第6章串并行接口11.ppt

第6章串并行通信和接口技术 6 1并行通信和并行接口6 2可编程并行接口芯片8255A6 3串行通信和串行接口6 4EIARS 232C串行接口标准6 5可编程串行接口芯片8251A 6 1并行通信和并行接口 并行通信 是指利用多条数据传输线将一个数据的各位同时传送 并行接口 实现并行通信的接口 传输速度快 适用于短距离通信 包括简单接口和可编程接口 输入或输出整字长的数据 计算机与外设之间采用应答式的握手信号来协调双方的数据传送操作 并行接口功能 实现系统数据总线与外部设备的电气缓冲隔离锁存系统数据总线上转瞬即逝的并行输出数据协调好接收和发送双方的逻辑关系和时间关系在需要时应具有采用中断传送方式的控制能力 可编程并行接口连接外设的示意图 6 2可编程并行接口芯片8255A 6 2 18255A的内部结构 1 数据端口 端口A 由一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存器 缓冲器组成 可工作于双向方式 端口B 由一个8位数据输入缓冲器和1个8位数据输出锁存器 缓冲器构成 端口C 由一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存器 缓冲器构成 C口可分为两个部分 配合A口和B口工作 2 A组控制和B组控制接收CPU控制字 决定8255A工作方式 3 读写控制逻辑负责管理8255A的数据传输过程 它接收CS引脚 来自于地址译码器 及A1 A0引脚 来自于系统地址总线 和RESET WR RD引脚 来自于系统控制总线 的信号 将这些信号进行组合后 得到对A组控制和B组控制部件的控制命令 并传递给这两个部件 以完成对数据信息 状态信息和控制信息的传输 4 数据总线缓冲器8位 双向 三态 可直接与数据总线相连 输入数据 输出数据和CPU送给8255A的控制字都通过它传送 8255A芯片引脚 6 2 28255A芯片引脚功能 8255A为40引脚双列直插的NMOS器件PA7 PA0 端口A的数据线 双向 三态输出 PB7 PB0 端口B的数据线 可输入 也可输出 PC7 PC0 端口C的数据线 可输入 也可输出 还可做A口或B口的控制信号线 D7 D0 数据线 与系统总线连接 RD 读信号 输入 低电平有效 从8255A读取数据WR 写信号 输入 低电平有效 把数据写入8255 CS 片选信号 输入 低电平有效 决定芯片地址 A0A1 端口选择信号 8255占4个端口地址 RESET 复位信号 输入 高电平有效 复位后清所有内部寄存器 8255A信号组合控制与操作 6 2 38255A的控制字 1 方式控制字方式控制字送到控制口 以选择A口 B口和C口的工作方式 方式控制字 8255A有三种工作方式 每种方式都可以输入也可以输出 方式0 无条件 基本 输入输出 方式1 查询 选通 输入输出 方式2 双向方式 A口有三种工作方式 B口仅有方式0和方式1工作方式 在方式1和方式2中C口作为联络信号 方式控制字 例如 要求8255A的各端口处于如下工作方式 端口A 方式0 输出 端口B 方式0 输入 端口C的高4位是输出 端口C的低4位是输入 设A口地址为60H B口地址61H C口地址62H 控制口地址63H 求出该控制字为83H 编程如下 MOVAL 83HOUT63H AL 2 端口C按位置1 置0控制字 按位控制字写入8255的控制口 该控制字仅对8255的端口C的输出锁存器操作 端口C按位置1 置0控制字 例如 设8255A的控制口地址为00EEHMOVAL 0FH 对PC7置1的控制字MOVDX 00EEH 将控制字的地址送DXOUTDX AL 对PC7进行置1操作MOVAL 06H 对PC3置0的控制字OUTDX AL 对PC3进行置0操作 6 2 