微机原理与应用-第8章

1、第第8 8章章 常用输入输出接口电路常用输入输出接口电路8.1 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255An并行接口：能实现并行传输的接口并行接口：能实现并行传输的接口q内部结构内部结构q引脚功能引脚功能q工作方式工作方式q编程应用编程应用 8.1 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255An并行通信并行通信q以计算机的字长以计算机的字长，通常是，通常是8 8位、位、1616位或位或3232位位为传输单位为传输单位，一次传送，一次传送一个字长的数据一个字长的数据q适合于外部设备与微机之间进行适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换近距离、大量和快速的信息交换n例如：微机

2、与并行接口打印机、磁盘驱动器例如：微机与并行接口打印机、磁盘驱动器q微机系统中微机系统中最基本的信息交换方法最基本的信息交换方法n例如：系统板上各部件之间，接口电路板上各部件之间例如：系统板上各部件之间，接口电路板上各部件之间n并行接口并行接口q实现并行通信的接口称为并行通信接口实现并行通信的接口称为并行通信接口q不可编程并行接口，如不可编程并行接口，如74ls244、73ls273等等q可编程并行接口，可以通过编程命令字确定接口的工作方式，如可编程并行接口，可以通过编程命令字确定接口的工作方式，如8255A可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A的特点的特点n具有多种功能具有多种功能的

3、可编程并行接口电路芯片的可编程并行接口电路芯片q最基本的接口电路：三态缓冲器和锁存器最基本的接口电路：三态缓冲器和锁存器q与与CPUCPU间、与外设间的接口电路：状态寄存器和控制寄间、与外设间的接口电路：状态寄存器和控制寄存器存器q还有端口的译码和控制电路、中断控制电路还有端口的译码和控制电路、中断控制电路n分分3 3个端口，共个端口，共2424个外设引脚个外设引脚n共三种输入输出工作方式共三种输入输出工作方式8.1.1 8255A 的内部结构的内部结构数据数据总线总线缓冲器缓冲器内部控制线内部控制线内部数据线内部数据线D0D7A组组控制控制A组组端口端口AA组组端口端口C上部上部B组组控制控

4、制B组组端口端口BB组组端口端口C下部下部读写读写控制控制逻辑逻辑PC0PC3PB0PB7PC4PC7PA0PA7RDWRA0A1CSRESET 与系统总线接口与系统总线接口 内部逻辑内部逻辑 与外设接口与外设接口8255A的内部结构的内部结构nCPU接口接口q数据总线缓冲器数据总线缓冲器 双向三态的双向三态的8位缓冲器，与系统数据总线连接，是位缓冲器，与系统数据总线连接，是8255A与与CPU之间信息传输的必经之路。之间信息传输的必经之路。 q 读读/写控制逻辑写控制逻辑 管理管理8255A的数据传输过程。的数据传输过程。n三个数据端口三个数据端口A、B、C q三个三个8位的输入输出端口，可

5、用指令将它们分别设置成输位的输入输出端口，可用指令将它们分别设置成输入或输出端口。入或输出端口。nA组控制、组控制、B组控制组控制 q 8255A将端口将端口A、B、C分为两组：端口分为两组：端口A和端口和端口C的高的高4位构成位构成A组，端口组，端口B和端口和端口C的低的低4位构成位构成B组。组。n端口端口A：PA0PA7n输入锁存，输出锁存缓冲输入锁存，输出锁存缓冲n常作数据输入输出端口常作数据输入输出端口n端口端口B：PB0PB7n输入缓冲，输出锁存缓冲输入缓冲，输出锁存缓冲n常作数据输入输出端口常作数据输入输出端口n端口端口C：PC0PC7n输入缓冲，输出锁存缓冲输入缓冲，输出锁存缓冲

6、n可作数据、状态和控制端口可作数据、状态和控制端口n分两个分两个4位，每位可独立操作位，每位可独立操作外设数据端口外设数据端口n端口端口A：PA0 PA7qA组，支持工作方式组，支持工作方式0、1、2n端口端口B：PB0 PB7qB组，支持工作方式组，支持工作方式0、1n端口端口C：PC0 PC7q仅支持工作方式仅支持工作方式0qA组控制高组控制高4位位PC4PC7qB组控制低组控制低4位位PC0PC38.1.2 8255的引脚功能的引脚功能n1. 与与CPU连接的信号线连接的信号线nD7D0：8255A的双向三态数据线。的双向三态数据线。nA1、A0： 端口地址选择信号。端口地址选择信号。n

7、CS#：片选信号。片选信号。nRD#：读信号，低电平有效。读信号，低电平有效。nWR#：写信号，低电平有效。写信号，低电平有效。nRESET：复位信号。复位信号。nVCC、GND：电源和地线。电源和地线。CSRDWR表 8 1 端口读写操作与引脚信号关系表A1A0端口选择和操作00000000101111000010000111110011001101010101向端口A写入数据向端口B写入数据向端口C写入数据向控制端口写入控制字从端口A读出数据从端口B读出数据从端口C读出数据无操作禁止使用无操作2. 与外部设备相连的信号线与外部设备相连的信号线nPA7PA0：A口与外部设备连接的数据线。口与

