【教学课件】第八章并行接口与串行接口.ppt

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1、第八章 并行接口与串行接口,并行接口与串行接口概述可编程并行接口芯片8255A-5串行通信的基本概念异步串行通信标准接口可编程异步串行接口芯片INS8250PC系列微机中的串行通信接口,8.1 并行接口与串行接口概述,并行、串行接口概念,并行接口：多位数据同时传送。又分字并行、字节 并行（字节与字节间串行）两种。,注意：两者仅在I/O接口与I/O设备间有并行、串行之分，I/O接口与MPU间都是并行。,串行接口：多位数据一位一位分时传送。,8.1 并行接口与串行接口概述,并行/串行接口在结构 和功能上的异同,相同点：基本结构、功能主要区别：要/不要并-串转换,两者优缺点及适用场合,串行口所需连线

2、少，传输速度低，适于速度要求不高或传输距离较远场合。,并行口传输速度高，但所需连线多，适于短距离高速传输场合。,8.2 可编程并行接口芯片8255A-5,内部结构与引脚功能控制字的确定和初始化编程三种工作方式及接口方法,8.2.1 内部结构与引脚功能,由三大部分组成,8255内部结构,8.2.1 内部结构与引脚功能,与外设接口部分,8255的三种基本工作方式：,方式2：应答式双向数据传送方式（只有A口有）,方式1：应答式输入/输出方式（A,B组都有）,方式0：基本输入/输出方式（A,B组都有）,与MPU接口部分,这部分主要保证MPU对8255的编程、监视和提供数据通道，它包括：,数据总线缓冲器

3、：8位双向三态缓冲,读写控制逻辑：,RESET用于8255内部复位，高电平有效。对于 复位信号是低电平有效的MPU要先加一反相器。,8.2.1 内部结构与引脚功能,8255的端口寻址及读写操作控制表,8.2.1 内部结构与引脚功能,8255与MPU总线的接口方法,8.2.1 内部结构与引脚功能,内部控制部分,实际上它们是同一个8位控制寄存器：,A组为高5位,B组为低3位,8.2.1 内部结构与引脚功能,8.2.2 控制字的确定和初始化编程,8.2.2 控制字的确定和初始化编程,8255工作方式控制字格式：,端口A，端口B，C口高4位和C口低4位四部分的工作方式/输入 输出状态可任意组合；,各部

4、分的工作方式、I/O状态是通过输出指令把一个控制字写 入控制寄存器而确定的。,C口按位置位/复位控制字不是送到C口地址，而是送到控制 寄存器地址（端口3）；,写一次该控制字只能使C口一位置位或复位。,C口按位置位控制字格式：,8.2.2 控制字的确定和初始化编程,8.2.3 三种工作方式及接口方法,I/O,B组,A组,1.方式0的功能及接口方法,A、B、C三个端口均为数据I/O口；A口、B口、C口高4位、C口低4位可通过编程选择分别工作于输入或输出状态；没有固定的应答线，不使用中断。,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工作,8.2.3 三种工作方式及接

5、口方法,工作特点：,8.2.3 三种工作方式及接口方法,简单I/O操作（无条件传送）：,（以开关输入和显示输出接口为例）,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工作,8.2.3 三种工作方式及接口方法,开关输入和显示输出接口,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工作,流程图,8.2.3 三种工作方式及接口方法,可用C口的按位置位/复位功能来产生脉冲，用作门控、选通、复位等。,（以MPU和8255A为核心组成数字频率计为例）,C口的位操作：,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工

6、作,8.2.3 三种工作方式及接口方法,8255组成的脉冲频率计数器,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工作,8.2.3 三种工作方式及接口方法,这时一般以A口、B口作为I/O数据通道，而用C口作为应答的控制和状态信息通道。应答线依靠程序设定，如PC4PC7之一作为外设选通线（STB),PC0PC3之一作为外设准备就绪线（RDY)。,方式0的应答式工作：,1.方式0的功能 及接口方法,工作特点,简单I/O操作,C口的位操作,应答式工作,2.方式1的功能及接口方法,A口、B口为数据I/O口，C口的高4位和低4位分别作为A、B口的控制/状态口。应答式I/O

7、，可用中断式应答，也可用查询式应答。,2.方式1的功能 及接口方法,8.2.3 三种工作方式及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,工作特点：,输入、输出时的挂靠关系不一样。,8.2.3 三种工作方式及接口方法,C口各位与A口、B口的挂靠关系：,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,8255的方式1输入图,8.2.3 三种工作方式及接口方法,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,8.2.3 三种工作方式及接口方法,2.

