微機原理與接口第6章

串、并行通信和接口技術第6章

1

6.0

接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接

6.1串行通信和串行接口

6.2可編程串行通信接口8251A

6.3

并行通信和并行接口

6.4

可編程并行通信接口8255A第6章串并行通信和 接口技術26.0接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接6.0.1 接口的功能6.0.2 接口與系統(tǒng)的連接3

6.0接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接一、接口的功能

尋址功能控制數(shù)據(jù)的輸入輸出數(shù)據(jù)轉換的功能聯(lián)絡功能

中斷管理功能復位功能可編程功能錯誤檢測功能4二、接口與系統(tǒng)的連接1、與外設相連部分的接口結構2、與系統(tǒng)總線相連部分的接口結構（課本P224圖6.1）

6.0接口的功能以及在系統(tǒng)中的連接（續(xù)）

數(shù)據(jù)線：通常連有總線收發(fā)器，用來增加數(shù)據(jù)總線的驅動能力?？刂凭€：連有聯(lián)絡信號產(chǎn)生電路，能將CPU的控制信號轉換為接口能接收的信號。地址線：連有地址譯碼器。通常將高位地址進行譯碼產(chǎn)生片選信號，而將低位地址進行片內端口的尋址。56.1串行通信和串行接口6.1.1 串行通訊的基本概念6.1.2 串行接口66.1.1 串行通訊的基本概念

1、串行通訊

2、通訊線路連接方式

3、同步方式和異步方式

4、調制與解調

5、串行通訊接口標準EIARS-232C76.1串行通信和串行接口一、串行通信的基本概念

1、串行通信

2、通信線路連接方式

3、串行通信兩種基本的通信方式

4、調制與解調

5、串行通訊接口標準EIARS-232C二、串行接口

1、功能

2、結構 81、串行通信將數(shù)據(jù)的各位按時間順序依次在一條傳輸線上傳輸。01101010

TxD源RxD目的串行通信適于長距離、中低速通信數(shù)據(jù)的各位依次由源到達目的地——

慢數(shù)據(jù)線少——當用于遠程通信時,費用較低9串行通信：將數(shù)據(jù)的二進制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式串行通信的優(yōu)勢：用于通信的線路少，因而在遠距離通信時可以極大地降低成本串行通信適合于遠距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送對于PC系列機上的外部設備如鼠標、繪圖儀、終端等，也常常采用串行方式與主機數(shù)據(jù)傳送。10就傳輸方式而言，串行通信線路可分成如下幾種連接方式：2、通信線路連接方式站A站B（1）單工方式（SimplexMode）只允許數(shù)據(jù)按一個固定的方向傳送。圖中A只能發(fā)送，稱為發(fā)送器；B只能接收，稱為接收器。不能從B傳向A。11

（2）半雙工方式（Half-DuplexMode）站A站B數(shù)據(jù)既可以從A傳向B，也可以從B傳向A。因此A和B既可作為發(fā)送器，又可作為接收器，通常稱為收發(fā)器。但是在同一時刻，只能進行一種傳送，要么A發(fā)送B接收，要么B發(fā)送A接收。不能同時雙向傳輸。12站A站B（3）全雙工方式（Full-DuplexMode）在A、B之間采用兩條傳輸線路。使A和B均可同時工作在接收數(shù)據(jù)方式和發(fā)送數(shù)據(jù)方式。與半雙工方式相比，傳送速率成倍增長。13所有串行通信都需要一個時鐘信號來作為數(shù)據(jù)的定時參考。發(fā)送器和接收器用時鐘來決定何時發(fā)送和讀取每一位數(shù)據(jù)。根據(jù)采用統(tǒng)一時鐘還是本地局部時鐘，分為同步通信和異步通信兩種。

