《微型计算机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 王建国 傅妍芳 第7章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 王建国 傅妍芳 第7章（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 接口技术,微型计算机原理与接口技术,1,7.1 接口概述 7.2 可编程串行通信接口8251A 7.3 可编程计数器/定时器8253 7.4 可编程并行接口8255A 7.5 异步串行通信接口RS232 习题,2,7.1 接口概述,在不同的微机系统中，为实现外部设备与微机系统的连接，人们使用了大量的输入/输出设备，如键盘、鼠标、显示器、软/硬磁盘存储器等。 这些外围设备不能与CPU直接相连，而必须经过中间电路与系统连接，这部分中间电路被称做I/O接口电路，简称I/O接口 。 接口电路属于微机的硬件系统，而软件是控制这些电路按要求工作的驱动程序，任何接口电路的应用，都离不开软件的驱动与配
2、合。因此，在学习这部分知识时，必须注意其软硬结合的特点。,3,1. 有关接口的主要概念,接口：介于主机与外设之间的缓冲电路。 端口：接口中可进行寻址读/写的寄存器。接口中共有3类端口： 数据端口、状态端口、控制端口。数据端口用来存储CPU与外设之间的传输数据。状态端口用来检测外设的工作状态。控制端口用来控制外设的实际操作。 状态字：CPU通过输入指令从状态端口读入的表示外设状态的字节。 控制字：CPU通过输出指令向控制端口发送的表示控制命令的字节。,2主机与外设之间数据传输过程中存在的问题,主机与外设之间工作不同步。 数据总线是各种设备以及存储器传送数据的公共总线，任何设备都不允许长期占用数据
3、总线。 多个传输请求存在时，以何种策略、何种优先级顺序响应处理传输请求。 因此接口中应设置数据总线缓冲器/锁存器，这就是“输入要 三态，输出要锁存”的原则。,3接口与系统的连接,可编程数字接口电路根据其在系统中所起的作用可 分为两大类： （1）专用控制器 专用控制器在系统工作过程中起到一定的管理控制作用。如前一章介绍的用于中断管理的Intel 8259A和用于DMA传输控制的Intel 8237A、本章将要介绍的可编程计数器/定时器Intel 8253芯片。 （2）通用接口芯片 通用接口芯片主要用于数据通信。如本章中所要介绍的可编程串行通信接口8251A、可编程并行通信接口8255A等。通用接
4、口芯片如下图所示。,通用接口芯片,当然，不是所有接口都具备右图全部组成部分。 但一般来说，数据寄存器、端口地址译码器和输入/输出操作控制逻辑是任何接口都不可少的。,本章对接口芯片的介绍主要在于应用，因此对于每一芯片应掌握其与系统如何连接及如何对其进行编程。,7.2 可编程串行通信接口8251A,Intel 8251A是一种可编程的通用同步/异步收发器，它可以管理信号变化范围很大的串行数据通信，可以用做CPU与串行外设的接口电路。由于由接口芯片硬件完成串行通信的基础进程，从而大大减轻了CPU的负担，被普遍应用于远距离通信体系及计算机网络。 8251A通过编程可选择同步方式和异步方式，同步方式时比
5、特率可选为064kbit/s，而在异步方式下比特率为019.2kbit/s，使用时，根据不同速率要求，在接收器和发送控制器中分频，以得到合适的接收或发送时钟频率。,7.2.1 串行通信基本概念,从并行通信方式与串行通信方式示意图可以看出，并行通信 方式所需传输线的条数与位数有关，位数越多所需传输线越 多；而串行通信方式只需一根线即可。,1. 串行通信方式,串行通信按通信约定的格式分为两种： 异步通信方式和同步通信方式。,(1)异步通信方式,异步通信（Asynchronous Data Communication，ASYNC）用 起始位表示字符的开始，用停止位表示字符结束，所采用的 信息格式如下
