第九章I/O接口
输入输出端口简介
串行端口
异步的串口是作为计算机到计算机的通信端口来设计的。异步意味着不存在同步的时钟信号，所以能够以任意时间间隔来发送字符。
串行是指发送一个字节字符的八位二进制位时是按顺序一位一位的发送了，而接收也是一位一位地接收，而不是八位同时传送。更形象地说，串行是数据通过一条单独的导线传送，并且当发送数据位时，每个数据位都按顺序被串接起来。串行传输的典型例子是我们日常生活中所用的电话系统，它在每个方向都提供了一条传送数据的导线。
串口的典型位置
计算机系统一般都有一个或两个串行端口，通常位于系统的后部。这些内置的串口可以通过主板上的Super I/O芯片控制，或通过South Bridge芯片控制。如果系统提供的串口数目不能满足需要，用户可以购买单口或多口串口卡。
串口可以连接多种设备，例如调制解调器、绘图仪、打印机、其他计算机、条形码阅读器、标尺（scale）和设备控制电路。
AT结构的9针串口连接器的规范说明
官方规范所建议的最大电缆长度为50英尺。其限制因素是电缆及接口输入电路的总负荷电容。最大电容值被指定为2500pF。有些特殊的低电容电缆实际上可以极大地增加电缆的最大长度，使之达到500英尺或更多。此外，线路驱动程序（放大器/中继器）还可以将电缆的长度扩展到更长。
表9-1、表9-2和表9-3中给出的是9针（AT结构）、25针、9转25针串行连接器引脚引出线的说明。
表9-1 9针（AT）串口连接器
引脚信号说明I/O
1 CD 载波检测输入
2 RD 接收数据输入
3 TD 发送数据输出
4 DTR 数据终端就绪输出
5 SG 信号地-
6 DSR 数据准备好输入
7 RTS 发送请求输出
8 CTS 消除发送输入
9 RI 振铃指示输入
表9-2 25针（PC、XT及PS/2）串口连接器
引脚信号说明I/O
1 - 机架接地-
2 TD 发送数据输出
3 RD 接收数据输入
4 RTS 发送请求输出
5 CTS 消除发送输入
6 DSR 数据准备好输入
7 SG 信号地-
8 CD 载波检测输入
9 - +发送当前循环返回输出
11 - -发送当前循环数据输出
18 - +接收当前循环数据输入
20 DTR 数据终端就绪输出
22 RI 振铃指示输入
25 - -接收当前循环返回输入
标准25针串口连接器的规范说明
表9-3 9转25针串行电缆适配器连接
9针25针信号说明
1 8 CD 载波检测
2 3 RD 接收数据
3 2 TD 发送数据
4 20 DTR 数据终端就绪
5 7 SG 信号地
6 6 DSR 数据准备好
7 4 RTS 发送请求
8 5 CTS 消除发送
9 22 RI 振铃指示
串口的配置
当在系统中安装串口时，必须为这些串口设置其所使用的具体I/O地址（称为端口）和中断（对于中断请求来说被称为中断请求线）。关于设置这些设备的最好方法是采用现有的标准。对于设置串口，可以使用表9-4中列出的地址和中断号。
表9-4 标准串行I/O端口的地址和中断
COMx I/O端口IRQ
COM1 3F8-3FFh IRQ4
COM2 2F8-2FFh IRQ3
COM3 3E8-3EFh IRQ4①
COM4 2E8-2EFh IRQ3①
①注意，虽然许多串口可以被设置为与COM1和COM2共享IRQ3和IRQ4，但是并不推荐这种方法。如果可能的话，最好的方法是将COM3设置为IRQ10，将COM4设置为IRQ11。如果需要使用COM3以上的串口，那么最好购买一块专用的多串口卡最好是支持IRQ共享而不发生冲突PCI卡。
注意，BIOS生产商从来没有将支持COM3和COM4的信息写入BIOS。因此，由于DOS是从BIOS中读取I/O信息，所以DOS不能对COM2以上的串口进行操作。在POST（加电自检）期间，BIOS将找出系统中所安装的元件及其所在位置。POST将仅仅检验所安装的前两个端口。因为Windows 9x/Me/2000和Windows XP都内置有对串口的支持，并且最多可以支持128个串口，所以在Windows环境下，并不存在该类问题。
由于Windows中可以支持多达128个串口，所以在Windows系统中可以方便地使用多串口卡。多串口卡可以使得系统仅仅通过使用一个插槽和一个中断就能够从多个设备采集数据，或者与多个设备共享数据。
在COM端口（或一切设备）之间共用中断有时可以正常工作，但是其他情况则不允许。因此建议最好不要在串口之间共用中断。
串口的测试
可以对串口和并口进行多种方式的测试。最常见的两种测试类型是：纯软件测试、既涉及硬件加软件的测试。纯软件测试是通过使用诊断程序进行的，例如Microsoft的MSD或Windows 9x/Me/2000自带的Modem诊断工具。反之，同时涉及软件和硬件的测试则要通过使用短路环（wrap plug）及测试程序来回送测试。
Microsoft系统诊断程序
微软系统诊断程序（MSD）是在MS-DOS 6.X、Windows 3.x和Windows 9x/Me/2000中附带的一个测试程序。请注意，在Windows 95的软件包中，可以在CD-ROM的\other\msd目录下找到该程序，而在Windows 98/Me/2000的软件包中，则可以在CD-ROM的\tools\oldmsdos目录下找到它。在安装操作系统时，并不会自动安装MSD。如果要使用该程序，那么必须直接从CD-ROM运行，或者将该程序从CD-ROM复制到硬盘上。
如果要得到最正确的结果，那么最好在纯DOS环境下运行这些测试程序，例如MSD。鉴于这个原因，在使用这些程序之前，需要在DOS模式下重新启动机器。MSD至少可以用于帮助判断串口是否有响应。如果MSD不能确定端口的存在，那么它给出的报告中不会表示存在有该端口。
Windows中的I/O端口故障诊断
Windows中通过设备管理器可以采取下列步骤来判断一个特殊串口的I/O地址和IRQ设置是否正确：
1）用右键点击桌面上“我的电脑”图标，选择“属性”或者双击“控制面板”中的“系统”图标并选择“属性”。点击“设备管理器”标签，接着点击“端口”并选择一个特定端口（例如COM1）。
2）点击“属性”按钮，然后点击“资源”标签则将显示端口的当前资源设置情况。
3）检查“冲突设备列表”以查看端口是否正在使用与其他设备相冲突的资源。如果端口与其他设备发生冲突，那么可以点击“更改设置”按钮，然后再选择一种不会引起资源冲突的设置。可能要通过对这些设置进行实验才能找出正确的参数。
4）如果不能更改资源设置，那么这些参数极有可能是要通过BIOS设置进行修改。这样只有关机并重新起动系统，接着进入BIOS设置，在此修改端口设置。
当串行鼠标或其他设备使用了COM1口时，如果在COM3口使用调制解调器，那么将会有错误发生。在一般情况下，COM1口和COM3口使用的是相同的IRQ，这就意味着不能同时使用这两个端口。如果可能的话，可以将COM3口或者COM4口的IRQ设置修改为不与COM1口或COM2口相冲突。同时还要注意，有些显示适配器自动设置的地址与COM4相冲突。
使用短路环测试的高级诊断
将一个专门的短路环接在被测试的端口上进行外部的回送测试是一种实用、有效的测试方法。当进行测试时，测试程序控制测试端口的发送引角（TD）向短路环发送数据，短路环将数据再送回端口的接收引脚（RD），使得端口同时进行发送和接收。短路环就是一段被对折了的电缆。联想标配的工具中带有串口短路环，进行回送测试的软件可以用AMIDAIG。
使用短路环的一个好处是，可以将这些插头插在测试所涉及的电缆的末端。这样可以保证电缆和接口均工作正常。
并行端口
并口之所以被称为并口，是因为它有8条数据线，可以通过这8条数据线同时发送包含了数据的一个字节的所有数据位。该接口的传输率快，传统上被用于打印机。然而，因为并口一次可以传送4个数据位，所以在这方面，并口的性能要优于一次只能传送1位的串口，所以在系统间传送数据的程序总是将并口作为传送数据的一种选择。
并口通信所面临的惟一问题是，如果没有放大信号，就不能将并口电缆进行较大的延长，否则所传输的数据将出错。表9-5说明了标准PC并口的引脚引出线。
IEEE 1284并口标准
IEEE 1284标准（被称为“个人计算机双向并行外围接口的标准信号发送方法”）的最终版本于1994年3月被批准。该标准定义了并口的物理特性，包括数据传送模式和物理及电气规范。
IEEE 1284定义了多模式并口到PC的电气信号状态，该并口可以支持多达4个数据位模式的操作。1284规范并不要求并口支持所有的这些模式，该标准还为支持一些额外的模式作了准备。
IEEE 1284规范被用于标准化PC和附加设备间的行为，尤其是附加的打印机。然而，外围设备（可移动介质驱动器、扫描仪等等）的提供商对该规范颇感兴趣。
