第8章 常用可編程接口芯片(續(xù)1)

1、信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)0100100101001001D0控制(選通)D1D2D3D4D5D6D7狀態(tài)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)及外設(shè)8T0 1 00 1 00 1圖8.4.1 并行通信與串行通信8.4.1 串行通信特點(diǎn)與傳送方式串行通信特點(diǎn)與傳送方式并行通信：并行通信：數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送。數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送。串行通信：串行通信：數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。 （1）通信線少，成本低，適用于長距離數(shù)據(jù)傳輸。）通信線少，成本低，適用于長距離數(shù)據(jù)傳輸。（2）傳輸速度慢。）傳輸速度慢。1. 串行通信的特點(diǎn)串行通信的特點(diǎn)（3）傳送的格式有固定要求：異步）傳送的格式有固定要求：異步/同步

2、。同步。（4）需電平轉(zhuǎn)換。）需電平轉(zhuǎn)換。2. 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式（1）單工）單工（Simplex）發(fā)送接收A站B站（2）半雙工）半雙工 （Half Duplex）發(fā)送器A站B站接收器發(fā)送器接收器（3）全雙工）全雙工 （Full Duplex）發(fā)送器A站B站接收器接收器發(fā)送器串行通信兩種基本方式：異步和同步通信。串行通信兩種基本方式：異步和同步通信。1. 異步通信異步通信ASYNC （Asynchronous Data Communication） 異步通信把每一個(gè)字符（數(shù)據(jù)）當(dāng)作獨(dú)立的信息（幀）來傳送。 （1）幀格式）幀格式 1位起始位，7位數(shù)據(jù)位（先低后高），1位校驗(yàn)位，12位停止位。

3、 （2）傳輸速率）傳輸速率 用波特率（位/秒）表示： n 波特波特 = N bit/s。圖8.4.2 異步通信的格式100/10/10/10/10/10/10/10/1100/10/10/10/10/1奇偶校驗(yàn)停止位起始位7位數(shù)據(jù)低位高位數(shù)據(jù)流向奇偶校驗(yàn)停止位起始位7位數(shù)據(jù)下降沿指出下 一個(gè)字符的開始第n個(gè)字符（幀）第(n1)個(gè)字符第(n+1)個(gè)字符（3）校驗(yàn)位）校驗(yàn)位 奇校驗(yàn)：數(shù)據(jù)加上校驗(yàn)位有奇數(shù)個(gè)奇校驗(yàn)：數(shù)據(jù)加上校驗(yàn)位有奇數(shù)個(gè) 1。 偶校驗(yàn)：數(shù)據(jù)加上校驗(yàn)位有偶數(shù)個(gè)偶校驗(yàn)：數(shù)據(jù)加上校驗(yàn)位有偶數(shù)個(gè) 1。例例 傳送字符“E”的ASCII波形b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 “E” 的AS

4、CII碼：1 0 0 0 1 0 10 1 0 1 0 0 0 1 0 1圖8.4.3 字符 E 的傳送波形異步通信可靠性高，但傳輸效率低，速度慢。異步通信可靠性高，但傳輸效率低，速度慢。起始位奇校檢停止位2. 同步通信同步通信SYNS（Synchronous Data Communication）圖8.4.4 同步通信格式同步通信傳輸效率高，速度快，但硬件復(fù)雜。同步通信傳輸效率高，速度快，但硬件復(fù)雜。圖8.4.5 調(diào)制與解調(diào)示意圖數(shù)字信號調(diào)制方法：數(shù)字信號調(diào)制方法：振幅鍵控振幅鍵控 ASK頻移鍵控頻移鍵控 FSK相移鍵控相移鍵控 PSK圖圖8.4.6 FSK調(diào)制原理圖調(diào)制原理圖 數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)

