第9章可编程输入输出接口

1、2012年10月26日第9章 可编程输入/输出接口 并行通信是以微机的字长为传输单位；并行通信是以微机的字长为传输单位；适合于外部设备与微机之间进行近距离、适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。大量和快速的信息交换。 实现并行通信的接口称之为并实现并行通信的接口称之为并行接口。行接口。 概概 述述9.1 9.1 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8255A并行输入并行输入/ /输出端口输出端口A A、B B、C: C: 8255A8255A芯片具有芯片具有2424个可编程输入个可编程输入输出引脚，分成输出引脚，分成3 3个个8 8位端口。位端口。 9.1.1 8

2、255A9.1.1 8255A的基本功能和内部结构的基本功能和内部结构1 1、8255A8255A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号 (1) 8255A(1) 8255A内部结构内部结构A组控制部件 数据总线缓冲器读/写控制部件B组控制部件 RESETA0 A1 A组 端口A8位 A组 A组 端口C(高4位) B组 端口C(低4位) 8位 B组 端口BPA7PA0 PC7PC4 PC3PC0 PB7PB0 双向 D7D0 CSWRRD数据总线缓冲器、数据总线缓冲器、读写控制部件、读写控制部件、A A组和组和B B组控制部件、端口组控制部件、端口A A、B B、C C。内部数据总线外部数据

3、引脚锁存控制锁存器缓冲器DCDCDCQQQ选通缓冲器内部数据总线外部数据引脚选通内部数据总线外部数据引脚锁存控制DCQDCQDCQ读数据锁存器缓冲器内部数据总线外部数据引脚锁存控制DCQDCQDCQ锁存器A A组组A口：PA0PA7 C口的高4位:PC4PC7 B B组组 B口：PB0PB7 C口的低4位：PC0PC3 CS：片选信号，接片选信号，接CPUCPU高位地址的译码输出高位地址的译码输出WRWR：写信号，写信号，WRWR有效，有效，CPUCPU向向8255A8255A写入的控制写入的控制或数据信息。或数据信息。RD：读信号读信号,RD,RD有效有效,CPU,CPU读读8255A825

4、5A的数据或状态的数据或状态RESETRESET：复位信号。：复位信号。RESETRESET有效时，有效时，清清 8255A 8255A 所有控制寄存器内容所有控制寄存器内容, ,并并将各端口置成输入方式。将各端口置成输入方式。2. 8255A2. 8255A的引脚的引脚8255A8255A采采用用4040线双列线双列直 插 封 装 ，直 插 封 装 ，引 脚 图 如 图引 脚 图 如 图所示。所示。图9.2 8255A引脚定义4 3 2 1 403718 34.27D7 D0 A0 A1 RESETVCC GND986535368255APPI数据总线数据总线 控制线控制线 电源线电源线 通

5、道通道A通道通道B通道通道CCPU接口外设接口.PA7 PA0 .PB7 PB0 .PC7 PC0 25141516 171312 11 10 WRRDCS* PA7PA0：A端口数据信号引脚* PB7PB0：B端口数据信号引脚* PC7PC0：C端口数据信号引脚* D7D0： 8255A的8位数据线* A1A0： 端口选择信号表表9.1 8255A9.1 8255A的读写操作控制的读写操作控制 1. 1. 控制字控制字控制字和各位的含义如图所示。9.1.2 8255A9.1.2 8255A的控制字及其工作方式的控制字及其工作方式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0C口低位选择，口低

6、位选择，1入入0出出B口口I/O选择，选择，1入入0出出B口方式选择，口方式选择，0=方式方式0 1=方式方式1B组组C口高位选择，口高位选择，1入入0出出A口口I/O选择，选择，1入入0出出A口方式选择口方式选择00=方式方式0 01=方式方式1 1X=方式方式2D7=1，方式控制字标志，方式控制字标志A组组图图9.3 8255A9.3 8255A工作方式控制字格式工作方式控制字格式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0置位置位/复位复位选择选择1=置位，置位，0=复位复位D7=0为置为置位位/复位控复位控制字标志制字标志D3 D2 D1 位选择位选择 0 0 0 PC0 0 0 1

7、 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7无效无效关于控制字要说明几点：关于控制字要说明几点：（1 1） 方式方式0 0 基本输入基本输入/ /输出方式输出方式2. 2. 工作方式工作方式1 0 0 0 C口低位选择，口低位选择，1入入0出出B口口I/O选择，选择，1入入0出出B口方式选择，口方式选择，0=方式方式0 B组组C口高位选择，口高位选择，1入入0出出A口口I/O选择，选择，1入入0出出A口方式选择口方式选择00=方式方式0 D7=1，方式控制字标志，方式控制字标志A组组图图9.5 8255A9.5

8、 8255A工作方式工作方式0 0控制字格式控制字格式工作方式工作方式0简单输入/输出查询方式；A，B，C三个端口均可。 三态缓冲器三态缓冲器地址译码器地址译码器& &数据数据来自外设来自外设8 88 8IO/IO/ MRDRD数据总线数据总线地址总线地址总线 锁存器锁存器到外设到外设8 88 8IO/IO/MWRWR地址译码器地址译码器数据总线数据总线地址总线地址总线& &CECE (2) (2) 工作方式工作方式1 1选通式输入选通式输入/ /输出方式输出方式 方式方式1 1选通输入选通输入方式1操作使端口A或端口B作为锁存输入设备工作。端口C也可按方式1操

