微机原理与应用：第7章接口技术

2022/12/231第7章微机接口技术7.1概述7.2可编程定时/计数器82537.3可编程并行通信接口82557.4可编程串行通信接口芯片7.5模拟通道接口2022/12/2327.1概述一、并行通信与并行接口二、串行通信与串行接口三、串行通信方式及异步通信协议四、串行异步通信标准接口2022/12/233一、并行通信与并行接口1.并行通信含义：并行通信是指将一个字节或一个字的各位同时 进行传输的一种通信方式。要点：传输的各位同时传输（输入或输出）。特点：（1）传输速度快

（2）传输的信息率高

（3）需要较多通信信号线用途：用于数据传输距离短、传输速度高的场合。2022/12/234含义：实现并行通信的接口称为并行通信接口2.并行接口2022/12/235二、串行通信与串行接口1.

串行通信含义：串行通信是把传输的数据一位一位地顺序传送的一种通信方式。要点：按位传输特点：（1）通信线少

（2）成本低

（3）通信速度低用途：适用于长距离数据传输2022/12/236完成串行通信任务的接口称为串行通信接口，简称串行接口。功能：

（1）输入时，完成串行到并行格式转换；

（2）输出时，完成并行到串行格式转换。2.串行接口2022/12/2373.单工方式2022/12/2384.半双工方式2022/12/2395.全双工方式2022/12/2310三、串行通信方式1.

异步通信

异步通信:指字符与字符之间的传送是完全异步的，随机的，但一个字符的位与位之间是同步的。2.

异步通信特点

①字符的发送是随机的。

②每一个字符传输总以一个起始位为准，然后接收方与发送方保持同步（格式的统一），最后是停止位。

③通信双方可随时改变通信协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。2022/12/23113．异步通信协议异步通信协议包括：一是字符的传送格式的规定，二是数据传送速率的要求。异步通信格式协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。2022/12/23124.波特率波特率(BaudRate)：指单位时间传送二进制数的位数，一般以秒为单位。微机中常见的波特率有110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200等。微机最高波特率由硬件决定。例：已知字符格式中数据为8位，无校验，1位停止位，在1分钟内连续不断传送了69120个字符，求波特率。

解：一个字符=1+8+0+1=10位

每秒传送的字符个数=69120/60=1152个

波特率=位/秒=1152*10=11520bits/S2022/12/2313

5.同步通信在数据块开始处设置1~2个同步字符来进行的数据通信。空闲时，发送专用“空闲”字符或同步字符。2022/12/2314四、串行异步通信标准接口串行异步通信的标准接口有RS-232C、RS-449、RS-422/485以及20mA电流环等接口。RS-232C接口

1.重要引脚：RXD、TXD、GND

25针：2（TXD），3（RXD），7（GND）

9针：2（RXD），3（TXD），5（GND）

2.接口逻辑：负逻辑传送

1：-15V~-3V

0：+3V~+15V3.双机连接方法：RXD-TXD，GND-GND2022/12/2315RS232连接示意图2022/12/2316其它标准串行接口 RS232C缺点：受共模干拢影响，通信距离不长。仅20米以内。RS422：通过差分放大器波波有效抑制共模干扰。全双工需要四条线。RS485：对422改进，通信线少，仅三根，且可同时连接多个接收器和发送器。（32~256个），通信距离可达几千米。20mA电流环：电流型传送，抗干扰强，传送距离远。2022/12/23177.2可编程定时/计数器8253(8254)三种定时方法：软件定时、硬件定时、可编程硬件定时主要内容： 一、8253/8254的内部结构及引脚信号 二、8253/8254的工作方式 三、8253/8254的编程注： 8253最高工作频率2.0MHz 8254最高工作频率为10MHz，功能REG2022/12/2318一、8253/8254内部结构及引脚信号2022/12/23198253端口及其操作2022/12/2320二、8253(8254)的工作方式方式0——中断信号发生器方式1——单稳脉冲信号发生器方式2——速率信号发生器方式3——方波信号发生器方式4——软件触发的选通信号发生器方式5——硬件触发的选通信号发生器2022/12/2321方式0——中断信号发生器2022/12/2322方式1——单稳脉冲信号发生器2022/12/2323方式2——速率信号发生器2022/12/2324方式3—方波信号发生器（偶数初值）2022/12/2325方式3—方波信号发生器（奇数初值）2022/12/2326方式4—软件触发的选通信号发生器2022/12/2327方式5—硬件触发的选通信号发生器2022/12/2328各方式比较：

