基于TPC-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的串行通信協(xié)議研究

基于TPC-USＢ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的串行通信協(xié)議研究第一部分概論隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級(jí)分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展,通信的功能越來越重要。通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi),有兩種數(shù)據(jù)通信方式:并行通信和串行通信。并行通信是把一個(gè)字符的各數(shù)位用幾條線同時(shí)進(jìn)行傳輸，傳輸速度快，信息率高。但它比串行通信所用的電纜多，故常用在傳輸距離較短、數(shù)據(jù)傳輸率較高的場(chǎng)合。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、Interneｔ網(wǎng)的普及,計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,而遠(yuǎn)程通信絕大多數(shù)采用串行通信的方式。其只要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信,但串行通信的速度比較慢。串行通信逐位依次順序傳送，通信雙方需嚴(yán)格同步。目前串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ袃煞N,即異步方式和同步方式。同步通信方式要求通信雙方以相同的時(shí)鐘頻率進(jìn)行，而且準(zhǔn)確協(xié)調(diào)，通過共享一個(gè)單個(gè)時(shí)鐘或定時(shí)脈沖源保證發(fā)送方和接收方的準(zhǔn)確同步，效率較高。異步方式通信ASYＮC(AsynchｒonoｕsDataCommuniｃatiｏn)，又稱起止式異步通信，是計(jì)算機(jī)通信中最常用的數(shù)據(jù)信息傳輸方式。異步通信方式不要求雙方同步，收發(fā)方可采用各自的時(shí)鐘源,雙方遵循異步的通信協(xié)議,以字符為數(shù)據(jù)傳輸單位，發(fā)送方傳送字符的時(shí)間間隔不確定，發(fā)送效率比同步傳送效率低。串行異步通信時(shí),接收方不斷地檢測(cè)或監(jiān)視串行輸入線上的電平變化，當(dāng)檢測(cè)到有效起始位出現(xiàn)時(shí),便知道接著是有效字符位的到來，并開始接收有效字符,當(dāng)檢測(cè)到停止位時(shí),就知道傳輸?shù)淖址Y(jié)束了。經(jīng)過一段隨機(jī)時(shí)間間隔之后,又進(jìn)行下一個(gè)字符的傳送過程。在設(shè)計(jì)中，串行異步通信的數(shù)據(jù)格式,包括數(shù)據(jù)位的位數(shù)、校驗(yàn)位的設(shè)置以及停止位的位數(shù)根據(jù)實(shí)際需要,通過可編程串行接口（如：8251A)電路,用軟件命令的方式進(jìn)行設(shè)置。在不同傳輸系統(tǒng)中，這些通信格式的設(shè)定完全可以不同;但在同一個(gè)傳輸系統(tǒng)的發(fā)送方和接收方的設(shè)定必須一致,否則將會(huì)由于收、發(fā)雙方約定的不一致而造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤與混亂。本文基于ＴＰC－UＳＢ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用８25１A接口芯片實(shí)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備間的異步串行通信。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該設(shè)計(jì)方案是完全可行的。第二部分硬件設(shè)計(jì)１．硬件基礎(chǔ)1.１TＰC-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介TPC-ＵSB通用微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系研制,清華大學(xué)科教儀器廠生產(chǎn)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一塊ＵSB總線接口模塊、一個(gè)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)臺(tái)及軟件集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境組成。USＢ總線接口模塊直接通過ＵSB總線電纜與PC機(jī)相連,模塊與實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間由一條50芯扁平電纜連接。