微机原理与接口技术第六章

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黄 景 涛Tel: 13613796210Email: Lab: 10-825河 南 科 技 大 学电 子 信 息 工 程 学 院 2第 6章 串 并 行 通 信 和 接 口 技 术n本 章 重 点串 并 行 通 信 接 口通 信 规 程 和 通 信 标 准8251A和 8255A的 特 点 及 应 用8251A和 8255A的 编 程 36.1 接 口 的 功 能 及 在 系 统 中 的 连 接 6.1.1接 口 的 功 能1. 寻 址 能 力 : 对 送 来 的 片 选 信 号 进 行 识 别 。2. 输 入 /输 出 功 能 : 根 据 读 /写 信 号 决 定 当 前 进 行 的 是 输 入 操 作 还 是 输 出 操 作 。3. 数 据 转 换 功 能 : 并 行 数 据 向 串 行 数 据 的 转 换 或 串 行 数 据 向 并 行 数 据 的 转 换 。4. 联 络 功 能 : 就 绪 信 号 , 忙 信 号 等 。5. 中 断 管 理 : 发 出 中 断 请 求 信 号 、 接 收 中 断 响 应 信 号 、 发 送 中 断 类 型 码 的 功 能 。并 具 有 优 先 级 管 理 功 能 。 6. 复 位 : 接 收 复 位 信 号 , 从 而 使 接 口 本 身 以 及 所 连 的 外 设 进 行 重 新 启 动 。7. 可 编 程 : 用 软 件 来 决 定 其 工 作 方 式 , 用 软 件 来 设 置 有 关 的 控 制 信 号 。8. 错 误 检 测 : 一 类 是 传 输 错 误 。 另 一 类 是 覆 盖 错 误 。 4典 型 的 I/O接 口 和 外 部 电 路 连 接 图 56.1.2 接 口 与 系 统 的 连 接n接 口 电 路 位 于 CPU与 外 设 之 间n从 结 构 上 可 以 把 一 个 接 口 分 为 两 个 部 分 : 面 向 CPU一 侧 的 信 号 : 用 于 与 CPU连 接 主 要 是 数 据 、 地 址 和 控 制 信 号 面 向 外 设 一 侧 的 信 号 : 用 于 与 外 设 连 接 提 供 的 信 号 五 花 八 门 功 能 定 义 、 时 序 及 有 效 电 平 等 差 异 较 大 66.2 串 行 接 口 和 串 行 通 信6.2.1 串 行 接 口n串 行 通 信 :用 一 根 信 号 线 将 数 据 逐 位 顺 序 传 送 ;在 传 输 过 程 中 , 每 一 位 数 据 占 一 个 固 定 的 时 间 长 度 。n串 行 通 信 的 优 势 :通 信 线 路 少 , 在 远 距 离 通 信 时 可 以 极 大 地 降 低 成 本 ;适 合 于 远 距 离 数 据 传 送 ;也 常 用 于 速 度 要 求 不 高 的 近 距 离 数 据 传 送 7可 编 程 串 行 接 口 的 典 型 结 构 n 控 制 寄 存 器 用 来 容 纳 CPU送给 此 接 口 的 各 种 控 制 信 息 ,决 定 接 口 的 工 作 方 式 n 状 态 寄 存 器 的 各 位 叫 状 态 位n 每 一 个 状 态 位 都 可 以 用 来 指 示 传 输 过 程中 的 某 一 种 错 误 或 者 当 前 传 输 状 态n 数 据 输 入 寄 存 器 总 是 和 串 行 输 入 并 行 输 出 移 位寄 存 器 配 对 使 用 的 。n 在 输 入 过 程 中 , 数 据 一 位 一 位 从 外 部 设 备 进 入接 口 的 移 位 寄 存 器 , 当 接 收 完 1个 字 符 以 后 ,数 据 就 从 移 位 寄 存 器 送 到 数 据 输 入 寄 存 器 , 再等 待 CPU来 取 走 串 行并 行 8可 编 程 串 行 接 口 的 典 型 结 构n 一 般 有 4个 主 要 寄 存 器 控 制 寄 存 器 状 态 寄 存 器 数 据 输 入 寄 存 器 数 据 输 出 寄 存 器n CPU可 以 访 问 串 行 接 口 中 的 4个 主 要 寄 存 器 ;n 控 制 寄 存 器 和 数 据 输 出 寄 存 器 是 只 写 的 ;n 状 态 寄 存 器 和 数 据 输 入 寄 存 器 是 只 读 的 ;n 可 以 用 读 信 号 和 写 信 号 来 区 分 这 两 组 寄 存 器 , 再 用 1位 地 址 来 区 分 2个 只 读 寄 存 器 或 2个 只 写 寄 存 器 。 (图 示 ) 96.2.2 串 行 通 信 涉 及 的 几 个 问 题全 双 工 站 A 站 B站 A 站 B站 A 站 B半 双 工单 工1. 全 双 工 方 式 和 半 双 工 方 式2. 同 步 方 式 和 异 步 方 式串 行 异 步 通 信 按 字 符 传 送 ; 不 传 送 时 钟 信 号串 行 同 步 通 信 按 帧 (多 个 字 符 )传 送 ; 传 送 时 钟 信 号 无 论 同 步 方 式 还 是 异 步 方 式 , 都 是 串 行 传 送 图 示 10同 步 通 信 通 信 双 方 使 用 同 一 时 钟n 以 数 据 块 (帧 , 多 个 字 符 组 成 )为 传 输 单 位n 双 方 使 用 同 一 时 钟 (主 控 方 提 供 时 钟 , 被 控 方 接 收 时 钟 ) 外 同 步 : 时 钟 信 号 另 外 安 排 一 根 传 输 线 自 同 步 : 发 送 时 将 时 钟 信 号 与 数 据 混 合 编 码 , 接 收 时 译 码 出 时 钟 信 号n 数 据 格 式 : 每 个 数 据 块 前 加 12个 同 步 字 符 ( 同 步 头 ) 进 行 帧同 步 。