微型计算机技术讲稿 (6)

1、第五章 串并行通信和接口技术5.1 接口的功能及在系统中的连接外设种类繁多,信号不同,速度差异很大5.1.1 接口的功能I/O寻址、输入/输出、数据转换、通讯联络（I/O传送控制）、中断管理（优先级、提供中断类型码等）、复位、错误检测。可编程能力，综合性功能。I/O接口的功能是提供数据缓冲和进行I/O控制。5.1.2 接口与系统的连接* 与CPU：数据总线数据I/O通道、状态信息读取、控制命令写入控制总线控制信号联络。如输入控制信号：STB（选通输入）、IBF（输入缓冲器满）；输出控制信号：ACK（应答）、OBF（输出缓冲器满）片选及端口（寄存器）地址选择地址线连接中断请求/应答或DMA请求/

2、应答* 与外设：数据通道 控制联络（握手信号）接口寄存器选择方式：以地址区分以读写区分以特征位区分以顺序区分5.2 串行接口和串行通信5.2.1 串行接口串行通信数据传送逐位进行，每一位数据占有一固定的时间长度。控制端口，数据端口，接收/发送时钟。5.2.2 串行通信有关名词1 全双工、半双工全双工收发双方可同时通信，占有两条线路或两个频道等半双工收发分时进行。占有一条线路2 同步方式、异步方式* 同步方式收发双方采用统一的时钟，发送方在发送数据之前需要先发同步字符，接收方检测到同步字符后（双方取得同步）方进行数据传送。同步方式数据格式：同步字符、数据、数据、数据在数据间隙可插入同步字符* 异

3、步方式收发双方不需要“同步”，不需要统一的时钟。异步方式数据格式：起始位-数据位（5-8位）-校验位-停止位（1、1.5或2位）、起始位-数据位（5-8位）-校验位-停止位（1、1.5或2位）区别：* 同步方式数据传输率高。因为非数据信息（起始位、停止位）比例小。同步传送时，一个信息帧包含若干个字符；* 同步传输收发双方需采用统一的时钟。异步接收： 高高检测RxD低电平 1/2D处检测RxD接收数据位奇偶检测去掉停止位 低 低同步接收：否接收数据 是同步字符吗 接收数据位奇偶检测 是5.2.3 串行通信标准1 传输率传输率每秒传送数据位数。波特率baud单位时间内所传送的脉冲码元数。比特率bi

4、t单位时间内所传送的二进制码元数。比特率波特率 比特率=log2n * 波特率数据传输率国际标准：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、38.4K、57.6K等2 RS-232C总线标准 负逻辑“1”- -5V至-15V、“0”- +5V至+15VTTLRS-232C MC1488/75150RS-232CTTL MC1489/75154 控制信号定义一般：25脚针式（电压接口、电流环接口），9脚针式（仅含电压接口）5.3 可编程串行通信接口INTEL-8251用于串行通信的接口芯片：USART-通用同步/异步接收/发送器 如INTEL-8251UART-

5、通用异步接收/发送器 如INTEL-8250 （PC机用）USRT-通用同步接收/发送器5.3.1 基本性能 数据传输率 同步0-64K，异步0-19.2K 数据位 5-8位/字符 奇偶校验位 奇校验、偶校验 异步方式下，可有1、1.5、2个停止位5.3.2 8251基本原理1. 8251的编程结构编程结构:数据端口：数据输入缓冲+接收移位寄存器（串入并出） 数据输出缓冲+发送移位寄存器（并入串出）RxD接收数据，TxD发送数据控制端口：控制寄存器状态寄存器方式寄存器2. 8251的功能结构功能结构:接收缓冲器-RxD、串入并出移位接收控制电路检测启动位（识别假启动位）、校验、形成状态位（错误