9、作使用但不是对数据，而是对控制信号，或当端口A或端口B为选通输入端口时的握手信号。下图示出下图示出8255A8255A方式方式1 1选通输入时的内部选通输入时的内部结构图。结构图。IBF：输入缓冲器满信号，向外设输 出，高电平有效。STB：选通信号。由外设输入，低电平 有效。INTR：中断请求信号，高电平有效。 1 0 1 1A A口方式口方式1 1输入控制字输入控制字PA7PA7PA0PA0PC4PC4PC5PC5PC3PC3INTEAINTEAPC4PC4与门与门IBFAIBFASTBASTBAINTRAINTRARDRDD7D7D0D0A口方式口方式1输入时输入时相应的联络信号相应的联络

10、信号11 1B B口方式口方式1 1输入控制字输入控制字B口方式口方式1输入时输入时相应的联络信号相应的联络信号PB7PB7PB0PB0PC2PC2PC1PC1PC0PC0INTEBINTEBPC2PC2与门与门RDRDD7D7D0D0IBFBIBFBSTBBSTBBINTRBINTRBPB7PB0PA7PA0STBIBFINTRRD外设送来数据外设送来数据当当INTE=1时时 方式方式1输入时序输入时序INTE：中断允许信号，它是通过端口PC4(端口A)或PC2(端口B)的位来编程的内部位。 方式方式1 1选通输出选通输出当端口当端口A A或端口或端口B B为方式为方式1 1输出时，各指输出

11、时，各指定定PCPC的的3 3条线作为条线作为8255A8255A与外设及与外设及CPUCPU之间应之间应答信号。下图为方式答信号。下图为方式1 1选通输出操作的内部选通输出操作的内部结构图。结构图。1 0 1 0 1 0 C口低位选择，口低位选择，1入入0出出B口口I/O选择，选择，0出出B口方式选择，口方式选择，1=方式方式1 B组组C口高位选择，口高位选择，1入入0出出A口口I/O选择，选择，1入入0出出A口方式选择口方式选择01=方式方式1 D7=1，方式控制字标志，方式控制字标志A组组图图9.5 8255A9.5 8255A工作方式工作方式1 1输出控制字格式输出控制字格式工作方式工

12、作方式1选通输入/输出中断方式；A ，B，两个端口均可。 11 0B口方式口方式1输出控制字输出控制字PB7PB7PB0PB0PC2PC2PC1PC1PC0PC0INTEBINTEBPC2PC2与门与门WRWRD7D7D0D0OBFBOBFBACKBACKBINTRBINTRB1 0 1 0A口方式口方式1输出控制字输出控制字PA7PA7PA0PA0PC6PC6PC7PC7PC3PC3INTEAINTEAPC6PC6与门与门OBFAOBFAACKAACKAINTRAINTRAWRWRD7D7D0D0OBF：输出缓冲器满信号。向外设 输出，低电平有效。ACK： 外设应答信号。由外设输 入，低电平

13、有效。INTE：中断允许信号。INTR：中断请求信号。高 电平有效。D7D0送往外设数据送往外设数据数据写入端口数据写入端口WROBFINTRACK当当INTE=1时时 方式方式1输出时序输出时序(3) (3) 工作方式工作方式2 2双向选通输入双向选通输入/ /输出方式输出方式方式2只允许A组采用，此时端口A变为双向，允许数据在同一组8条线上发送和接收。下图示出方式下图示出方式2 2操作内部结构图。操作内部结构图。工作方式工作方式2双向输入/输出中断方式。只有A端口才有。 PA7PA7PA0PA0PC6PC6PC7PC7ACKAACKAOBFAOBFAD7D7D0D0RDRDWRWRPC4P

14、C4PC5PC5STBASTBAIBFAIBFAINTEA1INTEA1PC4PC4INTEA2INTEA2PC6PC6与与门门PC3PC3INTRAINTRA或门或门与与门门1 1 C口低位选择，口低位选择，1入入0出出B口口I/O选择，选择，1入入0出出B口方式选择，口方式选择，1=方式方式1 0=方式方式0 B组组A口方式选择口方式选择10=方式方式2 11=方式方式2D7=1，方式控制字标志，方式控制字标志A组组图图9.10 8255A9.10 8255A工作方式工作方式2 2控制字格式控制字格式OBFA：输出缓冲器满信号，向外设输出，低电平有效。ACKA：应答信号，由外设输入，低电平

15、有效。STBA： 数据选通输入信号。由外设输 入，低电平有效。PB7PB0PA7PA0-STBIBF-RD外设送来数据外设送来数据D7D0送往外设数据送往外设数据数据写入端口数据写入端口-WR-OBFINTR-ACK当当INTE=1时时 图9.11 端口A方式2下的时序图 IBFA：输入缓冲器满信号，向外设输出，高电平有效。INTE：中断允许信号 (INTE1和INTE2)。高电平有效。INTRA：中断请求信号，高电平有效。 9.2 8255A的应用实例的应用实例9.2.1 8255A9.2.1 8255A与打印机接口与打印机接口1 1、用方式、用方式1 1与打印机接口与打印机接口 用方式用方