（1）50芯總線信號(hào)插座及總線信號(hào)插孔５0芯總線信號(hào)插座在實(shí)驗(yàn)臺(tái)左上方,總線插座信號(hào)安排如上表。各總線信號(hào)采用“自鎖緊”插孔在標(biāo)有“總線”的區(qū)域引出，有數(shù)據(jù)線D0－Ｄ7、地址線A19-A0、I/Ｏ讀寫信號(hào)IORＩOＷ、存儲(chǔ)器讀寫信號(hào)MEMRMEMW、中斷請(qǐng)求IRQ、DMA申請(qǐng)DRQ、DMA回答DACK、AＥN等。(２）時(shí)鐘電路如下圖所示,輸出1MＨZ、2MHZ兩種信號(hào),供定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、串行接口實(shí)驗(yàn)使用。1.２8２51Ａ芯片1.2.182５1Ａ芯片簡(jiǎn)介 825IA是改進(jìn)型可編程的串行通信接口芯片,既可用于8080/8085微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),又可用于8086微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),其輸出輸人和ＴTL電平兼容。使用單一的+5V電源。邏輯結(jié)構(gòu)由五部分組成:發(fā)送器、接受器、數(shù)據(jù)總線緩沖器、調(diào)制懈調(diào)控制器和讀/寫控制電路。?發(fā)送器用以完成把從ＣＰU傳來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串行數(shù)據(jù)發(fā)出；接受器則是把接到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)交給ＣPU；調(diào)制解調(diào)控制器用以連接調(diào)制解調(diào)器；讀、寫控制器用以管理CPU與8２5IA之間的信息傳送;數(shù)據(jù)總線緩沖器完成8251A內(nèi)部總線和80８6(或８０80180８5)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線接口。8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示:圖1．1：８２51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.2．282５1A芯片的基本性能可工作在同步方式，也可工作在異步方式。同步方式下波特率為0～640０0波特,異步方式下波特率為0～19200波特；在同步方式時(shí),每個(gè)字符可定義為５、６、7或8位。兩種方法實(shí)現(xiàn)同步,由內(nèi)部自動(dòng)檢測(cè)同步字符或由外部給出同步信號(hào)。允許同步方式下增加奇/偶校驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)；在異步方式下,每個(gè)字符可定義為5、6、7或8位,用１位作奇偶校驗(yàn)。時(shí)鐘速率可用軟件定義為波特率的l、16或６4倍。另外,82５１A在異步方式下能自動(dòng)為每個(gè)被輸出的數(shù)據(jù)增加1個(gè)起始位,并能根據(jù)軟件編程為每個(gè)輸出數(shù)據(jù)設(shè)置1位、1．5位或2位停止位；能進(jìn)行出錯(cuò)檢測(cè)。帶有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路，用戶可通過輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行查詢；接口的輸入和輸出均為TＴL電平，單一+５Ｖ電源;與Ｉnｔel8080、808５、8０8８CPＵ兼容。1．2.38２５１A芯片的結(jié)構(gòu)?（1）接收緩沖器：從RｘD引腳接收串行數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。 （２）接收控制電路：配合接收緩沖器工作,管理有關(guān)接收的所有功能。 (3）發(fā)送緩沖器：將來自CＰU的并行數(shù)據(jù)加上相應(yīng)的控制信息,然后轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)從TxＤ引腳發(fā)出去。?(4)發(fā)送控制電路：配合發(fā)送緩沖器工作,管理有關(guān)串行發(fā)送的所有功能。數(shù)據(jù)總線緩沖器:把8251A和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連,傳輸數(shù)據(jù)和控制信息。 （5）讀/寫控制電路:配合數(shù)據(jù)總線緩沖器工作。 （6）調(diào)制解調(diào)控制電路:當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)，要用調(diào)制器將串行接口傳來的數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào),再通過電話線發(fā)送出去。接收器則是將接收到的模擬信號(hào)經(jīng)解調(diào)器變成數(shù)字信號(hào),再由串行接口送入計(jì)算機(jī)。