IEEE 1284只是硬件和控制线路的标准，并没有定义软件与端口进行对话的方式。由原始1284规范所衍生的一个条约则定义了软件接口。已经成立的IEEE 1284.3委员会负责研究一种软件标准，与IEEE 1284规范兼容的硬件都将使用该标准。该标准的研究主要是为了规范并口芯片厂商之间的差异，它包含借助于PC的系统BIOS来支持EPP（Enhanced Parallel Port，增强的并行端口）模式的规范。
IEEE 1284支持在计算机与打印机之间或两台计算机之间以更高的吞吐量进行连接。其结果是所使用的打印机电缆不再是标准的打印机电缆。IEEE 1284规范中的打印机电缆使用了双绞线技术，这样使得连接更加可靠而且无差错。
IEEE 1284标准还定义了并口连接器，其中包括两种现有的类型（称为A型和B型）和一种被称为C型的高密度连接器。A型指的是标准的DB25连接器，它被用于大多数PC系统并口的连接中，而B型指的是大多数打印机中标准36针Centronics模式的连接器。C型是一种新的高密度36针的连接器，市场上新出现的一些打印机使用的就是该类型的连接器，例如惠普公司的产品。这三种连接器如下图所示。
IEEE 1284并口标准定义了五种不同的端口操作模式，其中着重强调了具有更高传输率的EPP和ECP模式。有些模式仅仅用于输入，而其他模式仅仅用于输出。将这5种模式进行组合，总共可以得到4种不同的端口类型，这些端口类型如表9-6所示。
IEEE 1284定义的并口模式如表9-7所示，表中还列出了近似的传输率。
IEEE 1284规范中三种不同类型的并口连接器
表9-6 IEEE-1284端口类型
并口类型输入模式输出模式注释
SPP（标准并口）半字节兼容4位输入，8位输出
双向并口字节兼容8位 I/O
EPP（增强型并口）EPP EPP 8位 I/O
ECP（扩充能力端口）ECP ECP 8位 I/O，使用DMA
表9-7 IEEE-1284并口模式
并口模式方向传输率
半字节（4位）只输入50KB/秒
字节（8位）只输入150KB/秒
兼容只输出150KB/秒
EPP（增强型并口）输入/输出500KB-2MB/秒
ECP（扩充能力端口）输入/输出500KB-2MB/秒
高速并口（例如，EPP和ECP类型的并口）经常被用来支持诸如ZIP驱动器、CD-ROM驱动器、扫描仪、磁带机，甚至硬盘等外设。通过使用EPP或ECP模式可以获得高达2MB/秒的通信速率。这样就可以支持相对高速的设备，就如同该设备被连接到系统内部的总线上一样。
并口的设置
对并口的设置没有设置串口时那样复杂。即使最早的IBM PC的BIOS都能支持3个LPT端口。表9-8显示了并口所使用的标准I/O地址和中断设置。
表9-8 并行接口的I/O口地址及中断
标准的LPTx 可选的LPTx I/O端口IRQ
LPT1 - 3BC-3BFh IRQ7
LPT1 LPT2 378-37Ah IRQ5
LPT2 LPT3 278h-27Ah IRQ5 因为BIOS和DOS都总是为并口提供了3个定义（definition），因此导致在老的计算机系统中不断产生问题。然而，问题可能源于没有适用于ISA/PCI总线系统的中断驱动
（interrupt-driven）端口。通常，对于打印操作来说中断驱动端口并不是绝对必需的。实际上，许多程序都没有使用中断驱动功能。然而，许多程序又确实使用了中断，例如网络打印程序和其他类型的后台或假脱机类型的打印机程序。
同时，高速激光打印机的应用程序经常使用中断功能来为打印作准备。如果在没有中断驱动的端口使用了这些类型的应用程序，那么打印机在工作时可以看到打印过程慢得象在爬行一样。惟一的解决方法是使用有中断驱动的端口。MS-DOS和Windows 9x/Me/2000现在支持多达128个并口。
如果要在ISA/PCI总线系统中设置并口，那么一般可以通过使用BIOS设置程序来设置集成在主板上的端口，对于卡式适配器上的端口则可以通过设置跳线和拨位开关来设置。因为市场上的每种板卡均不相同，所以如果想知道板卡需要被如何设置，可以查询具体板卡的OEM 手册。
连接系统与并口
IBM PC最初的设计者们设想并口将只被用于与打印机的通信。在随后的这些年中，能够使用并口的设备的数量迅猛增加。现在人们可以发现，从磁带机到LAN适配器，再到CD-ROM
和扫描仪，这些设备都可通过并口来连接。这些设备中的多数也可以通过USB端口与系统连接，有的设备这两种连接方式都支持，因而具有极大的灵活性。
也许双向并口最常见的用途是在用户的计算机系统与另一个系统（例如，便携式计算机）之间传送数据。如果传送数据的两个系统都使用了EPP/ECP端口，那么实际上就能够以高达2MB/秒的速率进行通信，这比串口或红外口的数据传输速率要快得多。许多商用程序也支持并口文件传输，包括https://www.doczj.com/doc/7f3509037.html,的LapLink、SmithMicro的Checklt Fast Move以及Symantec的PC Anywhere等等。MS-DOS 6.x、Window 9x/Me/2000也内嵌了对并口文件传输的支持。
在Windows 95及其更新版本中都包含有一个名为DCC（直接电缆连接）的程序，该程序可以支持两台计算机通过空调制解调器/Laplink电缆来实现连网。Windows 2000称该特性为直接并口连接（DirectParallel Connection）不过这与Windows 9x/Me中的DCC软件保持兼容。关于如何创建DCC连接的方法，可以参考Windows文本中的信息。Parallel Technologies已经与Microsoft公司签定了生产连接这些系统的特殊DCC电缆的合同。Parallel公司有一种特殊类型的电缆，该电缆使用有效的电子技术来确保可靠的高速互连。
并口的测试
在大多数情况下，对并口的测试比对串口的测试简单得多。测试的过程实际上与测试串口的过程相同，只要在使用诊断软件时，选择并口而不是串口即可。
尽管软件测试是类似的，但硬件测试却需要专门用于并口回送测试的插头。根据使用的软件不同，应该选择不同的回送插头。多数软件使用IBM类型的回送测试，也有一些使用最早由Norton Utilities诊断程序使用的类型。
用户可以购买回送插头，也可以自己制作。
USB和IEEE-1394（i.Link或FireWire）
高性能外部总线设计趋势是使用串行结构，这样可以通过1根导线一次发送1位数据。而并行结构则同时使用8根、16根或更多的导线来发送数据位。在相同的时钟速度下，并行总线要快得多。但是，提高串行连接的时钟速度却要比提高并行连接的时钟速度要容易得多。
并行连接面临最大的问题是信号的不同步和振动。使用串行总线可以一次发送1比特数据。由于无需担心每一位数据的到达时间，因而可以不断地提高时钟频率。例如，EPP/ECP 并口的最大传输速率为2MBps，而IEEE-1394端口（使用高速串行技术）支持的传输速率高达400Mbps（约50MBps），这比并口速率快25倍。USB 2.0支持的传输速率可以为480Mbps（约60MBps）。
在高时钟频率下，并行信号将相互干扰。因为只有1根或2根信号线，所以串行传输又具有一个优势，那就是可以忽略电缆导线之间的串扰和干扰。
USB
USB（通用串行总线）是一种外部设备总线标准，它的设计为PC的外部连接设备带来了即插即用功能。USB的出现不再需要专用的端口，也减少了专用I/O卡的使用（从而也减少了因添加新卡而重新配置系统的需要），大大节省了像IRQ这样重要的系统资源，所有连接到USB端口上的设备只需要1个IRQ即可。带有USB的PC可以支持对外设的自动识别与设置，只需将外设在物理上连接到PC即可，而不需要重新启动或运行安装程序。USB在同一台计算机上最多可以同时支持127台设备的运行，并且还支持将外设（例如，显示器和键盘）作为插入的点，或者说是插孔。USB的电缆、连接器、集线器以及外围设备能够用下图表示。
这个标志用来表示USB的电缆、连接器、集线器和外部设备
USB技术
USB 1.1版被定义为通过简单的4线连接以12Mbit/秒（1.5MB/秒）的速率运行。该总线支持多达127台设备并且使用了级联-星形的拓扑结构，该结构由PC内的扩展集线器、所有的USB 外设，甚至是独立的集线器盒所构成。注意，虽然标准允许连接多达127台设备，但是所有的设备只能共享1.5MB/秒的带宽，这就意味着每增加一台活动的设备，总线就将慢一些。在实际的使用中，很少有人会在任何时刻都连上8台以上的设备。
