1、第第9 9章章 可編程并行接口芯片與串行通信技術(shù)可編程并行接口芯片與串行通信技術(shù)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 9.1可編程并行接口芯片8255A 9.1.1 8255的結(jié)構(gòu) 9.1.2 方式選擇 9.1.3 各方式的功能 9.1.4 端口C的狀態(tài)字 9.1.5 8255應(yīng)用舉例 9.2 串行通信 9.2.1 串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向 9.2.2 串行通信的異步與同步通信方式 9.2.3 波特率及收發(fā)端的同步 9.2.4 常用串行接口介紹教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1 掌握接口芯片8255A功能特點(diǎn)，理解其使用方法。 2 理解串行通信的工作原理和特點(diǎn)。重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容 1 8255A的結(jié)構(gòu)。 2 8255A的方式選擇字

2、。 3 8255A各方式的功能。 4 串行通信的工作原理和特點(diǎn)。難點(diǎn)內(nèi)容難點(diǎn)內(nèi)容 1 1 8255A各方式的功能。 2 串行通信的工作原理和特點(diǎn)。學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)時(shí)數(shù) 6學(xué)時(shí)9.1 9.1 可編程并行接口芯片可編程并行接口芯片8255A8255A 并行接口的一般特點(diǎn)： 1）通過多根信號線同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。 2）并行接口多用于傳送距離短，數(shù)據(jù)量大，速度高的實(shí)時(shí)傳輸場合。 3）傳送時(shí)一般不需要特定的數(shù)據(jù)傳送格式。9.1.1 8255A9.1.1 8255A的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 1. 1.數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口 在8255A內(nèi)部包含了三個(gè)8位輸入/輸出數(shù)據(jù)端口：端口A、端口B、端口C。 三個(gè)端口在功能上有不同的特點(diǎn)： 端

3、口A：一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，即端口A輸入/輸出時(shí)都可以鎖存數(shù)據(jù)。 端口B：一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，即端口B輸入不能鎖存，而輸出可以鎖存。 端口C：比較特殊，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，但沒有鎖存器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器。 2.2.端口控制邏輯端口控制邏輯 端口控制邏輯分為A組和B組，各組管理的端口如下： A組：管理端口A及端口C的上半部（PC7PC4） B組：管理端口B及端口C的下半部（PC3PC0） 3.3.數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器 一個(gè)雙向三態(tài)的8位緩沖器。 4. 4.讀讀/ /寫控制邏輯寫控制邏輯 讀/

4、寫控制邏輯包括：1）讀信號 ：低電平有效。2）寫信號 ：低電平有效。3）片選信號 ：低電平有效。4）復(fù)位信號RESET：高電平有效。將所有端口置為輸入方式。5）端口選擇信號A1、A0：通過A1、A0的組合來選擇端口。 RDWRCS9.1.2 9.1.2 方式選擇方式選擇 在8255A的初始化工作中，CPU輸出的編程命令有兩類：一類稱為方式選擇控制字，用于定義各端口的工作方式；另一類稱為置位/復(fù)位控制字，用于對端口C任意一位的置位或復(fù)位操作。 兩類控制字用同一個(gè)端口地址，在初始化編程時(shí)這兩類命令寫入同一端口，為了能區(qū)分這兩類命令，采用了標(biāo)志位的方法，用控制字的D7來區(qū)分。 1.1.方式選擇控制字

5、方式選擇控制字 8255A有三種基本的工作方式： 方式0：基本輸入/輸出方式 方式1：選通輸入/輸出方式 方式2：雙向總線I/O方式 A口可使用全部三種工作方式，B口可使用方式0和方式1，C口一般被分作兩個(gè)4位口，還可以作為A口和B口的聯(lián)絡(luò)線。 例如：現(xiàn)指定端口A以方式0輸出；指定端口B以方式1輸入；端口C高4位為輸入，低4位為輸出。 根據(jù)方式控制字的定義格式可寫出相應(yīng)的方式選擇控制字為：10001110B或8EH，8255A初始化程序段如下：（若控制口的分配地址為303H）MOV DX，303HMOV AL，10001110B（或MOV AL，08EH）OUT DX，AL 2. 2.置位置位

