微型计算机技术及应用(第3版)第5章微型计算机和外设的数据传输-第6章串并行通信和接口技术

第5章微型计算机和外设的数据传输本章重点:

接口电路的功能

接口部件和I/O端口

CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合

中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程DMA方式的原理和DMA控制器的功能

教学建议： 在讲述接口电路的I/O端口基础上，以讲清楚中断方式的原理和DMA方式原理为目标。 本章用2学时。

5.1为什么要用接口电路（1）接口电路按功能可分为两类:使微处理器正常工作所需的辅助电路输入输出接口电路:（2）为什么要用接口电路5.2CPU和输入输出设备之间的信号CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息,又分为：

数字量

模拟量开关量（2）状态信息

（3）控制信息

5.3接口部件的I/O端口数据端口

状态端口

控制端口或命令端口

外设通过接口和系统的连接

5.4CPU和外设之间的数据传送方式解决定时问题的三种传送方式：程序方式

中断方式

DMA方式

5.4.1程序方式1.无条件传送方式图无条件传送方式的工作原理2.条件传送方式（1）条件传送的概念 （2）条件传送的三个环节：CPU从接口中读取状态字CPU检测状态字传送数据查询式输入的接口电路

查询式输出的接口电路

查询式输入过程的流程图5.4.2中断方式1.中断传送方式的原理可屏蔽中断的响应和执行

2.中断优先级问题的解决(1)解决中断优先级的三种办法：软件查询方式简单硬件方式——菊花链法专用硬件方式

(2)三种方法的优缺点

中断优先级菊花链及其逻辑电路(a)菊花链

(b)菊花链逻辑电路中断请求典型的可编程中断控制器

5.4.3DMA方式1.DMA传送方式的提出DMA传送方式的优点数据传输率2.DMA控制器d的功能和原理

DMA控制器的功能： 向CPU发总线请求信号实行对总线的控制修改所用的存储器或接口的地址指针发读写控制信号存放数据长度交还总线控制权DMA传输单个数据(输出过程)的原理

DMA控制器的内部最小配置和接口要求

从接口往内存传输一个数据块的过程：①接口往DMA控制器发一个DMA请求②得到总线控制权③地址寄存器的内容送地址总线④通知接口将数据送到数据总线⑤数据送到所指单元⑥地址寄存器的值加1⑦字节计数器的值减1⑧如字节计数器的值不为0，则回到①;否则结束

DMA传输对接口的要求：①控制寄存器有1位指出数据传输方向②控制寄存器有1位用来启动I/O操作③状态寄存器有1位指出设备当前是否处于忙状态DMA传输对DMA控制寄存器的要求：①有1位作为DMA允许位②有1位用来确定DMA方向③有1位决定进行一次传输后放弃还是维持对总线的控制权④状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束对DMA控制器和接口部件预置的信息：①往DMA控制器的字节计数器设置初值②往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值③对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作④对接口部件设置控制字并启动I/O操作

启动数据块输入的例子IDLE:INAL,INTSTAT ;检测设备是否处于 忙状态，如是，则等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT ;设置计数OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER ;设置地址初值OUTADD-REG，AX

MOVAL，DMAC ;取原DMA控制字ORAL，49H ;设置方向、块传输 ;和允许标志OUTDMACON,AL ;置DMA控制字MOVAL，INTC;设置接口的传输方向 ;及允许标志ORAL，05HOUTINTCON,AL;设置接口的控制字

3.DMA控制器的工作特点是一个接口电路

能够控制系统总线操纵外设和存储器之间的数据传输5.4.4输入输出过程中提出的几个问题1.系统如何知道接口已准备好数据等待CPU提取或者准备接收CPU的数据?2.当系统中有几个设备处于同一种传输方式之下、而且同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求?

第6章串并行通信和接口技术本章要点串行通信的几种方式8251A的编程结构和功能结构8251A和CPU的信号连接以及和外设的信号连接低档接口芯片和高档数据总线的连接8251A的模式寄存器、控制寄存器和状态寄存器的格式8251A的初始化流程8251A的使用8255A和CPU的信号连接以及和外设的信号连接8255A的三种工作方式和设置方法 8255A的C端口置0/置1教学建议以8251A和8255A的使用为目标。本章用5学时，其中：

8251A2学时

8255A3学时

6.1接口的功能以及在系统中的连接接口的功能

接口与系统的连接

6.1.1接口的功能基本功能：在系统和I/O设备之间传输信号提供缓冲作用

1.寻址功能识别区别存储器和I/O的信号识别片选信号选择接口中的寄存器2.输入输出功能根据读写信号判断传输方向传输数据、控制和状态信息3.数据转换功能把CPU的并行数据转换成一些外设所需的串行数据；把外设的串行信息转换成并行数据送往CPU。4.联络功能