8、外部设备连接的数据线。nPB7PB0：B口与外部设备连接的数据线。口与外部设备连接的数据线。nPC7PC0：C口输入输出数据线。口输入输出数据线。8.1.3 8255A的工作方式的工作方式1 1方式方式0 0 基本输入基本输入/ /输出方式输出方式（1）方式）方式0的工作特点：的工作特点：A口和口和B口作为两个口作为两个8位端口位端口C口的高口的高4位和低位和低4位可以用作两个位可以用作两个4位端口位端口各端口都可以定义为输入或者输出，共各端口都可以定义为输入或者输出，共16种组合种组合输入有缓冲，输出有锁存输入有缓冲，输出有锁存（2）方式方式0的使用场合：的使用场合：无条件传送无条件传送查询

9、式传送查询式传送方式方式0输入时序输入时序datadata输入端口输入端口D0D7RD CS,A1,A0请体会这里请体会这里8255A8255A的数据缓冲作用的数据缓冲作用方式方式0输出时序输出时序WRdatadata输出端口输出端口D0D7 CS,A1,A08255A8255A对对CPUCPU通过它输出给外设的数据进行锁存通过它输出给外设的数据进行锁存2方式1 选通输入/输出方式n（1 1）方式）方式1 1工作特点工作特点q端口端口A、端口端口B和端口和端口C被分为两个组。被分为两个组。q端口端口A和端口和端口B用作用作8位数据的输入位数据的输入/输出，端口输出，端口C的一些的一些引脚被规定

10、为端口引脚被规定为端口A、B的联络信号。的联络信号。q数据输入数据输入/ 输出均具有锁存能力输出均具有锁存能力 n（2）方式方式1的使用场合：的使用场合：查询式传送查询式传送中断传送中断传送方式方式1输入引脚：输入引脚：A端口端口数据选通信号数据选通信号表示外设已经准备好数据表示外设已经准备好数据输入缓冲器满信号输入缓冲器满信号表示表示A口已经接收数据口已经接收数据中断请求信号中断请求信号请求请求CPU接收数据接收数据PC4PC5PC3PA7PA0INTEAIBFAINTRASTBA中断允许触发器中断允许触发器方式方式1输入引脚：输入引脚：B端口端口PC2PC1PC0PB7PB0INTEBIB

11、FBINTRBSTBB数据选通信号表示外设已经准备好数据输入缓冲器满信号表示B口已经接收数据中断请求信号请求CPU接收数据中断允许触发器方式方式1 1需借用端口需借用端口C C用做联络信号用做联络信号同时还具有中断请求和屏蔽功能同时还具有中断请求和屏蔽功能方式方式1输入联络信号输入联络信号nSTB*选通信号，选通信号，低电平有效低电平有效q由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送来的数据锁存至来的数据锁存至8255A的输入锁存器的输入锁存器nIBF输入缓冲器满信号，输入缓冲器满信号，高电平有效高电平有效q8255A输出的联络信号。当其有效时，

12、表示数据已锁输出的联络信号。当其有效时，表示数据已锁存在输入锁存器存在输入锁存器nINTR中断请求信号，高电平有效中断请求信号，高电平有效q8255A输出的信号，可用于向输出的信号，可用于向CPU提出中断请求，要提出中断请求，要求求CPU读取外设数据读取外设数据方式方式1输入时序输入时序输入端口输入端口dataINTRIBF dataD0D7STBRDSTBSTB* *和和IBFIBF是外设和是外设和8255A8255A间的一对应答联络信号，间的一对应答联络信号，为的是可靠地输入数据为的是可靠地输入数据方式方式1 1中断控制中断控制n8255A的中断由中断允许触发器的中断由中断允许触发器INT

13、E控制控制q置位允许中断，复位禁止中断置位允许中断，复位禁止中断n对对INTE的操作通过写入端口的操作通过写入端口C的对应位实现。的对应位实现。INTE触发器对应于端口触发器对应于端口C用作输入联络信号那一位用作输入联络信号那一位。只只要对那一位置位要对那一位置位/复位就可以控制复位就可以控制INTE触发器的置触发器的置位位/复位。复位。n选通输入方式下选通输入方式下q端口端口A的的INTEA对应对应PC4q端口端口B的的INTEB对应对应PC2方式方式1 1输出引脚：输出引脚：A A端口端口外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输

14、出数据PC6PC7PC3PA7PA0INTEAOBFAINTRAACKA中断允许触发器方式方式1 1输出引脚：输出引脚：B B端口端口PC2PC1PC0PB7PB0INTEBOBFBINTRBACKB外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输出数据中断允许触发器方式方式1 1输出联络信号输出联络信号nOBF*输出缓冲器满信号，输出缓冲器满信号，低有效低有效q8255A输出给外设的一个控制信号，当其有效时，表示输出给外设的一个控制信号，当其有效时，表示CPU已把已把数据输出给指定的端口，外设可以取走数据输出给指定的端口，外设可以取走nA