6、/ /復(fù)位控制字復(fù)位控制字 通過向往8255A寫入置位/復(fù)位控制字，可以置位或復(fù)位端口C中的任意一位，即使其為高電平或低電平。 例如，設(shè)8255A端口地址為60H63H，現(xiàn)要求先置PC4為低電平，再復(fù)位PC4，則相應(yīng)的程序段如下： MOV AL，00001001BOUT 63H，ALMOV AL，00001000BOUT 63H，AL 9.1.3 9.1.3 各方式的功能各方式的功能 1.1.方式方式0 0的功能的功能 主要功能如下： （1）兩個(gè)獨(dú)立的8位端口（端口A和B）和兩個(gè)4位端口（端口C）。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需要也可以將C口的上下兩端口合起來使用，構(gòu)成一個(gè)8位的端口。 （2）規(guī)定了輸出

7、信號可以被鎖存，而輸入信號不能鎖存。 （3）各個(gè)端口既可以作為輸入使用，也可以作為輸出使用，兩個(gè)8位端口和兩個(gè)4位端口可以組成16種情況。 2. 2.方式方式1 1的功能的功能 （1）主要功能 1）端口A和端口B都可作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，但必須通過端口C相應(yīng)位的控制來實(shí)現(xiàn)。 2）當(dāng)端口A和端口B中的一個(gè)端口被確定為工作方式1時(shí)，與此對應(yīng)的端口C中就有3位被固定了，端口C中的這3位專門用來控制端口A或端口B。 3）若端口A和端口B都工作于方式1，則端口C中有6位固定，剩余2位可工作于其它方式，用作其它用途。 （2）方式1的輸入 1）輸入組態(tài) （2）聯(lián)絡(luò)信號 1） （Strobe）：選通信號，低

8、電平有效。外設(shè)通知8255A有數(shù)據(jù)輸入。對于A口，使用PC4的引腳；對于B口，使用PC2的引腳。 2）IBF(Input Buffer Full)：輸入緩沖器滿信號，高電平有效。8255通知外設(shè)不能再輸入數(shù)據(jù)，對于A口，使用PC5的引腳；對于B口，使用PC1的引腳。 3）INTE(Interrupt Enable)：中斷允許信號，高電平有效。對于A口，使用PC4的鎖存位；對于B口，使用PC2的鎖存位。可用置位/復(fù)位控制字操作。 4）INTR(Interrupt Request)：中斷請求信號，高電平有效。可用于向CPU請求中斷。對于A口，使用PC3的引腳；對于B口，使用PC0的引腳。 STB

9、工作過程分析： 1）當(dāng)外設(shè)將數(shù)據(jù)送到A口或B口的數(shù)據(jù)線上后，向8255發(fā)出負(fù)脈沖，使選通信號 為低，8255將輸入數(shù)據(jù)送到輸入緩沖器并鎖存。 2）選通信號有效后，經(jīng)過tSIB時(shí)間，IBF信號有效，此信號送到外設(shè)，禁止外設(shè)再向8255發(fā)送數(shù)據(jù)。 3）選通信號結(jié)束后，經(jīng)過tSIT時(shí)間，若此時(shí) 和INTE都為高時(shí)，INTR有效，向CPU發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后， 信號有效，CPU讀入數(shù)據(jù)。 4） 信號有效后，經(jīng)過tRIT時(shí)間，清除INTR中斷請求信號。 5）當(dāng) 信號結(jié)束后，數(shù)據(jù)已CPU，再經(jīng)過tRIB時(shí)間，IBF變低，結(jié)束一次數(shù)據(jù)輸入。 以上是使用中斷輸入的操作時(shí)序，如果設(shè)置INTE為“0”，

10、則不使用中斷，這時(shí)可使用查詢方式，操作見后。STBSTBRDRDRD (3)方式1的輸出 1）輸出組態(tài) （Output Buffer Full）：輸出緩沖器滿信號，低電平有效。8255通知外設(shè)在端口上已有數(shù)據(jù)。對于A口，使用PC7的引腳；對于B口，使用PC1的引腳。 (Acknowledge)：外設(shè)響應(yīng)信號，低電平有效。外設(shè)通知8255，端口上的數(shù)據(jù)已取走。對于A口，使用PC6的引腳；對于B口，使用PC2的引腳。 INTE(Interrupt Enable)：中斷允許信號，高電平有效。對于A口，使用PC6的鎖存位；對于B口，使用PC2的鎖存位。可用置位/復(fù)位控制字操作。 INTR(Interr

