《微机原理与接口技术》课件09第6章 接口技术

1第6章接口技术

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本章主要介绍：可编程并行接口8255A;串行通信与异步通信控制器8250；可编程计数器／定时器8253;系统总线：PCI总线、USB总线、IEEE1394总线、I2C口总线、PCIExpress总线。重点是可编程并行接口8255A,串行通信与异步通信控制器8250,可编程计数器／定时器8253,系统总线。

3第6章

接口技术

微机与I／O设备的接口按照数据传送方式不同，可以分为并行接口串行接口46.1可编程并行接口8255A

5并行接口最基本的特点是在多根据数据线上以数据字节（字）为单位与I/O设备或被控对象传送信息。如:打印机接口，A/D、D/A转换器接口，IEEE-488接口，开关量接口，控制设备接口等。在并行接口中，除了少数据场合之外，一般都要求在接口与外设之间设置并行数据线的同时，至少还要设置两根握手（联线）信号线，以便进行互锁异步握手方式（即查询方式）的通信。在并行接口中，8位或16位是一起行动的，因此，当采用并行接口与外设交换数据时，即使是只用到其中的一位，也是一次输入/输出8位或16位。并行传送信息，不要求固定的格式，这与串行传送的数据格式的要求不同。第6章

接口技术6第6章

接口技术

并行接口电路有编程接口和不可编程接口之分。在微机系统中广泛应用的可编程序外设接口电路（ProgrammablePeripheralInterface）简称PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），含3个独立的8位并行输入/输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力。可通过编程设置各端口的工作方式和数据传送方向(入/出/双向)。它是一片使用单一+5V电源的40引脚双列直插式大规模集成电路。

76.1.18255A的内部结构

第6章

接口技术具有两个8位（A口和B口）和两个4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片。能适应CPU与I/O接口之间的多种数据传送方式的要求。86.1.18255A的内部结构

第6章

接口技术PC口的使用比较特殊，除作数据口外，当工作在1方式和2方式时，它的大部分引脚被分配作专用联络信号；PC口可以进行按位控制；在CPU读取8255A状态时，PC口又作1，2方式的状态口用，等等。可执行功能很强，内容丰富的命令（方式字和控制字）为用户如何根据外界条件（I/O设备需要哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用8255A构成多种接口电路，组成微机应用系统提供了灵活方便的编程环境。8255芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄器组成。9A组控制数据总线缓冲器读/写控制逻辑B组控制A组A口（8位）A组C口高位（4位）B组C口低位（4位）B组B口（8位）D0~D7CSWRA1A0RESETRDPA0~PA7PC4~PC7PC0~PC3PB0~PB7图6-18255A内部结构框图内部结构：8255A的内部结构如图所示。它由以下4个部分组成。第6章

接口技术10①数据总线缓冲器。这是一个三态双向8位缓冲器，它是8255A与CPU系统数据总线的接口。②读/写控制逻辑。读/写控制逻辑由读信号RD、写信号WR、选片信号CS以及端口选择信号A1A0等组成。③输入/输出端口A、B、C。8255A包括3个8位输入输出端口（port）。每个端口都有一个数据输入寄存器和一个数据输出寄存器。④A组和B组控制电路。控制A、B和C三个端口的工作方式。第6章

接口技术116.1.28255A的引脚和控制

第6章

接口技术①与系统总线的连接信号面向数据总线的有：

D0～D7：双向数据线，用于CPU向8255A发送命令、数据和8255A向CPU回送状态、数据和8255A向CPU回送状态、数据。面向地址总线的有：12图6-28255A引脚图RD：读信号，低电平有效。WR：写信号，低电平有效。RESET：复位信号，高电平有效。它清除控制寄存器并将8255A的A、B、C三个端口均置为输入方式；输入寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24条面向外设信号线呈现高阻悬浮状态。12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221PA4PA5PA6PA7PB6PB5PB4PB3PB7D1D2D3D4D0D5D6D7VCCRESETWRRDCSPA3PA2PA1PA0GNDA1A0PC7PC6PC4PC0PC1PC2PC5PB0PB1PB2PC38255A第6章

接口技术13②与外部设备的连接信号

PA0～PA7：端口A的输入/输出线。

PB0～PB7：端口B的输入/输出线。

PC0～PC7：端口C的输入/输出线。这24根信号线均可用来连接I/O设备和传送信息。其中，A口和B口只作输入/输出的数据口用，尽管有时也利用它们从I/O设备读取一些状态信号，如打印机的“忙”（Busy）状态信号、A/D转换器的“转换结束”（EOC）状态信号，但对A口和B口来说，都是作8255A的数据口读入，而不是作8255A的状态口读入的。第6章

接口技术14

C口的作用与8255A的工作方式有关，它除了作数据口以外，还有其他用途，故C口的使用比较特殊，单独介绍如下：

a.作数据口。

b.作状态口。

c.作专用（固定）联络（握手）信号线。

d.作按位控制用。第6章

接口技术15CSA1A0RDWR读操作内容PC系统实验平台00001PA口→数据总线（→CPU）数据60H200H00101PB口→数据总线（→CPU）数据61H201H01001PC口→数据总线（→CPU）数据62H202H写操作00010PA口←数据总线（←CPU）数据60H200H00110PB口←数据总线（←CPU）数据61H201H01010PC口←数据总线（←CPU）数据62H202H01110控制寄存器←数据总线控制字63H203H无操作情况1××××总线悬浮（三态）0××11总线悬浮01101控制口不能读63H203H表6-28255A通道选择与基本操作表第6章

