微机原理课件国际

第6章串并行通信和接口技术

8251A的功能结构；8251A的工作原理；8251A约定的初始化流程；8251A的编程方法；8255A的结构；8255A的两类控制字；8255A的工作方式；8255A的编程方法。6.1串行接口和串行通信并行传输以计算机的字长为传输单位（通常是8位、16位或32位），一次传送1个字长的数据并行传输是微机系统中最基本的信息交换方法例如：系统板上各部件之间，接口电路板上各部件之间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例如：微机与并行接口打印机、磁盘驱动器并行数据传输方式串行通信：用一根信号线将数据逐位顺序传送串行通信的优势：通信线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本；适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送PC系列机上有两个串行异步通信接口，键盘/鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数据传送。串行数据传输6.1.1串行通信涉及的几个问题全双工方式、半双工方式和单工方式全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工6.1.1串行通信涉及的几个问题同步方式和异步方式串行异步通信——不传送时钟信号串行同步通信——传送时钟信号自同步：发送时将传送数据与时钟进行编码，接收时解码单同步双同步外同步：另用一根时钟线专门用来传送时钟信号1.同步通信——通信双方使用同一时钟以数据块（帧）为传输单位双方使用同一时钟（主控方提供时钟，被控方接收时钟）外同步：时钟信号另外安排一根传输线自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时钟数据格式：每个数据块前加1~2个同步字符（同步头）进行帧同步，一般采用CRC循环冗余校验码同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信协议有高级数据链路控制协议（HDLC）~~~~同步字符数据数据数据校验同步字符同步通信的数据格式同步字符数据场同步字符1同步字符2CRC1数据场CRC2CRC1CRC2单同步格式双同步格式标志符01111110地址符8位数据场CRC1CRC2

SDLC格式标志符01111110数据场CRC1CRC2外同步格式标志符01111110地址符8位控制符8位数据信息CRC1CRC2标志符01111110

HDLC格式2.异步通信——通信双方使用各自的时钟串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线传送收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程）：传送速率信息格式位同步帧同步数据校验错误处理串行异步通信以字符为单位进行传输数据格式：起止式异步通信协议起止式异步通信协议起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平起始位附加位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进制位组成，低位先传送附加位——该位可用于校验或数据标识：可选择奇检验、偶校验或无校验位停止位——表示该字符传送结束。停止位为逻辑1电平，可选择1、1.5、2位。空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送6.1.1串行通信涉及的几个问题串行通信的传输率数据传输速率也称比特率（BitRate）每秒传输的二进制位数bps字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率（BaudRate）过去，串行通信（异步）的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间。现在，串行通信可以达到115200bps或更高6.1.2串行接口串行接口部件4个主要寄存器控制寄存器状态寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器6.1.2串行接口可编程串行接口的典型结构6.2可编程串行通信接口8251A(1)可用于同步和异步传送。(2)同步传送：5～8位/字符，内部或外部同步，可自动插入同步字符。(3)异步传送：5～8位/字符，时钟速率为通信波特率的1、16或64倍。(4)可产生中止字符(BreakCharacter)；可产生1、1.5或2位的停止位。可检查假启动位，自动检测和处理中止字符。(5)波特率：

DC—19.2K(异步)；DC—64K(同步)。(6)完全双工，双缓冲器发送器和接收器。(7)出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。6.2.18251A的基本性能6.2.28251A的基本工作原理8251A的功能结构发送缓冲器数据总线缓冲器调制解调控制电路DB读/写逻辑RESETCLKRDWRC/DCSDSRDTRCTSRTS发送控制电路接收缓冲器接收控制电路RxDTxDTxRDYTxETxCRxRDYRxCSYNDET16D1D0Vcc-RxC-DTR-RTS-DSRRESETCLKTxDTxEMPTY-CTSSYNDETTxRDY12345678910111213142827262524232221201918171615D2D3RxDGNDD4D5D6D7-TxC-WR-CSC/-D-RDRxRDY8251A芯片引脚图1.接收器接收器——接收来自RxD引脚上的串行数据，并按设定的格式将其转换为并行数据，存放在I/O缓冲器的接收数据缓冲器中。异步、同步不同异步接收时对起始位的检测起始检测确定已检测到起始位采样数据起始位时钟（RCLK）数据线（SIN）T16T16T8T假设数据接收时钟频率是数据传输频率的16倍,正确识别起始位，防止因干扰引起的误识别串行数据的异步接收并行数据检测接收错误，删除起始位、校验位、停止位串行数据CPU接收缓冲寄存器接收移位寄存器8251RxD0/10/10/10/1双缓冲寄存器结构,保证数据的连续接收RxRDY同步接收

