第六章 串并行通信与接口技术(戴梅萼)

第6章串并行通信及接口技术6.2串行接口和串行通信6.2.1串行接口数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送；节省传输线（优点）；数据传输率较低（缺点）。主要适用于长距离、低速率的通信中。

串行接口的基本结构与功能6.2.2串行通信涉及的几个问题单工、半双工和全双工单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据传送设备A发送器设备B接收器Dataflow半双工（HalfDuplex）特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。【双向，但不同时】设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器Dataflow全双工（FullDuplex）特点：能够在两个方向同时进行数据传送。设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器数据传输率每秒传输的二进制位数，单位为bps（bitpersecond）也称比特率。波特率―――每秒传输的“符号”（也称离散状态）的个数。【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一致。但在其他一些场合（例如通信中采用的“相一幅”复合调制技术一个“符号”的信息含量就不是一个比特，此时，波特率就不等于比特率。标准波特率系列：50，75，110，150，300，600，1200，……

4种相位（0，90，180，270）每种相位有两种振幅值→实现3位/波特调制9001800002700001101011111000100110010发送时钟和接收时钟数据输入寄存器输入移位寄存器÷1，÷16，÷32数据输出寄存器输出移位寄存器÷1，÷16，÷32CLK(主时钟)（串行数据输入）输入移位脉冲（串行数据输出）输出移位脉冲接收时钟发送时钟*现在的电话网是模拟通信系统，它是为传输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调制和解调。实现调制和解调两个过程的设备称为“调制解调器”（ModulatorDemodulator－Modem）

方法：选取音频范围某一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用以运载所要传送的数字信号。要用传送的数字信号改变载波信号的幅值、频率或相位，使之在信道上传送；到达信道另一端，再将数字信号从载波中取出。000001111数字信号(a)调幅(b)调频(c)调相按数字信号的值改变载波信号的幅度按数字信号的值改变载波信号的频率按数字信号的值改变载波信号的相位波特率因子F（时钟频率）＝波特率因子＊波特率波特率因子：数据传输率（波特率）与时钟频率之间的比例系数给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波特率。例如：f=19.2kHz，若选波特率因子为16，则波特率为1200bps。若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率的要求。1200＊16＝19200（时钟频率）→若外部时钟电路的频率F＝1Mhz，需用8253分频，试计算分频系数（8253的计数初值）＝？计数初值＝时钟频率／（波特率＊波特率因子）［实验］

8251外部的时钟电路CLK8253OUT÷1，＝16，…1MHzN分频19.2KHz移位脉冲异步方式与同步方式异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。串行异步传输数据格式：工作特点：1－51/00011…15-8位数据位1/0停止位或空闲位1…1起始位奇偶校验第n个字符空闲位第n+1个字符低位高位（2）同步方式（Synchronous）串行同步通信信息格式同步方式的工作特点：（1）－（5），P194—P195同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)数据（DATA)…*同步通信的效率（协议开销）例：SDLC/HDLC帧格式：假定数据长度为2048位，通信效率为：2048/（2048＋48）＝97%

协议开销仅为3％一般公式：SDLC/HDLC协议开销＝1.0－N/(N+48)，其中N为发送数据的比特数。标志01111110地址8位控制8位CRC8位CRC8位标志01111110数据场差错校验奇偶校验（ParityCheck）CRC校验（CyclicRedundancyCheck）

6.3可编程串并行通信接口片8251A

一、USART－通用同步异步接收器/发送器（UniversalSynchronousAsynchronousReceiver/Transmitter）

UART：UniversalAsynchronousReceiverTransmitterUSRT：UniversalSynchronousReceiverTransmitter

典型芯片：Intel8251，ZilogSIO，MotorolaACIA。

USART结构：（见APPENDIXB）

表8－38251A的读/写控制真值表1、8251A方式选择控制字

2、操作命令控制字

操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或进入规定的工作状态，它只有在设定了方式选择控制字后，才能由CPU写入，8251A的操作命令控制字格式如图8.17所示。

CPU可在8251A工作工程中利用输入指令（IN指令）读取当前8251A的状态字，从而可以检测接口和数据传输的工作状态。8251A的状态字格式如图8.18所示。

8251A初始化和数据传送流程图

6.4并行通信及接口电路

并行通信的主要特点：数据在多条并行传输线上各位同时传送；和串行传送相比，在同样的时钟速率下，并行传送的信息传输率较高；但所用信号线数量较多。适用于信息传输率要求较高，而传输距离较短的场合。组成：见图6.16