8、方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,8.2.3 三种工作方式及接口方法,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,程序查询式接口：,INTRA、INTRB分别接至微机中不同级别中断请求线上（采用向量式中断识别与判优）,8255方式1中断,8.2.3 三种工作方式及接口方法,中断驱动式接口：,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,8.2.3 三种工作方式及接口方法,INTRA、INTRB通过一或门接至同一中

9、断请求线上（采用查询式中断 识别与判优）。,8255方式1中断查询流程图,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,举例：,8.2.3 三种工作方式及接口方法,2.方式1的功能 及接口方法,工作特点,C口各位与A口、B口的挂靠关系,程序查询式接口,中断驱动式接口,3.方式2的功能及接口方法,A口双向传输，C口PC3PC7五条线作为应答控制线；适用于主从机通信接口。B口可按方式0或方式1工作。,8.2.3 三种工作方式及接口方法,工作特点：,方式2的A口、C口功能,方式2状态字格式：,8.2.3 三种工作方式及接口方法,3.方式2的功

10、能及接口方法,工作特点,状态字格式,方式2接口,接口方法举例,方式2的接口：,8.2.3 三种工作方式及接口方法,只能采用查询式中断：中断响应后，先读状态字，查明是输入中断还是输出中断，再转入相应中断服务。,3.方式2的功能及接口方法,工作特点,状态字格式,方式2接口,接口方法举例,中断驱动式接口,程序查询式接口,从C口读状态字，根据输入、输出状态，决定是否输入输出。,方式2的接口方法举例（以一种实用主从机接口为例）,主机与8255间采用中断式同步，从机与8255间采用查询式同步。,从机读/写流程图,8.2.3 三种工作方式及接口方法,3.方式2的功能及接口方法,工作特点,状态字格式,方式2接

11、口,接口方法举例,8.2.3 三种工作方式及接口方法,back,3.方式2的功能及接口方法,工作特点,状态字格式,方式2接口,接口方法举例,主机读写数据流程图,要求：K3K2K1=000时，LED1亮，K3 K2 K1=001时，LED2亮 K3K2K1=010时，LED3亮，K3 K2 K1=011时，LED4亮 K3K2K1=100时，LED5亮，K3 K2 K1=101时，LED6亮 K3K2K1=110时，LED7亮，K3 K2 K1=111时，LED8亮,例:如图所示为一开关检测和指示电路。现要求利用自复按钮K产生选通脉冲，来启动开关状态检测。再用发光二极管LEDi亮，来显示K3K1

12、的状态。,.MODEL SMALL.DATA MESG DB 8255 READY DB 0DH，0AH，$TAB DB 11111110B，11111101B DB 11111011B，11110111B DB 11101111B，11011111B DB 10111111B，01111111B.CODESTART：MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV DX，21BH MOV AL，10110000H OUT DX，AL MOV AL，08H OUT DX，AL MOV AH，9 MOV DX，OFFSET MESG INT 21H,SCAN：MOV AH，1;有键按下?INT

13、 16H JNZ RETURN;有,结束 MOV DX，21AH IN AL，DX TEST AL，20H;IBF=1?JZ SCAN MOV DX，218H;输入开关 IN AL，DX MOV BX，OFFSET TAB AND AL，07H XLAT INC DX OUT DX，AL;显示 JMP SCANRETURN：MOV AH，4CH INT 21H END START,参考程序：,8.3 串行通信的基本概念,数据传送方式波特率和收/发时钟信号的调制与解调误码率和串行通信中的差错控制信道的多路复用串行通信的基本方式串行通信的实现方法,8.3.1 数据传送方式,8.3.2 波特率和收/

14、发时钟,8.3.3 信号的调制和解调（MODEM),距离与波特率发生矛盾时使用,最大传输距离与波特率关系曲线示意图：,最大传输距离,10000,8.3.3 信号的调制和解调（MODEM),常用调制方法:,调频（FM）频移键控法,调幅（AM）幅移键控法,调相（PM）相移键控法,发送端将数字信号调制成不同频率/幅度/相位的模拟信号；接收端通过解调，将模拟信号还原成数字信号。,调制实现方法（以频移键控法调制为例),频移键控法调制的实现原理示意图,8.3.3 信号的调制和解调（MODEM),8.3.4 误码率和串行通信中的差错控制,误码率 数据经传输后发生错误的位数与 总传输位数之比。,差错控制 包括

15、：,8.3.4 误码率和串行通信中的差错控制,差错控制方式：,自动请求重发方式：,前向纠错方式：,混合纠错方式：,8.3.5 信道的多路复用,多路信号共用一个信道,根据多路信号组合原则的不同，常用多路信号复用技术有：,时分多路复用TDM:按时间分段，电路简单，抗干扰能力强。,频分多路复用FDM：按频率分段，电路较复 杂，抗干扰能力弱。,8.3.6 串行通信的基本方式,两种基本方式：,异步串行方式：在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。收/发双方无需用同一时钟源，只需用同频率的收/发时钟。,同步串行方式：数据流中的字符与字符之间和字符内部的位与位之间都同步。对同步要求严格，收/发双方