USB设备被分为集线器和功能设备，或两者的结合。集线器提供了对USB的额外连接点，支持连接外加的集线器或者功能设备。功能设备是连接到USB上的单独设备，例如键盘、鼠标、照相机、打印机、电话等。在PC设备系统中的初始端口被称为根集线器，它们是USB的起点。大多数主板带有2个、3个或4个USB端口，每个端口都能连接功能设备或者附加的集线器。
集线器在本质上就是连线的集中器，在星形拓扑结构中，集线器可以连接多台设备。为了保证更大的扩充性，可以将附加的集线器连接到现有集线器的端口上。
典型的4口USB集线器
除了为连接USB外设提供附加的插座，集线器还为连接的所有外设提供电源。为了操作更可靠一些，建议用户使用自带电源的集线器，并将其插入到一个AC适配器中。总线电源驱动（Bus-powered）的集线器从PC的USB根集线器连接器处获得电源，因而不能向耗电量大的设备（如光鼠标）提供充足的电源。
新连接上的集线器都被分配给一个惟一的地址，集线器最多可以进行5层的级联（参见下图）。
典型的带有USB设备的PC可以使用多个集线器来支持多种
不同的外设，这些外设可以连接到最方便操作的集线器上在两台全速（12Mbit/秒）的设备之间或者在设备与集线器之间，如果使用20规格的双绞线屏蔽电缆，那么最大的电缆长度是5米。如果在低速（1.5Mbit/秒）设备之间使用非双绞线，那么最大的电缆长度是3米。如果用更小规格的导线，那么极限长度将更短（请参见表9-9）。
表9-9 最大电缆长度与导线规格对比情况
规格电阻（欧姆/米Ω/m）长度（最大）
28 0.232 0.81m
26 0.145 1.31m
24 0.091 2.08m
22 0.057 3.33m
20 0.036 5.00m
USB 2.0比USB 1.1要快40倍，可以支持的传输速率达480Mbit/sec或60MB/sec。
USB连接器
USB规定了两种不同的连接器，称为A系列和B系列。A系列连接器是为那些电缆要永久连接的设备设计的，例如集线器、键盘和鼠标。大多数主板上的USB端口通常也是A系列连接器。B系列连接器是为需要可分离电缆的设备设计的，例如打印机、扫描仪、调制解调器、电话和扬声器。与一般的串行或并行电缆不同，实际的USB插头比较小，而且该插头没有用螺丝钉或者翼形螺钉来连接。由于没有弯曲或折断的引脚，装卸USB设备非常容易。USB插头（下图所示）可迅速插入USB连接器。表9-10显示了USB 4线连接器的引脚接线及电缆的信息。多数带有USB连接器的系统后部都有一对B系列连接器，有些系统的前部也有一两个连接器，可用于数码相机、读卡机、键盘和鼠标等设备。
A系列和B系列的USB插头和插座
表9-10 USB连接器引脚接线
引脚信号名称导线颜色注释
1 VCC 红电缆电源
2 -数据白数据传送
3 +数据绿数据传送
4 地黑电缆接地
外壳屏蔽- 排扰线USB符合Intel的即插即用（PnP）规范，其中就包括热插拔，这意味着不需要关机或重新
起动计算机就可以动态地插接设备。只需要将设备连接上，PC中的USB控制器将检测到该设
备；并自动地决定和分配所需的资源和驱动程序。Microsoft开发出了USB的驱动程序，并且将这些驱动程序自动地包括在Windows95C/98/Me/2000中。
注意，Windows 95B版或者其后续版本都支持USB，但是在最初的Windows 95或Windows 95A中没有包含必需的驱动程序。注意，许多USB设备在Windows 95的任意版本下都无法正常工作（包括声称支持USB的版本）。Windows 98中包含了对USB的完整支持，在Windows 2000/Me中也是如此。虽然Windows 95稍后的版本——Windows 95C——包含了对USB的支持，但是在Windows95B时，并没有将USB的驱动程序自动地包括在内，这些驱动程序是单独提供的。此外也要求BIOS可以支持USB。这些BIOS的升级信息被包括在内部有USB端口的新计算机系统中。
USB总线可以给所有连接的设备提供电源。在使用便携式笔记本电脑时，电池电力是有限的，要避免连接的USB设备消耗光所有的电源，可以使用自我供电的插头。
启用USB支持
如果USB支持是在系统BIOS中禁用的，需要重启系统并进入BIOS设置程序，启用USB特性；如果还有一个单独的USB IRQ条目，也启用它。重新启动机器以后，如果用户使用的是Windows 98以后的操作系统，系统就会检测到新的USB根集线器，并安装相应的驱动程序；如果用户在Windows 95 0SR 2下，可能需要手动安装驱动程序。
USB2.0
USB 2.0是USB 1.1规范的向后兼容的扩展，它只是比最初的1.0和1.1版运行快40倍，而使用的电缆、连接器和软件接口都相同。更高的速率可以支持外连更高性能的外设，例如视频会议摄像机、扫描仪、打印机和存储设备，而且使用与当前USB外设相同的简易即插即用安装模式。从终端用户的观点来看，USB 2.0的工作状态与1.1版完全一致，只是运行得快一些，更有意思一些，而且可以支持更高性能的设备。由于USB 2.0支持所有的低速连接，因此所有现有的USB 1.1设备都可以在USB 2.0总线上工作。USB的信息率如表9-11所示。
表9-11 USB信息率
接口兆位每秒兆字节每秒
USB1.1低速 1.5Mbps 0.1875MBps
USB 1.1高速12Mbps 1.5MBps
USB 2.0 480Mbps 60MBps
支持高速USB 2.0的外设需要使用USB 2.0的集线器。在USB 2.0总线上仍能使用老的USB 1.1集线器但是所有连接到USB 1.1集线器下游的外设和附加的集线器都只能以较慢的USB 1.1的最大速率1.5MB/秒来运行。连接到USB 2.0集线器的设备能够以该设备的最大速率来运行，最高可以达到USB 2.0的全速60MB/秒。如果外设不支持更高的传输率，那么将由设备相互协商确定经由USB 2.0集线器的更高的传输率，而它们之间的连接将以较低的USB1.1速率来进行操作。
如何判别哪些设备支持USB 1.1，哪些设备支持USB 2.0呢?控制USB标准的USB实现者论坛（USB-IF）于2000年年底发布了新的产品标签，该标签已经通过验证测试，如下图所示。
USB-IF符合USB1.1的新标签（左）和USB－IF符合USB2.0的新标签（右）
从上图可以看出，USB1.1就可以简单地称为“USB”，而USB 2.0可以称为“高速USB"。
IEEE-1394
IEEE-1394（简称1394）是由IEEE标准委员会于1995年下半年发布的。它是今天音频和视频多媒体设备的大容量数据移动需要的产物。1394的主要优点是速度快、其数据传输速率高达400Mbit/sec。
1394技术细节
当前在IEEE-1394标准中存在着3种不同的信号发送速率——100-、200-、400Mbit/秒（12.5-、25-、50MB/秒）。即使当前设备通常仅以100Mbit/秒的速率运行，但是大多数PC 适配卡可以支持200Mbit/秒的速率。通过采用菊花链或树状的连接方式，一个单独的
IEEE-1394适配卡上最多可以连接63台设备。与USB设备不同，1394设备可以不使用集线器进行菊花链连接，不过对于可以进行热交换（hot-swapped）的设备来说，一般推荐使用集线器。IEEE-1394设备的电缆使用的是源自任天堂GameBoy游戏机的连接器，该电缆由6根导线组成：4根导线传送数据，2根导线传导电源。其主板上的接口不是由专用的IEEE-1394接口构成，就是由PCI适配卡构成。下图中显示了1394标准的电缆、插座和连接器。
IEEE-1394端口、6针电缆和4针电缆
1394使用的是简单的6线电缆，其中有2对不同的时钟和数据线，再加2根电源线。上
图所示的四线电缆与DV摄像机等自供电设备一起使用。与USB一样，1394支持完全的即插
即用，并且具有热插拔（插上和拔除部件时不用断电）功能。与复杂得多的并行SCSI总线不同，1394不需要复杂的终端，总线上连接的设备可以从总线获取多达1.5安培的电能。与超
宽（ultra-wide） SCSI相比较而言，1394提供了相等或更好的性能，而且费用要低得多，
连接也更简单。
可以经由1394连接到PC的设备的类型包括所有形式的磁盘驱动器（包括硬盘、光盘驱
动器、软盘驱动器、只读光盘存储器和DVD-ROM驱动器）。同样，在数字照相机、磁带机和其
他许多高速外设等功能部件上也集成了1394标准的接口。人们期望在台式计算机和便携式计
算机中都采用1394总线，以替代其他的外部高速总线，例如SCSI。
Microsoft在Windows9x/Me/2000和WindowsNT中开发了支持1394的驱动程序，在Windows XP中也有对其的支持。符合1394标准的最通用的设备主要是便携式摄像机和带数
