1、2014年10月第8章 可編程輸入/輸出接口 并行通信是以微機的字長為傳輸單位；并行通信是以微機的字長為傳輸單位；適合于外部設備與微機之間進行近距離、適合于外部設備與微機之間進行近距離、大量和快速的信息交換。大量和快速的信息交換。 實現并行通信的接口稱之為并實現并行通信的接口稱之為并行接口。行接口。 概概 述述8.1 8.1 可編程并行接口芯片可編程并行接口芯片8255A8255A并行輸入并行輸入/ /輸出端口輸出端口A A、B B、C: C: 8255A8255A芯片具有芯片具有2424個可編程輸入個可編程輸入輸出引腳，分成輸出引腳，分成3 3個個8 8位端口。位端口。 8.1.1 8255

2、A8.1.1 8255A的基本功能和內部結構的基本功能和內部結構1 1、8255A8255A的內部結構和引腳信號的內部結構和引腳信號 (1) 8255A(1) 8255A內部結構內部結構A組控制部件 數據總線緩沖器讀/寫控制部件B組控制部件 RESETA0 A1 A組 端口A8位 A組 A組 端口C(高4位) B組 端口C(低4位) 8位 B組 端口BPA7PA0 PC7PC4 PC3PC0 PB7PB0 雙向 D7D0 CSWRRD數據總線緩沖器、數據總線緩沖器、讀寫控制部件、讀寫控制部件、A A組和組和B B組控制部件、端口組控制部件、端口A A、B B、C C。 內部數據總線外部數據引腳

3、鎖存控制鎖存器緩沖器DCDCDCQQQ選通緩沖器內部數據總線外部數據引腳選通內部數據總線外部數據引腳鎖存控制DCQDCQDCQ讀數據鎖存器緩沖器內部數據總線外部數據引腳鎖存控制DCQDCQDCQ鎖存器A A組組A口：PA0PA7 C口的高4位:PC4PC7 B B組組 B口：PB0PB7 C口的低4位：PC0PC3 CS：片選信號，接片選信號，接CPUCPU高位地址的譯碼輸出高位地址的譯碼輸出WRWR：寫信號，寫信號，WRWR有效，有效，CPUCPU向向8255A8255A寫入的控制寫入的控制或數據信息。或數據信息。RD：讀信號讀信號,RD,RD有效有效,CPU,CPU讀讀8255A8255A

4、的數據或狀態的數據或狀態RESETRESET：復位信號。：復位信號。RESETRESET有效時，有效時，清清 8255A 8255A 所有控制寄存器內容所有控制寄存器內容, ,并并將各端口置成將各端口置成輸入方式輸入方式。2. 8255A2. 8255A的引腳的引腳8255A8255A采采用用4040線雙列線雙列直 插 封 裝 ，直 插 封 裝 ，引 腳 圖 如 圖引 腳 圖 如 圖所示。所示。圖8.2 8255A引腳定義4 3 2 1 403718 34.27D7 D0 A0 A1 RESETVCC GND986535368255APPI數據總線數據總線 控制線控制線 電源線電源線 通道通道

5、A通道通道B通道通道CCPU接口外設接口.PA7 PA0 .PB7 PB0 .PC7 PC0 25141516 171312 11 10 WRRDCS* PA7PA0：A端口數據信號引腳* PB7PB0：B端口數據信號引腳* PC7PC0：C端口數據信號引腳* D7D0： 8255A的8位數據線* A1A0： 端口選擇信號表表8.1 8255A8.1 8255A的讀寫操作控制的讀寫操作控制 1. 1. 控制字控制字控制字和各位的含義如圖所示。8.1.2 8255A8.1.2 8255A的控制字及其工作方式的控制字及其工作方式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0B組端口C(PC3PC0

6、)1=輸入， 0=輸出端口B1=輸入，0=輸出方式選擇0方式0， 1=方式1 A組端口C(PC7PC4)1=輸入， 0=輸出端口A1=輸入，0=輸出方式選擇00端口A方式0， 01=端口A方式1，1=端口A方式2 方式設置標志1=有效 圖圖8.3 8255A8.3 8255A工作方式控制字格式工作方式控制字格式(2) (2) 端口端口C C的置位的置位/ /復位控制字復位控制字控制字的格式如圖所示。控制字的格式如圖所示。圖圖8.4 8255A8.4 8255A置位置位/ /復位控制字格式復位控制字格式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位的置位位的置位/ /復位復位1=1=置位，置位

7、，0=0=復位復位位位 選選 擇擇D3 D2 D1 通道通道C C位位 按位置位按位置位/ /復位控制復位控制標志標志0=0=有效有效 0 0 0 PC0 0 0 1 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7 不使用不使用設置為設置為000000關于控制字要說明幾點：關于控制字要說明幾點：（1 1） 方式方式0 0 基本輸入基本輸入/ /輸出方式輸出方式2. 2. 工作方式工作方式圖圖8.5 8255A8.5 8255A工作方式工作方式0 0控制字格式控制字格式工作方式工作方式0簡單輸入/輸出查詢方式；A，B

8、，C三個端口均可。 三態緩沖器三態緩沖器地址譯碼器地址譯碼器& &數據數據來自外設來自外設8 88 8IO/IO/ MRDRD數據總線數據總線地址總線地址總線 鎖存器鎖存器到外設到外設8 88 8IO/IO/MWRWR地址譯碼器地址譯碼器數據總線數據總線地址總線地址總線& &CECE (2) (2) 工作方式工作方式1 1選通式輸入選通式輸入/ /輸出方式輸出方式 方式方式1 1選通輸入選通輸入方式1操作使端口A或端口B作為鎖存輸入設備工作。端口C也可按方式1操作使用但不是對數據，而是對控制信號，或當端口A或端口B為選通輸入端口時的握手信號。下圖示出下圖示出82