接口技术166.1.38255A与CPU的连接

8255A与CPU连接时，需要注意CPU的输入／输出采用什么方式：是存储器寻址的I／O方式，还是通道寻址的I／O方式。第6章

接口技术171.方式命令作用：指定8255A的工作方式及其方式下3个并行端口（PA、PB、PC）的功能，是作输入还是作输出。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写1，其余各位定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0。PC0~30=输出1=输入PB0=输出1=输入B组方式0=0方式1=1方式PC4~70=输出1=输入PA0=输出1=输入A组方式00=0方式01=1方式10=2方式11=不用特征位D0D1D2D3D4D5D616.1.48255A的工作方式及使用

8255A的编程命令

第6章

接口技术18

例：要把A口指定为1方式，输入，C口上半部为输出；B组指定为0方式，输出，C口下半部定为输入，则工作方式命令代码是：10110001B或B1H。若将此命令代码写到8255A的命令寄存器，即实现了对8255A工作方式及端口功能的指定，或者说完成了对8255A的初始化。初始化的程序段为：

MOVDX，203H；8255A命令口地址

MOVAL，0B1H；初始化命令

OUTDX，AL；送到命令口第6章

接口技术192.按位置位/复位命令作用：指定PC口的某一位（某一个引脚）输出高平或低电平。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写0，其余各位的定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0.1=置位（高电平）0=复位（低电平）位选择000=C口0位001=C口1位…111=C口7位不用（写0）特征位D0D1D2D3D4D5D60第6章

接口技术20例：若要把C口的PC2引脚置成高电平输出，则命令字应该为00000101B或05H。将该命令的代码写入8255A的命令寄存器，就会使得从PC口的PC2引脚输出高电平，其程序段为：

MOVDX，203H；8255A命令口地址

MOVAL，05H；使PC2=1的命令字

OUTDX，AL；送到命令口如果要使引脚PC2输出低电位，则程序段为：

MOVDX，203H；8255A命令口地址

MOVAL，04H；使PC2=0的命令字

OUTDX，AL；送到命令口第6章

接口技术21利用C口的按位控制特性还可以产生、负脉冲或方波输出，对外设进行控制。例：利用8255A的PC7产生负脉冲，作打印机接口电路的数据选通信号，其程序段为：

MOVDX，203H；8255A命令口

MOVAL，00001110B；置PC7=0OUTDX，ALNOP；维持低电平

NOPMOVAL，00001111B；置PC7=1OUTDX，AL第6章

接口技术223.关于两个命令的讨论①方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能进行指定，即进行初始化，初始工作要在使用8255A之前做。②按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它产不破坏已经建立的3种工作方式，而是对它们实现动态控制的一种支持。它可放在初始化程序以后的任何地方。③两个命令的最高位（D7）都分配作了特征位，之所以要设置特征位，是为了识别两个不同的命令。④按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。第6章

接口技术234.A口和B口另一个使用方法

A口、B口也可以按位输出高低电平，但是，它与前面的按位置位/复位命令有本质的差别，并且实现的方法也不同，。C口按位输出是以送数据到A口、B口来实现的。其具体作法是：若要使某一位置高电平，则先对端口进行读操作，将读入的原输出值，“或”上一个字节，字节中使该位为1，其他位为0，然后再送到同一端口，即可使该位为0，然后再送到同一端口，即可使该位置位。

10101010OR

00000001

10101011

10101011AND1111111010101010第6章

接口技术24例：若要使PA7位输出高/低电平。使PA7输出高电平：MOVDX，200H；PA数据口地址

INAL，DX；读入A口原输出内容

MOVAH，AL；保存原输出内容

ORAL，80H；使PA7=1OUTDX，AL；输出PA7┇MOVAL，AH；恢复原输出内容

OUTDX，AL第6章

接口技术25使PA7输出低电平MOVDX，200H；A口地址INAL，DX；读入端口原输出值MOVAH，AL；保存原输出值ANDAL，7FH；使PA7=0OUTDX，AL；输出PA7┇MOVAL，AH；恢复原输出内容OUTDX，AL第6章

接口技术26

8255A的工作方式与端口有关，PA口有三种方式（0方式、1方式、2方式），PB口和PC口只有两种方式（0方式、1方式)。8255A的工作方式

第6章

接口技术278255A的0方式及其应用一、特点0方式是一种基本输入/输出工作方式。通常不用联络信号，或不使用固定的联络信号。基本I/O方式是指查询方式传送，也包括无条件传送。在0方式下，彼此独立的两个8位和两个4位并行口，都能被指定作为输入或者输出用，共有16种不同的使用状态。第6章

接口技术28在0方式下不设置专用联络信号线，需要联络时，可由用户任意指定C口中的哪根线完成某种联络功能，这与后面要讨论的在1方式、2方式下设置固定的专用联络信号线不同。是单向I/O，一次初始化只能指定端口（PA、PB和PC）作输入或输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。第6章

