8250使用使用1.8432MHz的基准时钟输入信号，通过内的基准时钟输入信号，通过内 部分频产生发送时钟频率和接收时钟频率。部分频产生发送时钟频率和接收时钟频率。 波特率因子固定为波特率因子固定为16，所以，所以 16*波特率波特率=1843200/分频系数分频系数 分频系数

15、即为除数分频系数即为除数 除数除数= 1843200/(16*波特率波特率) F8250通信编程通信编程 P. 257 P. 260 F8250应用举例应用举例 三、可编程串行通信接口三、可编程串行通信接口8251 通过编程，可以实现异步通讯协议或面向字符的同通过编程，可以实现异步通讯协议或面向字符的同 步通讯协议，波特率：同步方式下：步通讯协议，波特率：同步方式下：0-64Kbps；异；异 步方式下：步方式下：0-19.2Kbps。 同步方式下，每字符为同步方式下，每字符为5，6，7，8位，能自动检测位，能自动检测 同步字符，自动添加奇偶校验。同步字符，自动添加奇偶校验。 异步方式下，每字符

16、可为异步方式下，每字符可为5，6，7，8位，自动增加位，自动增加 起始位、停止位和校验位。起始位、停止位和校验位。 F8251的结构的结构 模式寄存器： 决定工作于 同步或异步 模式以及接 收和发送的 字符格式 同步字符寄 存器：存放 同步模式下 的同步字符 F8251的引脚信号的引脚信号 C/D#: 该信号一般连至地址线该信号一般连至地址线A0，用于选择控制端口，用于选择控制端口 /数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口，控数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口，控 制寄存器与状态寄存器合用一个端口。制寄存器与状态寄存器合用一个端口。 TxE：通知通知CPU发送移位寄存器空。此时，在状态

17、寄发送移位寄存器空。此时，在状态寄 存器的存器的TxE位置位置1。CPU可以查询可以查询TxE信号或状态寄信号或状态寄 存器的存器的TxE位位 TxRDY:告诉告诉CPU，8251已准备好发送，已准备好发送，CPU可以为可以为 其提供需要发送的字符其提供需要发送的字符 RxRDY:通知通知CPU，8251已从外部设备收到一个字符，已从外部设备收到一个字符， 等待等待CPU读取。读取。CPU可以查询该信号，或把该信号作可以查询该信号，或把该信号作 为中断请求信号。为中断请求信号。 SYNDET:同步检测信号，只用于同步方式同步检测信号，只用于同步方式 TXC、RXC: 8251没有内置的波特率发

18、生器，必须由外部产生建没有内置的波特率发生器，必须由外部产生建 立波特率的时钟信号，立波特率的时钟信号，TXC、RXC通常与通常与8253连接连接 F8251的引脚信号的引脚信号 F8251的命令字与初始化编程的命令字与初始化编程 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 F8251的命令字与初始化编程的命令字与初始化编程 控制寄存器与状态寄存器的格式控制寄存器与状态寄存器的格式 F8251的命令字与初始化编程的命令字与初始化编程 8251与与CPU的数据交换的数据交换 查询方式查询方式/中断方式中断方式 采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。 状态寄

19、存器状态寄存器D0=1，CPU可以向可以向8251数据端口写入数据端口写入 数据，完成串行数据的发送数据，完成串行数据的发送 状态寄存器状态寄存器D1=1，CPU可以从可以从8251数据端口读出数据端口读出 数据，完成一帧数据的接收数据，完成一帧数据的接收 F8251的命令字与初始化编程的命令字与初始化编程 流程流程 F8251编程示例编程示例 例：编写例：编写8251异步模式下的接收和发送程序，完成异步模式下的接收和发送程序，完成 256个字符的发送和接收，设端口地址：个字符的发送和接收，设端口地址：208H，209H， 波特率因子波特率因子16，1起始位，起始位，1停止位，无奇偶校验，每停

20、止位，无奇偶校验，每 字符字符8位。位。 MOV DX,209H MOV AL,40H；复位命令。；复位命令。 OUT DX，AL MOV AL，01001110B；模式字；模式字 MOV DX，AL MOV AL，0011，0111B；控制字；控制字 OUT DX，AL MOV CX，256；发送；发送256字节字节 NEXT： MOV DX 209H IN AL，DX；状态字；状态字 AND AL，01H；TXRDY？ JZ NEXT MOV AL，CL MOV DX，208H OUT DX，AL；发送；发送 LOOP NEXT 发送程序发送程序 接收程序接收程序 接收接收256字节，放在

21、字节，放在buf中中 Data segment buf DB 256 dup(?) Data ends MOV DX,209H MOV AL,40H；复位；复位 OUT DX，AL MOV AL，0100,1110B；模式字；模式字 OUT DX，AL MOV AL，0011,0111B；控制字；控制字 OUT DX，AL MOV CX，256 ；接收；接收256字节字节 MOV SI，0 NEXT： MOV DX，209H IN AL，DX；状态字；状态字 AND AL，02H； RXRDY？ JZ NEXT MOV DX，208H IN AL，DX；接收；接收1字符字符 MOV bufSI

22、，AL INC SI LOOP NEXT 7.5 并行接口并行接口 并行接口的特点并行接口的特点 可编程并行通信接口芯片可编程并行通信接口芯片8255 一、并行接口的特点一、并行接口的特点 并行接口是在多根数据线上，以字节并行接口是在多根数据线上，以字节/字为单位与字为单位与 I/O设备交换数据设备交换数据 二、可编程并行通信接口芯片二、可编程并行通信接口芯片8255 F8255芯片引脚定义与功能芯片引脚定义与功能 P. 244 F8255寻址方式寻址方式 P. 246 8255没有状态寄存器没有状态寄存器 F8255的控制字的控制字 方式选择控制字方式选择控制字 端口端口C置位置位/复位控制

23、字复位控制字 P. 248 注意：注意：C口控制字虽然是对端口口控制字虽然是对端口C操作，但应写入到操作，但应写入到 控制口地址，而不是写入到控制口地址，而不是写入到C数据口数据口 F8255的控制字的控制字 编程举例：设编程举例：设 A、B、C数据口地址分别位数据口地址分别位60H、 61H、 62H、控制口端口地址、控制口端口地址 63H 1：A口方式口方式0，输出、，输出、B口方式口方式0，输入，输入，C口高口高4位输位输 出，出，C口低口低4位入位入 MOV AL，10000011B OUT 63H，AL 2：PC7置置1，PC3置置0 MOV DX，63H MOV AL，0000,1111B；PC7置置1 OUT DX，AL MOV AL，0000,0110B；PC3置置0 OUT DX，AL F8255的工作方式的工作方式0 P. 246 8255作为打印机接口，工作于方式作为打印机接口，工作于方式0 程序设计：设程序设计：设PA、PB、PC口地址分别为口地址分别为0D0H、0D2H、 0D4H控制口地址：控制口地址：0D6H MOV AL，81H； OUT 0D6H，AL MOV AL，0DH； PC6置置1，0DH=0000,1101 OUT 0D6H, AL LPST： IN AL，0D4H；读；读PC口口 AND AL，04D； 打印机忙否（打