串并行通讯及其接口课件

串並行通訊及其介面可編程串行介面晶片8251A編程

外設種類比較多，有的是串行數據傳送，而電腦內部進行的是並行數據傳送，所以必須通過藉口進行串並轉換。並行通信與串行通信

數據通信的基本方式可分為並行通信與串行通信兩種：並行通信：是指利用多條數據傳輸線將一個數據的各位同時傳送。傳輸速度快，適用於短距離通信。串行通信：是指利用一條傳輸線將數據一位位地順序傳送。通信線路簡單，利用電話或電報線路就可實現通信，降低成本，適用於遠距離通信，但傳輸速度慢。

串行介面與串行通信

串行通信就是數據在一根傳輸線上一位一位的按順序傳送的通信方式，它可由兩種方式來實現：一種是將8位通道中的一位依靠軟體來實現串行數據傳送；另一種是通過專用的通訊介面，將並行數據轉換為串行數據。與並行通信相比，串行通信只需要一條傳輸線，所有的數據、狀態、控制資訊都是在這一根傳輸線上傳送的，在通信時所連接的物理線路最少。在數據位數較多，傳輸距離較長的情況下，這個優點更為突出，所以串行通信使用於遠距離通信。

一、串行通信方式

串行通信可分為同步通信(SYNC)與非同步通信（ASYNC）兩種方式。1、非同步通信及其協議（1）非同步通信非同步通信以一個字元為傳輸單位，通信中兩個字元間的時間間隔是不固定的，然而在同一個字元中的兩個相鄰位代碼間的時間間隔是固定的。第1位稱起始位，它的寬度為1位，低電平；接著傳送一個位元組（8位）數據，以高電平為“1”，低電平為“0”；最後是停止位，寬度可以是1位，1.5位或2位。

2、同步串行通信及其規程同步通信以一個幀為傳輸單位，每個幀中包含有多個字元。在通信過程中，每個字元間的時間間隔是相等的，而且每個字元中各相鄰位代碼間的時間間隔也是固定的。同步通信的數據格式如圖所示。二、數據傳送方式

在串行通信中，數據通常在兩個站(如A和B)之間進行雙向傳送。這種數據傳送根據需要又分為單工、半雙工和全雙工傳送。三、信號傳輸方式

1、基帶傳輸方式

在傳輸線路上直接傳輸不加調製的二進位信號，如圖6.14所示。它要求傳送線的頻帶較寬，傳輸的數字信號是矩形波。基帶傳輸方式僅適宜於近距離和速度較低的通信。

2、頻帶傳輸方式在長距離通信時，發送方要用調製器把數字信號轉換成模擬信號，接收方則用解調器將接收到的模擬信號再轉換成數字信號，這就是信號的調製解調。四、串行介面標準

廣為採用的有RS-232C標準和RS-485標準。1.RS-232C標準

RS-232C是一種匯流排標準，這個標準僅保證硬體相容而沒有軟體相容，其外形為D型插座，採用25芯引腳或9芯引腳的連接器（如圖所示）。RS-232C標準規定介面有25根連線，只有以下9個信號經常使用。

2、RS-485匯流排

RS-485適用於收發雙方共用一對線進行通信，也適用於多個點之間共用一對線路進行匯流排方式聯網。RS-485為半雙工工作方式，因而可以採用一對平衡差分電路信號線來連接。返回可編程串行介面晶片8251

一、可編程串行介面晶片8251內部結構與功能

1、8251的內部結構

8251由接收器及接收控制電路、發送器及發送控制電路、調製/解調控制電路、讀寫控制邏輯電路以及數據匯流排緩衝器等五個部分構成（內部結構如圖所示）。2、8251的引腳功能二、可編程串行介面晶片8251控制字

