微機原理與接口技術-第8章常用可編程接口芯片-20-21

微機原理與接口技術第8章常用的可編程接口芯片2主要內(nèi)容8.1并行通信與并行接口8.2可編程并行通信接口芯片8255A8.3串行通信與串行接口8.4可編程串行通信接口芯片8251A8.5可編程定時/計數(shù)器接口芯片82538.6DMA控制器8237A(自學)8.7小結8.3串行通信與串行接口了解：串行通信的一般概念工作方式、同步方式、數(shù)據(jù)格式、物理標準串行通信的接口標準EIARS-232C*8.3.1串行通信的基本概念串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

DTE-DataTerminalEquipment,常常是計算機.

DCE-DataCommunicationEquipment,常常是MODEM,也可以是計算機.串行接口

–主要是8251A,16550,8250等IC,連接DTE和DCE.計算機MODEMMODEM計算機或終端

信道（傳輸線路）串行接口串行接口DTEDCEDTEDCE51.串行通信的特點發(fā)送前，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流，接收端將收到的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息和控制信息都包含在同一串行數(shù)據(jù)流中通信雙方必須遵守事先約定的通信協(xié)議

a.單工(Simplex)：

只能由一方發(fā)送，例：廣播。b.半雙工(Halfduplex)：某一時刻只能由一方發(fā)送，例：對講機。c.全雙工(Duplex)：雙方可同時傳輸，例：電話。

2.串行通信工作方式串行通信按同步方式的不同分為:異步通信和同步通信異步通信以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，字符與字符之間是異步傳送的，而位與位之間則是同步傳送；同步通信以數(shù)據(jù)塊為單位傳送，每個數(shù)據(jù)塊包括多個字符；字符內(nèi)部的位傳送和字符之間的傳送都要嚴格同步；同步方法有外同步和內(nèi)同步兩種；3.串行通信的分類異步通信串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議

1)起止式異步通信協(xié)議起始位——每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數(shù)據(jù)位——數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由5～8個二進制位組成，低位先傳送校驗位——用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送起始位校驗位停止位數(shù)據(jù)位低位高位字符幀0/10/10/10/110111…空閑位2)數(shù)據(jù)傳輸率

每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，單位為bps（bitpersecond）也稱比特率。波特率――每秒傳輸?shù)摹胺枴保ㄒ卜Q離散狀態(tài)）的個數(shù)。3)發(fā)送時鐘和接收時鐘

（串行數(shù)據(jù)輸出）數(shù)據(jù)輸入寄存器輸入移位寄存器÷1，÷16，÷64數(shù)據(jù)輸出寄存器輸出移位寄存器÷1，÷16，÷64CLK(主時鐘)（串行數(shù)據(jù)輸入）輸入移位脈沖輸出移位脈沖接收時鐘發(fā)送時鐘除數(shù)寄存器4)波特率因子F（時鐘頻率）＝波特率因子＊波特率波特率因子：數(shù)據(jù)傳輸率（波特率）與時鐘頻率之間的比例系數(shù)例如：f=19.2kHz，若選波特率因子為16，則波特率為1200bps。5)起始位的檢測起始檢測確定已檢測到起始位采樣數(shù)據(jù)起始位時鐘（RCLK）數(shù)據(jù)線（SIN）T16T16T8T數(shù)據(jù)接收時鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸頻率的16倍正確識別起始位，防止因干擾引起的誤識別同步通信14同步字符數(shù)據(jù)……數(shù)據(jù)CRC1CRC2同步字符同步字符數(shù)據(jù)……數(shù)據(jù)CRC1CRC2數(shù)據(jù)……數(shù)據(jù)CRC1CRC2外同步信號單同步方式雙同步方式外同步方式以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結束異步串行通信同步串行通信雙方使用各自的時鐘雙方使用同一時鐘一幀以字符為單位(一個字符幀的長度取決于幀格式)以數(shù)據(jù)塊為單位(數(shù)據(jù)塊長度可變)傳輸效率低效率高，速度快應用于傳輸速率不高時，簡單，應用較廣應用于大批量，高速率數(shù)據(jù)通信場合異步串行通信與同步串行通信的對比美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用標準串行接口1962年公布，1969年修訂1987年1月正式改名為EIA-232D設計目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設備DTE（例如計算機）與數(shù)據(jù)通信設備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標準接口8.3.2串行通信的接口標準RS-232C的引腳定義232C接口標準使用一個25針連接器絕大多數(shù)設備只使用其中9個信號，所以就有了9針連接器串行通信的接口標準TXD TransmitData發(fā)送數(shù)據(jù)RXD ReceiveData接收數(shù)據(jù)SG SignalGround