5、送至串行數(shù)據(jù)終端數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至串行數(shù)據(jù)終端時(shí)，要實(shí)現(xiàn)時(shí)，要實(shí)現(xiàn) 并并串串 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。反之，要實(shí)現(xiàn)反之，要實(shí)現(xiàn) 串串并并 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。8.4.4 串行串行I/O的實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)1. 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 把把 DL 中的中的 8 位數(shù)據(jù)，按一定的格式（位數(shù)據(jù)，按一定的格式（1位位起始位，起始位，8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，2位停止位），以一定的波位停止位），以一定的波特率發(fā)送給一串行外設(shè)，實(shí)現(xiàn)并特率發(fā)送給一串行外設(shè)，實(shí)現(xiàn)并 串轉(zhuǎn)換。串轉(zhuǎn)換。例例SEND：MOV CL， 0BH；設(shè)置輸出位數(shù)；設(shè)置輸出位數(shù)MOV AL，DLOR AL, AL; 0CF RCL AL, 1; 0ALCF 設(shè)置起始位設(shè)置起始位M

6、ORE: OUT 02H, AL; 02H為串行外設(shè)端口地址為串行外設(shè)端口地址CALL DELAY; 與波特率配合與波特率配合RCR AL, 1; STC； 1CFDEC CLJNE MORERETCFAL2. 硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)用專用的串行通信接口芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并用專用的串行通信接口芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并串之間相互轉(zhuǎn)換。例如可編程串行通信接口串之間相互轉(zhuǎn)換。例如可編程串行通信接口8251A等。等。8.5.1 8251A的主要功能的主要功能 （1）8251A是一種通用同步是一種通用同步/異步數(shù)據(jù)收發(fā)器異步數(shù)據(jù)收發(fā)器（USART），能以同步或異步方式工作、自動(dòng)完成），能以同步或異步方式工作、自動(dòng)完成幀格式。

7、幀格式。 （2）同步方式工作時(shí)：每個(gè)字符數(shù)據(jù)位）同步方式工作時(shí)：每個(gè)字符數(shù)據(jù)位 58位，波特率位，波特率0 64K，可選擇內(nèi)同步或外同步字符。，可選擇內(nèi)同步或外同步字符。 （3）異步方式工作時(shí)：每個(gè)字符數(shù)據(jù)位）異步方式工作時(shí)：每個(gè)字符數(shù)據(jù)位 58 位，位，自動(dòng)增加自動(dòng)增加1位起始位、位起始位、12 位停止位，波特率位停止位，波特率 019.2K，時(shí)鐘速率可選為波特率的，時(shí)鐘速率可選為波特率的 1/16 /64倍。倍。 （4）具有檢測奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、溢出錯(cuò)和幀錯(cuò)誤功能。）具有檢測奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、溢出錯(cuò)和幀錯(cuò)誤功能。 （5）能以單工、半雙工、全雙工方式通信。）能以單工、半雙工、全雙工方式通信。8.5.2

8、8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳 1. 接收器接收器接收接收RXD上的串行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)上的串行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù) 接收接收數(shù)據(jù)緩沖器。數(shù)據(jù)緩沖器。2. 發(fā)送器發(fā)送器把把CPU送來的并行數(shù)據(jù)送來的并行數(shù)據(jù)規(guī)定的串行數(shù)據(jù)由規(guī)定的串行數(shù)據(jù)由TXD發(fā)發(fā)送。送。3. 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器CPU 與與 8251A之間的數(shù)據(jù)通道。內(nèi)部有狀態(tài)緩之間的數(shù)據(jù)通道。內(nèi)部有狀態(tài)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、命令緩沖沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、命令緩沖器。器。4. 讀讀/寫控制邏輯寫控制邏輯接收接收CPU輸出的控制信號，實(shí)現(xiàn)對輸出的控制信號，實(shí)現(xiàn)對8251A內(nèi)部寄

9、內(nèi)部寄存器的讀存器的讀/寫。寫。表表10.1 8251A讀讀/寫操作寫操作CSDC/RDWR操作操作0 0 0 1 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) 8251ACPU 0 1 0 1 讀狀態(tài)讀狀態(tài) 8251ACPU 0 0 1 0 寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù) CPU8251A 0 1 1 0 寫控制字寫控制字 CPU8251A 5. 調(diào)制解調(diào)控制電路調(diào)制解調(diào)控制電路 實(shí)現(xiàn)對實(shí)現(xiàn)對MODEM的控制及對的控制及對CPU有關(guān)控制信號有關(guān)控制信號進(jìn)行譯碼。進(jìn)行譯碼。圖10.8 8251A引腳圖8.5.3 8251A的外部引腳的外部引腳 8251A作為CPU與外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器之間的接口，如下圖所示：CPU通過8251A與串行外設(shè)接口接口

