微机原理第六章1

1、博学 审问 慎思 明辨 笃行第六章第六章 串并行通信串并行通信 和接口技术和接口技术 22022-6-82 6.1 串行接口和串行通信串行接口和串行通信 6.2 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251A 6.3 并行通信和并行接口并行通信和并行接口 6.4 可编程并行通信接口可编程并行通信接口8255A 教学重点为: 串并行接口的用途；串并行接口的用途； 8251A的功能结构与工作原理、初始化流程；的功能结构与工作原理、初始化流程； 8255A的控制字；的控制字； 8255A的工作方式；的工作方式； 第六章第六章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 第第6 6章章 串并行通信和接口

2、技术串并行通信和接口技术 3第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 4第三节 主板选型5ISA插插槽槽PCI插插槽槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口软驱接口软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 6PCI插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板电源主板电源插座插座Intel “4”系列原装主板

3、系列原装主板 76.1.1 串行通信涉及的几个问题串行通信涉及的几个问题6.1 串行接口和串行通信串行接口和串行通信串行通信：串行通信：将数据分解成二进制位用一将数据分解成二进制位用一 条信号线，一位一位顺序传条信号线，一位一位顺序传 送的方式。在传输过程中，送的方式。在传输过程中， 每一位数据占据一个固定的时间长度。每一位数据占据一个固定的时间长度。数据的各位依次由源到达目的地数据的各位依次由源到达目的地 慢慢数据线少数据线少 远程远程, 费用低费用低0 1 1 0 1 0 1 0 RD目目的的TD源源串行通信串行通信适于适于长距离长距离、中低速中低速通信通信第第6 6章章 串并行通信和接口

4、技术串并行通信和接口技术 81）用于通信的线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本。用于通信的线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本。 因而串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求因而串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求 不高的近距离数据传送。不高的近距离数据传送。 2）抗干扰能力强，串行信号间互相干扰完全可以忽略。抗干扰能力强，串行信号间互相干扰完全可以忽略。 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、信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、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题 “串行

5、串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式，是指外设与接口电路之间的信息传送方式，CPU与接口之间仍按与接口之间仍按并行方式工作。并行方式工作。RS-232第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 串行通信的优势：串行通信的优势： 早期的早期的PC系列机上通常有两个串行异步通信接口，键盘、鼠标器系列机上通常有两个串行异步通信接口，键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送，现在的与主机间采用串行数据传送，现在的USB、IEEE1394接口都是串行口。接口都是串行口。 通信线路简单，例如利用电话或电报线路就可实现通信。通信线路简单，例如利用电话或电报线路就可实现通信。91. 按传输方式

6、分：全双工、半双工、单工按传输方式分：全双工、半双工、单工全双工：全双工：双根传输线，能够同时发送和接收双根传输线，能够同时发送和接收半双工：半双工：单根传输线，不能同时发送和接收单根传输线，不能同时发送和接收单工：单工：单根传输线只用作发送或只用作接收单根传输线只用作发送或只用作接收2. 按时钟定时分：同步、异步按时钟定时分：同步、异步同步通信：同步通信：收发双方采用同一个时钟信号来定时收发双方采用同一个时钟信号来定时 多个字符组成一个数据块（或称多个字符组成一个数据块（或称信息帧信息帧、信息组），在每一个数据、信息组），在每一个数据块前附加一个或两个块前附加一个或两个同步字符同步字符或标识

7、符，最后以或标识符，最后以校验字符校验字符结束在传送过程结束在传送过程中发送端和接收端使用同一时钟信号进行控制使每一位数据均保持位同步。中发送端和接收端使用同一时钟信号进行控制使每一位数据均保持位同步。同步通信一个信息帧含有多个或上千字符。同步通信一个信息帧含有多个或上千字符。同步字符同步字符 字符字符1 字符字符2 字符字符n 校验字符校验字符数据块数据块第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 10传输制式传输制式第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 11异步通讯：异步通讯：收发双方不用统一的时钟来定时收发双方不用统一的时钟来定时 每个字符一位一位地传输