48255A的工作方式 1 方式0 基本输入输出方式端口A B C均可作为输入输出口 不使用联络信号 适合无条件传送或查询传送方式 1 输入端口A B PC7 PC4和PC3 PC0均可编程工作于此方式 在此方式下 口线直接与端口输入缓冲器相连 输入不具有锁存功能 CPU用IN指令读取数据口以得到当前口线状态 A口有三种工作方式 B口仅有方式0和方式1两种 在方式1和方式2中C口作为联络信号 1 方式0 基本输入输出方式 2 输出端口A B PC7 PC4和PC3 PC0均可编程工作于此方式 在此方式下 输出口线通过端口输出缓冲器连接到端口输出锁存器 而且输出缓冲器被打开 CPU用OUT指令写数据到数据口 以把数据输出到端口输出锁存器 并到达口线 2 方式1 选通输入输出方式 只有A口 B口可以使用方式1进行输入输出传输 并且要占用端口C的某些位作为联络信号 又称握手信号handshaking 该方式可用于程序查询方式I O传送和中断方式I O传送 方式1的基本功能A口和B口可分别作为数据口工作在方式1 作为单向输入接口或单向输出接口 在A口和B口中 只要有一个端口工作在方式1 则C口中就有3位用于配合方式1工作 此时 另一端口和C口中的其余位可工作在方式0或方式1 由控制字决定 若A口和B口都工作在方式1 则C口有6位用于配合工作 余下的2位可由程序指定为输入或输出 1 选通输入方式 A口和B口工作于方式1输入时 各使用C口中的3位作联络信号 A口指定 PC4作为选通信号STBA 由外设来的输入 PC5作为输入缓冲区满信号IBFA 输出到外设 PC3则作为中断请求信号INTRA 输出到CPU或中断控制电路8259A B口指定 PC2作为STBB PC1作为IBFB PC0作为INTRB C口这些位和各信号之间的对应关系是在程序对端口设定工作方式时自动确定的 选通输入的联络信号 选通输入的联络信号说明 STB选通输入 低电平有效 表示外设送来的数据锁存进8255A的输入锁存器 IBF输入缓冲区满 输出 高电平有效 由STB自动将IBF置位 只要CPU未取走数据 IBF就一直保持高电平 阻止外设再送新的数据 由CPU读取数据 RD的上升沿 复位IBF INTR中断请求信号 输出 高电平有效 可向CPU申请中断 它是当STB为高 表明数据已输入8255A IBF为高 数据尚未被取走 和INTE 中断允许控制位 也为高时被置为高 而由CPU开始读数据 RD的下降沿 清除 INTEx中断允许 是一个控制中断允许或中断屏蔽的标志位 无引脚 由软件通过对C口的PC4或PC2位置 复位来控制 对PC4或PC2置 1 时 允许A口或B口中断 否则相应口的中断请求被屏蔽 即软件对PC4或PC2位的置 复位控制PC4或PC2引脚上的外来信号STBA或STBB是否产生中断请求信号 方式1输入时序 选通输入方式小结 当外设数据送到8255A的端口数据线PA7 PA0或PB7 PB0上时 外设用选通信号STB把数据锁存到8255A的输入锁存器 然后 8255A输出IBF信号给外设 阻止外设输入新数据 也可供CPU查询 选通信号使8255A向CPU发出INTR信号 若中断允许 CPU响应中断 发RD信号 把数据读入CPU 在RD有效后就清除中断请求INTR 当RD信号结束后 数据已读进CPU 就使IBF变低 表示输入缓冲器已空 通知外设可以输入新的数据 2 选通输出方式 当A口设定为方式1输出时 使用C口的PC7作为输出缓冲器满信号OBFA输出端 PC6作为外设接收数据后的响应信号ACKA输入端 PC3作为中断请求信号INTRA输出端 当B口设定为方式1输出时 用PC1作为OBFB输出端 PC2作为ACKB输入端 PC0作为INTRB输出端 A口和B口都工作在方式1输出时 C口中有6位被用作联络控制信号 余下PC4 PC5两位未用 