微机原理第七章

1、微 机 原 理微机原理第七章 串并行通信及其接口微 机 原 理7.1 CPU与外设之间的数据传输7.1.1 CPU与I/O接口(1)接口电路的作用 微型计算机系统必须有各种接口电路。接口电路按功能可分为两类：一种是使微处理器正常工作所需要的辅助电路，如时钟信号或接收外部的多个中断请求等；另一种是输入/输出接口电路，微处理器用以接收外部设备送来的信息或将信息发送给外部设备。 外部设备如键盘、显示装置、打印机、磁盘机及完成检测和控制的仪表装置等都是通过输入/输出接口和总线相连的。外部设备的功能是多种多样的。有输入设备和输出设备，还有外设作为检测设备或控制设备。传输信息的形式，可能是数字式或模拟式的

2、。传输信息的方式，可能是并行的或者是串行的。传输信息的速度通常比CPU的速度低得多，且各种外设的工作速度互不相同。 为了使CPU能适应各种各样的外设，就需要接口电路，由它完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能，以实现CPU与外设的连接，完成相应的输入输出操作。 微 机 原 理(2)接口的功能 接口的基本作用是实现CPU与I/O设备之间的信息传输。为完成信息传输任务，接口应具备如下功能： 寻址功能 接口要识别选择存储器和I/O的信号及片选信号，以便判断CPU是否访问本接口。进一步还要判断是接口中哪个寄存器受到访问。 输入/输出功能 接口要根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作，

3、从而能从总线上接收数据和控制信息，或将数据或状态信息送到总线上。数据转换功能 串行接口要将CPU输出的并行数据转换成外设可接收的串行格式；反之，需将外设输入的串行格式信息转换成并行数据送往CPU。联络功能 当接口从总线上接收一个数据或者将一个数据送到总线上后，须发就绪信号，以通知CPU本次数据传输已经完成，可以进行下一次传输。微 机 原 理中断管理功能 作为中断控制器的接口应该具有发送中断请求情号和接收中断响应信号以及发送中断类型码的功能。若总线控制逻辑中没有中断优先级管理电路，则接口还应该具有优先级管理功能。复位功能 接口应能接收复位信号，使接口本身以及所连的外设进行重新启动。可编程功能 接

4、口可以根据需要用软件来决定其工作于不同的方式，用软件来设置有关的控制信号。即接口应具有可编程的功能。错误检测功能 在接口设计中，须考虑对错误的检测问题。当前多数可编程接口芯片一般都能检测下列两类错误： 一类是传输错误。接口采用奇/偶校验位对传输错误进行校验。有些接口对数据块传输能进行冗余校验。 另类是覆盖错误。当计算机输入数据时，如果计算机还没有取走数据，输入缓冲寄存器又被覆盖新的数据，就会产生一个覆盖错误。输出时也会产生覆盖错误。接口会在状态寄存器中设置相应的状态。微 机 原 理7.1.2 I/O接口与系统的连接 (1) CPU与I/O设备之间的信号 CPU和输入/输出设备之间有以下几类信号

5、： 1) 数据信息 数字量 由键盘，磁盘机、卡片机等输入信息，或由主机送给打印机、磁盘机、显示器及绘图仪的输出信息，以二进制形式或是以ASCII码表示的数据及字符，通常是8位的。 模拟量 在计算机控制系统中，输入信息多数是现场连续变化的物理量，如温度、湿度、位移、压力、流量等。通过传感器变成连续变化的电压或电流，这些电压和电流是模拟量。须经模拟量向数字量(A/D)的转换，才能送入计算机。计算机输出的数字量也要经过数字量到模拟量的转换（D/A）变成模拟量，才能控制现场。 开关量 开关量可表示两个状态，只要用1位二进制数表示。微 机 原 理 2) 状态信息 状态信息反映了当前外设所处的工作状态。对

6、于输入设备，用“准备好”(READY)信号来表明待输入的数据是否准备就绪；对于输出设备，用“忙”（BUSY）信号表示输出设备是否处于空闲状态。 3) 控制信息 控制信息是CPU通过接口传送给外设的，以便控制外设的工作，如外设的启动和停止信号就是常见的控制信息。实际上，控制信息往往随着外设的具体工作原理不同而含义不同。 数据信息、状态信息和控制信息是各不相同的，应该分别传送。但在微型计算机系统中，CPU通过接口和外设交换信息时，只有输入指令(IN)和输出指令(OUT)。所以，状态信息、控制信息也被广义地看成是一种数据信息。即状态信息作为一种输入数据，而控制信息作为一种输出数据，并且通过数据总线来