16、式1 1与打印机接口与打印机接口图图9.16 9.16 方式方式1 1的打印机接口的打印机接口 LED七段显示器及其接口七段显示器及其接口 在常用的七段显示器内，各个在常用的七段显示器内，各个LED可按共阳极或共阴极连可按共阳极或共阴极连接。它们应分别用不同的段码，经不同的驱动电路来驱动。接。它们应分别用不同的段码，经不同的驱动电路来驱动。 PA口输出值与口输出值与LED显示值间关系显示值间关系d pd pnnccbbaa+ 5 Vbagd pd pgb+ 5 Va共阴极 共阳极 共阴极 共阳极（a）七段LED原理图 图（b）“米”字LED原理图 图图 典型典型LED器件原理图器件原理图 LE

17、D显示器原理及接口技术显示器原理及接口技术图图 LED在系统中的连接在系统中的连接 AB锁 存 /驱 动 器驱动器DBPC总 线译码电路8088CPU系 统 关 显 示位 码 循 环 移 位 并 输 出YN段 码 表 指 针 加 18 位 显 示 完 了 吗 ？延 时输 出 段 选 码输 出 位 选 码 ， 选 第 0 位取 段 码 表 首 址图图 软件流程图软件流程图 思考题思考题一、单项选择题一、单项选择题1.8255A1.8255A的的PAPA口工作在方式口工作在方式2 2，PBPB口工作在方口工作在方式式1 1时，其时，其PCPC端口端口( )( )。 A.A.用作两个用作两个4 4位

18、位I/OI/O端口端口 B.B.部分引脚作联络，部分引脚作部分引脚作联络，部分引脚作I/OI/O C. C.全部引脚均作联络信号全部引脚均作联络信号 D.D.作作8 8位位I/OI/O端口，引脚都为端口，引脚都为I/OI/O线线 分析：分析：8255A8255A的的PAPA口工作于方式口工作于方式2 2，指定，指定PCPC口的口的PC3PC3PC7PC7为联为联络信号线，若络信号线，若PBPB口同时工作于方式口同时工作于方式1 1，指定，指定PC0PC0PC2PC2为联络为联络信号线。因此，信号线。因此，PCPC端口全部用于端口全部用于PAPA口与口与PBPB口的联络信号。口的联络信号。答：答

19、：C C 2.2.如果如果8255A8255A的的PAPA口工作于方式口工作于方式2,PB2,PB口可工作于哪种工作方式口可工作于哪种工作方式( )( )。A.A.方式方式O B.O B.方式方式1 C.1 C.方式方式2 2 D.D.方式方式0 0或方式或方式1 1 分析分析: :如第如第1 1题所分析的，题所分析的，PAPA口工作于方口工作于方式式2 2后，后，PCPC口的口的PC0PC0PC2PC2可用作可用作PBPB口方口方式式1 1的联络信号，同时的联络信号，同时PBPB口也可工作于口也可工作于方式方式0 0的无条件传送。的无条件传送。答答:D:D3.3.当当8255A8255A的的

20、PAPA口工作在方式口工作在方式1 1的输入的输入时，对时，对PC4PC4置位，其作用是置位，其作用是( )( )。A.A.启动输入启动输入 B.B.开放输入中断开放输入中断C.C.允许输入允许输入 D.D.停止输入停止输入 分析分析:8255A:8255A的的PAPA口工作在方式口工作在方式1 1时时,PC4=1,PC4=1用来设置输入时的用来设置输入时的“开中断开中断”。答答:B.:B. 通信：计算机与外部设备之间、计算机之通信：计算机与外部设备之间、计算机之间的信息交换。间的信息交换。通信的基本方式通信的基本方式并行通信并行通信串行通信串行通信异步通信异步通信同步通信同步通信9.3.1

21、9.3.1 串行通信的连接方式串行通信的连接方式图图9.17 9.17 串行通信的串行通信的3 3种连接方式种连接方式发送器发送器A发送器发送器接收器接收器发送器发送器接收器接收器发送器发送器接收器接收器接收器接收器发送器发送器接收器接收器B数据线数据线数据线数据线AB数据线数据线数据线数据线AB9.3.2 9.3.2 信号的调制与解调信号的调制与解调 MODEMMODEM是由调制器和解调器合在一起形成的一是由调制器和解调器合在一起形成的一个装置，以用作双向通信。个装置，以用作双向通信。MODEMMODEM的类型一般可分的类型一般可分为幅移键控（为幅移键控（ASKASK）、频移键控（）、频移键

22、控（FSKFSK）和相移键）和相移键控（控（PSKPSK）等。当通信波特率小于）等。当通信波特率小于300bit/s300bit/s时，常时，常采用采用FSKFSK调制方式调制方式。 9.3.3 9.3.3 同步与异步通信方式同步与异步通信方式1. 1. 异步通信方式（异步通信方式（ASYNCASYNC）第第n+1个字符个字符第第n个字符个字符空闲位空闲位起始位起始位停止位停止位7位数据位位数据位空闲位空闲位起始位起始位01 1 110D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 图图9.18 9.18 异步通信字符格式异步通信字符格式 （1 1）起始位：）起始位：一位，逻辑一位，逻辑0 0，表示