1、方式選擇控制字（模式字）方式控制字的格式如圖所示：2、操作命令控制字（控制字）命令控制字的作用是使8251處於規定的狀態以準備發送或接收數據。命令控制字的格式如圖所示。它應在寫入方式控制字後再寫入，用於控制8251的工作，在通信過程中可多次寫入。3、狀態字狀態字供CPU查詢8251工作狀態，通過狀態字CPU可知8251何時才能開始發送數據或接收數據，以及接收數據有無錯誤。8251的狀態字為8位，狀態字各位的意義如圖所示。

三、可編程串行介面晶片8251編程應用

8251的初始化流程圖如圖所示。【例1】（非同步通信模式下的8251初始化程式舉例)設8251工作在非同步模式，串列傳輸速率係數(因數)為16，7個數據位/字元，採用偶校驗，2個停止位，發送、接收允許，設端口地址為00E2H和00E4H。解:根據題意，可以確定

8251的方式選擇控制字為：11111010B即FAH8251的操作命令控制字為：00110111B即37H

則初始化程式為：

MOVAL，0FAH；送方式選擇控制字

MOVDX，00E2HOUTDX，ALMOVAL，37H；送操作命令控制字

OUTDX，AL【例4】利用8251實現兩臺相距較遠的微型電腦通信應用舉例。（1）利用兩片8251通過RS-232C實現兩臺8086微機之問的串行通信，採用非同步通信。（2）系統採用查詢方式控制傳輸過程。（3）系統連接原理框圖見下圖。返回可編程定時/計數器8253編程

定時計數技術在電腦中具有極為重要的作用。微機控制系統中，常應用定時器實現定時控制，例如定時中斷、定時檢測、定時掃描等；也往往應用計數器對外部事件計數。定時器和計數器都由數字電路中的計數電路構成。它們的工作原理一樣，都是記錄輸入的脈衝個數。前者記錄高精度晶振脈衝信號，因此可以輸出準確的時間間隔，稱為定時器。而當記錄外設提供的具有一定隨機性的脈衝信號時，它主要反映脈衝的個數（進而獲知外設的某種狀態），稱為計數器。1.軟體定時(CPU迴圈執行一段程式)2.硬體定時(單穩態延時電路)3.可編程的定時器/計數器

(8253定時/計數晶片)定時的方法歸納起來有三種：8253定時/計數器一、主要性能1.有3個獨立的16位計數器2.可以按二進位或BCD碼方式計數3.最高計數頻率達2MHz4.可編程6種工作方式二、內部結構及引腳信號8253內部框圖控制字寄存器數據匯流排緩衝器計數器

0＃計數器

1＃計數器

2＃讀/寫邏輯內部總線D0~D7CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2WRRDA0A1CSGNDVCC各部分的功能如下：1.數據匯流排緩衝器：負責與CPU的介面，CPU通過數據匯流排緩衝器向8253寫入控制字、計數初值，讀取某一通道的計數值。D0～D7

與CPU的數據匯流排D0～D7相連。2.讀/寫邏輯：接收CPU發出的讀、寫信號和地址信號，負責對8253內部有關寄存器的讀/寫操作。

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0計數初值裝入計數器0寫控制器寄存器讀計數0讀計數1讀計數2A1A0CBRDWR操作功能表1-1

8253讀/寫操作邏輯計數初值裝入計數器2計數初值裝入計數器13.控制字寄存器：接收CPU寫入的控制字，只能寫入，不能讀出。4.三個計數器(0＃，1＃，2＃)三個獨立的16位減法計數器，內部結構如圖計數通道內部邏輯框圖控制單元初值寄存器減1計數器輸出鎖存器內部總線CLKGATEOUT控制單元初值寄存器減1計數器輸出鎖存器內部總線CLKGATEOUT8253的引腳圖三、8253的控制字控制字的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0計數器讀/寫格式工作方式數制0—二進位1—二―十進位（BCD）000

