微機(jī)原理 第七章 輸入輸出接口

1、7.1概述概述7.2CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式7.3可編程計(jì)數(shù)器可編程計(jì)數(shù)器/定時器定時器82537.4串行通訊和串行接口串行通訊和串行接口7.5 并行接口并行接口7.6 DMA控制器控制器82377.7 D/A和和A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)第七章第七章 輸入輸入/輸出接口輸出接口7.4 串行通訊和串行接口串行通訊和串行接口串行通信基礎(chǔ)串行通信基礎(chǔ)可編程串行通信接口可編程串行通信接口8250可編程串行通信接口可編程串行通信接口8251一、串行通信基礎(chǔ)一、串行通信基礎(chǔ)F串行通信的概念串行通信的概念所謂串行通訊是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信所謂串行通訊是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)

2、據(jù)信號線一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個號線一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。固定的時間長度?！按写小笔侵竿庠O(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，CPU與接口之間仍按并行方式工作。與接口之間仍按并行方式工作。F串行通信的概念串行通信的概念F信息傳輸?shù)臋z錯和糾錯信息傳輸?shù)臋z錯和糾錯串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，叫如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，叫檢錯檢錯。發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何消除錯誤，叫發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何消除錯誤，叫糾錯糾錯最簡單的檢錯方法是奇偶校驗(yàn)，即在傳送

3、字符的各位之外，最簡單的檢錯方法是奇偶校驗(yàn)，即在傳送字符的各位之外，再傳送再傳送1位奇位奇/偶校驗(yàn)位?？刹捎闷嫘ｒ?yàn)或偶校驗(yàn)。偶校驗(yàn)位。可采用奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，中，1的個數(shù)為奇數(shù)的個數(shù)為奇數(shù)偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，中，1的個數(shù)為偶數(shù)的個數(shù)為偶數(shù)F信息傳輸?shù)臋z錯和糾錯信息傳輸?shù)臋z錯和糾錯奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測出奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測出1位誤碼，但是不能糾錯。位誤碼，但是不能糾錯。F串行數(shù)據(jù)傳輸方式串行數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工方式全雙工方式通訊雙

4、方能同時進(jìn)行發(fā)送和接收操作通訊雙方能同時進(jìn)行發(fā)送和接收操作F串行數(shù)據(jù)傳輸方式串行數(shù)據(jù)傳輸方式半雙工方式半雙工方式只有只有1根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號，要求通訊雙方的根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號，要求通訊雙方的發(fā)送和接收由電子開關(guān)切換。發(fā)送和接收由電子開關(guān)切換。單工方式單工方式只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送F傳輸速率傳輸速率在串行通訊中，用在串行通訊中，用波特率波特率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，簡寫為波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，簡寫為bps接收時鐘接收時鐘/發(fā)送時鐘是波特率的倍數(shù)，稱為發(fā)送時鐘是波特率的倍數(shù)，稱為波特率因子波

5、特率因子。例如波特率因子為例如波特率因子為32，則，則32個時鐘脈沖移位個時鐘脈沖移位1次。次。例：波特率例：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16，則，則接收時鐘和發(fā)送時鐘頻率接收時鐘和發(fā)送時鐘頻率=960016=153600HzF信號的調(diào)制和解調(diào)信號的調(diào)制和解調(diào)數(shù)字信號的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如數(shù)字信號的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅電話線頻帶范圍僅3003400Hz所以采用普通通信線路進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，需要所以采用普通通信線路進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，需要在發(fā)送端用調(diào)制器（在發(fā)送端用調(diào)制器（Modulator）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信

6、號，模擬信號經(jīng)通信線路傳送到接收方，為模擬信號，模擬信號經(jīng)通信線路傳送到接收方，接收方再以解調(diào)器（接收方再以解調(diào)器（Demodulator），把模擬信號），把模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。變?yōu)閿?shù)字信號。大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個裝置中，大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個裝置中，稱為稱為調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器Modem在通訊中，在通訊中，Modem起著傳輸信號的作用，是一種起著傳輸信號的作用，是一種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，簡稱數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，簡稱DCE接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱DTE。F信號的調(diào)制和解調(diào)信號的調(diào)制和解調(diào)F串行通信的類型串行通信的類型串行