9、55A8255A方式方式1 1選通輸入時的內部選通輸入時的內部結構圖。結構圖。IBF：輸入緩沖器滿信號，STB#下降沿8255向外設輸出IBF信號，表示輸入緩沖器滿，高電平有效。STB：選通信號。外設準備好數據發送STB#，低電平有效。INTR：中斷請求信號，高電平有效。STB#上升沿使INTR從無效到有效，請求CPU讀數據。CPU接到INTR,讀數據發送RD#，RD#下降沿變INTR有效為無效，表示已經得到響應，RD#上升沿使IBF滿變為不滿，表示數據已經讀走。INTE：中斷允許信號，它是通過端口PC4(端口A)或PC2(端口B)的位來編程的內部位。時序：外設準備好數據發送STB#STB#下

10、降沿使IBF不滿到滿STB#上升沿使INTR從無效到有效CPU接到INTR,讀數據發送RD#RD#下降沿變INTR有效為無效RD#上升沿使IBF滿變為不滿 1 0 1 1A A口方式口方式1 1輸入控制字輸入控制字PA7PA7PA0PA0PC4PC4PC5PC5PC3PC3INTEAINTEAPC4PC4與門與門IBFAIBFASTBASTBAINTRAINTRARDRDD7D7D0D0A口方式口方式1輸入時輸入時相應的聯絡信號相應的聯絡信號11 1B B口方式口方式1 1輸入控制字輸入控制字B口方式口方式1輸入時輸入時相應的聯絡信號相應的聯絡信號PB7PB7PB0PB0PC2PC2PC1PC

11、1PC0PC0INTEBINTEBPC2PC2與門與門RDRDD7D7D0D0IBFBIBFBSTBBSTBBINTRBINTRB 方式方式1 1選通輸出選通輸出當端口當端口A A或端口或端口B B為方式為方式1 1輸出時，各指輸出時，各指定定PCPC的的3 3條線作為條線作為8255A8255A與外設及與外設及CPUCPU之間應之間應答信號。下圖為方式答信號。下圖為方式1 1選通輸出操作的內部選通輸出操作的內部結構圖。結構圖。 圖圖8.9 8.9 方式方式1 1輸出控制字格式輸出控制字格式 OBF：輸出緩沖器滿信號。當CPU向8255寫入數據后，8255向外設輸出的信號，表示讓外設來讀數據。

12、低電平有效。ACK： 外設應答信號。該信號的下降沿使OBF置高，表示輸出緩沖器空，低電平有效.當外設讀取數據以后，由外設輸入給8255，表示數據已經收到INTE：中斷允許信號。在中斷允許情況下，ACK的上升沿使INTR有效，請求寫入下一個數據。INTR：中斷請求信號。寫信號的下降沿使INTR引腳無效，表示CPU正在響應中斷，高電平有效。方式輸出時序：WR#上升沿使OBF#有效，表示輸出緩沖器已滿，通知外設讀取數據WR#使中斷請求INTR變低，封鎖中斷請求當外設讀取數據后，ACK#下降沿表示數據已收到，將OBF#置高，使OBF#無效，表示輸出緩沖器變空。在INTE=1中斷允許情況下，ACK#上升

13、沿使INTR變高，產生中斷請求，寫入下一個數據。工作方式工作方式1選通輸入/輸出中斷方式；A ，B，兩個端口均可。 11 0B口方式口方式1輸出控制字輸出控制字PB7PB7PB0PB0PC2PC2PC1PC1PC0PC0INTEBINTEBPC2PC2與門與門WRWRD7D7D0D0OBFBOBFBACKBACKBINTRBINTRB1 0 1 0A口方式口方式1輸出控制字輸出控制字PA7PA7PA0PA0PC6PC6PC7PC7PC3PC3INTEAINTEAPC6PC6與門與門OBFAOBFAACKAACKAINTRAINTRAWRWRD7D7D0D0(3) (3) 工作方式工作方式2 2

14、雙向選通輸入雙向選通輸入/ /輸出方式輸出方式方式2只允許A組采用，此時端口A變為雙向，允許數據在同一組8條線上發送和接收。下圖示出方式下圖示出方式2 2操作內部結構圖。操作內部結構圖。工作方式工作方式2雙向輸入/輸出中斷方式。只有A端口才有。 PA7PA7PA0PA0PC6PC6PC7PC7ACKAACKAOBFAOBFAD7D7D0D0RDRDWRWRPC4PC4PC5PC5STBASTBAIBFAIBFAINTEA1INTEA1PC4PC4INTEA2INTEA2PC6PC6與與門門PC3PC3INTRAINTRA或門或門與與門門圖8.10 端口A方式2控制字 OBFA：輸出緩沖器滿信號

15、，向外設輸出，低電平有效。ACKA：應答信號，由外設輸入，低電平有效。STBA： 數據選通輸入信號。由外設輸 入，低電平有效。IBFA：輸入緩沖器滿信號，向外設輸出，高電平有效。INTE：中斷允許信號 (INTE1和INTE2)。高電平有效。INTRA：中斷請求信號，高電平有效。 8.2 8255A的應用實例的應用實例8.2.1 8255A8.2.1 8255A與打印機接口與打印機接口1 1、用方式、用方式1 1與打印機接口與打印機接口 用方式用方式1 1與打印機接口與打印機接口圖圖8.16 8.16 方式方式1 1的打印機接口的打印機接口 LED七段顯示器及其接口七段顯示器及其接口 在常用的