可由方式选择字中的D3位定义为输入或输出 这些信号之间的对应关系是在程序对8255A设定工作方式时自动确定的 选通输出的联络信号 选通输出的联络信号说明 OBF输出缓冲器满 输出 低电平有效 由8255A送给外设 表示CPU已经把数据写到指定的端口 用以通知外设端口已有可用数据 外设可以把数据取走 它由CPU向8255A发出的WR的上升沿 CPU向8255A写完数据 置成有效 由外设发给8255A的ACK信号 表明外设已取走数据 置位为高电平 ACK收到响应信号 输入 低电平有效 由外设送给8255A 表示CPU发送到8255A的数据已经被外设取走 由它清除OBF 当它回到高电平时 8255A便向CPU发出中断请求INTR INTR中断请求信号 输出 高电平有效 当外设已接收了数据后 8255A用它作为向CPU发出的中断请求 通知CPU此次传送已经结束 要求CPU再次输出数据 当ACK OBF和INTE同时为 1 时INTR置位 而CPU向8255A发出的WR信号的下降沿 CPU开始向8255A写入新数据 使其复位 INTEx中断允许信号INTEA为PC6输出锁存器 INTEB为PC2输出锁存器INTEx 1中断允许 INTEx 0禁止中断 方式1输出时序 选通输出方式小结 端口工作在方式1输出时 一般采用中断方式 CPU响应中断后 在中断服务程序中 CPU输出数据并发出WR信号 WR信号一方面清除INTR 另一方面在WR上升沿使OBF有效 通知外设取走数据 实际上 OBF信号是启动外设工作的一个选通信号 在WR上升沿后 数据就出现在端口的输出缓冲器中 当外设收到数据后 向8255A发回一个ACK信号 它一方面使OBF失效 另一方面在ACK上升沿使INTR有效 由8255A向CPU发出中断请求 从而可开始一个新的输出过程 例题 微机系统通过8255A与外设交换数据 要求A和B口均工作在方式1 采用查询工作方式 8255A和输入输出外设 外设2 外设1 DB DB ACK STB IBF OBF STATR MOVDX CS 3 控制寄存器端口地址MOVAL 0A6H 方式1 端口A输出 端口B输入OUTDX ALMOVDX CS 2 端口C地址HP INAL DX 读IBFB状态 PC1 ANDAL 02HJZHP IBFB 0表示端口B无数据MOVDX CS 1 端口B地址INAL DX 通过端口B读外设1数据MOVDX CS 0 端口A地址OUTDX AL 把端口B的数据通过A端口输出MOVDX CS 2 端口C地址HT INAL DXANDAL 80H 读OBFA状态 PC7 JZHT OBFA 0数据还未取走JMPHP 3 方式2 双向方式 8255A的方式2为选通的双向I O方式 可用于程序查询方式和中断方式传送数据 仅A口有此工作方式 并且要占用C口的5位口线作联络信号线 方式2的基本功能A口 PA7 PA0 是一个8位的双向数据端口 C口的PC7 PC35根引脚作为A口数据传送的联络信号 当A口工作在方式2时 B口可工作在方式0或方式1 方式2的联络信号 方式2的联络信号说明 INTRA PC3 中断请求信号 输出 高电平有效 在输入和输出方式下 都可用于向CPU发出中断请求信号 OBFA PC7 输出缓冲器满信号 输出 低电平有效 是由8255A送给外设的控制信号 有效时 表示CPU已将一个数据写入8255A的A口 通知外设将数据取走 一般用作外设取走数据工作的启动信号 ACKA PC6 外设发给8255A的响应信号 输入 低电平有效 ACKA的有效沿启动8255A端口A的三态输出缓冲器 向外设送出数据 否则 输出缓冲器处于高阻状态 ACKA的上升沿是数据已被外设取走的回答信号 STBA PC4 选通输入 低电平有效 是外设送给8255A的选通信号 它把外设送到PA7 PA0的数据送到A口的输入锁存器 