23、字符的开始；，表示字符的开始； 通信时以收发一个字符为独立的通信单位，通信时以收发一个字符为独立的通信单位，每个字符由每个字符由4 4个部分组成：个部分组成： （2 2）数据位：可以是）数据位：可以是5 58 8位逻辑位逻辑0/0/逻辑逻辑1 1，与双方，与双方约定的编码形式有关，如：约定的编码形式有关，如：ASCIIASCII码（码（7 7位），扩展位），扩展的的BCDBCD码（码（8 8位）等，起始位之后紧跟着的是数据的位）等，起始位之后紧跟着的是数据的最低位最低位D D0 0。 （3 3）奇）奇/ /偶校验位：一位逻辑偶校验位：一位逻辑0/0/逻辑逻辑1 1。 （4 4）停止位：）停止位

24、：1 1位或位或1.51.5位或位或2 2位逻辑位逻辑1 1，表示字符，表示字符的结束的结束 。 2. 2. 同步通信方式（同步通信方式（SYNCSYNC） 在异步通信中，每个字符都要用起始位和停止位在异步通信中，每个字符都要用起始位和停止位来使通信双方同步，这些附加的额外信息，使得异步来使通信双方同步，这些附加的额外信息，使得异步通信的传输效率不高。在需传输大量数据的场合，为通信的传输效率不高。在需传输大量数据的场合，为提高传输效率和速度，常去掉这些附加位，即采用同提高传输效率和速度，常去掉这些附加位，即采用同步通信步通信SYNCSYNC（Synchronous data Communica

25、tionSynchronous data Communication） 同步字符同步字符数据块数据块CRC1 CRC2 同步字符同步字符2数据块数据块CRC1 CRC2 同步字符同步字符1a.a.单同步格式单同步格式b.b.双同步格式双同步格式 为了防止因收、发双方的时钟频率的偏差的积累效应而为了防止因收、发双方的时钟频率的偏差的积累效应而产生错位，从而导致通信出错，同步通信要求接收和发送产生错位，从而导致通信出错，同步通信要求接收和发送的时钟完全同步，不能有误差。实际应用中，同步传送常的时钟完全同步，不能有误差。实际应用中，同步传送常在收、发双方间使用同一时钟，故硬件电路比较复杂。在收、发双

26、方间使用同一时钟，故硬件电路比较复杂。 对每个字符的检错一般可用奇校验，数据块的末尾用对每个字符的检错一般可用奇校验，数据块的末尾用CRC（循环冗余码）对整个数据块进行校验。（循环冗余码）对整个数据块进行校验。收、发双方以一个或两个预先约定的同步字符作为数据收、发双方以一个或两个预先约定的同步字符作为数据块传送的开始，数据块由几十到几千，甚至更多字节组成。块传送的开始，数据块由几十到几千，甚至更多字节组成。 9.3.4 9.3.4 波特率与收波特率与收/ /发时钟发时钟1. 1. 波特率波特率 计算机串行通信中常用波特率（计算机串行通信中常用波特率（Baud rateBaud rate）来）来

27、表示数据传输率，波特率的单位是表示数据传输率，波特率的单位是bit/sbit/s，即每秒所，即每秒所传送的二进制位数。常用的标准值有传送的二进制位数。常用的标准值有110110，300300，600600，12001200，24002400，48004800，96009600，1920019200波特等。波特等。 某异步通信中每秒传送某异步通信中每秒传送960个字符，而每个字符个字符，而每个字符由由10位（位（1个起始位、个起始位、7个数据位、个数据位、1个奇校验位、个奇校验位、1个 停 止 位 ） 组 成 ， 则 传 送 的 波 特 率 为 ：个 停 止 位 ） 组 成 ， 则 传 送 的

28、波 特 率 为 ：fd=10960bit/s=9600bit/s 传送一位的时间传送一位的时间Td=1/9600=0.104ms 例如例如: 2.2.接收接收/ /发送时钟发送时钟 异步通信中，大多数串行端口发送和接收的异步通信中，大多数串行端口发送和接收的波特率均可分别设置，由发送器和接收器各用一波特率均可分别设置，由发送器和接收器各用一个时钟来确定，分别称为发送时钟和接收时钟。个时钟来确定，分别称为发送时钟和接收时钟。为了有利于收发双方同步，以及提高抗干扰的能为了有利于收发双方同步，以及提高抗干扰的能力，这两个时钟频率力，这两个时钟频率f fc c一般不等于波特率一般不等于波特率f fd

29、d，两者，两者之间的关系为：之间的关系为： 其中，其中，k k称为波特率系数，其取值可为称为波特率系数，其取值可为1616，3232或或6464。 入入出出QQQQCP11001001如：有如：有1数据数据35H=0 0 1 10 1 01发送脉冲发送脉冲利用下降沿利用下降沿利用上升沿利用上升沿接收脉冲接收脉冲思考题思考题：异步通信中，如何实现同步的：异步通信中，如何实现同步的？启动检测启动位12345678910 11 12 13 14 15 16RXC16TCRXDTC确认启动位12345678910采样数据三中取二三中取二目的目的： 抑制干扰；抑制干扰； 提高信号的传输可靠性，因为采样信

