第六章 串并行通信與接口技術(戴梅萼)

第6章串并行通信及接口技術6.2串行接口和串行通信6.2.1串行接口數據在單條1位寬的傳輸線上按時間先后一位一位地傳送；節(jié)省傳輸線（優(yōu)點）；數據傳輸率較低（缺點）。主要適用于長距離、低速率的通信中。

串行接口的基本結構與功能6.2.2串行通信涉及的幾個問題單工、半雙工和全雙工單工（Simplex)特點：僅能進行一個方向的數據傳送設備A發(fā)送器設備B接收器Dataflow半雙工（HalfDuplex）特點：數據可以在兩個方向上進行傳送，但是這種傳送絕不能同時進行?！倦p向，但不同時】設備A發(fā)送器/接收器設備B接收器/發(fā)送器Dataflow全雙工（FullDuplex）特點：能夠在兩個方向同時進行數據傳送。設備A發(fā)送器/接收器設備B接收器/發(fā)送器數據傳輸率每秒傳輸的二進制位數，單位為bps（bitpersecond）也稱比特率。波特率―――每秒傳輸的“符號”（也稱離散狀態(tài)）的個數。【例如，每秒傳送1個符號，則波特率為1波特】在計算機中，一個“符號”的含義為高、低兩種電平，分別代表邏輯值“1”和“0”，所以每個符號的信息量為1比特，此時波特率與比特率剛好一致。但在其他一些場合（例如通信中采用的“相一幅”復合調制技術一個“符號”的信息含量就不是一個比特，此時，波特率就不等于比特率。標準波特率系列：50，75，110，150，300，600，1200，……

4種相位（0，90，180，270）每種相位有兩種振幅值→實現3位/波特調制9001800002700001101011111000100110010發(fā)送時鐘和接收時鐘數據輸入寄存器輸入移位寄存器÷1，÷16，÷32數據輸出寄存器輸出移位寄存器÷1，÷16，÷32CLK(主時鐘)（串行數據輸入）輸入移位脈沖（串行數據輸出）輸出移位脈沖接收時鐘發(fā)送時鐘*現在的電話網是模擬通信系統(tǒng)，它是為傳輸話音信息而設計的。要在電話網上傳送數字信號，必須經過調制和解調。實現調制和解調兩個過程的設備稱為“調制解調器”（ModulatorDemodulator－Modem）

方法：選取音頻范圍某一頻率的正（余）弦模擬信號作為載波，用以運載所要傳送的數字信號。要用傳送的數字信號改變載波信號的幅值、頻率或相位，使之在信道上傳送；到達信道另一端，再將數字信號從載波中取出。000001111數字信號(a)調幅(b)調頻(c)調相按數字信號的值改變載波信號的幅度按數字信號的值改變載波信號的頻率按數字信號的值改變載波信號的相位波特率因子F（時鐘頻率）＝波特率因子＊波特率波特率因子：數據傳輸率（波特率）與時鐘頻率之間的比例系數給定時鐘頻率，選擇不同的波特率因子可得到不同的波特率。例如：f=19.2kHz，若選波特率因子為16，則波特率為1200bps。若選定波特率因子和波特率，則相應的確定了對時鐘頻率的要求。1200＊16＝19200（時鐘頻率）→若外部時鐘電路的頻率F＝1Mhz，需用8253分頻，試計算分頻系數（8253的計數初值）＝？計數初值＝時鐘頻率／（波特率＊波特率因子）［實驗］

8251外部的時鐘電路CLK8253OUT÷1，＝16，…1MHzN分頻19.2KHz移位脈沖異步方式與同步方式異步方式（Asynchronous）：也稱“起止同步式”。串行異步傳輸數據格式：工作特點：1－51/00011…15-8位數據位1/0停止位或空閑位1…1起始位奇偶校驗第n個字符空閑位第n+1個字符低位高位（2）同步方式（Synchronous）串行同步通信信息格式同步方式的工作特點：（1）－（5），P194—P195同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)數據（DATA)…*同步通信的效率（協(xié)議開銷）例：SDLC/HDLC幀格式：假定數據長度為2048位，通信效率為：2048/（2048＋48）＝97%

協(xié)議開銷僅為3％一般公式：SDLC/HDLC協(xié)議開銷＝1.0－N/(N+48)，其中N為發(fā)送數據的比特數。標志01111110地址8位控制8位CRC8位CRC8位標志01111110數據場差錯校驗奇偶校驗（ParityCheck）CRC校驗（CyclicRedundancyCheck）

6.3可編程串并行通信接口片8251A

一、USART－通用同步異步接收器/發(fā)送器（UniversalSynchronousAsynchronousReceiver/Transmitter）

UART：UniversalAsynchronousReceiverTransmitterUSRT：UniversalSynchronousReceiverTransmitter

典型芯片：Intel8251，ZilogSIO，MotorolaACIA。

USART結構：（見APPENDIXB）

表8－38251A的讀/寫控制真值表1、8251A方式選擇控制字

2、操作命令控制字

操作命令控制字直接讓8251A實現某種操作或進入規(guī)定的工作狀態(tài)，它只有在設定了方式選擇控制字后，才能由CPU寫入，8251A的操作命令控制字格式如圖8.17所示。

CPU可在8251A工作工程中利用輸入指令（IN指令）讀取當前8251A的狀態(tài)字，從而可以檢測接口和數據傳輸的工作狀態(tài)。8251A的狀態(tài)字格式如圖8.18所示。