15、CK*响应信号，响应信号，低有效低有效q外设的响应信号，指示外设的响应信号，指示8255A的端口数据已由外设接受的端口数据已由外设接受nINTR中断请求信号，中断请求信号，高有效高有效q当输出设备已接受数据后，当输出设备已接受数据后，8255A输出此信号向输出此信号向CPU提出中断请提出中断请求，要求求，要求CPU继续提供数据继续提供数据端口端口A A的的INTEAINTEA对应对应PCPC6 6端口端口B B的的INTEBINTEB对应对应PCPC2 2方式方式1 1输出时序输出时序 INTR datadata输出端口输出端口D0D7WROBFACK OBFOBF* *和和ACKACK* *

16、是外设和是外设和8255A8255A间的一对应答联络信号，间的一对应答联络信号，为的是可靠地输出数据为的是可靠地输出数据端口/工作方式联络线输入输出A口方式口方式1PC7OBFA #PC6ACKA# / INTEAPC5IBFAPC4STBA # / INTEAPC3INTRAINTRAB口方式口方式1PC2STBB # / INTEBACKB# / INTEBPC1IBFBOBFB #PC0INTRBINTRB方式方式1的联络信号的联络信号3方式方式2 双向输入双向输入/输出方式输出方式n（1）方式）方式2工作特点工作特点q方式方式2只适用于端口只适用于端口A，是双向的输入是双向的输入/输出

17、传输方式。输出传输方式。q方式方式2下各信号含义与方式下各信号含义与方式1输入、输出方式相同，其中：输入、输出方式相同，其中： INTE1：输出中断允许信号。输出中断允许信号。 INTE2：输入中断允许信号。输入中断允许信号。n（2）方式）方式2的使用场合的使用场合q用于两台处理器之间实现双向并行通信。用于两台处理器之间实现双向并行通信。q查询方式查询方式q中断方式：如果同时允许输入中断和输出中断，则在中断服中断方式：如果同时允许输入中断和输出中断，则在中断服务程序中首先读取务程序中首先读取C口的状态，对口的状态，对IBFA和和OBF#的的状态进行状态进行检测检测，进一步确定是输入中断还是输出

18、中断。，进一步确定是输入中断还是输出中断。8.1.4 8255A的控制字的控制字 1. 1. 方式选择控制字方式选择控制字 n8255A有三种基本工作方式：有三种基本工作方式：n方式方式0 0：基本输入输出方式基本输入输出方式q适用于无条件传送和查询方式的接口电路，三个端口都适用适用于无条件传送和查询方式的接口电路，三个端口都适用n方式方式1 1：选通输入输出方式选通输入输出方式q适用于查询和中断方式的接口电路，适用于端口适用于查询和中断方式的接口电路，适用于端口A A和端口和端口B Bn方式方式2 2：双向选通传送方式双向选通传送方式q适用于与双向传送数据的外设适用于与双向传送数据的外设q适

19、用于查询和中断方式的接口电路，仅适用于端口适用于查询和中断方式的接口电路，仅适用于端口A An8255A各数据端口的工作方式由方式选择控制字进行设置。各数据端口的工作方式由方式选择控制字进行设置。8255A方式选择控制字方式选择控制字写入方式控制字：示例写入方式控制字：示例n要求：要求：qA A端口：方式端口：方式1 1输入输入qC C端口上半部：输出，端口上半部：输出，C C口下半部：输入口下半部：输入qB B端口：方式端口：方式0 0输出输出n方式控制字：方式控制字：10110001B10110001B或或B1HB1Hn8255A8255A端口地址为端口地址为60H60H，61H61H，6

20、2H62H，63H63Hn初始化的程序段：初始化的程序段：mov dx,mov dx,63h 63h ；控制端口为；控制端口为63H63Hmov al,mov al,0b1h0b1h ；方式控制字；方式控制字out dx,al out dx,al ；或；或out 63h,al out 63h,al 送到控制端口送到控制端口读写数据端口读写数据端口n初始化编程后：初始化编程后：q当数据端口作为输入接口时，执行输入当数据端口作为输入接口时，执行输入ININ指令将从输入指令将从输入设备得到外设数据设备得到外设数据q当数据端口作为输出接口时，执行输出当数据端口作为输出接口时，执行输出OUTOUT指令将

21、把指令将把CPUCPU的数据送给输出设备的数据送给输出设备n8255A具有锁存输出数据的能力具有锁存输出数据的能力q对输出方式的端口同样可以输入对输出方式的端口同样可以输入q不是读取外设数据不是读取外设数据q读取的是上次读取的是上次CPUCPU给外设的数据给外设的数据读写数据端口：示例读写数据端口：示例n利用利用8255A8255A的输出锁存能力，可实现按位输出控制的输出锁存能力，可实现按位输出控制 n如利用端口如利用端口C C的第的第3 3位控制一盏灯，位控制一盏灯，当当PC3=1时，时，点亮灯，点亮灯，PC3=0时熄灭灯，程序段如下。时熄灭灯，程序段如下。in al,62Hin al,62