7、通訊可以分為兩種類型：串行通訊可以分為兩種類型：同步通訊同步通訊、異步通訊異步通訊異步通訊異步通訊一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，傳輸一個字符時，以輸，傳輸一個字符時，以起始位起始位開始，然后傳輸字開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸符本身的各位，接著傳輸校驗(yàn)位校驗(yàn)位，最后以，最后以停止位停止位結(jié)結(jié)束該字符的傳輸。一次傳輸?shù)钠鹗嘉弧⒆址魑?、束該字符的傳輸。一次傳輸?shù)钠鹗嘉?、字符各位、校?yàn)位、停止位構(gòu)成一組完整的信息，稱為校驗(yàn)位、停止位構(gòu)成一組完整的信息，稱為幀幀（Frame）幀與幀之間可有任意個幀與幀之間可有任意個空閑位空閑位異步

8、通訊異步通訊異步通訊可以采用正邏輯或負(fù)邏輯異步通訊可以采用正邏輯或負(fù)邏輯異步通訊的信息格式異步通訊的信息格式起始位起始位邏輯邏輯01位位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位邏輯邏輯0或或15位、位、6位、位、7位、位、8位位校驗(yàn)位校驗(yàn)位邏輯邏輯0或或11位或無位或無停止位停止位邏輯邏輯11位、位、1.5位或位或2位位空閑位空閑位邏輯邏輯1任意數(shù)量任意數(shù)量 異步通訊異步通訊例：傳送例：傳送8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)45H（0100,0101B），奇校驗(yàn)，），奇校驗(yàn)，1個停止位，則信號線上的波形為個停止位，則信號線上的波形為同步通訊同步通訊靠同步字符完成收發(fā)雙方同步靠同步字符完成收發(fā)雙方同步多個字符成組傳送，在每組信息的開始，加上同

9、步多個字符成組傳送，在每組信息的開始，加上同步字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構(gòu)成字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構(gòu)成一個信息幀一個信息幀同步字符同步字符 字符字符1 字符字符2 字符字符n 校驗(yàn)字符校驗(yàn)字符數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)在串行通信中，在串行通信中，DTE和和DCE之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn)之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)通信中使用最普遍的是計(jì)算機(jī)通信中使用最普遍的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)上的機(jī)上的COM1、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口，使接口，使用用9針和針和25針連接器針連接器F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)F串

10、行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)TDX發(fā)送發(fā)送RDX接收接收SG信號地信號地DSRDCE準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好DTRDTE(即微機(jī)接口電路，如即微機(jī)接口電路，如8250/8251)準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好RTSDTE請求請求DCE發(fā)送發(fā)送CTSDCE允許允許DTE發(fā)送發(fā)送,該信號是對該信號是對RTS信號的回答。信號的回答。DCD數(shù)據(jù)載波檢出數(shù)據(jù)載波檢出當(dāng)本地當(dāng)本地DCE收到對方的收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時，使設(shè)備送來的載波信號時，使DCD有效，通知有效，通知DTE準(zhǔn)備接收，并且由準(zhǔn)備接收，并且由DCE將接收到的將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，經(jīng)載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，經(jīng)RXD線送給線送給DTE。RI振

11、鈴信號振鈴信號當(dāng)當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知效，通知DTE已被呼叫。已被呼叫。F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C采用負(fù)邏輯，且信號電平與采用負(fù)邏輯，且信號電平與TTL不兼容不兼容串行接口芯片串行接口芯片8250、8251均使用均使用TTL電平，應(yīng)使用電平，應(yīng)使用電平轉(zhuǎn)換電路與電平轉(zhuǎn)換電路與RS-232C連接器連接。連接器連接。MC1488：TTL電平電平RS232電平電平 （用于發(fā)送方）（用于發(fā)送方）MC1489：TTL電平電平RS232電平電平 （用于接收方）（用于接收方）F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信

12、的接口標(biāo)準(zhǔn)F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)采用采用Modem(DCE)和電話網(wǎng)通信時的信號連接和電話網(wǎng)通信時的信號連接F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)采用專用線通訊時的信號連接采用專用線通訊時的信號連接F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)無無Modem的標(biāo)準(zhǔn)連接的標(biāo)準(zhǔn)連接F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)無無Modem 的最簡連接的最簡連接F串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)無無Modem時，最大通訊距離的計(jì)算：時，最大通訊距離的計(jì)算：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)誤碼率小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)誤碼率小于4%時，要求導(dǎo)時，要求導(dǎo)線的電容值應(yīng)小于線的電容值應(yīng)小于2500PF。普通導(dǎo)線的電

