微型計算機(jī)原理與應(yīng)用09

目錄

第二章概述一

第二章IA-32結(jié)構(gòu)微處理器

第三章IA-32指令系統(tǒng)

第四章匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)

第五章存儲器

第六章顫接口技術(shù)基礎(chǔ)與，畿降

第七章中斷技術(shù)

第八章并行接口

第九童串行接口

第十章常用接口

§9.1串行通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳送方式

二:鐘

信號的調(diào)制和解調(diào)

差錯捽制

信道的多路靠用

串行通信的基本方式

-傳送方式

1.串行通信的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):節(jié)省傳送線。

缺點(diǎn)：傳送速度慢。

2.串行通信中的3種傳魴式

單工

?有一個站作為發(fā)送,一個站作為接收；只能是由A發(fā)送到瓦

站A站B

發(fā)送器接收器

工

圖9-1a單工不意圖

計算機(jī)的通信如圖12-6所示

電話線的頻帶如圖12-7所示.

計算機(jī)若讓數(shù)字信號直接通信,經(jīng)過傳送線,

信號就會畸變,如圖12-8所示。

圖12-6通信信號示意

電話線

圖12-8數(shù)字信號通過電話線傳送產(chǎn)生的崎變

圖12-7電話線的頻帶圖

用調(diào)制解調(diào)器(Modulator)把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號;用解調(diào)器(Demodulator)

檢測此模擬信號,再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,如圖12-9所示。

數(shù)字信號T模擬信號―數(shù)字信號

|1|0I1|0|

1010101010101010

-TUUITLI-WVWA/1

計算機(jī)MODEMJUMODEM

-ft—兩線電話線----f

圖12-9調(diào)制與解調(diào)示意圖

常用的調(diào)制方法

?(i)FSK(FrequencyShiftKeying)

把數(shù)字信號的T與"0"調(diào)

如圖12-10所示。

?②工作過程分析

兩個不同頻率的模擬信號,分別由電子

開關(guān)控制,在運(yùn)放器的輸入端相加,而

申子開羊由群傳輸?shù)臄?shù)字信號控制。當(dāng)

頻率1

信號為T時,控制上面的電子開關(guān)

WUWW.導(dǎo)通，送出一翱率較高的模擬信號；

頻率2

>WVLo:當(dāng)信號為"0"時,控制下面的電子開

DATA:關(guān)導(dǎo)通，送出一串頻率較低的模擬信號，

01010010:于是在運(yùn)放器的輸出端,就得到了調(diào)制

JT-TL:后的信號。

圖12-10FSK調(diào)制法原理圖

差錯控制的3種方式:

(1)自動請求重發(fā)ARQ

(2)前向糾錯FEC(具有自糾錯功能)

⑶混合糾錯HFC

實(shí)現(xiàn)檢錯糾錯的編碼方法:

?奇偶校驗(yàn)

循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)

?海明碼校驗(yàn)

交叉奇偶校驗(yàn)

多路復(fù)用技術(shù)

把多個信號按一定原則組合起來,在一條傳輸線路上用一套傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸。

兩種信道的多路復(fù)用技術(shù)

時分多路復(fù)用

?時分多路復(fù)用：將一條物理傳輸線路按時間分成若干時間片輪換為多個信號所占

用,每個時間片由復(fù)用的一個信號占用。

頻分多路復(fù)用

?頻分多路復(fù)用一將要同時傳送的多個信號進(jìn)行頻譜搬移,使其互不重疊地占據(jù)

信道頻帶的不同頻率段,然后經(jīng)發(fā)送器從同T言道上同時或不同時地發(fā)送出去。

到了接收端,再利用合適的濾波器將各個信號分離出來。

本串行通信的基本方式

異步串行通信的基本特點(diǎn)

字符與字符間的傳送完全異步,字符內(nèi)部的位與位之間同步傳送。

?同步串行通信的基本特點(diǎn)

數(shù)據(jù)流中的字符與字符之間和字符內(nèi)部的位與位之間都同步傳送。

§9.2串行通信規(guī)程與實(shí)現(xiàn)

傳輸控制規(guī)程包括:

?數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳輸速度、通信控制字符的定義、同步方式、傳輸

控制步驟、信息格式以及差錯控制等。

?異步通信規(guī)程

?同步通信規(guī)程

?串行I/O的實(shí)現(xiàn)

■串行通信的校驗(yàn)方法

異步通信規(guī)程

異步通信ASYNC(AsynchronousDataCommunication)