n 同 步 通 信 的 数 据 传 输 效 率 和 传 输 速 率 较 高 , 但 硬 件 电 路 比 较复 杂n 串 行 同 步 通 信 主 要 应 用 在 网 络 当 中 , 最 常 使 用 的 同 步 通 信 协议 有 高 级 数 据 链 路 控 制 协 议 ( HDLC) 同 步 字 符 数 据 数 据 数 据 校 验 同 步 字 符 11同 步 通 信 的 数 据 格 式同 步 字 符 数 据 块同 步 字 符 1 同 步 字 符 2 CRC 1数 据 块 CRC 2CRC 1 CRC 2单 同 步 格 式双 同 步 格 式 n 同 步 传 输 不 允 许 有 间 隙 12异 步 通 信 通 信 双 方 使 用 各 自 的 时 钟n串 行 通 信 时 的 数 据 、 控 制 和 状 态 信 息 都 使 用 同一 根 信 号 线 传 送n收 发 双 方 必 须 遵 守 共 同 的 通 信 协 议 ( 通 信 规 程 )n串 行 异 步 通 信 以 字 符 为 单 位 进 行 传 输 , 每 个 字符 的 前 后 都 要 有 分 隔 位 。n与 同 步 方 式 不 同 , 两 个 字 符 之 间 的 传 输 间 隔 是任 意 的 。n数 据 格 式 : 起 止 式 异 步 通 信 协 议 13起 止 式 异 步 通 信 协 议 起 始 位 每 个 字 符 开 始 传 送 的 标 志 , 起 始 位 采 用 逻 辑 0电 平起 始 位 附 加 位 停 止 位 空 闲 位数 据 位低 位 高 位字 符0/1 0/1 0/10/1 101 1 1数 据 位 数 据 位 紧 跟 着 起 始 位 传 送 。 由 5 8个 二 进制 位 组 成 , 低 位 先 传 送附 加 位 该 位 可 用 于 校 验 或 数 据 标 识 : 可 选 择 奇 检验 、 偶 校 验 或 无 校 验 位停 止 位 表 示 该 字 符 传 送 结 束 。 停 止 位 为 逻 辑 1电 平 ,可 选 择 1、 1.5、 2位 。空 闲 位 传 送 字 符 之 间 的 逻 辑 1电 平 , 表 示 没 有 进 行传 送 14波 特 率 和 波 特 率 因 子n 发 送 时 钟 : 在 用 异 步 方 式 进 行 通 信 时 , 发 送 端 需 要 用 时 钟 来 决 定 每 一 位 对应 的 时 间 长 度n 接 收 时 钟 : 在 用 异 步 方 式 进 行 通 信 时 , 接 收 端 也 需 要 用 一 个 时 钟 来 测 定 每一 位 的 时 间 长 度n 发 送 时 钟 和 接 收 时 钟 的 频 率 可 以 是 位 传 输 率 的 16倍 、 32倍 或 者 64倍 , 这个 倍 数 称 为 波 特 率 因 子 , 而 位 传 输 率 称 为 波 特 率 。n 数 据 传 输 速 率 也 称 比 特 率 ( Bit Rate) 每 秒 传 输 的 二 进 制 位 数 bps 字 符 中 每 个 二 进 制 位 持 续 的 时 间 长 度 都 一 样 , 为 数 据 传 输 速 率 的 倒 数n 当 进 行 二 进 制 数 码 传 输 , 且 每 位 时 间 长 度 相 等 时 , 比 特 率 等 于 波 特 率n 过 去 , 串 行 通 信 ( 异 步 ) 的 数 据 传 输 速 率 限 制 在 50 bps到 9600 bps之 间 。现 在 , 串 行 通 信 可 以 达 到 115200 bps或 更 高 15接 收 时 对 起 始 位 的 检 测 ( 波 特 率 因 子 为 16)起 始 检 测 确 定 已 检 测 到 起 始 位 采 样 数 据起 始 位时 钟( RCLK)数 据 线( RxD) T16 T 16 T8 T数 据 接 收 时 钟 频 率 是 数 据 传 输 频 率 的 16倍 ,正 确 识 别 起 始 位 , 防 止 因 干 扰 引 起 的 误 识 别 16接 收 错 误 的 处 理n奇 偶 错 误 PE( Parity Error)若 接 收 到 的 字 符 的 “ 1”的 个 数 不 符 合 奇 偶 校 验 要 求n帧 错 误 FE( Frame Error)若 接 收 到 的 字 符 格 式 不 符 合 规 定 ( 如 缺 少 停 止 位 )n覆 盖 错 误 OE( Overwrite Error)若 接 收 移 位 寄 存 器 接 收 到 一 个 数 据 , 并 送 至 输 入 缓 冲 器时 , CPU还 未 取 走 前 一 个 数 据 , 就 会 出 现 数 据 覆 盖若 接 收 缓 冲 器 的 级 数 多 , 则 覆 盖 错 误 发 生 的 几 率 就 小 17通 用 异 步 收 发 器 UART 通 用 异 步 收 发 器 UART具 备 如 下 功 能 :将 并 行 数 据 变 为 串 行 数 据 ; 按 格 式 把 数 据发 送 出 去 ;能 够 接 收 串 行 格 式 的 数 据 , 再 把 它 变 成 并行 数 据 ;能 够 检 测 奇 偶 错 误 、 覆 盖 错 误 和 信 息 帧 格式 错 误 ; 186.3 可 编 程 串 行 通 信 接 口 8251A6.3.1 8251A的 基 本 性 能n 两 种 工 作 方 式 ( 通 过 编 程 设 置 ) : 同 步 方 式同 步 方 式 , 波 特 率 为 064K,58位 数 据 , 自 动 检 测 同 步 字 符 异 步 方 式 。异 步 方 式 , 波 特 率 为 019.2K, 58位 数 据 , 1位 奇 偶 校 验 , 自 动添 加 一 个 启 动 位 及 1、 1.5或 2个 停 止 位n 全 双 工 的 工 作 方 式 其 内 部 提 供 具 有 双 缓 冲 器 的 发 送 器 和 接 收 器 。n 提 供 出 错 检 测 具 有 奇 偶 、 覆 盖 和 帧 错 误 三 种 校 验 电 路 。 (UART) 198251A的 基 本 性 能n同 步 方 式 下 的 格 式 每 个 字 符 可 以 用 5、 6、 7或 8位 来 表 示 ; 并 且 内 部 能 自 动 检 测 同 步 字 符 , 从 而 实 现 同 步 。 除 此 之 外 , 8251A也 允 许 同 步 方 式 下 增 加 奇 /偶 校 验 位 进 行 校 验 。