字视频（DV）功能的录像机。索尼是第一批推出了该设备的厂商，它的产品使用的 1394名
称是i.Link。不过，按索尼采用的特有样式，它的产品带有独特的4线连接器，该适配器需
要一块与IEEE-1394的PC卡一起使用的适配卡，索尼公司甚至没有将其称为IEEE 1394或FireWire，而是创建了自己的命名（i.Link）来取而代之。
IEEE-1394a和USB 1.1/2.0的比较
由于USB和1394在形式和功能上的类似性，人们容易对这两种技术产生混淆。表9-12
总结了这两种技术的区别。
表9-12 IEEE-1394a和USB的对比
IEEE-1394a（也称为
USB 1.1 USB 2.0
i.Link、FireWire）
PC主机要求不是是
最大设备数63 127 127
热交换
可可可
（hot-swappable）
4.5米5米5米
设备间的最大电缆长
度
传输率200Mbps（25MB/秒）12Mbps（1.5MB/秒）480Mbps（60MB/秒）
被提议的未来传输率400Mbps（50MB/秒）无无
800Mbps（100MB/秒）
1Gbps+（125MB/秒＋）
典型设备-DV便携式摄像机-键盘除全部USB1.1设备外还
有：
-鼠标-DV便携式摄像机
-高分辨率数字照相
机
-HDTV -游戏杆-高分辨率数字照相机
-HDTV
-机顶盒-低分辨率数字照相
机
-高速驱动器-低速驱动器-机顶盒
-高分辨率扫描仪-调制解调器-高速驱动器
-电子乐器-打印机-高分辨率扫描仪
-低分辨率扫描仪
主要的区别在于普及性、PC中心性（centricity）或非PC中心性以及速率。USB是到目前
为止最通用的外部接口，使得所有其他接口比较而言是黯然失色。
目前联想多数笔记本都提供了USB 2.0接口，及1394接口。
即使USB的普及占据了压倒优势，但是1394仍然有一定的市场。USB要求将PC作为主机，而1394的一个重要的好处就是不要求连接PC主机。同样地，1394可以被用来直接将数字视频（DV）便携式摄像机连接到DV-VCR进行磁带复制或编辑。这就是1394能够在数字视频领域仍然通用，甚至超过USB 2.0的原因。
速率总是一个不断变化的参数。1394提供的数据传输率比USB 1.1的传输率快16倍以上，但是比USB 2.0的一半还小得多。随着1394更高速率版本的登台，速率的差异在将来又会改变。USB 1.1明显是为低速外设（例如键盘、鼠标、调制解调器和打印机）设计的，而USB 2.0可以被用来连接最高速的外设。1394主要将被用来连接高性能数字视频的电子产品和宽带计算机产品。
“微机系统原理与接口技术”第九章习题解答（部分） 1. 什么是并行接口和串行接口？它们各有什么作用？ 答：并行接口是指接口与外设之间按字长传送数据的接口，即4位、8位或16位二进制位同时传送；而串行接口是指接口与外设之间依时间先后逐位传送数据的接口，即一个时刻只传送一个二进制位。 并行接口传送速度较快，但在远距离传送数据时成本高，损耗大，且平行数据线之间干扰大，所以并行接口一般适用于近距离的高速传送，而串行接口则适用于远距离传送。 2. 试画出8255A与8086CPU连接图，并说明8255A的A0、A1地址线与8086CPU的A1、A2地址线连接的原因。 答：8255A与8086CPU的连线图如下图所示： 题9-2图 8086系统有16根数据线，而8255只有8根数据线，为了软件读写方便，一般将8255的8条数据线与8086的低8位数据线相连。8086在进行数据传送时总是将总线低8位对应偶地址端口，因此8086CPU要求8255的4个端口地址必须为偶地址，即8086在寻址8255时A0脚必须为低。实际使用时，我们总是将8255的A0、A1脚分别接8086的A1、A2脚，而将8086的A0脚空出不接，并使8086访问8255时总是使用偶地址。 4. 简述8255A工作在方式1时，A组端口和B组端口工作在不同状态（输入或输出）时，C端口各位的作用。 答：8255A 的A、B口工作在方式1时，C端口各位的使用情况如下表所示：
注：带*的各中断允许信号由C口内部置位／复位操作设置，非引脚电平。 5. 用8255A控制12位A/D转换器，电路连接如下图所示。设B口工作于方式1输入，C 口上半部输入，A口工作于方式0输入。试编写8255A的初始化程序段和中断服务程序（注：CPU采用中断方式从8255A中读取转换后的数据）。 题9-5图 答：设8255的A、B、C及控制端口的地址分别为PORTA、POA TB、PORTC和PCON，则一种可能的程序段实现如下： 主程序：; 初始化8255A …… MOV AL, 10011110B ; 设置8255A的工作方式控制字 OUT PCON, AL MOV AL, 00000101B ; 设置C口置位/复位控制字，使INTEA（PC2）为 OUT PCON, AL ; 高电平，允许B口中断 MOV AL, 00000010B ; 设置C口置位/复位控制字，使PC1（IBF B）输出 OUT PCON, AL ; 低电平，启动第一次A/D转换 …… 中断服务程序：; 取数，并自动启动下一次A/D转换 …… MOV AL, 00000011B ; PC1（IBF B）输出高电平，停止A/D转换 OUT PCON, AL IN AL, PORTC ; 先取高4位转换值 MOV AH, AL MOV CL, 4 SHR AH, CL ; 将高4位转换值放到AH的低端 IN AL, PORTB ; 取低8位转换值放到AL中 MOV AL, 00000010B ; PC1（IBF B）输出低电平，再次启动A/D转换 OUT PCON, AL …… IRET 6. 用8255A作为CPU与打印机接口，8255的A口工作于方式0，输出；C口工作于方式0。8255A与打印机及CPU的连线如下图所示。试编写一程序，用查询方式将100个数据送打印机打印（8255A的端口地址及100个数据的存放地址自行设定）。
练习与思考题10 1.串行数据传送的主要优点和作用是什么？ 答：串行数据传送的主要优点是硬件接口简单，接口端口少（2个）。主要用于微机之间或微机与外设之间的数据通信。 2.单工、半双工、全双工通信有什么异同？ 答：相同之处在于都是串行通信； 单工方式：数据仅按一个固定方向传送。 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行。 全双工方式：允许通信双方同时进行数据双向传送。。 3.假定串行口串行发送的字符格式为1个起始位，8个数据位，1个奇校验位，1个停止位， 请画出传送字符“F”的帧格式。 起始位0 1 1 0 0 0 1 0 校验位0 停止位 4.若异步通信接口按方式3传送，已知其每分钟传送3600个字符，其波特率是多少？ 答：已知每分钟传送3600个字符，方式3每个字符11位，则： 波特率=（11b/字符）×（3600字符/60s）=660b/s 5.AT89S51单片机的串行口由哪些功能部件组成？各有什么作用？ 答：AT89S51单片机的串行接口由发送缓冲器SBUF，接收缓冲器SBUF、输入移位寄存器、串行接口控制器SCON、定时器T1构成的波特率发生器等部件组成。 由发送缓冲期SBUF发送数据，接收缓冲期SBUF接收数据。串行接口通信的工作方式选择、接收和发送控制及状态等均由串行接口控制寄存器SCON控制和指示。定时器T1产生串行通信所需的波特率。 6.AT89S51单片机串行口有几种工作方式？有几种帧格式？各种工作方式的波特率如何 确定？ 答：串行口有4种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3； 有3种帧格式，方式2和3具有相同的帧格式； 方式0的发送和接收都以fosc/12为固定波特率， 方式1的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率 方式2的波特率=2SMOD/64×fosc 方式3的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率 7.为什么MCS-51串行口的方式0帧格式没有起始位（0）和停止位（1）？ 解答：串行口的方式0为同步移位寄存器输入输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口，一般不用于两个MCS-51之间的串行通信。该方式以fosc/12的固定波特率从低为位到高位发送或接受数据。 8.AT89S51中SCON的SM2，TB8，RB8有何作用？ 答：A T89S51中SCON的SM2是多机通信控制位，主要用于方式2和方式3.若置SM2=1，则允许多机通信。 TB8是发送数据的第9位，在方式2或方式3中，根据发送数据的需要由软件置位