6、图所示。,异步通信的格式,字符格式 字符正式发送之前，先发送一个起始位，低电平，宽度为1位；结束时发一个停止位，高电平，宽度是1位、1.5位或2位。 传送速率 传送速率是指每秒钟传送的二进制位数，通常称为比特率。最常用的标准比特率是：110 bit/s、300 bit/s、600 bit/s、1 200 bit/s、1 800 bit/s、2 400 bit/s、4 800 bit/s、9 600 bit/s和19 200 bit/s。 时钟频率 时钟频率=n比特率 其中n叫做比特率系数或比特率因子，它的取值可以为1、16、32或64。,异步数据传送中，CPU与外设之间必须遵循3项规定：,(2
7、)同步通信方式,同步通信（Synchronous Data Communication，SYNC） 不是用起始位来标识字符的开始，而是用一串特定的二进制 序列，称为同步字符，去通知接收器串行数据第一位何时到 达。,同步传送的速度高于异步，但它要求由时钟来实现发送 端与接收端之间的同步，故硬件复杂。,2. 数据传送的工作方式,在串行通信中，按照在同一时刻数据流的方向可 分为3种基本传送模式： 单工传送 单工传送方式仅支持在一个方向上的数据传送。 半双工传送 半双工传送方式支持在设备A和设备B之间交替传送数据 全双工传送。 全双工传送方式支持数据在两个方向同时传送,7.2.2 串行接口芯片8251
8、A,可编程串行接口芯片有多种型号，常用的有： Intel公司生产的8251A，Motorola公司生产的6850、 6952、8654，Zilog公司生产的SIO及TNS公司生产 的8250等。这些芯片结构和工作原理大同小异。 下面以Intel公司生产的8251A为例介绍可编程串行通 信接口的基本工作原理、编程结构、编程方法及应 用实例。,1. 8251A的基本性能,可以工作在同步或异步方式下，两种方式下的字符位数为58位。 同步方式时传输率可达064 kbit/s，异步方式时传输率可达019.2 kbit/s。 异步传输时可自动产生一个起始位，程序控制可产生1个、1.5个、2个停止位。 具有
9、奇偶错、数据丢失和帧错误检测能力。 同步方式时，可自动检测，插入同步字符。,2. 8251A的内部结构,8251A共由5部分构成，即发送器、接收器、数据总线缓冲器、读/写控制电路和调制解调器控制电路。,(1) 发送器,发送器和接收器是与外设交换信息的通道 ，发送器包 含发送缓冲器、发送移位寄存器、发送控制器3部分。 发送器的工作过程如下：,异步发送方式 在异步发送方式下，当程序置TxE和CTS为有效后，便开始发送过程。发送时，发送器为每个字符加上1个起始位，并按编程要求加上奇/偶校验以及1个、1.5个或者2个停止位。数据及起始位、校验位、停止位在发送时钟TxC的下降沿时从8251发出，数据传输
10、的波特率为发送时钟频率的1、1/16或者1/64，具体决定于编程时给出的波特率因子。,(1) 发送器(续),同步发送方式,在同步发送方式下，也要在程序置TxE和CTS为有效后，便开始发送过程。发送过程开始以后，发送器先根据编程要求发送一个或两个同步字符，然后发送数据。在发送数据块时，发送器会根据编程要求对数据块中的每个数据加上奇/偶校验位，当然，如果在8251编程时不要求加奇/偶校验位，那么，在发送数据时就不添加任何附加位,(2) 接收器,接收器包括接收缓冲器、接收移位寄存器及接收控制器3部 分。工作过程如下： 异步接收方式 当8251工作在异步方式并准备接收一个字符时，在RxD线上检测低电平
11、，因为没有字符信息时，RxD为高电平。 在异步接收时，有时会遇到这样的情况，即8251在检测到起始位时，过半个数位传输时间后，没有再次测得低电平，而是测得高电平，这种情况下，8251就会把刚才检测到的信号看成是干扰脉冲，于是重新开始检测RxD线上是否又出现低电平。,(2) 接收器（续）,同步接收方式 在同步接收方式下，8251首先搜索同步字符。有时，采用双同步字符方式。 在外同步情况下，和双同步有所不同，因为这时是通过在同步输入端SYNDET加一个高电平来实现同步的。SYNDET端一出现高电平，8251就会立刻脱离同步字符的搜索过程，只要此高电位能维持一个接收时钟同期，8251便认为已经完成同