n异 步 方 式 下 的 格 式 每 个 字 符 也 可 以 用 5、 6、 7或 8位 来 表 示 ; 时 钟 频 率 为 传 输 波 特 率 的 1、 16或 64倍 ; 用 1位 作 为 奇 /偶 校 验 。 1个 启 动 位 。 并 能 根 据 编 程 为 每 个 数 据 增 加 1个 、 1 5个 或 2个 停 止 位 。 可 以 检 查 假 启 动 位 , 自 动 检 测 和 处 理 终 止 字 符 。 返 回 206.3.2 8251A的 基 本 工 作 原 理8251A的 编 程 结 构 n 数 据 输 入 缓 冲 寄 存 器 和 数 据 输 出 缓 冲 寄 存器 使 用 同 一 个 端 口 地 址 , 实 际 上 为 两 个 端口 , 一 个 为 输 入 端 口 , 一 个 为 输 出 端 口 ,所 以 , 不 会 混 淆 起 来 n 接 收 移 位 寄 存 器 将 到 达 RxD端 的 串 行 数 据 接 收 之 后 进行 移 位 , 变 为 8位 并 行 数 据 , 传 送 到 数 据 输 入 缓 冲 寄存 器 , 然 后 通 过 数 据 总 线 传 送 到 CPU n 输 出 数 据 过 程 中 , CPU通 过 数 据 总 线 将 数 据 送 到8251A数 据 输 出 缓 冲 寄 存 器 , 再 传 输 到 发 送 移 位 寄 存器 。 移 位 寄 存 器 用 移 位 的 办 法 将 并 行 数 据 变 为 串 行 数据 , 然 后 , 从 TxD端 送 出 n 控 制 寄 存 器 用 来 控 制 8251A的 工 作 , 它 的 内容 是 由 程 序 设 置 的 n 状 态 寄 存 器 则 在 8251A的 工 作 过 程 中 为 执行 程 序 提 供 一 定 的 状 态 信 息 n 模 式 寄 存 器 的 内 容 决 定 了 8251A到 底 工 作 在 同 步模 式 还 是 工 作 在 异 步 模 式 , 还 决 定 了 所 接 收 和 发送 的 字 符 的 格 式 218251A的 功 能 结 构 228251A的 发 送 和 接 收 (异 步 ) 并 行 数 据检 测 接 收 错 误删 除 起 始 位 、 校 验 位 、 停 止 位串 行 数 据CPU接 收 缓 冲 寄 存 器接 收 移 位 寄 存 器接 收 控 制 电 路8251 RxD 0/1 0/1 0/10/1双 缓 冲 寄 存 器 结 构 ,保 证 数 据 的 连 续 接 收串行数据的异步接收 23接 收 时 对 起 始 位 的 检 测起 始 检 测 确 定 已 检 测 到 起 始 位 采 样 数 据起 始 位时 钟( RCLK)数 据 线( RxD) T16 T 16 T8 T数 据 接 收 时 钟 频 率 是 数 据 传 输 频 率 的 16倍 ,正 确 识 别 起 始 位 , 防 止 因 干 扰 引 起 的 误 识 别 24CPU发 送 缓 冲 寄 存 器发 送 移 位 寄 存 器发 送 控 制 电 路8251 TxD 0/1 0/1 0/10/1 串 行 数 据 的 异 步 发 送 并 行 数 据加 入 起 始 位 、 校 验 位 、 停 止 位串 行 数 据 双 缓 冲 寄 存 器 结 构 , 保 证 数 据 的 连 续 发 送 当 程 序 置 允 许 发 送 位 TxEN为 1, 并 且 由 外 设 发 来 的对 CPU请 求 发 送 信 号 的 响 应 信 号 -CTS (clear to send)有 效 后 , 便 开 始 发 送 过 程 25异 步 方 式 下 的 数 据 传 输 格 式 26同 步 接 收 方 式 和 同 步 发 送 方 式 276.3.3 8251A的 对 外 信 号 8251A和 CPU之 间 的 连 接 信 号 28连 接 信 号1. 片 选 信 号 CS 低 电 平 有 效 它 由 CPU的 地 址 信 号 通 过 译 码后 得 到 。2. 数 据 信 号 D 0-D7 三 态 , 双 向 数 据 线 与 系 统 的 数 据 总 线 相 连 。 传 输 CPU对 8251A的 编 程 命 令字 和 8251A送 往 CPU的 状 态 信息 及 数 据 。 29连 接 信 号3. 读 /写 控 制 信 号 RD: 读 信 号 , 低 电 平 时 有 效 CPU当 前 正 在 从 8251A读 取 数 据 或者 状 态 信 息 。 WR: 写 信 号 , 低 电 平 时 有 效 CPU当 前 正 在 往 8251A写 入 数 据 或者 控 制 信 息 。 C/D : 控 制 /数 据 信 号 用 来 区 分 当 前 读 /写 的 是 数 据 还 是 控 制 信 息 或 状 态 信 息 。 该 信 号 也 可 看 作 是 8251A数 据 口 /控制 口 的 选 择 信 号 。 30连 接 信 号4. 收 发 联 络 信 号 TxRDY: 发 送 器 准 备 好 信 号 ,用 来 通 知 CPU, 8251A已 准 备好 发 送 一 个 字 符 。 TxE: 发 送 器 空 信 号 , TxE为高 电 平 时 有 效 , 用 来 表 示 此 时8251A发 送 器 中 并 行 到 串 行 转换 器 空 , 说 明 一 个 发 送 动 作 已 完 成 。 31连 接 信 号RxRDY:接 收 器 准 备 好 信 号用 来 表 示 当 前 8251A已 经从 外 部 设 备 接 收 到 一 个 字 符 ,等 待 CPU来 取 走 。在 中 断 方 式 时 , RXRDY可 用 来 作 为 中 断 请 求 信 号 ;在 查 询 方 式 时 , RXRDY可 用 来 作 为 查 询 信 号 。SYNDET:同 步 检 测 信 号 只 用 于 同 步 方 式 322 8251A与 外 部 设 备 之 间 的 连 接 信 号分 为 两 类 :1. 收 发 联 络 信 号 DTR : 数 据 终 端 准 备 好 信 号 通 知 外 部 设 备 , CPU当 前 已经 准 备 就 绪 。 