串行接口与并行接口课件

行通信與並行通信

8.1.1並行通信1.並行介面定義：實現並行通信的介面電路，就是並行介面。分類：輸入並行介面、輸出並行介面和輸入/輸出並行介面。特點：傳輸速度快，硬體開銷大，適合近距離傳輸。8.1.1並行通信2.並行介面組成並行介面電路常由輸入數據緩衝器、輸出數據緩衝器、狀態寄存器和控制寄存器組成。（1）輸入數據緩衝器：負責接收設備送來的數據。（2）輸出數據緩衝器：負責接收CPU送來的數據。（3）狀態寄存器：用來存放外設的運行狀態資訊。（4）控制寄存器：用於設置介面工作方式、操作方式。8.1.1並行通信3.並行通信工作過程（1）輸入外設將輸入數據放到外設到介面的數據匯流排上；使“數據輸入準備好”狀態選通信號有效，數據輸入到介面的輸入數據緩衝器內；使“數據輸入應答”信號有效，作為對外設輸入的回應；外設撤銷輸入數據和“數據輸入準備好”信號；介面在狀態寄存器中設置“輸入準備好”狀態位通知CPU；CPU從介面輸入緩衝器中讀取數據，介面自動清除狀態寄存器中“輸入準備好”狀態位，並使數據匯流排處於高阻狀態。8.1.1並行通信3.並行通信工作過程（2）輸出CPU輸出的數據到達介面的輸出緩衝器；介面清除“輸出準備好”狀態位，並將數據送往外設的數據線上，同時給外設發送“驅動信號”啟動外設接收數據。外設接收數據，並往介面發一個“數據輸出應答”信號；介面收到此信號，便將狀態寄存器中的“輸出準備好”狀態位置1。8.1.2串行通信（1）串行通信中的工作方式串行通信中的工作方式分為：單工通信方式、半雙工通信方式和全雙工通信方式8.1.2串行通信（2）發送時鐘和接收時鐘①發送時鐘：串行數據的發送由發送時鐘控制，數據位的時間間隔由發送時鐘週期來劃分。②接收時鐘：串行數據的接收由接收時鐘來檢測，接收線送來的串行數據由接收時鐘作為移位寄存器的觸發脈衝，逐位打入移位寄存器。③串列傳輸速率與比特率串列傳輸速率：表示在通信通道上每秒傳輸的信號單元數（任意進制數據）。比特率：表示在通信通道上每秒傳輸的二進位數的位數。串列傳輸速率與比特率的關係是：比特率=串列傳輸速率×8.1.2串行通信串列傳輸速率因數：表示發送1個二進位位需要的時鐘個數。用M表示。它與收發時鐘的關係是： 收（發）時鐘=M×串列傳輸速率（3）數據終端設備和數據通信設備①數據終端設備DTE（DataTerminalEquipment）。是對屬於用戶的所有聯網設備和工作站的統稱，是數據的發送端或數據的接收端。②數據通信設備DCE（DataCommunicationEquipment）,稱為數據電路終端設備（DataCircuit-terminatingEquipment）。DCE是對網路設備的統稱，該設備為用戶設備提供入網的連接點。4.同步通信和非同步通信方式（1）非同步通信方式及協議非同步通信方式也叫起止式非同步協議，是指在傳送資訊流中相鄰字元之間的時間間隔是不固定的，而同一字元內相鄰各位之間的時間間隔是固定的。非同步通信的特點為：①在通信的資訊流中，以字元為單位進行傳送，字元之間非同步，字元內各位間同步；②每個字元傳輸總是以一個起始位為准，以相同的速率進行數據位的收發；③通信雙方必須約定相同的字元數據格式、校驗方法和傳輸速率。(2)同步通信方式及協議所謂同步通信是指在傳送的資訊流中每個二進位位都需時鐘同步，同步通信的特點：在通信的資訊流中，以數據塊為單位進行傳送，數據塊包含多個位元組(字元)，數據塊內各位間同步；同步通信總是以同步字元作為數據塊幀傳送的開始，收發雙方以相同的速率進行數據位的收發；通信雙方也必須約定相同的數據幀格式和傳輸速率。根據同步通信的協議類型，分為面向字元的和麵向比特的同步協議。5.信號的調製與解調非同步、同步通信協議8.2可編程並行介面晶片本節主要內容8255A功能結構8255A引腳功能8255A工作方式8255A編程Intel82C55A的封裝圖Intel公司出品的８２C５5A－２Intel82C55A的晶片實物PLCC封裝8.2.18255A的功能結構8.2.28255A的引腳信號1.D7-D0：數據匯流排，雙向，三態。與系統數據匯流排相連，用於與系統交換數據。2.A1-A0：地址線，輸入。與系統的低位地址線相連，用於選擇三個數據端口和控制端口。3.CS：片選信號引腳，輸入。常與解碼器輸出系統的低位地址線相連，用於選擇三個數據端口和控制端口。

