微机原理第9章 可编程并行接口芯片与串行通信技术

第9章 可编程并行接口芯片与串行通信技术教学内容9.1可编程并行接口芯片8255A9.1.1 8255的结构9.1.2 方式选择9.1.3 各方式的功能9.1.4 端口C的状态字9.1.5 8255应用举例9.2 串行通信9.2.1 串行通信的数据传送方向9.2.2 串行通信的异步与同步通信方式9.2.3 波特率及收发端的同步9.2.4 常用串行接口介绍教学目标1 掌握接口芯片8255A功能特点，理解其使用方法。2 理解串行通信的工作原理和特点。重点内容1 8255A的结构。2 8255A的方式选择字。3 8255A各方式的功能。4 串行通信的工作原理和特点。 难点内容1 8255A各方式的功能。2 串行通信的工作原理和特点。学时数6学时9.1 可编程并行接口芯片8255A并行接口的一般特点：1）通过多根信号线同时传送多位数据。2）并行接口多用于传送距离短，数据量大，速度高的实时传 输场合。3）传送时一般不需要特定的数据传送格式。 9.1.1 8255A的结构1.数据端口在8255A内部包含了三个8位输入/输出数据端口：端口A、端口 B、端口C。三个端口在功能上有不同的特点：端口A：一个8位的数据输入锁存器，一个8位的数据输出锁存 器/缓冲器，即端口A输入/输出时都可以锁存数据。端口B：一个8位的数据输入缓冲器，一个8位的数据输出锁存 器/缓冲器，即端口B输入不能锁存，而输出可以锁存。端口C：比较特殊，一个8位的数据输入缓冲器，但没有锁存器 ，一个8位的数据输出锁存/缓冲器。2.端口控制逻辑端口控制逻辑分为A组和B组，各组管理的端口如下：A组：管理端口A及端口C的上半部（PC7PC4）B组：管理端口B及端口C的下半部（PC3PC0） 3.数据总线缓冲器一个双向三态的8位缓冲器。4.读/写控制逻辑读/写控制逻辑包括：1）读信号 ：低电平有效。2）写信号 ：低电平有效。3）片选信号 ：低电平有效。4）复位信号RESET：高电平有效。将所有端口置为输入方式。5）端口选择信号A1、A0：通过A1、A0的组合来选择端口。 9.1.2 方式选择在8255A的初始化工作中，CPU输出的编程命令有两类：一类称 为方式选择控制字，用于定义各端口的工作方式；另一类称为置位 /复位控制字，用于对端口C任意一位的置位或复位操作。两类控制字用同一个端口地址，在初始化编程时这两类命令写 入同一端口，为了能区分这两类命令，采用了标志位的方法，用控 制字的D7来区分。1.方式选择控制字8255A有三种基本的工作方式：方式0：基本输入/输出方式方式1：选通输入/输出方式方式2：双向总线I/O方式 A口可使用全部三种工作方式，B口可使用方式0和方式1，C口 一般被分作两个4位口，还可以作为A口和B口的联络线。例如：现指定端口A以方式0输出；指定端口B以方式1输入；端 口C高4位为输入，低4位为输出。根据方式控制字的定义格式可写出相应的方式选择控制字为： 10001110B或8EH，8255A初始化程序段如下：（若控制口的分配地 址为303H）MOV DX，303HMOV AL，10001110B（或MOV AL，08EH）OUT DX，AL2.置位/复位控制字 通过向往8255A写入置位/复位控制字，可以置位或复位端口C 中的任意一位，即使其为高电平或低电平。例如，设8255A端口地址为60H63H，现要求先置PC4为低电平 ，再复位PC4，则相应的程序段如下： MOV AL，00001001BOUT 63H，ALMOV AL，00001000BOUT 63H，AL 9.1.3 各方式的功能1.方式0的功能主要功能如下：（1）两个独立的8位端口（端口A和B）和两个4位端口（端口C ）。在实际应用时，根据需要也可以将C口的上下两端口合起来 使用，构成一个8位的端口。