微型计算机原理及其应用串并行通信接口

微型计算机原理及其应用串并行通信接口第1页，课件共36页，创作于2023年2月第六章串并行通信和接口技术串行通信和串行接口可编程串行通信接口8251A并行通信和并行接口可编程并行通信接口8255A第2页，课件共36页，创作于2023年2月串行通信和串行接口串行通信和串行接口可编程串行通信接口8251A并行通信和并行接口可编程并行通信接口8255A第3页，课件共36页，创作于2023年2月1.并行通信和串行通信并行通信——指数据的各位同时进行传送的方式。其特点是传输速度快；但当传输距离远，位数多时导致通信线路复杂、成本高。计算机计算机或外设D0D1D2D3D4D5D6D7串行通信和串行接口第4页，课件共36页，创作于2023年2月串行通信——数据的各位是按规定的顺序一位一位传送的通信方式。只需一条数据线便可进行数据传送，其特点传输线简单，可利用多种介质，适用于远距离通信，成本较低；但速度较慢。计算机计算机或外设微机系统在串行通信时必须进行串行与并行的转换串行通信和串行接口第5页，课件共36页，创作于2023年2月2.单工、半双工和全双工方式按照数据传输时发送过程与接收过程的关系共分为以下三种方式：全双工方式——数据的接收（输入）和发送（输出）可以同时进行，但分别采用不同的传送通道（即收/发各使用1条通信线）；半双工方式——数据的接收和发送使用同一条传送通道，但数据的收/发不能同时进行；单工方式——只能在一个方向传输信息，即只收不发或只发不收。第6页，课件共36页，创作于2023年2月3.同步方式和异步方式按照时钟对于数据传输过程的定时方式，可分为同步通信和异步通信方式异步串行方式：发送和接收两地不用同一时钟同步的数据传输方式；一般以若干位表示一个字符，收发以字符为独立的通信单位；每个字符出现的时间是任意的，即前后两个字符之间的传输间隔是任意的；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、时钟和校验方式等。第7页，课件共36页，创作于2023年2月3.同步方式和异步方式在传输率相同的情况下，同步方式的数据传输效率更高，因为同步方式下非数据信息的比例较小！课本P200的图6.1为标准的异步方式的数据格式字符格式——字符的编码形式及规定每个串行字符由以下4部分组成：起始位（1位，低电平）：表示传输的开始；数据位（5～8位）：由低往高排列，同一个系统中数据位的数目是固定的；奇偶校验位（1位）：可采用奇校验或偶校验；停止位（1、1.5或2位，高电平）。

第8页，课件共36页，创作于2023年2月说明：①无信息传输（或间隔）时，输出必须为“1”状态（标识态）；②1到0的跳变作为字符的开始——起始位；③起始位后为5～8位的数据位，低位在前，高位在后；④数据位后为奇偶校验位，可设为奇或偶校验，也可不设；⑤最后有1、1.5(1.5Tb)或2位停止位，均为“1”第9页，课件共36页，创作于2023年2月字符‘C’的数据格式为：例如：设异步通信数据格式为7位数据、1位奇校验和1位停止位，则字符‘A’的数据格式为：第10页，课件共36页，创作于2023年2月‘9’：39H=0111001B

100111011

练习：设异步通信数据格式为7位数据、1位奇校验和1位停止位，则字符‘9’的数据格式为：第11页，课件共36页，创作于2023年2月数据传送速率——每秒钟传输数据的位数（波特率）波特率因子：发送钟和接收钟频率为波特率的倍数例：每秒钟传送120个字符，而每个字符由10位数据位组成，则传送的波特率为：fd=10×120=1200bit/s=1200波特率或称为1200bps。标准波特率：110/300/600/1200/1800/2400/4800/9600/19200有时也用位周期（Td）来表示传输速度，表示每一位的传送时间，是波特率的倒数。第12页，课件共36页，创作于2023年2月发送时钟与接收时钟异步通信中，发送端和接收端各用一个时钟来确定发送和接收的速率，分别称为发送时钟和接收时钟。这两个时钟的频率fc和数据传输速率fd的关系为：fc=Kfd其中K称为波特率系数，取值可为16、32或64注意：接收时钟和发送时钟的频率不能相差太大，否则有可能造成信息帧的格式错误。串行接口都可检测出三种错误：奇偶校验错误、覆盖错误和信息帧格式错误。第13页，课件共36页，创作于2023年2月校验方式:发送时在传送的字符后自动在奇偶校验位置上添加1或0，使得字符1的个数（包括校验位）为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）；而接收时，要检查所接收的字符及其校验位是否符合规定，若不符合规定就置出错标志，供CPU查询处理。CCITT（国际电报电话咨询委员会