?異步通信傳送的一個字符是用起始位表示該字符的開始,用停止位表示字符的結(jié)

束。格式如圖12-1所示。每個字符由4部分組成。

?起始位,一般占1位,規(guī)定為低電平0。

?5~8位的數(shù)據(jù)位，規(guī)定從低位至高位依次傳送。

?0~1位的奇偶校驗(yàn)位。

?停止位(可以是1位、1位半或兩位)。規(guī)定為高電平。

?異步數(shù)據(jù)傳送中,CPU與外娃間遵循以下三項(xiàng)規(guī)定

采用在數(shù)據(jù)塊開始處用同步字符來指示。如圖12-3所示。

同步通信過程

在同步傳送之前,先按照一定的格神各種信息裝配成一例據(jù)包，數(shù)據(jù)包包括接收方

識別用的同步字符,幅緊跟著傳送n個字符,最后是兩個校驗(yàn)字符。

應(yīng)用范圍:

a.計算機(jī)到計算機(jī)之間的通信。

b.計算機(jī)到CRT/外設(shè)之間的通信

三、串行I/O的實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)

例如:CPU的數(shù)據(jù)通過電傳打字機(jī)串行輸出,一個字符用七位ASCH碼表示,加一位奇

偶校驗(yàn)位,T謔始位,兩位停止位,共11位。若電傳打字機(jī)的速度為110波特,

且要輸出的字符已在寄存器DL中。實(shí)現(xiàn)軟件程序

?硬件實(shí)現(xiàn)

?電路原理

?外部時鐘周期Tc和數(shù)據(jù)位周期Td的關(guān)系

?傳送操作

?椅杳長距離傳送產(chǎn)生錯誤的方法

?確保傳送過程可靠的其他手段

Q）奇偶校驗(yàn)一主要用于對一個字符的傳送過程進(jìn)行校驗(yàn)。

?①軟件奇偶校聆

?②硬件奇偶校驗(yàn)

(2)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)一種可對一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗(yàn)的

方法。主要用于同步方式或SDLC方式。

?①CRC校驗(yàn)原理SN54/74280(9位奇偶發(fā)生器/校驗(yàn)器)

或

?②CRC校驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)Intel8251AZ80

異步通信格式

圖12-1異步通信的格式

一位、一位

半、兩位

①字符格式

?由字符編碼、奇偶校驗(yàn)位,以及起始位和停止位構(gòu)成一'強(qiáng)。

②數(shù)據(jù)信號傳送速率

如數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/秒,而每字符包含10個數(shù)據(jù)位

?每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)為10x120=1200bit/s

?每一位的傳送時間為Td=l/1200=0.833ms

③波特率（信號傳輸率與波特率如圖12-2所示）

?在數(shù)據(jù)信源出口與調(diào)制解調(diào)器入口間、解調(diào)器出口與數(shù)據(jù)信宿入口間,用數(shù)

據(jù)信號傳輸率（bit/s）來描述數(shù)字信號的傳輸速度;

?在調(diào)制器出口、通信線路與解調(diào)器入口之間，用單位時間內(nèi)線路狀態(tài)變化的

數(shù)目（即波特率）來描述傳輸簸

同步通信格式

典HKFjiniimi

:?1S：3?3k……、?七…?X■…"1?^v

SYN字符打SYN字符#2數(shù)據(jù)

