西安电子科技大学--西电《计算机接口与通信技术》平时作业

1 西电西电 计算机接口与通信技术计算机接口与通信技术 平时作业平时作业 分数 分数 100100 分分 一 一 填空题 每空填空题 每空 2 2 分 合计分 合计 4040 分 分 1 计算机系统由 硬件 子系统和 软件 子系统组成 2 由于各种外设的工作原理 工作速度 信息格式 驱动方式差异很大 无法与 CPU 直接匹配 需要有一个 接口 电路来充当它们和 CPU 间 的桥梁 这部分电路被称为 I O 接口电路 I O 接口是位于 CPU 和 I O 设备 之间 3 I O 端口的编制方法有 独立编址 和 存储器统一编址 两种方法 4 输入 输出的传输方式有 程序直接控制的传输方式 直接存储器存 取 DMA 传输方式 和 I O 处理机 器 传输方式 5 可屏蔽中断是指 这种中断请求可以在 CPU 的内部被屏蔽掉 即 CPU 可以控制这种中断被响应和部被响应 6 中断向量是指 中断服务程序的入口地址 7 一般来说 计算机总线分为 系统总线 外部总线和 内部总线 三 部分 8 RS 232 接口是一种 串行 外部总线接口 9 8255A 可编程并行接口芯片有 3 个 8 位并行输入 输出端口 10 在串行异步通信中 在一个字符发送之前 先发送一个 起始位 位 11 所谓波特率是指 每秒钟所发送的二进制位数 12 串行接口芯片 8251A 的TXD引脚的功能是 串行数据发送引脚 13 UART 中的三种错误标志有奇偶错 溢出错和 帧错 二 简答题 每题二 简答题 每题 5 5 分 合计分 合计 4040 分 分 1 利用 8255A 为接口芯片 设 8255A 的端口地址为 8000H 8003H 将 A 组置为方式 1 且 A 口作为输入口 PC6 和 PC7 作为输出口 B 组置为方 式 1 且 B 口作为输入口 编写初始化程序 MOV DX 8003H MOV AL B OUT DX AL 2 有哪几种输入 输出的传送方式 并分别叙述每种方式的特点 2 答 主要有以下四种 1 循环测试 I O 方式 2 中断处理方式 3 直接 内存存取 DMA 方式 4 通道方式 程序方式 指用输入 输出指令 来控制信息传输的方式 是一种软件控制方 式 根据程序控制的方法不同 又可以分为无条件传送方式和条件传送方 式 无条件传送方式接口简单 适用于那些能随时读写的设备 条件传送方式 查询方式 的特点是接口电路简单 CPU 利用率低 程序循环等待 接口 需向 CPU 提供查询状态 适用于 CPU 不太忙 传送速度要求不高的场合 要求各种外设不能同时工作 外设处于被动状态 中断方式 当外设准备好时 由外设通过接口电路向 CPU 发出中断请求信 号 CPU 在允许的情况下 暂停执行当前正在执行的程序 响应外设中断 转入执行相应的中断服务子程序 与外设进行一次数据传送 数据传送结 束后 CPU 返回继续执行原来被中断的程序 其特点是 CPU 的利用率高 外设具有申请 CPU 中断的主动权 CPU 和外设之间处于并行工作状态 但中断服务需要保护断点和恢复断点 占用存储空间 降低速度 CPU 和 外设之间需要中断控制器 适用于 CPU 的任务较忙 传送速度要求不高的 场合 尤其适合实时控制中的紧急事件处理 存储器直接存取方式 DMA 外设利用专用的接口 DMA 控制器 直接与存储 器进行高速数据传送 并不经过 CPU CPU 不参与数据传送工作 总线控 制权不在 CPU 处 而由 DMA 控制器控制 其特点是接口电路复杂 硬件 开销大 大批量数据传送速度极快 适用于存储器与存储器之间 存储器 与外设之间的大批量数据传送的场合 3 简述串行通信的协议及异步串行通信的帧格式 答 串口通信的概念非常简单 串口按位 bit 发送和接收字节 尽管比 按字节 byte 的并行通信慢 但是串口可以在使用一根线发送数据的同 时用另一根线接收数据 步串行通信的数据格式 异步通信数据帧的第一位是开始位 在通信线上 没有数据传送时处于逻辑 1 状态 当发送设备要发送一个字符数据时 首 先发出一个逻辑 