30、号总是提高信号的传输可靠性，因为采样信号总是在每个接收位的中间位置，不仅可以避开信号两端的边沿失真，也在每个接收位的中间位置，不仅可以避开信号两端的边沿失真，也可防止接收时钟频率和发送时钟频率不完全同步引起的接收错误可防止接收时钟频率和发送时钟频率不完全同步引起的接收错误 一个完整的串行通信系统除了对上一节所介一个完整的串行通信系统除了对上一节所介绍的通信规程有所规定外，还必然会涉及到在电绍的通信规程有所规定外，还必然会涉及到在电气连接上的接口标准问题。标准化的通用总线结气连接上的接口标准问题。标准化的通用总线结构能使系统结构化、模块化，大大简化系统软、构能使系统结构化、模块化，大大简化系统软

31、、硬件设计的工作，因此被普遍采用。本节介绍目硬件设计的工作，因此被普遍采用。本节介绍目前常用的有代表性的一种串行接口标准。前常用的有代表性的一种串行接口标准。 9.4.1 9.4.1 RS-232CRS-232C接口标准接口标准 RS-232CRS-232C是串行异步通信中应用最广的串行总线标准，是串行异步通信中应用最广的串行总线标准，19691969年由美国年由美国EIAEIA（电子工业协会）颁发，其中（电子工业协会）颁发，其中RSRS是是Recommended StandardRecommended Standard的缩写，的缩写，232232是标准的标识号。是标准的标识号。RS-RS-2

32、32C232C的前身是的前身是RS-232ARS-232A和和RS-232BRS-232B，这前两种接口标准现在，这前两种接口标准现在已很少使用。已很少使用。RS-232CRS-232C主要用于使用模拟信道传输数字信主要用于使用模拟信道传输数字信号的场合，推出这种标准的最初目的是在数据终端设备号的场合，推出这种标准的最初目的是在数据终端设备DTEDTE（Data Terminal EquipmentData Terminal Equipment）与数据通信设备）与数据通信设备DCEDCE（Data Communication EquipmentData Communication Equipm

33、ent）之间建立接口标准。）之间建立接口标准。 RS-232C的典型应用如图9.16所示。 计算机计算机串串行行接接口口UARTUART调制调制解调解调器器ModemModemDTEDCE控制控制发送发送接收接收调制调制解调解调器器ModemModem串串行行接接口口UARTUART计算机计算机控制控制接收接收发送发送 DTEDCERS-232CRS-232C电话线电话线图图9.19 RS-232C9.19 RS-232C的典型应用的典型应用 1.1.机械特性机械特性 TXD（Transmitted Data）：发送数据，）：发送数据，DTE通过通过TXD将串行数据发将串行数据发 送到送到Mo

34、dem。 RXD（Received Data）：接收数据，）：接收数据，DTE通通过过RXD接收从接收从Modem来的来的 串行数据。串行数据。 RTS（Request to Send）：用来表示）：用来表示DTE请求请求DCE发送数据。发送数据。 CTS（Clear to Send）：用来表示）：用来表示DCE已准备好，已准备好，可以为可以为DTE发送数据，此信号是对发送数据，此信号是对RTS的响应的响应信号。信号。 RTS/CTS是一对握手联络信号，用于采用是一对握手联络信号，用于采用Modem的的半双工系统中作发送半双工系统中作发送/接收方式之间的切换。接收方式之间的切换。 DSR(Da

35、ta communication equipment Set Ready)：表示：表示Modem已准备就绪已准备就绪 DTR（Data Terminal Ready）：）：DTE用来通知用来通知Modem，已准备就绪，可，已准备就绪，可以接收数据。以接收数据。 DCD（Data Carrier Detection）：用来表示）：用来表示Modem正在接收来自对方正在接收来自对方Modem的载波信号，的载波信号，通知通知DTE准备接收数据。准备接收数据。 RI（Ringing Indicator）：通知）：通知DTE、Modem已收已收到电话交换机送来的振铃呼叫信号，使用公用到电话交换机送来的振

36、铃呼叫信号，使用公用电话线时要用此信号。电话线时要用此信号。 (1) (1) 远距离时的连接远距离时的连接计算机计算机串串行行接接口口UARTUART调制调制解调解调器器ModemModemTXDRXD调制调制解调解调器器ModemModem串串行行接接口口UARTUART计算机计算机 电话线电话线图图9.20 9.20 采用采用ModemModem时时RS-232CRS-232C信号线的使用信号线的使用 RTSCTSDSRDTRDCDRIGNDTXDRTSCTSDSRDTRDCDRIGNDRXD(2) (2) 近距离时的连接近距离时的连接 GNDRXD TXDTXD RXD计计 2 算算 3

37、 机机 7 UART3 计计 2 算算 7 机机 UARTCTSDSRDTRDCDRTSGNDDSRDTRDCDCTSRTSTXD RXDRXD TXD 2 计计 3 4 算算 5 8 机机 20 6 7 3 2 计计 4 5 算算 8 20 机机 6 7 图图9.21 9.21 无无ModemModem方式的最简单连接方式的最简单连接 图图9.22 TTLRS-232C9.22 TTLRS-232C的电平转换电路的电平转换电路图图9.23 RS-232C TTL9.23 RS-232C TTL的电平转换电路的电平转换电路图图9.24 9.24 利用利用MC1488/MC1489MC1488/

