本課程教學模塊第一章、微型計算機基礎知識第二章、微型計算機的組成及工作原理第三章、匯編語言程序設計第四章、輸入／輸出接口第五章、存儲器及其結構第六章、中斷控制系統

第七章、可編程計數／定時控制器8253第八章、數/模及模/數轉換器

第九章微型計算機外部設備簡介

第十章微型計算機開發應用1第四章、輸入／輸出接口

本章要點：l

I/O接口電路功能結構l

I/O接口電路數據傳送方式l

可編程并行接口芯片8255A結構、工作方式及應用l

可編程串行接口芯片8155A結構、工作方式及應用l

可編程DMA控制器8237結構、工作方式及應用l常見可編程芯片的應用

24.1輸入/輸出接口電路

為實現人機交互和各種形式的數據輸入/輸出，中間電路稱為輸入/輸出接口電路，簡稱I/O電路。

3二、I/O電路功能1）轉換信息格式：如正負邏輯轉換，串并行數據轉換，模擬數字信息的轉換等；

2）提供有關數據傳送的聯絡信號：I/O電路處于CPU與外設之間，提供聯絡信息。

3）一個輸入接口必須具有三態緩沖功能，一個輸出接口應具有數據鎖存功能。

4）進行地址譯碼或設備選擇：在一個微機系統中，通常會有多個I/O設備，每個又可能有數據口、狀態口和控制口。CPU通過I/O電路的地址譯碼來識別它們。

5）進行中斷管理；

6）實現電平轉換；

7）提供時序控制功能。

4三、I/O電路端口編址方式

對大量存儲單元的識別是通過地址編碼來實現的。目前I/O電路端口的編碼方式有兩種。

1、統一地址的編址方式

：和存儲單元統一編址，即I/O端口看成存儲器的一部分；

①

優點：CPU訪問存儲單元的所有指令都可用于訪問I/O端口；

②缺點：其一是I/O端口占用了內存空間； 其二是在程序中不能一目了然的區分當前正在進行的訪問是存儲器還是I/O端口。

2、獨立地址的編址方式：是指把I/O端口和存儲單元各自編址，即使地址編號相同也無妨。

①優點：其一是I/O端口不占用內存空間； 其二是訪問I/O端口指令僅需兩個字節，執行速度快； 其三是讀程序時只要是I/O指令，即知是CPU訪問I/O端口。

②缺點：其一是要求CPU有獨立的I/O指令； 其二是CPU訪問I/O端口的尋址方式少。5四、I/O電路的典型結構

1、

內部結構面向用戶的I/O電路的內部結構由數據、狀態和控制三類寄存器組成，用于保存和交換三種不同的信息，CPU通過對三種端口的尋址來訪問其中的數據。

6四、I/O電路的典型結構

1、

內部結構2、I/O電路芯片I/O電路的核心功能常被集成在一塊或數塊大規模集成電路芯片中，稱為接口芯片。常用的：1）通用接口芯片：并行接口芯片I8212、I8255，串行接口芯片I8250、8251等。2）面向微機的專用接口芯片：中斷控制器I8259、DMA控制器I8237、 定時/計數器I8253/8254等。3）面向外設的專用接口芯片：CRT控制器MC6845、鍵盤接口芯片I8279等。

74.1.2輸入/輸出數據傳送的方式

計算機主機與I/O設備間進行數據傳送通過I/O電路來實現，其數據傳送的方式通常有：程序控制下的數據傳送方式、直接存儲器存取方式、中斷傳送方式和采用I/O處理機傳送方式等。

一、程序控制下的數據傳送方式

通過CPU執行程序中的I/O指令來完成數據傳送，可分為無條件傳送和查詢傳送。

1、無條件傳送方式（又稱同步傳送方式）

特點：傳送前，CPU不需要了解I/O電路的狀態，假設外設已作好傳送數據的準備，

CPU直接與外設傳送數據。適用于外部控制過程的各種動作時間是固定的且是已知的場合。優點：程序控制下的數據無條件傳送是最簡便的傳送方式，它所需的硬件和軟件都很少，且硬件接口電路簡單。

缺點：這種傳送方式必須在已知且確信外設已準備就緒的情況下才能使用，否則出錯。

8一、程序控制下的數據傳送方式

1、無條件傳送方式（又稱同步傳送方式）

2、查詢傳送方式（又稱異步傳送方式）特點：接口就緒后，才進行數據傳送，否則只能等待或轉入其它程序段。適用于CPU與外設工作不同步。

優點：傳送數據前，CPU先檢測接口的狀態，保證數據傳送的正確率高。

缺點：CPU要不斷地查詢外設，當外設沒有準備好時，CPU要等待，CPU的利用率不高。

例題4-1、采用查詢傳送方式向外部設備寫入數據BUF（本處給出程序的主體部分）。

MOV DX，6000H ；DX指向狀態端口START： IN AL，DX ；讀狀態端口信息

TEST AL，80H ；測試狀態標志位D7，

JNZ START ；D7=0，外設未準備好，繼續查詢

INC DX ；D7=1外設準備好，DX指向數據端口

MOV AL，BUF OUT DX，AL ；向外設輸出數據

RET9二、直接存儲器存取方式（DMA方式）

數據傳送請求由外設向DMA控制器（DMAC）提出，然后DMAC向CPU申請總線，DMAC利用系統總線自主完成外設和存儲器間的數據傳送。CPU不干預傳送過程，整個傳送過程由硬件來完成而不需要軟件介入。控制數據傳送過程的硬件稱為DMA控制器。常用的DMA控制器8237詳見本章第4節。

優點：具有非常高的傳送速率。缺點：硬件電路復雜。10三、中斷傳送方式

傳送請求由外設提出。當外設完成數據傳送的準備后，向CPU發出中斷請求信號，在CPU可以響應中斷的條件下，CPU暫停正在運行的程序，轉去調用執行預先準備好的中斷服務程序，在中斷服務程序中完成一次CPU與外設之間的數據傳送，傳送完成后立即返回，繼續執行原來的程序。具體外設提出中斷申請由中斷控制器管理，常用的中斷控制器8259詳見第六章。優點：提高了CPU的利用效率。缺點：需要保存大量環境參數。