在同步方式，USART监视RxD线，每出现一个数据位就把它移一位，然后把接收寄存器与含有同步字符(由程序给定)的寄存器相比较，看是否相等，若不相等则USART重复上述过程。当找到同步字符后(若规定为两个同步字符，则必须出现在RxD线上的两个相邻字符与规定的同步字符相同)，则置SYNDET信号，表示已找到同步字符。在找到同步字符后，利用时钟采样和移位RxD线上的数据位，并且按规定的位数，把它送至接收数据缓冲器，同时发出RxRDY信号。2.发送器发送器——锁存CPU输出的数据，把数据由并行变串行，从TxD引脚串行发送出去。异步、同步不同

不论是在同步或异步工作方式，只有当程序设置了TxEN(TransmitterEnable—允许发送)和-CTS(CleartoSend—这是对调制器发出的请求发送的响应信号)有效时，才能发送。 另外，发送器的另一个功能是能发送中止符(BREAK)。中止符是由在通信线上的连续的Space符组成，它是用来在完全双工通信时中止发送终端的。只要8251的命令寄存器的位3(SBRK)为“1”，则USART就始终发送中止符。CPU发送保持寄存器发送移位寄存器8251TxD0/10/10/10/1串行数据的异步发送并行数据加入起始位、校验位、停止位串行数据双缓冲寄存器结构，保证数据的连续发送同步发送

在同步方式，发送器在数据发送前插入一个或两个同步字符(这些都在初始化时由程序给定)，而在数据中，除了奇偶校验位外，不再插入别的位。只有在USART工作于同步发送方式，而CPU来不及把新的字符送给它，则USART自动地在TxD线上插入同步字符，因为在同步方式时字符之间是不允许存在间隙的。3.读/写控制奇地址偶地址C/D（A0）RDWR 功能

001CPU从8251A输入数据

010CPU向8251A输出数据

101CPU读8251A的状态

110CPU向8251A写控制命令 在IBM-PC机中，串行通信口的地址（保留）口1：3F8H～3FFH口2：2F8H～2FFHCS0000CS为高电平时，8251不工作，浮空6.2.38251A的对外信号8251A和CPU之间的连接信号片选信号数据信号读/写控制信号收发联络信号图6.68251A与CPU及外设的连接关系6.2.38251A的对外信号C/D、RD、WR的编码和对应的操作6.2.38251A的对外信号8251A与外设之间的连接信号

数据信号调制解调器的联络信号6.2.48251的编程8251A使用前必须进行初始化，以确定工作方式、传送速率、字符格式以及停止位长度等；改变8251A的工作方式时必须再次进行初始化编程；8251A有两个控制字和一个状态字：方式选择控制字：用于规定8251A的工作方式；操作命令控制字：使8251A处于规定的工作状态，以准备接收或发送数据状态字：寄存8251A的工作状态8251的初始化规定工作方式发出操作命令设定同步（内/外同步、单/两个同步字符）或异步（停止位、波特率系数）、奇偶校验、字符格式等。1.方式选择字D7D6D5D4D3D2D1D0字符长度00：5位01：6位10：7位11：8位波特率系数00：同步方式01：异步×110：异步×

1611：异步×

64奇偶校验×

0：无校验01：奇校验11：偶校验SYN?同步控制×

0：内同步×

1：外同步0×

：两同步字符1×

：单同步字符Y帧控制00：不确定01：1停止位10：1.5停止位11：2停止位NC/D=1异步传送模式指令字模式D7D6D5D4D3D2D1D0S2S1EPPENS2B1B2L1L2PENEPS1停止位数目无效2位1.5位1位0110100奇校验偶校验01允许校验禁止校验01005001111876字符长度00001111同步方式1x16x64x波特率因子1同步传送模式指令字格式SCSESDEPPENL2L10000000001111101同步字符数目2个同步字符1个同步字符内同步(SYNDET输出)外同步(SYNDET输入)禁止校验1允许校验1奇校验偶校验5768D7D6D5D4D3D2D1D02.命令字EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN发送允许0：屏蔽1：允许接收允许0：屏蔽1：允许数据终端准备好1:迫使DTR输出低送中止字符1:迫使TXD输出低0：正常工作错误标志复位1:全部错误标志复位请求发送1:迫使RTS输出低内部复位1:返回方式指令格式外部搜索方式1:启动搜索同步字符C/D=13.状态寄存器DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY与引脚TXRDY有差别奇偶错误溢出错误帧错误（仅异步）与8251的同名引脚同定义C/D=16.3并行通信和并行接口图6.13并行接口连接外设的示意图74LS373具有三态输出的透明锁存器TTL工作电平LE电平锁存高电平有效-OE输出允许Intel8282具有三态输出的透明锁存器TTL工作电平STB电平锁存高电平有效-OE输出允许74LS244双4位单向缓冲器分成4位的两组每组的控制端连接在一起控制端低电平有效输出与输入同相双向三态缓冲器双向三态门具有双向导通和三态的特性ABT-OE-OE＝0，导通