7、传送。 在接口电路中，这三种信息是进入不同的寄存器的。CPU送往外设的数据或者外设送往CPU的数据存放在接口的数据缓冲器中；从外设送往CPU的状态信息存放在接口的状态寄存器中；而CPU送往外设的控制信息则要存放到接口的控制寄存器中。微 机 原 理(2)接口部件的I/O端口 每个接口部件都包含一组寄存器，CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端口地址。用于对数据起缓冲作用的，称为数据端口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状态端口。用来存放CPU发出的命令，以控制接口和设备的动作，称为控制端口。 在8086/8088系统中

8、，有两个地址空间：一个为内存地址空间，一个为I/O端口地址空间。通过控制总线中 ( )引脚来确定CPU到底要访问内存空间还是I/O端口空间。CPU通过端口地址实现对I/O端口的访问。 CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。 IO/MM/IO微 机 原 理 CPU对接口的输入输出，所用到的地址总是对端口而言的，而不是对接口部件而言的。一个双向工作的接口芯片通常有4个端口，即数据输入端口、数据输出端口、状态端口和控制端口。数据输入端口和状态端口是只读的，数据输出端口和控制端口是只写的，系统为了节省地址空间，往往将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址，状态端口和控

9、制端口也常用同一个端口地址。CPU进行读操作时，是从数据输入端口或状态端口读出数据，而当CPU进行写操作时，是往数据输出端口或控制端口写入数据。微 机 原 理(3)接口与系统的连接 接口电路位于CPU与外设之间，它必须同时满足CPU和外设信号的要求。可以把一个接口分为两个部分，一部分用来和I/O设备相连，另一部分用来和系统总线相连。与I/O设备相连的接口结构是和设备的传输要求和数据格式有关的，不同的接口之间互不相同。但在所有接口电路中，与系统总线相连的结构则非常类似。 为了支持接口逻辑，系统中通常有总线收发器和相应的逻辑电路及地址译码器，以便将总线提供的地址码翻译成对接口的片选信号。微 机 原

10、 理(4)输入输出的寻址方式 CPU对外设的寻址方式通常有两种：(1) 存储器对应输入输出方式 外设端口作为存储器的一个单元来对待，每一个外设端口占有存储器的一个地址。对外部设备的访问和对存储器访问一样。 优点是：CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，寻址方式多，使用方便灵活。 缺点是：由于外设占用了存储单元的地址，使内存的容量减小，同时，程序的可读性下降。(2) 端口寻址的输入输出方式 CPU有专门用于端口的输入输出指令，如IN指令和OUT指令，通过这些指令中的地址来区分不同的外设。有两个地址空间来区分内存地址空间和I/O端口地址空间。8086/8088CPU就是采用的这种寻址方式。

11、 优点是：容易掌握，编出的程序可读性好。 缺点是：可寻址的范围较小（取决于输入输出指令的寻址方式），必须有相应的控制线来区分是寻址内存还是外设。微 机 原 理7.2 可编程的并行接口 Intel 8255A7.2.1 并行通信与接口 并行通信就是把一个字符的各位同时进行传输。并行通信的信息实际传输速度快，信息率高。但并行通信所用的电缆要多，故并行通信总是用在传输速率要求较高，而传输距离较短的场合。 实现并行通信的接口就是并行接口。并行接口可以设计为只用来输出，也可以只用来输入，或既作为输入又作为输出接口。 Intel 8255A是一个通用的可编程的并行接口芯片，它的内部有三个并行I/O口，又可

12、通过编程设置多种工作方式，价格低廉，使用方便，可以直接与Intel系列的芯片连接使用，在中小系统中有着广泛的应用。 微 机 原 理 8255A是一个40个引脚的双列直插式芯片，8255A由以下几部分组成：1三个数据端口A，B，C A口：8位I/O口，内部有对数据输入/输出的锁存功能。 B口：8位I/O口，输入的数据不锁存，对输出的数据有锁存功能。 C口：可以是独立的8位I/O口，也可以是两个独立的4位I/O口，还 可以用作A口和B口的控制信号。输入的数据不锁存，仅对输 出的数据有锁存功能。 2A组和B组的控制电路 控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方

13、式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。整个控制任务分成两组进行，其中A组控制电路用来控制A口及C口高4位，而B组控制电路则用来控制B口及C口的低4位。 3数据总线缓冲器8位的双向的三态数据总线缓冲器。4读/写控制逻辑 读/写控制逻辑电路管理8255A的数据传输过程。有片选信号及系统读信号、写信号、复位信号RESET，及系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。通过这些信号的组合得到对A组部件和B组部件的控制命令，并将这些命令送给两组控制部件来控制8255A的具体操作。 7.2.2 8255A的编程结构微 机 原 理7.2.3 8255A的引脚功能的引脚功能 8255A作为一个