38、MC1489的的TTLRS-232CTTLRS-232C电平转换电平转换 RS-232C连连接接器器 9.5.1. 8251A9.5.1. 8251A的特点和内部结构的特点和内部结构 Intel 8251A是可编程的串行通信接口芯片， 它的主要特点如下： 可用于串行异步通信，也可用于串行同步通信。 对于异步通信，可设定停止位为1位、 1位半或2位， 数据位可在5-8位之间选择。 对于同步通信，可设为单同步、双同步或者外同步， 同步字符可由用户自己设定。 异步通信的时钟频率可设为波特率的1倍、16倍或64倍。 可以设定奇偶校验的方式，也可以不校验。校验可以设定奇偶校验的方式，也可以不校验。校验位

39、的插入、检出及检错都由芯片本身完成。位的插入、检出及检错都由芯片本身完成。 在异步通信时，波特率的可选范围为在异步通信时，波特率的可选范围为0 019.219.2千千波特；波特； 在同步通信时，波特率的可选范围为在同步通信时，波特率的可选范围为0 06464千波特。千波特。 提供与外部设备特别是调制解调器的联络信号，提供与外部设备特别是调制解调器的联络信号， 便于直接和通信线路相连接。便于直接和通信线路相连接。 接收、接收、 发送数据分别有各自的缓冲器，发送数据分别有各自的缓冲器， 可以进可以进行全双工通信。行全双工通信。 图图9 -229 -22给出了给出了8251A8251A的结构框图。它

40、共由五个部件的结构框图。它共由五个部件构成，构成， 对外有对外有2828条引脚。条引脚。8251A8251A各组成模块的功能及有关引脚如下：各组成模块的功能及有关引脚如下： 数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/写写控制逻辑电路控制逻辑电路调制调制/解调解调控制电路控制电路接收控制电路接收控制电路串并串并转换转换发送发送缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器并串并串转换转换发送控制电路发送控制电路RESETCLKC/DC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7-D0内内部部总总线线TXDRXDTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDETTXRDY发送器发送器接收器接收器图图 9.25 8251A 内部结

41、构框图内部结构框图接收接收单向移位寄存器单向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移输入Q0 Q1 Q2 Q3并行输出4位右移移位寄存器CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、时钟方程：驱动方程：状态方程：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移

42、输入Q0 Q1 Q2 Q3输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输入4 个 1奇偶错溢出错帧格式错RxDRxCTxDTxC控制控制电路电路RESETWERDCSINTPEOEFEDB7 DB0Transmit Buf EmptyReceive Data ReadyRDRTBE(1) I(1) IO O缓冲器缓冲器。这是三态双向的缓冲器，引脚这是三态双向的缓冲器，引脚D D0 0D D7 7是是8251A8251A和和CPU

43、CPU接口的三态双向数据总线，用于向接口的三态双向数据总线，用于向CPUCPU传递命令、传递命令、数据或状态信息。数据或状态信息。 与与CPUCPU互相交换的数据和控制字互相交换的数据和控制字就存放在这个区域，共有三个缓冲器。就存放在这个区域，共有三个缓冲器。 接收缓冲器：串行口收到的数据变成并行字接收缓冲器：串行口收到的数据变成并行字符后，存放在这里，以供符后，存放在这里，以供CPUCPU读取。读取。 发送命令缓冲器：这是一个分时使用的双发送命令缓冲器：这是一个分时使用的双功能缓冲器，功能缓冲器， CPUCPU送来的并行数据存放在这里，送来的并行数据存放在这里，准备由串行口向外发送。另外，准

44、备由串行口向外发送。另外，CPUCPU送来的命令字送来的命令字也存放在这里，以指挥串行接口的工作。也存放在这里，以指挥串行接口的工作。 由于命由于命令一输入就马上执行，不必长期存放，所以不会影令一输入就马上执行，不必长期存放，所以不会影响存放发送数据。响存放发送数据。 状态缓冲器状态缓冲器: :存放存放8251A8251A内部的工作状态内部的工作状态, ,供供CPUCPU查询查询。 (2) (2) 读写控制逻辑。读写控制逻辑。 本模块功能是接收本模块功能是接收CPUCPU的控制信号的控制信号, ,控制数据传送方向控制数据传送方向。 (3) (3) 接收器及接收控制。接收器及接收控制。 接收器的

45、功能是从接收器的功能是从RXDRXD引脚接收串行数据引脚接收串行数据, ,按指定的方按指定的方式装配成并行数据。式装配成并行数据。 (4) (4) 发送器及发送控制。发送器及发送控制。 这个模块的功能是从这个模块的功能是从CPUCPU接收并行数据接收并行数据, ,自动地加上适自动地加上适当的成帧信号后转换成串行数据从当的成帧信号后转换成串行数据从TXDTXD引脚发送出去引脚发送出去。 (5) (5) 调制解调控制器。调制解调控制器。 该模块提供和调制解调器的联络信号。该模块提供和调制解调器的联络信号。9.5.2. 8251A9.5.2. 8251A的外部引脚的外部引脚 8251A8251A是一

46、个采用是一个采用NMOSNMOS工艺制造的工艺制造的2828脚双列直插脚双列直插式封装的组件，式封装的组件， 其外部引脚如图其外部引脚如图8 - 268 - 26所示。所示。 (1) (1) 与与CPUCPU接口的引脚。接口的引脚。 D D7 7D D0 0： 数据线。数据线。 CLKCLK： 时钟信号输入线，用于产生时钟信号输入线，用于产生8251A8251A内部时内部时序。序。 CLKCLK的周期为的周期为0.420.421.35 s1.35 s。 CLKCLK的频率至少应是接收、发送时钟的的频率至少应是接收、发送时钟的3030倍（对倍（对同步方式）或同步方式）或4.54.5倍（对异步方式