11四、采用I/O處理機進行數據傳送方式

隨著計算機系統的擴大，在數據傳送中應運而生了專門用來處理輸入輸出的I/O處理機（IOP）。如Inter8089就是一種專門配合8086/8088的I/O處理機芯片。

I/O處理機主要特點：1）擁有自己獨立的指令系統，可以獨立執行自己的程序。2）支持DMA傳送方式。在系統中，CPU在宏觀上指導，IOP在微觀上具體負責輸入輸出及數據的有關處理，而且通過系統公共存儲區交換信息。

CPU與IOP基本處于并行工作狀態，提高了計算機系統整體的數據傳輸效率。

12主要傳送方式的對比

方式定義輸入過程優點缺點編程特點其它無條件傳送方式在已知外設準備好，不用查詢外設，直接進行數據傳送I/O數據到緩沖器CPU執行INI/O.RD.AD選中BRI/O數據送CPU程序簡單軟硬件很省外設未準備好時，會讀錯

moval,dataoutport,alCPU與外設同步工作是同步方式較少使用查詢傳送方式在程序控制下先查詢狀態外設準備好傳送數據否則CPU等待輸入數據準備好發選通readyCPU讀到ready到數據口讀數據狀態僅一位數據傳送不易出錯要查詢需等待廢時間Inal,sta-pTestal,60hJereturnInal,data-p應答式傳送狀態信息位聯絡信息HandshakeCPU有空閑

中斷傳送方式外設準備好數據向CPU發請求CPU暫停原程序轉中斷讀數據完成返原程序外設輸入數據發選通請求信號數據存入鎖存器D=1，發中斷請求CPU得請求,轉向執行中斷，讀數據完成清中斷，返回提高效率可多外設靠程序保護斷點保護現場多用指令廢時間

CALLxxxx

Jne

xxxx

RETCPU不用等執行指令服務中斷隨時執行CPU無空閑

使用較多直接數據通道傳送方式DMA為提高速度CPU出讓總線DMA控制器接管總線，數據在外設內存間直接傳送，完成歸還總線外設發選通到DMADMA發HOLD到CPUCPU返HLDA給DMADMA接管總線DMA控制ABDBCB外數據直發內存修改地址，計數器檢查傳送結束返回實現數據高速傳送降低CPU利用率電路復雜

傳送方式單字節方式多字節方式源目的同步

收發請求改地址指針改記數器值三種方法

周期挪用周期擴展CPU停機；

使用多134.2可編程并行通信接口芯片8255A

4.2.1并行接口芯片8255A的結構

8255A有3個8位的并行輸入輸出端口，端口A、B、C；可利用編程的方法設置3個端口是輸入端口還是輸出端口；有三種工作方式，分別是方式0、方式1和方式2；有三種數據傳送方式，無條件傳送方式、查詢傳送方式和中斷傳送方式。還可以對端口C的具體位進行單獨操作。總之8255A可編程芯片是一個操作靈活、控制方便、應用廣泛的并行接口電路。

通用的可編程接口芯片（按一次傳送數據的位數）并行接口串行接口并行接口芯片和外設之間一次傳送數據的位數是多位的，通常是一個字節或一個字。串行接口芯片和外設之間一次傳送數據的位數是1位。144.2.1接口芯片8255A的結構

一、8255A的引腳：8255A是雙列直插式40個引腳芯片1）RESET：復位信號。RESET的下降沿，清除8255A控制字寄存器的內容，并將三個端口置成輸入方式。2）D7～0：8位數據總線。和CPU系統數據總線相連。3）PA7～PA0：8位A端口數據信號線。4）PB7～PB0：8位B端口數據信號線。5）PC7～PC0：8位C端口數據信號線。6）：片選信號線。由譯碼電路的輸出端提供。7）：讀信號。與CPU的控制線相連。8）：寫信號。與CPU的控制線相連。9）A1A0：端口選擇線。組合的00、01、10、11分別選擇A口、B口、C口及控制端口。

15二、8255A的內部結構內部數據總線A組控制B組控制端口C上半部端口C下半部端口BOOO數據總線緩沖器讀/寫控制邏輯端口A數據總線D0~D7RDWRA0A1RESETCSPA0~PA7PC4~PC7PC0~PC3PB0~PB7CPU接口外設接口內部邏輯16二、8255A的內部結構

1、數據總線緩沖器：

性質：8位雙向三態門電路。功能：I/O的數據、CPU輸出的控制字以及CPU輸入的狀態信息都是通過這個緩沖器傳送的，數據總線緩沖器的8根數據線D7～D0一般與8086CPU低8位數據線相連。2、并行I/O端口（A、B、C口）：

性質：A口輸入輸出都有緩沖器和鎖存器；B口輸入輸出都有緩沖器和鎖存器；C口輸出有緩沖器和鎖存器，輸入只有緩沖器，沒有鎖存器。功能：通常A口和B口作為獨立工作的I/O數據端口，C口作為控制或狀態信息端口。在方式控制字控制下，C口可以分成兩個4位端口，每個端口包含一個4位鎖存器，分別與A口和B口配合使用，作為與外設之間的聯絡信號和存放接口電路當前的狀態信息。17二、8255A的內部結構

3、控制字寄存器電路：性質：分A組控制部件，控制A和C口上半部；B組控制部件，控制B和C口下半部；控制字寄存器的內容CPU只能寫不能讀。功能：接收CPU寫入的方式控制字和對C口按位置位/復位控制字，實現對A、B、C口的控制。4、讀/寫控制邏輯：性質：邏輯譯碼電路組成功能：控制CPU送來的控制字或輸出數據送至相應端口，把外設的狀態信息或輸入數據通過相應的端口送至CPU。

由端口地址A1A0和相應控制信號組合起來可定義8255A的各端口的操作方式

18表4-28255A的讀寫操作控制1194.2.28255A的控制字

8255A工作方式和工作狀態的建立是向控制字寄存器寫入相應的8位控制字完成的。D7D6D5D4D3D2D1D0D7=1是方式選擇控制字

D7=0是C口按位置位/復位控制字

在使用8255A時，首先要由CPU對8255A寫入控制命令字，有兩種控制命令字方式，8255A的三種工作方式都要由控制命令字來設定——這個設置過程稱為“初始化”20一、8255A的方式選擇控制字