6、、接收准备好等）发送缓冲器数据+附加信息位、并入串出移位、TxD发送控制器异步：数据+起始位、校验位、停止位 同步：插入同步字符，数据+校验位数据缓冲器提供与CPU数据总线的缓冲读写控制RD、WR、C/D（控制/数据端口选择）、CLK、RESETMODEM控制提供调制/解调器控制信号，便于与MODEM连接。3. 8251发送与接收 异步接收 异步发送TxEN=1（发送允许）且CTS=0（外设请求发送时），发送数据 RxD/TxD发送格式和接收格式 同步接收内同步：监测RxD，检测1-2个同步字符，检测到，SYNDET=1，输出外同步：外部器件检测同步字符，检测到以SYNDET=1通知8251已

7、取得同步。8251接收到1字符后，以RxRDY=1，表示以接收到1字符（通知CPU，有数据可用） 同步发送TxEN=1且CTS=0，发同步字符，然后发数据位（+奇偶校验位）5.3.3 8251的信号28脚，DIP双列直插封装1 与CPU的接口信号 18条CS、D0- D7（数据线）、RD、WR、C/DC/DRDWR 具体的操作 0 0 1CPU从8251数据端口（输入缓冲器）输入数据 0 1 0CPU向8251数据端口（输出缓冲器）写入数据 1 0 1CPU从8251控制端口读入状态字 1 1 0CPU向8251控制端口写入控制命令其它信号：TXRDY（发送准备好）、TXE（发送器空）、RXR

8、DY（接收准备好）、SYNDET（同步检测信号，内同步8251输出，外同步8251输入）、Reset（复位输入）、CLK（时钟输入）。2 与外设的接口信号接收时接口信号：DTR 数据终端准备好，8251输出，通知外设8251接收器已准备好接收。DSR 数据装置准备好。8251输入，外设通知8251其已准备好，要求打开接收逻辑。RXC接收时钟用于控制USART接收字符速率。 同步：RXC=波特率，由MODEM提供； 异步：RXC为X1、X16、X64倍，由方式控制命令选择。RXD 接收数据发送时接口信号：RTS 请求发送，8251输出，通知外设，8251已准备好发送。CTS 清除发送，8251输

9、入，外设通知8251其已准备好，请求8251发送数据。TXC 发送时钟，同RXCTXD 发送数据5.3.4 8251编程1. 8位I/O接口与16位DB的连接一片8251占用两个口地址：奇数口（控制口）：CPU写入模式控制字、控制命令字、读出状态字偶数口（数据口）：CPU与外设交换数据2. 8251初始化异步方式： 复位模式控制字控制字（可多次写）复位同步方式： - 复位模式控制字同步字符（1-2）控制字（可多次写）复位3. 模式寄存器、控制寄存器格式异步格式： b7 b0S2S1EPPENL2L1B2B1同步方式： b7 b0SCSESDEPPENL2L100控制寄存器： b7 b0EHIR

10、RTSERSBRKRXEDTRTXEN其中：RTS为发送时8251输出控制信号；DTR为接收时8251输出控制信号。SBRK=1，8251连续发送低电平（中止符）。4. 状态寄存器格式 b7 b0DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY其中：DSR为8251接收时外设输入的应答（状态）信号；PE=1表示奇偶错，FE=1表示帧错误（在字符结束时未检测到停止位），OE=1表示溢出错误。 RXRDY、TXRDY为表示8251输入输出缓冲器状态的信号，8251输出，供CPU查询。TXE=1，表示8251发送器空。5.3.5 8251编程举例8251和MODEM的连接 电平转换 8251

11、输入输出TTL电平，MODEM为RS-232C电平 控制信号 发送（CTS、RTS），接收（DSR、DTR），同步方式（SYNDET） 时钟 异步：TXC、RXC由本地时钟发生器产生，同步：收发一致，连接MODEM。1 8251设置为异步通讯方式初始化编程：异步模式控制字控制字例1：试编程设定8251为异步方式，设数据位为7位，偶校验，2个停止位，TXC=RXC等于614.4KHZ，设定波特率为9600Baud.解：波特率因子=614.4K/9600=64模式控制字： 11 11 10 11 B=FBH 2停止位 偶校验 7位数据 *64控制字：00 1 1 0 1 1 1 B=37H初始化程

