第7章面向外设的输入输出接口1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,7,章 面向外设的输入/输出接口,面向外设的输入/输出接口输入输出接口是,连接,CPU,与外部设备的逻辑电路。它的功能是：,（1）把,CPU,送出的数据传送给外设；,（2）采集外设的信息传送给,CPU；,（3）,协调快速,CPU,与慢速的外设之间数据传送的矛盾；,（4）识别,CPU,要访问的外设；,（5）接收,CPU,发出的控制命令及启动外设工作。,为了完成,CPU,与外部设备数据信息的交换，接,口电路必须具备输出缓冲寄存器和输入缓冲寄存,器，暂存输出和输入的数据。,为协调快速,CPU,与慢速的外设之间的矛盾，接口电路还必须具有与外设的握手信号，与,CPU,的联络信号，以便把外设的状态，如忙与不忙、准备好与未准备好等信息传送给,CPU，,决定,CPU,是否传送数据给外设，是否接收外设送来的数据。此外，为识别不同的外部设备，接口电路还应当具备对所访问外部设备的寻址能力。,接口电路与外部设备交换数据的方式，可分为并行传送方式和串行传送方式。前者可同时传送若干位数据，例如8位、16位或32位；后者则是每次传送一位。显然，在同样传输率的情况下，并行传送速度快。但对于远距离通信，为节省传输线，经常采用串行传送。对于串行通信接口，必须具备把从,CPU,接收到的8位数据，经并行数据转换成串行数据，一位一位向外设发送的功能。,同样，串行通信接口必须具备把外设送来的串,行数据转换成并行数据，传送给,CPU,的功能。典型,的,I/O,接口电路如图,7.1,所示。,图,7.1,7.1,可编程并行接口芯片8255,A,与,Intel,公司的8255,A,相类似的可编程并行接口芯,片有,Motorola,公司生产的,MC6820、ZILOG,公司生产,的,Z80PIO。,7.1.1 8255A,的内部结构和引脚信号,8255,A,的内部结构如图,7.2,所示。它包括四个部,分：数据总线缓冲器、读写控制逻辑、,A,组控制器和,B,组控制器、端口,A、B、C。,1.端口,A、,端口,B,和端,口,C,8255A,芯片内部有三个8位端口，分别为,A,口、,B,口和,C,口。这三个端口可与外部设备相连接，可用来,与外设进行数据信息、控制信息和状态信息的交换。,图8.20,端口,A,包含一个8位数据输出锁存器缓冲器和一个,8位数据输入锁存器。所以用端口,A,作为输入端口或输出,端口时，数据均受到锁存。,端口,B,包含一个8位的数据输入缓冲器和一个8位的,数据输出锁存器缓冲器。所以端口,B,作为输入端口时,不能对数据进行锁存，作为输出端口时能对数据进行锁,存。,端口,C,包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位的数,据输出锁存器缓冲器。所以端口,C,作为输入端口时不,能对数据进行锁存，作为输出端口时能对数据进行锁,存。端口,C,可以分成两个4位端口，分别定义为输入端口,或输出端口，还可定义为控制、状态端口，配合端口,A,和端口,B,工作。,PA7PA0：A,端口数据信号引脚；,PB7PB0：B,端口数据信号引脚；,PC7PC0：C,端口数据信号引脚。,2.,A,组和,B,组,端口,A,和端口,C,的高4位（,PC7PC4）,构成,A,组，由,A,组控制部件来对它进行控制；端口,B,和端口,C,的低4位（,PC3PC0）,构成,B,组，由,B,组控制部件,对它进行控制。这两个控制部件各有一个控制单,元，接收来自数据总线送来的控制字，并根据控制,字确定各端口的工作状态和工作方式。,3.数据总线缓冲器,数据总线缓冲器是一个双向三态的8位缓冲器，它与,CPU,系统数据总线相连，是8255,A,与,CPU,之间传输数据的必,经之路。输入数据、输出数据、控制命令字都是通过数,据总线缓冲器进行传送的。,D7D0：8255A,的8位数据线，和,CPU,系统数据总线相连。,4.