14、通用的I/O接口芯片，在系统中的位置位于CPU与外设之间。它的引脚信号可以分为两组：一组是面向CPU的信号，一组是面向外设的信号。 微 机 原 理8255A的操作功能表 A1 A0操 作 数 据 传 送 方 式 0 0 1 0 0 读 A 口A口数据 数据总线 0 0 1 0 1 读 B 口B口数据 数据总线 0 0 1 1 0 读 C 口C口数据 数据总线 0 1 0 0 0 写 A 口数据总线数据 A口 0 1 0 0 1 写 B 口数据总线数据 B口 0 1 0 1 0 写 C 口数据总线数据 C口 0 1 0 1 1 写控制口 数据总线数据 控制口 CSRDWR微 机 原 理7.2.4

15、 8255A的工作方式 8255A一共有三种工作方式，用户可以通过编程来设置。 方式0：简单输入/输出 方式1：选通式输入/输出 方式2：双向传输，只有 A口才有 微 机 原 理1方式0 方式0为一种简单的输入/输出方式，任一I/O端口(包括A口，B口和C口)都可工作于输入/输出方式，由CPU用简单的I/O指令来进行读/写。当选用8255A的方式0作为查询式接口电路时，原则上可用A，B，C三个口的任一位充当查询信号，(但通常都是选用C口，这和C口的编程有关)，通过对这位的读/写操作（或单一的置位/复位功能）来完成。其余I/O口仍可作为独立的端口和外设相连。方式0的应用场合有两种：一种是同步传送

16、；一种是查询传送。 在同步传送时，发送方和接收方的动作由一个时序信号来管理，所以双方互相知道对方的动作，不需要应答信号。因此，这种情况下对接口要求很简单，只要能传送数据就行，此时8255A的三个数据端口可以实现三路数据传送。 查询传输时，需要有应答信号，此时端口A和端口B常作为数据端口，把端口C的两部分(高、低位)用来输出一些控制信号和接收一些状态信号，这样端口C就用来配合端口A和端口B工作。 微 机 原 理2方式1 方式1是一种选通I/O方式，在这种方式下，A口和B口仍作为两个独立的8位I/O数据通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们为输入或输出。而C口则要有6位(分成两个3位)分别作为

17、A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0，可通过编程设置为输入或输出。使用8255A方式1工作时，最需要引起注意的是C口的使用。对应A口或B口方式1的输入/输出，C口提供应答线的引脚均是固定的(详见下面的输入/输出组态)，这些引脚的功能也是固定的，且不能通过编程的方式来改变。 微 机 原 理(1) 方式1的输入组态和应答信号的功能 C口的PC3-PC5用作A口的应答联络线，PC0-PC2则作用B口的应答联络线，下余的PC6PC7则可作为方式0使用。应答联络线的功能如下： ：选通输入。由外设8255A，用来将外设输入的数据装入 8255A的输入缓冲器。 IBF ：输入缓冲器满。由8255

18、A外设，作为STB的回答信号，说明数据已送至8255A的输入缓冲器，CPU还未将数据取走，通知外设停止送数。当CPU将数取走以后，IBF失效，外设可继续送数。 INTR：中断请求信号。由8255ACPU，通知CPU从8255A的输入缓冲器中取数。INTR置位的条件是STB为高且IBF为高且INTE为高。 INTE：中断允许。对A口是由PC4置位来实现，对B口则是由PC2置位来实现。相当于8255A内部的允许中断信号，若不事先将其置位，则8255A的方式1输入无法工作。 STB微 机 原 理 (2)方式1的输出组态和应答信号功能 在输出操作时，是C口的PC3和PC6PC7充当A口的应答联络线，而

19、PC0PC2仍作为B口的应答联络线，余下的PC4和PC5则可作为方式0使用。此时，各应答联络线的功能如下： ：输出缓冲器满。由8255A外设，当CPU已将要输出的数据送入8255A时有效，用来通知外设可以从8255A取数。 ：响应信号。由外设8255A，作为对 的响应信号，表示外设已将数据从8255A的输出缓冲器中取走。 INTR：中断请求信号。由8255ACPU，通知CPU向8255A的输出缓冲器中送数。INTR置位条件是ACK为高且OBF为高且INTE为高。 INTE：中断允许。作用同方式1的输入，不同的是对A口来讲，由PC6的置位来实现，对B口仍是由PC2的置位来实现。 OBFACKOB