1．2．４825１A芯片的引腳功能８２5１A外部引腳如圖１.２所示，它的接口信號(hào)可以分為七類,具體如下:圖1.２：8２51A外部引腳(１）雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)線D7～D０８25lA有8條數(shù)據(jù)線D7～D0。825lA通過這８根線和CＰU的數(shù)據(jù)總線相連接,實(shí)際上,數(shù)據(jù)線上不只是傳輸數(shù)據(jù),還傳輸CＰＵ對(duì)825ｌＡ的編程命令字和82５lA送往ＣPＵ的狀態(tài)信息。（2)片選信號(hào)／CS低電平有效,芯片被選中才能工作，如果8２51Ａ未被選中，數(shù)據(jù)線D7~D0將處于高阻狀態(tài),讀/寫信號(hào)對(duì)芯片都不起作用。（3）讀／寫控制信號(hào)RD:讀信號(hào),低電平有效。當(dāng)該信號(hào)有效時(shí),并且／ＣS也為低電平，CPU可以從8２51A讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。WR：寫信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，并且/ＣS也為低電平，ＣPU可以向82５1寫入數(shù)據(jù)或控制字。Ｃ/D:控制/數(shù)據(jù)信號(hào),分時(shí)復(fù)用。用來區(qū)分當(dāng)前讀/寫的是數(shù)據(jù)還是控制信息或狀態(tài)信息。當(dāng)Ｃ/D為高電平時(shí)，系統(tǒng)處理的是控制信息或狀態(tài)信息,從D7～D0端寫入8２5１A的必須是方式字、控制字或同步字符。當(dāng)C/D為低電平時(shí)，寫入的是數(shù)據(jù)。RESEＴ:復(fù)位信號(hào)，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高時(shí),82５1A實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，內(nèi)部所有的寄存器都被置為初始狀態(tài)。CLK:主時(shí)鐘信號(hào),用于芯片內(nèi)部的定時(shí)。對(duì)于同步方式，它的頻率必須大于發(fā)送時(shí)鐘TxC和接收時(shí)鐘ＲxC的30倍。對(duì)于異步方式,必須大于它們的４.5倍。８25１A的時(shí)鐘頻率規(guī)定在0.74～3.1MHz的范圍內(nèi)。(4）與發(fā)送有關(guān)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)TｘRDY：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào),高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，通知CPU,８251A已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送一個(gè)字符,表示CPU可以輸入數(shù)據(jù)。（5)與接收有關(guān)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。RｘRDY:接收器準(zhǔn)備好信號(hào),高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高時(shí),表示８25lA已從外部設(shè)備或調(diào)制解調(diào)器中收到一個(gè)字符,等待CPＵ取走。它可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)或查詢聯(lián)絡(luò)信號(hào)與CPU聯(lián)系。（6）825１A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)8２51A與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)分為兩類：收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào):ＤTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，通知外部設(shè)備，CPＵ當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。DSＲ：數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào),表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好。RTＳ:請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，表示CPU已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送。CTS：允許發(fā)送信號(hào),是對(duì)的響應(yīng)，由外設(shè)送往8251A。