微机原理 第七章 输入输出接口

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82537.4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82377.7 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是指外设和计算机间使用一根数

2、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，叫纠错纠错最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送

3、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。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

4、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

5、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=153600HzF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

6、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，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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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8250F8250芯片引脚定义和功能芯片引脚定义和功能P. 2528250INTRPT8259OUT2#IRQ4CPUINTINTR8250中断请求信号与中断请求信号与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8250F8250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. 254F8250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. 255F8250内部控制状态寄存器的功能内部控制状态寄存器的

14、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. 257P. 260F8250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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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，每停止位，无奇偶校验，每字符字符8位。位。MOV DX,209HMOV AL,40H；复位命令。；复位命令。OUT DX，ALMOV AL，01001110B；模式字；模式字MOV DX，ALMOV AL，0011，0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256；发送；发送256字节字节NEXT：MOV DX 209HIN AL，DX；状态字；状态字AND AL，01H；TXRDY？JZ NEXTMOV A

20、L，CLMOV DX，208HOUT 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，放在字节，放在buf中中Data segmentbuf DB 256 dup(?)Data endsMOV DX,209HMOV AL,40H；复位；复位OUT DX，ALMOV AL，0100,1110B；模式字；模式字OUT DX，ALMOV AL，0011,0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256 ；接收；接收256字节字节MOV SI，0NEXT：MOV DX，209HIN AL，DX；状态字；状态字AND AL，02H； RXRDY

21、？JZ NEXTMOV DX，208HIN AL，DX；接收；接收1字符字符MOV bufSI，ALINC SILOOP NEXT7.5 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8255F8255芯片引脚定义与功能芯片引脚定义与功能P. 244F8255寻址方式寻址方式P. 2468255没有状态寄存器没有状态寄存器F8255的控制字的控

22、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 63H1：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，10000011BOUT 63H，AL 2：PC7置置1，PC3置置0MOV DX，63HMOV AL，0000,1111B；PC7置置1OUT DX，ALMOV AL，0000,0110B；PC3置置0OUT DX，ALF8255的工作方式的工作方式0P. 2468255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：0D6HMOV AL，81H；OUT 0D6H，ALMOV AL，0DH； PC6置置1，0DH=0000,1101OUT 0D6H, ALLPST：IN AL，0D4H；读；读PC口口AND AL，04D；