20、F微 机 原 理3方式2 方式2为双向选通I/O方式，只有A口才有此方式。这时，C口有5根线用作A口的应答联络信号，其余3根线可用作方式0，也可用作B口方式1的应答联络线。 (1) 方式2的组态 是方式1的输入与输出方式的组合，各应答信号的功能也相同。而C口余下的PC0PC2正好可以充当B 口方式1的应答线，若B口不用或工作于方式0，则这三条线也可工作于方式0。 当A口工作在方式2时，是C口的PC3PC7充当A口的应答联络线，而PC0PC2仍可作为B口的应答联络线，或作为方式0使用。此时，各应答联络线的功能同方式1。 微 机 原 理(2)方式2和其它方式的组合 当8255A的端口A工作于方式2

21、时，端口B可以工作在方式1或方式0， 端口B可作为输入口，也可以作为输出口。方式 2 和方式 0 输入的组合 当端口A工作于方式2，端口B工作于方式0的输入时，方式选择控 制字的格式为：11XXX01T，X表示与其取值无关，T表示视情况可取 1或0。端口C的5个数据位用来配合端口A和端口B的工作。方式 2 和方式 0 输出的组合 当端口A工作于方式2，端口B工作于方式0的输出时，方式选择控 制字的格式为：11XXX00T。方式2和方式1输入的组合 当端口A工作于方式2，端口B工作于方式1的输入时，方式选择控 制字的格式为：11XXX11X，端口C的8个数据位用来配合端口A和端 口B的工作。方式

22、2和方式1输出的组合 当端口A工作于方式2，端口B工作于方式0的输出时，方式选择控 制字的格式为：11XXX10X，端口C的8个数据位用来配合端口A和端 口B的工作。 微 机 原 理7.2.5 8255A的编程及应用的编程及应用18255A的编程 8255A的编程涉及到两个内容：一个是写控制字设置工作方式等信息，另一个是使C口的指定位置位/复位的功能。 (1) 控制字格式 =1 控制字标志 C口低4位控制 A组工作方式 1 - 输入 00 - 方式0 A口控制 0 - 输出 01 - 方式1 1 - 输入 B口控制 1x - 方式2 0 - 输出 1 - 输入 0 - 输出 C口高4位控制 B

23、组工作方式 1 - 输入 0 - 方式0 0 - 输出 1 - 方式1 D7D6D5D4D3D2D1D0微 机 原 理(2) C口的置位/复位功能 是通过向控制口写入按指定位置位/复位的控制字来实现的。C口的这个功能可用于设置方式1的中断允许，可以设置外设的启/停等。=0 控制字标志 1 - 置位 0 - 复位 无意义 置位/复位引脚编码 000 - PC0 001 - PC1 . 111 - PC7 D7D6D5D4D3D2D1D0微 机 原 理2接口应用举例例3 利用8255A的A口方式0与微型打印机相连，将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出。试完成相应的软硬件设计。（CPU为8088）

24、微型打印机和主机之间的接口采用并行接口，目前绝大多数打印机采用的并行接口方式。并行接口信号虽然还没有一个统一的国际标准，但一般都是按照Centronics标准来定义插头插座的引脚。 并行接口的打印机的工作流程是：主机将要打印的数据送上数据线，然后发选通信号。打印机将数据读入，同时使BUSY线为高，通知主机停止送数。打印机内部对读入的数据进行处理。处理完以后ACK有效，同时使BUSY失效为低，通知主机可以发下一个数据。 PC0充当打印机的选通信号，用PC0的置位/复位来产生选通。由PC7来接收打印机发出的“BUSY”信号作为能否输出的查询。 微 机 原 理8255A的控制字为：10001000B

25、 A口方式0，输出；C口高位方式0输入，低位方式0输出；8255A的4个口地址分别为：00H，01H，02H，03H。 编制程序如下： DADA SEGMENTBUFF DB This is a print program!，$DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS：CODE， DS：DATASTART：MOV AX， DATA MOV DS， AX MOV SI，OFFSET BUFF MOV AL， 88H ；8255A初始化，A口方式0，输出 OUT 03H， AL ； C口高位方式0输入，低位方式0输出 MOV AL， 01H； OUT 03H，AL ；使PC0

26、置位，即使选通无效WAIT： IN AL， 02H TEST AL， 80H ；检测PC7是否为1即是否忙 JNZ WAIT ；BUSY为 1 ，为忙则等待 MOV AL，SI CMP AL，$ ；是否结束符 JZ DONE ； 是则输出回车微 机 原 理 OUT 00H，AL ；不是结束符，则从A口输出 MOV AL，00H ；使PC0复位，产生低电平选通信号 OUT 03H， AL MOV AL， 01H ；使PC0置位，即使选通无效 OUT 03H，AL ； INC SI ；修改指针，指向下一个字符 JMP WAITDONE： MOV AL，CR OUT 00H，AL ；输出回车符 MO