實(shí)際使用時(shí)，這4個(gè)信號(hào)中通常只有CTS必須為低電平，其它3個(gè)信號(hào)可以懸空。數(shù)據(jù)信號(hào)：TXＤ：發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。當(dāng)CＰU送往8251Ａ的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，通過TXD送往外設(shè)。RXＤ：接收器數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。用來接收外設(shè)送來的串行數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)進(jìn)入8２51Ａ后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿蟹绞健?7)電源和地VCC:電源輸入GＮD:地２.硬件設(shè)計(jì)2.１基于TＰＣ-UＳB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總線與82５１A的連接基于TＰC-ＵＳB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總線和８２51A實(shí)現(xiàn)相距較近的兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)相互通信的系統(tǒng)連接簡(jiǎn)化框圖2.1如下：圖2.１:系統(tǒng)連接簡(jiǎn)化框圖（1)如圖２．1所示,CPU發(fā)送指令，甲機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，82５1Ａ將數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖器，經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后通過TＸD發(fā)送出去;乙機(jī)監(jiān)視其ＲXＤ,有數(shù)據(jù)發(fā)到時(shí),8２51A將數(shù)據(jù)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后發(fā)送到接收緩沖器,等待CPU來讀取。(2）主要信號(hào)線連接論述：D0~Ｄ７：TPC-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的D０~D7是８０88上的數(shù)據(jù)線,用來傳送數(shù)據(jù);而82５1A是I/O芯片,它的數(shù)據(jù)線是用于ＣＰU與8251間傳送數(shù)據(jù)的,因此可以把８251A上的數(shù)據(jù)線直接與TＰC－USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的Ｄ０~D7相連。ＲD與ＷR(shí):82５1A對(duì)于CＰＵ來說是I/O設(shè)備，要使8251A上的ＲＤ和ＷＲ信號(hào)有效,必須使CＰU的I/O與WＲ、RD同時(shí)有效,而PC／XT總線上的ＩOR和IOW是Ｉ／O讀和I/Ｏ寫，所以只要把8251A上的WR、ＲＤ分別與PC/XT總線上的IOR和IOW直接相連就可以了。當(dāng)CPＵ?qǐng)?zhí)行外設(shè)寫操作時(shí),ＷＲ有效;當(dāng)CPU執(zhí)行外設(shè)讀操作時(shí),RD有效。CTS：當(dāng)ＣTS=0時(shí)，引腳信號(hào)TxＤ變位為高電平,CPU可以8２５１A發(fā)送數(shù)據(jù)，，本設(shè)計(jì)把CＴS的引腳直接接地。CＬK:TＰＣ-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上提供了1ＭHZ和2ＭＨZ的時(shí)鐘,因此，只需把TPC-USB系統(tǒng)板上的2MHZ直接連接到825１A的CＬＫ信號(hào)，將ＴPＣ-ＵSB系統(tǒng)板上的１MHZ經(jīng)過二分頻后連接到825１A的ＴXC和ＲＸＣ上，根據(jù)8251的參數(shù)規(guī)定,這是滿足8251A的工作要求的ＲESEＴ:ＲESET為復(fù)位信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，8251A實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能,內(nèi)部所有的寄存器都被置為初始狀態(tài)。將8２51A上的RＥSET信號(hào)直接連在ＴＰC-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上提供的ＲESET信號(hào)上,只要TPC－USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開啟時(shí)，就對(duì)825１A進(jìn)行了初始化。Ｃ/Ｄ：C/D是控制／數(shù)據(jù)信號(hào)，分時(shí)復(fù)用。