8、，传输一个字符时，以每个字符一位一位地传输，传输一个字符时，以起始位起始位开开始，然后传输字符本身各位，接着传输始，然后传输字符本身各位，接着传输校验位校验位，最后以，最后以停止位停止位结束该字符的传输。因此一次传输的起始位、字符各位、校验结束该字符的传输。因此一次传输的起始位、字符各位、校验位、停止位构成一组完整的信息，称为异步通信的一个位、停止位构成一组完整的信息，称为异步通信的一个信息帧信息帧（Frame），只含一个字符。），只含一个字符。 帧与帧之间可有任意个空闲位。为了保证异步通信的正确，帧与帧之间可有任意个空闲位。为了保证异步通信的正确，必须在收发双方通信前约定字符格式、传送速率、

9、时钟和校验必须在收发双方通信前约定字符格式、传送速率、时钟和校验方式等。方式等。 一般以若干位表示一个字符，收发是以字符为独立的通信一般以若干位表示一个字符，收发是以字符为独立的通信单位，一个字符一个字符地传输，两个字符之间的传输间隔是单位，一个字符一个字符地传输，两个字符之间的传输间隔是任意的。这样，为保证正确区分字符，每个字符的前后要用若任意的。这样，为保证正确区分字符，每个字符的前后要用若干位作为分隔位来进行识别。干位作为分隔位来进行识别。 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 12 起始位起始位每个字符开始传送的标志，每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑起始位采用

10、逻辑0电平电平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电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送图图6.1 标准的异步通信数据格式标准的异步通信数据格式第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 13 1

11、到到0的的跳跳变变作作为为字字符符的的开开始始 LSB MSB 字字符符间间隔隔（均均为为1） 1、1.5或或2个个停停止止位位（均均为为1） 1位位可可选选的的奇奇偶偶校校验验位位 5到到8位位的的数数据据位位，低低位位在在前前，高高位位在在后后 起起始始位位 异步通信数据格式总结说明：异步通信数据格式总结说明：无信息传输（或间隔）时，输出必须为无信息传输（或间隔）时，输出必须为“1”状态（标识态）；状态（标识态）；1到到0的跳变作为字符的开始的跳变作为字符的开始起始位；起始位；起始位后为起始位后为58位的数据位，位的数据位，低位在前，高位在后低位在前，高位在后；数据位后为奇偶校验位，可设为

12、奇或偶校验，也可不设；数据位后为奇偶校验位，可设为奇或偶校验，也可不设；最后有最后有1、1.5或或2位停止位，均为位停止位，均为“1”第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 14F传输速率传输速率 在串行通讯中，用在串行通讯中，用波特率波特率来描述数据的传输速率。来描述数据的传输速率。即每秒钟传送的二进制位数，简写为即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps 串行通信无论收发都必须有时钟脉冲信号对传送的数据串行通信无论收发都必须有时钟脉冲信号对传送的数据进行定位和同步控制。接收时钟进行定位和同步控制。接收时钟/发送时钟是波特率的倍数发送时钟是波特率的倍数波特率因子波特率因子。例例

13、：波特率：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16，则，则接收时钟和发送时钟频率接收时钟和发送时钟频率=960016=153600Hz 波特率因子波特率因子=16 ，表明，表明16个时钟脉冲传送个时钟脉冲传送1位。位。3. 串行通信的传输率：串行通信的传输率：第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 15 设每个字符对应设每个字符对应1个起始位、个起始位、7个信息位、个信息位、1个奇偶个奇偶校验位和校验位和1个停止位，如果波特率为个停止位，如果波特率为1200bps，那么，那么，每秒钟能传输的最大字符数为每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个。个。 用用1