12、序：MOV DX，8251-ODD ；8251奇数口（控制口）MOV AL，0FBH ；模式控制字OUT DX，ALMOV AL，37H ；控制字OUT DX，AL8251发送程序： 测试状态寄存器b0位TXRDY =0 TXRDY=1？ =1发送准备好 发送一字节 N 发送完否？ Y 发送完毕，8251复位8251接收程序： 测试状态寄存器b1位RXRDY =0 RXRDY=1？ =1接收准备好 读入一字节 存入输入缓冲区 b5-b3 000 出错处理 接收字符有错（状态字b5-b3000）？ b5-b3 =000 N 接收完否？ Y 接收完毕，8251复位2 8251设置为同步通讯方式初始

13、化编程：写入同步模式控制字同步字符控制字例2：试编程设定8251为双同步方式，内同步，设数据位为7位，偶校验。模式控制字：0 0 11 10 00 B =1AH 双同步 内同步 偶校验 7位/数据 同步模式3 8251编程举例P150 因为仅为接收，故控制字可为16H（带联络）/14H。5.3.6 8251使用举例8251用于微机连接CRT终端。8251初始化编程时，需确定8251复位状态。连接：CPU端，译码CS、控制/数据选择C/D、读/写、数据总线、时钟CLK、接收/发送时钟RXC、TXC。外设端：数据信号线RXD、TXD，握手信号DTR、DSR（接收），CTS、RTS（发送，本例未使用

14、）；电平转换：MC1488（TTLRS-232）、MC1489（RS-232TTL）。模式控制字4EH=01 00 11 10（1停止位、无校验、8位数据/字符、*16）控制字27H=00 1 00 1 1 1（RTS=0、RXE=1接收允许、DTR=0、TXEN=1发送允许）本例发送程序中，以测TXRDY是否为1，决定是否发送。5.4 并行通信和并行接口CPU、并口、外设的连接：与CPU：DB、地址译码、片选、读/写、中断请求等。与外设：DB、控制联络（输入：STB-输入选通、IBF-输入缓冲器满（输入应答信号）；输出：OBF-输出缓冲器满（输出选通）、ACK-输出应答）一般输入过程：l 外

15、设以STB将输入数据锁存到接口输入数据缓冲器；l 接口以IBF=1通知外设，禁止写入新的数据；l CPU查询IBF=1或IBF=1触发中断请求，CPU将数据读走，并置IBF=0；一般输出过程：l 设OBF=1，输出缓冲器空；l CPU查询OBF=1或由OBF=1触发中断请求，CPU写入数据到输出接口，同时置OBF=0（输出缓冲器满）；l 外设检测OBF=0取走数据，并发应答信号ACK=0，将OBF置1。5.5 可编程并行接口INTEL-82555.5.1 8255的内部结构1. 数据端口A口 8位，数据输入锁存，数据输出缓冲/锁存B口 8位，数据输入缓冲，数据输出缓冲/锁存C口 8位，数据输入

16、缓冲，数据输出缓冲/锁存注意：B口、C口作输入时应注意外部数据锁存A口、B口为独立的I/O口C口分为上半、下半口，通常为配合A/B口作控制联络信号，仅当A/B口不用其作控制联络信号时，C口可作为I/O口。2. A组控制和B组控制A组控制：A口、C上半口B组控制：B口、C下半口3. 读/写控制逻辑接收CPU读/写、复位命令，根据CS、A0、A1地址选择A组、B组控制命令。4. 数据总线缓冲器5.5.2 8255的芯片引脚40脚，DIP封装：8位数据线（与CPU）、A、B、C口各8位数据线（与外设）内部端口选择：A0、A1、CS其它：RD、WR、RESET、地、电源结构：从外设（连接）角度：A、B