读写控制逻辑,读写控制逻辑接收来自,CPU,地址总线的信号和控制,信号，并发出命令到两个控制组（,A,组和,B,组），把,CPU,发,出的控制命令字或输出的数据通过数据总线缓冲器送到,相应的端口，或者把外设的状态或输入的数据从相应的,端口通过数据总线缓冲器送到,CPU。,CS：,片选信号。,CS,为低电平时，表示8255,A,被选中。通常该信号的控制是通过译码电路的输出端提供。,RD：,读信号，低电平有效，与,CPU,的,RD,控制线相连。当,CPU,执行,IN,输入指令时，该信号有效，将数据信息或状态信息从8255,A,读至,CPU。,WR：,写信号，低电平有效，与,CPU,的,WR,控制线相连。当,CPU,执行,OUT,输出指令时，该信号有效，将数据信息或控制字从,CPU,写入8255,A。,A1、A0：,端口选择信号，用来指明哪一个端口被选中。8255,A,有三个数据端口和一个控制端口。数据端口用来传送数据，控制端口用来接受,CPU,传送来的控制字。,数据和控制字都是通过,CPU,的数据总线传送给8255,A,的。8255,A,根据端口选择信号,A1、A0,的组合把数据总线,传送来的信息传送到相应的端口。,当,A1A000,时，选中端口,A；,当,A1A001,时，选中端口,B；,当,A1A010,时，选中端口,C；,当,A1A011,时，选中控制端口。,8255,A,接口芯片的地址译码电路设计需考虑的问题,是：对于8086系统，由于采用16位数据总线，,CPU,在进,行数据传送时，总是将低8位数据送往偶地址端口，而,将高8位数据送往奇地址端口；反过来，从偶地址端口,取得数据总是通过低8位数据线传送到,CPU，,从奇地址端,口取得数据总是通过高8位数据线传送到,CPU。,8255,A,接口芯片是8位并行接口芯片，一般8255,A,的,D7D0,数据线接到系统总线的低8位，这就要求8255,A,端口,地址的设置为偶地址，才能接收到,CPU,对8255,A,的访问信,号。又由于8255,A,芯片的端口有,A,口、,B,口、,C,口和控制口，,端口地址数需要4个，且要满足8255,A,的,A1、A0,分别为00、,01、10、11的要求。因此，对于8086系统，将8255,A,的,A1,引脚和地址总线的,A2,线相连，,A0,引脚和地址总线的,A1,线相,连，将地址线的,A0,设置为0，这既保证了,CPU,能发出4个连,续偶地址，又保证了8255,A,四个端口地址的要求。,假设地址值分别为04,A0H，04A2H，04A4H，04A6H，,对,8255,A,寻址电路的设计如图,7.3,所示。,图,7.38255A,寻址电路设计,图8.21,RESET：,复位信号，高电平有效。当,RESET,有效时，内部所有寄存器均被清零，同时,A,口、,B,口和,C,口被自动设为输入数据工作方式。,8.5.2 8255,A,的控制字,8255,A,是可编程接口芯片。可编程就是用指令的,方法先对芯片进行初始化，决定芯片的端口是处于,输入数据状态还是处于输出数据状态，以及每个端,口的工作方式。工作方式和工作状态的建立是通过,向8255,A,的控制口写入相应的控制字完成的。,8255,A,共有两个控制字，即工作方式控制字和对,C,口置位复位控制字。,1.工作方式控制字,8255,A,的工作方式控制字格式和各位的含义如图,7.4,所示。工作方式控制字用来设定,A,口、,B,口和,C,口,的数据传送方向和工作方式。工作方式分别是方式,0、方式1和方式2。,A,口可工作在三种方式中的任何,一种方式下，,B,口只能工作在前两种工作方式下，,C,口只能工作在方式0下。,2.端口,C,的置位复位控制字,端口,C,的置位复位控制字可实现对端口,C,的每,一位进行控制。置位是使该位为1，复位是使该位为,0。控制字的格式如图,7.5,所示。,图,7.4,图,7.5,D3、D2、D1,三位用来选择对端口,C,的哪一位进行操,作。,D0,位用来选择对所选定的端口,C,的位是置位还是复,位。,D4、D5、D6,三位无意义，可是任意值。,D7,位是特征位，用来区分该控制字是工作方式控制字,还是置位复位控制字。,D71，,为工作方式控制字；,D70,为置位复位控制字。,使用8255,A,芯片前，必须先对其进行初始化。