方式0001

方式1

10

方式2

11

方式3100

方式4101

方式500

計數器鎖存命令10

只讀/寫高8位01

只讀/寫低8位11

首先寫低8位然後寫高8位00選擇計數器001

選擇計數器110

選擇計數器211

非法選擇有四個功能：1.計數器選擇(D7D6)2.數據讀/寫格式(D5D4)3.工作方式選擇(D3D2D1)4.數制選擇(D0)若D0＝0，則按二進位計數，計數範圍0000H～0FFFFH，即1～65536。若D1＝1，則按BCD碼計數，計數範圍4位10進制數，即1～10000。四、8253的初始化編程初始化編程的步驟為：1.向控制字寄存器寫入控制字。2.向對應通道寫入計數值：若規定只寫入低8位，則高8位自動置0。若規定只寫高8位，則低8位自動置0。若是16位，則先寫入低8位，再寫入高8位。例：若通道0工作於方式1，按BCD碼計數，初值為5080，端口地址為40H～43H。則初始化程式為：MOVAL,33H;;00

11

001

1B通道0先寫低8位

後寫高8位方式1BCD碼計數OUT43H,AL

MOVAL,80H

OUT40H,AL;寫入低8位

MOVAL,50H

OUT40H,AL;寫入高8位五、8253的工作方式

8253的每個計數通道有六種工作方式可供選擇，完成定時，計數或脈衝發生器等多種功能。結合每種方式的工作時序波形圖，注意以下幾點：1.寫入方式字後，OUT引腳信號的變化。2.啟動計數器開始計數的觸發方式。3.計數過程中，OUT引腳的輸出波形。4.計數過程中GATE信號的影響。5.是否實現迴圈計數。6.計數過程中，寫入新的計數初值何時有效。1.方式0(計數結束中斷方式)方式0正常計數方式0時GATE信號的作用方式0時計數過程中改變計數值2.方式1(可編程單穩)方式1正常計數方式1時GATE信號的作用方式1時計數過程中改變計數值LSB=2WRCLKGATEOUT4210FF3FECW=12LSB=4LSB=2WRCLKGATEOUT4210FF3FECW=12LSB=43.方式2(頻率發生器)方式2正常計數方式2時GATE信號的作用方式2時計數過程中改變計數值4.方式3(方波發生器)

方式3計數值為偶數時的波形方式3計數值為奇數時的波形方式3GATE信號的作用方式3計數過程中改變計數值5.方式4(軟體觸發的選通方式)方式4正常計數方式4GATE信號的作用方式4計數過程中改變計數值6.方式5(硬體觸發選通方式)方式5正常計數OUTLSB=3WRCLKGATECW=1A

3210FF3方式5時GATE信號的作用方式5時計數過程中改變計數值六、8253計數過程中，讀取當前計數值的方法1.利用GATE信號使計數過程暫停。2.寫入控制字，令8253通道中的鎖存器鎖存當前計數值，再讀取。例如要讀取通道0中當前的計數值，其程式為：MOV AL,03H ;03H=0000,0011B

OUT 43H,AL ;寫入至控制字寄存器中

IN AL,40H ;讀入低8位

MOV CL,AL ;存入CL中

IN AL,40H ;讀入高8位

MOV CH,AL ;存入CH中應用舉例可編程定時器/計數器8253可與各種微型電腦系統相連並構成完整的定時、計數或脈衝發生器。使用8253時，要先根據實際應用要求，設計一個包含8253的硬體邏輯電路或介面，再對8253進行初始化編程，只有初始化後8253才可以按要求正常工作。1.8253定時功能的應用例1：設某應用系統中，系統提供一個頻率為10KHZ的時鐘信號，要求每隔10ms完成一次掃描鍵盤的工作。為了提高CPU的工作效率，採用定時中斷的方式進行鍵盤的掃描。在系統中，採用8253定時器的通道0來實現這一要求。將8253晶片的CLK0接到系統的10KHZ時鐘上，OUT0輸出接到CPU的中斷請求線上，8253口地址為10H~13H,如圖所示。8253用於定時中斷（1）選擇工作方式由於系統每隔10ms完成一次動作，則掃描鍵盤的動作頻率為100HZ，可選用方式2來實現。當8253定時器工作在方式2時，在寫入控制字與計數初值後，定時器就啟動工作，每到10ms時間到，即計數器減到1時，輸出端OUT0輸出一個CLK週期的低電平，向CPU申請中斷，完成鍵盤掃描，同時按原設定值重新開始計數，實現了計數值的自動重裝。（2）確定計數初值已知fCLK0=10KHZ,則TCLK0=0.1ms。所以計數初值N＝TOUT0/TCLK0=10ms/0.1ms=100,即64H。（3）初始化編程根據以上要求，可確定8253通道0的方式控制字為00010100B，即14H。初始化程式段如下：MOV