信號地DSR DataSetReady數(shù)據(jù)通信設備準備好（例如調(diào)制解調(diào)器）DTR DataTerminalReady數(shù)據(jù)終端設備準備好

(如微機接口電路8250/8251)準備好RTS RequestToSendDTE請求發(fā)送CTS ClearToSend清除（允許）發(fā)送,該信號是對RTS信號的回答DCD CarrierDetect數(shù)據(jù)載波檢出當本地數(shù)據(jù)設備收到對方數(shù)據(jù)設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知數(shù)據(jù)終端準備接收，并且由本地數(shù)據(jù)設備將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，經(jīng)RXD線送給數(shù)據(jù)終端設備。RI RingIndicate振鈴信號當本地數(shù)據(jù)設備收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知數(shù)據(jù)終端設備已被呼叫。RS-232C的連接調(diào)制解調(diào)器方式微機利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)器，用于實現(xiàn)通過電話線路的遠距離通信空MODEM方式微機利用232C接口直接連接進行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（NullModem）連接連接調(diào)制解調(diào)器電話線MODEM微機123456789123456789MODEM123456789數(shù)據(jù)裝置準備好DSR數(shù)據(jù)終端準備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)RxD請求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS信號地GND載波檢測DCT振鈴指示RI微機123456789不使用聯(lián)絡信號的3線相連方式為了交換信息，TxD和RxD應當交叉連接程序中不必使RTS和DTR有效也不應檢測CTS和DSR是否有效