方式2的联络信号说明 IBFA PC5 输入缓冲器满 高电平有效 是8255A送给外设的状态信号 有效时 表示输入数据已进入8255A的A口输入锁存器 等待CPU取走 数据被CPU取走前 IBFA始终为高电平 阻止外设送来新的数据 INTE1中断允许标志位 当其为 1 时 A口的输出处于中断允许状态 允许8255A的INTR向CPU发中断请求 INTE1为 0 时 A口的输出中断屏蔽 禁止INTR发中断请求 它由对PC6的置 复位控制 INTE2中断允许标志位 当其为 1 时 A口的输入处于中断允许状态 否则 A口的输入为中断屏蔽状态 它由对PC4的置 复位控制 6 2 58255A的应用举例 使用8255A时 一般要完成以下几步工作 根据需要把8255A正确地接入系统中 对8255A进行初始化编程 在输入输出程序的控制下 完成数据的输入或输出 CPU对8255A的写操作可以分别对A口 B口 C口和控制寄存器进行 写入A口 B口 C口的是输出数据 写入控制寄存器的是发给8255A的方式选择控制字或C口置 复位控制字 CPU对8255A的读操作只能对A口 B口 C口进行 读入的信息分为两种 一种是当A口 B口 C口工作于方式0时 由A口 B口 C口输入的数据 另一种是当A口 B口工作于方式1时 由A口或B口输入的数据 以及由C口输入的A口或B口的状态信息 8255A的计算机连接 连接说明 8255的数据线D7 D0接8086系统的数据线低8位 8255的A0接8086的A1 8255的A1接8086的A2 使用偶地址传递信息 端口地址 8255A的应用举例 例 在8086系统中 用8255A的A口输出控制一位共阳极数码管 由C口的PC7 PC4输入接入4位DIP开关的设置 根据开关设置值 在数码管上显示相应的字型 注 LED数码管由8个发光二极管组成七段数码和小数点 8086与8255A的接口电路图 开关状态 十六进制 与字型码对照表 十六进制到字型码转换采用软件译码方式 程序 PORTAEQU60HPORTBEQU62HPORTCEQU64HPCTRLEQU66HDISPROCMOVAL 88H 初始化8255 初始化控制字 88HOUTPCTRL AL INAL PORTC 读开关状态MOVCL 4SHRAL CL 转成低4位LEABX SH TABXLATSH TAB 查表 字型码转换采用软件译码方式OUTPORTA AL 显示输出RETSH TABDB0C0H 0F9H 字型表DISENDP 作业 1 习题教材P15 16页中并口芯片练习 6 27 6 29 6 30 6 31 6 36 2 P233 235课本例题综合练习与实验 利用一片8255设计一个具有10个按键和6位LED数码管的键盘显示电路 使之能相互协同工作 不互相影响 每组交一份设计报告 提示 1 参考键盘与led显示实验 2 参考第6章参考ppt1与ppt2自学串口通信芯片8251 完成习题教材P14 15页的练习 不写作业本 6 3 6 8 6 9 6 11 6 3串行通信和串行接口 6 3 1串行通信串行通信 在通信过程中 如果交换的信息是以位为单位每次传送一位 且各位数据依次按一定格式逐位传送 则称为串行通信 串行接口 把串行外部设备连接到总线上 实现串行通信的接口就是串行接口 特点 连线少 远距离传送成本低 但要分别进行并 串和串 并转换 通讯速度慢 通信格式 包括数据格式 数据字节长度 传输速率及校验方式等 通信双方必须遵守统一的通信格式 才能确保通信正常 这种通信格式又叫通信协议 串行通信有两种协议 异步通信协议和同步通信协议 可编程串行接口的典型结构图 6 3 2串行通信中的几个问题 1 串行通信类型同步串行通信 SYNC SynchronousDataCommunication 将多个字符组成数据块传送 