）的建议，在异步通信中使用偶校验，而在同步通信中使用奇校验。第14页，课件共36页，创作于2023年2月同步串行方式以一组字符组成一个数据块（或称信息帧），在每一个数据块前附加一个或两个同步字符或标识符；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。一个信息帧可包含多个甚至上千个字符；同步传输不允许有间隙，没有信息传输时要填上空字符。同步传送速度高于异步传送，传送效率高；但同步传送要求发送端和接收端使用同一时钟，故硬件电路比较复杂。第15页，课件共36页，创作于2023年2月串行数据接口标准一个完整的串行通信系统除对通信规程、定时控制有规定外，在电气连接上也有接口标准。常用的有以下串行接口标准：①RS-232-C接口标准：RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。其特点是：1）采用负逻辑，即，逻辑“1”为-15V~-5V，逻辑“0”为+5V~+15V；2）采用全双工方式。②RS－422和RS－485接口标准：在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线。数据最高传输速率达到10Mbps；RS-422的电气性能与RS-485完全一样。主要区别是RS-422的收与发是分开的所以可以同时收和发（全双工）；而RS-485只有2根信号线：发送和接收（半双工）。RS232是全双工的，RS485是半双工的，RS422是全双工的。第16页，课件共36页，创作于2023年2月第17页，课件共36页，创作于2023年2月1.8251A的基本性能①通过编程，8251A可工作在同步方式，波特率0～64K，也可工作在异步方式，波特率0～19.2K；②同步方式用5～8位来表示字符，允许增加1位奇偶校验位，能自动检测同步字符，实现收发同步；③异步方式用5～8位来表示字符，1位可选的奇偶校验位，1位启动位，根据需要可设置1、1.5或2位停止位；④全双工、双缓冲的发送器和接收器；⑤具有奇偶、溢出和帧错误检测功能；可编程串行通信接口8251A第18页，课件共36页，创作于2023年2月接口8251MC1489MC1488TTL输入TTL输出RS232C输入RS232C输出0.3V+3V——+15V3.0V-3V——-15V注意：接口的输入和输出均为TTL电平，与RS232C标准不符，需要加电平转换电路。MC1488和MC1489芯片通常称为线路驱动器和线路接收器。第19页，课件共36页，创作于2023年2月2.8251A的内部结构第20页，课件共36页，创作于2023年2月读／写控制电路——接收来自CPU的控制信号和控制字，译码后向8251A各功能部件发出有关的控制信号，因此它实际上是8251A的内部控制器。Ｍodem控制电路——用以控制825lA与调制解调器之间的信息传送。Ｉ/Ｏ缓冲器——将8251A与系统数据总线相连，包含3个8位缓冲寄存器：发送数据/命令缓冲器接受CPU输出的数据或命令；接收数据缓冲器暂存接收器送来的数据；状态缓冲器寄存8251A的各种状态信息。第21页，课件共36页，创作于2023年2月接收器——接收来自RxD引脚上的串行数据，并按设定的格式将其转换为并行数据，存放在I/O缓冲器的接收数据缓冲器中。异步和同步工作过程不同。发送器——锁存CPU输出的数据，把数据由并行变串行，从TxD引脚串行发送出去。异步和同步工作过程不同。第22页，课件共36页，创作于2023年2月3.8251A的引脚功能⑴数据线D7～D0——双向、三态，用于与CPU传送数据、命令、状态等信息；⑵片选CS——用于芯片寻址；⑶读写控制RD，WR；(4)接收控制/数据信号信号第23页，课件共36页，创作于2023年2月奇地址偶地址C/D（A0）RDWR 功能 001CPU从8251A输入数据 010CPU向8251A输出数据 101CPU读8251A的状态 110CPU向8251A写控制命令 第24页，课件共36页，创作于2023年2月TXE——发送器空信号，为1时表示串行输出信号发送完毕，在同步方式下，若CPU未及时送出字符，则8251A自动填入空字符来补充间隙；RXRDY——接收器准备好信号，为1时表示8251A从外设或调制解调器中接收到1个字符，通知CPU来取走，CPU取走后RXRDY=0；SYNDET——同步检测信号（仅用于同步方式），为1时，表示8251A检测到同步字符。