13、容值約為普通導(dǎo)線的電容值約為170PF/M。則允許距離則允許距離L=2500PF/（170PF/M）=15M二、可編程串行異步通信接口二、可編程串行異步通信接口8250F8250芯片引腳定義和功能芯片引腳定義和功能P. 2528250INTRPT8259OUT2#IRQ4CPUINTINTR8250中斷請求信號與中斷請求信號與CPU的連接的連接二、可編程串行異步通信接口二、可編程串行異步通信接口8250F8250芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尋址方式芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尋址方式P. 254F8250內(nèi)部控制狀態(tài)寄存器的功能內(nèi)部控制狀態(tài)寄存器的功能P. 255F8250內(nèi)部控制狀態(tài)寄存器的功能內(nèi)部控制狀態(tài)寄存器的

14、功能除數(shù)寄存器除數(shù)寄存器8250使用使用1.8432MHz的基準(zhǔn)時鐘輸入信號，通過內(nèi)的基準(zhǔn)時鐘輸入信號，通過內(nèi)部分頻產(chǎn)生發(fā)送時鐘頻率和接收時鐘頻率。部分頻產(chǎn)生發(fā)送時鐘頻率和接收時鐘頻率。波特率因子固定為波特率因子固定為16，所以，所以16*波特率波特率=1843200/分頻系數(shù)分頻系數(shù)分頻系數(shù)即為除數(shù)分頻系數(shù)即為除數(shù)除數(shù)除數(shù)= 1843200/(16*波特率波特率)F8250通信編程通信編程P. 257P. 260F8250應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例三、可編程串行通信接口三、可編程串行通信接口8251通過編程，可以實(shí)現(xiàn)異步通訊協(xié)議或面向字符的同通過編程，可以實(shí)現(xiàn)異步通訊協(xié)議或面向字符的同步通訊協(xié)議，波特

15、率：同步方式下：步通訊協(xié)議，波特率：同步方式下：0-64Kbps；異；異步方式下：步方式下：0-19.2Kbps。同步方式下，每字符為同步方式下，每字符為5，6，7，8位，能自動檢測位，能自動檢測同步字符，自動添加奇偶校驗(yàn)。同步字符，自動添加奇偶校驗(yàn)。異步方式下，每字符可為異步方式下，每字符可為5，6，7，8位，自動增加位，自動增加起始位、停止位和校驗(yàn)位。起始位、停止位和校驗(yàn)位。F8251的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模式寄存器：決定工作于同步或異步模式以及接收和發(fā)送的字符格式同步字符寄存器：存放同步模式下的同步字符F8251的引腳信號的引腳信號C/D#: 該信號一般連至地址線該信號一般連至地址線A0，用于選擇

16、控制端口，用于選擇控制端口/數(shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器合用一個端口，控?cái)?shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)輸入輸出寄存器合用一個端口，控制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個端口。制寄存器與狀態(tài)寄存器合用一個端口。TxE：通知通知CPU發(fā)送移位寄存器空。此時，在狀態(tài)寄發(fā)送移位寄存器空。此時，在狀態(tài)寄存器的存器的TxE位置位置1。CPU可以查詢可以查詢TxE信號或狀態(tài)寄信號或狀態(tài)寄存器的存器的TxE位位TxRDY:告訴告訴CPU，8251已準(zhǔn)備好發(fā)送，已準(zhǔn)備好發(fā)送，CPU可以為可以為其提供需要發(fā)送的字符其提供需要發(fā)送的字符RxRDY:通知通知CPU，8251已從外部設(shè)備收到一個字符，已從外部設(shè)備收到一個字符，等待等待CPU讀

17、取。讀取。CPU可以查詢該信號，或把該信號作可以查詢該信號，或把該信號作為中斷請求信號。為中斷請求信號。SYNDET:同步檢測信號，只用于同步方式同步檢測信號，只用于同步方式TXC、RXC:8251沒有內(nèi)置的波特率發(fā)生器，必須由外部產(chǎn)生建沒有內(nèi)置的波特率發(fā)生器，必須由外部產(chǎn)生建立波特率的時鐘信號，立波特率的時鐘信號，TXC、RXC通常與通常與8253連接連接F8251的引腳信號的引腳信號F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程模式寄存器的格式模式寄存器的格式F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程控制寄存器與狀態(tài)寄存器的格式控制寄存器與狀態(tài)寄存器的格式F8251的命令字與初