22、H；读出；读出C C端口原输出内容端口原输出内容or al,00001000Bor al,00001000B；使；使PC3PC31 1，点亮灯，点亮灯out 62H,alout 62H,al；输出新的内容；输出新的内容in al,62Hin al,62H；读出；读出C C端口原输出内容端口原输出内容andand al,11110111B al,11110111B；使；使PC3PC30 0，熄灭灯，熄灭灯out 62H,alout 62H,al；输出新的内容；输出新的内容2. 端口端口C按位置位按位置位/复位控制字复位控制字 n端口端口C有一种特殊的控制方式，可以将端口有一种特殊的控制方式，可以

23、将端口C的某一位置的某一位置1或清或清0，而不影响端口，而不影响端口C的其他位的状态。的其他位的状态。端口端口C按位置位按位置位/复位控制字应用实例复位控制字应用实例 n通过通过PC3控制灯的点亮与熄灭控制灯的点亮与熄灭MOVAL，00000111B;PC3置置1，点亮灯，点亮灯OUT63H，AL;从控制口输出从控制口输出MOVAL，00000110B;PC3置置0，熄灭灯，熄灭灯OUT63H，AL;从控制口输出从控制口输出n通过通过PC5产生负脉冲产生负脉冲MOVAL，00001011B;PC5置置1OUT63H，AL;从控制口输出从控制口输出MOVAL，00001010B;PC5清清0OU

24、T63H，AL;从控制口输出从控制口输出MOVAL，00001011B;PC5置置1OUT63H，AL;从控制口输出从控制口输出读写端口读写端口C C：归纳：归纳1 1nC C端口被分成端口被分成两个两个4 4位端口位端口，两个端口只能以方式，两个端口只能以方式0 0工作，可分别选择输入或输出方式工作，可分别选择输入或输出方式n在控制上，端口在控制上，端口C上半部和端口上半部和端口A编为编为A组，端口组，端口C下半部和端口下半部和端口B编为编为B组，当端口组，当端口A和端口和端口B工工作在方式作在方式1或方式或方式2时，端口时，端口C的的部分或全部引脚部分或全部引脚将被征用，将被征用，未被征用

25、的引脚可作为输入或输出信未被征用的引脚可作为输入或输出信号适用，方向有方式字确定号适用，方向有方式字确定读写端口读写端口C C：归纳：归纳2 2n对端口对端口C C的数据输出有两种办法的数据输出有两种办法n通过端口通过端口C C的的I/OI/O地址：地址：向向C C端口直接端口直接写入字节数据写入字节数据。这一数据被写进这一数据被写进C C端口的输出锁存器，并从输出引端口的输出锁存器，并从输出引脚输出，但对设置为输入的引脚无效脚输出，但对设置为输入的引脚无效n通过控制端口：通过控制端口：向向C C端口端口写入位控字写入位控字，使，使C C端口的端口的某个引脚输出某个引脚输出1 1或或0 0，或

26、置位复位内部的中断允许，或置位复位内部的中断允许触发器触发器数据有效数据有效BUSYACKDATASTB0.5us5us【例例8-38-3】利用利用8255A8255A的的A A口方式口方式0 0输出与并口打印机相连，将内存缓输出与并口打印机相连，将内存缓冲区冲区BUFFBUFF中的字符打印输出。中的字符打印输出。;数据段定义数据段定义BUFF DB This is a print program!,$8.1.5 8255A 的应用的应用1.8255A方式方式0应用举例应用举例8255A与与CPU和打印机连接示意图和打印机连接示意图 通过图可知端口地址和端口的工作方式通过图可知端口地址和端口的

27、工作方式 8255A的初始化的初始化mov dx,303H；控制端口地址：；控制端口地址：303Hmov al,10001000b；方式控制字：；方式控制字：88Hout dx,al；A端口方式端口方式0输出，输出，C端口上输入、下输出端口上输入、下输出mov al,00000001b；端口；端口C的复位置位控制字，使的复位置位控制字，使PC01，选通无效，选通无效out dx,al查询等待查询等待mov si,offset buff；si用于对用于对buff寻址寻址wait:mov dx,302h；读取端口；读取端口Cin al,dx；查询打印机状态；查询打印机状态and al,80h；PC

28、7BUSY0？jnz wait；PC71，打印机忙，则循环等待，打印机忙，则循环等待连线图输出字符输出字符MOV AL,SI;取一个字符打印取一个字符打印CMP AL,$ ;是否结束符是否结束符 JZ DONE ;是结束符，则程序结束是结束符，则程序结束MOV DX,300HOUT DX,AL ;不是结束符，则从不是结束符，则从A口输出口输出打印字符打印字符MOV AL,00HMOV DX,303H;使使PC0清清0，产生选通信号，产生选通信号OUT DX,ALMOV AL,01H;使使PC0置置1OUT DX,AL ;产生选通信号产生选通信号INC SI ;修改指针，指向下一个字符修改指针，