16、七段顯示器內，各個在常用的七段顯示器內，各個LED可按共陽極或共陰極連可按共陽極或共陰極連接。它們應分別用不同的段碼，經不同的驅動電路來驅動。接。它們應分別用不同的段碼，經不同的驅動電路來驅動。 dpdpnnccbbaa+5Vbagdpdpgb+5Va共陰極 共陽極 共陰極 共陽極（a）七段LED原理圖 圖（b）“米”字LED原理圖 圖圖 典型典型LED器件原理圖器件原理圖 LED顯示器原理及接口技術顯示器原理及接口技術圖圖 LED在系統中的連接在系統中的連接 AB鎖存/驅動器驅動器DBPC總線譯碼電路8088CPU系統 關 顯 示位 碼 循 環 移 位 并 輸 出YN段 碼 表 指 針 加

17、18位 顯 示 完 了 嗎 ？延 時輸 出 段 選 碼輸 出 位 選 碼 ， 選 第 0位取 段 碼 表 首 址圖圖 軟件流程圖軟件流程圖 思考題思考題一、單項選擇題一、單項選擇題1.8255A1.8255A的的PAPA口工作在方式口工作在方式2 2，PBPB口工作在方式口工作在方式1 1時時，其，其PCPC端口端口( )( )。 A.A.用作兩個用作兩個4 4位位I/OI/O端口端口 B.B.部分引腳作聯絡，部分引腳作部分引腳作聯絡，部分引腳作I/OI/O C. C.全部引腳均作聯絡信號全部引腳均作聯絡信號 D.D.作作8 8位位I/OI/O端口，引腳都為端口，引腳都為I/OI/O線線 分析

18、：分析：8255A8255A的的PAPA口工作于方式口工作于方式2 2，指定，指定PCPC口的口的PC3PC3PC7PC7為聯絡信號線，若為聯絡信號線，若PBPB口同時工作于方式口同時工作于方式1 1，指，指定定PC0PC0PC2PC2為聯絡信號線。因此，為聯絡信號線。因此，PCPC端口全部用于端口全部用于PAPA口與口與PBPB口的聯絡信號。口的聯絡信號。答：答：C C 2.2.如果如果8255A8255A的的PAPA口工作于方式口工作于方式2,PB2,PB口可工作于哪種工作方式口可工作于哪種工作方式( )( )。A.A.方式方式O B.O B.方式方式1 C.1 C.方式方式2 2 D.D

19、.方式方式0 0或方式或方式1 1 分析分析: :如第如第1 1題所分析的，題所分析的，PAPA口工作于方口工作于方式式2 2后，后，PCPC口的口的PC0PC0PC2PC2可用作可用作PBPB口方口方式式1 1的聯絡信號，同時的聯絡信號，同時PBPB口也可工作于口也可工作于方式方式0 0的無條件傳送。的無條件傳送。答答:D:D3.3.當當8255A8255A的的PAPA口工作在方式口工作在方式1 1的輸入的輸入時，對時，對PC4PC4置位，其作用是置位，其作用是( )( )。A.A.啟動輸入啟動輸入 B.B.開放輸入中斷開放輸入中斷C.C.允許輸入允許輸入 D.D.停止輸入停止輸入 分析分析

20、:8255A:8255A的的PAPA口工作在方式口工作在方式1 1時時,PC4=1,PC4=1用來設置輸入時的用來設置輸入時的“開中斷開中斷”。答答:B.:B.4.4.在甲乙兩臺微機之間進行傳送在甲乙兩臺微機之間進行傳送1K1K字字節數據。甲機發送，乙機接收。甲機節數據。甲機發送，乙機接收。甲機的的82558255采用方式采用方式1 1，乙機的，乙機的82558255采用采用方式方式0.0.兩機的兩機的CPUCPU與接口之間采用查與接口之間采用查詢方式交換數據。詢方式交換數據。分析：甲機分析：甲機PAPA口方式口方式1 1，輸出，輸出，PC7PC7和和PC6PC6作為作為OBFOBF和和ACK

21、ACK。乙機。乙機PAPA口方式口方式0 0，輸入，選擇輸入，選擇PC4PC4和和PC0PC0作為聯絡信號，作為聯絡信號，PC4PC4輸入輸入PC0PC0輸出輸出甲機發送程序甲機發送程序MOV DX,303H;8255命令口命令口MOV AL,10100000B；端口；端口A方式方式1，輸出，輸出OUT DX,AL;輸出方式字輸出方式字MOV AL,0DH；置發送中斷允許；置發送中斷允許INTEA=1OUT DX,AL ；PC6=1MOV AX,030H；發送數據的首地址；發送數據的首地址MOV ES,AXMOV BX,00HMOV CX,3FFH；發送字節數；發送字節數MOV DX,300H

22、；數據口地址；數據口地址MOV AL,ES:BX；取第一個發送數據；取第一個發送數據OUT DX,AL；寫第一個數，產生第一個；寫第一個數，產生第一個OBF信號信號 INC BX；指向下一個數；指向下一個數 DEC CX；字節數；字節數-1 L:MOV DX,302H；8255狀態口狀態口 IN AL,DX；輸入狀態；輸入狀態 AND AL,08H；檢查有無；檢查有無INTRA，也可以檢查發送緩沖，也可以檢查發送緩沖器滿器滿OBF位位PC7的狀態的狀態 JZ L；若無中斷請求則等待；若無中斷請求則等待 MOV DX,300H；置數據口地址；置數據口地址 MOV AL,ES:EBX；取數據；取數