接口技术29二、并行打印机接口设计1.要求为某应用系统配置一个并行打印机接口，并且通过接口CPU采用查询方式把存放在BUF缓冲区的256个字（ASCII码）送去打印。第6章

接口技术302.分析由于打印接口直接面向的对象是打印机接口标准，而不是打印机本身，因此打印机接口要按照接口标准的要求进行设计。（1）并行打印机接口是一个输出接口，首先查询BUSY。若BUSY＝1，打印机忙，则等待；若BUSY＝0，打印机不忙，则送数据。（2）通过并行接口把数据送DATA0～DATA7数据线上。（3）再送出一个数据选通信号给标准插座的1号引脚，把数据线上的数据打入到打印机的内部缓冲器。（4）打印机在收到数据后，通过插座的11号引给发出“忙”（BUSY＝1）信号，表明打印机正在处理输入的数据。

第6章

接口技术313.设计接口电路的设计包括硬件接口电路和软件驱动程序两部分。（1）打印机接口电路如图6-6所示。该电路的设计思路是：按照并行打印接口标准对打印机接口信号线的定义，最基本的信号线需要8根数据线（DATA0～DATA7）、1根控制线（），1根状态线（BUSY）和1根地线。选用8255A的PA口作数据口输出8位打印数据，工作方式为0方式。CPU

PA0~7PC7PC2地

地BUSYSTBDATA0~71112~98255A打印机插座

图6-68255A并行打印机接口电路框图第6章

接口技术32（2）接口驱动程序。其程序流程图如图6-7所示。

图6-78255A并行打印机接口驱动程序流程图第6章

接口技术33一、特点①1方式是一种选通输入/输出方式或叫应答方式，因此，需设置专用的联络信号线或应答信号线，以便对I/O设备和CPU两侧进行联络。这种方式通常用于查询（条件）传送或中断传送。数据的输入输出都有锁存功能。②PA和PB为数据口，而PC口的大部分引脚分配作专用（固定）的联络信号的C口引脚，用户不能再指定作其他作用。③各联络信号线之间有固定的时序关系，传送数据时，要严格按照时序进行。8255A的1方式及其应用④输入/输出操作过程中，产生固定的状态字，这些状态信息可作为查询或中断请求之用。状态字从PC口读取。⑤单向传送。一次初始化只能设置在一个方向上传送，不能同时作两个方向的传送。第6章

接口技术34二、1方式下联络信号线的定义及其时序1方式下输入的联络信号线定义及时序（1）联络信号的定义因为输入是从I/O设备向8255A送数据进来，所以I/O设备应先把数据准备好，并送到8255A，然后CPU再从8255A读取数据。这个传递过程中需要使用一些联络信号线。所以当A口和B口为输入时，各指定了C口的3根线作为8255A与外设及CPU之间应答信号，如图所示。

STB：外设给8255A的“输入选通”信号，低电平有效。第6章

接口技术351方式输入时联络信号线定义IBF：8255A给外设的回答信号“输入缓冲器满”，高电平有效。INTR：8255A给CPU的“中断请求”信号，高电平有效。&PC4PC5PC3INTEAPA7~0PC6,7RDI/O2INTRAIBFASTBA81方式输入（端口A）&PC2PC1PC0INTEBPB7~0RD2INTRBIBFBSTBB81方式输入（端口B）第6章

接口技术36③在STB的上升沿约300ns后，在中断允许（INTE=1）的情况下IBF的高电平产生中断请求，使INTR上升变高，通右CPU，接口中已有数据，请求CPU读取。④CPU得知INTR信号有效之后，执行读操作时，RD信号的下降沿使INTR复位，撤消中断请求，为下一次中断请求作好准备。从上述分析，可知在1方式下，数据从I/O设备发出，通过8255A，送到CPU的整个过程有如下4步：CPU8255AI/O设备①STB③INTR②IBF④RD①数据输入时，外设处于主动地位，当外设准备好数据并放到数据线上后，首先发STB信号，由它把数据输入到8255A。②在STB的下降沿约300ns，数据已锁存到8255A的缓冲器后，引起IBF变高，表示8255A的“输入缓冲器满”，禁止输入新数据。第6章

接口技术372.1方式下输出的联络信号线定义及时序（1）联络信号的定义WR&PC7PC6PC3INTEAPA7~0PC4,5I/O2INTRAACKAOBFA8&PC1PC2PC0INTEAPA7~0WRINTRBACKBOBFB81方式输出（端口A）1方式输出（端口B）1方式输出时联络信号线定义第6章

接口技术38其信号交接的过程如下：①数据输出时，CPU应先准备如数据，并把数据写到8255A输出数据寄存器。当CPU向8255A写完一个数据后，WR的上升沿使OBF有效，表示8255A的输出缓冲器已满，通知外设读取数据。并且WR使中断请求INTR变低，封锁中断请求。②外设得到OBF有效的通知后，开始读数。当外设读取数据后，用ACK回答8255A，表示数据已收到。③ACK的下降沿将OBF置高，使OBF无效，表示输出缓冲器变空，为下一次输出作准备，在中断允许（INTE=1）的情况下ACK上升沿使INTR变高，产生中断请求。CPU响应中断后，在中断服务程序中，执行OUT指令，向8255A写下一个数据。第6章