29、指向下一个字符JMP WAIT;继续循环继续循环DONE:;程序结束程序结束 1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:10-Aug-2004Sheet of File:F:教 学 WJ第 二 版 微 机 书 稿 书 稿 电 路 图 .ddbDrawn By:VCCD034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC61

30、1PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U4R1R2R3R4KEYD7-D0WRRDRESET:A15A14A3A2A1A0.0123456789abcdef0-f段驱动(同相)位驱动(反相)译码电路行线列线第0行第3列第0列第2列第1列第1行第2行第3行82558255A做为键盘及做为键盘及LED接口接口假设地址258H25BH8255A方式字【例例8-4】 8255A与键盘的接口与键盘的接口假设假设8255A8255A地址为地址为300300H303H“反转法反转法”进行键盘扫描：进行键盘扫描：n设设82558255A A为方式为方式0 0，A A口输出，口输出，B B口

31、输入；口输入；n向向A A口输出口输出0000H H，从从B B口读入键盘列线值：口读入键盘列线值：低低4 4位值为位值为0 0FHFH：无键按下无键按下否则，就有键按下否则，就有键按下n有键按下时，将有键按下时，将82558255A A反向设置为反向设置为A A口输入，口输入，B B口口输出输出将将B B口原读入值从口原读入值从B B口输出口输出, ,读行值读行值从从A A口输入，得到该键的口输入，得到该键的“行列码行列码”，查表转换成，查表转换成按键键面值按键键面值按键释放后，程序结束按键释放后，程序结束KEYSCANPROC NEARBEGIN:MOV DX，303H；置置8255A控制

32、口地址控制口地址MOV AL，82H；8255A方式控制字方式控制字 ；A口工作在方式口工作在方式0输出，输出，B口工作在方式口工作在方式0输入输入OUTDX，AL；输出输出8255A方式控制字方式控制字MOV DX，300H；A口地址送口地址送DXMOV AL，00HOUTDX，AL；A口输出口输出00H扫描键盘扫描键盘MOV DX，301H；B口地址送口地址送DX中中WAIT:INAL，DX；读入键盘列值读入键盘列值ANDAL，0FH；保留低保留低4位位CMP AL,0FHJEWAIT；无键按下，重新扫描无键按下，重新扫描“反转法反转法”键盘扫描程序：键盘扫描程序：CALL DELAY；有

33、键按下，延时去抖动有键按下，延时去抖动INAL，DX ；再次读再次读B口，检查有无键按下口，检查有无键按下ANDAL，0FH；保留低保留低4位位CMP AL, 0FHJEWAIT；无键按下，重新扫描无键按下，重新扫描MOV KEY，AL；有键按下，列值保存在有键按下，列值保存在KEY单元中单元中MOV DX，303H；置置8255A控制口地址控制口地址MOV AL，90H；8255A方式控制字方式控制字; B口方式口方式0输出，输出，A口方式口方式0输入输入OUTDX，AL；输出输出8255A方式控制字方式控制字延时去抖、按键识别延时去抖、按键识别MOV DX，301H；B口地址送口地址送DX

34、中中MOV AL，KEY；从从KEY中取出列值中取出列值OUTDX，AL；向向B口输出列值，反向扫描口输出列值，反向扫描MOV DX，300H；A口地址送口地址送DXINAL，DX；从从A口读入行值口读入行值ANDAL，0FH；保留低保留低4位位CMP AL, 0FHJESCAN；无键按下，重新扫描无键按下，重新扫描 MOV CL,4 ;有键按下，组成行列扫描码有键按下，组成行列扫描码SHLAL,CL;行值左移行值左移4位，加列值位，加列值ADDAL,KEY;组成行列扫描码存放到组成行列扫描码存放到AL单元单元CALL KEYVALUE；通过通过AL中的行列扫描码查中的行列扫描码查TABLE表

35、，得键面值给表，得键面值给AH 反转扫描反转扫描MOV DX，301H ；B口地址送口地址送DX中中MOV AL, 0OUT DX，AL；向向B口输出列值，反向扫描口输出列值，反向扫描MOV DX，300H ；A口地址送口地址送DXWAIT2:IN AL，DX；从从A口读入行值口读入行值AND AL，0FH；保留低保留低4位位CMP AL, 0FHJNE WAIT2；未释放，等待未释放，等待RETKEYSCAN ENDP按键释放按键释放2.8255A 方式方式1应用举例应用举例根据译码电路可知，根据译码电路可知，8259A8259A的地址为的地址为20H20H和和22H22H；8255A825

36、5A地址为地址为10H10H、12H12H、14H14H和和16H16H8255A8255A方式方式1 1与打印机接口与打印机接口打印机时序8255时序8.2 串行通信与串行接口串行通信与串行接口 n串行通信的方式串行通信的方式n同步通信与异步通信同步通信与异步通信n串行通信的速率串行通信的速率n串行接口标准串行接口标准RS-232C 串行通信串行通信n含义含义：串行通信是把传输的数据一位一位：串行通信是把传输的数据一位一位地顺序传送的一种通信方式。地顺序传送的一种通信方式。 n要点要点：按位传输，同一时刻仅传送一位。：按位传输，同一时刻仅传送一位。n特点特点：（1）通信线少）通信线少（2）成