第7章 并行接口 一、单项选择题 1.8255A 既可作数据输入、出端口，又可提供控制信息、状态信息的端口是( C )。 (A)B 口 (B)A 口 (C)A 、B 、C 三端口均可以 (D)C 口 2.8255A 的方式选择控制字为80H ，其含义是( D )。 (A)A 、B 、C 口全为输入 (B)A 口为输出，其他为输入 (C)A 、B 为方式0 (D)A 、B 、C 口均为方式0，输出 3.8255A 引脚信号W R -----=0,C S ----- =0,A1=1,A0=1时，表示（ B ）。 (A)CPU 向数据口写数据 (B)CPU 向控制口送控制字 (C)CPU 读8255A 控制口 (D)无效操作 4．一微机化仪器采用8255A 芯片作数据传送接口，并规定使用接口地址的最低两位作芯片内部寻址，已知芯片的A 口地址为0F4H ，则当CPU 执行输出指令访问0F7H 端口时，其操作为（ C ）。 (A) 数据从端口C 送数据总线 (B) 数据从数据总线送端口C (C) 控制字送控制字寄存器 (D) 数据从数据总线送端口B 5．当8255A 的端口A 、端口B 均工作在方式0的输入方式时，端口C 可以作为（ A ）用。 (A)两个4位I/O 端口或1个8位I/O 端口 (B) 状态端口 (C)部分引脚作端口A 、端口B 的联络信号 (D)全部作联络信号 6．当并行接口芯片8255A 被设定为方式2时，其工作的I/O 口（ A ）。 (A)既能作输入口、也能作输出口使用 (B) 仅能作输入口使用 (C)仅能作不带控制信号的输入口或输出口使用 (D) 仅能作输出口使用 7．intel 公司生产的用于数据并行传送的可编程接口芯片是（ D ）。 (A)8218 (B)8251 (C)8253 (D)8255 8．一片1ntel8255A 需占用（ B ）个端口地址。 （A ）2 （B ）4 （C ）6 （D ）8 9．8255的A 口中断输出时，应将A 口工作方式初始化为（ B ）才能满足。 （A ）方式0 （B ）方式1 （C ）方式2 （D ）不初始化 10．8255A 接口芯片的端口A 有( B )种工作方式。
9.4写出下列两种情况下8,}55A的工作方式控制字(包括I/O方式控制字和必要的按位置位/复位控制字)。 (1) 8255A用做键盘和终端地址接口，如图9 ..4所示。. (2)8255A用做基本软盘接日，如图9.5所示。 解:(1)由图9.4可知:A口工作在方式1输人，采用中断读键盘，C口的PC4 , PC5为A口方式1输人提供固定的握手联络信号，而PC6,PC7用于输出“LT忙”和“测试LT"，所以C口高4位工作在方式。输出，B口用于输人终端地址，所以B口应工作在方式。输人。由此分析可知，8255A的初始化包括设置工作方式和开中断操作，其控制字为: 工作方式控制字:1011001 x B 按位置位/复位控制字(开放中断INTEA=1，即PC4置位):00001001B (2) A口工作在方式2中断方式输人/输出，B口和C口低4位工作在方式0输出，所以8255A的初始化也包括设置工作方式和开中断操作，其控制字为: 工作方式控制字:11 x x x 000B 开放输人中断按位置位/复位控制字，即PC4置位:0000l001B 开放输出中断按位置位/复位控制字，即PC6置位:00001101B 9.5设8255A的端口A,B,C和控制寄存器的地址为F4H,F5H,F6H,F7H，要使A口工作于方式0输出，B口工作于方式1输人.C口上半部输人，下半部输出，且要求初始化时使PC6=0.试设计82SSA与PC系列机的接A电路，并编写初始化程序。 解:82SSA与FC系列机的接口电路如图9.5所示。初始化程序如下:· MO V A L , 10001110F3 ;方式字 OUT 0F7H, AL MOV AL,00000110B ;PC6=0 OUT 0F7H, AL MOV AL,00000101 ;开中断 OUT 0F7H,AL 9.6在PC系列微机系统中，用8255A做某快速启停电容式纸带机接口的硬件连接如图9.7
第九章复习思考题 1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口？ 输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。 2. 简述输入输出接口的作用。 I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。 3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？ 在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。 在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。 条件控制方式也称为查询方式。CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。 在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。传输完数据后，返回原来的程序继续执行。 直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。 4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。 图9.1题3接口电路原理图
第十一章串行通信与串行接口8251A 1．试从广义角度概括接口有哪些功能？ 答：寻址、输入输出、数据转换、联络、中断管理、复位、可编程，及错误检测等八种功能。 2．设异步通信时标准数据格式中的8个字符位为10101110，若采用偶校验设置，则奇偶校验位应为几？ 答：应为1。 因为偶校验要保证信息中（包括校验位）1的个数为偶数。 3．什么是覆盖错误？接口部件如何反映这种错误？ 答：是指输入缓冲寄存器或输出缓冲寄存器中的数据在被CPU或外设取走之前，又被新到数据所覆盖而产生的错误。 在产生覆盖错误时，接口会通过在状态寄存器中设置相应的状态位来反映。4．从结构上看，可以把一个接口分为几部分？分别具有什么特点？ 答：分为两部分。 (1) 第一部分用来与I/O设备相连。这部分的接口结构是和I/O设备的传输要求及数据格式有关的，所以，各接口之间互不相同。 (2) 第二部分用来与系统总线相连。由于各接口都要连在同一总线上，因此，所有接口的这部分结构都非常类似。 5．在实际使用时，为什么对串口中的四个内部寄存器一般使用1位低位地址来寻址？答：因为， 四个内部寄存器中有2个可读寄存器，为一组，另2个可写寄存器为一组。即控制寄存器和数据输出寄存器是只写的，状态寄存器和数据输入寄存器是只读的，所以，可以先用读、写信号来区分两组寄存器，再用1位低位地址就可区分一组中的两个寄存器了。 47
6．异步通信方式的特点是什么？适合应用在什么场合？ 答：采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以，每个字符的前后都要用一些数位来作为分隔位。 适于传输在不固定的时间间隔处出现字符所构成的信息流。 7．什么是波特率因子？ 答：在用异步方式进行通信时，发送端需要用发送时钟来决定每一位对应的时间长度，接收端需要用接收时钟来测定每一个位的时间长度。发送时钟和接收时钟的频率可以是位传输率（波特率）的16倍、32倍、64倍，这个倍数称为波特率因子。 8．设在异步通信时，每个字符对应1个起始位，7个信息位，1个奇偶校验位，1个停止位，波特率为9600bps，则每秒钟能传输的最大字符数是多少？ 答：因为， 1+7+1+1=10（位）， 所以， 每秒钟能传输的最大字符数为9600/10=960（个）。 9．在8251A的编程结构中，有几个可读写的端口？给它们分配了几个端口地址？为什么？ 答：共有7个可读写端口。 给它们分配了2个端口地址。其中，偶地址对应数据输入寄存器和数据输出寄存器；奇地址对应其他寄存器（模式寄存器，2个同步字符寄存器，控制寄存器，状态寄存器）。在这7个端口中，只读端口有2个（一个状态寄存器，一个数据输入寄存器），只写端口有5个（一个模式寄存器，一个控制寄存器，二个同步字符寄存器，一个数据输出寄存器）。 因为根据读写控制信号，再加上8251A的初始化流程按次序写入的约定是可以做到使用2个端口地址将7个端口区分开。 48