27、V AL， 00H OUT 03H，AL MOV AL， 00H OUT 03H，AL ；产生选通 MOV AL，01H OUT 03H，AL MOV AL，LF OUT 00H，AL ；输出换行符 MOV AL， 00H OUT 03H，AL MOV AL， 00H OUT 03H，AL ；产生选通 MOV AH，4CH INT 21H CODE ENDS END START微 机 原 理例4 8255A的工作方式为方式 1 ，采用中断方式将BUFF开始的缓冲区中的100个字符从打印机输出。（假设打印机接口仍采用Centronics标准） 根据Centronics标准，可以将接口的输出连接到

28、8255A的PC6作为A口的，而接口的选通信号仍由PC0承担，用软件方式产生。8255A的中断请求信号（PC3）接至系统中断控制器8259A的IR3。 8255A的控制字为：1010XXX0B A口方式1输出；C口低位方式0输出PC6置位：00001101B 允许8255A的A口输出中断；8255A的4个口地址分别为：00H，01H，02H，03H。 8259A初始化时送ICW2为08H，8255A A口的中断类型码是0BH，此中断类型码对应的中断向量应放到中断向量表从2CH开始的4个单元中。 微 机 原 理编制主要程序段如下：主程序： MAIN：MOV AL，0A0H OUT 03H，AL

29、；设置8255A的控制字 10100000 MOV AL，01H ；使PC0置位，即使选通无效 OUT 03H，AL XOR AX，AX MOV DS，AX MOV AX，OFFSET ROUTINTR MOV WORD PTR 002CH，AX MOV AX，SEG ROUTINTR MOV WORD PTR 002EH，AX ；送中断向量 MOV AL，0DH ；00001101 使PC6置位 OUT 03H，AL ；使8255A A口输出允许中断 MOV DI，OFFSET BUFF ；设置地址指针 MOV CX，99 ；设置计数器初值 MOV AL，DI OUT 00H，AL ；输出一

30、个字符 INC DI MOV AL，00H OUT 03H，AL ；产生选通微 机 原 理 INC AL OUT 03H，AL ；撤消选通 STI ；开中断NEXT：HLT ；等待中断 LOOP NEXT ；修改计数器的值，指向下一个要输出的字符 HLT中断服务子程序如下：ROUT：MOV AL，DI OUT 00H，AL ：从A口输出一个字符 MOV AL，00H OUT 03H，AL ：产生选通 INC AL MOV 03H，AL ；撤消选通 INC DI ：修改地址指针 IRET ：中断返回微 机 原 理7.3 串行通信和可编程串行接口芯片8251A7.3.1 串行通信基础1并行通信与串

31、行通信 数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种，串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送。其特点是通信线路简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低了成本，特别适用于远距离通信；缺点是传输速度慢。串行通信用于计算机与终端之间以及计算机与计算机之间的通信，是构成计算机网络的基础。串行通信还广泛用于计算机与串行打印机、鼠标器、绘图仪、传真机、键盘、远距离数据采集等外围设备之间的信息传送。 串行通信使设备之间的连线减少了，但也带来一些问题，如串行数据与并行数据的相互转换等问题，这使串行通信比并行通信较为复杂。虽然串-并转换可用软件实现。但其速度慢，且占用CPU大量时间，影响系统的性能

32、。更为方便的实现方法是用硬件，目前常用的微处理机串行接口芯片有：通用的异步接收/发送器(UART)和异步通信接口适配器(ACIA)等。 微 机 原 理 起始位：当要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑”0”信号，表 示传输字符的开始。该位的持续时间是波特率的倒数。 数据位：它紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码，也可采用EBCD码、电报码等。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位

33、、2位的高电平。接收设备收到停止位之后，通讯线便又恢复逻辑“1”状态，直至下一个字符数据的起始位到来。 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。 2串行通信方式 根据同步方式的不同，串行通信又分为异步通信（ASYNC）与同步通信(SYNC)两种方式。(1) 异步通信及其协议 异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，但在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。异步通信在计算机数据传输中用得较多，它的控制电路比较简单，适用于传输数据量较小的系统。 通信协议又称通信规程，是控制数据传送的有关规定，发送方与接收方必须共同遵守。异步通信采用电报通信中

34、的电传打字机（TTY）规程，下图是异步串行通信的数据信息格式，其中各位的意义如下： 微 机 原 理 关于波特率的问题，它是衡量数据传送速率的指标。表示每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为101201200位/秒1200bit/s。波特率和有效数据位的传送速率并不一致，上述10位中，真正有效的数据位只有7位，所以，有效数据位的传送速率只有7120840位/秒。 异步通信要求在发送每一个字符时都要在数据位的前面加上1位起始位，在数据位后面要有1位或15位或2位的停止位。在数据位和停止位之间可以有1位奇偶校验位，数据位可以为5-8位长。字