3、同步方式和異步方式14（1）同步通信以一個數(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接收端能夠識別同步字符。可以用5、6、7或8位表示一個字符。但在同一個傳輸過程中，每個字符對應同樣的數(shù)位。在同步通信過程中，發(fā)送端和接收端必須采用統(tǒng)一的時鐘，在同一個時鐘控制下進行數(shù)據(jù)傳送。~~~~同步字符字符1字符2字符n校驗字符5～8位15同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的檢測數(shù)據(jù)（61H）位01100001發(fā)送方在時鐘信號的下降沿發(fā)送字節(jié)接收方在時鐘信號的上升沿接收字節(jié)時鐘16由于要求由統(tǒng)一的時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端及接收端之間的同步，所以，硬件電路比較復雜。通常用于計算機之間的通訊，或計算機到CRT等外設之間的通訊。17在異步通信時，每個字符構成一個字符幀，兩個字符之間的傳輸間隔是任意的。為區(qū)分各個字符，在每個字符前、后都用規(guī)定的數(shù)位來作為分隔位，和字符的信息位一起構成一個字符幀。標準的異步通信的數(shù)據(jù)格式（異步串行通信協(xié)議）（2）異步通信18異步串行通信協(xié)議起始位（1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（5～8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（1位，可選的）——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（1、1.5、2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19異步通信方式的“異步”主要體現(xiàn)在字符與字符之間通信沒有嚴格的定時要求。即字符間異步。然而，一旦傳送開始，收/發(fā)雙方則以預先約定的傳輸速率，在時鐘的作用下，傳送這個字符中的每一位，即字符內部各位間同步。發(fā)送端按照發(fā)送時鐘來發(fā)送字符的每一位，接收端按照接收時鐘來接收字符的每一位。通信雙方不需要有同樣的時鐘。只要雙方的時鐘頻率相差在一定范圍內，就可以保證可靠的傳送。20波特率與收/發(fā)時鐘波特率：每秒鐘傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，以位/秒（bps、b/s）表示，也稱為數(shù)據(jù)傳輸率。微機中常見的波特率有110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200等。例：已知字符格式中數(shù)據(jù)為8位，無校驗，1位停止位，在1分鐘內連續(xù)不斷傳送了69120個字符，求波特率。

解：一個字符：1+8+0+1=10位

每秒傳送的字符個數(shù)：69120/60=1152個

波特率=位/秒=1152*10=11520b/S21收/發(fā)時鐘直接決定了通信線路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。為了提高串行通信的抗干擾能力，往往用多個時鐘傳送（調制）一個二進制數(shù)位，傳送（調制）一個二進制數(shù)位的收/發(fā)時鐘個數(shù)稱為波特率因子K。收/發(fā)時鐘頻率與波特率之間的關系：收/發(fā)時鐘周期Tc=數(shù)據(jù)位的周期Td/K

收/發(fā)時鐘頻率fc=K×波特率fd

一般K取1,16,32和64等。對于異步通信，常采用K=16；

對于同步通信，則必須取K=1。22異步串行通信數(shù)據(jù)位的檢測接收方是怎樣接收數(shù)據(jù)并保持與發(fā)送方同步的？如K=16接收時鐘23接收方在每位的中心采樣，以獲得最大的收/發(fā)時鐘頻率偏差容限。由于一個字符幀的位數(shù)最多只有12位，因此，雙方的時鐘頻率即便有一些誤差，也不至因累積誤差造成錯位。等到下一字符的起始位到來，會使雙方的同步重新得以校準。24異步串行通信的錯誤檢測奇偶錯：傳輸中引起的某些數(shù)位的改變，會引起奇偶校驗出現(xiàn)錯誤。覆蓋錯誤(溢出錯誤)：CPU沒有及時取走數(shù)據(jù)，又有新數(shù)據(jù)送入。原因：CPU檢測接收數(shù)據(jù)就緒的速率小于串行接口從通信線上接收數(shù)據(jù)的速率。幀錯誤：字符格式不符合規(guī)定，如在停止位檢測到低電平，則會引起幀格式錯。接收方可以檢測到的傳輸錯誤有：25同步傳送和異步傳送的不同點

同步傳送：要求雙方有統(tǒng)一的時鐘信號異步傳送：雙方不要求有統(tǒng)一的時鐘信號在波特率相同時，同步方式下的信息有效率高于異步方式。因為在同步方式下，非數(shù)據(jù)信息比例較小，而在異步方式下，每傳送一個字符都要有一些附加位。26遠距離通信時需要通過普通電話網(wǎng)絡傳輸如果數(shù)字信號直接在公用電話網(wǎng)的傳輸線上傳送，信號到了接收端后將發(fā)生嚴重畸變和失真。

4、調制與解調

解決：發(fā)送方使用調制器，把要傳送的數(shù)字信號調制轉換為適合在線路上傳輸?shù)囊纛l模擬信號；接收方則使用解調器從線路上測出這個模擬信號，并還原成數(shù)字信號。調制解調器：實現(xiàn)調制與解調的設備275、串行通訊接口標準EIARS-232C

美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的串行接口通用標準信號的邏輯電平接口電路的機械特性控制信號的定義信號的傳輸率28信號電平標準在PC機內部采用TTL電平標準高電平1：＋2.4V～＋5V低電平0：0V～0.4V232C接口采用EIA電平邏輯1為＋5V～＋15V

