微機原理：第七章 輸入輸出接口1

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1、7.1概述概述7.2CPU與外設數據傳送的方式與外設數據傳送的方式7.3可編程計數器可編程計數器/定時器定時器82537.4串行通訊和串行接口串行通訊和串行接口7.5 并行接口并行接口7.6 DMA控制器控制器82377.7 D/A和和A/D轉換技術轉換技術第七章第七章 輸入輸入/輸出接口輸出接口7.4 串行通訊和串行接口串行通訊和串行接口串行通信基礎串行通信基礎可編程串行通信接口可編程串行通信接口8250可編程串行通信接口可編程串行通信接口8251一、串行通信基礎一、串行通信基礎F串行通信的概念串行通信的概念所謂串行通訊是指外設和計算機間使用一根數據信所謂串行通訊是指外設和計算機間使用一根數

2、據信號線一位一位地傳輸數據，每一位數據都占據一個號線一位一位地傳輸數據，每一位數據都占據一個固定的時間長度。固定的時間長度?！按写小笔侵竿庠O與接口電路之間的信息傳送方式，是指外設與接口電路之間的信息傳送方式，CPU與接口之間仍按并行方式工作。與接口之間仍按并行方式工作。F串行通信的概念串行通信的概念F信息傳輸的檢錯和糾錯信息傳輸的檢錯和糾錯串行數據在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯串行數據在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的出錯如何發現傳輸中的錯誤，叫如何發現傳輸中的錯誤，叫檢錯檢錯。發現錯誤后，如何消除錯誤，叫發現錯誤后，如何消除錯誤，叫糾錯糾錯最簡單的檢錯方法是奇偶校驗，即在傳送

3、字符的各位之外，最簡單的檢錯方法是奇偶校驗，即在傳送字符的各位之外，再傳送再傳送1位奇位奇/偶校驗位?？刹捎闷嫘ｒ灮蚺夹ｒ?。偶校驗位?？刹捎闷嫘ｒ灮蚺夹ｒ?。奇校驗奇校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，中，1的個數為奇數的個數為奇數偶校驗偶校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，中，1的個數為偶數的個數為偶數F信息傳輸的檢錯和糾錯信息傳輸的檢錯和糾錯奇偶校驗能夠檢測出奇偶校驗能夠檢測出1位誤碼，但是不能糾錯。位誤碼，但是不能糾錯。F串行數據傳輸方式串行數據傳輸方式全雙工方式全雙工方式通訊雙

4、方能同時進行發送和接收操作通訊雙方能同時進行發送和接收操作F串行數據傳輸方式串行數據傳輸方式半雙工方式半雙工方式只有只有1根數據線傳送數據信號，要求通訊雙方的根數據線傳送數據信號，要求通訊雙方的發送和接收由電子開關切換。發送和接收由電子開關切換。單工方式單工方式只允許數據按照一個固定的方向傳送只允許數據按照一個固定的方向傳送F傳輸速率傳輸速率在串行通訊中，用在串行通訊中，用波特率波特率來描述數據的傳輸速率來描述數據的傳輸速率波特率，即每秒鐘傳送的二進制位數，簡寫為波特率，即每秒鐘傳送的二進制位數，簡寫為bps接收時鐘接收時鐘/發送時鐘是波特率的倍數，稱為發送時鐘是波特率的倍數，稱為波特率因子波

5、特率因子。例如波特率因子為例如波特率因子為32，則，則32個時鐘脈沖移位個時鐘脈沖移位1次。次。例：波特率例：波特率=9600bps，波特率因子，波特率因子=16，則，則接收時鐘和發送時鐘頻率接收時鐘和發送時鐘頻率=960016=153600HzF信號的調制和解調信號的調制和解調數字信號的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如數字信號的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅電話線頻帶范圍僅3003400Hz所以采用普通通信線路進行遠程數據通信時，需要所以采用普通通信線路進行遠程數據通信時，需要在發送端用調制器（在發送端用調制器（Modulator）把數字信號轉換）把數字信號轉換為模擬信

6、號，模擬信號經通信線路傳送到接收方，為模擬信號，模擬信號經通信線路傳送到接收方，接收方再以解調器（接收方再以解調器（Demodulator），把模擬信號），把模擬信號變為數字信號。變為數字信號。大多數情況下，調制器和解調器合在一個裝置中，大多數情況下，調制器和解調器合在一個裝置中，稱為稱為調制解調器調制解調器Modem在通訊中，在通訊中，Modem起著傳輸信號的作用，是一種起著傳輸信號的作用，是一種數據通訊設備，簡稱數據通訊設備，簡稱DCE接收設備和發送設備稱為數據終端設備，簡稱接收設備和發送設備稱為數據終端設備，簡稱DTE。F信號的調制和解調信號的調制和解調F串行通信的類型串行通信的類型串行