17、、C三个8位口；或A、B两个8位口及C上、C下两个4位口；从编程（CPU）角度：A、B、C、控制口读写控制逻辑：CSA1A0RDWR说明00001CPU从8255端口A读入数据00101CPU从8255端口B读入数据01001CPU从8255端口C读入数据00010CPU向8255端口A输出数据00110CPU向8255端口B输出数据01010CPU向8255端口C输出数据01110CPU向8255控制口写入方式控制字或C口置位/复位控制字01101非法操作（8255控制口只读）1XX11数据线（D0-D7）浮空1XXXX8255未选中，数据线（D0-D7）浮空5.5.3 8255的控制字1

18、方式选择控制字b7 b01XXA口I/OC上半口I/OB组工作方式B口I/OC下半口I/O A组工作方式：00-方式0、01-方式1、1X-方式2其余：数字1字母I（输入）、数字0-字母O（输出）；0-方式0、1-方式1特点：* 方式选择字中A组控制用4位，B组用3位；* 方式选择字按方式选择位、A/B口、C上/C下半口顺序排列；* A口可以方式0、1、2三种之一工作，B口仅能以方式0、1两种方式之一工作，C口只能在不被A/B口占用（作控制联络信号时）的情况下以方式0工作；8086与两片8255的连接。与CPU：RD（IOR）、WR（IOW）、RESET并联；地址A2、A1用以选择8255内部

19、端口，CS由74LS138提供。与外设：PA、PB、PC三个8位口要求：芯片J1：A方式0输出，B方式0输入，C上输出，C下输入方式选择控制字：10000011B=83H芯片J2：A方式0输入，B方式1输出，C上、C下输出方式选择控制字：10010100B=94H初始化编程：MOV DX，0E6H ；芯片J1控制口MOV AL，83H ；芯片J1方式选择控制字OUT DX，ALMOV DX，0EEH ；芯片J2控制口MOV AL，94H ；芯片J2方式选择控制字OUT DX，AL2 C口置位/复位控制字功能：设定C口指定位的输出状态，而不影响C口的其余位。b7 b00XXXPC2PC1PC01

20、/0 标志位 无用 Pci的编码 置1/0注：C置位/复位控制字用以设定C 口指定位状态，必须写入控制口。若设定C上、C下为输出状态，或读取C口中数据，则读/写C口。例4：编程设定8255初始化。PA、PC输出，PB输入，并由PC5输出一高电平，PC3输出一个负脉冲。方式选择控制字：10000010B=82HMOV DX，8255-contrl ；指向8255控制口MOV AL,10000010B ；方式选择控制字OUT DX,ALMOV AL,00001011B ；PC51OUT DX,ALMOV AL,00000111B ；PC31OUT DX,ALMOV AL,00000110B ；PC

21、30OUT DX,ALMOV AL,00000111B ；PC31OUT DX,AL5.5.4 8255的工作方式1 方式0-基本输入/输出方式功能：为A口（8位）、B口（8位）、C上（4位）和C下（4位）提供基本的输入/输出操作（不带控制联络信号）。用于简单外设接口，不要控制联络信号，仅有数据通道连接，直接使用IN/OUT指令完成I/O操作。特点： 两个8位口，两个4为口可分别设置为I/O，共16种组合； 输出锁存、输入缓冲，适用于同步方式或与低速外设的接口； 没有控制联络信号。如果需要查询外设的状态，只能额外增加状态位，以查询方式工作； C口可以方式0输入/输出（通过C口），还可以置位/复

22、位控制字设定PCi的输出状态（通过控制口）。方式0输入时序l 外设输入数据并保持足够长的时间，供CPU经8255读取；l CPU发CS、A1、A0选中8255后，发RD读信号；l 外设输入数据需在RD=0后保持tRR以上，以便8255读取。方式0输出时序l CPU发CS、A1、A0选中8255；l CPU发WR写信号，并将输出数据送到DB上；l 外设在WR=0且tWW时间后，将数据读走。写脉冲tWW的宽度要求在400ns以上。方式0的应用：同步传送，收发统一时序，不需应答。例1：8255 A口输出驱动LED显示，B口输入开关信息，C上半口输出数据5=0101，C下半口输出驱动指示灯（1-点亮）