23、據 OUT DX,AL；輸出；輸出 INC BX DEC CX JNZ L；未發送完，循環；未發送完，循環 MOV AX,4C00H INT 21H；發送完，返回；發送完，返回DOS乙機接收程序乙機接收程序MOV DX,303H;8255命令口命令口MOV AL,10011000B；端口；端口A方式方式0，輸入，輸入OUT DX,AL;輸出方式字輸出方式字MOV AL,00000001B;PC0置置1控制字控制字OUT DX,AL;輸出使輸出使ACK=1MOV AX,040H；接收數據的首地址；接收數據的首地址MOV ES,AXMOV BX,00HMOV CX,3FFH；發送字節數；發送字節數

24、L1;MOV DX,302H；PC口地址口地址IN AL,DX;查甲機的查甲機的OBF=0？（？（PC4=0？）？）AND AL,10H;JNZ L1;無數據，等待無數據，等待 MOV DX,300H;8255數據口地址數據口地址 IN AL,DX;輸入數據輸入數據 MOV ES:BX，AL；存入內存；存入內存 MOV DX,303H; MOV AL,00000000B；pc0=0 OUT DX,AL;產生產生ACK信號信號 NOP NOP MOV AL,00000001B；pc0=1 OUT DX,AL;ACK變高變高 INC BX；指向下一個數；指向下一個數 DEC CX；字節數；字節數-

25、1 JNZ L1；未接收完，循環；未接收完，循環 MOV AX,4C00H INT 21H；接收完，返回；接收完，返回DOS 通信：計算機與外部設備之間、計算機之通信：計算機與外部設備之間、計算機之間的信息交換。間的信息交換。通信的基本方式通信的基本方式并行通信并行通信串行通信串行通信異步通信異步通信同步通信同步通信8.3.1 8.3.1 串行通信的連接方式串行通信的連接方式圖圖8.17 8.17 串行通信的串行通信的3 3種連接方式種連接方式發送器發送器A發送器發送器接收器接收器發送器發送器接收器接收器發送器發送器接收器接收器接收器接收器發送器發送器接收器接收器B數據線數據線數據線數據線AB

26、數據線數據線數據線數據線AB8.3.2 8.3.2 信號的調制與解調信號的調制與解調 MODEMMODEM是由調制器和解調器合在一起形成的一是由調制器和解調器合在一起形成的一個裝置，以用作雙向通信。個裝置，以用作雙向通信。MODEMMODEM的類型一般可分的類型一般可分為幅移鍵控（為幅移鍵控（ASKASK）、頻移鍵控（）、頻移鍵控（FSKFSK）和相移鍵）和相移鍵控（控（PSKPSK）等。當通信波特率小于）等。當通信波特率小于300bit/s300bit/s時，常時，常采用采用FSKFSK調制方式調制方式。 把數字信號把數字信號1與與0調制成不同頻調制成不同頻率的模擬信號，頻率較高的模擬信號為

27、率的模擬信號，頻率較高的模擬信號為1。8.3.3 8.3.3 同步與異步通信方式同步與異步通信方式1. 1. 異步通信方式（異步通信方式（ASYNCASYNC）第第n+1個字符個字符第第n個字符個字符空閑位空閑位起始位起始位停止位停止位7位數據位位數據位空閑位空閑位起始位起始位01 1 110D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 圖圖8.18 8.18 異步通信字符格式異步通信字符格式 （1 1）起始位：）起始位：一位，邏輯一位，邏輯0 0，表示字符的開始；，表示字符的開始； 通信時以收發一個字符為獨立的通信單位，通信時以收發一個字符為獨立的通信單位，每個字符由每個字符由4 4個部分組成：

28、個部分組成： （2 2）數據位：可以是）數據位：可以是5 58 8位邏輯位邏輯0/0/邏輯邏輯1 1，與雙方，與雙方約定的編碼形式有關，如：約定的編碼形式有關，如：ASCIIASCII碼（碼（7 7位），擴展位），擴展的的BCDBCD碼（碼（8 8位）等，起始位之后緊跟著的是數據的位）等，起始位之后緊跟著的是數據的最低位最低位D D0 0。 （3 3）奇）奇/ /偶校驗位：一位邏輯偶校驗位：一位邏輯0/0/邏輯邏輯1 1。 （4 4）停止位：）停止位：1 1位或位或1.51.5位或位或2 2位邏輯位邏輯1 1，表示字符，表示字符的結束的結束 。 2. 2. 同步通信方式（同步通信方式（SYNC

29、SYNC） 在異步通信中，每個字符都要用起始位和停止位在異步通信中，每個字符都要用起始位和停止位來使通信雙方同步，這些附加的額外信息，使得異步來使通信雙方同步，這些附加的額外信息，使得異步通信的傳輸效率不高。在需傳輸大量數據的場合，為通信的傳輸效率不高。在需傳輸大量數據的場合，為提高傳輸效率和速度，常去掉這些附加位，即采用同提高傳輸效率和速度，常去掉這些附加位，即采用同步通信步通信SYNCSYNC（Synchronous data CommunicationSynchronous data Communication） 同步字符同步字符數據塊數據塊CRC1 CRC2 同步字符同步字符2數據塊數