圖12-3同步字符

*同步傳送的速度通常為幾十~幾百千波特(KILOBAUD)o

*要求用時鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步。

TTYOUT:MOVCLQBH；設(shè)置輸出位數(shù)11位

MOVAL,DL；》各要傳送的字符AL

ORAL,AL清進(jìn)位標(biāo)志Cy

RCLALfl；Cy到A的bitO,即設(shè)置起始位

MORE:OUT(02H),AL輸出給TTY

CALLDELAY;與110波特相配合

RCRAL,1力恢復(fù)原來字符

STC；1-Cy,設(shè)置停止位

DECCL

JENMORE

RET

DELAY:MOVDL,6；延遲子程序

DLO:MOVDH,0B8H

DL1:DECDH

JNEDL1

DECDL

JNEDLO

RET

返回

電路原理

UAR/（UniversalAsynchronous

Receiver/Transmitter）------通用異步

理收器/發(fā)送器,其電路如圖12-11所

它的每一部分都是一個雙緩沖器結(jié)構(gòu)。

輸入時,由RxD來的串行數(shù)據(jù)先進(jìn)入

移位寄存器,然后并行輸入給緩沖器

（變?yōu)椴⑿校?最后由數(shù)據(jù)總線輸至

CPU。

發(fā)送時,由CPU來的并行數(shù)據(jù)由緩沖

器接收,然后送至移位寄存器,由

TxDT立一位移位輸出（變?yōu)榇校?/p>

圖12-11硬件UART電路

的關(guān)系為

TC=TJK

其中,K=16或64

返回

16T

DATA

啟動位

-?4T|?-1

啟動檢測確定已檢測到啟動位

圖12/2UART對數(shù)據(jù)的采樣

若K=16,在每一個時鐘脈沖的上升沿采樣接收數(shù)據(jù)線,若發(fā)現(xiàn)了第一個"0"（即為起始位

的開始），以后又連續(xù)采樣到8個"0",則確定它為起始位（不是干擾信號）,以后每隔16

個時鐘脈沖采樣一次數(shù)據(jù)線,作為輸入數(shù)據(jù),如圖12-12所示。

檢查長距離傳送產(chǎn)生錯誤的方法

在發(fā)送時由CPU來

在傳送的字符末尾增加一個奇偶校驗(yàn)位。發(fā)送數(shù)據(jù)

寄存器

在發(fā)送時,檢查每個要傳送的字符

①UART停

中的"1"的個數(shù),自動在奇偶校驗(yàn)位上添止十

位發(fā)送器移位

加丁或"0",使得"1"的總數(shù)（包括一寄存器

奇偶校驗(yàn)位）為偶數(shù)（在偶校驗(yàn)中；若在奇*

發(fā)送命令

校驗(yàn)中,則為奇數(shù)）,如圖所示。一發(fā)送數(shù)據(jù)

12-13時鐘

②在接收時,UART檢查字符的每一位以及奇偶校驗(yàn)位

奇偶校驗(yàn)的T的個數(shù)是否為偶數(shù),以確圖12-13在發(fā)送時產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)位的電路

定是否發(fā)生傳送錯誤,如圖12-14所示。

----------------------------------------接收數(shù)據(jù)

接收器

時鐘移位寄存器

8

停

止5

位

接收數(shù)據(jù)

寄存器

奇偶校驗(yàn)的結(jié)果

圖12-14在接收時奇偶檢驗(yàn)電也

確保磔過程可靠的其他手段

在UART中,增加出錯標(biāo)志的檢測。

UART常用的各種出錯標(biāo)志:

①奇偶錯誤(Purityerror)

?接收時,UART檢查接收到的每一字符的"1"的個數(shù),若不符合要求,則置這

個標(biāo)志,發(fā)出奇偶校驗(yàn)出錯信息。

②幀錯誤(Frameerror)

?接收時,若接收到的字符格式不符合規(guī)定(例如缺少停止位等)，則置出錯標(biāo)

志,發(fā)出幀錯誤信息。

③溢出錯誤(Overrunerror)

?接收時,若已接收到第二個字符的停止位,且要把它傳送到接收數(shù)據(jù)寄存器中

時,CPU還未取走上一個數(shù)據(jù),就會出現(xiàn)物居丟失，則置溢出錯誤標(biāo)志。

CRC校驗(yàn)原理1

一個n位二進(jìn)制數(shù)可以用一個(n-l)次的二進(jìn)制碼多項(xiàng)式表示如下:

n1n21

B(X)=Bn.1X-+Bn_2X-+……+BiX+BoX°

在一個信息長度為K位的二進(jìn)制序列后附加上r=(n-K)位校驗(yàn)位組成一個總長度n位的循環(huán)碼,

如圖12-15所示。

n位循環(huán)碼

CRC校驗(yàn)

碼

廠CRC校驗(yàn)原理2

每個循環(huán)碼都有自己的生成多項(xiàng)式G(X),循環(huán)碼中的每一位都可由這個生成多項(xiàng)式生成。若原來

的信息g步壩式用b(內(nèi)表",附加r似校驗(yàn)g后，華:

XB(X)+R(X)=G(X)Q(X)

其中Q(X)是XB(X)除以生成多項(xiàng)式G(X)所得到的商多項(xiàng)式，則整個循環(huán)碼多項(xiàng)式為:

V(X)=X'B(X)+R(X)

其中XB(X)的系數(shù)仍是原信息碼,R(X)為余數(shù)多項(xiàng)式,它的各項(xiàng)系數(shù)作為校驗(yàn)碼,就是CRC校

驗(yàn)碼。所以,CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼就是附加到信息位(數(shù)據(jù)位)之后,并且等于余數(shù)多項(xiàng)式R(X)