35、符之间允许有不定长度的空闲位。传送开始后，接收设备不断地检测传输线，当在测到一系列的“1”之后检测到一个“0”，就确认一个字符开始，于是以位时间(1/波特率)为间隔移位接收规定的数据位和奇偶校验位，拼装成一个字符的并行字节。这之后应接收所规定位长的停止位“1”，若没有收到即为“帧出错”。只有既无帧出错又无奇偶错才算正确地接收到一个字符。一个字符接收完毕，接收设备又继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一字符的开始。 微 机 原 理(2) 同步串行通信及其规程 同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔

36、也是固定的。 同步通信的数据格式如下图所示。它是以数据块为单位传送的，每个数据块内由一个字符序列组成。每个字符取相同的位数；字符之间是连续的，没有起始位和停止位，也不能有空隙。在数据块的前面置有1至2个同步字符，作为帧的边界和通知对方接收的标志。后面是校验字符，用于校验数据传输中出现的差错。在进行数据传输时，发送方和接收方要保持完全同步，即使用同一时钟来触发双方移位寄存器的移位操作。在近距离通信时可以在传输线上增加一根时钟信号线；在远距离通信时可以通过解调器从数据流中提取同步信号，在接收方用锁相环电路，可以得到和发送时钟完全相同的时钟信号。 微 机 原 理3数据传送方式 在串行通信中，数据传送

37、是在两个通讯方之间进行的，根据数据传送方向的不同有以下三种方式。 (1)单工方式 只允许数据按照一个固定的方向传送，即一方只能作为发送站，另一方只能作为接收站。(2)半双工方式 数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，每次只能有一个站发送，另一个站接收。通信双方可以轮流地进行发送和接收。(3)全双工方式 允许通信双方同时进行发送和接收。A站在发送的同时也可以接收，B站亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条传输线。ABABAB微 机 原 理4信号传输方式(1)基带传输方式 在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号。它要求传送线

38、的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。由于线路中存在着电感、电容及漏电感、漏电容等分布参数，矩形波通过传输线后会发生畸变、衰减和延迟而导致传输的错误。信号的频率越高、传输的距离越远这种现象则越严重，因此基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。微 机 原 理(2)频带传输方式 频带传输方式又称为载波传输方式。在远距离通信时，通常是利用电话线传输的。电话线的频带在300HZ3400HZ之间，由于频带不宽，用它来直接传输数字信号时，就会出现畸变失真，但用它来传送一个频率为1000Hz2000Hz的模拟信号时，则失真较小。在长距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，接收方则用解调器将接

39、收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。 实现调制和解调任务的装置称为调制解调器(MODEM)。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号(载波)上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线。 常用的调制方式有三种：调幅、调频和调相。 微 机 原 理5串行接口标准 串行接口标准指的是计算机或终端(数据终端设备DTE)的串行接口电路与调制解调器MODEM等(数据通信设备DCE)之间的连接标准。在计算机网络中，由它构成网络的物理层协议。(1) RS-232C标准RS-232C标准是与TTY规程有关的接口标准

40、，也是目前普遍采用的一种串行通信标准，它是美国电子工业协会于l969年公布的数据通信标准。该标准定义了数据终端设备DTE与数据通信设备DCE之间的连接器形状、连接信号的含义及其电压信号范围等参数。 微型计算机之间的串行通信就是按照RS-232C标准设计的接口电路实现的。如果使用一根电话线进行通信，那么计算机和MODEM之间的连线就是根据RS-232C标准连接的。 微 机 原 理信号线 RS-232C标准规定接口有25根连线。虽然其中的绝大部分信号线均已定义使用，但在一般的微型计算机串行通信中，只有以下9个信号经常使用，这些引脚和功能分别如下： TXD（第2脚）：发送数据线，由计算机到MODEM

41、。计算机通过此引脚发送数据到MODEM。 RXD（第3脚）：接收数据线，由MODEM到计算机。MODEM将接收下来的数据通过此引脚送到计算机或终端。 （第4脚）：请求发送，由计算机到MODEM。计算机通过此引脚通知MODEM，要求发送数据。 （ 第 5 脚 ） ： 允 许 发 送 ， 由MODEM到计算机。MODEM可以发送数据时，通过此引脚发出作为对 的回答，然后计算机才可以进行发送数据。 （第6脚）： 数据装置就绪 (即MODEM准备好)，由MODEM到计算机。表 示 调 制 解 调 器 可 以 使 用 ( 即 表 明MODEM已打开并已工作在数据模式下)，该信号有时直接接到电源上，这样当