用來區(qū)分當(dāng)前讀/寫的是數(shù)據(jù)還是控制信息或狀態(tài)信息。將A0直接與Ｃ/ˉD相連,通過改變A0的值可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)選。當(dāng)Ａ0=0（偶地址）,選中82５1的數(shù)據(jù)口；當(dāng)Ａ０=1(奇地址）時(shí)，選中8２51的數(shù)據(jù)口。2.２地址譯碼電路：譯碼電路的目的是當(dāng)CPU訪問某個(gè)I/O系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的片選信號(hào)CS。在一個(gè)Ｉ/O系統(tǒng)中，往往有多個(gè)端口,所以譯碼電路應(yīng)根據(jù)需要對(duì)一個(gè)地址區(qū)間產(chǎn)生片選信號(hào)。一般把地址信號(hào)分為兩部分:一部分是高位地址與CPＵ或總線的控制信號(hào)組合，經(jīng)過譯碼電路產(chǎn)生一個(gè)片選信號(hào)，選擇某個(gè)I/Ｏ接口芯片；另一部分是低位地址線直接連到I/Ｏ接口芯片,以實(shí)現(xiàn)接口芯片的片內(nèi)尋址。按照地址譯碼電路采用的元器件來分,可分為門電路譯碼，譯碼器譯碼；按照譯碼電路形式來分，又可分為固定式和可選式端口地址譯碼。（1)方案一：結(jié)合本設(shè)計(jì),考慮到為系統(tǒng)以后擴(kuò)充留有余地,因此我們選擇了可選式端口地址譯碼，并且使用8位比較器74LS688和地址開關(guān)實(shí)現(xiàn)地址譯碼，譯碼電路如圖2．2所示：圖2．2:地址譯碼電路如圖２.2：74LＳ6８8將來自系統(tǒng)的AEＮ和A2，Ａ3,A7~A9,即P7~P0與DＩＰ開關(guān)設(shè)定的數(shù)據(jù)Q７~Q0進(jìn)行比較，輸出到7４ＬS1３８的控制端G2B上。根據(jù)比較器的特性,當(dāng)輸入端P7~Ｐ0的地址和Q７~Ｑ0的開關(guān)狀態(tài)一致時(shí)，輸出低電平，使譯碼器進(jìn)行譯碼。圖中，當(dāng)A9=1，AEN=0時(shí)譯碼才有效。(２)方案二：圖2.3如圖2.3所示，ＴＰC-ＵSＢ實(shí)驗(yàn)臺(tái)上I／Ｏ地址選用２８0H－２BFＨ6４個(gè)，分8組輸出,低三位地址A0~A2不參與譯碼。因此，每一有效輸出是一組地址，如Y０輸出,當(dāng)?shù)腿坏刂纷兓瘯r(shí)（000～１11),改組地址的變化范圍為２8０H~287H。Ｙ0-Y7的輸出地址分別為２80H－287H；28８Ｈ-2８FH；2９0H-297H；2９８H－29FH；2A０H－2A７Ｈ;2A8Ｈ-2AFH;２B0H－2B7H;２Ｂ8Ｈ-2BFH，8根輸出線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)“I/O地址”處分別由自鎖緊插孔引出。

結(jié)合本設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的8２５1Ａ的端口分別為02B8Ｈ（0０00，0０10,1011,10０0)和０2B９H（０000,0０10,1０１1,1０01)，當(dāng)A9~A3＝1010111,A2=０，A１=0，Ａ0=０,譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào),選中該８251A芯片，并通過片內(nèi)尋址選中了8２51A的數(shù)據(jù)口:02B８Ｈ；當(dāng)Ａ9～A3＝１010111,A2=0,Ａ1=0,A0=1時(shí),譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào),選中該8２５1A芯片,并通過片內(nèi)尋址選中了825１Ａ的控制口：2B9Ｈ。?本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)采用了TＰC-USB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的地址譯碼電路即方案二。?２.3硬件測(cè)試硬件測(cè)試主要有兩種:靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試：查看硬件的連接是否正確動(dòng)態(tài)測(cè)試:測(cè)試８25１A的收發(fā)功能第三部分軟件設(shè)計(jì)1、編程思想在軟件設(shè)計(jì)中我們要實(shí)現(xiàn)雙機(jī)間的串行數(shù)據(jù)通信,CPＵ與接口之間可按查詢方式或中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,本設(shè)計(jì)采用查詢方式。CＰU與8２5１A之間用查詢方式交換數(shù)據(jù)口地址分配是:0209H為狀態(tài)命令/狀態(tài)口,0208Ｈ為數(shù)據(jù)口。