系數(shù)的附加字節(jié)。

發(fā)送方在發(fā)送信息的同時,用信息碼除以生成多項(xiàng)式。在信息發(fā)送完之后,緊接著發(fā)送計算所得

的余數(shù),即CRC校驗(yàn)碼。

接收方在接收信息的同時，用接收的全部信息位除以同一個生成多項(xiàng)式。當(dāng)信息碼接收完之后,

接著接收CRC校驗(yàn)碼,余數(shù)應(yīng)為0。如果結(jié)果不為0,則傳送出錯。

返回

§9.3串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口

串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232接口

?USB標(biāo)準(zhǔn)接口

IEEE1394標(biāo)甜妾口

串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232接口.常用引腳說明

Q)主要引腳信號連接規(guī)定如圖12-16所示。

?(2)聯(lián)絡(luò)控制信息線

?①請求發(fā)送(RequestToSend)

?②準(zhǔn)許發(fā)送(ClearToSend)——

?③數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DataTerminalReady)RTS

?④數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好(DataSetReady)忝

?⑤載波檢測(CarriedDetect)___

?(3)對各種信號的規(guī)定DTR

?①在TxD和RxD線上:而］

?MARK(即表示為1)=-3到-25V—

?SPACE(即表示為0)=+3至U+25VCD

?②在'、、、等線上100100J0

山；黑;;

起始位停位

RTSCTSDTRDSRCD

ON=+3到+25V,OFF=-3至U-25V

二、USB標(biāo)準(zhǔn)接口(P217-218)

■USB總線是通用串行總線

引入了網(wǎng)絡(luò)某些技術(shù)的一種四線電纜的傳輸總線。

有兩種數(shù)據(jù)傳輸率:12Mbps的高速信號和L5Mbps的低速信號。

易于擴(kuò)展通過USBHUB擴(kuò)展,可連接多達(dá)127個外設(shè)。

USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸模式:控制(Control)傳輸、同步(Synchronization)

傳輸、中斷(Interrupt)傳輸、批量(Bulk)傳輸。

1.USB接口的主要性能特點(diǎn)

2.USB硬件和軟件

3.USB接口的物理、電氣特性

4.USB總線的數(shù)據(jù)傳輸類型

§9.48251A可編程通信接口

■8251的基本件能

?8251的方框圖

?接口信號

?8251的編禾呈

?8251應(yīng)用舉例

二、8251的方框圖

1.接收器、

接收器接收來自Rx。腳上的串行數(shù)據(jù),并按規(guī)定的格式把它轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù),存放在

接收數(shù)據(jù)緩沖器中。

2.發(fā)送器

發(fā)送器接收到CPU送至的并行數(shù)據(jù)，加上起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，然后由TxD

腳發(fā)送。1

3.1/?？刂?(1)異步方式下;(2)同步方式下

讀寫控制邏輯一對CPU輸出的控制信號進(jìn)行譯碼,以實(shí)現(xiàn)表12-1所示的讀寫功能。

A

8251的方框圖

5個主要部分:接收器、

發(fā)送器、調(diào)制控制、F寫

絲蒯以及名?酬黑

緩淖器又由狀態(tài)緩沖

器、發(fā)送數(shù)'據(jù)4金念緩沖

*

C/麗D

WR

cs

DfR

DSR

RTS

CTS

圖12-198251的方框圖

"A

8251讀寫操作真值表

表12-18251讀寫操作真值表

CEC/DREADWRITE功能

0001CPU.從.、?.U..S?.―A?R-T讀-?'.數(shù)>..據(jù).

0101CPU從USART讀狀態(tài)

0,111LICPU寫數(shù)據(jù)到USART

011IJCPU寫命令到USART

1XXXUSART總線浮空（無操作）

接口信號一續(xù)1

1.與CPU的接口信號

①DB7~O_8251的外部三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線,可以追妾到CPU的數(shù)據(jù)總線。