11、upt Request)：中斷請求信號，高電平有效?？捎糜谙駽PU請求中斷。對于A口，使用PC5的引腳；對于B口，使用PC1的引腳。 OBFACK 工作過程分析： 1）當(dāng)8255輸出緩沖器空，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷，向8255輸出數(shù)據(jù)，產(chǎn)生 信號。 2） 信號經(jīng)過tWIT時(shí)間后清除中斷請求信號INTR。 3） 的上升沿使 有效，通知外設(shè)可以接收數(shù)據(jù)。 4）外設(shè)接收數(shù)據(jù)后，發(fā)出 信號，再經(jīng)過tAOB時(shí)間，使 無效，表明輸出緩沖器已空。 5） 無效后，經(jīng)過tAIT時(shí)間，INTR有效，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷再送新的數(shù)據(jù)。 以上是使用中斷輸出的操作時(shí)序，如果設(shè)置INTE為“

12、0”，則不使用中斷，這時(shí)可使用查詢方式，操作見后。WRWRWROBFACKOBFACK 3. 3.方式方式2 2的功能的功能 方式2是一種雙向總線方式，在這種方式下，8位數(shù)據(jù)線上既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。 只有端口A可以工作在方式2，在這種方式下，需要C口的5位信號作為聯(lián)絡(luò)線。 在方式2下，數(shù)據(jù)的輸入和輸出都具有鎖存功能。 （1）方式2的組態(tài) （2）聯(lián)絡(luò)信號 1） ：輸出緩沖器滿信號，低電平有效。8255通知外設(shè)在端口上已有數(shù)據(jù)，使用PC7的引腳。 2） ：外設(shè)響應(yīng)信號，低電平有效。外設(shè)通知8255，端口上的數(shù)據(jù)已取走，使用PC6的引腳。 3） ：選通信號，低電平有效。外設(shè)通知8255A

13、有數(shù)據(jù)輸入。使用PC4的引腳。 4）IBF：輸入緩沖器滿信號，高電平有效。8255通知外設(shè)不能再輸入數(shù)據(jù)，使用PC5的引腳。 5）INTR：中斷請求信號，高電平有效?？捎糜谙駽PU請求中斷。使用PC3的引腳。 6）INTE1、INTE2：INTE1為輸出中斷允許信號，使用PC6的鎖存位；INTE2輸入中斷允許信號，使用PC4的鎖存位。高電平有效，可用置位/復(fù)位控制字操作。 OBFACKSTB 工作過程分析： 方式2可以看成方式1的輸入和輸出的組合。 方式2的輸入時(shí)序與方式1的輸入時(shí)序完全相同。 方式2的輸出時(shí)序與方式1的輸出時(shí)序的不同之處：在方式1下，CPU把數(shù)據(jù)寫入到8255后，8255立即

14、將數(shù)據(jù)送上A口。而在方式2下，須待 信號有效后，8255才將數(shù)據(jù)送上A口。這樣處理是為了避免發(fā)生外總線沖突，此時(shí)端口A與外設(shè)的連線因輸入/輸出均使用，已成為數(shù)據(jù)總線。ACK9.1.4 9.1.4 端口端口C C的狀態(tài)字的狀態(tài)字 8255工作在方式1和方式2時(shí)，C口各位作為聯(lián)絡(luò)線使用，CPU除了可以使用中斷方式對8255進(jìn)行服務(wù)，還可以通過讀取C口的狀態(tài)字來了解外設(shè)的狀態(tài)。即使用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 端口C的狀態(tài)字有以下幾種格式： 1 1、方式、方式1 1狀態(tài)字狀態(tài)字 輸入狀態(tài)字：D7D6D5D4D3D2D1D0I/OI/OIBFAINTEAINTRAINTEBIBFBINTRB 輸出狀態(tài)字：

15、D7D6D5D4D3D2D1D0INTEAI/OI/OINTRAINTEBINTRBAOBFAOBF 這些狀態(tài)字中，有的是提供當(dāng)前端口狀態(tài)，有的是設(shè)置端口工作模式。 例如:允許端口A中斷請求，禁止端口B中斷請求（輸入方式），則其程序段為：（設(shè)C口地址為303H） MOV DX，303H MOV AL，00010000B OUT DX，AL 2 2、方式、方式2 2狀態(tài)字狀態(tài)字D7D6D5D4D3D2D1D0INTE1IBFAINTE2INTRAXXXAOBF9.1.5 8255A9.1.5 8255A應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 1.1.基本輸入基本輸入/ /輸出應(yīng)用舉例輸出應(yīng)用舉例 圖9-14是8086