接口技术39

从上述分析，在1方式下，数据从CPU，通过8255A送到I/O设备有4步：CPU8255AI/O设备①WR③ACK②OBF④INTR第6章

接口技术40三、1方式的状态字状态字的作用在1方式下8255A有固定的状态字。状态字为查询方式提供了状态标志位，如IBF和OBF，同时，由于8255A不能直接中断矢量，因此当8255A采用中断方式时，CPU也要通过读状态字来确定中断源，实现查询中断。第6章

接口技术412.状态字的格式状态字的格式如图所示。D7D6D5D4D3D2D1D0A组状态B组状态I/OI/OIBFA

INTEA

INTRAPC7PC6PC5PC4PC3OBFA

INTEAI/O

I/O

INTRAPC7PC6PC5PC4PC3

INTEB

IBFB

INTRBPC2PC1PC0输入时输出时

INTEB

OBFB

INTRBPC2PC1PC01方式的状态字第6章

接口技术42状态字有8位，分A和B两组，A组状态位占高5位，B组状位占低3位，并且输入和输出时的状态字不相同。3.使用状态字时要注意的几个问题①状态字是在8255A输入/输出操作过程中由内部产生，从C口读取的，因此从C口读出的状态字是独立于C口的外部引脚的，或者说与C口的外部引脚无关。②状态字中供CPU查询的状态位有：输入时------IBF位和INTR位；输出------OBF位和INTR位。③状态字中的INTE位，是控制标志位，是控制标志位，控制8255A能否提出中断请求，因此它不是I/O操作过程中自动产生的状态，而是由程序通过按位置位/复位命令来设置或清除。第6章

接口技术43例：若允许PA口输入时，产生中断请求，则必须设置INTEA=1，即置PC4=1；若禁止它产生中断请求，则置INTEA=0，即置PC4=0，其程序段为：

MOVDX，203H；8255A命令口

MOVAL，00001001B；置PC4=1，允许中断请求

OUTDX，ALMOVAL，00001000B；置PC4=0，禁止中断请求

OUTDX，AL第6章

接口技术44五、两种方式并行传送接口设计1.要求在甲乙两台微机之间并行传送1K字节数据。甲机发送，乙机接收。甲机一侧的8255A采用1方式工作，乙机一侧的8255A采用0方式工作。两机的CPU与接口之间都采用查询方式交换数据。第6章

接口技术452.分析双机均采用可编程并行接口芯片8255A构成接口电路，只是8255A的工作方式不同。此时，双方的8255A把对方视为I/O设备。3.设计（1）硬件连接根据上述要求，接口电路的连接如图所示。（2）软件编程接口驱动程序包含发送与接收两个程序。第6章

接口技术460方式1方式8255APA0~7PC7PC3PC4~6PC0~2PB0~7PA0~7PC7PC6PC3PC0~2、4~5PB0~7未用8255A甲(发送)CPU乙(接收)CPUACKOBF两种方式的并行传送接口电路框图第6章

接口技术47甲机发送程序段：MOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，10100000B；初始化工作方式字OUTDX，ALMOVAL，00001101B；置发送中断允许INTEA=1OUTDX，AL；PC6=1MOVSI，OFFSETBUFS；设置发送数据区的指针MOVCX，3FFH；发送字节数MOVDX，200H；向A口写第一个数，产生第一个OBF-信号MOVAL，[SI]；送给乙方，以便获取乙方的ACK-信号OUTDX，AL第6章

接口技术48

INCSI；内存地址加1DECCX；传送字节数减1L：MOVDX，202H；8255A状态口

INAL，DX；查发送断请求INTRA=1？

ANDAL，08H；PC3=1？

JZL；若无中断请求，则等待；若有中断请求，则向A口写数

MOVDX，200H；8255APA口地址

MOVAL，[SI]；从内存取数

OUTDX，AL；通过A口向乙机发送第二个数据

INCSI；内存地址加1第6章

接口技术49

DECCX；字节数减1JNZL；字节未完，继续

MOVAH，4CH；已完，退出

INT21H；返回

BUFSDB1024个数据乙机接收程序段：（略）第6章

接口技术508255A的2方式及其应用一、特点①PA口为双向选通输入/输出或叫双向应答式输入/输出。一次初始化可指定PA口既作输入口又作输出口。②设置专用的联络信号线和中断请求号信线，因此，2方式下可采用中断方式和查询方式与CPU交换数据。③各联络线的定义及其时序关系和壮态基本上是在1方式下输入和输出两种操作的组合。第6章

接口技术51二、2方式下联络信号线的定义及其时序1.联络信号线的定义

2方式是一种双向选通输入输出方式，它把A口作为双向输入/输出口，把C口的5根线（PC3~PC7）作为专用应答线，所以，8255A只有A口才有2方式。其引脚定义如图所示。PC3PC7PA7~0PC6PC4PC5PC2~0≥1&INTE1INTE2&WRRDINTRA8OBFAACKASTBAIBFAI/O32方式的联络信号线定义三、2方式的状态字