DSR: 数 据 设 备 准 备 好 信 号 表 示 当 前 外 设 已 经 准 备 好 。 332 8251A与 外 部 设 备 之 间 的 连 接 信 号RTS:请 求 发 送 信 号表 示 CPU已 经 准 备 好 发 送 。CTS :允 许 发 送 信 号是 对 RTS的 响 应 信 号由 外 设 送 往 8251A。 342 8251A与 外 部 设 备 之 间 的 连 接 信 号2. 数 据 信 号 TxD: 发 送 器 数 据 输 出 信 号 。 当 CPU送 往 8251A的 并 行 数 据被 转 变 为 串 行 数 据 后 , 通 过TxD送 往 外 设 。 RxD: 接 收 器 数 据 输 入 信 号 。 用 来 接 收 外 设 送 来 的 串 行 数 据 ,数 据 进 入 8251A后 被 转 变 为 并行 方 式 353. 时 钟 、 电 源 和 地n CLK:时 钟 输 入用 来 产 生 8251A器 件 的 内部 时 序 。同 步 方 式 下 , 大 于 接 收 数据 或 发 送 数 据 的 波 特 率 的30倍异 步 方 式 下 , 则 要 大 于 数据 波 特 率 的 4.5倍 。 363. 时 钟 、 电 源 和 地nTxC:发 送 器 时 钟 输 入 ;用 来 控 制 发 送 字 符 的 速 度 。同 步 方 式 下 , TxC的 频 率 等于 字 符 传 输 的 波 特 率 ;异 步 方 式 下 , TxC的 频 率 可以 为 字 符 传 输 波 特 率 的 1倍 、16倍 或 者 64倍 。 373. 时 钟 、 电 源 和 地 RxC:接 收 器 时 钟 输 入 ;用 来 控 制 接 收 字 符 的 速 度 , 和TxC一 样 。实 际 使 用 时 , RxC和 TxC往 往 连在 一 起 , 由 同 一 个 外 部 时 钟 来 提供 。 VCC: 电 源 输 入 GND: 地 386.3.3 8251A的 编 程1. 关 于 8位 接 口 芯 片 和 16位 数 据 总 线 的 连 接 问 题 8086CPU有 一 个 必 须 遵 守 的 约 定 , 即 低 8位 数 据 线 总 是与 偶 地 址 存 储 单 元 或 端 口 关 联 , 而 高 8位 数 据 线 总 是 与奇 地 址 存 储 单 元 或 端 口 关 联 ; 为 满 足 这 一 要 求 , 连 接 时 在 硬 件 上 将 总 线 的 A1与 8251A的 A 0引 脚 相 连 接 ; 在 软 件 设 计 时 用 连 续 的 偶 地 址 代 替 端 口 的 奇 偶 地 址 ; 解 决 8位 接 口 芯 片 与 16位 数 据 总 线 的 连 接 392 8251A的 初 始 化三 个 约 定 ( 偶 地 址 端 口 是 数 据 端 口 ) :(1)芯 片 复 位 以 后 , 第 一 次 用 奇 地 址 端 口 写 入 的 值 作为 模 式 字 进 入 模 式 寄 存 器 。(2) 如 果 模 式 字 中 规 定 了 8251A工 作 在 同 步 模 式 , CPU接 着 往 奇 地 址 端 口 输 出 的 1个 或 2个 字 节 就 是 同 步字 符 , 同 步 字 符 被 写 入 同 步 字 符 寄 存 器 。 如 果 有2个 同 步 字 符 , 则 会 按 先 后 分 别 写 入 第 1个 同 步 字符 寄 存 器 和 第 2个 同 步 字 符 寄 存 器 。(3) 之 后 , 由 CPU用 奇 地 址 端 口 写 入 的 值 将 作 为 控 制字 送 到 控 制 寄 存 器 , 而 用 偶 地 址 端 口 写 入 的 值 将作 为 数 据 送 到 数 据 输 出 缓 冲 寄 存 器 。 40初 始 化 流 程 图 OUT PORTo, ALOUT PORTo, ALOUT PORTo, ALOUT PORTo, AL OUT PORTe, AL 413 模 式 寄 存 器 的 格 式 n 也 同 时 规 定 了 TxC和 RxC的频 率n 频 率 =波 特 率 *波 特 率 因 子 424 控 制 寄 存 器 的 格 式 435 状 态 寄 存 器 的 格 式 n 该 状 态 位 与 TxRDY引 脚 不 同 ,TxRDY引 脚 为 1的 条 件 是 :n 数 据 缓 冲 器 空 CTSTxEN=1 446.3.5 8251A应 用 举 例 1 异 步 模 式 下 的 初 始 化 程 序 举 例 设 8251A工 作 在 异 步 模 式 , 波 特 率 系 数 (因 子 )为 16,7个 数 据 位 /字 符 , 偶 校 验 , 2个 停 止 位 , 发 送 、 接收 允 许 , 设 端 口 地 址 为 0042H。 完 成 初 始 化 程 序 。 分 析 : 根 据 题 目 要 求 , 可 以 确 定 模 式 字 为 :11111010B,即 FAHn而 控 制 字 为 : 00110111B 即 37H 对 于 CPU来 说 是 偶 地 址 ,对 于 接 口 是 奇 地 址 45n 波 特 率 因 子 为 16, 7个 数 据 位 /字 符 , 偶 校 验 , 2个 停 止 位 , 发 送 、 接 收 允 许模 式 字 46发 送 、 接 收 允 许控 制 字 471 异 步 模 式 下 的 初 始 化 程 序 举 例初 始 化 程 序 如 下 :MOV AL, 0FAH ; 送 模 式 字OUT 42H, AL ; 异 步 方 式 , 7位 /字 符 , 偶 校 验 , 2个 停 止 位 MOV AL, 37H; 设 置 控 制 字 , 使 发 送 、 接 收 允 许 , 清 出 错标 志 , 使 和 有 效OUT 42H, AL; RTS DTR 482 同 步 模 式 下 初 始 化 程 序 举 例 n设 端 口 地 址 为 42H, 采 用 内 同 步 方 式 , 2个 同 步 字 符( 设 同 步 字 符 为 16H) , 偶 校 验 , 7位 数 据 位 /字 符 n根 据 要 求 :确 定 模 式 字 为 : 00111000B 即 38H控 制 字 为 : 10010111B 即 97H;使 8251A对 同 步 字 符 进 行 检 索 ;同 时 使 状 态 寄 存 器 中 的 3个 出 错 标 志 复 位 ;使 8251A的 发 送 器 启 动 , 接 收 器 也 启 动 ;还 通 知 8251A, CPU当 前 已 经 准 备 好 进 行 数 据 传 输 。 