30、據塊CRC1 CRC2 同步字符同步字符1a.a.單同步格式單同步格式b.b.雙同步格式雙同步格式 為了防止因收、發雙方的時鐘頻率的偏差的積累效應而為了防止因收、發雙方的時鐘頻率的偏差的積累效應而產生錯位，從而導致通信出錯，同步通信要求接收和發送產生錯位，從而導致通信出錯，同步通信要求接收和發送的時鐘完全同步，不能有誤差。實際應用中，同步傳送常的時鐘完全同步，不能有誤差。實際應用中，同步傳送常在收、發雙方間使用同一時鐘，故硬件電路比較復雜。在收、發雙方間使用同一時鐘，故硬件電路比較復雜。 對每個字符的檢錯一般可用奇校驗，數據塊的末尾用對每個字符的檢錯一般可用奇校驗，數據塊的末尾用CRC（循環冗

31、余碼）對整個數據塊進行校驗。（循環冗余碼）對整個數據塊進行校驗。收、發雙方以一個或兩個預先約定的同步字符作為數據收、發雙方以一個或兩個預先約定的同步字符作為數據塊傳送的開始，數據塊由幾十到幾千，甚至更多字節組成。塊傳送的開始，數據塊由幾十到幾千，甚至更多字節組成。 8.3.4 8.3.4 波特率與收波特率與收/ /發時鐘發時鐘1. 1. 波特率波特率 計算機串行通信中常用波特率（計算機串行通信中常用波特率（Baud rateBaud rate）來）來表示數據傳輸率，波特率的單位是表示數據傳輸率，波特率的單位是bit/sbit/s，即每秒所，即每秒所傳送的二進制位數。常用的標準值有傳送的二進制位

32、數。常用的標準值有110110，300300，600600，12001200，24002400，48004800，96009600，1920019200波特等。波特等。 某異步通信中每秒傳送某異步通信中每秒傳送960個字符，而每個字符個字符，而每個字符由由10位（位（1個起始位、個起始位、7個數據位、個數據位、1個奇校驗位、個奇校驗位、1個 停 止 位 ） 組 成 ， 則 傳 送 的 波 特 率 為 ：個 停 止 位 ） 組 成 ， 則 傳 送 的 波 特 率 為 ：fd=10960bit/s=9600bit/s 傳送一位的時間傳送一位的時間Td=1/9600=0.104ms 例如例如: 2.

33、2.接收接收/ /發送時鐘發送時鐘 異步通信中，大多數串行端口發送和接收的異步通信中，大多數串行端口發送和接收的波特率均可分別設置，由發送器和接收器各用一波特率均可分別設置，由發送器和接收器各用一個時鐘來確定，分別稱為發送時鐘和接收時鐘。個時鐘來確定，分別稱為發送時鐘和接收時鐘。為了有利于收發雙方同步，以及提高抗干擾的能為了有利于收發雙方同步，以及提高抗干擾的能力，這兩個時鐘頻率力，這兩個時鐘頻率f fc c一般不等于波特率一般不等于波特率f fd d，兩者，兩者之間的關系為：之間的關系為： 其中，其中，k k稱為波特率系數，其取值可為稱為波特率系數，其取值可為1616或或6464。 入入出出

34、QQQQCP11001001如：有如：有1數據數據35H=0 0 1 10 1 01發送脈沖發送脈沖利用下降沿利用下降沿利用上升沿利用上升沿接收脈沖接收脈沖思考題思考題：異步通信中，如何實現同步的：異步通信中，如何實現同步的？啟動檢測啟動位12345678910 11 12 13 14 15 16RXC16TCRXDTC確認啟動位12345678910采樣數據三中取二三中取二目的目的： 抑制干擾；抑制干擾； 提高信號的傳輸可靠性，因為采樣信號總是提高信號的傳輸可靠性，因為采樣信號總是在每個接收位的中間位置，不僅可以避開信號兩端的邊沿失真，也在每個接收位的中間位置，不僅可以避開信號兩端的邊沿失真

35、，也可防止接收時鐘頻率和發送時鐘頻率不完全同步引起的接收錯誤可防止接收時鐘頻率和發送時鐘頻率不完全同步引起的接收錯誤 一個完整的串行通信系統除了對上一節所介一個完整的串行通信系統除了對上一節所介紹的通信規程有所規定外，還必然會涉及到在電紹的通信規程有所規定外，還必然會涉及到在電氣連接上的接口標準問題。標準化的通用總線結氣連接上的接口標準問題。標準化的通用總線結構能使系統結構化、模塊化，大大簡化系統軟、構能使系統結構化、模塊化，大大簡化系統軟、硬件設計的工作，因此被普遍采用。本節介紹目硬件設計的工作，因此被普遍采用。本節介紹目前常用的有代表性的一種串行接口標準。前常用的有代表性的一種串行接口標準

36、。 8.4.1 8.4.1 RS-232CRS-232C接口標準接口標準 RS-232CRS-232C是串行異步通信中應用最廣的串行總線標準，是串行異步通信中應用最廣的串行總線標準，19691969年由美國年由美國EIAEIA（電子工業協會）頒發，其中（電子工業協會）頒發，其中RSRS是是Recommended StandardRecommended Standard的編寫，的編寫，232232是標準的標識號。是標準的標識號。RS-RS-232C232C的前身是的前身是RS-232ARS-232A和和RS-232BRS-232B，這前兩種接口標準現在，這前兩種接口標準現在已很少使用。已很少使用

37、。RS-232CRS-232C主要用于使用模擬信道傳輸數字信主要用于使用模擬信道傳輸數字信號的場合，推出這種標準的最初目的是在數據終端設備號的場合，推出這種標準的最初目的是在數據終端設備DTEDTE（Data Terminal EquipmentData Terminal Equipment）與數據通信設備）與數據通信設備DCEDCE（Data Communication EquipmentData Communication Equipment）之間建立接口標準。）之間建立接口標準。 RS-232C的典型應用如圖8.16所示。 計算機計算機串串行行接接口口UARTUART調制調制解調解調器器