通信时数据块中的字符之间以及字符内的数位之间的时间间隔固定 收发双方时钟严格同步的通讯方式 适用于成批 大信息量的远程数据通信 异步串行通信 ASYNC AsynchronousDataCommunication 以字符为单位传送 每个单位称为一帧 通信时字符内每位间的时间间隔固定 而字符间时间间隔不固定 收发双方时钟不需同步的通讯方式 2 串行通信的线路传输方式 单工通信 只能单向传输 接收或发送 两线制 半双工通信 能进行接收或发送 但不能同时进行 两线制 全双工通信 能同时进行接收或发送 四线制 3 串行通信的数据传送速率 1 波特率 Baud 串行通信的数据传送速率 即每秒钟传送的二进制数的位数 其单位为bps bitspersecond 它是衡量串行数据速度快慢的重要指标 有时也用 位周期 来表示传输速率 位周期是波特率的倒数 1bps 1位二进制数位 秒 1比特 秒串行通信中 收发双方的速率必须相等 才能保证双方在字符以及格式方面的统一 避免差错 在异步串行输入 输出接口中 实现并行数据与串行数据转换的主要功能部件是发送和接收移位寄存器 异步串行通信中常用的波特率有 200 2400 4800 9600 19200 38400 57600 115200Baud等 同步通信速率高于异步通信 一般达几百kbps 串行通信的数据传送速率 2 发送 接收时钟 用于对传送的数据进行定位和同步控制 在串行传输过程中 如何将数字波形定时发送出去或接收进来 如何对发 收双方之间的数据传输进行同步控制的问题就引出了发送 接收时钟的应用 在发送数据时 发送器在发送时钟 下降沿 作用下将发送移位寄存器的数据按串行移位输出 在接收数据时 接收器在接收时钟 上升沿 作用下对来自通信线上的串行数据 按位串行移入移位寄存器 可见 发送 接收时钟是对数字波形的每一位进行移位操作 因此 发送 接收时钟又可叫做移位时钟脉冲 从数据传输过程中 接收方进行同步检测的角度来看 接收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具 为此 接收器采用比波特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力 通常 收 发时钟频率 n 波特率 n 波特率因子 串行通信的数据传送速率 3 波特率因子 发送 接收1个数据 1个数据位 所需要的时钟脉冲个数n 在波特率指定后 输入移位寄存器 输出移位寄存器在接收时钟 发送时钟控制下 按指定的波特率速度进行移位 一般几个时钟脉冲移位一次 对于同步通信 必须取n l 对于异步通信 n可取16 32 64等 常取n 16例如 波特率 9600bps 波特率因子为16 则16个时钟脉冲移位1次 接收 发送时钟频率 9600 16 153600Hz 4 通信传输协议 1 异步传输协议传输的数据以字符为单位 成为一个信息幀 一幀包括起始位 信息位和停止位 波特率几十Kbps 发送端和接收端使用各自的时钟 双方时钟可有不同 通过起始位和停止位进行同步 起始位1位 逻辑0 数据位有5 6 7 8位 低位在前 停止位有1 1 5 2位 逻辑1 常见异步传输格式 2 同步串行通信协议 同步通信协议取消起始位和停止位 将多个字符合并组成一个数据块 再在每个数据块前加上适当的控制数据 在块后加上CRC循环冗余校验码一起进行传输 具有较高的纠错率 收发双方严格使用同一个时钟同步工作 同步串行通信的数据传送速率也是以波特率表示的 由于其附加控制信息位仅占有效数据位的1 故数据传送速率可达几百Kbps 适用于大批量 高速的数据传送 同步通信协议有多种格式 现广泛采用一种高级数据链路控制协议 即HDLC High levelDataLinkControl 其格式 5 校验 常采用的校验方法有 奇偶校验和循环冗余校验CRC等方法 