8251A初始化和數據傳送流程圖

6.4并行通信及接口電路

并行通信的主要特點：數據在多條并行傳輸線上各位同時傳送；和串行傳送相比，在同樣的時鐘速率下，并行傳送的信息傳輸率較高；但所用信號線數量較多。適用于信息傳輸率要求較高，而傳輸距離較短的場合。組成：見圖6.16

并行接口的輸入和輸出過程

“握手”信號（Handshaking）：輸入準備好（外設提供高電平）數據送接口輸入回答（接口提供高電平）數據送入端口外設撤除輸入準備好，接口設置輸入準備好狀態(tài)位供CPU查詢。CPU輸入數據后撤除該位。外設從接口取走一個數據，接口設置輸出準備好狀態(tài)位供CPU查詢。CPU輸出數據后撤除該位。

輸出準備好（接口提供高電平）數據送往外設輸出回答（外設提供高電平）數據送接口

功能：“通信中的每一過程都有應答，彼此進行確認。新過程必須在對方對上一過程進行應答后發(fā)生?！?.5可編程并行通信接口8255A6.5.1內部結構

1.數據端口8255A有三個輸入輸出端口：端口A，端口B，端口C(1)端口A對應1個8位數據輸人鎖存器和1個8位數據輸出鎖存器／緩沖器，用端口A作為輸人或輸出時，數據均受到鎖存。(2)端口B對應1個8位數據輸人緩沖器和1個8位數據輸出鎖存器／緩沖器。

(3)端口C對應1個8位數據輸人緩沖器和1個8位數據輸出鎖存器／緩沖器。每個端口可編程設定為輸入端口或輸出端口，并可設定為不同的工作方式。端口C可作為一個獨立的端口使用，但常常是配合A口和B口工作，為這兩個端口的輸入輸出操作提供聯絡信號。2.A組控制和B組控制

三個端口分為兩組進行控制：

A組—A口（PA7~PA0）

C口高4位（PC7～PC4）

B組—C口低4位（PC3～PC0）

B口（PB7～PB0）

3.讀寫邏輯控制電路

RESET，CS，WR，RD，A1，A0；8255A的A1，A0與8088系統(tǒng)總線A1，A0相連與8086系統(tǒng)總線A2，A1相連4.數據總線緩沖器

8位雙向三態(tài)數據緩沖器6.5.2.8255A的芯片引腳信號

1.與外設一邊相連的信號PA7～PA0PB7～PB0PC7～PC0

2.與CPU一邊相連的信號 .RESET

3個端口設為輸入 .D7～D0.CS，WR，RD，A1，A0；8255A的A1，A0與8088系統(tǒng)總線A1，A0相連與8086系統(tǒng)總線A2，A1相連6．5．38255A的控制字

1．

方式選擇控制字（圖6.19）最高位（D7）一定為1——標識位；

D6，D5，D4，D3——A組的工作方式及端口的輸入、輸出設定

D2，D1，D0——B組的工作方式及端口的輸入、輸出設定

因為J1、J2的數據線與8086數據總線的低8位連接，故在J1、J2工作時，8086地址總線A0為0，BHE為1。J1:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0端口A

0000000011100000端口B

0000000011100010端口C

0000000011100100控制端口0000000011100110J2:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000011101000如果我們要求J1的各個端口處于如下工作方式：端口A方式0，輸出；端口B方式0，輸入；端口C的高4位輸出；端口C的低4位輸人。于是，J1的方式選擇控制字為83H。我們還要求J2的各個端口處于如下工作方式：端口A方式0，輸人；端口B方式1，輸出；端口C的高4位輸出；端口C的低4位配合端口B工作（已由方式1決定），可任意為1或0，此處設為0。于是，J2的方式選擇控制字為94H。

8255A的初始化編程

最高位（D7）為0——標識位；2．端口C置1／置0控制字（圖6.23）D6，D5，D4——無關

D3，D2，D1——位選擇

D0——1：置1；0：置0

例：要求對端口C的PC7位置1，則控制字為00001111B，即0FH；而端口C的PC3要求置0，則控制字為00000110B，即06H。設8255A的控制口地址為00EEH則下面的程序段可以實現上述要求。6．5．48255A的工作方式1、方式0－－基本輸入／輸出方式（不帶“握手”信號的工作方式）

A口C口（兩個4位端口）、B口共可構成16種輸入輸出工作組態(tài)

2、方式1－－選通的輸入／輸出方式（帶“握手”信號的工作方式）（1）方式1輸入（圖6.26）

端口C信號定義：

有關A口的：引腳PC4—STBA

（A口的一對握手信號）引腳PC5—IBFA

（A口的一對握手信號）引腳PC3—INTRA

（A口的中斷請求信號）

有關B口的：引腳PC2—STBB

（B口的一對握手信號）引腳PC1—IBFB

（B口的一對握手信號）引腳PC0—INTRB（B口的中斷請求信號）方式選擇控制字：端口C控制信號

端口A“方式1輸入”時的工作過程：P258①－④

*端口B“方式1輸入”時的工作情形與端口A的類似方式1輸入工作時序圖（圖6、27）：（2）方式1輸出（見圖6、28）一對握手信號－工作過程：P260①－④時序圖（圖8、30）：*3、方式2（雙向傳輸方式）。只有端口A才能工作于方式2。6.5.58255A的應用舉例

第6章習題6．27并行通信和串行通信各有什么優(yōu)缺點?6．28在輸入過程和輸出過程中，并行接口分別起什么作用?6．298255A的3個端口在使用時有什么差別?6．30當數據從8255A的端口C往