38、ModemModemDTEDCE控制控制發送發送接收接收調制調制解調解調器器ModemModem串串行行接接口口UARTUART計算機計算機控制控制接收接收發送發送 DTEDCERS-232CRS-232C電話線電話線圖圖8.19 RS-232C8.19 RS-232C的典型應用的典型應用 1.1.機械特性機械特性 TXD（Transmitted Data）：發送數據，）：發送數據，DTE通過通過TXD將串行數據發將串行數據發 送到送到Modem。 RXD（Received Data）：接收數據，）：接收數據，DTE通通過過RXD接收從接收從Modem來的來的 串行數據。串行數據。 RTS（R

39、equest to Send）：用來表示）：用來表示DTE請求請求DCE發送數據。發送數據。 CTS（Clear to Send）：用來表示）：用來表示DCE已準備好，已準備好，可以為可以為DTE發送數據，此信號是對發送數據，此信號是對RTS的響應的響應信號。信號。 RTS/CTS是一對握手聯絡信號，用于采用是一對握手聯絡信號，用于采用Modem的的半雙工系統中作發送半雙工系統中作發送/接收方式之間的切換。接收方式之間的切換。 DSR(Data communication equipment Set Ready)：表示：表示Modem已準備就緒已準備就緒 DTR（Data Terminal R

40、eady）：）：DTE用來通知用來通知Modem，已準備就緒，可，已準備就緒，可以接收數據。以接收數據。 DCD（Data Carrier Detection）：用來表示）：用來表示Modem正在接收來自對方正在接收來自對方Modem的載波信號，的載波信號，通知通知DTE準備接收數據。準備接收數據。 RI（Ringing Indicator）：通知）：通知DTE、Modem已收已收到電話交換機送來的振鈴呼叫信號，使用公用到電話交換機送來的振鈴呼叫信號，使用公用電話線時要用此信號。電話線時要用此信號。 (1) (1) 遠距離時的連接遠距離時的連接計算機計算機串串行行接接口口UARTUART調制調

41、制解調解調器器ModemModemTXDRXD調制調制解調解調器器ModemModem串串行行接接口口UARTUART計算機計算機 電話線電話線圖圖8.20 8.20 采用采用ModemModem時時RS-232CRS-232C信號線的使用信號線的使用 RTSCTSDSRDTRDCDRIGNDTXDRTSCTSDSRDTRDCDRIGNDRXD(2) (2) 近距離時的連接近距離時的連接 GNDRXD TXDTXD RXD計計 2 算算 3 機機 7 UART3 計計 2 算算 7 機機 UARTCTSDSRDTRDCDRTSGNDDSRDTRDCDCTSRTSTXD RXDRXD TXD 2

42、 計計 3 4 算算 5 8 機機 20 6 7 3 2 計計 4 5 算算 8 20 機機 6 7 圖圖8.21 8.21 無無ModemModem方式的最簡單連接方式的最簡單連接 圖圖8.22 TTLRS-232C8.22 TTLRS-232C的電平轉換電路的電平轉換電路圖圖8.23 RS-232C TTL8.23 RS-232C TTL的電平轉換電路的電平轉換電路圖圖8.24 8.24 利用利用MC1488/MC1489MC1488/MC1489的的TTLRS-232CTTLRS-232C電平轉換電平轉換 RS-232C連連接接器器 8.5.1. 8251A8.5.1. 8251A的特點

43、和內部結構的特點和內部結構 Intel 8251A是可編程的串行通信接口芯片， 它的主要特點如下： 可用于串行異步通信，也可用于串行同步通信。 對于異步通信，可設定停止位為1位、 1位半或2位， 數據位可在5-8位之間選擇。 對于同步通信，可設為單同步、雙同步或者外同步， 同步字符可由用戶自己設定。 異步通信的時鐘頻率可設為波特率的1倍、16倍或64倍。 可以設定奇偶校驗的方式，也可以不校驗。校驗可以設定奇偶校驗的方式，也可以不校驗。校驗位的插入、檢出及檢錯都由芯片本身完成。位的插入、檢出及檢錯都由芯片本身完成。 在異步通信時，波特率的可選范圍為在異步通信時，波特率的可選范圍為0 019.21

44、9.2千千波特；波特； 在同步通信時，波特率的可選范圍為在同步通信時，波特率的可選范圍為0 06464千波特。千波特。 提供與外部設備特別是調制解調器的聯絡信號，提供與外部設備特別是調制解調器的聯絡信號， 便于直接和通信線路相連接。便于直接和通信線路相連接。 接收、接收、 發送數據分別有各自的緩沖器，發送數據分別有各自的緩沖器， 可以進可以進行全雙工通信。行全雙工通信。 圖圖8 -228 -22給出了給出了8251A8251A的結構框圖。它共由五個部件的結構框圖。它共由五個部件構成，構成， 對外有對外有2828條引腳。條引腳。8251A8251A各組成模塊的功能及有關引腳如下：各組成模塊的功能

45、及有關引腳如下： 數據總線數據總線緩沖器緩沖器讀讀/寫寫控制邏輯電路控制邏輯電路調制調制/解調解調控制電路控制電路接收控制電路接收控制電路串并串并轉換轉換發送發送緩沖器緩沖器緩沖器緩沖器并串并串轉換轉換發送控制電路發送控制電路RESETCLKC/DC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7-D0內內部部總總線線TXDRXDTXEMPTYTXCRXRDYRXCSYNDETTXRDY發送器發送器接收器接收器圖圖 8.25 8251A 內部結構框圖內部結構框圖接收接收單向移位寄存器單向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1