23、。方式选择控制字： 1 00 0 0 0 1 0B=82H初始化程序：MOV DX，8255-contrl ；指向8255控制口MOV AL,10000010B ；方式选择控制字OUT DX,ALMOV DX，8255-PA ；指向8255 A口MOV AL,DATA ；输出显示数据代码OUT DX,ALMOV DX，8255-PB ；指向8255 B口IN AL，DX ；读入开关信息MOV ADDR，AL ；保存MOV CL，50H ；C上半口输出数据5MOV DX，8255-PC ；指向8255 C口IN AL，DX ；读入C口数据AND AL，0FH ；清高4位OR AL，CL ；高4位

24、置为0101OUT DX,ALMOV DX，8255-contrl ；指向8255控制口MOV AL,0XXXYYY0/1B ；YYY为PC0-PC3的编码OUT DX,AL2 方式1-选通输入/输出方式功能：设定A口、B口为选通输入/输出工作方式。A口方式1输入： B口方式1输入： PC3 INTR（输出 ） PC2 /STBB（输入）PC4 /STBA（输入） PC1 IBFB（输出）PC5 IBFA（输出） PC0 INTR（输出）PC4 INTE PC2 INTE其中：IBF、/STB为输入应答信号，INTR为中断请求信号，INTE为A口/B口输入中断允许信号。/STB-外设输入的选通

25、信号，通知8255，数据已锁存到8255输入锁存器；IBF-8255送出的输入缓冲器满信号。STB的下降沿将IBF置1，禁止外设送入新的数据。当CPU从8255读取数据时，复位IBF=0，通知外设可写入新数据。INTR-当IBF=1且INTE=1时，发中断申请。例2：编程设定8255 A口为选通输入方式，并允许A口申请中断。方式选择控制字：1 01 1 Y XXX（Y为PC6、PC7的I/O选择，XXX为B组工作方式）MOV DX，8255-contrl ；指向8255控制口MOV AL,1011YXXXB ；方式选择控制字OUT DX,ALMOV AL，00001001B ；允许 A口输入中

26、断OUT DX，ALMOV AL，00001010B ；PC5即IBF清0，启动外设，8255 已作好准备。OUT DX，AL A口方式1输出： B口方式1输出： PC7 /OBFA（输出 ） PC2 /ACKB（输入）PC6 /ACKA（输入） PC1 /OBFB（输出）PC3 INTR（输出） PC0 INTR（输出）PC6 INTE PC2 INTE其中：/OBF、/ACK为输出应答信号，INTR为中断请求信号，INTE为A口/B口输出中断允许信号。/ACK-外设输入的响应信号，外设准备好接收数据，以/ACK=0通知8255可以送出新数据，并置位/OBF=1；OBF-8255送出的输出缓

27、冲器满信号。8255以OBF的下降沿通知外设有 数据可读。INTR-当OBF=1且INTE=1时，发中断申请。方式1的输出时序3 方式2双向传送功能：提供一个与外设双向传送的8位I/O接口仅限于A口使用，且使用PC3-PC7（5位）作为控制联络信号，具有I/O中断控制功能。信号：输入应答：PC4 /STBA（输入） PC5 IBFA（输出） 输出应答：PC7 /OBFA（输出） PC6 /ACKA（输入） 中断请求：PC3 INTR 允许/禁止A口输入中断：PC4 INTE A口输出中断：PC6 INTE实际上：方式2=A口方式1输入 + A口方式1输出方式2与其它方式的组合： 与方式0B口工

28、作与方式0输入/输出，PC2-PC0可作为I/O。 与方式1B口方式1输入/输出，C口全部用于控制/联络，方式选择字仅设置b1位。5.5.5 8255应用举例例1：8255 A口连接打印机，A口工作于方式0，控制联络信号由PC2-BUSY（打印机忙，输入）、PC6-/STB（数据选通，输出）提供。设8255端口地址为0D0H-0D6H解：方式选择字：1 00 0 0 0 X 1 （A口方式0，输出；C上输出，C下输入；B口只能工作于方式0）初始化程序：MOV DX，0D6H ；指向8255控制口MOV AL,81H ；方式选择控制字OUT DX,ALMOV AL,00001101B ；PC6=