42、设备连通时即有效。RTSRTSCTSDSR CD（第8脚）：载波检测(接收线信号测定器)，由MODEM到计算机。当此信号有效时，表示MODEM已接收到通信线路另一端MODEM送来的信号，即它与电话线路已连接好。 RI（第22脚）：振铃指示，由MODEM 到计算机。MODEM 若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。 （第20脚）：数据终端就绪，由计算机到MODEM。计算机收到RI信号后，就发出该信号到MODEM作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。 GND（第7脚）：地 DTR RS-232C是一种标准接口，它是一个D型插座，采用25芯引脚或9芯引脚的连接器，如图

43、所示。微 机 原 理逻辑电平 RS-232C标准采用EIA电平，即规定“1”的逻辑电平在-3V-15v之间，规定“0”的逻辑电平在+3V+15V之间，高于+15V或低于-15V的电压被认为无意义，介于+3V和-3V之间的电压也无意义。 对于TXD、RXD这两根数据信号线，EIA的逻辑“1”和“0”就表示数字信号的“1”和“0”。对 、 、 、 、CD等控制状态信号线，则恰好是EIA的逻辑“0”为信号的有效状态，即开关的接通(ON)状态，此时电平值为+3V+15V。RS-232C采用这样的逻辑电乎标准主要是为了防止干扰，一般在30米距离内可以进行正常信号传输。 由于EIA电平与TTL电平完全不同

44、，因此，为了与TTL器件连接，必须进行相应的电平转换，通常采用专用的芯片来完成这项任务。MCl488可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MCl489则可完成EIA电平到ITL电平的转换。 除了RS-232C标准以外，还有一些其它的通用的串行接口标准，如RS-422,RS-449等。 RTSCTSDSRDTR微 机 原 理7.3.2 8251A的基本性能 8251A是可编程的串行通信接口芯片，它可以管理信号变化范围很大的串行数据通信。概括起来，它有下列基本性能：1通过编程，可以工作在同步方式，也可以工作在异步方式。同步方 式下，波特率为064K，异步方式下，波特率为019.2K。2在同步方式下

45、，每个字符可以用5、6、7或8位来表示，并且内部能 自动检测同步字符，从而实现同步。除此之外，8251A也允许同步 方式下增加奇/偶校验位进行校验。3在异步方式下，每个字符也可以用5、6、7或8位来表示，时钟频率 为传输波特率的1、16或64倍，用1位作为奇/偶校验。8251A在异步 方式下能自动为每个数据增加1个启动位，为每个数据增加1个、1.5 个或2个停止位。可以检查启动位，自动检测和处理终止字符。 4全双工的工作方式，其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。 5提供出错检测，具有奇偶、溢出和帧错误等校验电路。 微 机 原 理 5.3 8251A的内部结构 8251A是Intel公司的产

46、品，采用双列直插式封装，28个引脚。它的内部结构如下图所示。由结构图可看出，8251A的内部包含有发送器、接收器、数据总线缓冲器、读/写控制电路和调制解调控制电路等五大部分。微 机 原 理1发送器 发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。CPU需要发送的数据经数据发送缓冲器并行输入锁存到发送缓冲器中。如果是采用异步方式，则由发送控制电路在其首尾加上起始位和停止位，然后从起始位开始，经移位寄存器从数据输出线TXD逐位串行输出，其发送速率取决于TXD端收到的发送时钟频率。如果是采用同步方式，则在发送数据之前，发送器将自动送出1个(单同步)或2个(双同步)同步字符，然后才逐位串行输出数据。 当发

47、送器作好接收数据准备时，由发送控制电路向CPU发出了TXRDY有效信号，CPU可立即向8251A并行输出数据。如果CPU与8251A之间采用中断方式交换信息，那么TXRDY可作为向CPU发出的中断请求信号。当发送器中的8位数据串行发送完毕时，由发送控制电路向CPU发出TXE有效信号，表示发送器中移位寄存器已空。因此，发送数据缓冲器和发送移位寄存器构成发送器的双缓冲结构。微 机 原 理2接收器 接收器由接收缓冲器和接收控制电路组成。接收移位寄存器用来从RXD引腿上接收串行数据，按照相应格式转换成并行数据后存入接收缓冲器。而接收控制电路则配合接收缓冲器工作，管理有关接收的所有功能。 当8251A工

48、作在异步方式并准备接收一个字符时，在RXD线上检测到的低电平作为起始位，并启动接收控制电路中的一个内部计数器进行计数，计数脉冲就是8251A的接收器时钟脉冲。当计数进行到相应于半个数位传输时间(比如时钟脉冲为波特率的16倍，则计到第8个脉冲时，再对RXD线进行检测，如果此时仍为低电平，则确认收到一个有效的起始位。 8251A开始进行常规采样，数据进入输入移位寄存器移位完成字符装配，并进行奇偶校验和去掉停止位，变成了并行数据后，再通过内部数据总线送到数据输入寄存器，同时发出RXRDY信号送CPU，表示已经收到一个可用的数据。微 机 原 理 在同步接收方式下，8251A首先搜索同步字符。具体地说，