10、信號分為二組：接口信號分為二組：1. 與與CPU的接口信號的接口信號 D0D7: 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線 CS: 片選信號片選信號 C/D: 控制控制/數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)。讀對，/8251ACPU0DC/寫命令或讀狀態(tài)。對，8251ACPU1DC/ TXRDY（Transmitter Ready）：）：發(fā)送準(zhǔn)備好。發(fā)送準(zhǔn)備好。 TXE （Transmitter Empty）：）：發(fā)送器空信號。發(fā)送器空信號。 RXRDY (Receiver Ready): 接收器準(zhǔn)備好。接收器準(zhǔn)備好。有效，表示發(fā)送器中的并有效，表示發(fā)送器中的并串轉(zhuǎn)換器為空。串轉(zhuǎn)換器為空。有效表示發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器為空，可

11、以作為狀態(tài)信號有效表示發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器為空，可以作為狀態(tài)信號或中斷請求信號?；蛑袛嗾埱笮盘?。有效，表示有效，表示 8251A 已接收到一個(gè)字符，可以傳送已接收到一個(gè)字符，可以傳送給給 CPU?？梢宰鳛闋顟B(tài)信號或中斷請求信號?？梢宰鳛闋顟B(tài)信號或中斷請求信號。2. 與外設(shè)或與外設(shè)或MODEM的接口信號的接口信號數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。輸出，低有效，表示輸出，低有效，表示8251A準(zhǔn)備就緒。準(zhǔn)備就緒。 DSR （Data Set Ready）：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好。）：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好。 DTR （Data Terminal Ready）：）：輸入，低有效，表示外設(shè)或輸入，低有效，表示外設(shè)或MODEM

12、已準(zhǔn)備好。已準(zhǔn)備好。輸出信號，低有效，用于通知外設(shè)或輸出信號，低有效，用于通知外設(shè)或MODEM，8251A要求發(fā)送。要求發(fā)送。 RTS （Request to Send）：）： 請求發(fā)送。請求發(fā)送。 CTS （Clear to Send）：）： 清除發(fā)送。清除發(fā)送。輸入信號，低有效，是外設(shè)或輸入信號，低有效，是外設(shè)或MODEM對對8251A的的RTS信號的響應(yīng)。信號的響應(yīng)。 RXD（Receiver Data）：）： 接收數(shù)據(jù)線。接收數(shù)據(jù)線。 RXC（Receiver Clock）：）： 接收器時(shí)鐘。接收器時(shí)鐘。 TXD（Transmitter Data）：）： 發(fā)送數(shù)據(jù)線。發(fā)送數(shù)據(jù)線。 TX

13、C（Transmitter Clock）：）： 發(fā)送器時(shí)鐘。發(fā)送器時(shí)鐘。1. 方式字方式字作用：作用： 工作方式選擇工作方式選擇(同步、異步同步、異步) 指定數(shù)據(jù)幀格式指定數(shù)據(jù)幀格式控制字包括方式字和命令字?？刂谱职ǚ绞阶趾兔钭帧?方式字方式字8位可以分為四組，每組兩位，其格式如位可以分為四組，每組兩位，其格式如下：下：圖10.10 8251A 的方式字D7D6D5D4D3D2D1D0停止位奇偶校驗(yàn)字符長度 波特率系數(shù)(同步)*0=內(nèi)同步*1=外同步0*=雙同步1*=單同步(異步)00=不用01=1位10=1.5位11=2位*0=無校驗(yàn)01=奇校驗(yàn)11=偶校驗(yàn)00=5位01=6位10=7位

14、11=8位(異步)00=不用01=110= 1611= 64(同步)00=同步-若方式字 = 11011110B, 則規(guī)定 8251A 工作于異步方式，數(shù)據(jù)格式采用8位數(shù)據(jù)位，2位停止位，奇校驗(yàn)，波特率系數(shù)是16。例例2. 命令字命令字作用：確定作用：確定 8251A 的實(shí)際操作，的實(shí)際操作， 迫使迫使 8251A 進(jìn)行某種操作或處于某工作狀進(jìn)行某種操作或處于某工作狀態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。8251A的工作命令字D7D6D5D4D3D2D1D0EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN發(fā)送允許1=允許 0屏蔽數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好“ 高”(即“ 1”)將迫使DTR輸出為0接