初始化,的程序很简单，只要,CPU,执行一条输出指令，把控制字写,入控制寄存器就可以了。,例,7.1,按下述要求对8255,A,进行初始化。要求,A,口设定为,输出数据，工作方式为方式0；,B,口设定为输入数据，工作,方式为方式1；,C,口设定为高四位输入，低四位输出。,(地址为04,A0H04A6H),MOV DX，04A6H；,控制口地址送,DX,MOV AL，8EH；,写工作方式控制字,OUT DX，AL；,控制字送到控制口例8.7要求通过,8255,A,芯片,C,口的,PC2,位产生一个方脉冲信号。,（地址为04,A0H04A6H)MOVDX，04A6H；,控制口,地址送,DX,AA MOV AL，05H；,对,PC2,置位的控制字,OUT DX，AL,CALL DELAY；,调用延时程序,MOV AL，04H；,对,PC2,复位的控制字,OUT DX，AL,JMP AA,7.1.3 8255A,的工作方式,1.方式0基本输入输出方式在这种工作方式下，可以通过,CPU,向控制端口写入方式控制字，决定各端口是输入数据还是输出数据。传送数据的方法一般采用无条件传送方式或查询传送方式。,例,7.3,设8255,A,端口,A,工作在方式0下，通过,A,口输出数据控制8个指示灯轮流点亮。电路连接如图,7.6,所示。,例,7.3,电路连接图(地址为,3A0H3A6H),MOV DX，3A6H；,控制口地址送,DX,MOV AL，80H；,写工作方式控制字,图8.24,OUT DX，AL,MOV DX，3A0H；A,端口地址送,DX,MOV AL，0FEH；,低电平灯亮,AA1 OUT DX，AL；,输出数据,CALL DELAY；,延时,ROL AL，1；,轮流点亮,JMP AA1,执行此段程序时要注意延时子程序的延时时,间，若延时时间不够，指示灯会全亮或全灭。,例,7.4,假定8255,A,的端口,A、B,都工作在方式0下，端,口,A,作为输入口，采集一组开关的状态，端口,B,作为,输出口，把开关的状态通过指示灯显示。电路连接,如图,7.7,所示。,图,7.7,(地址为,3A0H3A6H),MOV DX，3A6H；,控制口地址送,DX,MOV AL，90H；,写工作方式控制字,OUT DX，AL,MOV DX，3A0H；A,端口地址送,DX,IN AL，DX；,采集开关值,MOV DX，3A2H；B,端口地址送,DX,OUT DX，AL；,输出开关值当采用查询方式传送数据时，利用,端口,C,的高4位和低4位能分别作为输入或输出的特,点，配合端口,A,和端口,B,进行输入数据和输出数据的,操作，即,A,口和,B,口传送数据，图,7.7,电路连接图,图,7.8,C,口的高4位和低4位分别用来传送控制外设的控,制信息和采集外设的状态信息。,例,7.8,假定8255,A,的,A,口、,B,口都工作在方式0下，采,用查询方式，通过纸带读入机读入数据，再输出给,字符打印机和纸带穿孔机。,(地址为,3A0H3A6H),分析：,（1）,A,口为连接读入机输入数据口，,B,口为连接打,印机和穿孔机输出数据口。,C,口低4位作输出控制,口，分别作为对读入机、打印机、穿孔机的控制信,号。,C,口高4位作输入状态口，分别用来采集读入,机、打印机、穿孔机所处的状态。电路连接如图,7.9,。,（2）在软件编制中应注意控制信号的使用。对于读入机的控制，在采集数据前应启动读入机，采集数据后应关闭读入机。对于打印机和穿孔机的控制是在8255,A,执行输出数据后，再启动打印机或穿孔机。,（3）输出控制信号的方法采用对,C,口置位和复位的方法。