0 信号 这个逻辑低电平就是起始位 起始位通过通信线 传向接收设备 当接收设备检测到这个逻辑低电平后 就开始准备接收数 据位信号 因此 起始位所起的作用就是表示字符传送开始 4 简述 UART 中的三种错误标志及意义 答 UART 中的三种错误标志有奇偶错 溢出错和 帧错误 3 UART 是一种通用串行数据总线 用于异步通信 该总线双向通信 可以 实现全双工传输和接收 在嵌入式设计中 UART 用来与 PC 进行通信 包括与监控调试器和其它器件 如 EEPROM 通信 UART 通信 UART 首 先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输 消息帧从一个低位起始位 开始 后面是 7 个或 8 个数据位 一个可用的奇偶位和一个或几个高位停 止位 接收器发现开始位时它就知道数据准备发送 并尝试与发送器时钟 频率同步 如果选择了奇偶 UART 就在数据位后面加上奇偶位 奇偶位 可用来帮助错误校验 在接收过程中 UART 从消息帧中去掉起始位和结 束位 对进来的字节进行奇偶校验 并将数据字节从串行转换成并行 UART 也产生额外的信号来指示发送和接收的状态 例如 如果产生一个 奇偶错误 UART 就置位奇偶标志 数据方向和通信速度 数据传输可以 首先从最低有效位 LSB 开始 然而 有些 UART 允许灵活选择先发送最 低有效位或最高有效位 MSB 微控制器中的 UART 传送数据的速度范围 为每秒几百位到 1 5Mb 例如 嵌入在 ElanSC520 微控制器中的高速 UART 通信的速度可以高达 1 1152Mbps UART 波特率还受发送和接收线 对距离 线长度 的影响 目前 市场上有只支持异步通信和同时支持异步 与同步通信的两种硬件可用于 UART 前者就是 UART 名字本身的含义 在摩托罗拉微控制器中被称为串行通信接口 SCI Microchip 微控制器中 的通用同步异步收发器 USART 和在富士通微控制器中的 UART 是后者的 两个典型例子 5 简述 UART 发送器与接收器的工作原理 答 UART 首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输 消息帧从一 个低位起始位开始 后面是 5 8 个数据位 一个可用的奇偶位和一个或几 个高位停止位 接收器发现开始位时它就知道数据准备发送 并尝试与发 送器时钟频率同步 如果选择了奇偶 UART 就在数据位后面加上奇偶位 奇偶位可用来帮助错误校验 在接收过程中 UART 从消息帧中去掉 起始位和结束位 对进来的字节进行奇偶校验 并将数据字节从串行转换 成并行 UART 也产生额外的信号来指示发送和接收的状态 例如 如果 产生一个奇偶错误 UART 就置位奇偶标志 数据传输可以首先从最低有效位 LSB 开始 然而 有些 UART 允许灵活 选择先发送最低有效位或最高有效位 MSB 微控制器中的 UART 传 送数据的速度范围为每秒几百位到 1 5Mb 例如 嵌入在 ElanSC520 微控 制器中的高速 UART 通信的速度可以高达 1 1152Mbps UART 波特率还受 发送和接收线对距离 线长度 的影响 4 6 说明异步通信的字符格式 画出在 1200 波特率下 发送字符数据的波 形图 注出时间关系 假定采用奇校验 使用一位停止位 答 异步通信的字符格式为 位起始位 位数据位 位奇偶校验位 位停止位 在 1200 波特率下 发送字符数据的波形图及时间关系 7 简述 I O 接口 I O 端口 I O 接口技术的概念 CPU 与外部设备 存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现 前者被称为 I O 接口 而后者则被称为存储器接口 存储器通常在 CPU 的同步控制下工作 接口电路比较简单 而 I O 设备品种繁多 其相应的接口电路也各不相同 因此 习惯上说到接口只是指 I O 接 口 接口一般是指硬件连接的接口 如 USB 接口 COM 接口 串口等 