邏輯0為－5V～－15V

實際常用±12V或±15VEIA線路驅動器EIA線路接收器29機械特性接口標準232C接口標準使用一對25針連接器或9針連接器30控制信號的定義31主要有：1．發(fā)送數(shù)據(jù)（引腳2）2．接收數(shù)據(jù)（引腳3）3．請求發(fā)送（引腳4）4.清除發(fā)送（引腳5）

5．數(shù)據(jù)設備就緒（引腳6）6．數(shù)據(jù)終端就緒（引腳20）7.信號地線（引腳7）8.保護地線（引腳1）32常用的RS-232C連接1.使用MODEM332.不使用MODEM常用的RS-232C連接RTS和CTS各自互接，表明請求傳送總是允許343.最簡單連接常用的RS-232C連接為了交換信息，TxD和RxD應當交叉連接程序中不必使RTS和DTR有效也不檢測CTS和DSR是否有效

35信號傳輸率232C規(guī)定的標準傳輸率在0~20Kbps范圍內，在實際應用中被限制在19.2Kbps以內。傳送距離可達15米。36

6.1.2 串行接口

1、串行接口

2、串行接口的典型結構

37

能實現(xiàn)計算機和外設之間串行通信的接口稱為串行接口。功能：將外設串行輸入的數(shù)據(jù)轉換成并行的數(shù)據(jù)送給CPU將CPU輸出的并行的數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)送給外設可編程功能串行接口計算機外設二、串行接口38可編程串行接口的典型結構396.3并行通信和并行接口6.3.1 并行通信6.3.2 并行接口4001010110

D0D1D2D3D4D5D6D7目的D0D1D2D3D4D5D6D7源并行通信適于短距離、高速通信一、并行通信

將數(shù)據(jù)的各位同時在多根并行傳輸線上進行傳輸。數(shù)據(jù)的各位同時由源到達目的地——

快多根數(shù)據(jù)線——

不適用于遠程數(shù)據(jù)傳送

6.3.1 并行通信41以計算機的字長為傳輸單位，通常是8位、16位或32位，一次傳送一個字長的數(shù)據(jù)適合于外部設備與微機之間進行近距離、大量和快速的信息交換例如：微機與并行接口打印機、磁盤驅動器微機系統(tǒng)中最基本的信息交換方法例如：系統(tǒng)板上各部件之間，接口電路板上各部件之間42含義：實現(xiàn)并行通信的接口稱為并行通信接口。

6.3.2 并行接口數(shù)據(jù)輸入準備好數(shù)據(jù)輸入回答數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出準備好數(shù)據(jù)輸出回答數(shù)據(jù)總線讀信號寫信號復位信號準備好中斷請求地址地址譯碼CPU輸入設備輸出設備控制寄存器狀態(tài)寄存器輸入緩沖寄存器輸出緩沖寄存器內部端口選擇片選典型的并行接口示意圖（P247圖6.16）436.4可編程并行通信接口8255A6.4.1

8255A的內部結構6.4.2

8255A的芯片引腳信號6.4.3

8255A的控制字6.4.4

8255A的工作方式6.4.5 端口C的功能和狀態(tài)總結6.4.6 8255的應用實例

446.4.1

8255A的內部結構

1、數(shù)據(jù)端口ABC

2、A組控制和B組控制

3、讀/寫控制邏輯電路

4、數(shù)據(jù)總線緩沖器

45一、8255A的內部結構1、三個8位的相互獨立的數(shù)據(jù)端口：端口A、端口B、端口C一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器使用時：通常將端口C分為高4位端口、低4位端口，分別為端口A和端口B提供控制信號和狀態(tài)信息。因此8255的端口可分為兩組：

A組端口:端口A和端口C的高4位

B組端口:端口B和端口C的低4位468255內部結構圖（課本P249圖6.17）數(shù)據(jù)總線緩沖器內部控制線內部數(shù)據(jù)線D0～D7A組控制（A組）端口A（A組）端口C上部B組控制（B組）端口B（B組）端口C下部讀寫控制邏輯PC0～PC3PB0～PB7PC4～PC7PA0～PA7RDWRA0A1CSRESET472、A組控制和B組控制：A組控制電路：控制口A和口C的高4位的工作方式和讀寫操作B組控制電路：控制口B和口C的低4位的工作方式和讀寫操作3、讀/寫控制邏輯電路：通過控制線與CPU相連，負責對8255的數(shù)據(jù)傳送過程進行控制。4、數(shù)據(jù)總線緩沖器

（8位雙向）

8255內部的數(shù)據(jù)線通過它與CPU的系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。486.4.2