18、始化編程的命令字與初始化編程8251與與CPU的數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)交換查詢方式查詢方式/中斷方式中斷方式采用查詢方式，在數(shù)據(jù)交換前應(yīng)讀取狀態(tài)寄存器。采用查詢方式，在數(shù)據(jù)交換前應(yīng)讀取狀態(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器D0=1，CPU可以向可以向8251數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)，完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)據(jù)，完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器D1=1，CPU可以從可以從8251數(shù)據(jù)端口讀出數(shù)據(jù)端口讀出數(shù)據(jù)，完成一幀數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)，完成一幀數(shù)據(jù)的接收F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程流程流程F8251編程示例編程示例例：編寫例：編寫8251異步模式下的接收和發(fā)送程序，完成異步模式下的接收

19、和發(fā)送程序，完成256個字符的發(fā)送和接收，設(shè)端口地址：個字符的發(fā)送和接收，設(shè)端口地址：208H，209H，波特率因子波特率因子16，1起始位，起始位，1停止位，無奇偶校驗(yàn)，每停止位，無奇偶校驗(yàn)，每字符字符8位。位。MOV DX,209HMOV AL,40H；復(fù)位命令。；復(fù)位命令。OUT DX，ALMOV AL，01001110B；模式字；模式字MOV DX，ALMOV AL，0011，0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256；發(fā)送；發(fā)送256字節(jié)字節(jié)NEXT：MOV DX 209HIN AL，DX；狀態(tài)字；狀態(tài)字AND AL，01H；TXRDY？JZ NEXTMOV A

20、L，CLMOV DX，208HOUT DX，AL；發(fā)送；發(fā)送LOOP NEXT發(fā)送程序發(fā)送程序接收程序接收程序接收接收256字節(jié)，放在字節(jié)，放在buf中中Data segmentbuf DB 256 dup(?)Data endsMOV DX,209HMOV AL,40H；復(fù)位；復(fù)位OUT DX，ALMOV AL，0100,1110B；模式字；模式字OUT DX，ALMOV AL，0011,0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256 ；接收；接收256字節(jié)字節(jié)MOV SI，0NEXT：MOV DX，209HIN AL，DX；狀態(tài)字；狀態(tài)字AND AL，02H； RXRDY

21、？JZ NEXTMOV DX，208HIN AL，DX；接收；接收1字符字符MOV bufSI，ALINC SILOOP NEXT7.5 并行接口并行接口并行接口的特點(diǎn)并行接口的特點(diǎn)可編程并行通信接口芯片可編程并行通信接口芯片8255一、并行接口的特點(diǎn)一、并行接口的特點(diǎn)并行接口是在多根數(shù)據(jù)線上，以字節(jié)并行接口是在多根數(shù)據(jù)線上，以字節(jié)/字為單位與字為單位與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)設(shè)備交換數(shù)據(jù)二、可編程并行通信接口芯片二、可編程并行通信接口芯片8255F8255芯片引腳定義與功能芯片引腳定義與功能P. 244F8255尋址方式尋址方式P. 2468255沒有狀態(tài)寄存器沒有狀態(tài)寄存器F8255的控制字的控

22、制字方式選擇控制字方式選擇控制字端口端口C置位置位/復(fù)位控制字復(fù)位控制字P. 248注意：注意：C口控制字雖然是對端口口控制字雖然是對端口C操作，但應(yīng)寫入到操作，但應(yīng)寫入到控制口地址，而不是寫入到控制口地址，而不是寫入到C數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口F8255的控制字的控制字編程舉例：設(shè)編程舉例：設(shè) A、B、C數(shù)據(jù)口地址分別位數(shù)據(jù)口地址分別位60H、 61H、62H、控制口端口地址、控制口端口地址 63H1：A口方式口方式0，輸出、，輸出、B口方式口方式0，輸入，輸入，C口高口高4位輸位輸出，出，C口低口低4位入位入MOV AL，10000011BOUT 63H，AL 2：PC7置置1，PC3置置0MOV DX，63HMOV AL，0000,1111B；PC7置置1OUT DX，ALMOV AL，0000,0110B；PC3置置0OUT DX，ALF8255的工作方式的工作方式0P. 2468255作為打印機(jī)接口，工作于方式作為打印機(jī)接口，工作于方式0程序設(shè)計(jì)：設(shè)程序設(shè)計(jì)：設(shè)PA、PB、PC口地址分別為口地址分別為0D0H、0D2H、0D4H控制口地址：控制口地址：0D6HMOV AL，81H；OUT 0D6H，ALMOV AL，0DH； PC6置置1，0DH=0000,1101OUT 0D6H, ALLPST：IN AL，0D4H；讀；讀PC口口AND AL，04D；