端口一般是指软件端口 是给信息通讯所划分的通道口 是相对于软件来 说的 如 HTTP 的 80 端口等 I O 接口是一电子电路 以 IC 芯片或接口板形式出现 其内有若干专用寄存 器和相应的控制逻辑电路构成 它是 CPU 和 I O 设备之间交换信息的媒 介和桥梁 CPU 与外部设备 存储器的连接和数据交换都需要通过接口 设备来实现 前者被称为 I O 接口 而后者则被称为存储器接口 存 储器通常在 CPU 的同步控制下工作 接口电路比较简单 而 I O 设备 品种繁多 其相应的接口电路也各不相同 因此 习惯上说到接口只 是指 I O 接口 8 假定在串行通信时设定的数据传输率为 1200bit s 8 位数据位 无校 验 一个停止位 则传送完 4KB 的文件 需要多长时间 5 答 因为一帧包含 8 位数据位 个停止位 加上起始位共 位 波特率为 1200bit s 所以 传送完 4KB 的文件 所需时间为 1 1200 4 1024 10 34ms 三 三 设计题 每题 设计题 每题 5 5 分 合计分 合计 2020 分 分 1 若在 PC XT 系统总线上扩充设计一个输出端口 分配给该输出端 口的地址为 288H 输出锁存器选用 74LS273 试画出该输出端口 与系统总线的接口电路图 2 利用 8255A 为接口芯片 设 8255A 的端口地址为 280H 283H 将 PA 口设置为方式 0 输入 PB 口设置为方式 1 输入 PC 口设置为 方式 0 输出 试写出初始化程序 解 MOV DX 283H MOV AL 92H OUT DX AL 8 INTI50 MOV DX 02FBH 6 MOV AL 80H OUT DX AL 将通信控制寄存器 D7 1 MOV DX 2F8H MOV AL 0CH OUT DX AL 锁存除数低 8 位 INC DX MOV AL 0 OUT DX AL 锁存除数高 8 位 MOV DX 2FBH MOV AL 0AH 初始化通信线控制寄存器 OUT DX AL 数据为 7 位 停止位为 1 位 奇校验 MOV DX 2FCH 初始化 MODEM 控制器 MOV AL 03H 使 DTR 和 RTS 均为低电平 OUT DX AL MOV DX 2F9H MOV AL 03H OUT DX AL 写中断允许寄存器 从上面的初始化程序可以看到 首先写除数锁存器 为了写除数 首 先写通信线控制寄存器 使 DLAB l 然后写入 16 位的除数 000CH 即十进制数 12 由于加在 XTAL1 上的时钟频率为 1 8432MHZ 故 波特率为 9600 波特 分频系数 基准时钟 16 波特率 3 试编写使 8251A 可以发送数据的一段程序 将 8251A 设定为异步传送 方式 波特率系数为 64 采用偶校验 1 位停止位 8 位数据位 8251A 与 外设有握手信号 采用查询方式发送数据 假设 8251A 的数据端口地址为 04AOH 控制口地址为 04A2H 12 分 MOV DX 2F3H MOV AL 80H OUT DX AL 8255A 初始化 7 1us MOV DX 2F0H MOV AL 3FH OUT DX AL 向 PA 口输出 0 字符代码 但在 8251A 初始化之前应用软件方法使 8251A 复位 4 某一 A D 变换器的电原理图及主要工作时序如下图所示 D0 D7 VA 模拟信 号输入 变换时间 电原理图电原理图 工作时序工作时序 若分配给 8255A 的端口地址为 2F0H 2F3H 试将此 A D 变换 器通过 8255A 与 PC XT 系统总线连接起来 编写包括 8255A 初始化在内的对模拟输入信号采集变换一次的 程序 并将变化后的数据存入 DL 8 位 A D 变 换 器 EOC EOC START EOC START EOC 启动变换开始 变换结束 8 答 A D 变换器通过 8255A 与 PC XT 系统总线的连接 编写包括 8255A 初始化在内的对模拟输入信号采集变换一次的程序 并将变化后 的数据存入 DL MOV