微机原理第六章可编程接口芯片及其应用5

1第六章常用的接口芯片及其应用6.1I/O接口概述6.2简单接口6.3总线控制器8288及总线裁决器82896.4可编程并行接口82556.5可编程定时器6.6键盘显示接口6.7中断控制接口6.8可编程串行接口82516.9A/D及D/A变换器接口6.10DMA控制器8237沈阳航空工业学院26.8可编程串行接口8251教学重点异步通信协议和RS232C接口8251的内部结构和编程沈阳航空工业学院3串行通信基础串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本串行通信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PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送沈阳航空工业学院41.异步通信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收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题串行异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止式异步通信协议沈阳航空工业学院5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电平起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进制位组成，低位先传送校验位——用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位停止位——表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送沈阳航空工业学院6数据传输速率数据传输速率也称比特率（BitRate）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当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率（BaudRate）过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间。现在，可以达到115200bps或更高沈阳航空工业学院72.同步通信以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束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串行同步通信主要应用在网络当中最常使用高级数据链路控制协议HDLC~~~~同步字符数据数据数据校验字符沈阳航空工业学院83.传输制式全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工示例沈阳航空工业学院98251可编程串行接口的功能强,使用灵活,应用广泛。这里对它进行简要介绍,主要目的在于日后能够使用。1.引线及功能8251的外部引线及内部结构简图如图所示。6.8.2可编程串行接口8251沈阳航空工业学院10沈阳航空工业学院11SYNDET内部总线发送缓冲器TXD接收缓冲器串并转换器RXD发送控制电路TXRDYTXEMPTYTXC接收控制电路RXRDYRXC数据总线缓冲器读/写控制逻辑电路调制/解调控制电路RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSD7~D0发送器接收器沈阳航空工业学院121、8251A的结构与功能（1）发送器：由发送缓冲器、移位寄存器、控制电路构成。同步工作时，自动发送同步字符（SYNC）。异步工作时，自动在首尾加起始位、停止位。TXRDY有效指示CPU可以向其写入数据，转成串行后由TXD输出。发出后置TXEMPTY有效，CPU可再次写入。TXC为时钟输入端。沈阳航空工业学院13（2）接收器：由数据接收缓冲器、接收移位寄存器及接收控制器构成。由RXT接收，同步方式先接收SYNC，异步方式删去起始位、停止位、齐偶校验位，完成串并转换其结果送入接收缓冲器，然后置RXRDY高电平，向CPU发中断请求，CPU取走数据后将其复位。沈阳航空工业学院14（3）数据总线缓冲器（4）读写控制电路负责接收CPU的控制信号，向各功能控件发命令，确定8251的工作状态。RESET：6个CLK高电平使其复位。CLK：主时钟输入CS：片选RD、WR：读写控制C/D：控制/数据信号后四个信号确定四种读写状态。沈阳航空工业学院15（5）调制解调器控制电路（与外设接口信号）DTR：数据终端准备好（输出），由命令字bit1置位，通知外部（MODEM)CPU准备开始通讯。DSR：数据装置准备好信号，由外设MODEM提供，状态字bit7检测。