方式启动输出01写入初值GATE上升沿

相同：计数时低电平；到零时为高电平。23相同：写入初值到1时为一个周期低电平；方波45写入初值GATE上升沿相同：计数时高电平，到0时为一个周期低电平*方式0、2、3、4计数时，GATE必须为高电平2022/12/2329三、8253/8254的编程应用0=二进制计数1=BCD码计数方式选择000=方式0001=方式1x10=方式2x11=方式3100=方式4101=方式5操作类型00=计数器锁存01=读/写低字节10=读/写高字节11=读/写16位(字)先低字节后高字节通道选择00=计数器001=计数器110=计数器211=8253非法8254读回命令SC1SC2RL1RL0M2M1M0BCDD7D6D5D4D3D2D1D01、8253/8254控制字2022/12/2330

2、8253/8254计数范围二进制计数：0000H～FFFFH，即0-65535BCD码计数：0000～9999最小和最大计数值：

最小计数值为1（方式3除外，方式3为2）最大计数为0，即模216或104

。*不是FFFFH或9999。2022/12/23313、8253/8254初始值计算假设已知8253相应通道的CLK端接入的时钟频率为fCLK，周期为tCLK=1/fCLK，要求产生的周期性信号频率为F(周期为T)或定时时间为T(F=1/T)，则所需计数初值n为：在计算时注意时间和频率的单位一致性。2022/12/23324、8253/8254编程示例已知8253各定时通道时钟CLK接0.5MHz的脉冲信号，端口地址为2E0H~2E3H，要求在OUT0产生周期为500us的方波，OUT1产生0.2KHz的连续脉冲，

OUT2产生

一个最大的负脉冲。2022/12/2333分析：

OUT0:初值=500us*0.

5MHz=250,方式3

CW0=00010110B=16H

OUT1:初值=0.

5MHz/0.2KHz=2500,方式2

CW1=01110100B=74H

OUT2:初值=0,方式1

CW2=10110010B=B2H2022/12/2334示例程序片段；T0初始化MOV

DX，2E3H ；控制端口地址MOVAL，00010110B ；T0控制字(16H)OUTDX，AL;CW0CWMOV

DX，2E0H ；T0端口地址MOVAL，250 ；初值DT0OUTDX，AL2022/12/2335；T1初始化MOV

DX，2E3H ；控制端口地址MOVAL，01110100B ；T1控制字(74H)OUTDX，AL;CW1CWMOV

DX，2E1H ；T1口地址MOVAX，2500 ；T1初值OUTDX，AL ；先写低字节MOV

AL，AH ；取高字节OUTDX，AL ；后写高字节2022/12/2336；T2初始化MOV

DX，2E3H ；控制端口地址MOVAL，10110010B ；T2控制字(B2H)OUTDX，AL;CW2CWMOV

DX，2E2H ；CTC2口地址MOVAL，0 ；T2初值OUTDX，AL ；先写低字节OUTDX，AL ；后写高字节2022/12/23375、8253应用利用8253定时/计数器产生4.096ms的定时中断。端口地址280H~283H，T0，CLK0=2Mhz,解：D=2*106*4.096*10-3=8192CW=00110101movdx,283hmoval,92h moval,35houtdx,aloutdx,almoval,81hmovdx,280houtdx,al2022/12/23385、8253应用22022/12/2339应用程序片段；CTC0初值=55*1.19=65450MOVAL，00110110B ；T0控制字OUT43H，AL ；写入控制端口MOVAX，65450 ；T0初值OUT

40H，AL ；先写低字节MOVAL,AHOUT40H，AL ；后写高字节2022/12/2340；应用程序CTC1；初值=15*1.19=17.85取18=12HMOVAL，01010100B ；T1控制字OUT43H，AL ；写入控制端口MOVAL，12H ；T1初值OUT41H，AL ；写初值至T12022/12/2341；应用程序CTC2；CTC2初值=1.19M/1K=1190MOVAL，10110110B ；T2控制字OUT43H，AL ；写入控制口MOVAX，1190 ；T2初值OUT42H，AL ；先写低字节MOV