AL，14H；通道0，寫入初值低8位，高8位置0，；方式2，二進位計數。OUT

13H,AL ；寫入方式到控制字寄存器MOV

AL，64HOUT

10H，AL ；寫入計數初值低8位到通道02.8253計數功能的應用例2：通過PC機系統匯流排在外部擴展一片8253，利用其通道0記錄外部事件的發生次數，每輸入一個高脈衝表示事件發生一次。當事件發生100次後就向CPU提出中斷請求（邊沿觸發），假設8253片選信號的I/O地址範圍為200H~203H，如圖。8253用於外部事件的計數8253初始化程式段如下：MOV

DX，203H

；設置方式控制字MOVAL，10H；設定為工作方式0，二進位，只寫 ；低位元組計數值OUT

DX，ALMOV

DX，200H

；設置計數初值MOV

AL，64H

；計數初值為100OUT

DX，AL根據要求，可以選擇方式0來實現，計數初值N＝100。8253初始化程式段如下：例3：已知8253的CLK1＝1MHZ、CS＝320H~323H，要求用8253連續產生10秒的定時信號。3.8253計數通道的級聯使用8253一個通道的最大計數範圍為65536，而初值N＝10/10-6＝107，超過了8253一個通道最大計數值，因此可以使用兩個8253通道級連。級連線路如圖所示，若級連後兩個通道的初值為N1和N2，則N＝N1

N2。秒定時輸出320H~323HCLK1OUT1通道1GATE1CLK2

OUT2通道2GATE2101MHZ通道1GATE1CLK2

通道GATE21+5V8253通道的級聯CS設計數器初值N1＝500，N2＝20000，使用方式2，二進位計數，則通道1、2的初始化程式如下：MOV

DX，323HMOV

AL，74H ；01110100B,通道1，寫入16位初 ；值，方式2，二進位計數。OUT

DX，AL ；寫入通道1方式字MOV

DX，321HMOV

AX，500OUT

DX，AL ；寫入初值低8位入通道1MOV

AL，AHOUT

DX，AL ；寫入初值高8位入通道1MOV

DX，323HMOV

AL，0B4H ；10110100B，通道2，寫入16位初值；方式2，二進位計數。OUT

DX，AL ；寫入通道2方式字MOV

DX，322HMOV

AX，20000OUT

DX，AL ；寫入通道2初值低8位。MOV

AL，AHOUT

DX，AL ；寫入通道2初值高8位。4.8253在PC/XT中的應用在PC/XT機中，8253的端口地址為40H～43H，CLK0＝CLK1＝CLK2＝1.19318MHz.(1)8253的定時器0：編程用作定時器，為系統的電子鐘提供時間基準，輸出fout0=18.206484Hz。BIOS中，有以下初始化程式：MOV AL,36H;00110110B,計數器0,初值16位,方式3, ;二進位計數

OUT 43H,AL ;43H為8253控制口地址

MOV AL,0 ;1.19318MHz18.206484Hz=65536

OUT 40H,AL ;設初值為0000H

OUT 40H,AL ;40H為定時通道0的地址(2)8253的定時器1：編程產生間隔15.12s的負脈衝信號，用作DRAM的刷新。初始化程式如下：MOV AL,54H;54H=0101,0100B,計數器1,寫入初值低8位,