2方式状态字的含义是1方式下输入和输出状态位的组合。第6章

接口技术526.2串行通信与异步通信控制器8250

53串行接口最基本的特点是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传送一个二进制位。

在实际应用中，串行通信比并行通信应用要多，串行通信被广泛应用于各种高、中、低速外部设备与主机的通信，大多数的计算机互联通信也是使用的串行通信。第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

1.串行通信的特点54并行通信和串行通信是两种基本的数据通信方式，他们应用在不同的场合：（1）从通信距离上来看，并行通信适于近距离数据传送，通常小于三十米。串行通信适于远距离传送，可以从几米到数千千米。（2）从通信速率来看，一般应用中，在短距离，并行通信的数据传输数率要比串行数据数率要高很多，但长距离串行数据传输数率会比并行数据传输数率高。由于串行通信的通信时钟频率较并行通信容易提高，因此许多高速外部设备，如数字摄像机与计算机之间的通信也往往使用串行通信。（3）从抗干扰性能来看，串行通信由于只有一两根信号线，信号间的干扰完全可以忽略。（4）从设备和费用来看，由于通信线路费用比较高，因此，对于远距离来说，串行通信费用要低些。串行通信和并行通信比，有很多优点，但带来了数据的串／并及并／串格式转换要求、位计数等问题，使之比并行通信实现起来复杂。第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

55串行接口的特点是：第一，串行传送在一根传输线上既传送数据信息又传送联络控制信号；第二，有固定的数据格式，分异步与同步数据格式；第三，串行通信中对信号的逻辑定义与TTL不兼容，故需要进行逻辑关系与逻辑电平转换；第四，串行传送信息的速率需要控制，要求双方设定通信传输的波特率。第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

56第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

2.串行数据传送方式在串行通信中，数据通常是在两个站（如微机和终端）之间进行传送，按照数据流的方向可以分成三种基本传送方式：单工、半双工、全双工。（1）单工方式。这种方式只允许数据按一个固定方向传送。（2）半双工方式。这种方式下数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，每次只能有一个站发送、另一个站接收。一般不工作时，A和B均处于接收方式，以便随时响应对方呼叫。采用半双工时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过发送器和接收器转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。57第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

2.串行数据传送方式（3）全双工方式。这种方式下数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送，通信双方能够在同一时刻进行发送和接收。采用双工时，通信系统每一端都设置了发送器和接收器，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟。在计算机串行通信中，主要使用半双工和全双工方式。一些简单的外部设备（如键盘等）与主机的通信大都采用半双工方式；全双工方式主要在实时性较强的交互式应用（如远程监控和控制系统）。58第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

3.信号的调制解调计算机的通信是要求传送数字信号，而在远程数据通信时，通信线路往往借助现有的公话网，而公话网是为300～3400Hz间的音频模拟信号设计的，这不适合二进制数据传输。为此采用调制器把数字信号转换成模拟信号，送到通信线路上，而用解调器再把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。大多数情况下，通信是双向的，调制器和解调器合在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。调制解调器的类型很多，有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种。在计算机通信中用得较多的是频移键控法。59第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

4.波特率和收发时钟串行通信中，衡量数据传输速率的单位是波特率，即单位时间内传送的二进制数据的位数，以位／秒（b／s）表示，也称为数据位率（b／s）。它是衡量串行通信速率的重要指标。有时也用“位周期”来表示传输速率，位周期是波特率的倒数。在串行通信中，无论发送或接收，都必须有时钟脉冲信号对传送的数据进行定位和同步控制。这就需要有收／发时钟。一般在发送端由发送时钟的下降沿使送入移位寄存器的数据串行移位输出。而接收端则在接收时钟的上升沿作用下将传输线上的数据逐位打入移位寄存器。收／发时钟不仅直接决定了通信线路上数据传输的数率，更主要的是对于收／发双方数据传输同步十分重要。60第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

4.波特率和收发时钟为了提高串行通信的抗干扰能力，往往用多个时钟调制一个二进制数据。调制一个二进制数据的收／发时钟个数称为波特率系数n。收／发时钟频率与波特率之间有以下关系：收／发时钟频率＝n×波特率一般n取1，16，32和64等。对于异步通信，常采用n＝16；对于同步通信，则采用n＝1。61第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

5.信息的检错与纠错在串行通信中，由于系统本身的硬件和软件故障或者外界电磁干扰等原因，数据在传输过程发生错误，应对这些问题采用的检错和纠错方法很多，如奇偶校验、循环冗余码检验（CRC）、海明码校验和方阵码校验等。在这几种方法中，奇偶校验最简单，CRC校验的自动纠错能力较强。在基本通信规程中一般采用奇偶校验检错，以反馈重发方式纠错。在高级通信控制规程中一般采用循环冗余码检错，以自动纠错方法来纠错。62第6章

接口技术6.2.1串行通信的基本概念

6.串行通信基本方式根据在串行通信中对数据流的分界、定时及同步的方法不同，串行通信的基本方式可分为异步串行方式和同步串行方式。异步串行通信的特点是：在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。这就是说，异步通信方式的“异步”主要体现在字符与字符之间通信没有严格的定时要求。然而一旦传送开始，收／发双方则以预先约定的传输数率，在时钟的作用下，传送这个字符中的每一位，即要求位与位之间有严格而精确的定时。也就是说，异步通信在传送同一个字符的每一位是同步的。63第6章