（2）规定了输出信号可以被锁存，而输入信号不能锁存。（3）各个端口既可以作为输入使用，也可以作为输出使用， 两个8位端口和两个4位端口可以组成16种情况。2.方式1的功能（1）主要功能1）端口A和端口B都可作为数据输入/输出端口，但必须通过端 口C相应位的控制来实现。2）当端口A和端口B中的一个端口被确定为工作方式1时，与此 对应的端口C中就有3位被固定了，端口C中的这3位专门用来 控制 端口A或端口B。3）若端口A和端口B都工作于方式1，则端口C中有6位固定，剩 余2位可工作于其它方式，用作其它用途。 （2）方式1的输入1）输入组态 （2）联络信号1） （Strobe）：选通信号，低电平有效。外设通知8255A有数据输入。对于A口，使用PC4的引脚；对于B口，使用PC2的引脚。2）IBF(Input Buffer Full)：输入缓冲器满信号，高电平有效。8255通知外设不能再输入数据，对于A口，使用PC5的引脚；对于B口，使用PC1的引脚。3）INTE(Interrupt Enable)：中断允许信号，高电平有效。对于A口，使用PC4的锁存位；对于B口，使用PC2的锁存位。可用置位/复位控制字操作。4）INTR(Interrupt Request)：中断请求信号，高电平有效。可用于向CPU请求中断。对于A口，使用PC3的引脚；对于B口，使用PC0的引脚。 工作过程分析：1）当外设将数据送到A口或B口的数据线上后，向8255发出负 脉冲，使选通信号 为低，8255将输入数据送到输入缓冲器并 锁存。2）选通信号有效后，经过tSIB时间，IBF信号有效，此信号送到 外设，禁止外设再向8255发送数据。3）选通信号结束后，经过tSIT时间，若此时 和INTE都为 高时，INTR有效，向CPU发出中断请求。CPU响应中断后， 信号 有效，CPU读入数据。4） 信号有效后，经过tRIT时间，清除INTR中断请求信号。5）当 信号结束后，数据已CPU，再经过tRIB时间，IBF变低 ，结束一次数据输入。以上是使用中断输入的操作时序，如果设置INTE为“0”，则 不使用中断，这时可使用查询方式，操作见后。(3)方式1的输出1）输出组态 （Output Buffer Full）：输出缓冲器满信号，低电平有效。8255通知外设在端口上已有数据。对于A口，使用PC7的引脚；对于B口，使用PC1的引脚。 (Acknowledge)：外设响应信号，低电平有效。外设通知8255，端口上的数据已取走。对于A口，使用PC6的引脚；对于B口，使用PC2的引脚。INTE(Interrupt Enable)：中断允许信号，高电平有效。对于A口，使用PC6的锁存位；对于B口，使用PC2的锁存位。可用置位/复位控制字操作。INTR(Interrupt Request)：中断请求信号，高电平有效。可用于向CPU请求中断。对于A口，使用PC5的引脚；对于B口，使用PC1的引脚。 工作过程分析：1）当8255输出缓冲器空，向CPU发出中断请求，CPU响应中断 ，向8255输出数据，产生 信号。2） 信号经过tWIT时间后清除中断请求信号INTR。3） 的上升沿使 有效，通知外设可以接收数据。4）外设接收数据后，发出 信号，再经过tAOB时间，使 无效，表明输出缓冲器已空。5） 无效后，经过tAIT时间，INTR有效，向CPU发出中断请 求，CPU响应中断再送新的数据。以上是使用中断输出的操作时序，如果设置INTE为“0”，则 不使用中断，这时可使用查询方式，操作见后。3.方式2的功能方式2是一种双向总线方式，在这种方式下，8位数据线上既可 以发送数据，也可以接收数据。只有端口A可以工作在方式2，在这种方式下，需要C口的5位信 号作为联络线。在方式2下，数据的输入和输出都具有锁存功能。