29、/STB=1无效OUT DX,ALL1： MOV DX，0D4H ；指向8255 C口IN AL，DX ；读入打印机状态信息TEST AL，04H ；BUSY=1？JNZ L1 ；=1，循环等待MOV DX，0D0H ；=0，不忙，由A口输出打印字符MOV AL，DATA ；取打印数据OUT DX，AL MOV DX，0D6H ；指向8255控制口MOV AL,00001100B ；PC6=/STB=0，发选通信号OUT DX,AL例2：8255 A口与打印机相连，采用中断控制方式。A口方式1输出：PC7 /OBFA（输出 ）PC6 /ACKA（输入）PC3 INTR（输出）PC6 INTE

30、PA PC7 PC68255PC38086DBDSTBACKNLG打印机连接： DBOBFACK 8888259 IR3 INTR注：打印机中断（8255输出中断）接8259 IR3，中断类型0BH，入口地址在0002CH-0002FH；8255端口地址：0F0H-0F7H。方式选择控制字：1 01 0 X X X X=A0H （A口方式1输出）主程序： MOV DX，0F6H ；指向8255控制口MOV AL,0A0H ；方式选择控制字OUT DX,ALMOV AL,00001111B ；PC7=OBF=1无效OUT DX,AL设中断入口地址：（0002CH）中断服务程序入口地址=1000：

31、2000=12000H。MOV AL，00001101B ；PC6=1，允许A口输出中断OUT DX，ALSTI ；系统开中断中断服务程序：MOV DX，0F0H ；指向8255 A口MOV AL，DATA ；输出打印数据OUT DX，AL ：IRET 1 8255与同步MODEM连接通信，设8位/字符，1个同步字符，外同步，奇校验，试对8251初始化并接收100个字符。解：（同步）模式字：1 1 01 11 00（1个同步字符，外同步，奇校验，8位/字符）控制字：0 0 0 1 0 1 1 0（外同步-不搜索同步字符，错误复位，接收允许，DTR=0）初始化：MOV DX，0F2H ；8251

32、控制口MOV AL，0DCH ；模式字OUT DX，ALMOV AL，SYNC ；同步字符OUT DX，ALMOV AL，16H ；控制字OUT DX，AL8251接收程序： 预置缓冲区首地址，字节计数 =0RXRDY=1？ =1接收准备好 接收1字符 存入输入缓冲区 b5-b3 000 出错处理 接收字符有错（状态字b5-b3000）？ b5-b3=000 修正指针，字节数-1 字节数=0？N Y 8251复位2 8251与CRT终端通信，接收字符并写入主存，然后发送显示出来，共进行80字符传送。设波特率为2400，RXC=TXC=38.44KHZ，异步格式，每帧8位数据，无校验，1.5位停

33、止位。解：波特率因子=38.44/2.4=16模式字：10 00 11 10（1.5位停止位，无校验，8位/字符，X16）控制字：0 0 1 1 0 1 1 1（RTS=DTR=0，错误复位，接收、发送允许）程序框图： 初始化 置指针 =0RXRDY=1？ =1接收准备好 接收1字符，存入内存 Y | 错误处理 -有错否 |N | =0TXRDY=1？ =1发送准备好 发送（显示）字符 | | 字节数=0？N Y 8251复位3 8086系统中，8255A口接键盘，B口接打印机，CPU用中断方式接收（中断类型码N=84），当接收到80个字符后，由B口输出打印（N=50）。 画出8086、8255与键盘、打印机的连接图。 编写I/O程序。 PA PC4 PC5 8255 PBPC3 PC2PC0 PC1 键 盘8086DBA1 STB/A0 IBF 打 印 机CS/IOR/IOW/ 键盘中断N=84 ACK / OBF/ 打印中断N=50程序结构