49n 采 用 内 同 步 方 式 , 2个 同 步 字 符 ( 同 步 字n 符 为 16H) , 偶 校 验 , 7位 数 据 位 /字 符模 式 字 50 对 同 步 字 符 进 行 检 索 ; 使 3个 出 错 标 志 复 位 ; 使 8251A的 发 送器 启 动 , 接 收 器 也 启 动 ; 数 据 终 端 准 备 好 。控 制 字 512 同 步 模 式 下 初 始 化 程 序 举 例具 体 程 序 段 如 下 : MOV AL, 38H ; 设 置 模 式 字 , 同 步 模 式 , 用 2个 同 步 字 符OUT 42H, AL ; 7个 数 据 位 , 偶 校 验MOV AL, 16H OUT 42H, AL ; 送 同 步 字 符 16HOUT 42H, AL MOV AL, 97H ; 设 置 控 制 字 , 使 发 送 器 和 接 收 器 启 动OUT 42H, AL 523 利 用 状 态 字 进 行 编 程 的 举 例 n先 对 8251A进 行 初 始 化 , 然 后 对 状 态 字 进 行 测 试 ,以 便 输 入 字 符 。 本 程 序 段 用 来 输 入 80个 字 符 。n分 析 :8251A的 控 制 和 状 态 端 口 地 址 为 42H数 据 输 入 和 输 出 端 口 地 址 为 40H字 符 输 入 后 , 放 在 BUFFER标 号 所 指 的 内 存 缓 冲 区 中 。n具 体 的 程 序 段 如 下 : 53参 考 程 序 MOV AL, 0FAH OUT 42H, AL MOV AL, 35H OUT 42H, AL MOV DI, 0 MOV CX, 80B: IN AL, 42H TEST AL, 02H JZ B IN AL, 40H MOV DX, OFFSET BUFFER MOV DX+DI, AL INC DI IN AL, 42H TEST AL, 38H JNZ E LOOP B JMP EXITE: CALL ERR-OUT EXIT: 546.4 并 行 通 信 和 并 行 接 口n并 行 传 输 以 计 算 机 的 字 长 为 传 输 单 位 ( 通 常 是 8位 、16位 或 32位 ) , 一 次 可 传 送 1个 字 长 的 数 据n并 行 传 输 是 微 机 系 统 中 最 基 本 的 信 息 交 换 方 法例 如 : 系 统 板 上 各 部 件 之 间 , 接 口 电 路 板 上 各 部 件 之 间n适 合 于 外 部 设 备 与 微 机 之 间 进 行 近 距 离 、 大 量 和 快速 的 信 息 交 换例 如 : 微 机 与 并 行 接 口 打 印 机 、 磁 盘 驱 动 器 55典 型 的 并 行 接 口 和 外 设 连 接 的 示 意 图 *输 入 准 备 好* 56 6.5 可 编 程 并 行 通 信 接 口 8255A8255A是 一 个 通 用 的 可 编 程 的 并 行 接 口 芯 片 ;它 有 三 个 并 行 I/O口 ;可 通 过 编 程 设 置 多 种 工 作 方 式 ;价 格 低 廉 , 使 用 方 便 , 可 以 直 接 与 Intel系 列 的芯 片 连 接 使 用 ;在 中 小 系 统 中 有 着 广 泛 的 应 用 576.5.1 8255A的 内 部 结 构数 据总 线缓 冲 器 内 部 控 制 线内 部 数 据 线D0 D7 A组控 制 A组端 口 C上 部B组控 制 B组端 口 BB组端 口 C下 部读 写控 制逻 辑 PC0 PC3CL口PB0 PB7B口PC4 PC7CH口PA0 PA7A口-RD-WRA0A1-CSRESET A组端 口 A A组 控 制 电 路 用 来控 制 A口 及 C口 的高 4位 B组 控 制 电 路 用 来 控制 B口 及 C口 的 低 4位 读 /写 控 制 逻 辑 电 路 负责 管 理 8255A的 数 据传 输 过 程 。n 8位 的 双 向 三 态 缓 冲 器n 三 个 数 据 端 口 A, B, Cn 这 三 个 端 口 均 可 看 作 是 I/O口 , 但 它 们 的 结 构 和 功能 也 稍 有 不 同 。n A口 : 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 , 它 的 内 部 有 对 数 据输 入 /输 出 的 锁 存 功 能 。n B口 : 也 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 , 仅 对 输 出 数 据 有锁 存 功 能 。n C口 : 可 以 看 作 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 ; 也 可 以 看作 是 两 个 独 立 的 4位 I/O口 。 也 是 仅 对 输 出 数 据 进行 锁 存 。 586.5.1 8255A的 内 部 结 构n三 个 数 据 端 口 A, B, C 这 三 个 端 口 均 可 看 作 是 I/O口 , 但 它 们 的 结 构 和 功能 也 稍 有 不 同 。nA口 : 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 , 它 的 内 部 有 对 数 据输 入 /输 出 的 锁 存 功 能 。nB口 : 也 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 , 仅 对 输 出 数 据 的锁 存 功 能 。