16、微機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展一片8255A作為并行口的電路圖，同時(shí)還配以74LS138譯碼器等芯片，如圖9-14所示。端口A為方式1輸入，以中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，中斷類型號為0FH；端口B工作于方式0輸出，端口C的普通I/O作為輸入。 根據(jù)圖中的接線，所使用的譯碼輸出地址為0B0H0BFH。8255使用數(shù)據(jù)線D0D7，使用地址為0B0H、0B2H、0B4H和0B6H。設(shè)端口A的中斷服務(wù)子程序名為SERA。 具體8255A的初始化程序如下：MOV AL，10111001B ；方式控制字MOV DX，0B6HOUT DX，ALMOV AL，00001001B ；開放A口輸入中斷請求OUT DX，ALMOV A

17、X，0MOV ES，AXMOV DI，0FH*4MOV AX，OFFSET SERACLDSTOSWMOV AX，SEG SERASTOSW9.2 9.2 串行通信串行通信 基本的數(shù)據(jù)通信方式有兩種：并行通信和串行通信。 并行通信是在多條并行的通信線上同時(shí)傳送各位數(shù)據(jù)。并行通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，但線路開銷大，一般用于短距離傳送。串行通信是將多位數(shù)據(jù)按時(shí)間先后順序逐位傳送。串行傳送的優(yōu)點(diǎn)是線路占用少，一般用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送。9.2.1 9.2.1 串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向 串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向可分為以下三種： （1）單工傳送 數(shù)據(jù)傳送只有一個(gè)方向，通信的一方只能發(fā)送，另一

18、方只能接收，如圖9-10a。 （2）半雙工傳送 通信雙方都可以發(fā)送和接收，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送，如圖9-10b。 （3）全雙工傳送 通信的雙方都可以任意發(fā)送和接收，即具有兩條數(shù)據(jù)通信線。9.2.2 9.2.2 串行通信的兩種基本工作方式串行通信的兩種基本工作方式 1.1.異步通信（異步通信（Asynchronous CommunicationAsynchronous Communication） 異步通信是計(jì)算機(jī)中最常用的一種數(shù)據(jù)傳送方式，它是按幀（Fvame）傳送的，每一幀的格式如圖11-2所示。 異步通信可分為帶空閉位和無空閉位兩種。 異步通信的一幀數(shù)據(jù)由四中部分構(gòu)成：起始位

19、、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。 （1）起始位 每幀數(shù)據(jù)的最前面一位，“0”。必須有。 （2）數(shù)據(jù)位 傳送的主體，可以設(shè)定為58位，低位在前高位在后。 （3）奇偶校驗(yàn)位 在數(shù)據(jù)位后，占用一位，與各數(shù)據(jù)位一起使用以滿足奇?zhèn)€“1”（奇校驗(yàn)）或偶個(gè)“1”（偶校驗(yàn)），可以沒有。 （4）停止位 一幀數(shù)據(jù)的最后，可以設(shè)定為1、1.5或2位，“1”，必須有。 2. 2.同步通信（同步通信（Synchronous CommunicationSynchronous Communication） 在數(shù)據(jù)塊開始處用12個(gè)同步字符表示數(shù)據(jù)塊傳送的開始，數(shù)據(jù)塊信息以連續(xù)的形式發(fā)送，最后通過校驗(yàn)碼對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗(yàn)。這種工作

20、方式去掉了異步傳送的起始位、校驗(yàn)位和停止位，提高了傳輸效率。在同步傳送系統(tǒng)中，發(fā)送方與接收方必須使用同一個(gè)時(shí)鐘，以保證雙方嚴(yán)格保持同步。 同步傳送常用的數(shù)據(jù)格式有四種：單同步、雙同步、SDLC和HDLC。 （1）單同步數(shù)據(jù)格式 發(fā)送方在正式發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)送一個(gè)同步字符，然后發(fā)送數(shù)據(jù)信息，最后發(fā)送兩個(gè)校驗(yàn)字符。 （2）雙同步數(shù)據(jù)格式 發(fā)送方在正式發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)送一個(gè)同步字符，然后發(fā)送數(shù)據(jù)信息，最后發(fā)送兩個(gè)校驗(yàn)字符。 （3）SDLC數(shù)據(jù)格式 標(biāo)志符：01111110，在一幀信息的開始和結(jié)束時(shí)傳送。 地址場：SDLC規(guī)定地址場為一個(gè)字節(jié)長。 控制場：SDLC規(guī)定控制場為一個(gè)字節(jié)長。 數(shù)據(jù)場：