,启动读入机00000001,关闭读入机00000000,启动打印机00000011,关闭打印机00000010,启动穿孔机00000101,关闭穿孔机00000100,MOV DX，3A6H；,控制口地址送,DX,MOV AL，98H；,写工作方式控制字,OUT DX，AL,AA0 MOV AL，01H；,启动读入机,OUTDX，AL,MOV DX，3A4H；C,口地址送,DX,AA1 INAL，DX；,采集端口,C,高4位数据,TEST AL，10H；,检测读入机数据是否准备好,JZAA1,MOVDX，3A0H；A,口地址送,DX,INAL，DX；,采集数据,MOV AH，AL；,保存数据,MOV DX，3A6H,MOV AL，00H；,关闭读入机,OUTDX，AL,MOVDX，3A4H,AA2 INAL，DX,TESTAL，20H；,检测打印机是否忙,JZAA2,MOVAL，AH；,恢复采集数据,MOVDX，3A2H；B,口地址送,DX,OUTDX，AL；,输出数据给打印机,MOVDX，3A6H,MOVAL，03H；,启动打印机,OUTDX，AL,MOVAL，02H；,关闭打印机,OUTDX，AL,MOVDX，3A4H,AA3 INAL，DX,TESTAL，40H；,检测穿孔机是否忙,JZ AA3,MOVDX，3A2H,MOVAL，AH,OUTDX，AL；,输出数据给穿孔机,MOVDX，3A6H,MOVAL，05H；,启动穿孔机,OUTDX，AL,MOV AL，04H；,关闭穿孔机,OUTDX，AL,JMPAA0,2.,方式1选通式输入输出方式,在这种工作方式下，端口,A,和端口,B,为数据传输,口，可通过工作方式控制字设定为数据输入或数据,输出。端口,C,某些位作为控制位，配合,A,口和,B,口进,行数据的输入和输出。方式1通常用于查询方式或中,断方式传送数据。,C,口某些位作为控制位时，根据输入和输出工,作状态不同，各位所代表的意义不同，现分为输入,和输出两种情况进行介绍。,（1）方式1输入,端口,C,配合端口,A,和端口,B,输入数据时，分别指,定了3位用作外部设备和,CPU,之间的应答信号，电路,如图,7.10,所示。,STB：,选通输入信号，低电平有效。当它有效时，数据从输入设备输入到,A,口或,B,口锁存器。,STB,是由外设输入给8255,A,的控制信号。,IBF：,输入缓冲器满信号，高电平有效。它是对,STB,信号的响应信号。当,STB,有效时，把数据传送到输入锁存器，输入锁存器锁存数据后，发出输入缓冲器满,IBF,信号。,图,7.10,IBF,信号是由8255,A,发出的状态信号，通常供,CPU,查询使用。当查询到,IBF,为高电平时，说明输入锁存器已有数据，执行输入指令，读信号有效，数据由8255,A,锁存器传送到,CPU，,同时读信号,RD,的后沿使,IBF,置0，等待下一个数据的输入。,INTR：,中断请求信号，高电平有效。当外部设备把数据输入到输入锁存器锁存后，且对输入数据的端口（,A,口或,B,口）是不屏蔽的，即,INTE,置1时，8255,A,用,INTR,信号向,CPU,发出中断申请，请求,CPU,将输入锁存器中的数据取走。当,CPU,响应中断，执行输入指令，读信号,RD,的后沿将,INTR,降为低电平，等待下一个数据的输入。,INTE：,中断屏蔽信号，高电平有效。此信号用于决定端口,A,和端口,B,是否允许申请中断。当,INTE,为1时，使端口处于中断允许状态；当,INTE,为0时，使端口处于禁止中断状态。,INTE,的置位复位是通过对,C,口置位复位控制字实现的。具体说，,INTEA,的置位复位是通过,PC4,的置位复位控制字来控制，,INTEB,的置位复位是通过对,PC2,的置位复位控制字来控制。,在方式1输入时，端口,C,的,PC6,和,PC7,两位是空,闲的，他们具有置位/复位功能，也可用作输入或输,出数据，由方式选择控制字的,D3,位为1还是为0来决,定。,（2）方式1输出,按方式1输出数据时，端口,C,各位的含义如图,7.11,所示。,图,7.11,按方式1输出数据时对应的控制信号,OBF：,输出缓冲器满信号，低电平有效。当,CPU,把数据输入到8255,A,的输出锁存器时，使,OBF,信号置0，通知外部设备取走数据。,OBF,可作为启动外部设备的控制信号。,ACK：,外设响应信号，低电平有效。当外部设备从8255,A,的输出锁存器取走数据时，向8255,A,发回通知信号，并使,OBF,信号置为高电平。若为查询式输出数据方式，,OBF,信号可作为查询外设忙还是不忙的检测信号。,图,7.11,INTR：,中断请求信号，高电平有效。