選取甲、乙兩臺(tái)機(jī)作為通信雙方，通信雙方均作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備ＤTE，可實(shí)現(xiàn)全雙工通信,因此，甲乙兩機(jī)均可完成發(fā)送和接收，這里我們選擇甲機(jī)做為發(fā)送機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，乙機(jī)做為接收機(jī)接收數(shù)據(jù)。目的是將甲機(jī)中10０字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到乙機(jī)中。１.１８２5１Ａ初始化為使發(fā)送、接收的信息準(zhǔn)確，發(fā)、收兩端的動(dòng)作必須相互協(xié)調(diào)配合。倘若兩端互不聯(lián)系、協(xié)調(diào)，則無論怎樣提高發(fā)送和接收動(dòng)作的時(shí)間精度，它們之間也會(huì)有極微量的誤差。隨著時(shí)間的增加，就會(huì)有誤差積累,最終會(huì)產(chǎn)生失步。發(fā)、收動(dòng)作一旦失步，就不能正確傳輸信息,結(jié)果會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。因此,為使8２５1Ａ正確地配合CPU進(jìn)行通信，需對(duì)8251A進(jìn)行初始化約定。對(duì)８251A進(jìn)行初始化,即對(duì)82５1A寫入方式控制字和操作命令字進(jìn)行約定。由于這兩個(gè)控制字只占用一個(gè)端口地址(本設(shè)計(jì)中為地址0209Ｈ），而且他們本身沒有特征加以區(qū)分,因此對(duì)８251寫入控制字時(shí),必須嚴(yán)格按照一定的順序?qū)懭?。如果設(shè)定在異步方式，則馬上要輸出操作命令字進(jìn)行設(shè)置，然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送;在數(shù)據(jù)傳送過程中,也可使用操作命令字進(jìn)行某些操作設(shè)置或讀取825１A的狀態(tài)；在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí),若使用ＩR位為“1”的內(nèi)部復(fù)位命令使８251A復(fù)位，則它又可重新接收方式選擇字，從而改變工作方式完成其他任務(wù)。當(dāng)然也可在一次數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后不改變工作方式，則此時(shí)就不需要進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位以及重新設(shè)置工作方式。由CPU用奇地址端口寫入的值將作為控制字送到控制寄存器，而用偶地址端口寫入的值將作為數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器。其初始化流程圖如右圖：（１)、設(shè)置8２51A方式選擇控制字目前串行通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒椒ㄓ袃煞N，即異步方式和同步方式,由于異步通信的發(fā)送器和接收器可以不用共同的時(shí)鐘,通信的雙方可以各自使用自己的本地時(shí)鐘，因此我們這里選擇異步方式。根據(jù)方式選擇控制字的格式圖(如下圖)方式選擇控制字格式圖在異步傳輸方式下設(shè)置１位停止位S2Ｓ1=0１;采用偶校驗(yàn)EP=１、PEN＝1;字符長(zhǎng)度為８位L2L1=1１;波特率因子為16即Ｂ2B１=10，則方式選擇控制字為01１11110=7EH；編程代碼為：MOＶＤＸ,０２Ｂ９ＨＭＯVAL,７EＨOUTDＸ（２）、設(shè)置操作命令控制字為使8251A處于規(guī)定的工作狀態(tài),以準(zhǔn)備接收或發(fā)送數(shù)據(jù)需設(shè)置8251A的操作命令控制字。設(shè)計(jì)要求允許發(fā)送接收ＴxＥＮ=1、ＲxE=1;清除出錯(cuò)標(biāo)志ER=0；則根據(jù)操作命令控制字的格式圖(如下圖）,操作命令控制字為00010111＝１5Ｈ；編程代碼為：MOVAL,2７HOＵTＤX操作命令控制字格式圖２、發(fā)送/接收程序設(shè)計(jì)因?yàn)椴捎貌樵儯?Ｏ方式,故收／發(fā)程序中只需檢查收／發(fā)準(zhǔn)備好的狀態(tài)是否置位,即可發(fā)送接收１個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。狀態(tài)字的格式如下圖:狀態(tài)字的格式(1)發(fā)送子過程首先要檢查狀態(tài)字Dｏ位發(fā)送器是否準(zhǔn)備好,若ＴxRＤＹ=0,則發(fā)送器沒有準(zhǔn)備好繼續(xù)等待，如果TxRDＹ=1,即準(zhǔn)備好則8251A可以發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。這樣發(fā)送端CＰU每查詢到TＸRDY有效，則發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，一直進(jìn)行到全部數(shù)據(jù)傳送完畢為止;發(fā)送流程圖如下圖。