nC口 : 可 以 看 作 是 一 个 独 立 的 8位 I/O口 ; 也 可 以 看作 是 两 个 独 立 的 4位 I/O口 。 也 是 仅 对 输 出 数 据 进 行锁 存 。 596.5.1 8255A的 内 部 结 构nA组 和 B组 的 控 制 电 路 A组 控 制 电 路 用 来 控 制 A口 及 C口 的 高 4位 ;B组 控 制 电 路 用 来 控 制 B口 及 C口 的 低 4位 。n读 /写 控 制 逻 辑读 /写 控 制 逻 辑 电 路 负 责 管 理 8255A的 数 据 传 输 过 程 。 n数 据 总 线 缓 冲 器8位 的 双 向 的 三 态 缓 冲 器 606.5.2 8255A芯 片 引 脚 信 号n A组 数 据 信 号 : PA0-PA7, 8位端 口 , 支 持 工 作 方 式 0、 1、 2n B组 数 据 信 号 : PB0-PB7, 8位端 口 , 支 持 工 作 方 式 0、 1n C组 数 据 信 号 : PC0-PC7, 拆 分为 两 个 4位 端 口 , 仅 支 持 工 作 方式 01. 连 接 外 设 的 数 据 端 口 612. 与 CPU连 接 的 信 号n D0-D7: 8位 , 双 向 , 三 态 数 据 线n RESET: 复 位 信 号 , 用 来 清 除 8255的内 部 寄 存 器 , 并 置 A口 , B口 , C口 均为 输 入 方 式 ;n -CS: 片 选 ;n -RD: 读 信 号 ;n -WR: 写 信 号n A1, A0: 内 部 口 地 址 的 选 择 , 这 两 个引 脚 上 的 信 号 组 合 决 定 对 8255A内 部 的 哪 一 个 口 或 寄 存 器 进 行 操 作 。 622. 与 CPU一 边 连 接 的 信 号-CS A1 A0 读 操 作 -RD 写 操 作 -WR0 0 00 0 10 1 00 1 1 读 端 口 A读 端 口 B读 端 口 C非 法 写 端 口 A写 端 口 B写 端 口 C写 方 式 字 和 位 控 字n其 余 无 效 636.5.3 8255A的 控 制 字n控 制 字 分 为 两 类 :方 式 控 制 字C口 的 置 位 /复 位 控 制 字n对 8255A的 编 程 涉 及 到 两 个 内 容 :写 控 制 字 设 置 工 作 方 式 等 信 息 ,使 C口 的 指 定 位 置 位 /复 位 的 功 能 。注 : 均 写 入 控 制 端 口 64方 式 选 择 控 制 字 65方 式 选 择 控 制 字可 编 程 并 行 接 口 8255A有 三 种 基 本 的 工 作 方 式 ) 方 式 0基 本 输 入 输 出 方 式 ;三 个 端 口 的 每 一 个 都 可 由 程 序 选 定 作 为 输 入 或 输 出 ) 方 式 1选 通 输 入 /输 出 方 式 ;端 口 A或 端 口 B仍 作 为 数 据 的 输 入 /输 出 口 ;同 时 规 定 端 口 C的 某 些 位 作 为 控 制 或 状 态 信 息 。 3) 方 式 2双 向 传 送 方 式方 式 2只 用 于 端 口 A;既 能 发 送 数 据 也 能 接 收 数 据 (双 向 总 线 I/O)。 工 作 时 可 用 程 序 查 询 方 式 , 也 可 以 工 作 在 中 断 方 式 66方 式 选 择 控 制 字 举 例 n设 一 个 微 型 机 系 统 中 有 2个 8255A芯 片 J1和 J2 2个 8255A的 A1、 A0端分 别 和 系 统 地 址 总 线 的A2、 A1端 相 连 , RESET、 -RD、 -WR以及 数 据 端 也 都 分 别 连 在一 起 , 然 后 与 系 统 的 有关 信 号 端 相 连 系 统 仅 靠 -CS端 来 区 分 当前 是 对 J1还 是 J2进 行 访问 。 67方 式 选 择 控 制 字 例 地 址 分 配 分 析 n 例 如 : J1控 制 口 地 址 : A5 A4 A3 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 4Y5Y3Y 2Y 1Y0Y 68方 式 选 择 控 制 字 例 地 址 分 配 分 析J1A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 0 0 0 0 0 E0 A口 1 1 1 0 0 0 1 0 E2 B口 1 1 1 0 0 1 0 0 E4 C口 1 1 1 0 0 1 1 0 E6 控 制 69方 式 选 择 控 制 字 例 地 址 分 配 分 析J2A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 0 1 0 0 0 E8 A口 1 1 1 0 1 0 1 0 EA B口 1 1 1 0 1 1 0 0 EC C口 1 1 1 0 1 1 1 0 EE 控 制 70方 式 选 择 控 制 字 例J1的 各 个 端 口 处 于 如 下 工 作 方 式 :n端 口 A方 式 0, 输 出 ; 端 口 B方 式 0, 输 入 ;n端 口 C的 高 4位 输 出 ; 端 口 C的 低 4位 输 入 。 71方 式 选 择 控 制 字 例J2的 各 个 端 口 处 于 如 下 工 作 方 式 :n 端 口 A方 式 0, 输 入 ; 端 口 B方 式 1, 输 出 ;n 端 口 C的 高 4位 输 出 ; 端 口 C的 低 4位 配 合 端 口 B工 作 (已 由方 式 1决 定 ), 可 任 意 为 1或 0, 此 处 设 为 0。 72方 式 选 择 控 制 字 例MOV AL,83HMOV DX,00E6HOUT DX,ALMOV AL,94HMOV DX,00EEHOUT DX,AL 732 C口 的 置 位 /复 位 功 能置位/ 复位的控制字格式 74端 口 C置 1 置 0控 制 字 几 点 说 明n C端 口 置 1 置 0控 制 字 尽 管 是 对 端 口 C进 行 操 作 , 但 此 控 制字 必 须 写 入 控 制 口 , 而 不 是 写 入 C端 口 。