15、收允許1=允許 RXRDY0屏蔽 RXRDY送中止字符1=迫使TXD“ 低”0=正常工作錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位1=使全部錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位(PE OE FE)請求發(fā)送“ 高”迫使RTS輸出為0內(nèi)部復(fù)位“ 高”使8251返回到方式指令格式外部搜索方式1=啟動(dòng)搜索同步字符3. 狀態(tài)字狀態(tài)字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0DSR數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)裝置裝置準(zhǔn)備準(zhǔn)備好好SYNDET同步同步檢出檢出FE格格式式錯(cuò)錯(cuò)PE溢溢出出錯(cuò)錯(cuò)奇奇偶偶錯(cuò)錯(cuò)OETXE發(fā)送發(fā)送器空器空RXRDY接收接收準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好TXRDY發(fā)送發(fā)送準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好8251A 的狀態(tài)字的狀態(tài)字 狀態(tài)字即狀態(tài)字即8251A狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。

16、CPU通過讀通過讀操作讀入狀態(tài)字，來了解操作讀入狀態(tài)字，來了解8251A的工作狀態(tài)。的工作狀態(tài)。8251A的編程邏輯的編程邏輯硬件硬件(RESET)或軟件或軟件(命令字命令字D61)復(fù)位復(fù)位異步方式字異步方式字單同步方式字單同步方式字雙同步方式字雙同步方式字送同步字符送同步字符送同步字符送同步字符1送同步字符送同步字符2命令字命令字1(D6 1)命令字命令字2(D6 1)命令字命令字3(D6=1) 復(fù)復(fù)位位方方式式字字命命令令字字復(fù)位復(fù)位8.5.5 8251A的編程邏輯的編程邏輯 8.6 8251A 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 雙機(jī)通信雙機(jī)通信8.6.1 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)雙機(jī)串行通信接口1. 發(fā)送程序發(fā)

17、送程序 （略去（略去STACK和和DATA段段）CSEGSEGMENTASSUME CS: CSEGTRAPROC FAR8.6.2 軟件編程軟件編程START: MOVDX, 309H; 8251A 控制口控制口MOVAL, 40H; 0100,0000B 內(nèi)部復(fù)位內(nèi)部復(fù)位OUTDX, ALMOVAL, 0CFH; 方式字方式字11001111B異步異步, 2位位; 停止位停止位, 字符長度字符長度8位位, 無校無校; 驗(yàn)波特率因子驗(yàn)波特率因子64OUTDX, ALMOVAL, 37H; 命令字命令字RTS, ER, RXE, DTR, ; TXEN均置均置1OUTDX, ALMOVCX,

18、2DH; 傳送字節(jié)數(shù)傳送字節(jié)數(shù)MOVSI, 300H; 發(fā)送區(qū)首址發(fā)送區(qū)首址L1: MOVDX, 309H; 8251A狀態(tài)口狀態(tài)口INAL, DXTESTAL, 38H; 查錯(cuò)誤查錯(cuò)誤FE, OE, PE, 0011 1000BJNEERR; 轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理AND AL,01H JZL1; 發(fā)送未準(zhǔn)備好發(fā)送未準(zhǔn)備好, 則等待則等待MOVDX, 308H; 數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口MOVAL, SIOUTDX, ALINCSIDECCXJNZL1ERR: MOVAX, 4C00HINT21H; 返回返回DOSTRAENDPCSEGENDSENDSTART2. 接收程序接收程序 （略去（略去STACK

19、和和DATA段段）SCEGSEGMENTASSUMECS: SCEGRECPROC FARBEGIN: MOVDX, 309H; 控制口控制口MOVAL, 40H; 內(nèi)部復(fù)位內(nèi)部復(fù)位OUTDX, ALMOVAL, 0CFH; 方式字方式字OUTDX, ALMOVAL, 14H; 命令字命令字, ER, RXE置置1OUTDX, ALMOVCX, 2DH; 傳送字節(jié)數(shù)傳送字節(jié)數(shù)MOVDI, 400H; 接收區(qū)首址接收區(qū)首址L2: MOVDX, 309H; 狀態(tài)口狀態(tài)口INAL, DXTESTAL, 38H; 查錯(cuò)誤查錯(cuò)誤JNEERRANDAL, 02H; RXRDY=1 ?JZL2; 接收未準(zhǔn)備