接口技术6.2.2串行接口标准有各种串行接口标准，比如电流环标准、RS-232标准、RS-422／423／449标准等。1.电流环标准电流环是最早应用于电传打字机的远距离传输标准。它应用线路上电流的有无来表示二进制信息。其传输数率不高，现在用的已经很少。64第6章

接口技术6.2.2串行接口标准2.RS-232标准RS-232接口标准是目前在微机中广泛采用的一种接口标准。它是一个25根或9根D形连接器。比如计算机里的COM1、COM2就是这种接口。用作鼠标、串行打印机、MODEM以及其他计算机的通信接口。因为其所有数据和控制信号共用同一条回线，因此互相间的干扰比较大，传输速率和传输距离都受影响。RS-232接口信号引脚分两类：一类为基本的数据传送信号引脚，另一类是用于MODEM控制的信号引脚，详见表6-4。65第6章

接口技术6.2.2串行接口标准2.RS-232标准表6-4RS-232接口信号9根D形连接器引脚25根D形连接器引脚符号方向含义32TXDO发送数据23RXDI接收数据74RTSO请求传送85CTSI允许传送66DSRI数据装置就绪57GND信号地18DCDI数据载波检测420DTRO数据终端就绪922RII响铃指示66第6章

接口技术6.2.2串行接口标准3.RS-422／423／449标准

RS-422／423／449标准是一个高速传输接口。RS-422是平衡（差分对称）接口，而RS-423是单端（非对称）接口，RS-449是它们的机械接口标准。67第6章

接口技术6.2.3异步通信控制器8250目前市场上的串行通信控制器种类很多，分为异步和同步通信控制器等。8250是单通道异步通信控制器，它将外部设备或MODEM通过RS-232接口的串行数据接收进来，并转换成并行的8位数据送往微机，或者将微机的并行数据转换成串行数据送往外部设备或MODEM。68图6-88250内部结构图696.3可编程计数器／定时器8253

708253（改进型为8254）是一片具有3个独立的16位计数器通道的可编程计数器／定时器芯片，是使用单一+5V电源的24引脚双列直插式大规模集成电路。可编程计数器／定时器芯片主要用在：周期时标产生，这些时标用作：DRAM的定时刷新，定时查询，计算机内部日历钟的标准信号源；串行传输波特率发生器，方波发生器；各种限时器，软件或硬件“看门狗”电路；各种时间间隔、频率和相位的测量；生成各种占空比的脉冲宽度调制输出，以控制直流马达的转速。第6章

接口技术71第6章

接口技术6.3.18253的内部结构

1.8253的基本功能可编程（工作方式/计数值）三个独立的计数器通道对初值进行减一计数二进制/BCD计数初值计数对象的最高频率为2MHz72第6章

接口技术6.3.18253的内部结构

2.8253的内部结构736.3.28253的引脚和寄存器选择1.8253的引脚第6章

接口技术746.3.28253的引脚和寄存器选择2.8253的寄存器选择A1A0寄存器的选择和操作01000写入计数器001001写入计数器101010写入计数器201011写方式字00100读计数器000101读计数器100110读计数器200111无操作三态1××××禁止三态011××无操作三态注意：三个计数器都是可读写的，控制字寄存器是只写的。第6章

接口技术756.3.38253的控制字

8253的控制字有四个功能：·选择计数器；·确定向计数器写或从计数器读计数值的格式；·确定计数器的工作方式；·确定计数器计数的数制。第6章

接口技术766.3.38253的控制字

776.3.48253的工作方式8253的计数器有6种工作方式：（1）方式0--计数结束中断（2）方式1--硬件触发单拍脉冲（3）方式2--频率发生器（4）方式3--方波发生器（5）方式4--软件触发选通（6）方式5--硬件触发选通第6章

接口技术786.3.48253的工作方式1.计数器的输出OUT第6章

接口技术796.3.48253的工作方式2.计数器的工作与启动

任一种方式，只有写入计数值后才能开始计数，方式0、2、3和4都是在写入计数值后，计数过程就开始了，而方式1和5需要外部触发启动，才开始计数。6种方式中，只有方式2和3是连续计数，其他4种方式都是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式0、4由写入计数值（软件）启动，方式1、5要由外部信号（硬件）启动。第6章

接口技术806.3.48253的工作方式3.门控信号GATE的作用

在方式0和方式4中，GATE是电平起作用。计数过程受GATE信号的控制，GATE为高电平计数，低电平停止计数。在方式1和方式5中，GATE是上升沿起作用。在计数过程中，只要GATE出现由低到高的跳变，计数的初值就被装入减1计数器，并从初值起继续计数。在方式2和方式3中，GATE信号的上升沿和电平均起作用。高电平计数，低电平停止计数。上升沿则重新装入计数初值，继续计数。第6章