21、長度可為0到存儲器最大位數(shù)。 幀校驗(yàn)場：使用16位循環(huán)冗余CRC（Cycle Redundzncy Check）校驗(yàn)碼。 場的傳送均從最低有效位D0開始傳送。 （3）HDLC數(shù)據(jù)格式 標(biāo)志符、數(shù)據(jù)場與幀校驗(yàn)場：與SDLC完全相同。 地址場：HDLC規(guī)定地址場可以為任意字節(jié)長度，當(dāng)?shù)刂穲鲎止?jié)D0位為“0”時(shí)，后跟字節(jié)為地址場信息，否則為最后一個(gè)地址字節(jié)。 控制場：SDLC規(guī)定地址場為1個(gè)字節(jié)或2個(gè)字節(jié)長。 數(shù)據(jù)場：長度可為0到存儲器最大位數(shù)。 場的傳送均從最低有效位D0開始傳送。 采用同步方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)雙方必須使用同一個(gè)時(shí)鐘。同步傳送的優(yōu)點(diǎn)是傳輸效率高，傳輸速度快。9.2.3 9.2.3

22、波特率及收發(fā)端的同步波特率及收發(fā)端的同步 1.1.波特率波特率 波特率（Baud Rate）：每秒鐘傳送的二進(jìn)制代碼的位數(shù)。 常用的波特率為110、300、600、1200、2400、4800、9600和19200波特。 2.2.接收和發(fā)送的同步接收和發(fā)送的同步 （1）收/發(fā)時(shí)鐘頻率 典型的做法如圖9-15和圖9-16： 發(fā)送方在時(shí)鐘的上升沿將數(shù)據(jù)接收，接收方在時(shí)鐘的下降沿對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，有效地保證了收/發(fā)的同步。 在串行通信中，接收和發(fā)送時(shí)鐘與波特率之間有如下關(guān)系：n/發(fā)時(shí)鐘頻率收發(fā)波特率收 其中，n是頻率系數(shù)。 在同步方式下n=1，在異步方式下，n可以為1、16、64。 （2）數(shù)據(jù)采樣過程

23、 在異步方式下，頻率系數(shù)n=16時(shí)數(shù)據(jù)采樣過程如圖9-17。9.2.4 9.2.4 常用串行接口介紹常用串行接口介紹 1.1.傳統(tǒng)串行接口標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-232CEIA RS-232C EIA：美國電氣工業(yè)協(xié)會。 （1）信號功能與機(jī)械特性 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)使用25芯（DB25）或9芯（DB9）接插件。 （2）電氣性能 1）電平關(guān)系。邏輯“0”為+3V以上，邏輯“1”為-3V以下。 2）負(fù)載要求。負(fù)載電阻3 7K，最大負(fù)載電容2500pF。在此條件下，多芯電纜長度約15m。 3）信號速率與連接距離。數(shù)據(jù)信號傳輸速率為20Kbit/s時(shí)，最大傳輸距離為15m。 （3）電平轉(zhuǎn)換

24、RS-232C與TTL電平不同，可以用MC1488（TTL RS-232C）、MC1489（RS-232C TTL） 、MAX232（雙向）等芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232的引腳與接線如圖9-19。 1.EIA 1.EIA其他接口標(biāo)準(zhǔn)其他接口標(biāo)準(zhǔn) RS-232C的缺點(diǎn)： 1）數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)度慢（10Kbit/s）。 2）傳輸距離短（一般為15m）。 3）接口處各信號間容易產(chǎn)生干擾。 因此，EIA在RS-232C的基礎(chǔ)上，特定了更高性能的接口標(biāo)準(zhǔn)。 （1）RS-449 RS-449不使用公共地，而使用雙絞線，可將傳輸距離提高到1200m，速率可達(dá)90Kbit/s。 （2）RS-423A 非平衡發(fā)送，差分接收，電平為12V6V。可以使用更高的波特率和更遠(yuǎn)的傳輸距離。如圖9-20。 （3）RS-422A 平衡發(fā)送，差分接收，可以獲得更高的傳輸速率和更遠(yuǎn)的傳輸距離。 （3）RS-485 RS-485是RS-422A的變形，可以在同一線路上掛接多個(gè)發(fā)送和接收。 3.USB3.USB通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)通用串行總線標(biāo)準(zhǔn) （1）主要特點(diǎn) 1）有兩種數(shù)據(jù)傳送速度，高速12M