7、通訊可以分為兩種類型：串行通訊可以分為兩種類型：同步通訊同步通訊、異步通訊異步通訊異步通訊異步通訊一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，傳輸一個字符時，以輸，傳輸一個字符時，以起始位起始位開始，然后傳輸字開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸符本身的各位，接著傳輸校驗位校驗位，最后以，最后以停止位停止位結結束該字符的傳輸。一次傳輸的起始位、字符各位、束該字符的傳輸。一次傳輸的起始位、字符各位、校驗位、停止位構成一組完整的信息，稱為校驗位、停止位構成一組完整的信息，稱為幀幀（Frame）幀與幀之間可有任意個幀與幀之間可有任意個空閑位空閑位異步

8、通訊異步通訊異步通訊可以采用正邏輯或負邏輯異步通訊可以采用正邏輯或負邏輯異步通訊的信息格式異步通訊的信息格式起始位起始位邏輯邏輯01位位數據位數據位邏輯邏輯0或或15位、位、6位、位、7位、位、8位位校驗位校驗位邏輯邏輯0或或11位或無位或無停止位停止位邏輯邏輯11位、位、1.5位或位或2位位空閑位空閑位邏輯邏輯1任意數量任意數量 異步通訊異步通訊例：傳送例：傳送8位數據位數據45H（0100,0101B），奇校驗，），奇校驗，1個停止位，則信號線上的波形為個停止位，則信號線上的波形為同步通訊同步通訊靠同步字符完成收發雙方同步靠同步字符完成收發雙方同步多個字符成組傳送，在每組信息的開始，加上同

9、步多個字符成組傳送，在每組信息的開始，加上同步字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構成字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構成一個信息幀一個信息幀同步字符同步字符 字符字符1 字符字符2 字符字符n 校驗字符校驗字符數據塊數據塊F串行通信的接口標準串行通信的接口標準在串行通信中，在串行通信中，DTE和和DCE之間的連接要符合接口標準之間的連接要符合接口標準計算機通信中使用最普遍的是計算機通信中使用最普遍的是RS-232C標準標準PC機上的機上的COM1、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口，使接口，使用用9針和針和25針連接器針連接器F串行通信的接口標準串行通信的接口標準F串

10、行通信的接口標準串行通信的接口標準TDX發送發送RDX接收接收SG信號地信號地DSRDCE準備好準備好DTRDTE(即微機接口電路，如即微機接口電路，如8250/8251)準備好準備好RTSDTE請求請求DCE發送發送CTSDCE允許允許DTE發送發送,該信號是對該信號是對RTS信號的回答。信號的回答。DCD數據載波檢出數據載波檢出當本地當本地DCE收到對方的收到對方的DCE設備送來的載波信號時，使設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知有效，通知DTE準備接收，并且由準備接收，并且由DCE將接收到的將接收到的載波信號解調為數字信號，經載波信號解調為數字信號，經RXD線送給線送給DTE。RI振

11、鈴信號振鈴信號當當DCE收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知效，通知DTE已被呼叫。已被呼叫。F串行通信的接口標準串行通信的接口標準RS-232-C采用負邏輯，且信號電平與采用負邏輯，且信號電平與TTL不兼容不兼容串行接口芯片串行接口芯片8250、8251均使用均使用TTL電平，應使用電平，應使用電平轉換電路與電平轉換電路與RS-232C連接器連接連接器連接。MC1488：TTL電平電平RS232電平電平（用于發送方）（用于發送方）MC1489：TTL電平電平RS232電平電平（用于接收方）（用于接收方）F串行通信的接口標準串行通信的接口

12、標準F串行通信的接口標準串行通信的接口標準采用采用Modem(DCE)和電話網通信時的信號連接和電話網通信時的信號連接F串行通信的接口標準串行通信的接口標準采用專用線通訊時的信號連接采用專用線通訊時的信號連接F串行通信的接口標準串行通信的接口標準無無Modem的標準連接的標準連接F串行通信的接口標準串行通信的接口標準無無Modem 的最簡連接的最簡連接F串行通信的接口標準串行通信的接口標準無無Modem時，最大通訊距離的計算：時，最大通訊距離的計算：RS-232C標準規定：當誤碼率小于標準規定：當誤碼率小于4%時，要求導時，要求導線的電容值應小于線的電容值應小于2500PF。普通導線的電容值約