信號地計算機或終端TXD235計算機RXD235TXDRXDRS-232C的電氣特性232C接口采用EIA電平高電平為＋3V～＋15V低電平為－3V～－15V實際常用±12V或±15V標準TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V低電平：0V～0.4V相互轉(zhuǎn)換TTL電平→RS-232C電平：MC1488RS-232C電平→TTL電平：MC148923RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換RS-232C用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。常用的方法是用集成電路轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換，如：MC1488、SN75150芯片可完成TTL→EIA電平轉(zhuǎn)換MC1489、SN75154芯片可實現(xiàn)EIA→TTL電平轉(zhuǎn)換MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換信號地TXD計算機接口RXDTXDRXD+12V-12V1488+12V-12V14881489+5V1489+5V235235DB9座頭計算機接口235235DB9頭座RS-232C電平(EIA電平)TTL電平TTL電平MAX232芯片實現(xiàn)的電平轉(zhuǎn)換MAX232芯片內(nèi)部有電壓倍增和轉(zhuǎn)換電路，只要單一+5V電源,即可實現(xiàn)TTL與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換R1OUTR2OUTT1OUTT2OUTT1INT2INR1INR2IN13451626151471381110129TTL輸出TTL輸入RS-232C輸出RS-232C輸入GNDVCCV+V-TTL電平：0～5VEIA電平:-10V～+10VMAX23226主要內(nèi)容8.1并行通信與并行接口8.2可編程并行通信接口芯片8255A8.3串行通信與串行接口8.4可編程串行通信接口芯片8251A8.5可編程定時/計數(shù)器接口芯片82538.6DMA控制器8237A(自學)8.7小結8.4可編程串行通信接口芯片8251A串行傳輸，需要并行到串行或串行到并行的轉(zhuǎn)換，并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個字符（或數(shù)據(jù)塊）這些工作可由軟件實現(xiàn)，也可用硬件實現(xiàn)通用異步接收發(fā)送器UART是串行異步通信的接口電路芯片典型芯片如：Intel8251，ZilogSIO，MotorolaACIA后來使用NS165501.串行數(shù)據(jù)的發(fā)送并行數(shù)據(jù)加入起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制8251SOUT0/10/10/10/1雙緩沖寄存器結構保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送2.串行數(shù)據(jù)的接收并行數(shù)據(jù)檢測接收錯誤刪除起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8251SIN0/10/10/10/1雙緩沖寄存器結構保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收3.接收錯誤的處理奇偶錯誤PE（ParityError）若接收到的字符的“1”的個數(shù)不符合奇偶校驗要求幀錯誤FE（FrameError）若接收到的字符格式不符合規(guī)定（如缺少停止位）溢出錯誤OE（OverrunError）若接收移位寄存器接收到一個數(shù)據(jù)，并送至輸入緩沖器時，CPU還未取走前一個數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出若接收緩沖器的級數(shù)多，則溢出錯誤的幾率就少4.8251的內(nèi)部結構發(fā)送緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器調(diào)制解調(diào)控制電路DB讀/寫邏輯RESETCLKRDWRC/DCSDSRDTRCTSRTS發(fā)送控制電路接收緩沖器接收控制電路RxDTxDTxRDYTxETxCRxRDYRxCSYNDET8251A的內(nèi)部結構框圖33接收器（概述）電路組成：接收緩沖器、接收移位寄存器（串-并轉(zhuǎn)換電路）、接收控制電路；有關接收工作：當命令控制字中的“允許接收”RXE和“數(shù)據(jù)終端準備好”DTR有效時，接收器開始監(jiān)視RXD上串行數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)對同步和異步兩種方式采用不同的處理過程，并將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，存放在接收緩沖器中；接收緩沖器接收到數(shù)據(jù)，即設置“接收準備好”RXRDY狀態(tài)信號，通知CPU讀取數(shù)據(jù)；34發(fā)送器（概述）電路組成：發(fā)送緩沖器、發(fā)送移位寄存器（并-串轉(zhuǎn)換電路）、發(fā)送控制電路；有關發(fā)送工作：TXRDY有效時，CPU將并行數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器；同時TXRDY變位無效。當外設就緒后，發(fā)回有效的CTS#信號，若命令控制字中的TXEN有效，則數(shù)據(jù)送入發(fā)送移位寄存器開始發(fā)送，同時TXRDY有效。數(shù)據(jù)發(fā)送結束后，TXE引腳有效；此時如果是半雙工通信，可以改變通信方向。8251A的讀/寫控制真值表8251A規(guī)定：復位后的第一個控制命令是方式選擇控制字

5.8251A的編程1、方式選擇控制字

8251A芯片在工作前要先對其初始化，以確定其工作方式、字符格式、停止位個數(shù)、有無奇偶校驗等等。8251A有3個控制字：方式選擇控制字、操作命令控制字和狀態(tài)字。方式選擇控制字決定8251A是工作在異步方式還是同步方式。在異步方式時，確定輸入時鐘和波特率之間的系數(shù)、數(shù)據(jù)位的位數(shù)、停止位的位數(shù)、有無奇偶校驗等等；在同步方式時，是雙同步還是單同步，同步字符的個數(shù)等約定。1、方式選擇控制字S1S0EPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D0停止位奇偶校驗字符長度波特率因子（異步）00=無效01=1位10=1.5位11=2位×0=無校驗

01=奇校驗

11=偶校驗00=5位01=6位10=7位11=8位01=×1異步10=×16異步11=×64異步可區(qū)分同步和異步方式異步方式的方式選擇控制字D1D0≠00

同步方式的方式選擇控制字SCSESDEPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D0奇偶校驗字符長度000=2個同步字符1=1個同步字符×0=無校驗