查詢8２５１Ａ發(fā)送器是否準(zhǔn)備好,則可用下列程序段完成:MＯVDX，02B9H;825１A的狀態(tài)口SENT：ＩNAL,DX；讀狀態(tài)字ＴESTＡＬ,０1Ｈ；查Ｄ0＝１?即發(fā)送準(zhǔn)備好了嗎？JＺSENT；發(fā)送未準(zhǔn)備好,則等待MＯVDX，0２B8H;825１Ａ的數(shù)據(jù)口OUTDX,AL；已準(zhǔn)備好則發(fā)送數(shù)據(jù)(2)接收子過程首先要檢查狀態(tài)字D1位接收器是否準(zhǔn)備好,若RxRDY＝0,則接收器沒有準(zhǔn)備好繼續(xù)等待，如果RxRDY=1,即接收器準(zhǔn)備好則可以接收數(shù)據(jù)；接收端CＰU每查詢到RＸＲDY有效，則接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，一直進(jìn)行到全部數(shù)據(jù)接收完畢為止，其接收流程如下圖。查詢8251A接收器是否準(zhǔn)備好,則可用下列程序段完成：MOVDＸ,02B９H;8２51A的狀態(tài)口ＲECＥIVE:INAL,DＸ；讀狀態(tài)字TＥSTAL,０2H；查D1=１?即接收準(zhǔn)備好了嗎？ＪZＲＥCEＩVＥ；接收未準(zhǔn)備好,則等待MOVＤX,0２B８H；8251A的數(shù)據(jù)口INＡL，DX；已準(zhǔn)備好則接收數(shù)據(jù)發(fā)送/接收子程序流程圖３、程序清單發(fā)送程序：ＤＡTASEＧMENTMEＳ1DＢ"PＬEAＳEIMPＯRTYOURDATＡ＂,0DH,0AH,２４ＨＢUFＤB１00DB?DB100DUP(？)COUNＴEQU100DATAＥNＤSＣＯDEＳＥGＭENTASSUＭＥＣＳ:CODＥ,ＤS：DATAＳTＡRT：MOＶＡX,DATＡMOVDS,AＸＭOVＤＸ,2B9H;初始化8251OUTDXMＯＶAL,7EH;設(shè)置為1個(gè)停止位,8個(gè)數(shù)據(jù)位,波特率因子為１６ＯＵＴDX，MOVＡL,27H;向８251送控制字允許其發(fā)送和接收OUＴDXLEＡDＸ,ＭES;顯示提示信息ＭOVAH,０9HINＴ21HＬEADX,BUF;從鍵盤輸入數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)MＯVＡＨ,0AHINT21HLEADＩ，BUＦPＵSＨＤI;保存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)地址MOVCＸ,COUNTSENT:ＭＯＶDX，2B9H；8251A的控制端口ＩNAＬ，DXTESＴAL，0１H;發(fā)送是否準(zhǔn)備好JＺＳENT；發(fā)送未準(zhǔn)備好,等待ＭOVDＸ,2B８ＨPOPDI;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址MOVAL,［DI+2]OUTDX,ＡL;從緩存區(qū)取一個(gè)字節(jié)發(fā)送INCDI；下一要發(fā)送數(shù)據(jù)的地址ＰUSHDI;保護(hù)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址LOOPＳEＮT；未發(fā)送完,則繼續(xù)發(fā)送COＤEENDSENＤSTＡRT接收程序:ＤATASEGMＥNTMES1DB"SＯＭＥTHＩNGＷR(shí)ONGＨAPPENＳ,PROGRAＭＥXIＴS＂,0ＤH,0AH,２４ＨDATAＥNDＳCＯDEＳEGＭENＴAＳSＵMECＳ：CODESTAＲT:MOVDＸ,2B９H;初始化８251OＵTDX,MＯＶAＬ,7EH;設(shè)置為１個(gè)停止位,８?jìng)€(gè)數(shù)據(jù)位，波特率因子為１6ＯUTDＸMＯＶAL，27H;向825１送控制字允許其發(fā)送和接收OUTDX,ＲＥＣＥIVE:MOＶDX,2B9HINＡL，ＤXTESＴAＬ，0２HJZRECEIVETＥSTＡL,38H；判斷是否出錯(cuò)JNZＥRRO;有錯(cuò),則轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理程序ＭＯVＤX,2Ｂ8HINAＬ，DX;接收一個(gè)字節(jié)MOＶDL,AL；在屏幕上顯示收到的數(shù)據(jù)MOＶＡＨ,０2ＨINT21HJMPRECEIVＥ;繼續(xù)接收ＥRRO:LEADX,ＭES;提示出錯(cuò)MOＶAH,0９ＨINT21HMＯVAH,4ＣH；返回DＯＳIＮT２１HCODEEＮDＳEＮＤSTＡRT第四部分系統(tǒng)測(cè)試與性能分析1.系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試包括硬件和軟件兩方面的測(cè)試，主要是對(duì)正確性和性能指標(biāo)的測(cè)試。測(cè)試原則：先硬件后軟件,先測(cè)試其正確性,后測(cè)試其性能指標(biāo)。?1）硬件測(cè)試電源連接正確性測(cè)試測(cè)試82５1A的各個(gè)時(shí)鐘是否正確（用示波器測(cè)ＣＬK,TXＣ,RXC并觀察波形)測(cè)試8251A能否正常進(jìn)行發(fā)送(可先使82５1A循環(huán)發(fā)送,然后用示波器測(cè)8251Ａ的WR,ＣＳ,ＴＸD，觀察波形變化）?2)軟件測(cè)試運(yùn)行自檢程序,檢測(cè)硬件鏈接。