12、步。 实现同步之后，接收器和发送器之间就开始进行数据的同步传输。这时，接收器利用时钟信号对RxD线进行采样，并把接收到的数据位送到移位寄存器中。每当收到的数据位达到规定的一个字符的数位时，就将移位寄存器的内容送到输入缓冲寄存器，并且在RxRDY引脚上发出一个信号，表示收到一个字符。,(3) 数据总线缓冲器,数据总线缓冲器是与CPU交换数据信息的通道。把8251A的8 根数据线D7D0和CPU系统数据总线相连，其功能有: 接收来自CPU的数据及控制字，传送数据给数据输 出缓冲器，控制字也传送给数据输出缓冲器。 从数据输入缓冲器内取数据传送给CPU。 从状态寄存器中读取状态字，确定8251A处于何
13、种工 作状态。,（4）读/写控制电路,读/写控制逻辑电路用来配合数据总线缓冲器工作。实现的功 能有： 接收写信号 ，并将来自数据总线的数据和控制字写入8251 接收读信号 ，并将数据或状态字从8251送往数据总线。 接收控制/数据信号 ，将此信号和读/写信号结合起来决定当前读/写的是数据还是控制字或状态字。 接收时钟信号CLK，完成8251的定时。 接收复位信号RESET，使8251处于空闲状态。,8251A读/写操作真值表,信号配合起来可以决定8251A的操作，如上表所示。,(5) 调制解调器控制电路,在远距离通信时，8251A提供了与调制解调器联络的信号； 在近距离串行通信时，8251A提
14、供了与外设联络的应答信号 与调制解调器控制电路有关的信号作用及控制方法如下： 发送方与接收方是相对数据将要传送方向而决定的。当 与 为一对握手信号时，8251A为接收方，外设为发送方；当 和 为一对握手信号时，8251A为发送方，外设为接收方。 实际应用时， 、 和 三个信号引脚可以悬空不用， 引脚必须为低电平，当8251A仅工作在接收状态而不要求发送数 据时，也可以悬空。,38251A的引脚特性和外部连接,CPU通过8251A与串行外设接口,48251A控制字及初始化方法,8251A芯片在工作前要先对其初始化编程，以确定其工作方式。 工作中CPU要向8251A发出一些命令，确定其动作过程，并
15、要求了解其工作状态，以保证在数据传送中协调CPU与外设的数据传送过程。 这样就需要有3种控制字，分别为工作方式控制字、操作命令控制字和状态控制字。,（1）工作方式控制字,方式选择字的格式如右图 所示。其中：,D1、D0用来确定8251是工作 于同步方式还是异步方式。 D3、D2用来确定字符的位数。 D5、D4用来确定奇偶校验。 D7、D6在同步和异步方式时的意义是不同的。异步时，用来规定停止位的位数；同步时，用来确定是内同步还是外同步，以及同步字符的个数。,（2）操作命令控制字,TxEN、RxE两位分别决定是否允许TxD线向外设串行发送数据，是否允许RxD线接收外部输入的串行数据。 DTR、R
16、TS两位是调制解调器控制电路与外设的握手信号。 SBRK位是发送端缺字符位。 ER位是清除错误标志位 EH位为跟踪方式位。 IR位是内部复位信号。,（3）状态控制字,CPU通过输入指令读取状态控制字，了解8251A传送数据时所处的状 态，做出是否发出命令，是否继续下一个数据传送的决定。状态字存 放在状态寄存器中，CPU只能读取状态寄存器，而不能对它写入内容 。状态控制字各位所代表的意义如下图所示。,8251A初始化方法,在传送数据前要对8251A进行初始化，才能确定发送方与接 收方的通信格式，以及通信的时序，从而保证准确无误地传 送数据。由于3个控制字没有特征位，且工作方式控制字和 操作命令控制字放入同一个端口，因而要求按一定顺序写入 控制字，不能颠倒。初始化编程的过程如下图所示。 需要指出的是，工作方式控制字必须跟在复位命令之后。复 位命令可用硬件的方法从RESET引脚输入复位信号，也可 通过软件方法发送复位命令，这样8251A才可重新设置工