RD：讀信號引腳，低電平有效，輸入。與8086/8088的RD相連。

WR：寫信號引腳，低電平有效，輸入。與8086/8088的WR相連。RESET:複位引腳，高電平有效，輸入。與8284相連，有效時，8255A複位。複位時，所有寄存器清0，端口設置為方式0的輸入狀態，即高阻態。4.Vcc:電源引腳，輸入。接+5V電壓。

GND：接地引腳。5.PA7－PA0:端口A的8個數據輸入/出引腳，雙向，三態。一個8位數據輸入和一個8位輸出鎖存/緩衝器。5.PB7－PB0:端口B的8個輸入/出引腳，雙向，三態。一個數據I/O鎖存/緩衝器和一個數據輸入緩衝器。5.PC7－PC0:端口C的8個輸入/出引腳，雙向，三態。一個8位數據輸出鎖存/緩衝器和一個數據輸入緩衝器（輸入不鎖存）。8.2.38255A的工作方式1.方式0-基本輸出輸入方式方式0是基本的輸入/輸出方式。A，B，C三個口均可以工作在方式0下，每一個口均可設置為輸入口或者輸出口。方式0主要應用於主機與外設間的無條件輸入輸出與查詢方式下進行數據傳輸。如果需要聯絡信號時，可以通過軟體編程將某些I/O線設置為聯絡控制線。在這種方式下，只能單方向傳遞數據。2.（1）8255A方式1工作過程（輸出）CPU發寫信號1111向C口寫PC4位置1，開放中斷1CPU產生數據後，輸出到數據匯流排數據進入8255A通知外部設備取走數據外部設備取走數據外設取走數據後的應答信號高電平告訴外設數據緩衝區為空08255A方式1輸出工作時序8255A方式1輸出工作過程小結：需要事先設置開放內部中斷；CPU產生數據送入8255A；將輸出緩衝區滿信號啟動，通知外設有數據到來；外設取走數據後，發回應信號給8255A，同時與內部INTE聯合作用啟動INTR，向CPU發出中斷請求號，讓CPU再次送數據。注意：ACK只持續一個時鐘週期，OBF在外設讀取數據後才變成無效，而INTR是最晚改變的一個信號。2.（2）8255A方式1工作過程（輸入）111外設產生數據數據出現在外部數據匯流排外設發選通信號數據進入8255A的A口1通知外設緩衝區已滿，不能再送入數據。1向C口寫P4位置1，開放中斷向CPU發中斷請求信號CPU發讀信號注意：此工作是8255A初始化時完成的！！！8255A方式1輸入工作時序8255A方式1輸入工作過程小結：需要事先設置開放內部中斷；外設產生數據，發選通信號，將數據送入8255A；一方面將輸入緩衝區滿信號啟動，通知外設不再送入數據；一方面與內部INTE信號聯合作用產生INTR信號，通知CPU外設送來數據等待處理；CPU回應後，發出讀信號，取走數據。注意：STB只持續一個時鐘週期，

IBF在CPU讀取數據後才變成無效，是最晚改變的一個信號。8255A工作方式1的狀態字圖9.138255A方式1的狀態字3.8255A方式2方式2稱作選通雙向傳送方式。8255A中只允許端口A處於工作方式2，可用來聯接雙向I/O設備或用於在兩臺處理機之間實現雙向並行通信等。控制信號由端口C提供，可向CPU發出中斷請求信號。A口方式28255A工作方式2時序8255A工作方式2狀態字圖9.15方式2狀態字8.2.48255A編程8255A的3種不同工作方式是根據工作需求與環境不同來設計，設計完成後就要對8255A進行編程，編程就是要向8255A寫入控制字。8255A的控制字有工作方式控制字、C口的位置位/複位控制字。8255A工作方式控制字格式