AL，AH ；取高字节OUT42H，AL ；后写高字节IN AL, 61H ；读8255A的B口的值MOVAH,AL ；暂存AH中ORAL, 00000011B OUT61H,AL ；输出使扬声器发声2022/12/23427.3可编程并行接口芯片8255一、8255的内部结构及引脚信号二、8255的工作方式三、8255的编程2022/12/2343一、8255的内部结构及引脚信号2022/12/2344引脚信号(1)与外设接口信号引脚

PA7～PA0A口的8个I/O引脚。PB7～PB0B口的8个I/O引脚。PC7～PC0C口的8个I/O引脚。(2)与系统总线接口信号引脚D7～D0数据线

RD，WR，CS

RESET高电平有效，有效时8255内部寄存器清除，同时三个数据端口被自动设为输入端口。

2022/12/23458255A的端口操作2022/12/2346二、8255的工作方式基本输入输出方式-方式0选通输入输出方式-方式1双向输入输出方式-方式22022/12/23471、基本输入输出方式-方式0方式0没有固定用于应答的联络信号线。在此方式下，三个数据端口A、B和C中的任何一个端口都可由程序设定为8位的输入口或输出口。C端口的两个半口(高4位和低4位)可独立设为输入或输出端口。端口输入具有缓冲功能；输出具有锁存功能。方式0下的各端口输入或输出有24=16种不同的组合。2022/12/23482、选通输入输出方式-方式1方式1规定了固定用于应答的联络信号线；A口和B口可作为输入或输出端口使用，而此时C口的某些位与它们配合，作为控制或通信联络信号；没有使用的C口某些位还可单独立定义为I/O口用；A和B端口的输入和输出具有不同的组态，内部逻辑不同。2022/12/2349方式1下的输入组态A口输入B口输入2022/12/2350方式1下的输入工作波形2022/12/2351方式1下的输出组态A口输出B口输出2022/12/2352方式1下的输出工作波形2022/12/23533、双向输入输出方式-方式2方式2是双向的数据传输方式，仅限于A口，这时C端口配合其工作。2022/12/2354三、8255编程对8255编程首先要写入方式选择控制字，然后再行输入输出操作。操作是可对端口C进行置/复位操作。

因此：8255有两个控制字是编程的关键所在。方式选择控制字端口C置/复位控制字2022/12/23551、方式选择控制字2022/12/23562、端口C置/复位控制字2022/12/23573、举例应用如果设定8255工作在方式0，A口输出，B口输入，C上为输入，C下为输出，将现场的开关状态送到B口，并通过A口的LED（发光二极管）来显示。请写出控制字CW、初始化程序及相关程序段。

2022/12/23588255作为打印机接口实例2022/12/2359打印机接口的时序要求2022/12/2360打印程序

MOV

AL, 0A8H ；方式选择字(C上半口输入PC4)MOVDX, 343H ；控制端口

OUTDX, AL ；方式选择控制字写入控制口

MOVCX, Counter ;打印字符个数装入计数器

MOVBX, OFFSETPstringsLP1:MOV AL, [BX] MOV DX, 340HOUT DX, AL ;送一个字符到8255的A口

MOV DX, 342HLP2:IN AL, DX ;读取C口状态(准备检查BUSY状态)

AND AL, 00010000B ;屏蔽无关位,取BUSYJZ LP2 ;等待接收新数据 LP3:IN AL, DX ;读取C口状态

AND AL, 00010000B ;屏蔽无关位,取BUSY对应的PC4JNZ LP3 ;BUSY=1等待，直到不忙

INC BXLOOP LP12022/12/2361键盘与显示器应用

2022/12/23627.4可编程串行通信接口芯片

16550与8250一、16550及8250功能(1)具有全双工、双缓冲器发送器和接收器。(2)是串行异步通信接口（UART）。(3)波特率:8250=50~9600波特;16550=50~115200波特。(4)异步通信格式，可通过编程选择。(5)具有自动奇偶校验、溢出和帧出错等检测标志。(6)片内具有优先级中断控制逻辑。(7)单一+5V，40个引脚的DIP封装形式。2022/12/2363二、内部结构及工作原理2022/12/23641.接收部分接收移位寄存器将SIN脚的串行数据进行移位输入。