T＝1A→BT＝0A←B-OE＝1，不导通Intel82868位双向缓冲器控制端连接在一起，低电平有效可以双向导通输出与输入同相-OE＝0，导通

T＝1A→BT＝0A←B-OE＝1，不导通74LS2458位双向缓冲器控制端连接在一起，低电平有效可以双向导通输出与输入同相-E＝0，导通

DIR＝1A→BDIR＝0A←B-E＝1，不导通6.4可编程并行通信接口8255A8255A是具有多种功能的可编程并行接口电路芯片其内部最基本的接口部件是：三态缓冲器锁存器此外，还包括与CPU的联络电路及与外设的联络电路：状态寄存器控制寄存器端口译码电路控制电路（如读写控制、中断控制）8255有3个8位的数据端口（A/B/C），共24个I/O引脚，各端口共有3种输入输出工作方式基本输入/输出（A/B/C口）选通输入或选通输出（A/B口）双向选通（A口）6.4.18255A的内部结构数据总线缓冲器内部控制线内部数据线D0～D7A组控制A组端口C上部B组控制B组端口BB组端口C下部读写控制逻辑PC0～PC3CL口PB0～PB7B口PC4～PC7CH口PA0～PA7A口-RD-WRA0A1-CSRESETA组端口ARESET：高电平有效，清除控制寄存器并置所有端口为输入方式。1.连接外设的数据端口端口A：PA0-PA7，8位端口，支持工作方式0、1、2端口B：PB0-PB7，8位端口，支持工作方式0、1端口C：PC0-PC7，拆分为两个4位端口，仅支持工作方式0端口A：PA0-PA7(A组控制)常作数据端口使用，功能最强大端口B：PB0-PB7(B组控制)常作数据端口使用端口C：PC4-PC7(A组控制)，PC0-PC3(B组控制)可作数据、状态或控制端口使用可拆分成两个4位端口分别输入或输出每位可独立进行输出控制（位控制）使用最灵活，较难掌握2.内部控制逻辑A组和B组控制电路 两组根据CPU的命令字控制8255A工作方式的电路。它们有控制寄存器，接受CPU输出的命令字，然后分别决定两组的工作方式，也可根据CPU的命令字对端口C的每一位实现按位“复位”或“置位”。A组控制电路控制端口A和端口C的上半部(PC7～PC4)。B组控制电路控制端口B和端口C的下半部(PC3～PC0)。3.与处理器的接口数据总线缓冲器：三态双向8位缓冲器，负责CPU与8255的数据传输。读/写控制逻辑：CS、RD、WR、A0、A1CSA1A0RDWR功

能0

000

1对端口A读0

0101对端口B读01001对端口C读01非法，不能对控制口读输入0对端口A写0对端口B写0对端口C写0对控制口写输出1

×

×

×

×

×

×

×

1

1数据缓冲器为三态断开01111110000010100116.4.2引脚图8255A与系统的连接示意图D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8255A口B口C口D0~D7外设1A15～A2系统总线外设2外设36.4.38255A的控制字8255A的控制字分为两类：1、各端口工作方式选择的控制字2、对C口的某一位进行置1或置0的控制字。1、方式选择控制字方式0：基本输入输出方式（不带联络）适用于无条件传送和查询方式的接口电路方式1：选通输入输出方式（带输入联络或输出联络）适用于查询和中断方式的接口电路方式2：双向选通方式（同时带输入联络和输出联络）适用于可双向传送数据的外设适用于查询和中断方式的接口电路1方式选择控制字D7D6D5D4D3D2D1D0101001011A口工作方式

00方式001方式11x方式2A口输出/输入0输出1输入CH口输出/输入0输出1输入B口工作方式0方式01方式1B口输出/输入0输出1输入CL口输出/输入0输出1输入A组控制B组控制表示：A口方式1输出，CH口输出，B口方式1输入，CL口输入。A5方式选择举例8086片选译码1#11111000-11111011 F8H-FBH2#11110100–11110111 F4H-F7H控制字