14、200bps的波特率工作，用的波特率工作，用4个同步字符作为信个同步字符作为信息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输100个字符所个字符所用的时间为用的时间为7(100+4)/12000.6067s，这就是说，每，这就是说，每秒钟能传输的字符数可达到秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067165个。个。可见，在同样的传输率下，同步传输时实际字符传可见，在同样的传输率下，同步传输时实际字符传输率要比异步传输时高。输率要比异步传输时高。 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 例例1：异步传输过程：异步传输过程 例例2: 同步传输过程同步传输

15、过程166.1.2 串行接口串行接口第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 176.2 可编程串行通信接口可编程串行通信接口 8251A6.2.1 8251A的基本性能的基本性能 通过编程，通过编程，8251A可以工作在同步方式，波特率可以工作在同步方式，波特率0 64K，也可以工作在异步方式，波特率，也可以工作在异步方式，波特率019.2K； 同步方式下可以用同步方式下可以用58位来表示字符，允许增加位来表示字符，允许增加1位位奇偶校验位，能自动检测同步字符，实现收发同步；奇偶校验位，能自动检测同步字符，实现收发同步； 异步方式下用异步方式下用58位来表示字符，位来表示字符

16、，1位可选的奇偶校位可选的奇偶校验位，验位，1位启动位，根据需要可设置位启动位，根据需要可设置1、1.5或或2位停止位；位停止位； 全双工、双缓冲的发送器和接收器；全双工、双缓冲的发送器和接收器； 具有奇偶、溢出和帧错误检测功能；具有奇偶、溢出和帧错误检测功能； 与与Intel 8080、8085、8086、8088CPU兼容兼容第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 188251A的功能结构的功能结构 6.2.2 8251A的基本工作原理的基本工作原理第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 19模式寄存器模式寄存器决定工作于同步决定工作于同步或异步模式以及

17、或异步模式以及接收和发送的字接收和发送的字符格式符格式同步字符寄存器同步字符寄存器存放同步模式下存放同步模式下的同步字符的同步字符偶地址偶地址端口端口奇地址端口奇地址端口第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 206.2.4 8251A的编程的编程 8251A初始化的约定：初始化的约定： 复位后，第一次给奇地址端口写复位后，第一次给奇地址端口写入的值作为模式字入的值作为模式字 如规定为同步模式，那么，接下来如规定为同步模式，那么，接下来往奇地址端口写入的是同步字符。如果是往奇地址端口写入的是同步字符。如果是双同步，则先后两次写入同步字符。双同步，则先后两次写入同步字符。 接下

18、来，只要不是复位命令，接下来，只要不是复位命令，CPU给奇地址写入的是控制字，给偶地址端口给奇地址写入的是控制字，给偶地址端口写入的是要发送的数据。写入的是要发送的数据。 1. 8251A的初始化的初始化 8251A使用前必须进行初始化，以确使用前必须进行初始化，以确定工作方式、传送速率、字符格式以及停定工作方式、传送速率、字符格式以及停止位长度等；改变止位长度等；改变8251A的工作方式时必的工作方式时必须再次进行初始化编程；须再次进行初始化编程；第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 212. 模式寄存器的格式模式寄存器的格式 8251A的编程包括的编程包括两个方面两个方

19、面的内容：的内容：由由CPU发出控制字，即模式命令字和操作命令控制字发出控制字，即模式命令字和操作命令控制字 由由8251A向向CPU送出的状态字送出的状态字 模式字是在对模式字是在对8251A进行初始化进行初始化时，用程序命令写时，用程序命令写入且只需写一次。入且只需写一次。 用于规定用于规定8251A的工作方式的工作方式 :第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 223. 控制寄存器的格式控制寄存器的格式 控制字是在模式字之后写入，用来控制控制字是在模式字之后写入，用来控制8251A的工作，使其处的工作，使其处于规定的状态以及准备发送或接收数据，可进行多次写入操作。控于规