13、為普通導線的電容值約為170PF/M。則允許距離則允許距離L=2500PF/（170PF/M）=15M二、可編程串行異步通信接口二、可編程串行異步通信接口8250F8250芯片引腳定義和功能芯片引腳定義和功能P.2528250INTRPT8259OUT2#IRQ4CPUINTINTR8250中斷請求信號與中斷請求信號與CPU的連接的連接二、可編程串行異步通信接口二、可編程串行異步通信接口8250F8250芯片的內部結構和尋址方式芯片的內部結構和尋址方式P.254F8250內部控制狀態寄存器的功能內部控制狀態寄存器的功能P.255F8250內部控制狀態寄存器的功能內部控制狀態寄存器的功能除數寄存

14、器除數寄存器8250使用使用1.8432MHz的基準時鐘輸入信號，通過內的基準時鐘輸入信號，通過內部分頻產生發送時鐘頻率和接收時鐘頻率。部分頻產生發送時鐘頻率和接收時鐘頻率。波特率因子固定為波特率因子固定為16，所以，所以16*波特率波特率=1843200/分頻系數分頻系數分頻系數即為除數分頻系數即為除數除數除數=1843200/(16*波特率波特率)F8250通信編程通信編程P.257P.260F8250應用舉例應用舉例三、可編程串行通信接口三、可編程串行通信接口8251通過編程，可以實現異步通訊協議或面向字符的同通過編程，可以實現異步通訊協議或面向字符的同步通訊協議，波特率：同步方式下：步

15、通訊協議，波特率：同步方式下：0-64Kbps；異；異步方式下：步方式下：0-19.2Kbps。同步方式下，每字符為同步方式下，每字符為5，6，7，8位，能自動檢測位，能自動檢測同步字符，自動添加奇偶校驗。同步字符，自動添加奇偶校驗。異步方式下，每字符可為異步方式下，每字符可為5，6，7，8位，自動增加位，自動增加起始位、停止位和校驗位。起始位、停止位和校驗位。F8251的結構的結構模式寄存器：決定工作于同步或異步模式以及接收和發送的字符格式同步字符寄存器：存放同步模式下的同步字符F8251的引腳信號的引腳信號C/D#:該信號一般連至地址線該信號一般連至地址線A0，用于選擇控制端口，用于選擇控

16、制端口/數據端口。數據輸入輸出寄存器合用一個端口，控數據端口。數據輸入輸出寄存器合用一個端口，控制寄存器與狀態寄存器合用一個端口。制寄存器與狀態寄存器合用一個端口。TxE：通知通知CPU發送移位寄存器空。此時，在狀態寄發送移位寄存器空。此時，在狀態寄存器的存器的TxE位置位置1。CPU可以查詢可以查詢TxE信號或狀態寄信號或狀態寄存器的存器的TxE位位TxRDY:告訴告訴CPU，8251已準備好發送，已準備好發送，CPU可以為可以為其提供需要發送的字符其提供需要發送的字符RxRDY:通知通知CPU，8251已從外部設備收到一個字符，已從外部設備收到一個字符，等待等待CPU讀取。讀取。CPU可以

17、查詢該信號，或把該信號作可以查詢該信號，或把該信號作為中斷請求信號。為中斷請求信號。SYNDET:同步檢測信號，只用于同步方式同步檢測信號，只用于同步方式TXC、RXC:8251沒有內置的波特率發生器，必須由外部產生建沒有內置的波特率發生器，必須由外部產生建立波特率的時鐘信號，立波特率的時鐘信號，TXC、RXC通常與通常與8253連接連接F8251的引腳信號的引腳信號F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程模式寄存器的格式模式寄存器的格式F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程控制寄存器與狀態寄存器的格式控制寄存器與狀態寄存器的格式F8251的命令字與初始化編程的命令字與初

18、始化編程8251與與CPU的數據交換的數據交換查詢方式查詢方式/中斷方式中斷方式采用查詢方式，在數據交換前應讀取狀態寄存器。采用查詢方式，在數據交換前應讀取狀態寄存器。狀態寄存器狀態寄存器D0=1，CPU可以向可以向8251數據端口寫入數據端口寫入數據，完成串行數據的發送數據，完成串行數據的發送狀態寄存器狀態寄存器D1=1，CPU可以從可以從8251數據端口讀出數據端口讀出數據，完成一幀數據的接收數據，完成一幀數據的接收F8251的命令字與初始化編程的命令字與初始化編程流程流程F8251編程示例編程示例例：編寫例：編寫8251異步模式下的接收和發送程序，完成異步模式下的接收和發送程序，完成25

19、6個字符的發送和接收，設端口地址：個字符的發送和接收，設端口地址：208H，209H，波特率因子波特率因子16，1起始位，起始位，1停止位，無奇偶校驗，每停止位，無奇偶校驗，每字符字符8位。位。MOV DX,209HMOV AL,40H；復位命令。；復位命令。OUT DX，ALMOV AL，01001110B；模式字；模式字MOV DX，ALMOV AL，0011，0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256；發送；發送256字節字節NEXT：MOV DX 209HIN AL，DX；狀態字；狀態字AND AL，01H；TXRDY？JZ NEXTMOV AL，CLMOV DX