若要求8255A#1的各个端口处在如下的工作方式：

端口A方式0输入 端口B方式1输出 端口C(上半部)PC7～PC4输出 端口C(下半部)PC3～PC0输入MOV AL，10010101BOUT 0FBH，AL要求：设置A口工作在方式2，B口位方式1输入，8255的控制字方式字ICW=11000110B=C6H2、端口C置1/置0控制字位控字用于控制C口的输出引脚（CH/CL口工作于基本方式）或内部的中断允许位（A/B口工作于选通方式），位控字应写入8255的控制口，例如：

moval,0dh

out控制口,al当CH工作在非选通输出方式时，令PC6引脚输出1；当A口工作在选通输出或双向选通输出方式时，将相应的中断允许位INTEA或INTE1置1（开中断）。D7D6D5D4D3D2D1D00标志xxx位编码位数据0xxx11010dh6.4.48255A的工作方式-方式0的功能(1)两个8位端口(A，B)和两个4位端口(端口C)；(2)任一个端口可以作为输入或输出；(3)输出是锁存的；(4)输入是不锁存的；(5)在方式0时，各个端口的输入、输出可以有16种不同的组合。8255A在方式0工作时，CPU可以采用无条件读写方式与8255A交换数据；如果把C口的两个部分用作控制和状态口，与外设的控制和状态端相连，CPU也可以通过对C口的读写，实现A口与B口的查询方式工作；方式0中，不允许采用中断方式工作。输入缓冲器译码器数据DBAB外设8nRDIO/M输出锁存器译码器数据DBAB外设8nWRIO/M方式0的输入时序（数据来自外设）外设提供数据输入端口D0～D7-RD-CS、A1A0请体会这里8255A的数据缓冲作用数据8255外设CPU内总线外总线方式0的输出时序（数据来自CPU）-WRCPU数据数据输出端口D0～D7-CS、A1A08255A对CPU输出的数据进行锁存8255外设CPU内总线外总线需要插入Tw周期6.4.48255A的工作方式-方式1的功能(1)用作一个或两个选通端口；(2)每一个端口包含：8位的数据端口，三条控制线(是固定指定的，不能用程序改变)，提供中断逻辑；(3)任何一个端口都可作为输入或输出；(4)若只有一个端口工作于方式1，余下的13位，可以工作在方式0(由控制字决定)；(5)若两个端口都工作于方式1，端口C还留下两位，这两位可以由程序指定作为输入或输出，也具有置位/复位功能。8255方式1的特点(1)方式1是一种选通输入/输出方式，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能力。(2)PA和PB为数据口，而PC口的大部分引脚分配作专用（固定）的联络信号用，对已经分配做联络信号的C口引脚，用户不能再指定做其它用途。(3)各联络信号之间有固定的时序关系，传送数据时，要严格按照时序进行。(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。方式1输入引脚：端口APC4PC5PC3PA7~PA0INTEAIBFAINTRA-STBA中断允许触发器输入缓冲器满信号表示A口已经接收数据数据选通信号表示外设已经准备好数据中断请求信号请求CPU接收数据外设数据征用C口3引脚和1个控制位方式1输入引脚：端口BPC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRB-STBB中断允许触发器输入缓冲器满信号表示B口已经接收数据数据选通信号表示外设已经准备好数据中断请求信号请求CPU接收数据外设数据征用C口3引脚和1个控制位方式1输入联络信号-STB——选通信号，低电平有效由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送来的数据锁存至8255A的输入锁存器IBF——输入缓冲器满信号，高电平有效8255A输出的联络信号。当其有效时，表示数据已锁存在输入锁存器INTR——中断请求信号，高电平有效8255A输出的信号，可用于向CPU提出中断请求，要求CPU读取外设数据方式1输入时序外设数据INTRIBF

数据输入端口D0～D7-STB-RD-STB和IBF是外设和8255A间的一对应答联络信号，为的是可靠地输入数据方式1中断控制8255A的中断由中断允许触发器INTE控制置位允许中断，复位禁止中断对INTE的操作通过写入端口C的对应位实现，INTE触发器对应端口C的位是作应答联络信号的输入信号的哪一位，只要对那一位置位/复位就可以控制INTE触发器选通输入方式下端口A的INTEA对应PC4端口B的INTEB对应PC2方式1输出引脚：端口APC6PC7PC3PA7~PA0INTEA-OBFAINTRA-ACKA输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据外设响应信号表示外设已经接收到数据中断请求信号请求CPU再次输出数据征用C口3引脚和1个控制位中断允许触发器通过位控PC6