8255A的芯片引腳信號

1、和外設相連的信號

2、和CPU相連的信號49端口A：

PA0～PA7端口B：

PB0～PB7端口C：

PC0～PC7

三組數(shù)據(jù)線均可為輸入或輸出。1、和外設相連的信號（課本P250圖6.18）502、和CPU相連的信號D7~D0

雙向數(shù)據(jù)線

與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的低8位相連。CS*片選信號

為低有效時，芯片被選中RESET復位信號

有效時，內部所有寄存器被清零，端口A、B、C自動被設為輸入端口。與系統(tǒng)的復位信號線相連。RD*

讀信號WR*寫信號51A1、A0地址線

作為端口選擇信號。A1A000

A01

B10

C11控制端口注意：將8255的地址線與CPU的地址總線連接時

8255的A1

地址總線的A28255的A0

地址總線的A1

而地址總線的A0總是置為052CS*A1

A0寫操作WR*讀操作RD*I/O地址00

0001010011寫端口A寫端口B寫端口C寫控制字讀端口A讀端口B讀端口C非法60H62H64H66H8255的信號和操作關系536.4.3

8255A的控制字

1、

方式選擇控制字

2、端口C按位置1/置0控制字54三、8255A的控制字控制字有兩類：

1.方式選擇控制字

決定了8255的三個端口的工作方式和輸入/輸出方式。

2.

端口C按位置1/置0控制字可以對端口C的任何一位置1或清0。

控制字寫入控制端口（A1A0＝11）55

1、

方式選擇控制字56方式選擇控制字：示例要求：A端口：方式1輸入C端口高4位：輸出，C口低4位：輸入B端口：方式0輸出方式控制字：初始化的程序段（假設控制端口為FFFEH

）：

movdx

，0fffeh

moval，0b1h

outdx

，al

10110001

B或B1H572、

端口C按位置1/置0控制字端口C置1/置0控制字要寫入控制端口，而不是寫入C端口只對端口C的輸出進行控制輸出1或0，對輸入無作用一次只能對端口C的某一位（PCi）進行控制輸出1或0該控制字不會破壞已經(jīng)建立的工作方式，而是對它們的支撐。58要求：

在8255的PC7輸出一個窄脈沖程序段：

MOVDX，0FFH；設控制寄存器地址為0FFHMOVAL，00001110B；PC7=0OUTDX，AL；

寫入控制端口

MOVAL，00001111B；PC7=1OUTDX，ALMOVAL，00001110B；PC7=0

OUTDX，AL端口C的按位置1/置0控制字：示例596.4.4

8255A的工作方式

1、

方式0：基本輸入輸出方式

2、

方式1：選通輸入輸出方式

3、

方式2：雙向傳送方式601、

方式0：基本輸入輸出方式方式0不使用固定的聯(lián)絡信號。A口和B口可定義為方式0的輸入或輸出口。C口分成兩個部分（高四位和低四位），C口的兩個部分也可分別定義為輸入或輸出。方式0下的各端口輸入或輸出有24=16種不同的組合。在方式0，所有端口輸出均有鎖存，輸入只有緩沖無鎖存。特點：方式0的使用場合：適用于無條件傳送和查詢方式的接口電路618255與顯示塊、開關鍵的連接

+5V方式0應用實例1….OOO

…...+5VLEDPA0PA1PA2PA7PB0PB1PB7…….DISPSW8255A系統(tǒng)總線............62編程：初始化編程：設置方式控制字控制端口地址：A1A0＝11工作過程中：通過數(shù)據(jù)端口對外設數(shù)據(jù)進行讀寫數(shù)據(jù)讀寫利用端口A、B和C的端口地址，A1A0依次等于00、01、1063初始化及應用程序片段：

設分配給8255的端口地址為320H～326H

……

MOV DX，326H

；控制口地址323H

MOV AL，10010000B；A口：方式0，輸入

B口：方式0，輸出；

OUT DX，AL； 初始化工作方式

MOV DX，320H；DX=320H，指向A口

IN AL，DX

；讀入開關狀態(tài)

NOT AL

；各位取反,閉合時為0,點亮LED應為1

MOVDX，322H

；DX＝322H，指向B口

OUT DX，AL ……642、

方式1：選通輸入輸出方式方式1規(guī)定了固定用于應答聯(lián)絡的信號線。A口借用C口的一些信號線用作控制和狀態(tài)線，形成A組。B口借用C口的一些信號線用作控制和狀態(tài)線，形成B組。在方式1下，A口和B口的輸入輸出均帶有鎖存。未使用的C口某些位還可單獨定義為I/O口用。特點：方式1的使用場合：適用于查詢方式和中斷方式的接口電路65方式1輸入聯(lián)絡信號STB*—選通信號，低有效，外設