D7D6D5D4D3D2D1D0D7=1A口工作方式選擇：00=方式0，01=方式1，1X=方式2A口工作狀態為：基本輸入輸出選通輸入輸出雙向選通輸入輸出

A口輸入輸出選擇：0=輸出1=輸入C口高位輸入輸出選擇：0=輸出1=輸入B口工作方式選擇：0=方式0基本輸入輸出

1=方式1選通輸入輸出

B口輸入輸出選擇：0=輸出

1=輸入C口低位輸入輸出選擇：

0=輸出1=輸入例4-2：8255A工作在方式選擇控制字，A口是選通的輸入方式，B口基本的輸出方式。解：控制字為10111000=0B8，初始化程序：

MOV DX，PORT-C MOV AL，0B8H OUT DX，AL21一、8255A的方式選擇控制字

D7D6D5D4D3D2D1D0D7=1A口工作方式選擇：00=方式0，01=方式1，1X=方式2A口工作狀態為：基本輸入輸出選通輸入輸出雙向選通輸入輸出

8255的24條I/O線全部用作傳送數據不設專用應答線常用于無條件傳送輸出有鎖存，輸入無所存有緩沖A、B口傳送數據，C口部分引腳指定為固定的專用應答線用于查詢（條件）傳送或中斷傳送數據輸入輸出都有鎖存功能A為雙向輸入輸出口，C的5條線為專用應答線22二、8255A端口C的置位/復位命令字

8255A端口C的置位/復位命令字可實現對端口C的每一位進行控制

D7=0置位/復位控制字標志三位無效D1D2D3位選擇000PC0001PC1010PC2011PC3100PC4101PC5110PC6111PC7D7D6D5D4D3D2D1D0B組：置位/復位選擇

1=置位0=復位23二、8255A端口C的置位/復位命令字

例4-3：8255A工作在置位/復位方式，要求在8255A芯片C口的PC3位產生一個方脈沖信號。解：對PC3的置位控制字為00000111B=07H MOV DX，PORTC ；送控制口地址LP1： MOV AL，07H ；送控制字

OUT DX，AL ；初始化

CALL DELAY ；調用延時程序，輸出維持一段時間

MOV AL，06H

；對PC3復位的控制字

OUT DX,AL CALL DELEY JMP LP124方式1的操作過程A口方式1，輸入A口方式1，輸出INTEAPA0~PA7PC4PC5PC3STBIBFINTRI/OPC6PC7ORDSTB：選通輸入，外設發出IBF：輸入緩沖器滿，8255發出INTE：內部中斷允許，設置PC4=1

可使INTEA=1INTR：中斷請求，當INTE=1

且IBF=1時，INTR=1INTEAPA0~PA7PC6PC7PC3PC4PC5ACKOBFINTRI/OOWRACK：外設應答OBF：輸出緩沖器滿INTE：中斷允許，設置PC6=1，可使INTEA=1INTR：中斷請求，當INTE=1且OBF=1時，INTR=125三、方式2——雙向選通輸入輸出方式

方式2將方式1的選通輸入輸出功能組合成一個雙向數據端口，可以發送數據和接收數據。適用于雙向傳送數據的外設，用于查詢和中斷方式的接口電路。只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的5個信號線，其作用與方式1相同。

方式2用PC6設置INTE1（輸出），用PC4設置INTE2（輸入）。輸入和輸出中斷通過或門輸出INTRA信號。26三、方式2——雙向選通輸入輸出方式

例4-4：在一系統中，8255A端口地址為0A8H、0AAH、0ACH、0AEH，8255A與8086CPU微機系統接口（用74LS138三八譯碼器）如圖4-12。設8255A的A口工作在方式0輸出，PB口工作在方式1輸入，允許PB口中斷，C口剩余數據線全部輸出。8255A初始化。解：地址譯碼線：A7A6A5A4A3A2A1A0101010000A8H選擇A口101010100AAH選擇B口101011000ACH選擇C口101011100AEH選擇控制字寄存器初始化程序：MOV AL,10000110B ；A方式0輸出，B方式1輸入，C剩余數據線全部輸出OUT 0AEH，ALMOV AL，00000101B ；PC2置1，中斷屏蔽信號允許OUT 0AEH，AL ；允許B口輸入中斷274.2.48255A的應用

一、8255A作為打印機接口的應用

1、電路組成查詢方式的打印機接口，圖中8255A的控制口接地址2F7H，用8255AA口作為輸出打印數據口，工作于方式0，8255APC7引腳作為打印機的數據選通信號，由它產生一個負脈沖，將數據線D7～D0上的數據送入打印機。另外分配PC2引腳來接收打印機的忙狀態信號，打印機在打印某字符時，忙狀態信號BUSY＝1，此時，CPU不能向8255A輸出數據，一定要等待BUSY信號為低電平無效時，CPU才能再次輸出數據到8255A。28一、8255A作為打印機接口的應用

2、查詢程序設計打印字符存于緩沖區BUFF，共100H字符，用查詢BUSY信號完成CPU與打印機間數據交換的源程序：MOV DX，2F7H ；8255A控制口口地址MOV AL，10000011B ；8255A方式選擇控制字OUT DX，AL ；A口方式0輸出，PC7輸出，PB7輸入MOV AL，00001111B ；8255A的C口按位置位/復位控制字OUT DX，AL ；PC7置1，使高電平MOV CX，100H

；打印字符個數MOV SI，OFFSETBUFFPOLL:MOV DX，2F5H ；B口地址2F5HIN AL，DXTEST AL，80H

；查BUSY=0？JNZ POLL ；不為0，打印忙等待MOV DX，2F4H ；否則，A口地址2F4HMOV AL，[SI]； 向A送數據OUT DX，AL MOV DX，2F7H ；8255A控制口地址2F7HMOV AL，0EH