20、定的状态以及准备发送或接收数据，可进行多次写入操作。控制字和模式字共用一个奇地址端口，且又无特征标志，制字和模式字共用一个奇地址端口，且又无特征标志，8251A是根是根据写入的先后顺序来加以区分的，即先写入的是模式字，后写入的据写入的先后顺序来加以区分的，即先写入的是模式字，后写入的是控制字。是控制字。 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 23例如例如: 由控制字的格式可知，由控制字的格式可知，8251A的复位命令的复位命令 是给奇地址端口写入是给奇地址端口写入40H。 即即复位命令的程序段复位命令的程序段是：是：MOV AL, 40HOUT 奇地址端口奇地址端口， AL

21、 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 244. 状态寄存器的格式状态寄存器的格式 状态寄存器用来存放状态寄存器用来存放8251A的状态字，用来反映的状态字，用来反映8251A的的状态信息，可供状态信息，可供CPU读取查询。读取查询。第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 25【例例】 假设假设 8251A的端口地址为：的端口地址为：82H、80H，按以下要求对，按以下要求对8251A进行初始化进行初始化。 （1）异步工作方式，）异步工作方式，1个停止位，采用偶校验，个停止位，采用偶校验，7个数据位，个数据位， 波特率因子为波特率因子为16。 （2）允许接

22、收和发送数据，使错误位全部复位。）允许接收和发送数据，使错误位全部复位。 （3）查询）查询8251A的状态字，当接收准备就绪时则从的状态字，当接收准备就绪时则从8251A输入输入 数据，否则等待。数据，否则等待。6.2.5 8251A编程举例编程举例第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 26MOV AL， 40HOUT 41H， AL ；对8251A进行复位MOV AL，01111010BOUT 82H， AL ；写模式字MOV AL，00010101BOUT 82H， AL ；写控制字WAIT：IN AL ，41H ；读取状态字AND AL，02H ；检查RXRDY是否为

23、1JZ WAIT ；RXRDY不为1，等待IN AL ，80H ；RXRDY为1，读取数据初始化程序段初始化程序段：第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 27【习题习题:】 对对8251A进行初始化。进行初始化。 1. 设设8251A工作于内同步方式，工作于内同步方式，7个数据位，个数据位，采用偶校验，两个同步字符（均为采用偶校验，两个同步字符（均为24H）；）； 2. 同时要求同时要求8251A进行同步字符搜索，允进行同步字符搜索，允许接收和发送数据，使错误位全部复位。许接收和发送数据，使错误位全部复位。 3. 假设假设8251A的端口地址为：的端口地址为：00E2H、0

24、0E0H。第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 286.2.6 8251A的使用实例的使用实例RDWR 8251A与与CPU之间通常采用之间通常采用查询或中断方式查询或中断方式传输数据。若采用中断传输数据。若采用中断方式，两个状态信号方式，两个状态信号TxRDY和和RxRDY通过一个或非门接到通过一个或非门接到CPU的外中的外中断输入。其余的断输入。其余的 、RESET都是同名端相连。都是同名端相连。 在编程时，先对在编程时，先对8251A初始化，输入命令字后就可以进行数据传送。初始化，输入命令字后就可以进行数据传送。在得到中断申请后，通过调用状态字来检测是接收申请（在得到

25、中断申请后，通过调用状态字来检测是接收申请（RxRDY1）还是发送申请（还是发送申请（TxRDY1），然后转至相应的中断服务程序进行处理），然后转至相应的中断服务程序进行处理即可。在接收处理时，若要判定传输是否出错，也只需读取状态字，检即可。在接收处理时，若要判定传输是否出错，也只需读取状态字，检测错误标志位测错误标志位PE等。这样，可以很方便地实现双工通信。等。这样，可以很方便地实现双工通信。【例例】 试用试用8251A为为8086 CPU与与CRT终端设计一串行通信接口。终端设计一串行通信接口。 假设：假设：8251A端口地址为端口地址为52H、50H。 要求：要求： （1）异步工作方式，