RTS：请求发送信号，向外设或MODEM输出CTS：清除发送信号由外设或MODEM输入，有效时外部可以接收，无效时禁止发送。沈阳航空工业学院162、8251A的控制字及其工作方式初始化完成工作方式、传输速率、字符格式停止位长度等设置。1、方式选择控制字：S2S1EPPENL2L1B2B1B2、B1（波特率因子）PEN=1有奇偶校验00同步方式=0无奇偶校验01异步×1EP=1偶校验10异步×16=0奇校验11异步×64沈阳航空工业学院17S2S1EPPENL2L1B2B1L2L1（数据位）005位016位107位118位沈阳航空工业学院18S2S1异步方式同步方式00无效2SYNCSYNDET输出011位停止位2SYNCSYNDET输入101.5位停止位1SYNCSYNDET输出112位停止位1SYNCSYNDET输入沈阳航空工业学院19向8251写入方式控制字后，紧接着写入操作控制字。（同步方式在输入SYNC后输入）2、操作命令控制字使用OCW的目的是直接使8251处于规定的工作状态，以准备发送和接收。EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN沈阳航空工业学院20TXEN=1：发送允许，可从TXD线发送。DTR=1：数据终端准备好（输出给外部），置DTR引脚有效。RXE：允许接收，可从RXD线输入。SBRK：发断缺字符位。SBRK=1，TXD发送0SBRK=0，正常通讯。ER=1：将错误标志位清零。RTS=1：请求发送，使RTS引脚有效。IR：内部复位，IR=1，8251回到接收方式选择控制字状态。EH：跟踪方式位，只对同步方式有效。EH=1，开始搜索SYNC。EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN沈阳航空工业学院21PE：奇偶错标志位，不终止8251的工作。OE：溢出错误，丢失字符，但不停止工作。FE：（只对异步方式）FE=1代表未检测到停止位。控制字ER=1可将其复位。TXRDY：发送准备好，TXRDY=1，反映当前发送缓冲器已空。D1、D2、D6位与引脚状态相同。DSR=1：已准备好发送数据，此时DSR有效，CPU可读入状态字，控制操作。3、状态字：指示8251的工作状态，供CPU查询。沈阳航空工业学院224、8251初始化编程流程：输出操作命令或输入状态字传送数据输出操作命令控制字复位命令数据完否NNYYRESET输出方式选择控制字输出一个或两个同步字符异步方式YN沈阳航空工业学院231.RS-232C总线的特点在这些串行总线中,RS-232C应用最为广泛,这是因为它具备许多优点:①信号线少。RS-232C总线规定了25条线,包含两个信号通道,即第一通道(又称主通道)和第二通道(又称副通道)。②有多种可供选择的传送速率。③传送距离远。④RS-232C采用负逻辑无间隔不归零电平码传送。6.8.3串行通信总线RS-232C沈阳航空工业学院242.RS-232C信号定义与说明RS-232C的信号定义如表6.8所示。RS-232C主要信号说明如下:AA信号线与设备的机壳相连接,构成屏蔽地。AB信号线为所有电路提供参考电位。BA信号线传送要发送的数据。BB信号线用以向本端接收设备传送数据。CA信号在本端准备发送数据时,用来通知对方(MODEM或远置接收设备),请求向对方发送数据。CB信号为上面CA的应答信号。沈阳航空工业学院25表6.8RS-232C接口信号定义沈阳航空工业学院26CB信号为上面CA的应答信号。CC信号是由对方(MODEM或远置终端)提供的状态信号。CD信号是由本端输出到对方(MODEM或远置终端)的信号，用来通知对方,本端已准备就绪,可以进行通信了。CE信号线上传送由对方设备发来的振铃信号。CF信号线输入由调制解调器送来的状态信号。CG为数据质量检测信号,用来指示接收到的数据质量不好,误码率很高。CH信号在双速率同步数据设备中用来选择两种码速率中的一种。沈阳航空工业学院27CI信号与上述CH相同,或者在非双速率同步数据设备中,用于在两个码速率中选择一种。DA为发送信号变换器提供的码元定时信号。DB为数据终端设备提供的码元定时信号。DD信号为接收到的数据码元提供的码元定时信号。沈阳航空工业学院28由图6.51可以看到,接口芯片8250提供的输出信号,主要是SOUT、等.DTRRTS3.RS-232C接口总线的实现沈阳航空工业学院29图6.51RS-232C总线形成沈阳航空工业学院30图6.52RS-232C驱动和接收电路沈阳航空工业学院31图6.53电流环接口传输电路沈阳航空工业学院32图6.53只画出了由微型机甲向微型机乙的电流环传送电路。读者一定可以想像出从乙向甲的电流环传送的情况。当SOUT输出为高电平时,环路中有20mA左右的电流,使发光二极管发光,经光敏三极管可在8250SIN端得到高电平。当SOUT发送低电平时,电流环路中无电流,则SIN可收到低电平。