20、，208HOUT DX，AL；發送；發送LOOP NEXT發送程序發送程序接收程序接收程序接收接收256字節，放在字節，放在buf中中Data segmentbuf DB 256 dup(?)Data endsMOV DX,209HMOV AL,40H；復位；復位OUT DX，ALMOV AL，0100,1110B；模式字；模式字OUT DX，ALMOV AL，0011,0111B；控制字；控制字OUT DX，ALMOV CX，256；接收；接收256字節字節MOV SI，0NEXT：MOV DX，209HIN AL，DX；狀態字；狀態字AND AL，02H；RXRDY？JZ NEXTMOV

21、DX，208HIN AL，DX；接收；接收1字符字符MOV bufSI，ALINC SILOOP NEXT7.5 并行接口并行接口并行接口的特點并行接口的特點可編程并行通信接口芯片可編程并行通信接口芯片8255一、并行接口的特點一、并行接口的特點并行接口是在多根數據線上，以字節并行接口是在多根數據線上，以字節/字為單位與字為單位與I/O設備交換數據設備交換數據二、可編程并行通信接口芯片二、可編程并行通信接口芯片8255F8255芯片引腳定義與功能芯片引腳定義與功能P.244F8255尋址方式尋址方式P.2468255沒有狀態寄存器沒有狀態寄存器F8255的控制字的控制字方式選擇控制字方式選擇控

22、制字端口端口C置位置位/復位控制字復位控制字P.248注意：注意：C口控制字雖然是對端口口控制字雖然是對端口C操作，但應寫入到操作，但應寫入到控制口地址，而不是寫入到控制口地址，而不是寫入到C數據口數據口F8255的控制字的控制字編程舉例：設編程舉例：設 A、B、C數據口地址分別位數據口地址分別位60H、61H、62H、控制口端口地址、控制口端口地址 63H1：A口方式口方式0，輸出、，輸出、B口方式口方式0，輸入，輸入，C口高口高4位輸位輸出，出，C口低口低4位入位入MOV AL，10000011BOUT 63H，AL 2：PC7置置1，PC3置置0MOV DX，63HMOV AL，0000

23、,1111B；PC7置置1OUT DX，ALMOV AL，0000,0110B；PC3置置0OUT DX，ALF8255的工作方式的工作方式0P.2468255作為打印機接口，工作于方式作為打印機接口，工作于方式0程序設計：設程序設計：設PA、PB、PC口地址分別為口地址分別為0D0H、0D2H、0D4H控制口地址：控制口地址：0D6HMOV AL，81H；OUT 0D6H，ALMOV AL，0DH；PC6置置1，0DH=0000,1101OUT 0D6H,ALLPST：IN AL，0D4H；讀；讀PC口口AND AL，04D；打印機忙否（打印機忙否（PC2=BUSY=？）？）JNZ LPST

24、；PC2=1，打印機忙，等待，打印機忙，等待MOV AL,CLOUT 0D0H,AL；CL中的字符送中的字符送PA口口MOV AL,0CHOUT 0D6H,AL；置置PC6=0，即，即=0；00001100=0CHINC ALOUT 0D6H,AL；置；置PC6=1，即，即=1，00001101=0DHF8255的工作方式的工作方式1選通輸入輸出方式選通輸入輸出方式P.247主程序主程序：MAIN：MOV AL，0A0H；方式選擇控制字；方式選擇控制字OUT 0C6H，ALMOV AL，01H；OUT 0C6H，ALCLI；替換中斷向量前關中斷；替換中斷向量前關中斷MOV AH，25H；替換中

25、斷向量的典型方式；替換中斷向量的典型方式MOV AL，0BH；IR3的類型碼為的類型碼為0BHMOV DX，OFFSET ROUTINTRPUSH DSMOV AX，SEG ROUTINTRMOV DS，AXINT 21HPOP DSMOV AL，0DH；PA方式方式1輸出，輸出，“置置PC6=1的操作的操作”OUT 0C6H，AL；使；使8255允許中斷（允許中斷（INTEA=1）STI；CPU開中斷開中斷假假設：設：A口地址口地址 0C0HB口地址口地址 0C2HC口地址口地址 0C4H控制口控制口 0C6H中斷處理程序中斷處理程序ROUTINTR：MOV AL，DI；DI為打印字符緩沖區地址為打印字符緩沖區地址OUT 0C0H，ALMOV AL，00H；置；置PC0=0OUT 0C6H，ALINC AL；置；置PC0=1IRETF8255的工作方式的工作方式2選通雙向傳輸方式選通雙向傳輸方式P.249