;方式2,二進位計數

OUT 43H,AL;

MOV AL,18 ;

OUT 41H,AL ;41H為定時通道1的地址(3)8253的定時器2：用於揚聲器的音調控制。工作方式控制字為B6H=1011.0110B(方式3，二進位計數)。計數初值根據頻率要求設置(如設置為1983時，輸出方波頻率為600Hz)。可編程並行介面晶片8255A編程

微型電腦經常要用來對外部事件進行定時控制或記錄外部事件產生次數，一般採用軟體定時或硬體定時，但軟體定時需要編寫一段程式，程式執行時佔用CPU時間，所以在一些場合還需要用到硬體定時，在這裏，8253就是一個硬體定時/計數器。並行I/O介面與並行通信1、並行通信所謂的並行通信就是把一個字元的各位用幾根線同時進行傳輸。它具有傳輸速度快、效率高的優點，但並行通信所用的電纜較多，不適合長距離傳輸。2、並行介面實現並行並行通信的介面電路稱為並行通信介面，簡稱並行介面。並行介面和外部設備連接的示意框圖

3、並行介面的工作原理

在輸入過程中，當外部設備把數據送到數據輸入線上時，通過“數據輸入準備好”狀態線通知介面取數。介面在把數據鎖存到輸入緩衝器寄存器的同時，把數據輸入回答線置“1”，用來通知外設，介面的數據輸入緩衝器“滿”，禁止外設再送數據。並且把內部狀態寄存器中“輸入準備好”狀態位置“1”，以便CPU對其進行查詢或向CPU申請中斷。在輸出數據過程中，當數據輸出緩衝器“空閒”時，介面中“輸出準備好”狀態位置“1”。在接收到CPU的數據後，“輸出準備好”狀態位複位。數據通過輸出線送到外部設備，同時，由“數據輸出準備好”信號線通知外部設備取數據。當外設接收一個數據時，回送一個“數據輸出回答”信號，通知介面準備下一次輸出數據。介面將撤銷“數據輸出準備好”信號並再一次置“輸出準備好”狀態位為“1”，以便CPU輸出下一個數據。

返回可編程並行介面晶片8255

8255是Intel公司生產的一種可編程並行輸入/輸出介面晶片。它通用性強，可以方便地和微型電腦連接，完成輸入/輸出介面的擴展。Intel8255有3個8位並行端口，根據不同的初始化編程，可以分別定義為輸入或輸出方式，以完成CPU與外設的數據傳送。

一、可編程並行介面晶片8255內部結構與功能

1、三個並行數據端口A，B，C

2、A組和B組的控制電路3、數據匯流排緩衝器4、讀/寫控制邏輯二、可編程並行介面晶片8255的引腳功能

8255採用40腳雙列直插式封裝，引腳如圖6.5所示。引腳信號可以分為兩組：一組是與系統匯流排介面的信號，一組是與外設介面的信號。三、可編程並行介面晶片8255的工作方式和控制字

1、8255工作方式

8255有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。（1）方式0

是一種簡單的基本輸入/輸出方式。在這種方式下，三個端口都可以由程式規定為輸入或輸出方式，但不能既作為輸入又作為輸出，也沒有提供固定的聯絡信號。（2）方式1

是一種選通輸入/輸出方式。這種方式下，A口、B口作為數據的輸入或輸出口，C口的某些位相應地被定義為A口、B口的狀態和控制信號線。（3）方式2

是一種雙向傳送方式，既能輸入，又能輸出，此種工作方式只適用於A口。這時C口為A口提供5位聯絡信號，B口可以工作於方式0或方式1。8255工作於方式2的組合示意圖如圖所示。結論：方式0――簡單輸入/輸出――查詢方式；A、B、C三個端口均可。方式1――選通輸入/輸出――中斷方式；A、B兩個端口均可。方