微型计算机原理及应用技术 教学课件 ppt 作者 朱金钧 第八章 接口技术

8.1 概述 8.1.1 接口的功能 8.1.2 接口与系统的连接 8.2 并行通行和并行接口芯片 8.2.1 并行通信 8.2.2 8255A可编程并行接口芯片 8.3 串行通信和串行接口芯片 8.3.1 串行通信的基本概念 8.3.2 8251A可编程串行通信接口,8.4 计数器/定时器接口电路 8.4.1 可编程计数器/定时器的工作原理 8.4.2 8253可编程计数器/定时器 8.5模拟通行道接口 8.5.1 概述 8.5.2 数/模（D/A）转换器 8.5.3 模/数（A/D）转换器,接 口 技 术,第 八 章,811 接口的功能,概述,接口的功能,信息的输入与输出,信息的转换功能,联络和中断管理功能,可编程功能,错误检测功能,81,地址译码和I/O设备的选择,接口与系统的连接,总线收发 器和相应 逻辑电路,联络 信号,地址 译码器,菊花链 逻 辑,输入/ 输出 设备,地址总线,控制总线,数据总线,数据/状态/控制,控制,读/写,使能,存储器和I/O选择,片选,寄存器选择,状态 寄存器 控制 寄存器,数据输 入寄存 器和数 据输出 寄存器,控制线,数据线,DMA控制器,中断请求,中断回答信号,图8-1 典型I/O接口与系统总线连接逻辑图,812,接口,与系统总线相连,与I/O设备相连,实现与CPU的启动、选中接口等控制信号的配合，提供传输数据信 息的I/O端口。,随接口类型的不同而异，其电路结构与设备传输数据的要求以及数据格式紧 密相关。,812,接口与系统的连接,821 并行通信,并行通信和并行接口芯片,并行接口内部设置有一个控制寄存器，用来寄存CPU写出的控制命令。另有一个状态寄存器提供各种状态位供CPU查询。,所谓并行通信就是把一个字符的全部n个数据位用n条线同时进行传输。与串行通信相比，它具有传输速度快、信息率高等优点。,82,图8-2 并行接口连接外设示意图,821,并行通信,8255A可编程并行接口芯片,1. 8255A的内部逻辑结构,(1) 外设接口部分（数据端口A、B、C）,1) 端口A。端口A内部包含一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。,2) 端口B。端口B内部包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。,3) 端口C。端口C内部包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。通过向芯片写入方式选择控制字，端口C可以被分成两个4位端口。,822,(2),这两组控制电路，根据芯片内部的控制寄存器内容（存放着CPU输出的方式选择控制字）和“读/写控制逻辑”发出的读/写命令，控制两组端口的工作方式和读/写操作。,A组控制电路控制端口A、端口C高4位（PC7PC4）。,B组控制电路控制端口B、端口C低4位（PC3PC0）。,内部逻辑,（A组和B组控制电路）,(3),1) 读/写控制逻辑电路,地址线A1和A0、CS（片选）、RD（读控制）、WR（写控制）、RESET（复位）信号的组合，用来控制8255A进行数据信息、状态信息和控制信息的传输。,2) 数据总线缓冲器,它是一个8位的双向三态数据缓冲器，它是8255A与CPU数据总线的接口，所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传送的。,CPU接口部分,8255A的引脚及功能,8255A 的引脚,与外设相连的引脚,与CPU相连的引脚,PA7PA0,PB7PB0,PC7PC0,数据线引脚,控制线引脚,2.,8255A的控制字,(1) 方式选择控制字,1） 8255A有三种工作方式,方式0基本的输入/输出方式方式1选通的输入/输出方式方式2双向传输方式,2） 端口A可以工作于三种工作方式中任何一种，端口B只能工作于方式0或者方式1，端口C既可以分为两个4位端口，作一般的输入/输出端口使用，更经常的是用于配合端口A和B工作，为它们提供控制信号和状态信号。,3） 由内部逻辑（A组和B组控制电路）可以将三个数据端口划分为两组，分别为A组（端口A和端口C高4位PC7PC4）和 B组（端口B和端口C低4位PC3PC0）。,3.,(2),端口C经常用于配合端口A和B工作，为它们提供控制信号和状态信号，因此端口C的各个位经常作为控制位或状态位来使用，为了方便用户单独设置某一个控制位或状态位， 8255A提供了端口C置位/复位控制字。,端口C置位/复位控制字,(1) 方式0基本输入/输出方式,8255A的工作方式,两个8位端口A、B及两个4位端口（端口C的高4位、低4位）中的任一端口，均可以作为输入端口或输出端口，且各端口均是独立的。,四个端口的输入或输出，可以有16种不同的组合，故可以适用于多种用途。,各端口输入时无锁存，输出时有锁存。,特点,4.,(2),两个8位数据输入/输出端口（均带锁存功能）A和B，在端口C 的配合下工作。,端口C中有3位用于端口A的输入/输出控制，另有三位用于端口B的输入/输出控制，并且均提供中断逻辑。,若只有一个数据端口工作在方式1，那么另一个数据端口及端口C余下的五位可工作于方式0；若两个数据端口都工作于方式1，那么端口C余下的两位仍可由程序指定作为输入或输出位，也可进行置位/复位操作。,特点,方式1,选通的输入/输出方式,8255A应用举例,【例8-2】 某接口设计采用一片8255A实现。其端口A连接并行打印机,端口B连接纸带读入机, 8255A工作于方式0，以查询方式传送数据。,本例使用端口C传送控制和状态信息。各控制信号的意义为：,· DATA STROBE 数据选通信号。