49、8251A监测RXD线，每当RXD线上出现一个数据位时，就把它接收下来并把它送入移位寄存器移位，然后把移位寄存器的内容与同步字符寄存器的内容进行比较，如果两者不相等，则接收下一位数据，并且重复上述比较过程。当两个寄存器的内容比较相等时，8251A的SYNDET引腿就升为高电平，表示同步字符已经找到，同步已经实现。如采用双同步方式，就要在测得输入移位寄存器的内容与第一个同步字符寄存器的内容相同后，再继续检测此后输入移位寄存器的内容是否与第二个同步字符寄存器的内容相同。如果相同，则认为同步已经实现。微 机 原 理 在 外 同 步 情 况 下 ， 由 于 是 通 过 在 同 步 输 入 端SYNDE

50、T加一个高电位来实现同步的， SYNDET端一出现高电平，8251A就会立刻脱离对同步字符的搜索过程，只要此高电位能维持一个接收时钟周期，8251A便认为已经完成同步。实现同步之后，接收器和发送器间就开始进行数据的同步传输。 接收器利用时钟信号对RXD线进行采样，并把收到的数据位送到移位寄存器中。每当收到的数据位达到规定的一个字符的数位时，就将移位寄存器的内容送到输入缓冲寄存器，并且在RXRDY引脚上发出一个信号，表示收到了一个字符。 微 机 原 理3数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是8251A与CPU之间进行交换信息的必经之路，或者说它是CPU与8251A之间的数据接口。它内部包含3个8位的缓

51、冲寄存器，其中两个寄存器分别用来存放CPU向8251A读取的数据或状态信息，CPU执行IN指令可从这两个寄存器中分别读取数据或状态字。一个寄存器用来存放CPU向8251A写入的数据或控制字，CPU执行0UT指令可向8251A写入，但由于两者合用一个缓冲器，这就要求CPU向8251A写入控制字时，该寄存器中不能存放将要发送的数据，为此系统中必须采取措施。微 机 原 理4读/写控制电路 读/写控制电路用来配合数据总线缓冲器的工作。具体看，它有如下功能：(1)接收写信号，并将来自数据总线的数据和控制字写入 8251A；(2)接收读信号，并将数据或状态字从8251A送往数据总线； (3)接收控制/数据

52、信号C/ ，将此信号和读/写信号配合起来 通知8251A，当前读/写的是数据还是控制字、状态字； (4)接收时钟信号CLK完成8251A的内部定时； (5)接收复位信号RESET，使8251A处于空闲状态。 D微 机 原 理5调制解调控制电路 调制解调控制电路用来简化8251A和调制解调器的连接。在进行远程通信时，要用调制器将串行接口送出的数字信号变为模拟信号，再发送出去，接收端则要用解调器将模拟信号变为数字信号，再由串行接口送往计算机主机。在全双工通信情况下，每个收发站都要连接调制解调器。有了调制解调控制电路，就提供了一组通用的控制信号，使得8251A可以直接和调制解调器连接。微 机 原 理

53、5.4 8251A的引脚功能 8251A的引脚分配图所示。作为CPU和外部设备(或调制解调器)之间的接口，8251A的对外信号可以分为两组：一组是8251A和CPU之间的信号，一组是8251A和外部设备(或调制解调器)之间的信号。 微 机 原 理8251A与CPU及外设的连接 微 机 原 理7.4 通用串行接口标准7.4.1 通用串行接口USB 1.USB的产生： USB是外设总线标准，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Northern Telecom共同开发的，给PC的外部带来计算机外设的即插即用。USB消除了将卡安装在专用的计算机插槽并重新配置系统的

54、需要，同时也节省了宝贵的系统资源，如中断IRQ。装备了USB的个人计算机，实现了计算机外设物理连接就能自动地进行配置，不必重启动或运行设置程序。USB还允许多达127个设备同在一台计算机上运行，作为外设，例如监视器和键盘就好像插入式的站点或集线器。USB电缆、连接器和外设可用图符进行标志。 Intel成为USB的主要支持者，所有他们的PC芯片组，从PIIx3开始，南桥部件中(曾与430Hz Triton II一起使用)已经将包含USB支持作为标准。六家别的公司与Intel一起共同开USB，建立了一个USB实现者论坛，借以开发、支持 USB结构。 微 机 原 理 2. USB的接口标准： USB是一个通过简单四线