8255當其有效時，將輸入設備送來的數(shù)據(jù)鎖存至8255A的輸入鎖存器。IBF—輸入緩沖器滿信號，高有效，8255外設有效時表示數(shù)據(jù)已送入到輸入鎖存器中。該信號由外設發(fā)出的STB*置位（變?yōu)橛行Ц撸?，由CPU發(fā)出的RD*信號的上升沿復位（變?yōu)闊o效低）。INTR—中斷請求信號，高有效，

8255CPU當輸入選通信號結束時STB*＝1(即外設已經(jīng)將數(shù)據(jù)送入8255A的輸入鎖存器)，并且IBF為高，這時8255向CPU提出中斷請求，讓CPU來讀取位于8255輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)。在CPU發(fā)出的RD*信號的下降沿將其清零。

當口A或口B工作在方式1輸入時，都分別需要口C來提供這三個控制聯(lián)絡信號。并且對應C中固定的數(shù)位。66端口A方式1輸入時：數(shù)據(jù)選通信號表示外設已經(jīng)準備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經(jīng)接收數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU接收數(shù)據(jù)PC4PC5PC3PA7~PA0INTEAIBFAINTRASTBA中斷允許觸發(fā)器67端口B方式1輸入時：PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRBSTBB數(shù)據(jù)選通信號表示外設已經(jīng)準備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經(jīng)接收數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU接收數(shù)據(jù)中斷允許觸發(fā)器怎樣控制方式1輸入時的INTE中斷允許觸發(fā)器的狀態(tài)？68方式1輸入時INTE的控制INTE沒有外部引出端，它是利用端口C按位置1／0控制字來使其置1或清0的。INTEA由PC4控制：當使PC4置1時，控制INTEA＝1，口A處于中斷允許，即PC3發(fā)出的INTRA可以送給CPU。INTEB由PC2控制：當使PC2置1時，控制INTEB＝1，口B處于中斷允許，即PC0發(fā)出的INTRB可以送給CPU。需要指出的是，在方式1輸入時，PC4和PC2的置1/0分別用于控制INTEA和INTEB，這是8255A的內部操作，這一操作對PC4和PC2引腳用于STBA*和STBB*沒有任何影響。69方式1輸入時的控制字和控制信號課本P259圖6.2670方式1輸出聯(lián)絡信號OBF*—輸出緩沖器滿信號，低有效，8255外設當其有效時，表示CPU已把數(shù)據(jù)輸出給指定的端口，外設可以取走。它由CPU發(fā)出的WR*的上升沿置為有效，而由外設送來的ACK*信號使其恢復為高電平。ACK*—響應信號，低有效，外設

8255表示8255的端口數(shù)據(jù)已由外設取走。當其有效低時，會使OBF*成為無效高。INTR—中斷請求信號，高有效，8255CPU當輸出設備已接受數(shù)據(jù)后，8255輸出此信號向CPU提出中斷請求，要求CPU輸出數(shù)據(jù)71外設響應信號表示外設已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經(jīng)輸出了數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU再次輸出數(shù)據(jù)PC6PC7PC3PA7~PA0INTEAOBFAINTRAACKA中斷允許觸發(fā)器端口A方式1輸出時：端口A的INTEA對應PC672PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBOBFBINTRBACKB外設響應信號表示外設已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經(jīng)輸出了數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU再次輸出數(shù)據(jù)中斷允許觸發(fā)器端口B的INTEB對應PC2端口B方式1輸出時：73方式1輸出時的控制字和控制信號課本P261圖6.28743、

方式2：雙向傳送方式方式2是端口A獨有的工作方式。外設既能在A口的8條引線上發(fā)送數(shù)據(jù)，又能接收數(shù)據(jù)。方式2將方式1的選通輸入輸出功能組合成一個雙向數(shù)據(jù)端口，可以發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)需要利用端口C的5個信號線，其作用與方式1相同方式2的使用場合：適用于雙向傳送數(shù)據(jù)，且輸入和輸出不同時發(fā)生的外設，適用于查詢和中斷方式的接口電路75方式2的聯(lián)絡信號STBA*—選通信號，低有效，外設

8255當其有效時，將輸入設備送來的數(shù)據(jù)鎖存至端口A的輸入鎖存器。IBFA—輸入緩沖器滿信號，高有效，8255外設有效時表示數(shù)據(jù)已送入到輸入鎖存器中。防止外設送來新的數(shù)據(jù)。OBFA*—輸出緩沖