(1)检测起始位：SIN变低后，连续测试8个RCLK时钟周

期，如果都是低电平，为起始位，否则为干扰信号。

(2)采样数据位：每隔16个RCLK脉冲对SIN输入的数据位进

行一次采样。直到停止位，完成一个字符的接收。

(3)去除无关位：接收同步控制电路自动去除起始位、奇

偶校验位和停止位。

(4)串到并转换：同步控制电路控制接收移位寄存器将串

行数据转换成并行数据送入接收数据缓冲器(THR)中。

(5)检查正确性：接收同步控制电路对数据的正确性进行检查。

如果在检测字符格式时有错误，则通过线路状态寄存器

设置相应的出错标志。2022/12/23652.发送部分发送部分负责接收CPU送来的并行数据，并通过移位的方法将其变换成串行信号，最后通过发送端SOUT发送出去。

(1)CPU的并行数据存入发送保持寄存器中，由

发送同步控制电路控制将该数据经过发送移

位寄存器处理，按照事先规定的格式加上起

始位、奇偶校验位和停止位，变换成串行数

据帧后由SOUT端输出串行数据信号。(2)当数据进入发送移位寄存器后，发送保持

寄存器自动变空，CPU即可再次写入数据。2022/12/23663.通信线路控制寄存器线路控制寄存器（LCR）接收CPU用OUT指令写入的控制命令。控制寄存器的内容可以通过IN指令读出。线路控制寄存器的格式：2022/12/23674.通信线路状态寄存器线路状态寄存器LSR记录串行数据发送和接收的状态，以供CPU查询。线路状态寄存器的格式：2022/12/23685.Modem控制寄存器Modem控制寄存器MCR用于设置16550/8250与通信设备之间联络应答的输出信号，其格式如所示。2022/12/23696.Modem状态寄存器Modem状态寄存器MSR反映8250与通信设备之间应答联络输入信号的当前状态以及这些信号的情况，各位的含义如图所示。2022/12/23707.中断允许寄存器IER反映了接收器和发送器以及Modem是否允许中断的情况，通过设置可以指定其中的某些部件允许中断。它是一个可读可写的寄存器。2022/12/23718.中断识别寄存器IIR中断识别寄存器IIR，可以识别4个中断源引起的中断。接收器线路状态中断、接收数据准备好中断、发送保持寄存器空中断和调制解调器状态中断。2022/12/23729.波特率发生器和除数寄存器16550及8250使用1.8432MHz的基准输入时钟，分频后产生所需的内部基准脉冲，作为接收器和发送器的同步脉冲，以控制接收移位寄存器和发送移位寄存器的移位操作。发送或接收串行数据时使用的时钟频率是数据传送波特率的16倍除数值与波特率的关系：

除数＝1843200÷（波特率×16）2022/12/2373三、16550/8250引脚信号几个最重要的信号RCLK接收时钟SIN串行输入引脚SOUT串行数据输出。A2,A1,A0内部寄存器选择输入信号。2022/12/2374四、串行接口的编程及应用1.串行接口的端口地址分配2022/12/23752.串行接口初始化串行接口初始化的任务：（1）设置波特率（2）确定通信的具体格式（3）设置操作方式（4）设定是否使用中断、是否自测试操作等等。2022/12/2376设置波特率方法计算除数值

除数＝1843200÷（波特率×16）写线路控制寄存器，使DLAB=1以访问除数寄存器先将除数低字节写入低字节寄存器端口再将除数高字节写入高字节寄存器端口注意：

线路控制寄存器地址：3FBH（COM1），2FBH（COM2）

除数低字节寄存器：3F8H（COM1），2F8H（COM2）

除数高字节寄存器：3F9H（COM1），2F9H（COM2）2022/12/2377设置波特率程序段假设设置波特率为11520，则初始化程序片段如下：MOV

AL，10000000B ；DLAB=1

MOV DX，3FBH ；指向线路控制寄存器端口

OUT DX，AL ；写入线路控制寄存器

MOV AL，0AH ；置产生11520波特率的除数低字节

MOV DX，3F8H ；除数低字节寄存器口地址

OUT DX，AL ；写入除数低字节

MOV AL，00 ；除数高字节

INC DX ；指向除数高字节寄存器口地址

OUT DX，AL ；写入除数高字节2022/12/2378设置通信数据格式方法根据要求确定格式将格式字写入线路控制寄存器，并使DLAB=0以正常工作例子：假设一帧数据含有8位数据、1位停止位、奇校验，则有关程序如下：