习题1 1.什么是汇编语言，汇编程序，和机器语言？ 答：机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。 汇编语言是面向及其的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符代替操作码，用地址符号或标号代替地址码。这种用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言编程了汇编语言。 使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序。 2.微型计算机系统有哪些特点？具有这些特点的根本原因是什么？ 答：微型计算机的特点：功能强，可靠性高，价格低廉，适应性强、系统设计灵活，周期短、见效快，体积小、重量轻、耗电省，维护方便。 这些特点是由于微型计算机广泛采用了集成度相当高的器件和部件，建立在微细加工工艺基础之上。 3.微型计算机系统由哪些功能部件组成？试说明“存储程序控制”的概念。 答：微型计算机系统的硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。 “存储程序控制”的概念可简要地概括为以下几点： ①计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器和输入/输出设备五大基本部件组成。 ②在计算机内部采用二进制来表示程序和数据。 ③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，使计算机在不需要人工干预的情况下，自动、高速的从存储器中取出指令加以执行，这就是存储程序的基本含义。 ④五大部件以运算器为中心进行组织。 4.请说明微型计算机系统的工作过程。 答：微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存
放的第1个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令规定的相关操作。如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能。 5.试说明微处理器字长的意义。 答：微型机的字长是指由微处理器内部一次可以并行处理二进制代码的位数。它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数，反映了一台计算机的计算精度，直接影响着机器的硬件规模和造价。计算机的字长越大，其性能越优越。在完成同样精度的运算时，字长较长的微处理器比字长较短的微处理器运算速度快。 6.微机系统中采用的总线结构有几种类型？各有什么特点？ 答：微机主板常用总线有系统总线、I/O总线、ISA总线、IPCI总线、AGP总线、IEEE1394总线、USB总线等类型。 7.将下列十进制数转换成二进制数、八进制数、十六进制数。 ①（4.75）10=（0100.11）2=（4.6）8=（4.C）16 ②（2.25）10=（10.01）2=（2.2）8=（2.8）16 ③（1.875）10=（1.111）2=（1.7）8=（1.E）16 8.将下列二进制数转换成十进制数。 ①（1011.011）2=（11.6）10 ②（1101.01011）2=（13.58）10 ③（111.001）2=（7.2）10 9.将下列十进制数转换成8421BCD码。 ① 2006=（0010 0000 0000 0110）BCD ② 123.456=（0001 0010 0011.0100 0101 0110）BCD 10.求下列带符号十进制数的8位基2码补码。 ① [+127]补= 01111111
第九章：I/O接口 一、选择题 1、通常外设接口中，往往有（数据、控制、状态）端口才能满足和协调外设工作要求。 2、独立I／O端口编址方式中，端口地址范围是（0000H—FFFFH）。 3、Intel 8086采用独立编址时选取存储空间和I／O空间的控制信号是（M／IO）。 4、微处理器只启动外设而不干预传送过程的传送方式是(DMA)方式。 5、微处理器与外设传送数据过程中，只由硬件完成而不需要软件支持的传送方式是（DMA）。 6、微处理器从启动外设直到外设就绪的时间间隔内；一直执行主程序，直到外设要求服务时才中止。此种传送方式是（中断）方式 7、8086/8088进行DMA传送数据时是采用（CPU 停机）基本方法。 8、8086微处理器可寻址访问的最大I／O空间为（ 64KB ）。 9、采用条件传送方式时，必须要有（状态端口）。 10、传送数据时,占用CPU时间最长的传送方式是（查询）。 二、填空题 1、由于目前外设接口电路多样性，所以外设接口要比存储器接口复杂。 2、通常接口中各种信息以数据形式，通过微处理器的数据总线同微处理器交换信息。 3、微处理器与外设之间的信息传送可以说是对端口进行读／写操作。
4、实质上，微处理器对外设的访问就是对外设的接口中的端口访问。 5、I/O端口编址方式有独立编址方式和存储器映像方式两种。 6、Intel 8086／8088是采用独立编址编址方式，访问内存储器和I/O 端口具有两个独立空间。 7、微型计算机系统中数据传送的控制方式有程序控制和DMA方式。 8、条件传送方式是微处理器与外设同步工作，查询传送方式是微处理器与外异步工作。 9、外围设备种类繁多，但是工作速度比微处理器慢得多。 10、对于输人设备而言，接口电路除信息变换外还可以起到_缓冲等作用。 11、有的端口能存放外围设备或者端口本身状态信息，称为状态端口。 12、有的端口用来存放微处理器发来的命令，以便控制接口和外部设备的操作，这种端口称为控制端口。 三、判断题 1、接口即是端口。(×)接口内部包含有端口。 2、在一个外设端口中，往往需要有几个接口才能满足和协调外设工作的要求。 (×)在一个外设接口中，…··端口才能…·· 3、MCS—5l等系列单片机采用存储器映像的I/O编址方式。(√) 4、lntel 80 X 86系列采用独立编址方式。 (√) 5、无条件传送方式即为同步传送方式。(√) 6、查询传送方式即是异步传送方式。(√)
单片微机原理及应用徐春辉第10章习题答案51系列单片机的串行通信习题与思考题答案
练习与思考题10 1.串行数据传送的主要优点和作用是什么？ 答：串行数据传送的主要优点是硬件接口简单，接口端口少（2个）。主要用于微机之间或微机与外设之间的数据通信。 2.单工、半双工、全双工通信有什么异同？ 答：相同之处在于都是串行通信； 单工方式：数据仅按一个固定方向传送。 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行。 全双工方式：允许通信双方同时进行数据双向传送。。 3.假定串行口串行发送的字符格式为1个起始位，8个数据位，1个奇校验 位，1个停止位，请画出传送字符“F”的帧格式。 起始位0 1 1 0 0 0 1 0 校验位0 停止位 4.若异步通信接口按方式3传送，已知其每分钟传送3600个字符，其波特率 是多少？ 答：已知每分钟传送3600个字符，方式3每个字符11位，则： 波特率=（11b/字符）×（3600字符/60s）=660b/s 5.AT89S51单片机的串行口由哪些功能部件组成？各有什么作用？
答：AT89S51单片机的串行接口由发送缓冲器SBUF，接收缓冲器SBUF、输入移位寄存器、串行接口控制器SCON、定时器T1构成的波特率发生器等部件组成。 由发送缓冲期SBUF发送数据，接收缓冲期SBUF接收数据。串行接口通信的工作方式选择、接收和发送控制及状态等均由串行接口控制寄存器SCON控制和指示。定时器T1产生串行通信所需的波特率。 6.AT89S51单片机串行口有几种工作方式？有几种帧格式？各种工作方式的波 特率如何确定？ 答：串行口有4种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3； 有3种帧格式，方式2和3具有相同的帧格式； 方式0的发送和接收都以fosc/12为固定波特率， 方式1的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率 方式2的波特率=2SMOD/64×fosc 方式3的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率 7.为什么MCS-51串行口的方式0帧格式没有起始位（0）和停止位（1）？ 解答：串行口的方式0为同步移位寄存器输入输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口，一般不用于两个MCS-51之间的串行通信。该方式以fosc/12的固定波特率从低为位到高位发送或接受数据。 8.AT89S51中SCON的SM2，TB8，RB8有何作用？ 答：AT89S51中SCON的SM2是多机通信控制位，主要用于方式2和方式 3.若置SM2=1，则允许多机通信。