接口技术816.3.48253的工作方式4.在计数过程中改变计数值

8253可以在计数过程中写入计数值，但它的作用在不同方式时有所不同。方式0和方式4是立即有效（即新的计数值写入减1计数器），方式1和方式5是外部触发后有效，方式2和方式3是本次计数结束后有效。第6章

接口技术826.3.58253的读写操作

1.写操作

8253的写操作包括两个方面的内容：写控制字和写计数初始值。每个计数器都必须由CPU写入控制字和计数值才能够工作。每个计数器的初始化都必须包括这两个步骤，要用的计数器必须设置，不用的计数器不必设置。但是必须明确：不是一个计数器的控制字和数值写到一个地址单元，而是所有计数器的控制字都写到一个地址单元，各自的计数值写到各自的地址单元中。8253写操作的要求是：（1）对于每一个计数器，它的控制字必须写在它的计数值之前。（2）每个计数器写数据的格式都必须严格按照它的控制字所确定的格式。（3）所有16位的数据都必须先写低8位，再写高8位。

第6章

接口技术836.3.58253的读写操作

1.写操作

由于各个计数器的控制字都是独立确定的，各个计数器的数据又都有各自的地址单元，所以，8253不同计数器的控制字和不同计数器的数据的初始化顺序是非常灵活的。可以按照计数器号的顺序送控制字和数据，也可以不按照计数器号的顺序送，可以把所有计数器的控制字都送完后再送数据，也可以送完一个计数器的控制字和数据之后再送另一个计数器的控制字和数据。

第6章

接口技术846.3.58253的读写操作

1.写操作

8253的所有方式都可以在计数过程中随时通过写操作改变计数值。在重写计数值时，不会改变其控制方式，但仍必须按照控制字所确定的格式写数据。CPU向计数器写计数值时，不能直接写到计数器中，只能写到与每个计数器对应的两个8位的计数值寄存器中。在CPU写操作之后的下一个输入CLK时钟脉冲，这个计数值才从计数值寄存器装入计数器并开始计数。第6章

接口技术856.3.58253的读写操作

2.读操作

8253的读操作只能读计数值，不能读控制字。所以，CPU对8523进行读操作时，是通过读与每个计数器对应的地址单元完成的。这个读操作通常可以用于计数器计数的实时显示、实时检测和数据处理。每个16位的计数器都有一个8位的地址单元，对每个计数器的读操作都必须进行两次，先读到的是低8位，后读的是高8位。8253有两种读计数值的方法：（1）直接用输入指令读所选择的计数器单元。（2）先使用计数器锁存命令然后再对指定的计数器单元读数。第6章

接口技术866.3.68253的的应用

1.要求用8253控制LED。要求：LED点亮10秒，熄灭10秒第6章

接口技术876.3.68253的的应用

2.分析8253的地址线与CPU高8位数据线D8～D15相连，8253的各端口的地址为81H、83H、85H、87H。OUT1输出占空比为1:1的方波，8253端口1工作在方式3。时钟频率为2MHz时，16位计数通道的最大定时时间为：0.5s65536＝32.768ms通道0输出400Hz脉冲（时间常数5000），通道1输出0.05Hz方波（时间常数8000）。第6章

接口技术886.3.68253的应用

3.设计接口电路的设计包括硬件接口电路和软件驱动程序两部分。图6-168253控制LED电路框图（1）接口电路第6章

接口技术896.3.68253的应用

3.设计（2）接口驱动程序。通道1初始化程序：MOVAL，01110111BOUT87，ALMOVAL，00HOUT83，ALMOVAL，80HOUT83，AL通道0初始化程序：MOVAL，00110101BOUT87，ALMOVAL，00HOUT81，ALMOVAL，50HOUT81，AL第6章

接口技术906.4系统总线

91

总线把微机各主要部件连接起来，并使它们组成一个可扩充的计算机系统，因此总线在微型计算机的组成与发展过程中起着重要的作用。总线不但和CPU、存储器一样关系到计算机的总体性能，而且也关系到计算机硬件的扩充能力，特别是扩充和增加各类外部设备的能力。因此，总线也随着CPU的不断升级和存储器性能的不断提高在不断地发展与更新。6.4系统总线第6章接口技术92

为了不使总线制约整个微型计算机的系统性能，有关厂商相继制订了不同的总线标准。PC机问世以来，最先推出的总线是PCXT总线（8位），它是PCXT机的系统总线，80286问世之后，PCXT总线在内存寻址和数据位宽上不能适应80286系统的要求，因此，16位的系统总线，即ISA总线应运而生。随着微型计算机技术的迅猛发展，特别是高速硬盘，高分辨率彩显和高速网卡的出现，ISA总线显得远不能满足使用要求。第6章接口技术93

自ISA总线之后，曾推出过EISA总线、MCA总线、VESA总线，只有1992年推出的外部设备互连PCI（PeripheralcomponentInterconnect）局部总线得到了几乎所有计算机厂商的支持，成为目前使用最为广泛的总线。PCI总线与ISA总线、EISA总线、MCA总线分别用于传递高速外设和慢速外设的数据。第6章接口技术94