37、本低）成本低（3）但通信速度慢）但通信速度慢n用途：适用于长距离数据传输。用途：适用于长距离数据传输。并行通信与串行通信并行通信与串行通信8.2.1 串行通信的方式串行通信的方式 全双工全双工站站A站站B站站A站站B站站A站站B半双工半双工单工单工8.2.2 8.2.2 串行通信分类串行通信分类串行通信的同步串行通信的同步为了使通信过程正确和顺利，同步信号起到至关重要为了使通信过程正确和顺利，同步信号起到至关重要的作用。在理想情况下，同步信号应该在数据信号线上出的作用。在理想情况下，同步信号应该在数据信号线上出现有效数据期间的中心点有效，因为这时数据线上的数据现有效数据期间的中心点有效，因为这

38、时数据线上的数据是最稳定。根据收发双方同步方式的不同，将串行通信分是最稳定。根据收发双方同步方式的不同，将串行通信分为同步通信和异步通信。为同步通信和异步通信。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0同步脉冲1.同步通信同步通信n同步通信是收发双方在同步通信是收发双方在共同的时钟信号控制下共同的时钟信号控制下进行数据进行数据通信的一种方式。通信的一种方式。 n同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂比较复杂n串行同步通信主要应用在网络当中串行同步通信主要应用在网络当中n最常使用高级数据链路控制协议最常使用高级数据链路控制协议

39、HDLC数据格式数据格式格式：格式： 以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块由多个数据组成，数据块前加块由多个数据组成，数据块前加1或或2个同步字个同步字符，尾部加符，尾部加1或或2个校验字符，最后为同步字符。个校验字符，最后为同步字符。 数据块内数据位之间的时间间隔固定不变，数据块内数据位之间的时间间隔固定不变，是同步的。是同步的。位同步方式位同步方式用一个或者两个同步字符作为数据块的开始。用一个或者两个同步字符作为数据块的开始。同步字符由用户约定，经常采用同步字符由用户约定，经常采用ASCII码中代码中代码为码为16H的的“SYN（同步）（同步）”字

40、符。字符。随后是由随后是由字符字符组成的信息，组成的信息，字符之间没有间隔。字符之间没有间隔。面向字符同步方式面向字符同步方式面向比特同步方式面向比特同步方式以二进制信息以二进制信息“01111110”开始开始随后是需要发送的各位二进制信息随后是需要发送的各位二进制信息最后以最后以“01111110”结束结束2. 异步通信异步通信n收发双方不需要在同一个时钟信号的控制下进行数据传收发双方不需要在同一个时钟信号的控制下进行数据传输输n异步传送的数据以字符为单位。异步传送的数据以字符为单位。字符与字符之间的传送字符与字符之间的传送是完全异步的是完全异步的，随机的，但，随机的，但一个字符的位与位之间

41、是同一个字符的位与位之间是同步的。步的。n数据传输的速率由双方事先约定数据传输的速率由双方事先约定n可以连续传送，也可断续传送可以连续传送，也可断续传送n以以“字符帧（字符帧（Frame）”为传送单位。收发双方必须遵为传送单位。收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题。信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题。通信通信双方可随时改变通信协议。双方可随时改变通信协议。异步通信的数据格式异步通信的数据格式起始位起始位每个字符开始传送的标志，起始每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑位采

42、用逻辑0电平电平起始位起始位校验位校验位停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1数据位数据位数据位紧跟着起始位传送。数据位紧跟着起始位传送。由由58个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，低位先传送校验位校验位用于校验是否传送正确；可用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位选择奇检验、偶校验或不传送校验位停止位停止位表示该字符传送结束。停止表示该字符传送结束。停止位采用逻辑位采用逻辑1电平，可选择电平，可选择1、1.5或或2位位空闲位空闲位传送字符之间的逻辑传送字符之间的逻辑1

43、电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送8.2.3 串行通信的传输速率串行通信的传输速率n数据传输速率也称比特率（数据传输速率也称比特率（Bit Rate）q每秒传输的二进制数码的位数每秒传输的二进制数码的位数bpsq字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数倒数n波特率（波特率（Baud Rate）q每秒传输数据信息（符号数）的个数每秒传输数据信息（符号数）的个数q当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率波特率q微机中常见的波特率有微机中

44、常见的波特率有110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200等。微机最高波特率由硬件决定。等。微机最高波特率由硬件决定。n比特率比特率=波特率波特率单个调制状态对应的二进制位数。单个调制状态对应的二进制位数。 在在计算机通信中常将比特率称为波特率。计算机通信中常将比特率称为波特率。1 Baud（波特）（波特）=1bit/s。示例示例例例：已知字符格式中数据为已知字符格式中数据为8位，无校验，位，无校验，1位停位停止位，在止位，在1分钟内连续不断传送了分钟内连续不断传送了 69120个字个字符，求波特率。符，求波特率。 解解：一个字符：一个字符=1+8+0+1=10位

