1、微机原理与接口技术 第九章8251 第9章微型计算机常用接口技术 微机系统中多采用大规模集成接口芯片作为接口电路利用这种芯片构成的接口电路 在不改变硬件的情况下 可以通过编程改变其功能 工作方式 使用起来更灵活 第9章微型计算机常用接口技术 主要内容并行通信接口串行通信接口定时器 计数器DMA控制器A D和D A转换器 串行通信接口 主要内容串行通信基本概念通用同步异步接收发送器8251A 串行通信基本概念 串行通信串行通信的基本方式异步方式通信同步方式通信数据传送方式信号的调制解调串行通信的检错和纠错RS 232C接口标准 串行通信通信基本概念 串行通信方式计算机与外部设备以及计算机与计算机
2、之间的信息传输可以通过一对传输线 将数据一位一位顺序地传送特点传输线少 成本低 速度慢适用场合远距离通信 利用现有电话网 不受地域限制 串行通信通信基本概念 串行通信基本方式 同步 通信的双方要协调发送 接收之间的动作以确保发送 接收准确的信息通信协议 为了实现同步 通信的双方必须就同步方式 信息格式 传输控制步骤 差错检验方式等问题一组共同遵守的规定 这种规定称为通信协议按同步方式 串行通信有两种基本方式异步方式 异步通信协议同步方式 同步通信协议 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC起止式异步通信以字符为单位进行传输的 两个字符之间传输的时间间隔是不固定的 但在每一个字符内部的每一
3、位是以固定的时间间隔来传送的收 发双方同步方法 在字符格式中设置起始位和停止位接收端利用极性相反的起始位和停止位检测新字符的开始 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC异步通信的数据格式注意 数据位 停止位的位数 校验位的设置在不同的传输系统中可根据需要进行不同的设置但在同一传输系统中 收放 发方的设置必须一致 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC异步通信的数据格式每个字符作一帧信息每帧信息由4部分构成1位起始位 规定为逻辑 0 表示传输字符的开始数据位 5 8 构成一个字符 双方约定位数奇偶校验位 0或1 双方约定是否需要 若需要进一步确定采用何种校验方式 奇或偶校验 停止位
4、1 1 5 2 规定为逻辑 1 双方约定位数每帧信息 字符 之间发送空闲位 规定为逻辑 1 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC数据传输速率收 发双方还需要约定数据传输速率波特率 单位时间内传送二进制数据的位数 b s 用来表示传输速率常用波特率位周期 波特率的倒数收 发双方的发送时钟 接收时钟无需使用同一时钟源选用相同频率的时钟信号 允许略有偏差每个字符的起始位重新校准 偏差不积累保证一个字符内的采样不出现错位现象 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC数据传输速率接收端时钟采用高于波特率的更高频率的时钟一般选用波特率的16 32或64倍的时钟 这个倍数又称为波特率因子举例 当
5、波特率因子为16时 接收端检测起始位以及接收数据的过程 书P259 接收时钟高于波特率的作用提高采样的分辨率和抗干扰能力 更准确地检测到起始位每一位的采样在码元的中心进行 可最大限度避免收 发时钟偏差的影响 串行通信通信基本概念 异步方式通信ASYNC异步方式通信的效率根据采用的数据格式 每发送一个字符都要有附加的信息位 起始位 停止位 校验位 它们不是有效信息本身 额外开销 会降低通信效率异步方式通信适用于传输数据量较少传输速度要求不高举例 书P260 根据约定的数据格式 波特率等计算收 发时钟的频率 传输效率 每秒传送的字符数 画出传送字符E的波形图 串行通信通信基本概念 同步方式通信以数
6、据块为单位进行传送 每个数据块为一帧 每帧包含若干个字符 不仅字符内部的位传送是同步的 而且字符和字符之间传送也必须是同步的因为每帧信息内部的每一位都要求同步 所以收 发两端必须使用同一时钟源作为时钟信号 串行通信通信基本概念 同步方式通信收 发双方的同步方法所传送的字符没有起始位和停止位 不是用起始位表示字符的开始同步方法可分为 外同步 采用专用控制线来实现收 发的同步操作内同步 每帧开始有同步字符或同步标志码单同步双同步同步方式通信时 每帧信息之间不允许有空隙 当线路空闲时 须发送同步字符 标志 串行通信通信基本概念 同步方式通信同步通信协议面向字符的同步通信协议被传送的数据块是由字符组成