当8255,A,的输出锁存器空的时候，且对该端口的数据输出申请是不屏蔽时，向,CPU,发出中断申请信号，请求,CPU,输出下一个数据。,INTE：,中断屏蔽信号，与方式1输入数据时,INTE,的含义一样。但使,INTE,置位/复位的控制信号是,PC6,和,PC2。PC6,是端口,A,允许还是禁止中断申请的控制信号，,PC2,是端口,B,允许还是禁止中断申请的控制信号。,在方式1输出时，端口,C,的,PC4,和,PC5,未使用，如,果利用这两位进行数据的输入或输出，可通过方式,选择控制字的,D3,位控制。他们也具有置位/复位功,能。,3.方式2双向选通输入输出方式,仅,A,口可以采用这种工作方式。在这种方式下，,可以使外部设备利用端口,A,的8位数据线与,CPU,之间,分时进行双向数据传送，也就是既可以输出数据给,外部设备，也可以从外部设备输入数据。输入或输,出的数据都是锁存的。工作时既可采用查询方式，,也可采用中断方式传输数据。,当端口,A,工作在方式2时，使用,PC3PC7,作为输,出控制信号和采集状态信号位，也就是把方式1输入,数据和方式1输出数据的控制信号组合起来。端口,B,可工作在方式0或方式1，如果工作在方式1，可利用,PC0PC2,作为控制和状态信号位。,按方式2工作时，端口,C,各位的定义如图,7.12,所示。,图,7.12,PC4PC7,分别定义为输入缓冲器满,IBFA、,外设输入选通信号,STBA、,外设接收到数据后回答信号,ACKA,和输出缓冲器满,OBFA。,有效电平及含义同方式1输入数据和方式1输出数据时相同，只有,INTRA,有双重定义。在输入时，,INTRA,为输入缓冲器满，且中断允许触发器,INTE1,为1时,INTRA,有效，向,CPU,发出中断申请；在输出时，,INTRA,为输出缓冲器空，且中断允许触发器,INTE2,为1时，,INTRA,有效，向,CPU,发出中断申请。中断允许触发器,INTE1,的置位复位控制通过对端口,C,的,PC6,写入置位复位控制字来实现；中断允许触发器,INTE2,的置位复位控制通过对端口,C,的,PC4,写入置位复位控制字来实现。,.,A,工作于方式的例子,8255,A,作为打印机接口的示意,采用查询方式，应用方式2进行数据传送的例子如下：,例,7.11,使用两台,CPU,系统，传送100个数据，一台为主机,CPU，,其相应的接口称为主侧，另一台为从机,CPU，,其相应的接口称为从侧。主机,CPU,以中断方式输入输出数据，主侧8255,A,工作在方式2，从机,CPU,采用查询式输入输出数据。从侧8255,A,工作在方式0（两侧8255,A,地址都是,3A0H3A6H)。,分析：,（1）输入数据时，由从侧8255,A,发给主侧8255,A,的控制信号,STB,有效时，打开主侧8255,A,输入锁存器，当数据被锁存后，主侧8255,A,输出信号,IBF,才有效。,（2）输出数据时，主机,CPU,把数据输入给主侧8255,A,输出锁存器，发出,OBF,信号，通知从侧8255,A，,从侧8255,A,发回,ACK,信号，用来启动三态输出缓冲器输出数据。,表,7.1,列出了主系统和从系统工作关系。,从,CPU,执行输入指令硬件电路设计如图8.30所示。,图,7.13,电路接线图,程序流程图如图,7.14,所示。,程序如下：,图,7.12,图,7.13,；主程序,MOVBL，64H ；,输入100个数计数器,MOVCL，64H ；,输出100个数计数器,MOVSI，0100H；,输出数据所在内存单元首址送,SI,MOVDI，0200H；,输入数据存放内存单元首址送,DI,MOVDX，04A6H；8255A,控制口地址送,DX,MOVAL，0C0H；,工作方式2控制字写入,A,口,MOVDX，AL,MOVAL，09H；PC41，,允许输入中断,MOVDX，AL,MOVAL，0DH；PC61，,允许输出中断,STI；,开中断,AA5 CMPBL，00H,JNZAA5,CMPCL，00H,JNZAA5,CLI；,关中断,HALT,；,中断服务程序,INT