46、Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q3并行輸出4位右移移位寄存器CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、時鐘方程：驅動方程：狀態方程：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q3輸入現態次態Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ說明1 1110 0 0 01 0 0 01 1

47、 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1連續輸入4個 1奇偶錯溢出錯幀格式錯RxDRxCTxDTxC控制控制電路電路RESETWERDCSINTPEOEFEDB7 DB0Transmit Buf EmptyReceive Data ReadyRDRTBE(1) I(1) IO O緩沖器緩沖器。這是三態雙向的緩沖器，引腳這是三態雙向的緩沖器，引腳D D0 0D D7 7是是8251A8251A和和CPUCPU接口的三態雙向數據總線，用于向接口的三態雙向數據總線，用于向CPUCPU傳遞命令、傳遞命令、數據或狀態信息。數據或狀態信息。 與與CPUCPU互相交換的

48、數據和控制字互相交換的數據和控制字就存放在這個區域，共有三個緩沖器。就存放在這個區域，共有三個緩沖器。 接收緩沖器：串行口收到的數據變成并行字接收緩沖器：串行口收到的數據變成并行字符后，存放在這里，以供符后，存放在這里，以供CPUCPU讀取。讀取。 發送數據命令緩沖器：這是一個分時使用發送數據命令緩沖器：這是一個分時使用的雙功能緩沖器，的雙功能緩沖器， CPUCPU送來的并行數據存放在這送來的并行數據存放在這里，準備由串行口向外發送。另外，里，準備由串行口向外發送。另外，CPUCPU送來的命送來的命令字也存放在這里，以指揮串行接口的工作。令字也存放在這里，以指揮串行接口的工作。 由由于命令一輸

49、入就馬上執行，不必長期存放，所以不于命令一輸入就馬上執行，不必長期存放，所以不會影響存放發送數據。會影響存放發送數據。 狀態緩沖器狀態緩沖器: :存放存放8251A8251A內部的工作狀態內部的工作狀態, ,供供CPUCPU查詢查詢。 (2) (2) 讀寫控制邏輯。讀寫控制邏輯。 本模塊功能是接收本模塊功能是接收CPUCPU的控制信號的控制信號, ,控制數據傳送方向控制數據傳送方向。 (3) (3) 接收器及接收控制。接收器及接收控制。 接收器的功能是從接收器的功能是從RXDRXD引腳接收串行數據引腳接收串行數據, ,按指定的方按指定的方式裝配成并行數據。式裝配成并行數據。 (4) (4) 發

50、送器及發送控制。發送器及發送控制。 這個模塊的功能是從這個模塊的功能是從CPUCPU接收并行數據接收并行數據, ,自動地加上適自動地加上適當的成幀信號后轉換成串行數據從當的成幀信號后轉換成串行數據從TXDTXD引腳發送出去引腳發送出去。 (5) (5) 調制解調控制器。調制解調控制器。 該模塊提供和調制解調器的聯絡信號。該模塊提供和調制解調器的聯絡信號。8.5.2. 8251A8.5.2. 8251A的外部引腳的外部引腳 8251A8251A是一個采用是一個采用NMOSNMOS工藝制造的工藝制造的2828腳雙列直插腳雙列直插式封裝的組件，式封裝的組件， 其外部引腳如圖其外部引腳如圖8 - 26

51、8 - 26所示。所示。 (1) (1) 與與CPUCPU接口的引腳。接口的引腳。 D D7 7D D0 0： 數據線。數據線。 CLKCLK： 時鐘信號輸入線，用于產生時鐘信號輸入線，用于產生8251A8251A內部時內部時序。序。 CLKCLK的周期為的周期為0.420.421.35 s1.35 s。 CLKCLK的頻率至少應是接收、發送時鐘的的頻率至少應是接收、發送時鐘的3030倍（對倍（對同步方式）或同步方式）或4.54.5倍（對異步方式）。倍（對異步方式）。 RESETRESET：復位信號輸入線，高電平有效。復位后：復位信號輸入線，高電平有效。復位后8251A8251A處于空閑狀態直

52、至被初始化編程。處于空閑狀態直至被初始化編程。 :片選信號輸入線, 低電平有效。 僅當 為低電平時，CPU才能對8251A操作。 :信息類型信號輸入線。為0時傳輸的是數據,為1時傳輸的是控制字或狀態信息。 :讀選通信號輸入線,低電平有效。 :寫選通信號輸入線， 低電平有效。 CPU對8251A的讀寫控制如表 8 - 4 所示。 CSCS/C DRDWRCSR RX XRDY: RDY: 接收準備好狀態輸入線接收準備好狀態輸入線, ,高電平有效。當接收器接到一高電平有效。當接收器接到一個字符并準備送給個字符并準備送給CPUCPU時時,R,RX XRDYRDY為為1;1;當字符被當字符被CPUCP

53、U讀取后讀取后R RX XRDYRDY恢復為恢復為0 0。R RX XRDYRDY可作為可作為8251A8251A向向CPUCPU申請接收中斷的請求源申請接收中斷的請求源。 SYNDET/BRKDET:SYNDET/BRKDET:同步狀態輸出線或者外同步信號輸入線。同步狀態輸出線或者外同步信號輸入線。 此線僅對同步方式有意義。此線僅對同步方式有意義。 T TX XRDY:RDY:發送準備好狀態輸出線發送準備好狀態輸出線, ,高電平有效。高電平有效。當發送寄存器當發送寄存器空閑且允許發送空閑且允許發送( ( 腳電平為低、命令字中腳電平為低、命令字中T TX XENEN位為位為1)1)時時,T,T