45、位 每秒传送的字符个数每秒传送的字符个数=69120/60=1152个个 波特率波特率=位位/秒秒=1152*10=11520bits/S=11.52Kbits/s波特率因子波特率因子n波特率因子波特率因子q为了保证通信的双方能可靠的收发数据，通常收发为了保证通信的双方能可靠的收发数据，通常收发双方以双方以n个发送时钟和接收时钟的周期发送和接收一个发送时钟和接收时钟的周期发送和接收一位信息。位信息。q接收时钟接收时钟/发送时钟频率是波特率的倍数。发送时钟频率是波特率的倍数。qF = n B 例：波特率例：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16则接收时钟和发送时钟频率则接收时钟和发

46、送时钟频率F=960016=153600Hz8.2.4 串行接口标准串行接口标准RS-232Cn串行异步通信的标准接口有串行异步通信的标准接口有RS-232C、RS-449、RS-422、RS-485以及以及20mA电流环等接口。电流环等接口。nRS-232C是是美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的制定的通用标准串行通用标准串行接口接口q1962年公布，年公布，1969年修订年修订q1987年年1月正式改名为月正式改名为EIA-232Dn设计设计目的是用于连接调制解调器目的是用于连接调制解调器n现已成为现已成为数据终端设备数据终端设备DTE（例如计算机）（例如计算机）与与数据通信数据通

47、信设备设备DCE（例如调制解调器）（例如调制解调器）的标准接口的标准接口n可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机n属于网络层次结构中的最低层：物理层属于网络层次结构中的最低层：物理层1.RS-232C的引脚定义的引脚定义n232C接口标准使用一个接口标准使用一个25针连接器针连接器n绝大多数设备只使用其中绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了个信号，所以就有了9针针连接器连接器n232C包括两个信道：主信道和次信道包括两个信道：主信道和次信道n次信道为辅助串行通道提供数据控制和通道，但其次信道为辅助串行通道提供数据控制和通道，但其传输速率比主信道要

48、低得多，其他跟主信道相同，传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较少使用通常较少使用RS-232C的引脚（的引脚（1）nTxD：发送数据发送数据q串行数据的发送端串行数据的发送端nRxD：接收数据接收数据q串行数据的接收端串行数据的接收端RS-232C的引脚（的引脚（2）nRTS：请求发送：请求发送q当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据信号，用于通知数据通信设备准备接收数据nCTS：清除发送（允许发送）可用于流控制：清除发送（允许发送）可用于流控制q当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的

49、传送数据当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出时，发出CTS有效信号来响应有效信号来响应RTS信号信号nRTS和和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号用于数据发送的联络信号RS-232C的引脚（的引脚（3）nDTR：数据终端准备好数据终端准备好q通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪准备就绪nDSR：数据装置准备好数据装置准备好q通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信线路通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信

50、线路上，并处在数据传输方式上，并处在数据传输方式nDTR和和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收联络信号，例如应答数据接收RS-232C的引脚（的引脚（4）nGND：信号地信号地q为所有的信号提供一个公共的参考电平为所有的信号提供一个公共的参考电平nCD：载波检测（载波检测（DCD）q当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚向数据终端设备提供有效信号引脚向数据终端设备提供有效信号nRI：振铃指示振铃指示q当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信当调制解调器接收到

51、对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效号作为电话铃响的指示、保持有效RS-232C的引脚（的引脚（5）n保护地保护地（机壳地）（机壳地）q起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规定，连接到设备的外壳或大地定，连接到设备的外壳或大地nTxC：发送器时钟：发送器时钟q控制数据终端发送串行数据的时钟信号控制数据终端发送串行数据的时钟信号nRxC：接收器时钟：接收器时钟q控制数据终端接收串行数据的时钟信号控制数据终端接收串行数据的时钟信号2. RS-232C的连接的连接n微机利用微机利用232C接口接口连接调制解调器连接调制解调器

52、，用于实现，用于实现通过电话线路的远距离通信通过电话线路的远距离通信n微机利用微机利用232C接口接口直接连接直接连接进行短距离通信。进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（解调器（Null Modem）连接）连接连接调制解调器连接调制解调器电话线电话线MODEM微机微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好数据装置准备好DSRDSR数据终端准备好数据终端准备好DTRDTR发送数据发送数据TxDTxD接收数据接收数据RxDRxD请求发送请求发送RTSRTS允许发送允许发送CT

53、SCTS信号地信号地GNDGND载波检测载波检测CDCD振铃指示振铃指示RIRI微机微机23456782022不使用联络信号的不使用联络信号的3线相连方式线相连方式微机微机TxDRxDGND微机微机为了交换信息，为了交换信息，TxD和和RxD应当交叉连接应当交叉连接程序中不必使程序中不必使RTS和和DTR有效有效也不应检测也不应检测CTS和和DSR是否有效是否有效 “伪伪”使用联络信号的使用联络信号的3线相连方式线相连方式RTS和和CTS各自互接，各自互接，DTR和和DSR各自互接各自互接表明请求传送总是允许、数据装置总准备好表明请求传送总是允许、数据装置总准备好微机微机DSRDTRTxDRx