⑷CPU的收发联络信号TXRDY——发送准备好信号，为1时表示8251A作好发送准备，CPU可以向其发送1个字符，发送结束后，TXRDY=0；第25页，课件共36页，创作于2023年2月CTS——清除请求发送信号，CTS是RTS的响应信号，当CTS=0时，8251A才能执行发送操作RTS——请求发送信号输出，当RTS=0时，表示8251A已准备好发送字符；DSR——数据设备准备好信号输入，当DSR=0时，表示外设已准备好，CPU可以经8251A向外设传送1个字符；DTR——数据终端准备好信号输出端，当DTR=0时，表示8251A已接收CPU发来的字符，准备向外设发送；⑸8251A与外设间的联络线和信号线第26页，课件共36页，创作于2023年2月⑹时钟信号CLK——系统时钟；TXC——发送器时钟同步方式：TXC为发送时钟的波特率，TXC应小于CLK的1/30倍；异步方式：TXC应小于CLK的1/4.5倍，而TXC可以为波特率的1、16或64倍——波特因子。TXD——发送器数据信号输出（串行输出）端RXD——接收器数据信号输入（串行输入）端第27页，课件共36页，创作于2023年2月RXC——接收器时钟同步方式：RXC为接收时钟的波特率；异步方式：RXC可以为波特率的1、16或64倍——波特因子。注：实际使用时，RXC与TXC并接第28页，课件共36页，创作于2023年2月4.8251A的编程8251A使用前必须进行初始化，以确定工作方式、传送速率、字符格式以及停止位长度等；改变8251A的工作方式时必须再次进行初始化编程；8251A有两个控制字和一个状态字：方式选择控制字：用于规定8251A的工作方式；操作命令控制字：使8251A处于规定的工作状态，以准备接收或发送数据状态字：寄存8251A的工作状态第29页，课件共36页，创作于2023年2月D7D6D5D4D3D2D1D0字符长度00：5位01：6位10：7位11：8位波特率系数00：同步方式01：异步X110：异步X1611：异步X64奇偶校验X0：无校验01：奇校验11：偶校验SYN?同步控制X0：内同步X1：外同步0X：两同步字符1X：单同步字符Y帧控制00：不确定01：1停止位10：1.5停止位11：2停止位N方式选择控制字格式第30页，课件共36页，创作于2023年2月EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN发送允许0：屏蔽1：允许操作命令控制字格式接收允许0：屏蔽1：允许数据终端准备好1:迫使DTR输出低送中止字符1:迫使TXD输出低0：正常工作错误标志复位1:全部错误标志复位请求发送1:迫使RTS输出低内部复位1:返回方式指令格式外部搜索方式1:启动搜索同步字符第31页，课件共36页，创作于2023年2月DSRSYNDETFEOEPETXERXRDYTXRDY与引脚TXRDY有差别状态字格式奇偶错误溢出错误帧错误（仅异步）与8251的同名引脚同定义第32页，课件共36页，创作于2023年2月编程方法8251A初始化编程及数据传送流程图第33页，课件共36页，创作于2023年2月5应用举例例利用8251A实现两台微型计算机的远距离通信设采用半双工查询方式，异步传送，一方定义为发送器，另一方为接收器。当发送端CPU查询到TxRDY有效时，向825lA并行输出一字节数据；接收端CPU每查询到RxRDY有效，则从8251A并行输入一个字节数据，一直进行到全部数据传送完为止。第34页，课件共36页，创作于2023年2月设发送端8251A数据口地址为TDATA，控制口／状态口地址为TCONT，发送数据块首地址为TBUFF，字节数为80STT：MOVDX，TCONT；将825lA定义为异步方式，8位数据，l位MOVAL，7FH;停止位，偶校验，波特率系数64OUTDX，AL

MOVAL，0lH；允许发送OUTDX，ALMOVDI，TBUFF；发送数据块首地址送DIMOVCX，80；计数器赋初值NEXT：MOVDX，TCONT；读取状态字INAL，DXANDAL，0lH；TxRDY有效否？JZNEXT；无效，继续等待MOVDX，TDATA；有效，向8251A输出一字节数据MOVAL，［DI］OUTDX，ALINCDI；修改指针LOOPNEXTHLT第35页，课件共36页，创作于2023年2月设接收端8251A数据口地址为RDATA，控制口／状态口地址为RCONT，接收数据缓冲区首地址为RBU