（1）方式2的组态（2）联络信号1） ：输出缓冲器满信号，低电平有效。8255通知外设在 端口上已有数据，使用PC7的引脚。2） ：外设响应信号，低电平有效。外设通知8255，端口 上的数据已取走，使用PC6的引脚。3） ：选通信号，低电平有效。外设通知8255A有数据输 入。使用PC4的引脚。4）IBF：输入缓冲器满信号，高电平有效。8255通知外设不能 再输入数据，使用PC5的引脚。5）INTR：中断请求信号，高电平有效。可用于向CPU请求中断 。使用PC3的引脚。 6）INTE1、INTE2：INTE1为输出中断允许信号，使用PC6的锁 存位；INTE2输入中断允许信号，使用PC4的锁存位。高电平有效， 可用置位/复位控制字操作。工作过程分析：方式2可以看成方式1的输入和输出的组合。方式2的输入时序与方式1的输入时序完全相同。方式2的输出时序与方式1的输出时序的不同之处：在方式1下 ，CPU把数据写入到8255后，8255立即将数据送上A口。而在方式2 下，须待 信号有效后，8255才将数据送上A口。这样处理是为 了避免发生外总线冲突，此时端口A与外设的连线因输入/输出均使 用，已成为数据总线。9.1.4 端口C的状态字8255工作在方式1和方式2时，C口各位作为联络线使用，CPU除 了可以使用中断方式对8255进行服务，还可以通过读取C口的状态 字来了解外设的状态。即使用查询方式进行数据传送。端口C的状态字有以下几种格式：1、方式1状态字输入状态字： D7D6D5D4D3D2D1D0I/OI/OIBFAINTEAINTRAINTEBIBFBINTRB输出状态字：D7D6D5D4D3D2D1D0INTEAI/OI/OINTRAINTEBINTRB这些状态字中，有的是提供当前端口状态，有的是设置端口工 作模式。例如:允许端口A中断请求，禁止端口B中断请求（输入方式） ，则其程序段为：（设C口地址为303H）MOV DX，303HMOV AL，00010000BOUT DX，AL 2、方式2状态字D7D6D5D4D3D2D1D0INTE1IBFAINTE2INTRAXXX9.1.5 8255A应用举例1.基本输入/输出应用举例图9-14是8086微机系统扩展一片8255A作为并行口的电路图， 同时还配以74LS138译码器等芯片，如图9-14所示。端口A为方式1 输入，以中断方式与CPU交换数据，中断类型号为0FH；端口B工作 于方式0输出，端口C的普通I/O作为输入。根据图中的接线，所使用的译码输出地址为0B0H0BFH。8255 使用数据线D0D7，使用地址为0B0H、0B2H、0B4H和0B6H。设端口 A的中断服务子程序名为SERA。具体8255A的初始化程序如下：MOV AL，10111001B ；方式控制字MOV DX，0B6HOUT DX，ALMOV AL，00001001B ；开放A口输入中断请求OUT DX，ALMOV AX，0MOV ES，AXMOV DI，0FH*4MOV AX，OFFSET SERACLDSTOSWMOV AX，SEG SERASTOSW9.2 串行通信基本的数据通信方式有两种：并行通信和串行通信。并行通信是在多条并行的通信线上同时传送各位数据。并行通 信的优点是传输速度快，但线路开销大，一般用于短距离传送。串 行通信是将多位数据按时间先后顺序逐位传送。串行传送的优点是 线路占用少，一般用于远距离数据传送。 9.2.1 串行通信的数据传送方向串行通信的数据传送方向可分为以下三种：（1）单工传送数据传送只有一个方向，通信的一方只能发送，另一方只能接 收，如图9-10a。（2）半双工传送通信双方都可以发送和接收，但同一时刻只能有一个方向的数 据传送，如图9-10b。（3）全双工传送通信的双方都可以任意发送和接收，即具有两条数据通信线。9.2.2 串行通信的两种基