自檢程序設(shè)計(jì)為自發(fā)自收程序,分別檢測(cè)每片8251A和試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件連接是否正確連通。(此時(shí)每片83５1A的引腳RxD與引腳TxD相連接,即一片８３５1Ａ實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收)程序如下：datasｅgmentbufdｂ"1234567890abcｄef$"coｕnｔequ$－bｕfdaｔａendscodeｓegmenｔaｓsuｍecs：code,ｄs：datａstart:ｍovax,datamoｖdｓ,ａxmｏvｄx，2b9ｈ;初始化82５1movａl，4ｅh;設(shè)置為1個(gè)停止位,８?jìng)€(gè)數(shù)據(jù)位,波特率因子為16ｏｕtdx,alｍｏｖａl,27ｈ;向825１送控制字允許其發(fā)送和接收ｏｕｔdx,alｍovｂｘ,offseｔｂuf;緩沖區(qū)首地址moｖcx,cｏuntnoｐｎopnoprec:movdｘ，２b9ｈiｎａl,ｄxｔｅsｔaｌ,02;檢查接收是否準(zhǔn)備好ｊｚsｅnt；沒有,轉(zhuǎn)發(fā)送程序movdx,2b８hinal,dx;準(zhǔn)備好,接收movdｌ，ａlｍovaｈ,02;將接收到的字符顯示在屏幕上inｔ2１hｓｅnt:movdx,2b9ｈinaｌ,dxtestａl,01;發(fā)送是否準(zhǔn)備好ｊｚsｅｎｔｍovdx,2b8ｈmoｖal,[ｂx]；從緩沖區(qū)取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)ｉncbxoutｄx,ａｌ;發(fā)送loｏprecｃodｅe(cuò)nｄsendｓｔart（此程序已通過試驗(yàn)測(cè)試)將發(fā)送和接收子程序分別載入甲、乙兩機(jī)。先運(yùn)行乙機(jī)程序，等待接收數(shù)據(jù),然后運(yùn)行甲號(hào)機(jī)程序;當(dāng)甲機(jī)提示輸入數(shù)據(jù)時(shí)從鍵盤輸入要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，檢查乙機(jī)屏幕上顯示的數(shù)據(jù)是否和甲號(hào)機(jī)一致。如果乙機(jī)未出現(xiàn)上述結(jié)果,需要重新調(diào)試程序。首先,運(yùn)行匯編語言檢查程序是否有誤,如果程序沒有錯(cuò)誤，則需檢查收／發(fā)雙方協(xié)議是否一致，(即方式字、控制字是否設(shè)置一致)；收／發(fā)數(shù)據(jù)地址及控制狀態(tài)端口是否和硬件連接保持一致。如果仍未解決,可以單步執(zhí)行或斷點(diǎn)執(zhí)行,判斷出錯(cuò)語句，分析并改進(jìn)。如果仍未檢測(cè)出錯(cuò)誤則需重新檢查硬件連接是否正確。2．性能分析本系統(tǒng)基于ＰC／ＸT總線和8251A芯片,采用查詢方式控制傳輸過程，通信距離最大可達(dá)到１0M;通信速度最大可達(dá)到500bpｓ（傳輸速率＝收發(fā)時(shí)鐘頻率/波特率因子（1，1６或6４)。若要在近程通信中增加距離和可靠性,可采用RＳ-２32Ｃ標(biāo)準(zhǔn),若要遠(yuǎn)程通信可進(jìn)行第五部分系統(tǒng)展望本系統(tǒng)采用查詢方式控制傳輸過程,該方式的缺點(diǎn)是CＰＵ的執(zhí)行效率很低,且CPＵ與外設(shè)不能同時(shí)工作。中斷技術(shù)可以明顯地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信息處理的并行性，可實(shí)現(xiàn)處理器與外部設(shè)備并行操作。它有效地解決了CPU與各種外部設(shè)備之間的速度匹配問題。它極大地提高了處理效率，改善計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能,是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的重要標(biāo)志。因此，如果改變將查詢方式改為中斷方式的話，將會(huì)極大地提高本系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。（1)硬件改進(jìn)把TxＲＤＹ和RxＲDY作為中斷請(qǐng)求信號(hào),利用８２59A中斷控制器控制,TxRDＹ和RxＲＤY相或以后與825９A的IOQ3相連，改進(jìn)電路如圖5.1:圖5.1:改進(jìn)方案圖(2）軟件實(shí)現(xiàn)在I/O地址中，分配825９A的端口地址為20H和21H，初始化為:、緩沖連接、中斷結(jié)束采用EOI命令、中斷優(yōu)先級(jí)采用普通全嵌套方式,初始化流程圖如下:初始化程序?yàn)?MOＶDX，２0ＨMOVAL,00０1００1１B;邊沿觸發(fā),單片使用,需要ＩCW4ＯＵTDX,AＬ;寫入ICW1的端口(Ao＝1)MＯVDX，21HＭＯＶAL，08H；ICＷ２的內(nèi)容(中斷類型碼高５位）OUTDＸ，AL;寫入ICＷ2的端口（Ao＝1）