；PC7置0，使為低電平OUT DX，AL ；產生一個負脈沖NOPMOV AL，0FH

；PC7置1，使為高電平OUT DX，ALINC SILOOP POLL ；未打印完，繼續HLT29二、8255A作為16位小鍵盤控制接口的應用

小鍵盤適用于單板機或以微處理器為基礎的儀器，實現數據、地址、命令等的輸入。1、電路組成查詢方式的小鍵盤接口如圖。常用的矩陣結構鍵盤每行連接一個引腳，每列連接一個引腳，利用控制線為低，讀取檢測線來識別閉合鍵。

30二、8255A作為16位小鍵盤控制接口的應用

2、查詢程序設計先使第0行接低電平，其余行接高電平，然后看第0行是否有鍵閉合（通過檢查列線電位實現）。再將第1行接地，然后檢測列線是否有變為低電位的線。如此往下一行一行地掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當發現某一行有鍵閉合時，便在掃描中途退出。通過組合行線和列線可識別此刻按下的是哪一鍵。31二、8255A作為16位小鍵盤控制接口的應用

查詢程序：DATA SEGMENTDA55 EQU 318HDB55 EQU 319HCTL EQU 31BHTABLE DW 0101H，0102H，0104H，0108H，0110H，0120H，0140H，0180H DW 0201H，0202H，0204H，0208H，0210H，0220H，0240H，0280HCHAR DB ‘CDEFBA9845673210’CET DB ‘PLAYANYKEYINTHESMALLKEYBOARD！’，0AH，0DH DB ‘ITWILLBEONTHESCREEN！ENDWITHE’，OAH，ODH，‘$’DATA ENDSSTACK SEGMENT PARASTACK‘STACK’STA DW 50DUP（？）STACK ENDSCODE SEGMENTMAIN PROC FAR ASSUME CS：CODE，DS：DATA，SS：STACKSTART： MOV AX，DATMOV DS，AXMOV DX，OFFSETCRTMOV AH，09 ；顯示提示信息INT 21HLOP： CALLKEY ；轉鍵盤掃描程序CMP DL，‘E’ ；輸入是否結束字符“E”JNELOPMOV AX，4C00H ；返回DOSINR21HRETMAIN ENDPKEY PROCNEAR；鍵盤掃描程序LP1：MOVAL，82H；A方式0輸入；B方式0輸出MOV DX，CTLOUTDX，ALWAIT1： MOV AL，00WAIT1： MOV AL，00MOV DX，DA55OUT DX，AL ；端口A輸出全0MOV DX，DB55INAL，DX ；端口B讀取列值CMP AL，0FFHJZWAIT1 ；列線全為1，無鍵按下，轉回PUSH AX ；有鍵按下，保存列值PUSH AXMOV CX，1000HLP2： LOOPLP2 ；延時，去抖動MOVDX，CTLMOVAL，90HOUTDX，AL ；設A方式0輸出；B方式0輸入MOVDX，DB55POPAX ；彈出列值OUTDX，AL ；輸出列值MOV DX，DA55IN AL，DX ；從端口A讀取行值送ALPOPBXMOV AH，BL ；彈出列值送AHNOTAX ；列值行值取反MOV SI，OFFSETTABLEMOV DI，OFFSETCHARMOV CX，16CMPAX，[SI]JZLP4 ；與代碼表相同轉移DECCXJZLP1 ；查詢16鍵ADDSI，2 ；修改代碼表指針INCDIJMPLP3MOVDL，[DI] ；將鍵入字符送DLMOVAH，02；顯示在屏幕INT21HPUSH DX ；保存鍵入字符MOV AL，82HMOV DX，CTLOUTDX，AL ；A方式0輸入；B方式0輸出MOVAL，00HMOVDX，DA55OUTDX，AL ；通過A口輸出全0MOVDX，DB55INAL，DX ；通過B口讀入列值CMPAL，0FFH ；鍵釋放？JNZWAIT2POPDX ；彈出鍵入字符RETKEY ENDPCODE ENDSEND START324.3可編程串行通信接口芯片8251A

計算機控制系統中數據通信的方式有并行和串行通信兩種方式。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息,所用的傳輸線少并且可以借助現成的電話、電視、電力網絡進行信息傳送，因此特別適合遠距離數據傳送。對于顯示器、打印機、磁盤等與計算機相距較近，但需要按位處理和串行存儲的外部設備，采用串行通信方式進行數據交換，也不在少數。在當前工廠自動化、安全保衛等需要實時控制和管理時，相互之間的數據交換也多采用串行通信。上節介紹并行通信，本節將介紹常用的串行通信原理及串行通信接口。334.3.1串行通信概述

一、串行通信

1、串行通信的特點：傳送線省，成本低，傳送時間長（NT），串行傳送適用于長距離通信系統及各類計算機網絡。

2、串行通信編碼：串行通信傳送常用ASCII與擴展的BCD交換碼EBCDIC進行信息傳送。EBCDIC：ExtendedBinaryCodedDecimalInterchengeCode3、串行通信方式：由于串行通信信息在一個方向上傳輸只占用一根傳輸線，而這根線上既傳送數據，又傳送聯絡信號，為此為區分這根線傳送的信息流中，哪一部分是聯絡信號，哪一部分是數據，就必須引出串行通信的一系列約定。于是，在串行通信中就有異步通信和同步通信兩種基本串行通信方式。

34二、異步通信

異步通信ASYNC(AsynchronoueDataCommunication)以字符為單位進行傳輸，即異步傳輸方式，是非同步傳輸方式。其通信協議是起止式異步通信協議。異步通信的信息格式由起始位、數據位、校驗位、停止位與不固定的空閑位五個部分組成。起始位——每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數據位——緊跟著起始位傳送。由5～8個二進制位組成，低位先傳送校驗位——校驗是否傳送正確；可選奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送空閑起始位…...5~8數據位1/01/01/0011/0較驗位停止位11空閑起始位波特率的決定數據收發的時鐘：時鐘頻率＝N×波特率波特率系數N＝1/16/32/64