26、）异步工作方式，1个停止位，个停止位，8个数据位，采用奇校验，个数据位，采用奇校验，波特率因子为波特率因子为16； （2）CPU用查询方式将显示缓冲区的字符用查询方式将显示缓冲区的字符“GOOD”送送CRT显显示。显示缓冲区在数据段，首地址为示。显示缓冲区在数据段，首地址为2000H。第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 29F8251与与CPU的数据交换的数据交换查询方式查询方式/中断方式中断方式采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。采用查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。 状态寄存器状态寄存器D0=1，CPU可以向可以向8251数据端口写入数据，完成串数据端口

27、写入数据，完成串行数据的发送行数据的发送 状态寄存器状态寄存器D1=1，CPU可以从可以从8251数据端口读出数据，完成一数据端口读出数据，完成一帧数据的接收帧数据的接收采用中断方式，采用中断方式， 8251没有单独的中断请求引脚：没有单独的中断请求引脚： TXRDY引脚可以作为发送中断请求引脚可以作为发送中断请求 RXRDY引脚可以作为接收中断请求引脚可以作为接收中断请求 收发均采用中断方式时，收发均采用中断方式时， TXRDY、 RXRDY可可以通过或门与系统总线的中断请求线连接。在以通过或门与系统总线的中断请求线连接。在CPU响应中断转到响应中断转到ISP中时，再对状态寄存器进行查询，中

28、时，再对状态寄存器进行查询，以区分是发送中断还是接收中断以区分是发送中断还是接收中断第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 30（1）硬件连接：）硬件连接：8086CPU与与CRT终端接口连接如图所示。终端接口连接如图所示。 8251A的输入信号和输出信号都是的输入信号和输出信号都是TTL电平，电平， 而而CRT信号电平是信号电平是RS-232-C电平，电平， 所以通过所以通过1488将将8251A的输出信号变为的输出信号变为RS-232-C电平，再送给电平，再送给CRT； 反过来，通过反过来，通过1489将将CRT的输出信号变为的输出信号变为TTL电平，再送给电平，再送给8

29、251A。第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 31DATASEGMENTDISBUFDB47H，4FH，4FH，44H，0DH，0AH ；GOOD字符的字符的ASC码码COUNTDB$DISBUFDATAENDS MOV AL, 40HOUT 52H, AL ；对；对8251A进行复位进行复位 MOVAL，01011110B ；写入模式字；写入模式字OUT 52H，ALMOVAL，00110011B ；写控制字；写控制字OUT 52H，ALMOVBX，OFFSETDISBUF ；显示缓冲区首址；显示缓冲区首址MOVCX，COUNTWAIT： INAL，41H AND AL

30、，01H ；判断；判断TxRDY是否为是否为1，不为，不为1，等待，等待JZ WAITMOV AL，ES：BX ；为；为1，则输出数据，则输出数据OUT 50H，ALINC BXDEC CXJNZ WAITHLT（2）软件设计）软件设计初次对初次对8251A初始化，先送初始化，先送3个个00H ，再送，再送1个个40H 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 32【例例】通过通过8251A实现两台微机相互通信的硬件连接图如图所实现两台微机相互通信的硬件连接图如图所示。利用两片示。利用两片8251A通过标准串行接口通过标准串行接口RS-232C实现两台实现两台8086微机之间的

31、异步串行通信。设两台微机中微机之间的异步串行通信。设两台微机中8251A的命令端口地的命令端口地址均为址均为3F9H，数据端口地址均为，数据端口地址均为3F8H。 第第6 6章章 串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术 33分析：分析：设系统采用查询方式控制串行通信的过程。设系统采用查询方式控制串行通信的过程。 初始化程序由两部分组成：初始化程序由两部分组成： 将一方定义为发送方，发送方将一方定义为发送方，发送方CPU查询到查询到TxRDY有有效时，则效时，则CPU向向8251A并行输出一个待发送的字节数据；并行输出一个待发送的字节数据； 将对方定义为接收方，接收方将对方定义为接收方，接收方CPU查询到查询到RxRDY有有效时，则从效时，则从8251A输入一个已接收到的字节数据，直到全输入一个已接收到的字节数据，直到全部数据传送完毕为止。部数据传送完毕为止。第第6 6章章 串并行通信和接口技术串