20、好接收未準(zhǔn)備好, 則等待則等待MOVDX, 308H; 數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口INAL, DXMOVDI, ALINCDILOOPL2ERR: MOVAX, 4C00HINT21HTECENDPCSEGENDSENDBEGIN作業(yè)作業(yè) 1、如圖所示是微處理機(jī)與串行打印機(jī)接口邏、如圖所示是微處理機(jī)與串行打印機(jī)接口邏輯電路。主機(jī)通過查詢輯電路。主機(jī)通過查詢DSR信號來檢測打印機(jī)信號來檢測打印機(jī)“忙忙”狀態(tài)。當(dāng)打印機(jī)處于不忙狀態(tài)時(shí)，主機(jī)便狀態(tài)。當(dāng)打印機(jī)處于不忙狀態(tài)時(shí)，主機(jī)便發(fā)送一個(gè)字符到發(fā)送一個(gè)字符到8251接口，同時(shí)接口，同時(shí)8251便串行地逐便串行地逐位輸出。圖中位輸出。圖中1488和和1489是用于是用

21、于TTL電平與電平與RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平間的轉(zhuǎn)換。要求標(biāo)準(zhǔn)電平間的轉(zhuǎn)換。要求8251A工作在異步工作在異步方式，方式，7位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個(gè)停止位，波特位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個(gè)停止位，波特率系數(shù)為率系數(shù)為16.寫出寫出8251初始化程序（設(shè)初始化程序（設(shè)8251命令命令寄存器地址為寄存器地址為0FFF2H）。）。 若按上述信號格式，以若按上述信號格式，以2400波特率不間斷波特率不間斷地傳輸一組字符地傳輸一組字符“I am a student”需要多少需要多少時(shí)間才能傳送完畢？時(shí)間才能傳送完畢？ DSR主機(jī)8251TxDRxDDTRCTS14881489打印機(jī)打印機(jī)解：解：MOV DX,0FF

22、F2H; 控制口地址控制口地址MOV AL,00H;OUT DX,AL;空操作空操作MOV AL,40H;8251內(nèi)部復(fù)位內(nèi)部復(fù)位OUT DX,AL;MOV AL,4AH;方式指令方式指令4AH 8251AOUT DX,AL;MOV AL,01H;命令指令命令指令01H8251A ;允許發(fā)送允許發(fā)送OUT DX,AL; 每一字符用每一字符用9位（一個(gè)起始位，位（一個(gè)起始位，7個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)停止位）進(jìn)行傳輸，全部傳送的字符數(shù)為個(gè)停止位）進(jìn)行傳輸，全部傳送的字符數(shù)為14個(gè)，個(gè)，共需共需149=126位。按照位。按照2400波特率計(jì)算，所需波特率計(jì)算，所需時(shí)間為：時(shí)間為：126位位/24

23、00（位（位/秒）秒）=0.0525（秒）（秒） 2、利用一個(gè)異步傳輸系統(tǒng)傳送英文資料，系統(tǒng)的速、利用一個(gè)異步傳輸系統(tǒng)傳送英文資料，系統(tǒng)的速率為率為1200波特，待傳送的資料為波特，待傳送的資料為5000字符長，設(shè)系字符長，設(shè)系統(tǒng)用統(tǒng)用ASCII碼傳送，不用校驗(yàn)位，停止位只用一位，碼傳送，不用校驗(yàn)位，停止位只用一位，問至少需要多少時(shí)間才能傳完全部資料。問至少需要多少時(shí)間才能傳完全部資料。答：每一字符用答：每一字符用9位傳輸，全部傳送的字符數(shù)為位傳輸，全部傳送的字符數(shù)為5000個(gè)，個(gè)，共需共需95000=45000位。按照位。按照1200波特率計(jì)算，所波特率計(jì)算，所需時(shí)間為需時(shí)間為45000（位）（位）/1200（位（位/