MOVDX，04A4H；8255,状态口地址（,C,口）送,DX,INAL，DX；,采集8255状态口的状态值,MOVAH，AL；,保存状态,ANDAL，20H；,判断输入缓冲器是否满(,PC),JZAA1；IBF0，,无数据，转走,MOVDX，04A0H；A,口地址送,DX,INAL，DX；,输入缓冲器满,IBF=1，,取数据,MOVDI，AL；,保存数据,INCDI；,修改地址指针,DECBL,JMPAA2,AA1 MOVAL，AH,ANDAL，80H；,判断输出缓冲器是否满,JZAA2；OBF0，,满，有数据，转向,AA2,MOVDX，04A0H；A,口地址送入,DX,MOVAL，SI；OBF=1,输入缓冲器空，取数据,OUTDX，AL；,输出数据,INCSI；,修改地址指针,DECCL,AA2 STI,IRET,；,从机程序,MOVSI，0100H；,源数所在的存储单元首地址送,SI,MOVDI，0200H；,目标数所在的存储单元首地址送,DI,MOVBL，64H；,设置输入数据个数计数器,MOVCL，64H；,设置输出数据个数计数器,MOVDX，04A6H；8255,控制口地址送,DX,MOVAL，83H；,写工作方式选择控制字(口输出，,B,口输入),OUTDX，AL,AA4 MOVDX，04A4H；C,口地址送,DX,MOVAL，0F0H；,初始化,C,口高4位,OUTDX，AL,INAL，DX；,检测,C,口低4位状态,MOVAH，AL,ANDAL，01H；,检测主系统,IBF,状态,JNZAA1；,主侧8255,A,输入缓冲器满转走到,AA1,MOVAL，SI；,主侧8255,A,输入缓冲器空，可以取数，向主,CPU,传送数据,MOVDX，04A0H；,口地址送,DX,OUTDX，AL；,输出数据给主侧8255,MOVDX，04A4H；C,口地址送,DX,MOVAL，0D0H；,选通主侧8255,A,OUTDX，AL,MOVAL，0F0H；,关闭选通信号,OUTDX，AL,INCSI；,修改数据区地址指针,DECCL,JNZAA4,CMPBL，00H,JNZAA4,AJMPAA3,AA1MOVAL，AH,ANDAL，02H；,检测主侧8255,AOBF,状态,JNZAA4；OBF1，,主侧8255,A,输出缓冲器无数据，转向,AA4,MOVDX，04A4H,MOVAL，0E0H；,从侧8255,A,发,ACK,信号，启动主侧8255,A,输出缓冲器,OUTDX，AL,MOVDX，04A2H；B,口地址选,DX,INAL，DX；,从主侧8255,A,取数,MOVDI，AL；,保存数据,MOVDX，04A4H,MOVAL，0E0H；,从侧8255,AACK,信号无效,OUTDX，AL,INCDI；,修改数据区地址指针,DECBL,JNZAA4,CMPCL，00H,JNZAA4,AA3 HALT,7.2,串行接口通信的基本概念,在计算机系统中，有两种数据传送方式：串行传送和并行传送。,并行数据传送的特点是8位、16位，甚至32位数据同时从一个设备传送到另一个设备。串行数据传送的特点是在传输过程中，数据一位一位地沿着一条传输线从一个设备传到另一个设备。以传送8位数据01101010为例，并行传送与串行传送的过程如图,7.14,所示。,从并行与串行的数据传送示意图可以看出，并行数据传送所需传输线的条数与位数有关，位数越多所需传输线越多；而串行数据传送只需一根线即可。,图,7.14,对于计算机系统内部或近距离设备之间数据传,送，可采用并行数据传送，并行通信数据线的传送,速度快，工作效率高。对于远距离的设备之间的数,据传送，经常采用串行数据传送。目前远距离通信,利用电话线，比并行电缆和放大器更经济、方便。,7.2.1,传送过程,微型计算机系统向外传送数据或者接收外面传,送来的数据是以并行方式传送的，这是计算机内部,数据所固有的特征。若要在计算机和外部设备之间,进行串行通信，就需要一种接口电路，它具有把,CPU,传送来的并行数据转换为串行数据发送出去的,功能，还具有把接收到外部设备传送来的串行数据,转换成并行数据传送给,CPU,的功能。这种接口电路,称为串行接口电路。