并行接口的输入和输出过程

“握手”信号（Handshaking）：输入准备好（外设提供高电平）数据送接口输入回答（接口提供高电平）数据送入端口外设撤除输入准备好，接口设置输入准备好状态位供CPU查询。CPU输入数据后撤除该位。外设从接口取走一个数据，接口设置输出准备好状态位供CPU查询。CPU输出数据后撤除该位。

输出准备好（接口提供高电平）数据送往外设输出回答（外设提供高电平）数据送接口

功能：“通信中的每一过程都有应答，彼此进行确认。新过程必须在对方对上一过程进行应答后发生。”6.5可编程并行通信接口8255A6.5.1内部结构

1.数据端口8255A有三个输入输出端口：端口A，端口B，端口C(1)端口A对应1个8位数据输人锁存器和1个8位数据输出锁存器／缓冲器，用端口A作为输人或输出时，数据均受到锁存。(2)端口B对应1个8位数据输人缓冲器和1个8位数据输出锁存器／缓冲器。

(3)端口C对应1个8位数据输人缓冲器和1个8位数据输出锁存器／缓冲器。每个端口可编程设定为输入端口或输出端口，并可设定为不同的工作方式。端口C可作为一个独立的端口使用，但常常是配合A口和B口工作，为这两个端口的输入输出操作提供联络信号。2.A组控制和B组控制

三个端口分为两组进行控制：

A组—A口（PA7~PA0）

C口高4位（PC7～PC4）

B组—C口低4位（PC3～PC0）

B口（PB7～PB0）

3.读写逻辑控制电路

RESET，CS，WR，RD，A1，A0；8255A的A1，A0与8088系统总线A1，A0相连与8086系统总线A2，A1相连4.数据总线缓冲器

8位双向三态数据缓冲器6.5.2.8255A的芯片引脚信号

1.与外设一边相连的信号PA7～PA0PB7～PB0PC7～PC0

2.与CPU一边相连的信号 .RESET

3个端口设为输入 .D7～D0.CS，WR，RD，A1，A0；8255A的A1，A0与8088系统总线A1，A0相连与8086系统总线A2，A1相连6．5．38255A的控制字

1．

方式选择控制字（图6.19）最高位（D7）一定为1——标识位；

D6，D5，D4，D3——A组的工作方式及端口的输入、输出设定

D2，D1，D0——B组的工作方式及端口的输入、输出设定

因为J1、J2的数据线与8086数据总线的低8位连接，故在J1、J2工作时，8086地址总线A0为0，BHE为1。J1:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0端口A

0000000011100000端口B

0000000011100010端口C

0000000011100100控制端口0000000011100110J2:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000011101000如果我们要求J1的各个端口处于如下工作方式：端口A方式0，输出；端口B方式0，输入；端口C的高4位输出；端口C的低4位输人。于是，J1的方式选择控制字为83H。我们还要求J2的各个端口处于如下工作方式：端口A方式0，输人；端口B方式1，输出；端口C的高4位输出；端口C的低4位配合端口B工作（已由方式1决定），可任意为1或0，此处设为0。于是，J2的方式选择控制字为94H。

8255A的初始化编程

最高位（D7）为0——标识位；2．端口C置1／置0控制字（图6.23）D6，D5，D4——无关

D3，D2，D1——位选择

D0——1：置1；0：置0

例：要求对端口C的PC7位置1，则控制字为00001111B，即0FH；而端口C的PC3要求置0，则控制字为00000110B，即06H。设8255A的控制口地址为00EEH则下面的程序段可以实现上述要求。6．5．48255A的工作方式1、方式0－－基本输入／输出方式（不带“握手”信号的工作方式）

A口C口（两个4位端口）、B口共可构成16种输入输出工作组态

2、方式1－－选通的输入／输出方式（带“握手”信号的工作方式）（1）方式1输入（图6.26）

端口C信号定义：

有关A口的：引脚PC4—STBA

（A口的一对握手信号）引脚PC5—IBFA

（A口的一对握手信号）引脚PC3—INTRA

（A口的中断请求信号）

有关B口的：引脚PC2—STBB

（B口的一对握手信号）引脚PC1—IBFB

（B口的一对握手信号）引脚PC0—INTRB（B口的中断请求信号）方式选择控制字：端口C控制信号

端口A“方式1输入”时的工作过程：P258①－④

*端口B“方式1输入”时的工作情形与端口A的类似方式1输入工作时序图（图6、27）：（2）方式1输出（见图6、28）一对握手信号－工作过程：P260①－④时序图（图8、30）：*3、方式2（双向传输方式）。只有端口A才能工作于方式2。6.5.58255A的应用举例

第6章习题6．27并行通信和串行通信各有什么优缺点?6．28在输入过程和输出过程中，并行接口分别起什么作用?6．298255A的3个端口在使用时有什么差别?6．30当数据从8255A的端口C往