MOV AL,00001011B ；通信控制寄存器控制字

MOV DX, 3FBH ；线路控制寄存器口地址

OUT DX, AL ；写入线路控制寄存器2022/12/2379设置操作方式禁止中断输出允许中断输出自测工作方式向Modem控制寄存器写入相应控制字2022/12/2380禁止中断输出MOV AL,00000011B ；禁止中断输出MOV DX, 3FCH ；Modem控制寄存器地址

OUT DX, AL ；写入线路控制寄存器2022/12/2381允许中断输出MOV AL,00001111B ；禁止中断输出MOV DX, 3FCH ；Modem控制寄存器地址

OUT DX, AL ；写入线路控制寄存器2022/12/2382自测工作（自发自收）MOV AL,00010011B ；禁止中断输出MOV DX, 3FCH ；Modem控制寄存器地址

OUT DX, AL ；写入线路控制寄存器2022/12/2383

设置中断允许寄存器仅允许接收中断和发送中断：（COM1）

MOV AL, 00000011 ；仅允许收、发中断

MOV DX, 3F9H

OUT DX, AL ；写入中断允许寄存器2022/12/23843.串行通信的BIOS功能调用初始化串行端口取串行端口状态读串行端口数据写串行端口数据

利用BIOS的INT14H中断调用中的不同功能，对串行口进行不同操作。2022/12/2385初始化通信端口入口：AH=00，AL=初始化参数，DX=端口标识（COM1=0，COM2=1）出口：AH=线路状态字节，AL=Modem状态字节。2022/12/2386读通信端口状态入口：AH=03H，DX=通信端口（COM1=0，COM2=1）。出口：AH=线路状态字节，AL=Modem状态字节2022/12/2387读通信端口数据入口：AH=02H，DX=通信端口（COM1=0，COM2=1），AL=要写入的字符。出口：AL=接收的字符例子：接COM1一个字符MOV

AH，02H

MOV DX，0

INT 14H2022/12/2388写通信端口数据入口：AH=01H，DX=通信端口（COM1=0，COM2=1），AL=要写入的字符。例子：向COM2写入‘M’MOV

AH，01H

MOV DX，1

MOV AL，‘M’

INT 14H2022/12/2389串行通信实例两台微机利用COM1（串行口1）进行查询通信，只用三根连接线。双机通信的要求如下：数据为7位、1位停止位、奇校验、波特率为1200；双机同时运行该程序，一方键入的字符在另一方屏幕上显示，当按下小写字母q时，结束通信回到DOS。程序见教材P.291（自己阅读）2022/12/23907.5A/D和D/A转换接口D/AA/D计算机系统被控对象2022/12/23917.5.1D/A转换器一、D/A转换器的工作原理1．权电阻式D/A转换器

U。=－(Rf/R)×Vref×∑2-(i-1)×Dn-i

2022/12/23922．T型电阻网络式D/A转换器U。=－（Rf/2R）×Vref×∑2-(i-1)×Dn-i

2022/12/2393二、D/A转换器主要指标1．转换精度D/A转换精度可分为绝对精度和相对精度两种衡量标准。绝对精度是指对应于给定的满度数字量，D/A转换器实际输出值与理论值之间的误差。相对精度也称非线性度，指在满度已校正的标准情况下，在整个刻度范围内，对应于任一数码的模拟量输出与它的理论值之差。2022/12/23942．分辨率分辨率指D/A转换器所能分辨最小量化信号的能力，这是对微小输入量变化的敏感程度的描述。位数越多，分辨率n位二进制D/A转换器的分辨率一般用来表示2022/12/2395三、典型D/A转换器1．8位DAC08322022/12/23962.12位DAC12102022/12/2397四、DAC应用带锁存器D/A应用2022/12/2398例1.用0832产生三角波要求三角波电压范围从1V到3V变化，0832口地址为98F0H。1V3V0V2022/12/2399例1解方法：算出最低和最高电压对应数字量Dmin和Dmax，然后从低电压数字量开始送D/A，以后数字量加1到最高值，再回到最低值，循环进行即可。由可知：Dl=(Vl/Vref)*255=(1/5)*255=51=33HDm=(3/5)*255=153=99H2022/12/23100