第九章I/O接口 输入输出端口简介 串行端口 异步的串口是作为计算机到计算机的通信端口来设计的。异步意味着不存在同步的时钟信号，所以能够以任意时间间隔来发送字符。 串行是指发送一个字节字符的八位二进制位时是按顺序一位一位的发送了，而接收也是一位一位地接收，而不是八位同时传送。更形象地说，串行是数据通过一条单独的导线传送，并且当发送数据位时，每个数据位都按顺序被串接起来。串行传输的典型例子是我们日常生活中所用的电话系统，它在每个方向都提供了一条传送数据的导线。 串口的典型位置 计算机系统一般都有一个或两个串行端口，通常位于系统的后部。这些内置的串口可以通过主板上的Super I/O芯片控制，或通过South Bridge芯片控制。如果系统提供的串口数目不能满足需要，用户可以购买单口或多口串口卡。 串口可以连接多种设备，例如调制解调器、绘图仪、打印机、其他计算机、条形码阅读器、标尺（scale）和设备控制电路。 AT结构的9针串口连接器的规范说明 官方规范所建议的最大电缆长度为50英尺。其限制因素是电缆及接口输入电路的总负荷电容。最大电容值被指定为2500pF。有些特殊的低电容电缆实际上可以极大地增加电缆的最大长度，使之达到500英尺或更多。此外，线路驱动程序（放大器/中继器）还可以将电缆的长度扩展到更长。
表9-1、表9-2和表9-3中给出的是9针（AT结构）、25针、9转25针串行连接器引脚引出线的说明。 表9-1 9针（AT）串口连接器 引脚信号说明I/O 1 CD 载波检测输入 2 RD 接收数据输入 3 TD 发送数据输出 4 DTR 数据终端就绪输出 5 SG 信号地- 6 DSR 数据准备好输入 7 RTS 发送请求输出 8 CTS 消除发送输入 9 RI 振铃指示输入 表9-2 25针（PC、XT及PS/2）串口连接器 引脚信号说明I/O 1 - 机架接地- 2 TD 发送数据输出 3 RD 接收数据输入 4 RTS 发送请求输出 5 CTS 消除发送输入 6 DSR 数据准备好输入 7 SG 信号地- 8 CD 载波检测输入 9 - +发送当前循环返回输出 11 - -发送当前循环数据输出 18 - +接收当前循环数据输入 20 DTR 数据终端就绪输出 22 RI 振铃指示输入 25 - -接收当前循环返回输入
RS485串行通信接口电路的总体设计 在电参数仪的设计中，数据采集由单片机AT89C52负责，上位PC机主要负责通信（包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信），以及数据处理等工作。在工作中，单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。通常，主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远，近则几十米，远则上百米，并且数据传输通道环境比较恶劣，经常有大容量的电器（如电动机，电焊机等）启动或切断。为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC机，单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。 实际应用中，由于大多数普通PC机只有常用的RS232串行通信口，而不具备RS485通信接口。因此，为了实现RS485协议的串行通信，必须在PC机侧配置RS485/RS232转换器，或者购买适合PC机的RS485卡。这些附加设备的价格一般较贵，尤其是一些RS485卡具有自己独特的驱动程序，上位PC机的通信一般不能直接采用WINDOW95/98环境下有关串口的WIN32通信API函数，程序员还必须熟悉RS485卡的应用函数。为了避开采用RS485通信协议的上述问题，我们决定自制RS485/RS232转换器来实现单片机和PC机之间的通信。 单片机和PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图，如下图1所示。 从图1可看出，单片机的通信信号首先通过光隔，然后经过RS485接口芯片，将电平信号转换成电流环信号。经过长距离传输后，再通过另一个RS485接口芯片，将电流环信号转换成电平信号。 图1单片机与PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图(略) 该电平信号再经过光电隔离，最后由SR232接口芯片，将该电平信号转换成与PC机RS232端口相兼容的RS232电平。由于整个传输通道的两端均有光电隔离，故无论是PC机还是单片机都不会因数据传输线上可能遭受到的高压静电等的干扰而出现“死机”现象。 2接口电路的具体设计 2-1单片机侧RS485接口电路的设计 单片机侧RS485接口电路如图2所示。 AT89C52单片机的串行通信口P3 0（RXD）和P3 1（TXD）的电平符合TTL/CMOS标准（逻辑“0”的电平范围为0V～0.8V,逻辑“1”的电平为2 4V～VCC）,它们首先通过光电隔离器件6N137隔离，以保护单片机不受传输通道的干扰影响，其中T01和?T02是为了增加光隔输入端的驱动能力。光隔6N137的左侧电源与单片机相同，右侧必须采用另一组独立的＋5V电源，且两组电源不能供电。 图2单片机侧RS485接口电路
计算机接口技术随堂练习答案 第一章微机接口技术概述 1.1． 8086微处理器可寻址访问的最大I/O空间是（）。 A.1KB B.64KB C.640KB D.1MB 参考答案：B 2. 2.CPU的控制总线提供（）。 A.数据信号流 B.所有存储器和I/O设备的时序信号及控制信号 C.来自I/O设备和存储器的响应信号 D.前面B和C两项 参考答案：D 3. 3. CPU的数据总线提供（）。 A.数据信号流 B.所有存储器和I/O设备的时序信号及控制信号 C.来自I/O设备和存储器的响应信号 D.地址信号流 参考答案：A 4. 4. CPU的地址总线提供（）。 A.数据信号流 B.所有存储器和I/O设备的时序信号及控制信号 C.来自I/O设备和存储器的响应信号 D.地址信号流 参考答案：D 5. 5. CPU在执行OUT DX，AL指令时，CPU往控制总线上送出的有效信号是（）。 A. B C D. 参考答案：A 6. 6. CPU在执行OUT DX，AL指令时，CPU往地址总线上送出的有效信号是（）。 A.DX寄存器所存放的地址B AL寄存器所存放的数据 C D. 参考答案：A 7.7. CPU在执行OUT DX，AL指令时，CPU往数据总线上送出的有效信号是（）。 A.DX寄存器所存放的地址B AL寄存器所存放的数据 C D. 参考答案：B M/，DT/必须是（
11.11. 8086CPU在作总线操作时，遇到READY=L后可插入（）。 A.1个等待周期 B 等待周期个数由具体情况所定 C 2个等待周期 D. 3个等待周期 参考答案：B 12.12. 8086系统中，SP（）。 A.只能指向奇地址单元 B 只能指向偶地址单元 C最好指向偶地址单元 D. 最好指向奇地址单元 参考答案：B 13.13. 8086 系统配置在最大方式比最小方式增加的一片专用芯片是（）。 A.总线驱动器74LS245 B 总线锁存器74LS373 C 总线控制器8288 D. 中断控制器8259 参考答案：C 14.14. 8086/8088CPU读总线周期中，T1~T4期间一直保持有效的信号是（）。 A.M/ B C D. ALE 参考答案：A 15.15. 外总线（E-BUS）又称（）。 A.微机总线 B 通信总线 C 系统总线 D. 板级总线 参考答案：B 16.16．8086/8088CPU最大方式下，读写存储器控制信号是（）。 A.、B和M/ C 、 D. , 参考答案：D 17.17. 8086/8088CPU读写奇存储体1个字节时，，A0是（）。 A.1，0 B 0，1 C 0，0 D. 1，1 参考答案：B 18.18. 8086的读周期时序在（）时钟周期时，数据总线上有一段高阻态（浮空状态）。 A.T1 B:T2 C:T3 D:T4 参考答案：B 19.19. 8086输出周期中必须提供高电平“1”的控制信号是（）。 A.DT/B C M/ D.