,串行接口电路的工作过程是：接收数据时，移,位寄存器接收输入线传送来的每一位，并把串行数,据转换成并行数据存入接收数据寄存器，供,CPU,读,取；发送数据时，,CPU,把数据传送给发送缓冲器，,再通过移位寄存器在发送时钟的触发下一位一位地,进行移位，把数据发送到输出线上。串并行互相转,换如图,7.17,所示。,7.2.2,传送速率,传送速率是指每秒钟传送的二进制位数，通常,称为波特率（,Band Rate）。,国际上规定了标准波特,率系列，最常用的标准波特率是：110波特、300波,特、600波特、1200波特、1800波特、2400波特、,4800波特、9600波特和19200波特。,图,7.17,例如，在某个异步串行通信系统中，数据传送速率,为960字符/秒，每个字符包括一个起始位、8个数据,位和一个停止位，则波特率为10960=9600(位/,秒)=9600(波特)。,在进行串行通信时，根据传送的波特率来确定,发送时钟和接收时钟的频率。在异步传送中每发送,一位数据的时间长度由发送时钟决定，每接收一位,数据的时间长度由接收时钟决定，它们和波特率之,间有如下关系：,时钟频率=,n,波特率,式中的,n,叫做波特率系数或波特率因子，它的取,值可以为1、16、32或64。,7.2.3,数据传送的工作方式,在串行通信中，按照在同一时刻数据流的方向,可分为三种基本传送模式：单工传送、半双工传送,和全双工传送。,单工传送方式仅支持在一个方向上的数据传,送。即由设备,A,传送到设备,B。,在这种传送模式中，,A,只作为发送器，,B,只作为接收器。,半双工传送方式支持在设备,A,和设备,B,之间交替,地传送数据。即设备,A,为发送器发送数据到设备,B，,设备,B,为接收器。也可以设备,B,做发送器发送数据到,设备,A，,设备,A,为接收器。由于,A、B,之间仅一根数,据传送线，它们都有独立的发送器和接收器，所以,在同一个时刻只能进行一个方向的传送。,全双工传送方式支持数据在两个方向同时传,送。即设备,A,可发送数据到设备,B，,设备,B,也可以发,送数据到设备,A，,它们都有独立的发送器和接收器，,并有两条传送线。,7.2.4,串行通信的方式,串行通信按通信约定的格式分为两种：异步通,信方式和同步通信方式。,1.异步通信方式,异步通信所采用的信息格式如图,7.18,所示。,图,7.18,一个字符正式发送之前，先发送一个起始位，,低电平，宽度为1位；结束时发一个停止位，高电,平，宽度是1位、1.5位或2位；数据位占58位，可,在数据位内设1位奇偶校验位。字符之间可有空闲,位，它们都是高电平。,异步传送过程中的起始位和停止位起着重要的,作用。起始位标志着每一个字符的开始，停止位标,志着每一个字符的结束。由于串行通信采用起始位,为同步信号，接受端总是在接收到每个字符的头部,即起始位处进行一次重新定位，保证每次采样对应,一个数位。所以异步传送的发送器和接收器不必用,同一个时钟，而是各有自己的局部时钟，只要是同,一标称频率，略有偏差不会导致数据传送错误。,图,7.18,异步通信采用的信息格式,2.同步通信格式,同步通信不是用起始位来标识字符的开始，而,是用一串特定的二进制序列，称为同步字符，去通,知接收器串行数据第一位何时到达。串行数据信息,以连续的形式发送，每个时钟周期发送一位数据。,数据信息间不留空隙，数据信息后是两个错误校验,字符。同步通信采用的同步字符的个数不同，存在,着不同的格式结构，具有一个同步字符的数据格式,称为单同步数据格式，有二个同步字符的数据格式,称为双同步数据格式，如图,7.19,所示。在同步传送,中，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同,步。,图,7.18,图,7.19,串行接口部件有,4,个主要寄存器，即：,控制寄存器,状态寄存器,数据输入寄存器,数据输出寄存器。,7.3,串行通讯的方式,串行通讯的基本连接,并行通讯的基本连接,多机系统,多机系统的相互通道两种结构,:,主从分布式,串行总线式,主从分布式是目前由应用系统构成较大规模测、控系统的典型结构。,一、主从分布式,二、串行总线式,相互通道接口设计应解决的问题,根据不同要求，接口设计的内容：,（,1,）通道接口形式选择。