C口置位/複位控制字格式

8255與印表機介面8255與CRT介面8255A與軟碟介面8255A與機械工具控制器介面8.3串行介面晶片本節主要內容8251A功能結構8251A引腳功能8251A工作方式8251A編程8251A的封裝形式與晶片實物圖Intel公司80年出品的8255A晶片8255A兩種不同的封裝形式主板上串行介面的插頭與插座9針插座9針插頭25針插座、插頭8.3.18251A的基本性能INTEL8251A的基本性能：（1）編程設定兩種工作方式，同步方式和非同步方式。同步串列傳輸速率為0～64Kbps，非同步串列傳輸速率為0～19.2Kbps；（2）同步方式能自動檢測同步字元，從而實現同步。（3）非同步方式時鐘頻率為傳輸串列傳輸速率的1、16或64倍，1個校驗位，1個啟動位。可編程設定1、1.5或2個停止位；（4）全雙工工作方式，提供雙緩衝器的發送器和接收器；（5）提供奇偶、溢出和幀3種出錯自動檢測;（6）調製與解調，具有調製與解調控制電路，能夠控制調製與解調器。（7）每個字元可以用5、6、7或8位來表示。

8.3.28251A的內部結構8251A內部結構圖8251A由發送器、接收器、數據緩衝器、讀/寫控制電路和調製解調控制電路5部分組成。8251A內部結構圖1.發送器：由發送緩衝器和發送控制電路組成。發送緩衝器由發送緩衝寄存器和發送移位寄存器組成，發送緩衝器接收CPU送來的數據，自動加上控制資訊，通過發送移位寄存器一位一位地發送。

8.3.28251A的內部結構

8.3.28251A的內部結構8251A內部結構圖2.接收器：由接收緩衝器和接收控制電路組成。接收緩衝器由緩衝寄存器和移位寄存器組成。緩衝器接收外設送來的數據，經串並轉換與校驗後送入數據緩衝器。8.3.28251A的內部結構8251A內部結構圖3.數據緩衝器：把8251A與系統數據匯流排相連。執行輸入輸出指令時，用來讀取外設送來的數據與8251的狀態資訊，發送數據、寫控制字與命令字。到8251A8.3.28251A的內部結構8251A內部結構圖4.讀寫控制邏輯電路：用來配合數據緩衝哭工作。接收寫信號，將系統數據匯流排上數據寫入8251A；接收片選信號，選中8251A工作；接收讀信號，將數據或狀態資訊送到數據匯流排上；接收地址信號，用以區分資訊的類型。8.3.28251A的內部結構8251A內部結構圖3.調製解調控制電路：用來與數據機連接。此部分實現CPU與外設的聯絡。8251A引腳功能D7-D0：數據信號引腳線，雙向，三態。與系統數據匯流排相連，用於傳送數據、狀態與控制資訊。C/D：地址信號引腳線，輸入，高電平時寫控制字或讀狀態資訊；低電平傳送數據。與系統地址匯流排相連。CS：片選信號引腳線，輸入，低電平有效。與系統地址匯流排相連或與解碼器的輸出線相連。WR：寫信號引腳線，輸入，低電平有效。與8086/8088的WR輸出線相連。RD：寫信號引腳線，輸入，低電平有效。與8086/8088的RD輸出線相連。RESET：複位信號引腳線，輸入，高電平有效。與系統的RESET引腳線相連。複位需要最少6個時鐘脈衝。複位後8251A處在空閒狀態。CLK：時鐘信號引腳線，輸入。與系統的時鐘引腳線相連。在同步方式或非同步方式串列傳輸速率因數為1時，至少是TxC與RxC的30倍；在非同步串列傳輸速率因數為16或64時，至少是TxC與RxC的5倍。1.與系統相連的信號線（1）數據線（2）地址線（3）控制線2.與外設相連的信號線（4）收發聯絡信號線TxC：發送時鐘信號引腳線，輸入。RxC：接收時鐘信號引腳線，輸入。二者用於控制發送和接收字元的速率。同步方式，要等於字元傳輸的串列傳輸速率；非同步波方式，是字元串列傳輸速率的1，16或64倍。

TxRDY：輸出緩衝寄存器空信號引腳線，高電平有效，輸出。用於指示可以接收數據，常與系統的INTR引腳相連。CPU發送給8251A一個字元，使TxRDY變低。

TxEMPTY：發送（移位寄存）器空信號引腳線，高電平有效，輸出。用於指示一次發送完成，一次發送完成，該信號變高。同步方式時，發送完成一次，CPU沒送來字元，需要插入同步字元。