01=奇校驗

11=偶校驗00=5位01=6位10=7位11=8位0=內(nèi)同步1=外同步1、方式選擇控制字例1：設8251A工作于異步方式，數(shù)據(jù)幀格式為：字符長度8位，1位起始位，2位停止位，奇校驗，波特率因子是16，設8251A的端口地址為：308H~309H，則方式選擇控制字是：S1S0EPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D011011110MOVDX，309H；8251A控制口MOVAL，0DEH；異步工作方式字OUTDX，AL計算機接口技術例2：設8251A工作于同步方式，數(shù)據(jù)幀格式為：字符長度8位，2個同步字符，內(nèi)同步，奇校驗，設8251A的端口地址為：308H~309H，則方式選擇控制字是：S1S0EPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D000011100MOVDX，309H；8251A控制口MOVAL，1CH；同步工作方式字OUTDX，AL2、操作命令控制字

操作命令控制字直接讓8251A實現(xiàn)某種操作或進入規(guī)定的工作狀態(tài)，它只有在設定了方式選擇控制字后，才能由CPU寫入?！馮xE位：發(fā)送允許位。TxE=1允許發(fā)送，TxE=0禁止發(fā)送。該位可以作為是否允許TxD線向外設串行發(fā)送數(shù)據(jù)?！馬xE位:允許接收位。決定是否允許RxD線接收外部輸入的串行數(shù)據(jù)。RxE=1,允許接收；RxE=0禁止接收?！馝R位：清除錯誤標志位。該位是針對狀態(tài)控制字的D3、D4和D5位進行操作的。D3、D4、D5位分別表示奇偶錯、幀錯和溢出錯。ER=1，使錯誤標志位復位；ER=0，不復位?！馡R位：內(nèi)部復位信號。IR=1，迫使8251A復位，使8251A回到接收方式選擇控制字的狀態(tài)。例3：使8251內(nèi)部復位，并且復位出錯標志，允許接收，又允許發(fā)送，則程序段為：EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEND7D6D5D4D3D2D1D0進入搜索方式內(nèi)部復位發(fā)送請求錯誤標志復位發(fā)送斷缺字符接收允許數(shù)據(jù)終端準備好發(fā)送允許0100000040H

為8251內(nèi)部復位命令例3：使8251內(nèi)部復位，并且復位出錯標志，允許接收，又允許發(fā)送，則程序段為：EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEND7D6D5D4D3D2D1D0進入搜索方式內(nèi)部復位發(fā)送請求錯誤標志復位發(fā)送斷缺字符接收允許數(shù)據(jù)終端準備好發(fā)送允許00010101MOVDX，309H；8251A控制口MOVAL，01000000B；置D6=1，使內(nèi)部復位OUTDX，AL......；寫方式選擇控制字MOVAL，00010101B；置D0=1，D2=1，允許接收和發(fā)送OUTDX，AL例3：使8251內(nèi)部復位，并且復位出錯標志，允許接收，又允許發(fā)送，則程序段為：3、狀態(tài)字

CPU通過輸入指令讀取狀態(tài)字，了解8251A傳送數(shù)據(jù)時所處的狀態(tài)，作出是否發(fā)出命令，是否繼續(xù)下一個數(shù)據(jù)傳送的決定。狀態(tài)字存放在狀態(tài)寄存器中，CPU只能讀狀態(tài)寄存器，而不能對它寫入內(nèi)容。D7D6D5D4D3D2D1D0DSRSYNDETFEOEPETXEMRXRDYTXRDY數(shù)傳機就緒同步檢出格式錯溢出錯奇偶錯發(fā)送器空接收準備好發(fā)送準備好例4：若查詢8251A接收器是否準備好，則用下列程序段：