,（,2,）总线接口标准选择。标准接口通用,性强，编程方便。,（,3,）通道接口的通信协议。,（,4,）长线驱动与匹配。,7.3.1,并行接口技术,一、并行通信接口的结构,并行通信接口可用,CPU,本身的,I/O,口，也可用扩展的可编程,I/O,口或简单,I/O,口，传送数据，在加上两根握手信号线构成。,1,、可编程并行口实现的并行通信,2,、,简单,I/O,口实现的并行通信,3,、,用,I/O,口实现的并行通信,二、并行通信的程序设计,并行通信程序设计，通常用查询方式发送，用查询方式或中断方式接收。以用,I/O,口实现的并行通信为例。,信号定义如下,CPUA,：,I4=0,输出数据有效；,=1,输出数据无效。,I2=0,对方空闲；,=1,对方忙。,CPUB,：,I4=0,本机空闲；,=1,本机忙。,I2=0,对方有数据输入,;,=1,对方无数据输入。,时序,7.3.2,串行接口技术,一,、串行接口选择原则,接口标准的选择、通信控制芯片的选择、通信介质的选择以及接口信号电平的调整。考虑的原则：,（,1,）可靠性,信号传送，不允许有传输错误。对不同的环境选择接口标准和器件。,（,2,）通信速度和通信距离,一般地，通信速度与传输距离成反比。,对,RS232C,：最大数据传输速率为,19.2KB/S,，最大传输距离为,15m,。最小数据传输速率为,300B/S,，最大传输距离为,100m,。,对,RS422,：最大数据传输速率为,10MB/S,，最大传输距离为,300m,。最小数据传输速率为,300B/S,，最大传输距离为,2000m,。,（,3,）通道的抗干扰能力,电流型器件比电压型器件的抗干扰能力强，同时采用光电隔离技术，增强抗干扰能力。,三、标准接口,1,、,RS232C,（,1,）接口信号,25,针插座：,2TXD 3RXD 7GND,9,针插座：,2RXD 3TXD 5GND,（,2,）电气特性,“,0”:+5V,+15V,“1”:-5V,-15V,RS232,电平与,TTL,、,CMOS,电平不兼容，必须经过电平转换。,（,3,）接口器件,-MAX202,（,4,）连接,2,、,RS485,（,1,）电气特性,A,、,B,：,2V,6V,传输“,1”,：,A,B 200mV,；,传输“,0”,：,A,B 200mV,。,RO=1 A=“1”B=“0”,；,=0 A=“0”B=“1”,；,DI=1 A=“1”B=“0”,；,=0 A=“0”B=“1”,；,（,2,）接口器件,RE=0 OUTPUT ENABLE,DE=1 INPUT ENABLE,RO RECEIVE DATA,DI SEND DATA,A,、,B,传输平衡信号,（,3,）连接方法,（,4,）与,CPU,的连接,给每台从机分配一个地址：,1,n,主机采用呼叫方式、被呼叫的从机,响应后发送数据。,主机、从机发送一般采用查询方,式，接收采用查询方式或中断方式。,3,、,RS422,RS422,与,RS485,电气特性相似，为全双工通讯。,（,1,）接口器件,不带控制端,电气特性,RO RECEIVE DATA,DI SEND DATA,A,、,B,：,Y,、,Z,传输平衡信号,2V,6V,传输“,1”,：,A,B,，,Y,Z 200mV,；,传输“,0”,：,A,B,，,Y,Z 200mV,。,RO=1 A=“1”B=“0”,；,=0 A=“0”B=“1”,；,DI=1 Y=“1”Z=“0”,；,=0 Y=“0”Z=“1”,；,（,2,）带控制端,RE=0 OUTPUT ENABLE,DE=1 INPUT ENABLE,RO RECEIVE DATA,DI SEND DATA,A,、,B,，,Y,、,Z,传输平衡信号,A,、,B,，,Y,、,Z 2V,6V,传输“,1”,：,A,B,，,Y,Z 200mV,；,传输“,0”,：,A,B,，,Y,Z 200mV,。,RO=1 A=“1”B=“0”,；,=0 A=“0”B=“1”,；,DI=1 Y=“1”Z=“0”,；,=0 Y=“0”Z=“1”,；,（,3,）连接方法,（,1,）不带控制端,带控制端,