7、的 并规定了若干个字符作为传输控制专用字符代表协议 IBM的BSC缺点 依赖于特定的字符集 不利于兼容当控制专用字符作为数据字符出现在数据块部分时 处理较复杂 串行通信通信基本概念 同步方式通信同步通信协议面向比特的同步通信协议一帧数据可以是任意位长的 不必是字符的整数倍 用特定的位组合模式来表示帧的开始 结束及定义控制信息代表协议 IBM的SDLC ISO的HDLC 0 比特插入和删除技术保证除了标志码外其他的信息中出现这样的位组合时 不会被误认为标志码 串行通信通信基本概念 同步方式通信同步方式通信的效率同步方式采用同步字符 标志 进行一帧信息的同步 在连续发送字符时 添加的附加信息远远少
8、于异步通信 有较高的通信效率同步方式通信中要求收 发时钟完全一致 和异步方式通信比较 它的技术复杂 硬件开销大同步方式通信适用于快速传送大量数据 串行通信通信基本概念 数据传送方式根据数据传送方向的不同 有三种方式单工方式只使用一个信道 并且只允许数据按照一个固定的方向传送半双工方式只使用一个信道 允许数据在两个方向传输 但是不能同时在两个方向上传送 只能交替进行全双工方式使用两个信道 允许数据在两个方向传输 并且可以同时进行 串行通信通信基本概念 数据传送方式 串行通信通信基本概念 信号的调制和解调数字信号直接传输要求传输线的频带很宽在基本信号不产生畸变和失真的条件下 传输的最大距离取决于传
9、输速度和传输线的电气性能对于特定的传输线 传输距离和传输速度相互制约直接传输只适用于近距离 速度较低的通信 串行通信通信基本概念 信号的调制和解调调制解调远距离通信时 发送端需要使用调制器把数字信号转换为适合在在传输线 电话线 上传输的模拟信号 调制 接收端要使用解调器把检测到的模拟信号还原成数字信号 解调调制解调器 MODEM 应用于远距离通信 串行通信通信基本概念 信号的调制和解调调制解调的基本原理调制的过程就是利用数字信号去控制载波信号的参数 解调的过程就是检测载波信号的参数的变化 将数字信号分离出来常用的调制方式调频 频移键控方式FSK 调幅 ASK 调相 PSK 串行通信通信基本概念
10、 串行通信的检错和纠错串行通信中 由于线路长和各种干扰 会导致信息传输过程中出现错误串行通信对传输的信息采用检错 纠错编码技术 以便发现和纠正传输过程中可能出现的差错检错是指如何发现传输中的错误 一般是在发送信息中加入冗余位 使接收端能识别接收到的信息是否正确纠错是指发现错误之后 如何消除错误 串行通信通信基本概念 串行通信的检错和纠错基本通信协议检错方式奇偶检验方阵码检错纠错方式反馈重发方式高级通信协议检错方式 循环冗余校验 CRC 纠错方式 自动纠错方式 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准串行接口标准进行串行接口设计时 面向的是某种串行接口标准广泛采用RS 232C接口标准RS
11、232C标准EIA与BELL公司等一起开发 1969年公布的通信协议为连接DTE和DCE 实现远程通信而制定的计算机 DTE 和MODEM之间的连接计算机 DTE 与计算机 DTE 的近距离串行通信 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准RS 232C标准使用的连接器25针D型连接器9针D型连接器 普遍使用 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准RS 232C信号线定义TXD 发送数据 输出RXD 接收数据 输入SG 信号地RTS 请求发送 输出CTS 允许发送 输入DSR DCE就绪 输入DTR DTE就绪 输出RI 振铃指示 输入DCD 载波检测 输入 串行通信通信基本概念 R
12、S 232C接口标准RS 232C信号线的连接和使用最大直接传输距离传输速率低于20Kb s时 为15m远距离通信 需要加MODEM 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准RS 232C信号线的连接和使用近距离通信 不需要加MODEM 直接连接 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准RS 232C标准对逻辑电平 EIA电平 的定义在TXD和RXD数据上逻辑1 MARK 3 15V逻辑0 SPACE 3 15V在RTS CTS DTR DSR等控制线上信号有效 ON状态 3 15V信号无效 OFF状态 3 15VEIA电平与TTL电平的转换 电平 逻辑关系 MC1488完成TTL电平
13、到EIA电平的转换MC1489完成EIA电平到TTL电平的转换 串行通信通信基本概念 RS 232C接口标准其他通用串行接口标准为克服RS 232C的缺点传输距离短 速度慢 易受地线干扰RS 423A单端发送 双端接收RS 422A双端发送 双端接收传输距离15m时 传输速度可达10Mb s传输速度为90Kb s时 最大传输距离达1200mRS 485A允许在电路中有多个发送器 多发送器标准 通用同步异步接收发送器8251A 串行通信接口的基本功能实现数据格式化进行串并转换控制数据传输速率进行错误检测实现方法软件实现专用硬件电路实现UART INS8250USART Intel8251A 通用