35三、同步通信方式

以一個固定長度的字符組成的數據塊（幀）為傳輸單位，每個數據塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結束，通信的信息格式見圖。同步通信的數據傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜。串行同步通信主要應用在網絡當中。最常使用高級數據鏈路控制協議HDLC。同步字符較驗字符同步通信傳輸步驟：●傳輸開始，接受設備不停檢測傳輸線—測試同步字符是否到來。●收到同步字符（約定好的）之后，收方開始接受數據。●接受：N個字符數據+校驗字符。●處理：組合出N個數據字節，查奇偶無錯，結束一幀數據傳輸。●開始檢測同步字符，準備接受下一幀數據。注：發送與接受每位都保持完全一致，由時鐘信號統一。36四、數據傳送的三種模式

1、全雙工模式：數據發送和接受由兩根不同的傳輸線傳送，通信雙方在同一時刻進行發送和接受2、半雙工模式數據的發送和接受由一根傳輸線傳送，通信雙方不能同時收發3、單工模式數據發送和接受在單一方向上傳送37五、串行輸入/輸出的軟硬件實現

1、軟件實現串行數據轉換成并行數據或反之，完全可由CPU通過軟件來實現，外部只要增加簡單的電平轉換電路即可。

TTYOUT：MOV CL，0BH ；輸出位數10位

MOV AL，DL ；

OR AL，AL ；CF=0 RCL AL，1 ；CF送D0，起始位MORE：

OUT 02H，AL ；

CALL DELAY ；與波特率相配合

RCR AL，1 ；帶CF右移

STC ；CF=1，停止位

DEC CL JNE MORE RET38五、串行輸入/輸出的軟硬件實現

2、UART硬件實現

UART即通用異步接收/發送器，它既能發送，又能接收，接收和發送部分都是雙緩沖結構。●功能：

接受：串行

——

并行

——

輸入； 發送：并行

——

串行

——

輸出

當輸入時，由RXD端接收到的串行數據先進入移位寄存器，接收到一個字符后然后并行輸入給輸入數據緩沖器，轉變為并行數據，由DB輸至CPU；在發送時，由CPU來的并行數據被輸出數據緩沖器接收，然后送到輸出移位寄存器，由TXD端從最低有效位開始直至最高有效位結束一位接一位串行輸出。●結構：設立有奇偶錯誤標志、幀錯誤標志、溢出錯誤標志為了檢測長距離傳送中可能發生的錯誤，通常增加一個奇偶校驗位。UART檢查每個字符及奇偶校驗位“1”的個數，若不滿足，則傳送過程中出錯。

三個出錯標志：

奇偶出錯標志：在接收時，若檢測到奇偶出錯，則置位該出錯標志；

幀出錯標志：在接收時，若檢測到字符格式不合規定，則置位該出錯標志；

溢出出錯標志：在接收時，CPU還沒從接收數據緩沖器取走上一個字符，而接收數據移位寄存器又接收到下一個字符，則上一個字符會丟失，則置位出錯標志。

394.3.2串行接口標準RS-232C

RS-232C標準是美國電子工業協會EIA制定的通用標準串行接口通信協議，于1962年公布，1969年修訂，1987年1月正式改名為EIA-232D。該標準設計目的是用于連接調制解調器，現已成為數據終端設備DTE（例如計算機）與數據通信設備DCE（例如調制解調器）的標準接口。屬于網絡層次結構中的最低層—物理層。特點是可實現遠距離通信，也可近距離連接兩臺微機。113142540一、RS-232C的引腳定義

RS232C使用25針連接器包括：主信道和次信道，次為輔助串行通道提供數據控制和通道，通常較少使用。1．TxD：發送數據。串行數據的發送端2．RxD：接收數據。串行數據的接收端3．RTS：請求發送。當數據終端準備好送出數據，就發出有效的RTS信號，通知通信設備準備接收數據4．CTS：清除發送（允許發送）。當數據通信設備已準備好接收數據，發出CTS有效信號來響應RTS信號

RTS和CTS是數據終端設備與數據通信設備間一對用于數據發送的聯絡信號5．DTR：數據終端準備好。當數據終端設備一加電，該信號就有效，表明數據終端設備準備就緒6．DSR：數據裝置準備好。表示數據通信設備已接通電源連到通信線路上，并處在數據傳輸方式

DTR和DSR也可用做數據終端設備與數據通信設備間的聯絡信號，例如應答數據接收7．SG（GND）：信號地。為所有的信號提供一個公共的參考電平8．DCD（CD）：載波檢測。當本地調制解調器接收到對方載波信號，該引腳向終端設備提供有效信號9．RI：振鈴指示。當調制解調器接收到對方的撥號信號，該引腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效

25根信號線中,以上為常用的9根信號線，此外TxC：發送器時鐘，RxC：接收器時鐘。

41二、RS-232C的連接

微機一是利用232C接口連接調制解調器，用于實現通過電話線路的遠距離通信。二是利用232C接口直接連接進行短距離通信。被稱為零調制解調器（NullModem）連接。1、利用調制解調器通過電話線路的遠距離通信連接，如圖42二、RS-232C的連接

2、不使用調制解調器的短距離通信連接1）不用聯絡信號的3線相連方式，如圖4-20。為了交換信息，兩互相連接的RS—232的端口信號線的TxD和RxD應當交叉連接，程序中不必使RTS和DTR有效。

2）“偽”使用聯絡信號的3線相連方式,如圖4-21（a）RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接，表明請求傳送總是允許、數據裝置總準備好,可以直接傳送.3）使用聯絡信號的多線相連方式.如圖4-21（b）.通信比較可靠，所用連線較多，不如前者經濟.43三、RS-232C的電氣特性

1、232C接口采用EIA電平

EIA邏輯電平低于-3V,高于+3V，而<-15V，>+15V無意義。實際常用±12V或±15V。

對于數據（信息碼）：邏輯1”的電平低于-3V—-15V;邏輯0

的電平高于+3V—+15V。

對

于

控

制

信

號

：接通狀態電平高于+3V—+15V;斷開狀態電平低于-3V—-15V。2、標準TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V，低電平：0V～0.4V。以高低電平表示邏輯狀態。3、EIA電平與標準TTL電平之間的相互轉換EIA電平與標準TTL電平的邏輯表示狀態不一致，RS232在與計算機接口或外設終端的標準TTL電平進行連接時，需要進行電平和邏輯關系之間的轉換。實現轉換的方法常采用分立元件，也可采用集成電路芯片完成。444.3.3可編程串行通信接口芯片8251A