54、DRTSCTSGND微机微机使用联络信号的多线相连方式使用联络信号的多线相连方式通信比较可靠通信比较可靠所用连线较多，不如前者经济所用连线较多，不如前者经济微机微机DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微机微机3. RS-232C的电气特性的电气特性n232C接口采用接口采用EIA电平电平q高电平为高电平为3V15Vq低电平为低电平为3V15Vq实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平电平n高电平：高电平：2.4V5Vn低电平：低电平：0V0.4V相互转换相互转换RS-232C的信息表示的信息表示n接口逻辑用负逻辑表示接口逻辑用负逻辑表示q3V15V（高电平）表示数据（高电平）

55、表示数据0q3V15V（低电平）表示数据（低电平）表示数据1q只有在只有在-3V+3V时逻辑为不确定时逻辑为不确定n联络信号用正逻辑表示联络信号用正逻辑表示n串行接口芯片串行接口芯片8250、8251均使用均使用TTL电平，应使用电平转电平，应使用电平转换电路与换电路与RS-232C连接器连接连接器连接。MC1488：TTL电平电平RS232电平电平 （用于发送方）（用于发送方）MC1489：TTL电平电平RS232电平电平 （用于接收方（用于接收方）RS232电平转换电平转换n计算机通信是计算机通信是TTL和和CMOS逻辑电平，而逻辑电平，而RS-232规定的电平与之不符，故需电平转换。规定

56、的电平与之不符，故需电平转换。 连接线串行接口串行接口RXDTXDRXDTXDGNDGNDRS232电平转换典型芯片电平转换典型芯片nC1C5可为可为0.1uF4,7uF,具体值参见芯片说明具体值参见芯片说明nTIN为为TTL输入输入nRIN为为232输入输入nTOUT为由为由TTL转换后的转换后的232电平输出电平输出nROUT为由为由RS232转换后的转换后的TTL电平输出电平输出8.3 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251An串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换，并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据，并按照传输协议发送和接收每个

57、字符（或数据块）块）n这些工作可由软件实现，也可用硬件实现这些工作可由软件实现，也可用硬件实现n通用异步接收发送器通用异步接收发送器UART是串行异步通信的接是串行异步通信的接口电路芯片，口电路芯片，IBM PC/XT机的机的UART芯片是芯片是INS 8250，后来使用，后来使用NS16550n本节讲授用于同步和异步串行通信的本节讲授用于同步和异步串行通信的8251A8.3.1 8251的内部结构的内部结构 可以实现异步通讯方式和同步通讯方式。波特率可以实现异步通讯方式和同步通讯方式。波特率：同步方式下：同步方式下：0-64Kbps；异步方式下：异步方式下：0-19.2Kbps。 同步方式下

58、，每字符为同步方式下，每字符为5，6，7，8位，能位，能自动检自动检测同步字符，自动添加奇偶校验。测同步字符，自动添加奇偶校验。 异步方式下，每字符可为异步方式下，每字符可为5，6，7，8位，位，自动增自动增加起始位、停止位和校验位。加起始位、停止位和校验位。数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/写写控制逻辑控制逻辑调制控制调制控制发送缓冲器发送缓冲器发送控制发送控制接收缓冲器接收缓冲器接收控制接收控制TXDTXRDYTXETXCRXDRXRDYSYNDETRXCDTRDSRRTSCTS RESETCLKC/DRDWRCS D7D08.3.2 8251A的引脚信号的引脚信号 C/D* RD* WR

59、* CS*功能功能 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 CPU从从8251A输入数据输入数据CPU向向8251A输出数据输出数据CPU读取读取8251A的状态的状态CPU往往8251A写初始化控制命令写初始化控制命令C/DC/D* *: : 控制数据信号控制数据信号。该信号一般连至地址线。该信号一般连至地址线A0A0，用，用于选择控制端口于选择控制端口/ /数据端口。数据输入输出寄存器合用数据端口。数据输入输出寄存器合用一个端口（为一个端口（为0 0，偶地址），控制寄存器与状态寄存器，偶地址），控制寄存器与状态寄存器合用一个端口（为合用一个端口（为1 1，奇地址）。

60、，奇地址）。1.与与CPU之间的连接信号之间的连接信号8.3.2 8251A的引脚信号的引脚信号TxRDY:发送器准备好，输出，高有效。发送器准备好，输出，高有效。通知通知CPU，8251已准备好发送，已准备好发送，CPU可以为其提供需可以为其提供需要发送的字符。要发送的字符。CPU可以可以查询该信号，或把该信查询该信号，或把该信号作为中断请求信号号作为中断请求信号。RxRDY:接收器准备好，输出，高有效。接收器准备好，输出，高有效。通知通知CPU，8251已从外部设备收到一个字符，等待已从外部设备收到一个字符，等待CPU读取。读取。CPU可以可以查询该信号，或把该信号作查询该信号，或把该信号