n 置 1 置 0控 制 字 的 D0位 决 定 了 是 置 1操 作 还 是 置 0操 作 。 如为 1, 则 对 端 口 C中 某 一 位 置 1, 如 为 0, 则 置 0n 置 1 置 0控 制 字 的 D3、 D2、 D1位 决 定 了 对 C端 口 中 的 哪 一位 进 行 操 作 。n 置 1 置 0控 制 字 的 D 4、 D5、 D6位 可 为 1, 也 可 为 0, 它 们 不影 响 置 1 置 0操 作 。n D7位 必 须 为 0, 它 是 对 C端 口 置 1 置 0控 制 字 的 标 识 符 75 6.5.4 8255A的 工 作 方 式方 式 0基 本 输 入 输 出 方 式n 特 点 输 出 是 锁 存 的 , 输 入 是 不 锁 存 的 ; 任 何 一 个 端 口 可 作 为 输 入 口 , 也 可 以 作 为 输 出 口 各 个 端 口 的 输 入 、 输 出 可 以 有 16种 不 同 的 组 合 n 适 用 场 合 同 步 方 式 无 条 件 输 入 输 出 方 式 ; 查 询 方 式 把 A、 B口 作 为 8位 数 据 的 输 入 或 输 出 口 , C口 的高 /低 4位 分 别 定 义 为 A、 B口 的 控 制 位 和 状 态 位 。 76方 式 0的 输 入 时 序 77方 式 0的 输 出 时 序 78方 式 1选 通 输 入 /输 出 方 式n 方 式 1的 工 作 特 点 端 口 A和 端 口 B可 分 别 作 为 两 个 数 据 口 工 作 在 方 式 1, 并 且 , 任 何 一个 端 口 可 作 为 输 入 口 或 者 输 出 口 。 如 果 8255A的 端 口 A和 端 口 B中 只 有 一 个 端 口 工 作 于 方 式 1, 那 么 , 端口 C中 就 有 3位 被 规 定 为 配 合 方 式 1工 作 的 信 号 , 此 时 , 另 一 个 端 口 可以 工 作 在 方 式 0, 端 口 C中 的 其 他 数 位 也 可 以 工 作 在 方 式 0, 即 作 为 输入 或 者 输 出 。 如 果 8255A的 端 口 A和 端 口 B都 工 作 在 方 式 1, 那 么 , 端 口 C中 就 有 6位 被 规 定 为 配 合 方 式 1工 作 的 信 号 , 剩 下 的 2位 仍 可 作 为 输 入 或 输 出 。n方 式 1的 应 用 : 主 要 用 于 中 断 控 制 方 式 下 的 输 入 输 出 。 79方 式 1输 入 信 号 的 规 定 和 输 入 时 序PC4PC5PC 3PA7PA0INTEA IBFAINTRASTBA中 断 允 许 触 发 器 输 入 缓 冲 器 满 信 号表 示 A口 已 经 接 收 数 据数 据 选 通 信 号表 示 外 设 已 经 准 备 好 数 据中 断 请 求 信 号请 求 CPU接 收 数 据外 设 数 据征 用 C口 3引 脚 和 1个 控 制 位端口A 工作在方式1 输入引脚 n INTE没 有 外 部 引 出 端 , 它 是 由 软 件 通 过 对 C端 口 的 PC4置 1或 置 0来 实 现 对 中 断 的 控 制 的 。 PC4置 1,A端 口 处 于 中 断 允许 状 态 ; 置 0, A端 口 处 于 中 断 屏 蔽 状 态 。 80端 口 B工 作 在 方 式 1输 入 引 脚PC2PC1PC 0PB7PB0INTEB IBFBINTRBSTBB中 断 允 许 触 发 器 输 入 缓 冲 器 满 信 号表 示 B口 已 经 接 收 数 据数 据 选 通 信 号表 示 外 设 已 经 准 备 好 数 据中 断 请 求 信 号请 求 CPU接 收 数 据外 设 数 据 征 用 C口 3引 脚 和 1个 控 制 位 n INTE没 有 外 部 引 出 端 , 它 是 由 软 件 通 过 对 C端 口 的 PC2置 1或 置 0来 实 现 对 中 断 的 控 制 的 。 PC2置 1,B端 口 处 于 中 断 允许 状 态 ; 置 0, B端 口 处 于 中 断 屏 蔽 状 态 。 81方 式 1 输 入 联 络 信 号n STB选 通 信 号 , 低 电 平 有 效 由 外 设 提 供 的 输 入 信 号 , 当 其 有 效 时 , 将 输 入 设 备 送 来 的 数 据 锁 存 至8255A的 输 入 锁 存 器n IBF输 入 缓 冲 器 满 信 号 , 高 电 平 有 效 8255A输 出 的 联 络 信 号 。 当 其 有 效 时 , 表 示 数 据 已 锁 存 在 输 入 锁 存 器 一 般 供 CPU查 询 用 IBF由 STB信 号 置 位 , 由 RD信 号 后 沿 (上 升 沿 )使 其 复 位n INTR中 断 请 求 信 号 , 高 电 平 有 效 8255A输 出 的 信 号 , 可 用 于 向 CPU提 出 中 断 请 求 , 要 求 CPU读 取 外 设 数据 ; INTR置 位 的 条 件 是 STB为 高 且 IBF为 高 且 INTE为 高 。 在 CPU响 应 中 断 读 取 数 据 时 , 由 RD信 号 的 下 降 沿 将 其 复 位 (降 为 低 电 平 )n INTE中 断 允 许 。 对 A口 来 讲 , 是 由 PC4置 位 来 实 现 , 对 B口 来 讲 ,则 是 由 PC2置 位 来 实 现 。 事 先 将 其 置 位 。 