当数据传送完后，能通知CPU。

5.中断管理功能发送中断请求和接收中断响应发送中断类型号优先级管理功能。

6.复位功能

接收复位信号7.可编程功能可以用软件使其工作于不同的方式用软件来设置控制信号8.错误检测功能当前多数可编程接口芯片能检测下列两类错误： 传输错误 覆盖错误6.1.2接口与系统的连接接口可分为两个部分和I/O设备相连和系统总线相连

和外部连接典型的I/O接口6.2串行接口和串行通信串行接口

串行通信涉及的几个问题

6.2.1串行接口 串行接口部件有4个主要寄存器，即：控制寄存器状态寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器。

6.2.2串行通信涉及的几个问题全双工方式和半双工方式同步方式和异步方式传输率

1.全双工方式和半双工方式全双工方式：接收和发送用不同的通路。半双工方式：输入和输出使用同一通路。全双工方式和半双工方式（a）全双工方式（b）半双工方式

2.同步方式和异步方式传输方式：同步通信异步通信同步方式和异步方式比较：同步方式的信息有效率高。同步方式需传输时钟信号。标准的异步通信数据格式

3.串行通信的传输率 例１、异步传输过程：设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200bps，那么，每秒钟能传输的最大字符数为1200/10＝120个。

例二.同步传输：用1200bps的波特率工作，用4个同步字符作为信息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输100个字符所用的时间为7(100+4)/1200＝0.6067s，这就是说，每秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067＝165个。

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。

6.3可编程串行通信接口8251A8251A的基本性能8251A的基本工作原理8251A的对外信号8251A的编程8251A编程举例8251A的使用实例

6.3.18251A的基本性能可以工作在同步或异步方式。在同步方式时，能用5、6、7或8位代表字符能自动检测同步字符允许奇偶校验。在异步方式下能用5、6、7或8位代表字符，用1位作为奇偶校验。能增加1个启动位能增加1个、1.5个或2个停止位。6.3.28251A的基本工作原理8251A的编程结构8251A的功能结构8251A的发送和接收

1.8251A的编程结构具体编程结构和外部连接如下图2．8251A的功能结构

接收控制电路的功能：

复位后寻找启动位。消除假启动干扰。对接收到的信息进行奇偶校验。检测停止位。

发送控制电路功能：在异步方式下，为数据加上起始位、校验位和停止位。在同步方式下，插入同步字符和校验位。读写控制逻辑电路功能：接收WR＃，写入数据和控制字接收RD＃，读取数据或状态字接收C/D＃。接收CLK，完成内部定时。接收RESET。8251A的内部工作原理

3.8251A的发送和接收(1)异步接收方式(2)异步发送方式下图为8251A工作在异步方式时的数据传输格式(3)同步接收方式(4)同步发送方式下图为8251A工作在同步方式时的数据传输格式6.3.38251A的对外信号8251A和CPU之间的连接信号8251A与外部设备之间的连接信号

1.8251A和CPU之间的连接信号(1)片选信号 CS#为低电平时，8251A被选中(2)数据信号 D7～D0与系统的数据总线相连(3)读写控制信号

RD#为读信号。

WR#为写信号。

C/D#为控制/数据信号。(4)收发联络信号TXRDY为发送器准备好信号TXE发送器空信号RXRDY接收器准备好信号SYNDET同步检测信号2.8251A与外部设备之间的连接信号(1)收发联络信号DTR# 数据终端准备好信号DSR# 数据设备准备好信号RTS# 请求发送信号CTS# 清除请求发送信号

(2)数据信号TXD 发送器数据信号端RXD 接收器数据信号端6.3.48251A的编程8位接口和16位数据总线的连接问题8251A的初始化模式寄存器的格式控制寄存器的格式状态寄存器的格式

1.关于8位接口芯片和16位数据总线的连接问题解决方法：硬件上，将总线的A1与芯片的A0相连软件上，用连续的偶地址代替奇偶地址2.8251A的初始化8251A初始化的约定：复位后，用奇地址写入的值送模式寄存器。若为同步模式，接着往奇地址端口输出的字节为同步字符。此后，除复位命令，往奇地址写入的值将送到控制寄存器，往偶地址端口写入的值送到数据输出寄存器。8251A的初始化流程图

3.模式寄存器的格式下图为8251A模式寄存器的格式 (a)异步模式；(b)同步模式4.控制寄存器的格式5.状态寄存器的格式6.3.58251A编程举例异步模式下的初始化程序举例同步模式下的初始化程序举例利用状态字进行编程的举例1.异步模式下的初始化程序举例MOVAL，0FAHOUT42H，AL ；设置模式字，为异步模式；波特率因子为16；用7个数据位，偶校验，2个停止位MOV AL，37HOUT 42H，AL ；设置控制字，使发送启动、接收启动，并设置有关信号