奇偶校验 国际电报电话咨询委员会CCITT建议 在异步传输中使用偶校验 在同步传输中使用奇校验 CRC校验 是一种常用的高级校验方法 在网络通信和磁盘存储器中多使用此方法 在数据块传送中 该数据块的CRC码的长度通常是两个字节 自学 6 4可编程串行接口芯片8251A 可用于异步串行通信 也可用于同步通信 由编程所定 同步方式下 每字符为5 6 7或8位 能自动检测同步字符 自动添加奇偶校验 波特率 0 64Kbps异步方式下 每字符可为5 6 7或8位 自动增加起始位 停止位和校验位 波特率 0 19 2Kbps 能自动检测数据传输过程中发生的重叠错 奇偶错 帧格式错 具有使用MODEM通信的能力 可以进行全双工通信 具有中断和查询输入 输出数据的能力 6 4 18251A的基本特性 6 4 28251A的基本工作原理 模式寄存器 决定工作于同步或异步模式以及接收和发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 1 8251A的内部结构 2 8251A的部分引脚信号 C D 控制 数据线 用于选择控制端口 数据端口 数据输入输出寄存器合用一个端口 控制寄存器与状态寄存器合用一个端口 TxE 发送器空信号 通知CPU发送移位寄存器空 此时 在状态寄存器的TxE位置1 TxRDY 发送器准备好 告诉CPU 8251A已准备好发送 CPU可以为其提供需要发送的字符 TxRDY为1的条件 数据输出缓冲器空 CTS低 TxEN高RxRDY 接收器准备好 通知CPU 8251A已从外部设备收到一个字符 等待CPU读取 CPU可以查询该信号 或把该信号作为中断请求信号 SYNDET 同步检测信号 只用于同步方式 内同步输出 外同步输入 8251A的部分引脚信号 TXD 发送数据信号 CPU送往8251A的并行数据转换为串行数据 经TXD送给MODEM或其他设备 RXD 接收数据 接收MODEM或其他设备的串行数据 DTR DataTerminalReady 数据终端准备好 由8251A发往外设 有效时表示允许外设 MODEM 与通讯线路接通 DSR DataSetReady 数据设备准备好 由外设发往8251A 有效时表示MODEM已和通讯线路接通 RTS RequesttoSend 请求发送 8251A发往外设 表示数据终端设备 DTE 准备发送数据 CTS CleartoSend 清除 准许 发送 表示MODEM准备好接收计算机数据 可以发送 外设通过8251A送给CPU 该信号必须为低电平 CPU才能往8251A发送数据 6 4 38251A的命令字与初始化编程 1 模式寄存器的格式 2 控制寄存器与状态寄存器的格式 8251A的控制字 EH 用于内同步 1 对同步字符检索 IR 内部复位 1 使8251A复位 RTS 请求发送信号是8251送给外设的 CPU可通过编程使其变低 以表示CPU已经准备好发送 ER 清除状态寄存器中的所有出错指示位 SBRK 发送空白字符RxE 允许接收位DTR数据终端就绪 输出TxEN 允许发送位 8251A的状态字 DSR 数据设备就绪 输入 RS232接口 SYNDET 1 达到同步 0 未同步FE 帧格式错OE 溢出错标志PE 奇偶错标志TxE 1 表示发送缓冲器空 EMPTY RxRDY 1 表示接收器准备好TxRDY 1 表示发送器准备好 8251A的两个端口地址 8251A有两个端口地址奇地址端口对应于控制 模式 同步寄存器和状态寄存器 即用奇地址端口写入时 写入控制字 模式字或同步字符 读出时 从状态寄存器中读出状态 偶地址读取时 对应于数据输入缓冲器 写入时对应于数据输出缓冲器 低8位数据总是与偶地址相关 高8位总是与奇地址相关 8086系统中 在硬件上常将地址总线的A1与8251A的C D引脚相连 而在