54、X XRDYRDY為高電平。當為高電平。當CPUCPU給給8251A8251A寫入一個字符后寫入一個字符后T TX XRDYRDY恢復恢復為低電平。為低電平。T TX XRDYRDY可作為可作為8251A8251A向向CPUCPU申請發送中斷的請求源。申請發送中斷的請求源。 TXETXE：發送緩沖器空閑狀態輸出線。高電平有效，：發送緩沖器空閑狀態輸出線。高電平有效， TXE=1TXE=1，表示發送緩沖器中沒有要發送的字符，當表示發送緩沖器中沒有要發送的字符，當CPUCPU將要發送的數據將要發送的數據寫入寫入8251A8251A后，后，TXETXE自動復位。自動復位。CTS (2) 與外設或調制

55、解調器接口的引腳。RXD:串行數據輸入線，高電平表示數字1，低電平表示數字0。 RXC:接收器時鐘輸入線。它控制接收器接收字符的速率， 在上升沿采集串行數據輸入線。 RXC 的頻率應等于波特率（同步方式）或等于波特率的1倍、16倍或64倍（異步方式）。 TXD：發送數據輸出線。CPU并行輸入給8251A的數據從這個引腳串行發送出去。 TXC:發送器時鐘輸入線，在TXC 的下降沿數據由8251A移位輸出。對 TXC 頻率的要求同RXC 。 :數據終端準備好狀態輸出線，低電平有效。當8251A命令字位D1為1時， 有效, 用于向調制解調器表示數據終端已準備好。 :數據設備準備好狀態輸入線， 低電平

56、有效。 當調制解調器準備好時， 有效，用于向8251A表示Modem（或DCE）已準備就緒。CPU可通過讀取狀態寄存器的D7位檢測該信號。 DTRDTRDSRDSR : :請求發送信號輸出線請求發送信號輸出線, ,低電平有效。當低電平有效。當8251A8251A命令命令字位字位D5D5為為1 1時，時， 有效，請求調制解調器作好發送準有效，請求調制解調器作好發送準備（建立載波）。備（建立載波）。 : :清除發送（允許傳送）信號輸入線，清除發送（允許傳送）信號輸入線， 低電平有低電平有效。效。 當調制解調器作好送數準備時，當調制解調器作好送數準備時， 有效，作有效，作為對為對8251A8251A

57、的的 信號的響應。信號的響應。 如果如果8251A8251A不使用調制解調器而直接和外界通訊，不使用調制解調器而直接和外界通訊，一般應將一般應將 、 腳接地。腳接地。 接收器的工作過程：在異步方式中，當接收器接接收器的工作過程：在異步方式中，當接收器接收到有效的起始位后，收到有效的起始位后， 便接收數據位、奇偶校驗位便接收數據位、奇偶校驗位和停止位。然后將數據送入寄存器，此時和停止位。然后將數據送入寄存器，此時R RX XRDYRDY輸出輸出高電平，表示已收到一字符，高電平，表示已收到一字符，CPUCPU可以來讀取。可以來讀取。 RTSRTSCTSCTSRTSDSRCTS在同步方式中在同步方式

58、中, ,若程序設定若程序設定8251A8251A為外同步接收為外同步接收, ,則則SYNDET/BRKDETSYNDET/BRKDET腳用于輸入外同步信號腳用于輸入外同步信號,SYNDET/ ,SYNDET/ BRKDETBRKDET腳上的電平正跳變啟動接收數據。若程序設腳上的電平正跳變啟動接收數據。若程序設定定8251A8251A內同步接收內同步接收, ,則則8251A8251A先搜索同步字先搜索同步字( (同步字同步字事先由程序裝在同步字符寄存器中事先由程序裝在同步字符寄存器中) )。每當。每當R RX XD D線上線上收到一位信息就移入接收寄存器并和同步字符寄存收到一位信息就移入接收寄存

59、器并和同步字符寄存器內容比較器內容比較, ,若不等則再收一位再比較若不等則再收一位再比較, ,直到兩者相直到兩者相等。此時等。此時SYNDET/BRKDETSYNDET/BRKDET輸出高電平輸出高電平, ,表示己搜索到表示己搜索到同步字同步字, ,接下來便把接收到的數據逐個地裝入接收數接下來便把接收到的數據逐個地裝入接收數據寄存器。據寄存器。發送器的工作過程發送器的工作過程: :在異步方式中在異步方式中, ,發送器在數據前發送器在數據前加上起始位加上起始位, ,并根據程序的設定在數據后加上校驗位并根據程序的設定在數據后加上校驗位和停止位和停止位, ,然后作為一幀信息從然后作為一幀信息從T T

60、X XD D腳逐位發送數據腳逐位發送數據. . 8.5.3. 8251A8.5.3. 8251A的控制字寄存器和狀態字寄存器的控制字寄存器和狀態字寄存器8251A8251A內除具有可讀可寫的數據寄存器外，還具有內除具有可讀可寫的數據寄存器外，還具有只可寫的控制字寄存器和只可讀的狀態寄存器，只可寫的控制字寄存器和只可讀的狀態寄存器，CPUCPU對它們的操作如表對它們的操作如表 8 - 4 8 - 4 所示。所示。 (1) (1) 控制字寄存器。控制字寄存器。 控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。 方式控制字。方式控制字。方式控制字確定方式控制字確定8251A8251A的通訊方式的通