一、串行通信接口的基本任務1、進行串—并轉換：計算機處理數據是并行的，而串行傳送的數據是按位依次傳送。則數據由計算機到數據終端，接口要完成并行到串行轉換，相反數據終端到計算機的數據，由接口實現串行到并行的轉換。

2、串行數據格式化：異步通信時，在發送時，接口電路要自動生成起始位和停止位，接收時自動去除；在同步通信時；發送時自動在傳送數據塊前加同步字符，同樣接收時自動去除。3、可靠性檢驗在數據發送時自動生成奇偶校驗位，在數據接收時檢查奇偶校驗位，檢查錯誤。4、實施接口與數據通信設備之間聯絡控制：接口電路要提供計算機的串行接口到數據通信設備（DCE）間的標準邏輯電平。45二、可編程串行通信接口芯片8251A的引腳

46三、8251A的基本特點

1、可用于同步和異步傳送

同步傳送：5～8bit/字符，內同步或外同步，自動插入同步字符；

異步傳送：5～8bit/字符，接收/發送時鐘頻率為通信波特率的1，16或64倍；

2、可產生中止字符，可產生1，1.5，2位停止位。可檢查假啟動位，自動檢測和處理中止字符；

3、波特率：DC-19.2Kbps（異步）；DC-64Kbps（同步）；

4、完全雙工，雙緩沖發送和接收器；

5、具有奇偶、幀、溢出出錯檢測電路。47四、8251A的內部功能結構

發送緩沖器并/串轉換發送控制電路接收緩沖器串/并轉換接收控制電路TXDTXRDYTXETXCRXDRXRDYRXCSYNDET內部總線數據總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調制解調電路D0~D7RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSOOOOOOO48四、8251A的內部功能1、數據總線緩沖器：性質：三態雙向8位緩沖器，由狀態緩沖器、發送數據／命令緩沖器和接收數據緩沖器組成。功能：用作8251A和微機系統數據總線之間的接口。狀態緩沖器和接收數據緩沖器分別用來存放CPU從8251A讀取的狀態信息和數據，發送數據／命令緩沖器用來存放CPU寫入8251A的數據／控制字。

2、接收器：性質：由接收緩沖器、接收移位緩沖器及接收控制電路三部分組成。功能：接收RXD線上的串行數據并按規定的格式把它轉換為并行數據，存放在接收數據緩沖器中。其接收數據的速率取決于從RXC端輸入的接收時鐘頻率。498251A的內部功能

3、發送器性質：由發送緩沖器、發送移位緩沖器及發送控制電路三部分組成。功能：要發送數據由CPU送到發送數據緩沖器，再由發送器并行送到發送數據移位寄存器中。4、讀/寫控制邏輯

功能：讀/寫控制電路接受CPU送來的控制信號，對數據在內部總線上的傳送方向進行控制。

5、調制解調控制電路性質：由電子開關、運算放大器組成。功能：用于8251A與MODEN或外設之間的通信聯絡的控制。在遠距離通信時，8251A提供了與調制解調器聯絡的信號；在遠距離串行通信時，8251A提供了與外設聯絡的應答信號。

50

3、發送器

性質：由發送緩沖器、發送移位緩沖器及發送控制電路三部分組成。功能：要發送數據由CPU送到發送數據緩沖器，再由發送器并行送到發送數據移位寄存器中。4、

讀/寫控制邏輯

功能：讀/寫控制電路接受CPU送來的控制信號，對數據在內部總線上的傳送方向進行控制。

5、調制解調控制電路性質：由電子開關、運算放大器組成。功能：用于8251A與MODEN或外設之間的通信聯絡的控制。在遠距離通信時，8251A提供了與調制解調器聯絡的信號；在遠距離串行通信時，8251A提供了與外設聯絡的應答信號。

8251A的內部功能發送緩沖器接收緩沖器并串變換寄存器串并變換寄存器……...………..……..通信線路CPU發送數據CPU接收數據………...………..發送時鐘接收時鐘接收控制接收控制發送器接收器514.3.48251A的控制字和工作方式

一、方式字（寫入控制口，C/D=1）D0D1D2D3D4D5D6D700

同步方式01

異步110異步1611

異步64波特率因子字符長度00—5位01—6位10—7位11—8位同步（D1，D0=00）異步（D1D0=00）X0內同步X1外同步0X

雙SYN1X

單SYN00

無效01,1個停止位10,1.5個停止位11，2個停止位8251A芯片工作前要先對其初始化，以確定工作方式。三種控制字分別是工作方式控制字、操縱命令控制字和狀態控制字。校驗選擇01——奇校驗

11——偶校驗X0——不校驗524.3.48251A的控制字和工作方式

二、命令字

（寫入控制口，C/D=1）D0D1D2D3D4D5D6D7TXENDTRRXESBRKERRTSIREH

1：發送允許

0：不允許

1：使DTR引腳=01：接收允許1：TXD送低電平（斷開信號）

0：正常工作1：使錯誤標志復位（狀態寄存器）1：使RTS引腳=01：軟件復位（下一條命令是方式字）1：進入SYN搜索方式534.3.48251A的控制字和工作方式

三、狀態字

（讀控制口，C/D=1）D0D1D2D3D4D5D6D7TXRDYRXRDYTXEPEOEFESYNDSR1：發送緩沖器空，CPU可送數。

0：稍等1：CPU可取數

0：稍等1：發送器（并/串轉換器）空1：奇偶錯1：溢出錯1：幀格錯1：找到同步字符（SYNDEN引腳的狀態位）1：DSR=0（DSR引腳的狀態位）54四、8251A工作初始化過程

8251A復位后，處于接收方式選擇控制字狀態。CPU寫入方式選擇字到8251A后，任何時候CPU都可寫入操作命令字到8251A，寫入，8251A均要檢查IR位，判別IR是否等于1，若IR=1，8251A又重新回到設置方式選擇控制字狀態。

8251A的三個控制字均無特征位標志，必須順序進行。1、寫入工作方式控制字：約定雙方通信的方式及通信格式2、寫入操作命令控制字：規定數據傳送方向（送/收）。3、讀出狀態控制字：檢查通信是否可以開始。注意：方式選擇控制字必須跟在復位命令之后。復位命令可用硬件的方法從RESET端輸入，也可通過軟件方法發送復位命令，這樣，8251A才可重新設置接收方式以選擇命令字554.3.48251A的控制字和工作方式