82方 式 1输 入 时 序 tST500ns 83方 式 1中 断 控 制n8255A的 中 断 由 中 断 允 许 触 发 器 INTE控 制置 位 允 许 中 断 , 复 位 禁 止 中 断n对 INTE的 操 作 通 过 写 入 端 口 C的 对 应 位 实 现 ,INTE触 发 器 对 应 端 口 C的 位 是 作 应 答 联 络 信 号 的 输入 信 号 的 哪 一 位 , 只 要 对 那 一 位 置 位 /复 位 就 可 以控 制 INTE触 发 器n选 通 输 入 方 式 下端 口 A的 INTE A对 应 PC4端 口 B的 INTEB对 应 PC2 84方 式 1输 出 信 号 的 规 定 和 输 出 时 序PC6PC7PC 3PA7PA0INTEA -OBFAINTRA-ACKA 输 出 缓 冲 器 满 信 号表 示 CPU已 经 输 出 了 数 据外 设 响 应 信 号表 示 外 设 已 经 接 收 到 数 据中 断 请 求 信 号请 求 CPU再 次 输 出 数 据征 用 C口 3引 脚 和 1个 控 制 位中 断 允 许 触 发 器通 过 位 控 PC6 设 置INTEA 输 出 数 据端 口 A方 式 1输 出 引 脚 85端 口 B方 式 1输 出 引 脚PC2PC1PC 0PB7PB0INTEB -OBFBINTRB-ACKB 输 出 缓 冲 器 满 信 号表 示 CPU已 经 输 出 了 数 据外 设 响 应 信 号表 示 外 设 已 经 接 收 到 数 据中 断 请 求 信 号请 求 CPU再 次 输 出 数 据征 用 C口 3引 脚 和 1个 控 制 位中 断 允 许 触 发 器通 过 位 控 PC2设 置INTEB 输 出 数 据 86方 式 1输 出 联 络 信 号n OBF输 出 缓 冲 器 满 信 号 , 低 电 平 有 效 8255A输 出 给 外 设 的 一 个 控 制 信 号 , 当 其 有 效 时 , 表 示 CPU已 将 输 出 数 据 锁存 在 8255A指 定 的 端 口 , 外 设 可 以 来 取 由 写 信 号 的 上 升 沿 置 为 有 效 电 平 , 由 ACK信 号 使 其 恢 复 为 无 效 电 平n ACK响 应 信 号 , 低 电 平 有 效 外 设 提 供 的 响 应 信 号 , 通 知 8255A其 端 口 数 据 已 被 外 设 接 收n INTR中 断 请 求 信 号 , 高 有 效 当 输 出 设 备 已 接 受 数 据 后 , 8255A输 出 此 信 号 向 CPU提 出 中 断 请 求 , 要 求CPU继 续 提 供 数 据 ACK变 为 高 电 平 , 且 OBF也 为 高 电 平 时 INTR有 效 , 当 写 信 号 下 降 沿 来 到 时将 其 复 位n INTE中 断 允 许 。 对 A口 来 讲 , 由 PC6的 置 位 来 实 现 , 对 B口 仍 是 由 PC2的 置 位 来 实 现 。 87方 式 1 输 出 时 序 88方 式 2 双 向 选 通 方 式n 方 式 2将 方 式 1的 选 通 输 入 与 选 通 输 出 功 能 组 合 成 一 个 双 向数 据 端 口 , 可 以 发 送 数 据 和 接 收 数 据n 只 有 端 口 A可 以 工 作 于 方 式 2, 需 要 利 用 端 口 C的 5个 信 号 线 ,其 作 用 与 方 式 1相 同n 方 式 2的 数 据 输 入 过 程 与 方 式 1的 输 入 方 式 一 样n 方 式 2的 数 据 输 出 过 程 与 方 式 1的 输 出 方 式 有 一 点 不 同 : 数 据输 出 时 8255A不 是 在 -OBF有 效 时 向 外 设 输 出 数 据 , 而 是 在 外 设 提 供 响 应 信 号 -ACK有 效 时 才 送 出 数 据 89方 式 2 双 向 选 通 引 脚PC6PC7PC 3 PA7PA0INTE1 -OBFAINTR A-ACKAPC4PC5 IBFA-STBAINTE2 数 据 输 入 中 断 和 输 出 中 断通 过 或 门 输 出 INTR A信 号征 用 C口 5引 脚 和 2个 控 制 位 中 断 允 许 触 发 器( 控 制 中 断 输 出 )通 过 位 控 PC6设 置 INTE1中 断 允 许 触 发 器( 控 制 中 断 输 出 )通 过 位 控 PC4设 置 INTE2 90方 式 2 双 向 选 通 时 序 91方 式 2双 向 选 通 方 式n方 式 2和 其 他 方 式 的 组 合方 式 2和 方 式 0输 入 的 组 合 : 控 制 字 : 11XXX01T方 式 2和 方 式 0输 出 的 组 合 :控 制 字 : 11XXX00T方 式 2和 方 式 1输 入 的 组 合 :控 制 字 : 11XXX11X方 式 2和 方 式 1输 出 的 组 合 : 控 制 字 : 11XXX10X 其 中 X表 示 与 其 取 值 无 关 , 而 T表 示 视 情 况 可 取 1或 0。 926.5.5 8255 的 应 用 举 例6 2213 0字 符 8255A 工作于方式0 的例子 938255 的 应 用 举 例8255A的 4个 口 地 址 分 别 为 :00D0H, 00D2H, 00D4H, 00D6HA、 B、 C三 个 端 口 工 作 于 方 式 0A端 口 为 输 出 , PC7PC4为 输 出 , PC3PC0为 输 入 948255 的 应 用 举 例DADA SEGMENT BUFF DB This is a print program!, $DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS: CODE, DS: DATASTART: MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV SI, OFFSET BUFF MOV AL, 81H OUT 0D6H, AL MOV AL, 0DH OUT 0D6H, AL 958255 的 应 用 举 例WAIT: IN AL, 0D4H TEST AL, 04H JNZ WAIT MOV AL, SI CMP AL, $ JZ DONE OUT 0D0H, AL MOV
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