第6章接口技术

Pentium计算机主板总线结构框图95

第6章接口技术从图中可以看到，CPU总线、PCI总线、ISA总线通过两个“桥”芯片连成一体。桥芯片起到了信号速度缓冲、电平转换和控制协议的转换作用。通常，将CPU总线-PCI总线的连接桥称为北桥，将PCI总线-ISA总线的连接桥称为南桥。通过桥将两类不同的总线“粘合”在一起的技术特别适合系统的升级。这样，每当CPU芯片升级时只需改变CPU总线和北桥芯片，全部原有的外围设备可自动继续工作。96

第6章接口技术计算机系统中，传输信息采用三种方式：串行传送、并行传送和分时传送。

对多个主设备提出的占用总线请求,一般采用优先级或公平策略进行仲裁。例如，在多处理器系统中对各CPU模块的总线请求采用公平的原则来处理，而对I／O模块的总线请求采用优先级策略。按照总线仲裁电路位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。97

第6章接口技术6.4.1PCI总线PCI总线是一种并行总线

PCI总线特点（1）传输速率高。最大数据传输率为133MB／s，当数据宽度升级到64位，数据传输率可达266MB／s。这是其他总线难以比拟的。它大大缓解了数据I／O瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥，适应高速设备数据传输的需要。（2）多总线共存。采用PCI总线可在一个系统中让多种总线共存，容纳不同速度的设备一起工作。

98

第6章接口技术6.4.1PCI总线PCI总线特点（3）独立于CPUPCI总线不依附某一具体处理器，即PCI总线支持多种处理器及将来发展的新处理器，在更改处理器时，更换相应的桥接组件即可。（4）自动识别与配置外设，用户使用方便。（5）并行操作能力。

PCI总线是一种并行总线

99

第6章接口技术6.4.1PCI总线2.PCI总线的主要性能（1）总线时钟频率33.3MHz／66.6MHz。（2）总线宽度32位／64位。（3）最大数据传输率133MB／s（266MB／s）。（4）支持64位寻址。（5）适应5V和3.3V电源环境。

100

第6章接口技术USB总线是一种串行总线

6.4.2USB总线1.USB的特点（1）使用方便。使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。USB设备单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机有限的资源，为用户省去了硬件配置的烦恼。USB设备能真正做到“即插即用”。101

第6章接口技术USB总线是一种串行总线

6.4.2USB总线1.USB的特点（2）速度快。USB3.0接口有4.8GB／s的传输速度。（3）连接灵活。一个USB口理论上可以采用“级联”方式，连接多达127个USB设备，USB设备每个外设间距离（线缆长度）可达5米。连接的方式灵活，可使用串行连接，也可以使用中枢转接头把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。允许外设热插拔，智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。102

第6章接口技术USB总线是一种串行总线

6.4.2USB总线1.USB的特点（4）独立供电。普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。103

第6章接口技术USB总线是一种串行总线

6.4.2USB总线1.USB的特点（5）支持多媒体。USB提供了对电话的两路数据支持，USB可支持异步以及等时数据传输,使电话可与PC集成，共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会,从而使音频系统具有更高的保真度。104

第6章接口技术6.4.2USB总线2.总线拓扑

USB总线将USB设备与USB主机相连，总线的物理连接是一种层叠式的星形拓扑。USB总线上的设备有两种类型：

*功能单元（Functions）：具有USB接口，实现某种功能的外设，例如带有USB接口的便携式硬盘、打印机、扫描仪、局域网集线器等。*USB集线器（HUB）：为USB总线提供额外的连接点的设备，可以连接其他USB集线器和功能单元。虽然总线从物理连接上是分层的，但在实际通信过程中，所有USB设备对USB主机来说地位都是平等的，即USB的逻辑拓扑是不分层的星形拓扑。105第6章接口技术USB总线的物理拓扑结构106

第6章接口技术6.4.2USB总线3.电气特性USB通过一条四芯电缆传送电源和数据，电缆以点到点方式在设备之间连接。USB接口有四条不同颜色的连接线，它们是VBUS（红）、GND（黑）、D+（绿）、D-（白）。VBUS和GND是一对用来向设备提供电源的连线。在源端，VBUS通常为+5V。USB主机和USB设备中通常包含电源管理部件。D为发送和接收数据的半双工差分信号线。107

第6章接口技术6.4.2USB总线4.机械特性USB连接器分为A系列和B系列，A系列用于和主机连接，B系列用于和USB设备连接。这两种连接器有不同的结构，不会造成误连。108

第6章接口技术6.4.2USB总线5.数据传输类型USB定义了四种传送类型：控制传送、批量传送、准同步传送和中断传送。（1）控制传送。用于在连接阶段配置设备，或是传输配置信息或命令／状态信息。（2）批量传送。用于大量或突发性数据时传输的方式。（3）准同步传送。这种类型也被称为流模式实时传输，是预先商定的速率和事先商定的时延进行的传输。收端自动识别传输速率。（4）中断传送。用于传输即时的、限定时间延迟的数据。可以用来报告事件、发送坐标等信息。109

第6章接口技术6.4.3IEEE1394总线IEEE1394原为Apple公司于1993年首先提出的计算机接口技术，被称为FireWire（火线）。IEEE协会于1995年12月正式接纳成为一个工业标准，全称为IEEE1394高性能串线总线标准（IEEE1394HighPerforemanceSericalBUS