第九章串行口RS485通讯协议 9.1通讯概述 本公司系列变频器向用户提供工业控制中通用的RS485通讯接口。通讯协议采用MODBUS标准通讯协议，该变频器可以作为从机与具有相同通讯接口并采用相同通讯协议的上位机（如PLC控制器、PC机）通讯，实现对变频器的集中监控，另外用户也可以使用一台变频器作为主机，通过RS485接口连接数台本公司的变频器作为从机。以实现变频器的多机联动。通过该通讯口也可以接远控键盘。实现用户对变频器的远程操作。 本变频器的MODBUS通讯协议支持两种传送方式:RTU方式和ASCII方式，用户可以根据情况选择其中的一种方式通讯。下文是该变频器通讯协议的详细说明。 9.2通讯协议说明 9.2.1通讯组网方式 (1) 变频器作为从机组网方式： 图9－1 从机组网方式示意图(2) 多机联动组网方式：单主机单从机 单主机多从机
图9－2 多机联动组网示意图 9.2.2通信协议方式 该变频器在RS485网络中既可以作为主机使用，也可以作为从机使用，作为主机使用时，可以控制其它本公司变频器，实现多级联动，作为从机时，PC 机或PLC可以作为主机控制变频器工作。具体通讯方式如下： (1)变频器为从机，主从式点对点通信。主机使用广播地址发送命令时，从机不应答。 (2)变频器作为主机，使用广播地址发送命令到从机，从机不应答。 (3)用户可以通过用键盘或串行通信方式设置变频器的本机地址、波特率、数据格式。 (4) 从机在最近一次对主机轮询的应答帧中上报当前故障信息。 9.2.3通讯接口方式 通讯为RS485接口，异步串行，半双工传输。默认通讯协议方式采用ASCII 方式。 默认数据格式为：1位起始位，7位数据位，2位停止位。 默认速率为9600bps，通讯参数设置参见P3.09～P3.12功能码。 9.3 ASCII与RTU通讯协议 字符结构： 10位字符框（For ASCII） (1－7－2格式，无校验) (1－7－1格式，奇校验)
第九章MCS-51 接口扩展技术 §9.1 微型机I/O接口技术概述 所谓I/O即计算机数据的输入输出。计算机系统的数据输入输出有两类数据传送操作： 1.CPU和存储器之间的传送操作，如前章所述。 2.CPU与外围设备接口的数据输入输出操作： 由于外部设备情况复杂，例如速度的快慢差异很大，外围设备的数据信号格式各不相同，有电流信号、电压信号、数字信号、脉冲信号等。这些复杂的情况使CPU无法以固定的时序与外围设备同步协调工作，这就需要用一定的接口电路连接CPU与外围设备，使CPU 与外围设备之间的数据输入输出能有效地进行。 一.I/O接口电路的作用： 1.速度协调： CPU的速度很快，外围设备的速度较慢。 输入：当外围设备数据准备好后，CPU再执行输入操作，由I/O 接口电路提供准备好信号再输入。 输出：需当外围设备准备好才能执行输出操作，由I/O接口电路将外围设备的准备状态传送给CPU。 I/O接口电路充当了协调CPU与外围设备速度差异的角色。
2.输出接口电路应具有锁存功能： CPU向外输出数据是通过P0口数据通道输出的，P0口是分时传送低8位地址和数据信息的复用口，数据在数据总线上停留的时间很短，因此输出接口应将该输出数据锁存起来，等待这一数据被外围设备接收。 3.输入接口电路应具备三态缓冲功能： 外围设备向CPU输入数据仍需通过P0口数据通道，在该数据通道上挂着多个数据源，除了多种输入接口外，所有存储器的数据线也与P0口数据通道相连，CPU的一次输入操作只允许一个数据源的数据线与数据通道相连，其余数据源的数据线必须以高阻与数据通道隔离。 所谓三态即指高电平、低电平、高阻三种状态。 4.数据转换： CPU传送的信号必须是数字信号，并且是并行信号，外围设备的信号与此不符则需通过接口电路转换。例如模拟信号与数字信号、串行与并行之间的转换等。
第1章微型计算机系统 〔习题〕简答题 （2）总线信号分成哪三组信号？ （3）PC机主存采用DRAM组成还是SRAM组成？ （5）ROM-BIOS是什么？ （6）中断是什么？ （9）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么？ 〔解答〕 ②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 ③ PC机主存采用DRAM组成。 ⑤ ROM-BIOS是“基本输入输出系统”，操作系统通过对BIOS的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用BIOS中的许多功能。 ⑥中断是CPU正常执行程序的流程被某种原因打断、并暂时停止，转向执行事先安排好的一段处理程序，待该处理程序结束后仍返回被中断的指令继续执行的过程。 ⑨指令的处理过程。处理器的“取指—译码—执行周期”是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。 〔习题〕填空题 （2）Intel 8086支持___________容量主存空间，80486支持___________容量主存空间。 （3）二进制16位共有___________个编码组合，如果一位对应处理器一个地址信号，16位地址信号共能寻址___________容量主存空间。 （9）最初由公司采用Intel 8088处理器和（）操作系统推出PC 机。 ② 1MB，4GB 16，64KB 2③（9）IBM,DOS 〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。 〔解答〕 CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。 存储器：存储器是存放程序和数据的部件。 外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出接口与主机连接。I/O设备通过I/O设备。I/O）设备，也称Output（． 总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。〔习题〕区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。 〔解答〕 助记符：人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。 汇编语言：用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。
第九章参考答案 1．串行通信有什么特点？它适合于什么应用场合？若你的计算机要接入Internet网，应该采用并行传输还是串行传输？ 答：串行通信的特点：数据位依次传送。传送相同字节数信息时，串行传送的时间远大于并行传送的时间；但数据线的根数较少。串行传送有固定的传输格式。 适合于远距离传输。 计算机要接入Internet网时，应采用串行传输。 2. 设异步传送数据时，每个字符对应1位起始位，1位停止位，7位数据位和1位校验位，如果波特率是9600b/s，则每秒最多能传输多少字符？ 答：根据给定条件知：每个字符包含10位，因此每秒最多能传输的字符个数是： 9600÷10=960 3.叙述单工、半双工和全双工通信方式以及波特率含义。 答：单工：联系通信双方只有一根数据线，数据只能朝一个方向发送。 半双工：联系通信双方只有一根数据线，但允许数据分时在两个方向传送。 全双工：联系通信双方有两根数据线，允许数据同时进行双向传送。 波特率：每秒钟内传送二进制数据的位数。 4．简要说明RS－232C、RS－422、RS－485的特点。 答：RS-232C的特点：信号线少；多种波特率可选择；传送的距离一般可达30米，采用光电隔离的20mA的电流环传送时可达1000m；采用负逻辑电平，“1”电平为：-5V~-15V，“0”电平为+5V~+15V。 RS－422、RS－485的特点：采用平衡输出的发送器和差分输入的接收器；可在1200m范围内传输；发送端与接收端之间没有直接的地线连接。 5.假定8251A工作于异步方式，波特率因子为16，数据位7位，奇校验，允许发送和接收数据，其端口地址为E0H（C/D=0），E1H（C/D=1）。试编写初始化程序。 略去软复位的初始化程序： MOV DX, 00E1H MOV AL, 01011010B OUT DX, AL MOV AL, 01010101B OUT DX, AL 6．设一数据传输率为4800波特的串行打印机通过8251A与8086CPU组成的微机系统相连，打印机只有一串行数据通道，编写一个将起始地址为DATA的80个字符输出到打印机去的发送程序。已知波特率因子为64，8位数据位，偶校验，2位停止位，8251A的数据口和控制口分别为70H和71H。 解：MOV DX，0071H MOV AL，11111111B OUT DX，AL MOV AL，00010001B OUT DX，AL LEA SI，DATA MOV CX，80 AA：MOV DX，0071H IN AL，DX TEST AL，01H JZ AA MOV DX，0070 MOV AL，[SI]
微型计算机接口技术及应用习题及答案 1.1、接口技术在微机应用中起什么作用？ 答：在微机系统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口处于微机总线与设备之间，进行CPU与设备之间的信息交换。 1.2、微机接口技术的基本任务是什么？ 答：通过接口实现设备与总线的连接；连接起来以后，CPU通过接口对设备进行访问，即操作或控制设备。 1.5、什么是I/O设备接口？ 答：设备接口是指I/O设备与本地总线（如ISA总线）之间的连接电路并进行信息（包括数据、地址及状态）交换的中转站。 1.6、I/O设备接口一般应具备哪些功能？ 答：微机的接口一般有如下的几个功能： （1）执行CPU命令的功能：CPU将对外设的控制命令发到接口电路中的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设；（2）返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常工作状态和故障状态；（3）数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对CPU于外设间传送的数据进行中转；（4）设备寻址的功能：CPU某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU发出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中I/O设备；（5）信号转换的功能：
当CPU与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能；（6）数据宽度与数据格式转换的功能：由于CPU处理的数据都是并行的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换，并进行数据格式的转换。 1.8、I/O设备接口与CPU之间交换数据有哪几种方式？ 答：1.查询方式；2.中断方式；3.直接存储器存取（DMA）方式。 2.1、什么是总线？总线在微机系统中起什么作用？ 答：总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。 总线作用：连接微处理器、存储器、外部设备构成微机系统，从而形成一个有机的整体来运行程序。它的基本任务是微处理器对外连接和传输数据。具体任务：一是负责总线与总线之间的连接与转换。二是完成设备信息的传递。三是支持即插即用。 2.2、微机总线由哪些信号线组成？ 答：微机总线由：数据总线、地址总线、控制总线、电源线和地线组成。。 2.4、评价一种总线的性能有哪几个方面的因素要考虑？ 答：评价一种总线的性能有以下个方面：1、总线频率；2、总线宽度；