47、）。倍（对异步方式）。 RESETRESET：复位信号输入线，高电平有效。复位后：复位信号输入线，高电平有效。复位后8251A8251A处于空闲状态直至被初始化编程。处于空闲状态直至被初始化编程。 :片选信号输入线, 低电平有效。 仅当 为低电平时，CPU才能对8251A操作。 :信息类型信号输入线。为0时传输的是数据,为1时传输的是控制字或状态信息。 :读选通信号输入线,低电平有效。 :写选通信号输入线， 低电平有效。 CPU对8251A的读写控制如表 9 - 4 所示。 CSCS/C DRDWRCSR RX XRDY: RDY: 接收准备好状态输入线接收准备好状态输入线, ,高电平有效。当

48、接收器接到一高电平有效。当接收器接到一个字符并准备送给个字符并准备送给CPUCPU时时,R,RX XRDYRDY为为1;1;当字符被当字符被CPUCPU读取后读取后R RX XRDYRDY恢复为恢复为0 0。R RX XRDYRDY可作为可作为8251A8251A向向CPUCPU申请接收中断的请求源。申请接收中断的请求源。 SYNDET/BRKDET:SYNDET/BRKDET:同步状态输出线或者外同步信号输入线。同步状态输出线或者外同步信号输入线。 此线仅对同步方式有意义。此线仅对同步方式有意义。 T TX XRDY:RDY:发送准备好状态输出线发送准备好状态输出线, ,高电平有效。当发送寄

49、存器高电平有效。当发送寄存器空闲且允许发送空闲且允许发送( ( 脚电平为低、命令字中脚电平为低、命令字中T TX XENEN位为位为1)1)时时,T,TX XRDYRDY为高电平。当为高电平。当CPUCPU给给8251A8251A写入一个字符后写入一个字符后T TX XRDYRDY恢复恢复为低电平。为低电平。T TX XRDYRDY可作为可作为8251A8251A向向CPUCPU申请发送中断的请求源。申请发送中断的请求源。 TXETXE：发送缓冲器空闲状态输出线。高电平有效，：发送缓冲器空闲状态输出线。高电平有效， TXE=1TXE=1，表示发送缓冲器中没有要发送的字符，当表示发送缓冲器中没有

50、要发送的字符，当CPUCPU将要发送的数据将要发送的数据写入写入8251A8251A后，后，TXETXE自动复位。自动复位。CTS (2) 与外设或调制解调器接口的引脚。RXD:串行数据输入线，高电平表示数字1，低电平表示数字0。 RXC:接收器时钟输入线。它控制接收器接收字符的速率， 在上升沿采集串行数据输入线。 RXC 的频率应等于波特率（同步方式）或等于波特率的1倍、16倍或64倍（异步方式）。 TXD：发送数据输出线。CPU并行输入给8251A的数据从这个引脚串行发送出去。 TXC:发送器时钟输入线，在TXC 的下降沿数据由8251A移位输出。对 TXC 频率的要求同RXC 。 :数据

51、终端准备好状态输出线，低电平有效。当8251A命令字位D1为1时， 有效, 用于向调制解调器表示数据终端已准备好。 :数据设备准备好状态输入线， 低电平有效。 当调制解调器准备好时， 有效，用于向8251A表示Modem（或DCE）已准备就绪。CPU可通过读取状态寄存器的D7位检测该信号。 DTRDTRDSRDSR : :请求发送信号输出线请求发送信号输出线, ,低电平有效。当低电平有效。当8251A8251A命令命令字位字位D5D5为为1 1时，时， 有效，请求调制解调器作好发送准有效，请求调制解调器作好发送准备（建立载波）。备（建立载波）。 : :清除发送（允许传送）信号输入线，清除发送（

52、允许传送）信号输入线， 低电平有低电平有效。效。 当调制解调器作好送数准备时，当调制解调器作好送数准备时， 有效，作有效，作为对为对8251A8251A的的 信号的响应。信号的响应。 如果如果8251A8251A不使用调制解调器而直接和外界通讯，不使用调制解调器而直接和外界通讯，一般应将一般应将 、 脚接地。脚接地。 接收器的工作过程：在异步方式中，当接收器接接收器的工作过程：在异步方式中，当接收器接收到有效的起始位后，收到有效的起始位后， 便接收数据位、奇偶校验位便接收数据位、奇偶校验位和停止位。然后将数据送入寄存器，此时和停止位。然后将数据送入寄存器，此时R RX XRDYRDY输出输出高

53、电平，表示已收到一字符，高电平，表示已收到一字符，CPUCPU可以来读取。可以来读取。 RTSRTSCTSCTSRTSDSRCTS在同步方式中在同步方式中, ,若程序设定若程序设定8251A8251A为外同步接收为外同步接收, ,则则SYNDET/BRKDETSYNDET/BRKDET脚用于输入外同步信号脚用于输入外同步信号,SYNDET/ ,SYNDET/ BRKDETBRKDET脚上的电平正跳变启动接收数据。若程序设脚上的电平正跳变启动接收数据。若程序设定定8251A8251A内同步接收内同步接收, ,则则8251A8251A先搜索同步字先搜索同步字( (同步字同步字事先由程序装在同步字符