16、需用同一时钟源。,无论异步同步串行方式，收/发双方都必须遵守 共同的数据传输协定。,8.3.7 串行通信的实现方法,与并行通信比，串行通信应有的特殊功能：,实现方法,可以：,8.4 异步串行通信标准接口,异步串行通信协议及标准接口RS-232-C标准接口20mA(60mA)电流环接口,8.4.1 异步串行通信协议及标准接口,异步串行通信协议,异步串行通信格式,8.4.1 异步串行通信协议及标准接口,异步通信的同步检测与正确采样的三项措施：,以相反极性的起始位/停止位（空闲位）检测新 字符的开始，为接收端正确采样提供时间基准。,接收器在每位码元的中心采样，以获得最大的 收/发时钟频率偏差容限。,

17、传输速率：,50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200等11种波特率可选。,常用串行通信标准接口,RS-232-C接口,20mA(60mA)电流环接口,RS-449/422/423接口,8.4.1 异步串行通信协议及标准接口,8.4.2 RS-232-C标准接口,一种电压控制的串行通信接口标准，由 美国EIA协会公布和推荐,信号连接规范：使用25脚连接器，定义了 20根引脚信号，分成主、辅两个信道。,信号连接方法：,常用三种连接方法，以适应不同应用场合：,8.4.2 RS-232-C标准接口,有调制解调器的实用连接：,无调制解调器的正规连接（

18、反馈与交叉 相结合的连接法）:,8.4.2 RS-232-C标准接口,无调制解调器的最简连接（三线连接法）：,8.4.2 RS-232-C标准接口,(1),(2),主要电气指标：,高低电平摆幅大，目的是增大噪声容限，提高抗噪声、抗传输线衰减的能力。,8.4.2 RS-232-C标准接口,应用说明：,RS-232-C电平与TTL/CMOS电平不兼容，故两者连 接时，必须进行电平转换。,以MC1488/MC1489作为收/发转换时钟,8.4.2 RS-232-C标准接口,为了提高抗干扰能力，提高传输速度，增大传 输距离，可在收/发端加光电隔离或用新型RS-232-C串行通信转发器FC232。,利用

19、FC232作为RS-232-C通信转发器,8.4.2 RS-232-C标准接口,8.4.3 20mA(60mA)电流环接口,一种电流控制的串行通信接口标准，抗干扰 能力强，适于远距离传输,电气连接基本原理,全双工20mA电流环原理示意图,8.4.3 20mA(60mA)电流环接口,实用20mA电流环接口电路,常在收/发端采用光电隔离技术，以进一步提高抗干扰能力。,实用20mA电流环接口电路,8.5 可编程异步串行接口芯片 INS8250,内部结构与引脚功能INS8250的编程,8.5.1 内部结构与引脚功能,8.5.1 内部结构与引脚功能,引脚信号线,INS8250的40根引脚中，除去VCC、

20、VSS和未用线外，其余37根信号线可分成四类：,并行数据I/O及其控制线,串行数据I/O线,和MODEM的握手信号线,中断请求、复位输入及其它信号线,内部寄存器及其寻址方法,8.5.1 内部结构与引脚功能,各寄存器功能特点及格式,线路控制寄存器（LCR),线路状态寄存器（LSR),数据发、收缓存器和除数寄存器,中断允许寄存器（IER),中断标识寄存器（IIR),MODEM控制/状态寄存器（MCR和MSR),8.5.1 内部结构与引脚功能,线路控制寄存器（LCR):,可写可读，写入的控制字主要用于指定异步串行通信的数据格式。,LCR格式,8.5.1 内部结构与引脚功能,线路状态寄存器（LSR):

21、,可写可读，向MPU提供有关数据传输的状态信息。,8.5.1 内部结构与引脚功能,数据发、收缓存器和除数寄存器:,欲发送的字符写入数据发送缓存器（发送保持器THR）接收的字符存放在接收缓存器，等待MPU读取。,通过写除数寄存器，可控制串行数据传送的波特率：,除数寄存器值=基准时钟频率（16波特率）,8.5.1 内部结构与引脚功能,中断允许寄存器（IER）:,可写可读，通过写IER可控制4种中断类型 的开/禁。写IER前必须将LCR的b7位清零。,8.5.1 内部结构与引脚功能,类型0中断,（MODEM状态改变）,类型3中断,（接收出错）,类型1中断,（发送保持器空）,类型2中断,（接收缓冲器满