14、同步异步接收发送器8251A 串行通信接口电路的组成可编程的串行接口芯片 UART USRT USART 波特率发生器EIA与TTL电平转换器地址译码电路 通用同步异步接收发送器8251A 基本性能通用同步异步接收发送器支持全双工数据传送方式可工作在同步 异步方式下 字符数据5 8个同步方式的传输速率0 64Kb s 异步方式的传输速率0 19 2Kb s异步方式时 可自动产生1位起始位 1 2位停止位具有奇偶错 溢出错 帧错误的检测能力同步方式时 可自动检测 插入同步字符 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的引脚面向CPU的D0 D7 RESET状态信号TXRDYRXRDYTXES
15、YNDET 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的引脚时钟信号CLK面向调制解调器的接口信号TxDRxD 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的内部结构 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的内部结构数据总线缓冲器与系统总线相连 传送来自CPU的各种控制命令和发送的数据 以及8251A的状态字和接收到的数据读 写控制逻辑接收来自CPU的各种控制信号 并进行译码 从而确定操作的方式 实现8251A指定寄存器的读写操作调制 解调控制电路用来提供调制解调器需要的控制信号 但是需要注意 由于8251A采用的是TTL电平 所以在与调制解调器连接时 中间需使用TTL与EIA电平转换
16、电路 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的内部结构发送器在发送控制电路的控制下 把发送缓冲器中待发送的并行数据转换成所要求的帧格式 然后在的作用下 由TXD引脚一位一位地串行发送出去 发送完一帧数据后 TXRDY 1 通知CPU发送下一个数据接收器在作用下 接收RXD引脚上的帧格式串行数据 并转换成并行数据 进行校验 若发现错误在状态寄存器中保存标志 并行的数据放入接收缓冲器 发出RXRDY信号 通知CPU读取数据 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的编程方式命令字指定8251A为异步还是同步方式 并按通信方式约定帧数据格式 规定了波特率因子写入控制口 通用同步异步接收发送
17、器8251A 8251A的编程工作命令字指定8251A进行某种操作或出于某种状态发送 接收 内部复位 检测同步字符写入控制口 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的编程状态字用于报告何时发送 接收数据用于报告接收数据有无错误从状态口读入 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的编程状态字用于报告何时发送 接收数据用于报告接收数据有无错误奇偶错PE 检测出奇偶校验错 则PE置 1 溢出错OE 当前一个字符尚未被CPU取走 后一个字符又到来 则OE置 1 帧出错FE 仅用于异步方式 当一个字符后面没有收到规定的停止位 则FE置 1 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的编程初
18、始化编程方式控制字和命令控制字送到8251A的同一个控制端口 所以在写入控制字时要按一定的顺序方式控制字必须紧跟在复位之后设置方式控制字后 随后是命令控制字如果是同步方式 在设置方式控制后 还要按照方式控制字的设置先送出同步字符如果命令控制字中IR 0 则进入数据传输阶段 如果IR 1 则8251A又将恢复到初始化状态 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的编程初始化编程 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的应用举例例9 4用8251A作为串行通信接口 实现两台微机之间的串行通信 硬件连接译码电路的设计波特率发生器的设计根据约定的波特率 选定的波特率因子计算收 发时钟的频率选用8253提供所需收 法时钟信号 根据CLK输入时钟计算出计数初值EIA和TTL电平转换电路 通用同步异步接收发送器8251A 8251A的应用举例例9 4用8251A作为串行通信接口 实现两台微机之间的串行通信 软件编程8253初始化程序段8251A初始化程序段发送 接收数据程序段 查询式