MOVDX，309H；控制口L： IN AL，DX；讀狀態(tài)字

TESTAL，02H；查D1=1？（RXRDY=1?）

JZ L ；未準備好，則等待

MOVDX，308H；數(shù)據(jù)口

……例5：檢查出錯信息，則用下列程序段：

MOVDX，309H；控制口

IN AL，DX TESTAL，38H；檢查D5D4D3三位(FE，OE，PE) JNZERROR；若其中有一位為1，則出錯

……ERROR:6.8251A與CPU及外設的連接數(shù)據(jù)端口地址：E0H控制端口地址：E1HA1A0

RESET寫方式控制字異步？輸入第一個同步字符單同步？輸入第二個同步字符寫操作命令字

RESET？串行傳送數(shù)據(jù)完成？

No

No

NoNoY

Y

Y

Y8251A的初始化編程由于8251芯片本身特性，在對8251A進行初始化時,應注意：為確保8251A可靠復位，應向8251A控制端口連續(xù)輸出3個全“0”，再輸出一個內(nèi)部復位命令(控制字的D6=1)；然后再進行初始化。初始化的步驟是：向控制端口按順序?qū)懭敕绞竭x擇控制字（再接著向控制口寫入一個或兩個同步字符）、命令控制字。每向控制口寫一次需要手動延時以提供寫恢復時間。應用電路例：8251A的波特率為2400，波特率系數(shù)為16，異步方式、8位數(shù)據(jù)、無校驗位，一個停止位；假設數(shù)據(jù)端口地址為0E0H，控制端口地址為0E1H。1、方式選擇控制字S1S0EPPENL1L0B1B0D7D6D5D4D3D2D1D0停止位奇偶校驗字符長度波特率因子（異步）00=無效01=1位10=1.5位11=2位×0=無校驗

01=奇校驗

11=偶校驗00=5位01=6位10=7位11=8位01=×1異步10=×16異步11=×64異步可區(qū)分同步和異步方式異步方式的方式選擇控制字D1D0≠00

初始化程序：設發(fā)送數(shù)據(jù)已放入AH中，數(shù)據(jù)輸出程序如下：WAIT：INAL，0E1H;狀態(tài)字

TESTAL，01H;TXRDY？

JZWAITMOVAL，AHOUT0E0H,AL

MOVAL,00H;復位

OUT0E1H，ALCALLDELAYOUT0E1H，AL;復位

CALLDELAYOUT0E1H，AL;復位

CALLDELAYMOVAL,40H;復位

OUT0E1H，AL;復位

CALLDELAYMOVAL,01001110B;方式字

OUT0E1H,ALMOVAL,00100111B;命令字，啟動發(fā)送器和接收器

OUT0E1H,AL10.2.38251與CPU的數(shù)據(jù)交換(1)查詢方式采用查詢方式，在數(shù)據(jù)交換前應讀取狀態(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器D0=1，CPU可以向8251數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)，完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送；狀態(tài)寄存器D1=1，CPU可以從8251數(shù)據(jù)端口讀出數(shù)據(jù)，完成一幀數(shù)據(jù)的接收。(2)中斷方式8251沒有單獨的中斷請求引腳：

TxRDY引腳可以作為發(fā)送中斷請求

RxRDY引腳可以作為接收中斷請求收發(fā)均采用中斷方式時，TxRDY、RxRDY可以通過或門與系統(tǒng)總線的中斷請求線連接。在CPU響應中斷轉(zhuǎn)到ISP中時，再對狀態(tài)寄存器進行查詢，以區(qū)分是發(fā)送中斷還是接收中斷。(3)8251編程示例：雙機異步串行通信例：編寫8251異步模式下的接收和發(fā)送程序，完成256個字符的發(fā)送和接收。兩臺微機之間進行串行通信，甲機發(fā)送，乙機接收，兩機相距1m以內(nèi)，設端口地址：208H，209H，波特率因子16，1停止位，無奇偶校驗，每字符8位。發(fā)送程序:發(fā)送256字節(jié)，放在buf1中LEADI,Buf1MOVDX,209HMOVAL,00H;復位OUTDX，ALCALLDELAYMOVAL,00H;復位OUTDX，ALCALLDELAYMOVAL,00H;復位OUTDX，ALCALLDELAYMOVAL,40H;復位命令OUTDX，AL

MOVAL，01001110B;方式選擇字

MOVDX，AL