2.同步模式下的初始化程序举例MOV AL，38HOUT 42H，AL ；设置模式字为同步模式，2个同步字符，7个数据位，偶校验MOV AL，16HOUT 42H，ALOUT 42H，AL ；两个同步字符均为16HMOVAL，97HOUT42H，AL ；设置控制字，并启动3.利用状态字进行编程的举例MOVAL,0FAHOUT42H,AL ；设置模式字，异步模式，波特率因子为16，7个数据位，2个停止位，偶校验MOVAL,35HOUT42H,AL ；设置控制字，并启动MOVDI,0 ；变址寄存器初始化 MOVCX,80 ；共收取80个字符BEGIN:INAL,42H TESTAL,02H JZBEGIN ；读状态字并测试INAL,40H ；读取字符MOVDX,OFFSETBUFFERMOV[DX+DI],AL ；传输字符INCDI ；修改缓冲区指针INAL,42H ；读取状态字TESTAL,38H ；测试有无错误JNZERROR LOOPBEGIN ；如没有错，则接收下1个字符JMPEXIT ；如满8个字符，则结束ERROR:CALLERR_OUT；调用出错处理程序EXIT:…6.3.68251A的使用实例下图为用8251A作为CRT接口的实际例子

8251A的初始化程序段INIT： XORAX，AX ；AX清零 MOVCX，0003 MOV DX，00DAHOUT1： CALLKKK LOOPOUT1 ；往控制端口DAH送3个0

MOV AL，40HCALL KKK ；往控制端口送40H复位MOV AL，4EHCALL KKK ；设置模式字，异步模式，波特率因子为16，8位数据，1位停止位

MOV AL，27HCALL KKK ；往设置命令字启动 . . .KKK：OUT DX，AL ；将数据输出到指定端口

PUSHCX MOV CX，0002ABC：LOOP ABC ；等待输出动作完成

POP CX ；恢复CX内容

RET往CRT输出一个字符的程序段CHAROUT：MOV DX，0DAHSTATE： IN AL，DX ；输入状态字 TEST AL，01 JZSTATE ；不断测试状态位MOVDX，0D8H ；数据端口地址送DXPOP AX ；AX中为要输出的字符OUT DX，AL ；往端口中输出一个字符6.4并行通信和并行接口特点：传输速度快信息率高用电缆多 下图为典型的并行接口和外设连接的示意图

6.5可编程并行通信接口8255A可编程通过软件工作方式连接外部设备时，通常不需外部电路

6.5.18255A的内部结构8255A的内部结构图1.数据端口A、B、C（1）端口A对应1个8位数据输入锁存器1个8位输出锁存器/缓冲器。（2）端口B对应1个8位数据输入缓冲器1个8位输出锁存器/缓冲器。（3）端口C对应1个8位数据输入缓冲器1个8位输出锁存器/缓冲器。通常使用方法：端口A、B作为独立的输入或者输出端口端口C配合端口A、B

2.A组控制和B组控制（1）A组控制电路控制端口A和端口C的高4位的工作方式和读写操作。（2）B组控制电路控制端口B和端口C的低4位的工作方式和读写操作。3.读写控制逻辑电路功能：

管理数据传输过程。4.数据总线缓冲器功能：通过它与系统数据总线相连。

6.5.28255A的芯片引脚信号1.和外设一边相连的信号PA7～PA0——A组数据信号；PB7～PB0——B组数据信号；PC7～PC0——C组数据信号。2.和CPU一边相连的信号RESET 复位信号，高电平有效。D7～D0 数据线。CS# 片选信号。RD# 读出信号。WR# 写入信号。A1、A0 端口选择信号。6.5.38255A的控制字控制字分为两类：各端口的方式选择控制字；C端口按位置1/置0控制字。

1.方式选择控制字8255A方式选择注意：有三种基本工作方式：方式0——基本的输入输出方式方式1——选通的输入输出方式方式2——双向传输方式只有端口A能工作在方式2同一组的两端口可分别工作在输入和输出方式2.端口C置1/置0控制字置1/置0控制字注意：必须写入控制口D0位决定置1或置0D3、D2、D1位决定了对哪一位操作D7位必须为06.5.48255A的工作方式方式0方式1方式2方式0(1)方式0的工作特点端口可作为输入口，也可作为输出口。可以有16种不同的组合(2)方式0的输入输出时序在方式0读取数据条件：先发出地址信号数据要领先于读信号输入时序要求：读出期间地址保持有效数据必须保持到结束读脉冲宽度至少为300ns方式0输出时序要求：地址信号必须提前有效且滞后消失写脉冲宽度至少有400ns数据必须提前并保持t