54、寄存器中事先由程序装在同步字符寄存器中) )。每当。每当R RX XD D线上线上收到一位信息就移入接收寄存器并和同步字符寄存收到一位信息就移入接收寄存器并和同步字符寄存器内容比较器内容比较, ,若不等则再收一位再比较若不等则再收一位再比较, ,直到两者相直到两者相等。此时等。此时SYNDET/BRKDETSYNDET/BRKDET输出高电平输出高电平, ,表示己搜索到表示己搜索到同步字同步字, ,接下来便把接收到的数据逐个地装入接收数接下来便把接收到的数据逐个地装入接收数据寄存器。据寄存器。发送器的工作过程发送器的工作过程: :在异步方式中在异步方式中, ,发送器在数据前发送器在数据前加上起

55、始位加上起始位, ,并根据程序的设定在数据后加上校验位并根据程序的设定在数据后加上校验位和停止位和停止位, ,然后作为一帧信息从然后作为一帧信息从T TX XD D脚逐位发送数据脚逐位发送数据. . 9.5.3. 8251A9.5.3. 8251A的控制字寄存器和状态字寄存器的控制字寄存器和状态字寄存器8251A8251A内除具有可读可写的数据寄存器外，还具有内除具有可读可写的数据寄存器外，还具有只可写的控制字寄存器和只可读的状态寄存器，只可写的控制字寄存器和只可读的状态寄存器，CPUCPU对它们的操作如表对它们的操作如表 8 - 4 8 - 4 所示。所示。 (1) (1) 控制字寄存器。控

56、制字寄存器。 控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。 方式控制字。方式控制字。方式控制字确定方式控制字确定8251A8251A的通讯方式的通讯方式( (同步异步同步异步) )、校验方式校验方式( (奇校验、偶校验、不校验奇校验、偶校验、不校验) )、数据位数、数据位数(5(5、6 6、7 7或或8 8位位) )及波特率参数等。方式控制字的格式如及波特率参数等。方式控制字的格式如图图 9-279-27所示。它应在复位后写入，且只需写入一所示。它应在复位后写入，且只需写入一次。次。 命令控制字。命令控制字。 命令控制字使命令控制字使8251A8251A处于

57、规定的状态以准备发送或处于规定的状态以准备发送或接收数据。接收数据。 命令控制字的格式如图所示。它应在命令控制字的格式如图所示。它应在写入方式控制字后写入，用于控制写入方式控制字后写入，用于控制8251A8251A的工作，的工作，可以多次写入。可以多次写入。方式控制字和命令控制字本身无特征标志，也没有方式控制字和命令控制字本身无特征标志，也没有独立的端口地址，独立的端口地址，8251A8251A是根据写入先后次序来区是根据写入先后次序来区分这两者的：先写入者为方式控制字，后写入者为分这两者的：先写入者为方式控制字，后写入者为命令控制字。所以命令控制字。所以CPUCPU在对在对8251A8251

58、A初始化编程时必须初始化编程时必须按一定的先后顺序写入方式控制字和命令控制字。按一定的先后顺序写入方式控制字和命令控制字。(2) 状态寄存器。状态寄存器存放状态寄存器存放8251A8251A的状态信息的状态信息, ,供供CPUCPU查询查询, ,状态字各位的意义如图状态字各位的意义如图 8-18 8-18 所示。所示。 DSR:DSR:数据设备准备好标志。数据设备准备好标志。 其状态同其状态同 脚。脚。 SYNDET:SYNDET:同步标志。同步标志。 FE:FE:异步通讯帧出错标志。为异步通讯帧出错标志。为1 1表示未检测表示未检测到字符末尾的有效停止位，但到字符末尾的有效停止位，但FEFE

59、错并不禁止错并不禁止8251A8251A工作。工作。FEFE标志由命令控制字中的标志由命令控制字中的ERER位清位清除。除。 DSROEOE： 溢出标志。溢出标志。 接收器内的字符尚未被接收器内的字符尚未被CPUCPU读走读走时又有新的字符装入，则时又有新的字符装入，则OEOE置置1 1，此时原来的字符，此时原来的字符丢失，但并不禁止丢失，但并不禁止8251A8251A工作，工作，OEOE标志由命令控制标志由命令控制字中的字中的ERER位清除。位清除。 PEPE：奇偶错标志。奇偶错时：奇偶错标志。奇偶错时PEPE置置1,1,但此时并不禁止但此时并不禁止8251A8251A工作工作,PE,PE标

60、志由命令控制字中的标志由命令控制字中的ERER位清除。位清除。 T TX XE E： 发送缓冲器空标志。发送缓冲器空标志。 其状态同其状态同T TX XE E脚。脚。 R RX XRDYRDY： 接收准备好标志。接收准备好标志。 其状态同其状态同R RX XRDYRDY脚。脚。 T TX XRDYRDY： 发送准备好标志。发送准备好标志。 含义同含义同T TX XRDYRDY引脚。只引脚。只要发送缓冲器空，就置位该位。而引脚要发送缓冲器空，就置位该位。而引脚T TX XRDYRDY除发除发送缓冲器空外，送缓冲器空外， 还要满足还要满足T TX XE=1E=1， CTS=0CTS=0才置位。才置位。 9.5.4. 82519