例4-7：編寫使8251A可以發送數據的一段程序。要求將8251A設置為異步傳送方式，波特率系數64，采用偶校驗，1位停止位，7位數據位。8251A與外設有握手信號，采用查詢方式發送數據。CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA，SS：STACK MOV AX，DATA MOV DS，AXSTART：

MOV DX，04A2H ；控制口地址

MOV AL，7BH ；工作方式控制字

OUT DX，AL MOV AL，37H ；操作命令控制字

OUT DX，ALWAIT：

IN AL，DX AND AL，01H ；檢查TXRDY=1？

JZ WAIT MOV DX，04A0H MOV AL，36H ；輸出的數據

OUT DX，AL ............... CODE ENDS END START564.4可編程DMA控制器8237

DMA是一種外設與存儲器或者存儲器與存儲器之間直接傳輸數據的方法。在進行DMA存取時，CPU讓出總線控制權，用硬件的方法由DMA控制器控制DB、AB和CB，使存儲器和外設直接交換數據，減少了中間環節，提高了傳送速度。PC機常用8237DMA控制器。

574.4可編程DMA控制器8237

1、DMA傳送方式的基本思想在存儲器和外設之間建立起直接的數據傳送通路，即不經由CPU，而由專門的DMA控制器實現存儲器和外設之間的操作。特別適合于高速度大批量數據傳送的場合。

2、DMA傳送方式的基本過程1）外設I／O接口準備好，希望進行DMA操作，就向DMA控制器（DMAC）發DMA請求信號（DRQ）。2）DMA控制器將此請求信號轉變成對CPU的總線請求信號（DMAHRQ）。3）CPU當前機器周期結束，響應DMA請求發出應答信號（HLDA），由DMAC接管對總線的控制。4）由DMA控制器對存儲器尋址，發出控制信號（DACK）,使存儲器與I／O間直接交換數據。5）在傳送完一字節數據，DMAC自動修改存儲器地址和傳送字節計數器，并檢測傳送是否結束。

6）DMA傳送結束，DMAC向CPU發結束信號，釋放總線，使CPU重獲總線控制，恢復正常工作。584.4.18237內部功能結構

一、8237的特點：1）有四個完全獨立的DMA通道，它們可以分別編程控制4個不同的DMA操作對象。2）能分別允許或禁止各通道的DMA請求。3）每一個通道的DMA請求有不同的優先權，優先權可固定，也可是旋轉的（由命令寄存器的D4位設定）。4）可以在存儲器與外設之間進行數據傳送，也能進行存儲器到存儲器之間的數據傳輸。5）存儲器的尋址范圍為64KB，能在每傳送一個字節后地址自動加1或減1。6）對于時鐘為5MHz的8237-5，其傳輸速率高達1.6MB/s。7）可以用級連的方法無限地擴展DMA通道數。8）具有控制DMA結束傳送的輸入信號引腳，允許外界用此輸入信號結束DMA傳送。9）DREQ和DACK信號的有效性可以用軟件分別設置。10）8237的DMA傳送方式可以用軟件設置為單字節傳送方式、成組傳送方式、請求成組傳送方式和級連方式。

59二、DMA控制器8237A的內部結構

60二、DMA控制器8237A的內部結構

1、DMA通道0--3性質：每個通道內包含兩個16位的寄存器，一個地址寄存器用于存放DMA操作的存儲區的首偏移地址；一個終點計數器的低14位存放要求傳送的字節數，高2位定義選定通道的操作方式。功能：外設通過請求線DRQ向DAM8237發請求傳送數據信號，8237得到總線控制權后通過DACK反饋應答信號。2、數據總線緩沖器性質：雙向三態8位緩沖存儲器，是與系統數據總線的接口。功能：8237處于從屬狀態時，CPU通過它對8237讀寫操作；8237取得總線控制權，可傳送地址線高8位地址。3、讀寫控制邏輯部件性質：有8237芯片選擇、外設讀寫和8237通道選擇。功能：8237處于從屬狀態時，接受CPU輸入的讀寫控制信號和端口地址；8237取得總線控制權時，通過它發出讀寫控制信號和地址信息

61二、DMA控制器8237A的內部結構

4、工作方式寄存器和狀態寄存器性質：方式寄存器是8位的只能寫入的寄存器；狀態寄存器是8位的只可讀的寄存器。功能：工作方式寄存器在初始化時寫入，決定各通道的工作方式；狀態寄存器用來標志相應通道是否達到終點計數狀態。

5、優先選擇邏輯性質：具有固定優先級判優和循環優先級判優兩種屬性。固定優先順序是0123。循環優先順序是變化的，得到服務的在下一循環中優先權最低。功能：對通過4個通道同時提出DMA申請的外設，依據工作方式寄存器的RP位的設置選擇最高優先權通道服務。6、8237的內部寄存器

8237有16個內部寄存器，占用16個連續的I/O端口地址，由地址信號A3~A0選擇內部寄存器，

628237的內部寄存器的尋址CSIORIOW表4-48237的內部寄存器的尋址A3A2A1A0功能0100001讀狀態寄存器0100010寫命令寄存器0100101非法0100110寫請求寄存器0101001非法0101010寫單通道屏蔽寄存器0101101非法0101110寫方式寄存器0110001非法0110010字節指針觸發器清零0110101讀暫存寄存器0110110總清0111001非法0111010清屏蔽寄存器0111101非法0111110寫四通道屏蔽寄存器634.4.28237的工作周期與引腳

由于8237A要作為系統的控制器控制總線，所以要有兩種工作周期，即空閑周期和有效周期，分別對應受CPU控制的工作狀態和作為DMAC控制DMA傳送的工作狀態。其每個周期又由若干個時鐘周期組成。DMA的每個時鐘周期稱為一個S狀態

一、空閑周期當8237的四個通道中任一個通道無DMA請求時，8237就進入空閑周期，在空閑周期，8237始終執行SI狀態，并且在每一個時鐘周期都采樣通道的請求輸入線DREQ。若無請求就始終停留在SI狀態。l