22、）,各位1允许，0屏蔽,中断标识寄存器（IIR）:,只可读，从中可获知有无中断请求及中断类型,8.5.1 内部结构与引脚功能,MODEM控制/状态寄存器（MCR和MSR）:,用于发送/接收与MODEM等通信设备进行握手联络的信号。,8.5.1 内部结构与引脚功能,8.5.2 INS8250的编程,8250串行通信控制程序一般由四大模块组成：,8.6 PC系列微机中的串行通信接口,PC系列微机中均配有2个串行接口：COM1 COM2,一般分别通过DB-25D型连接器和DB-9D型连接器与外部相连。,DB-25D型连接器,DB-25D型连接器及其信号说明,DB-9D型连接器,DB-9D型连接器及其

23、信号说明,串行通信接口硬件逻辑,异步通信I/O功能及其调用,异步串行通信的实现,本节从三个方面讲：,8.6.1 串行通信接口硬件逻辑,PC系列微机中各串行接口的硬件结构完全相同，只是基地址（或端口地址范围）和使用的中断请求级不一样：,下面以XT机、AT机的串行接口为例：,8.6.1 串行通信接口硬件逻辑,核心是INS8250或NS16450,包括三大组成部分：地址译码电路、8250/16450控制逻辑电路、异步通信接口电路。,8.6.2 异步通信I/O功能调用,BIOS的INT14H软中断调用，包括：,DOS的INT21H软中断调用,包括：,子功能3（AH=3）：接收一个字符至AL,子功能4（

24、AH=4）：从DL发送一个字符,8.6.3 异步串行通信的实现,查询方式：,基本思想：CPU循环连 续读取串行口状态，根据当前的状态来判 定是否接收或发送一 个字符。,查询方式串行通信流程图,8.6.3 异步串行通信的实现,查询式串行通信程序示例：,INQUIRE:MOV DX,3FDH;读线路状态寄存器 IN AL,DX TEST AL,1EH;检查有无接收错 JNZ ERROR;有，转出错处理 TEST AL,01H;无，再查是否接受缓冲器满 JNZ RECEIVE;满，转接受字符程序 TEST AL,20H;不满，再查发送缓冲器是否空 JZ INQUIRE;不空，从头循环查询TRANS:

25、MOV AH,1;空，调用INT14H模块1，发送一字符 MOV DX,0 MOV AL,SI INT 14H INC SI JMP INQUIRE;返回INQUIRE,继续查询,8.6.3 异步串行通信的实现,查询式串行通信程序示例（续）：,RECEIVE:MOV AH,2;调用INT14H模块2，接受一字符 MOV DX,2 INT 14H MOV DI,AL INC DI JMP INQUIRE;继续从头查询：,中断方式：,通信特点：数据通信和数 据处理可相互独立进行。,初始化程序（在主程序中）,初始化流程图,8.6.3 异步串行通信的实现,初始化程序示例：,PUSH DS;保存DS内容

26、 MOV DX,OFFSET COM1_INT;获取中断程序入口地址 MOV AX,SEG COM1_INT MOV DS,AX MOV AL,0BH;COM1向量号 MOV AH,25H;利用DOS系统功能调用，置中断向量 INT 21H MOV AX,40H;从BIOS数据区40:00H读取COM1端口基址 MOV DS,AX MOV DX,DS:0;装入DX寄存器：,8.6.3 异步串行通信的实现,初始化程序示例(续）：,8.6.3 异步串行通信的实现,INC DX;写中断允许寄存器 MOV AL,07H;允许三种类型中断 OUT DX,AL POP DS;恢复DS内容 MOV AL,0

27、FBH;调用INT14H模块0，设置8250初始化参数 MOV AH,0 MOV DX,0 INT 14H COM1_INT:;中断服务程序,中断方式串行通信的中断服务程序 流程图：,8.6.3 异步串行通信的实现,程序示例：,COM1_INT PROC FAR START:MOV AX,40H;从数据区40:00H读取;COM1端口基址 MOV ES,AX MOV DX,ES:0 ADD DX,2 IN AL,DX;读端口2（中断识别寄存器）CMP AL,06H;检测b2b1，看有无接收出错 JZ ERROR;有错，转出错处理 TEST AL,04H;无错，看是否接收缓冲器满 JNZ RECEIVE;是，转接收 TEST AL,02H;不是，是发送保持器空？JZ COM-END;不是，转COM-END TRANS:;是，发送：JMP COM_END,8.6.3 异步串行通信的实现,RECEIVE:：JMP COM_ENDERROR:：JMP COM_ENDCOM_END:MOV AX,40H MOV ES,AX MOV DX,ES:0 INC DX INC DX IN AL,DX;再读中断识别寄存器 TEST AL,01H;查b0位，看有无未决中断 JZ START;有，转START IRET;无，中断返回COM_INT ENDP,8.6.3 异步串行通信的实现,