②CLK~~輸入產(chǎn)生8251的內(nèi)部時序。

③一片選信號,由CPU的地址信號經(jīng)譯碼后產(chǎn)生。

④一控制/數(shù)據(jù)端。連接至(JCPU地址總線的A0。

⑤TxRDY(TransmitterReady)----?發(fā)送準(zhǔn)備好信號。

(6)Tx^TransmitterEmpty)-----?發(fā)送器空信號,高電平有效。

⑦RxRDY(ReceiverReady)—接收器準(zhǔn)備好信號。

⑧S限駐廠(SynchronousDetect)----同步檢測信號。

①數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DataTerminalReasy)DTR

②數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好(DataSetReady)DSR

③請求發(fā)送(RequestToSend)RTS

④準(zhǔn)許發(fā)送(ClearToSend)CTS

⑤接收器時鐘(ReceiverClock)RC

⑥接收器數(shù)據(jù)(ReceiverData)RD

⑦發(fā)送器時鐘(TransmitterClock)TC

⑧發(fā)送器數(shù)據(jù)(TransmitterData)TD

四、8251的編程

8251的初始化編程流程圖如圖12卻/際。

?方式詵擇字格式（規(guī)定8251的工作方式）

命令字格式（使8251處于規(guī)定的工作狀態(tài)）

狀態(tài)字格式（控制CPU與8251之間的數(shù)據(jù)交換）

系統(tǒng)RESET

初始化

圖17.71R9S1初飴伊編程的沛理圓

方式選擇字是規(guī)定8251的工作方

式的。方式選擇字格式如圖12-

7?京*^i4*ira幺日常妃商布

各組代表設(shè)置的含義見圖中說明。

注意:

①在同步方式時，緊跟在方式選

擇字后面的是由程序輸入的同步

字符。它是用與方式選擇字類似

的方法由CPU輸給USART的。

②在輸入同步字符后,或在異步

方式時,在方式選擇字后應(yīng)由

CPU輸給命令字。

圖12-22方式選擇字格式

D]D$D4D3DjDjD0

CPU通過I/O讀操作

將8251狀態(tài)寄存器

的狀態(tài)字讀入CPU,

用以控制CPU與

8251之間的數(shù)據(jù)交

換。

圖12-248251狀態(tài)字格式

五、8251應(yīng)用舉例

例：在A、B兩臺微機(jī)之間進(jìn)行串行通信，A機(jī)發(fā)送、B機(jī)接收。要求把A機(jī)上開發(fā)的應(yīng)用程序

(長度為2DH)傳送到B機(jī)中去。采用異步方式,卻長度為8位,2個停止位,波特率因

子為64.無校驗(yàn)，波特率為4800。CPU與8251之間采用查詢方式交換婁好居。端口地

配是：命令/狀態(tài)口為309H,數(shù)據(jù)口為308H。

解:

(1)分析：因?yàn)橹苯踊ミB和采用查詢方式,故收/發(fā)程序中只需檢查發(fā)/收的準(zhǔn)備好狀態(tài)是

芬簸，在準(zhǔn)備好時就發(fā)送或接收一個字節(jié)。

(2)設(shè)計

D]D.D4DjDjDiDe

內(nèi)部算位的命令字00100000

D]DeD5D<DjDjDjD@

方式字ililxlolililili

根據(jù)分析把兩臺微機(jī)都當(dāng)作DTE（DataTerminalEquipment,數(shù)據(jù)終端設(shè)備）o它們之間只需

TxD、RxD和SG（信號地）三根線連接就能通信。采用8251A作為接口的主芯片再配置少量附

加電路，如波特率發(fā)生器、RS-232c與TTL電平轉(zhuǎn)換電路、地址譯碼器電路等就可構(gòu)成一個串行

通信接口,如圖12-25所示。

圖1砥8251應(yīng)用鈔

、接收時鐘/

9.5可編程串行接口芯片8250

1.8250的主要功能

1）8250支持異步通信規(guī)程,

2）8250的異步通信的數(shù)據(jù)格式可由用戶編程選擇。

3）內(nèi)部具有可編程時鐘產(chǎn)生電路。

?4）具有獨(dú)立的接收時鐘輸入引腳。

5）有CPU發(fā)向調(diào)制解調(diào)器的信號,還有能接收并記錄由調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到計算機(jī)

的狀態(tài)信息?？煞奖愕嘏cMODEM相連。

6）具有帶優(yōu)先級排序的中斷系統(tǒng),有多種中斷源。

7）具有可記錄所有狀態(tài)信息的狀態(tài)寄存器和檢查起始位出錯的能力。

（1）8250的內(nèi)部寄存器及其尋址

表9-38250內(nèi)部寄存器尋址

DOBA.AtA：i被訪問的寄存器串口卡1串口卡2

接收^沖器RBR（讀）

00003F8H2F8H

發(fā)送綾沖器TBR（寫）

0001中斷允許寄存器IER3F9H2F9H

X010中斷識別寄存