RxRDY：接收器滿信號引腳線，高電平有效，輸出。用於指示已接收一位元組數據，常與系統的INTR引腳相連。CPU從8251A取走字元，使RxRDY變低。

SYNDET：同步檢測信號引腳線，高電平有效，輸出（內同步）/輸入（外同步）。只用於同步方式，指示同步完成。外同步時，要維持一個接收時鐘時間。

TxD：發送數據信號引腳線，輸出。用於向外設輸出數據。

RxD：接收數據信號引腳線，輸入。用於接收外設送來的數據。（1）數據信號線（2）與調製解調相連的信號線DTR：數據終端準備好信號引腳線，低電平有效，輸出。與外設相連，通知外設CPU準備就緒。可用命令改變其電平。

DSR：數據設備準備好信號引腳線，低電平有效，輸入。與外設相連，用於通知CPU外設已經準備好。可通過狀態字對其檢測。

RTS：請求發送信號引腳線，低電平有效，輸出。通知外設8251A已有數據需要發送。

CTS：清除發送信號引腳線，低電平有效，輸入。通知8251A送來的數據已發走。4.其他信號線

Vcc：電源線，接+5V電壓，輸入。為晶片提供電能。

GND：地線。8251A的方式控制字（非同步）8251A的方式控制字（同步）8251A的命令字8251A的狀態字8251A的工作流程8251A複位操作控制字000000000000000000000000控制字控制字控制字010000001.發送複位控制字要複位先向控制端口送3個02.發送複位控制字8251A初始化操作（非同步方式）假定8251A工作在非同步模式：串列傳輸速率因數為16；數據位為7個；偶校驗；2個停止位。01011111=0FAH假定地址為52H設置8251A控制字：使能發送啟動；使能接收啟動；使能三個出錯位複位；使能發送請求，告訴外設，有數據需要輸出；使能DTR輸出低電平，通知外設已終端準備好；其他三個位設成0。11101100 =37H8251A初始化操作（非同步方式）模式字1111101000110111控制字CPU使用8251A工作過程初始化命令字同步嗎？一字元？寫一個同步字元二字元？寫二個同步字元例：若要查詢8251A接收器是否準備好，可用下列程式實現：

MOV

DX，3F9H

；狀態口NEXT：

IN

AL，DX

；讀狀態口

AND

AL，02H

；查詢D1=1？

JZ

NEXT

；未準備好，；轉NEXT等待

MOV

DX，3F8H

；數據口地址；送DXIN

AL，DX

三、8251A應用舉例1.非同步方式下初始化程式例設8251A工作於非同步方式，串列傳輸速率係數為16，具有7位數據位，1位停止位，偶校驗，發送、接收允許，設端口地址為3F8H和3F9H，試編程初始化。分析：根據題目要求，可以確定方式命令字為：01111010B，即7AH。而操作命令字為00110111B，即37H初始化程式如下：MOVDX，3F9HMOVAL，7AH；送方式命令字OUTDX，ALMOVAL，37H；設操作命令字OUTDX，AL2.同步方式下初始化程式例【8-9】設8251A工作於同步方式，控制口的端口地址為3F9H，採用雙同步，奇校驗，7位數據位，試編程初始化。分析：根據題目要求，可以確定方式命令字為00011000B，即18H。而操作命令字為10110111B即B7H。它使8251A對同步字元進行檢索；同時使狀態寄存器中3個出錯標誌複位；此外，使8251A的發送器啟動，接收器也啟動；控制字還通知8251A，CPU當前已經準備好進行數據傳輸。MOV

DX，3F9H

；命令端口地址給DXMOV

AL，00011000B

；方式命令字OUT

DX，AL

MOV

AL，16HOUT

DX，AL

；送第一個同步字元16HOUT

DX，AL

；送第二個同步字元16HMOV

AL，B7H

；設置操作命令字OUT

DX，AL

3.兩臺微機之間進行串行通信的舉例例通過8251A實現兩臺微機相互通信的硬體連接圖如圖8-25所示。設兩臺微機中8251A的命令端口地址為均3F9H，數據端口地址均為3F8H。

分析：設系統採用查詢方式控制串行通信的過程。初始化程式由兩部分組成：①將一方定義為發送方，發送方CPU查詢到TxRDY有效時，則CPU向8251A並行輸出一個待發送的位元組數據；②將對方定義為接收方，接收方CPU查詢到RxRDY有效時，則從8251A輸入一個已接收到的位元組數據，直到全部數據傳送完畢為止。發送程式如下：START：MOV

DX，3F9H MOV

AL,7FH

;非同步方式，8位數據，一停止位，偶校驗

OUT

DX,AL

;串列傳輸速率因數為64，允許發送

MOV

AL,11H

;操作命令字

OUT

DX,AL MOV

DI,1000H;設置地址指針

MOVCX,40H

;設置計數器初值L1： MOV

DX，3