打印机要有一个宽度为05s的脉冲，作为数据选通信号。由PC4位输出。 · BUSY当其有效时为高电平，此时表示打印机“忙”，不能接收新的输出数据。这是打印机的状态信号。由PC2位读入。 · DRIVE RIGHT此信号驱动纸带前进一步，并读一个字符。它是8255A给外设的启动信号。由PC5位输出。 · DATA READY纸带读入器的状态信号。其为高电平表示纸带读入器已将数据准备好。由PC3位读入。,5.,8255A在键盘和数码管显示接口中的应用,键盘扫描的硬件采用矩阵式结构。 倘若键盘具有m×n个键，那么键盘矩阵应有m行n列，其中m行由一个输出端口控制，n列由一个输入端口控制。当某一行输出为低电平时，如果某一列上有键按下，则该列的输入也为低电平，这个低电平通过列输入端口读入CPU。通过识别行和列线上的电平状态，即可以识别键是否闭合，即键是否按下。,(1) 键盘接口,6.,(2),1) 七字段LED显示器,LED的主要部分为七段发光二极管，如图7-20a所示。七个字段分别称为a、b、c、d、e、f、g段，通常还有一个小数点段DP。通过七段的亮与灭的组合，可以显示09和AF等字符，从而实现十六进制数的显示。,2) 利用8255A实现LED显示接口,8255A的端口A用来输出显示字符的七段LED代码，故端口A为段控端口。255A的端口B用来控制LED的显示位，即位控端口。,LED显示接口,8.3.1 串行通信的基本概念,串行通信和串行接口芯片,1. 全双工方式与半双工方式,两个串行接口之间分别用两根独立的传输线发送和接收信号，使发送和接收数据可同时进行。,全双工方式,在半双工方式中，输入过程和输出过程使用同一根传输线，因此，半双工方式在某一时刻只能进行发送数据或者接收数据。,半双工方式,2. 同步通信和异步通信,一般将若干字符组成一个信息组，字符一个接着一个传输，但是，在每组信息（通常称之为信息帧）开始要加上1至2个同步字符，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的“空闲”字符或同步字符，其原因是同步传输字符必须连续传输，不允许有间隙。,同步通信,8.3,是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信方式。,异步通信必须遵循的两项规定为：,每个字符传送时，必须前面加一位起始位，后面加上1、1.5或2位停止位。例如ASCII码传送时，这一帧应该是，前面一个起始位，接着七位ASCII编码，之后是一位奇偶校验位，最后是一位停止位，共10位为一帧。,(1) 字符的格式,(2) 波特率（Baud Rate）,波特率就是传送数据位的速率，用位/秒（bit/s）表示。例如，数据传送的速率为120字符/秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为： 10×120=1200bit/s=1200Bd,异步通信,信号的调制与解调,为了保证信号传送的正确性，故在长距离通信中，采用调制/解调器来改善信号的品质。 调制器(Modulator)把数字信号转换为模拟信号，经过传输线送到目的地后，再用解调器（Demodulator）检测此模拟信号，并把它转换成数字信号， 在实际应用中，通常把调制器和解调器做在一起，构成调制/解调器。,3.,RS-232-C接口, RS-232-C是EIA（Electronics Industring Association）推荐的国际通用的一种串行通信接口标准。实际上，它是一个25芯或者9芯的D型连接器。,由于它的每个引脚都有标准规定，必须连接规定的信号，所以对任何具备RS-232-C接口的设备，都可以不需要附加任何硬件而与计算机相连。, RS-232-C除了对信号引脚的定义作了规定外，对信号电平标准也作了规定。,4.,1. 8255A的基本性能,8251A可编程串行通信接口,(1)外设接口部分（数据端口A、B、C）(1) 可工作于同步方式或异步方式。 (2) 同步方式下，每个字符可为58位，可内同步或外同步，能自动插入同步字符。 (3) 异步方式下，每个字符可为58位，时钟速率为传输波特率的1、16倍或64倍。,8.3.2,(4) 自动产生中止字符，自动检测和处理中止字符；可产生1、1.5个或2个停止位；可检测假启动位。 (5) 同步方式下，波特率为064Kb/s；异步方式下，波特率为0192Kb/s。 (6) 全双工方式；双缓冲的发送器和接收器。 (7) 具有自动错误检测功能，可检测奇偶错、数据丢失和 帧错误，用户可通过输入状态寄存器内容进行查询。 (8) 全部输入/输出与TTL兼容。,1.,8255A的基本性能,8251A的逻辑结构及工作原理,(1) 8251A逻辑结构,数据输入缓冲寄存器和数据输出缓冲寄存器 接收移位寄存器 发送移位寄存器 模式寄存器 控制寄存器 状态寄存器 步字符寄存器,2.,1）, 异步方式下的数据接收,在异步方式下，当准备好接收数据时，即开始检测RXD线上的信号。, 同步方式下的数据接收,在同步方式下，当接收数据时，首先要搜索同步字符。这又分为内同步和外同步。在内同步方式下，8251A通过监测RXD线，来搜索同步字符。在外同步方式下，由外部其它设备在其SYNDET引脚加一个高电平实现同步。,(2) 8251A内部工作原理方框图,接收器,2）, 在异步方式下,发送器在发送每一个字符前先自动发送1个起始位，然后再发送字符数据，最后根据编程所规定的要求加上1位奇/偶校验位以及1个、15个或者2个停止位。, 在同步方式下,当发送器从CPU接收到至少1个待发送字符后，在发送数据前，依据初始化编程时的设定插入一个或两个同步字符，然后发送字符数据块。,发送器,(1) 8251A与CPU