在空閑周期，8237就作為CPU的一個外設。l

在SI狀態，可由CPU對8237編程，或從8237讀取狀態，只要信號有效并且HRQ為無效，可以接受CPU可對8237進行編程寫入或讀出操作。64二、有效周期

當在SI狀態，8237不斷采樣各DREQ信號，若檢測到外設有請求，則在SI的上升沿產生HRQ信號，向CPU提出總線請求，就脫離SI而進入S0狀態。1、S0狀態：

S0狀態是DMA服務的第一個狀態，在這個狀態，8237已接收了外設的請求，向CPU發出了DMA請求信號HRQ，但尚未收到CPU的DMA響應信號HLDA。在接到HLDA之前一直重復S0狀態。S0狀態中的8237還是從屬器件，可以接受CPU的讀寫。下一狀態進入S1狀態。2、工作狀態：65二、有效周期

2、工作狀態：當8237在S0的上升沿檢測到HLDA有效，就使8237進入工作狀態，開始DMA傳送，此時，8237就作為系統總線的主控設備。工作狀態由S1、S2、S3、S4組成以完成數據傳送。

S1狀態——輸出16位存儲器地址，l

AEN輸出高電平，表示DMA傳送l

S2狀態——輸出DMA響應信號和控制信號l

S3和Sw狀態——檢測數據傳送是否能夠完成，決定是否插入等待狀態Sw●

S4狀態——完成數據傳送

若外設的數據傳送速度較慢，不能在S4之前完成，則可由READY線在S3或S2與S4之間插入Sw狀態。8237A的DMA傳送時序見圖。在存儲器與存儲器之間的傳送，則需8個時鐘周期。前4個時鐘周期S11～S14完成從存儲器讀，后4個時鐘周期S21～S24完成對存儲器寫。

668237A的傳送時序67三、8237的引腳及功能

可編程DMA控制器Intel8237A是雙列直插式的40引腳芯片

684.4.38237的工作模式及控制字

一、8237的工作模式

1.單字節傳送模式

這種模式是只傳送一個字節。數據傳送后現行字節數寄存器減量，地址要做相應修改（增量或減量，由編程決定。然后HRQ變為無效，8237釋放系統總線。若傳送使字節數減為0，端輸出負脈沖或者從輸入低電平終結DMA傳送，可重新初始化。注意點：DREQ信號必須保持有效，直至DACK信號變為有效。特點：一次傳送一個字節，效率略低。DMA傳送之間CPU有機會重新獲取總線控制權。2.塊傳送方式8237有DREQ啟動就連續地傳送數據，直至現行字節數計數器減到零或由外部信號終結傳送。在數據塊傳送完了或是終結操作，可重新初始化。特點：一次請求傳送一個數據塊，效率高，整個DMA傳送期間CPU長時間無法控制總線（無法響應其他DMA請求、無法處理中斷等）69一、8237的工作模式3.請求傳送方式

在這種工作方式下，8237可以進行連續的數據傳送。當出現以下情況之一時停止傳送：字節數計數器減到0；l

由外界送來一個有效的信號；外界的DREQ信號變為無效（外設的數據已傳送完）。注意點：在第三種情況時，8237釋放總線，CPU可以繼續操作；特點：DMA操作可由外設利用DREQ信號控制傳送的過程4.級連方式這種方式用于通過級連以擴展通道。用于通過多個8237A級連以擴展通道，第二級的HRQ和HLDA信號連到第一級某個通道的DREQ和DACK上，第二級芯片的優先權等級與所連通道的優先權相對應。第一級只起優先權網絡的作用，實際的操作由第二級芯片完成。還可擴展到第三級等。

70二、8237的控制字

1、方式控制字

71二、8237的控制字

2、操作方式命令字：

72二、8237的控制字

3、DMA請求控制字

73二、8237的控制字

4、屏蔽控制字

74二、8237的控制字

4、屏蔽控制字275二、8237的控制字

5、狀態字

76二、8237的控制字

8237的內部寄存器的尋址77二、8237的控制字

8237的內部寄存器的尋址（續1）78二、8237的控制字

8237的內部寄存器的尋址（續2）794.4.4DMA控制器8237的編程應用

一、8237的編程步驟①

輸出主清除命令，使8237回到空閑周期；②

寫入基與現行地址寄存器；③

寫入基與現行字節數寄存器；④

寫入方式寄存器；⑤

寫入屏蔽寄存器；⑥

寫入命令寄存器；⑦

寫入請求寄存器。

注意點：如有軟件請求，則選寫入指定通道，然后開始DMA傳送的過程；如無軟件請求，則在完成了①～⑥的編程后，由通道的DREQ啟動DMA傳送過程

80二、8237的初始化

1、8237的初始化的程序說明DMAC8237初始化，先總清。對DMAC(8237)的4個通道的基地址寄存器與當前地址寄存器、基字數寄存器及當前字數寄存器先寫入FFFFH，再讀出比較。程序對DMAC(8237)的零通道初始化。2、通道0初始化程序OUT DMA+0DH,AL；總清8237MOV DS，BXMOV ES，BX ；初始化DS和ESMOV AL，0FFHOUT DMA+1,ALOUT DMA+1,AL ；通道0的傳送字節數，為64K字節MOV DL，0BH ；使DX=000BHMOV AL，58HOUT DX，AL ；寫方式字MOV AL，0OUT DMA+8,AL ；寫入命令字OUT DMA+10,AL; ；寫屏蔽字81三、8237A在IBMPC系列機上的應用

IBMPC/XT機使用一片8237A通道0：動態存貯器DRAM刷新；通道1：用戶使用或SDLC卡；通道2：內存與軟盤的高速數據交換；通道3：內存與硬盤的高速數據交換IBMPC/AT機采用兩片8237ADMAC1包含通道0～3，支持8位數據傳送；DMAC2組成通道4～7，通道5～7支持16位數據傳送，通道4用于級連。

圖4-39寫傳送接口電路82三、8237A在IBMPC系列機上的應用

1、通道1工作方式mov al,45h ；通道1方式字：單字節寫傳送，地址增量，非