设置INTEA输出数据方式1输出引脚：端口BPC2PC1PC0PB7~PB0INTEB-OBFBINTRB-ACKB输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据外设响应信号表示外设已经接收到数据中断请求信号请求CPU再次输出数据征用C口3引脚和1个控制位中断允许触发器通过位控PC2设置INTEB输出数据方式1输出联络信号-OBF——输出缓冲器满信号，低电平有效8255A输出给外设的一个控制信号，当其有效时，表示CPU已将输出数据锁存在8255A指定的端口，外设可以来取-ACK——响应信号，低电平有效外设提供的响应信号，通知8255A其端口数据已被外设接收INTR——中断请求信号，高有效当输出设备已接受数据后，8255A输出此信号向CPU提出中断请求，要求CPU继续提供数据端口A的INTEA对应PC6端口B的INTEB对应PC2方式1输出时序8255外设CPU内总线外总线

INTR

CPU数据数据输出端口D0～D7-WR-OBF-ACK

-OBF和-ACK是外设和8255A间的一对应答联络信号，为的是可靠地输出数据6.4.48255A的工作方式-方式2双向选通方式方式2将方式1的选通输入与选通输出功能组合成一个双向数据端口，可以发送数据和接收数据只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的5个信号线，其作用与方式1相同方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一点不同：数据输出时8255A不是在-OBF有效时向外设输出数据，而是在外设提供响应信号-ACK有效时才送出数据方式2双向选通引脚PC6PC7PC3PA7~PA0INTE1-OBFAINTRA-ACKAPC4PC5IBFA-STBAINTE2数据输入中断和输出中断通过或门输出INTRA信号征用C口5引脚和2个控制位中断允许触发器（控制中断输出）通过位控PC6设置INTE1中断允许触发器（控制中断输出）通过位控PC4设置INTE2输入联络输出联络方式2双向选通时序该例中：CPU先输出数据，再读取外设输入的数据

INTR

输出数据输入数据输入数据PA0～PA7D0～D7IBF

-WR-OBF-ACK-STB-RD输出数据D7D6D5D4D3D2D1D0方式1输入（A口、B口）I/OI/OIBFAINTEAINTRAINTEBIBFBINTRB方式1输出（A口、B口）OBFAINTEAI/OI/OINTRAINTEBOBFBINTRB方式2双向（A口）OBFAINTE1IBFAINTE2INTRA×××A口B口在不同工作方式下从端口C读到状态字A组控制B组控制方式1输入（B口）×××INTRAINTE2IBFAINTE1OBFAINTRBOBFBINTEB方式2双向（A口）方式1输出（B口）INTRBIBFBINTEBI/OD0D1D2D3D4D5D6D7A口工作在方式2，B口在不同工作方式下从端口C读到状态字A组控制B组控制I/OI/O方式0（B口）方式2的中断若要允许方式2中断，则可用端口C的置位/复位命令： 允许输出中断，置PC6，则控制字为00001101B。 允许输入中断，置PC4，控制字为00001001B。1.向控制口写方式字要求：A口：方式1输入CH口：输出CL口：输入B口：方式0输出方式控制字：1

0110

001B或B1H初始化的程序段：

movdx,0fffeh ;假设控制端口为FFFEH moval,0b1h ;方式控制字

outdx,al ;送到控制端口编程实例2.读写数据端口(A口/B口/C口)初始化编程后：当数据端口作为输入接口时，CPU执行输入IN指令，CPU将从输入设备得到外设数据当数据端口作为输出接口时，CPU执行输出OUT指令，将把CPU的数据送给输出设备8255A具有锁存输出数据的能力对设置为输出的端口同样可以输入（读）此时不是读取外设数据，而是读取的是前次CPU输出给外设的数据（锁存在锁存器中）2.读写数据端口利用8255A的输出锁存能力，可实现对某一位的输出控制

对输出端口B的PB7位置位的程序段：

movdx,0fffah ;B端口假设为FFFAH

inal,dx ;读出B端口原输出内容

oral,80h ;使PB7＝1

outdx,al ;输出新的内容3.涉及C口的操作——归纳1在控制上，C口上半部（CH）和A口被编为A组，C口下半部（CL）和B口被编为B组。即它被拆分成两个4位端口分别进行控制:两个4位端口均只能工作于方式0

（指未被征用的引脚）但可分别选择输入或者输出C口具有唯一的地址，可按8位方式进行读/写，此时：设置为输出的引脚可读可写（输出锁存器）