第8章 串行输入输出接口
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计算机组成原理习题第八章输入输出系统页数:3
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D8Z输入输出接口
2、条件传送方式 CPU 通过执行程序不断读取并测试外设状态，如果输 入外设处于已准备好状态或输出外设为空闲状态时,则CPU 执行传送信息指令。由于条件传送方式是CPU在不断调查外 设的当前状态后才进行信息传送，所以也称为“查询式传 送”。因此，条件传送方式的接口电路应包括：传送数据端 口及传送状态端口。当输入信息时，查询到外设准备好后， 则使接口的“准备好”标志位置1。当输出信息时，外设取 定一个数据后，传送状态端口使标志为“空闲”状态，可以 接收下一个数据。
8.3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ编程并行通信接口片8255A
一、8255的内部结构及其功能 1、8255的引脚 参见图5.13(a)，共有40条引线。电源与地线2条；与外 设相连的有24条；与CPU相连的有14条。
图5.13 8255引脚和功能示意图
2、8255的功能
如图5.13(b)所示，接口的左边与CPU连接，右 边与外设连接，有A、B、C三个8位端口，而C口 可分成两个4位的端口。每个端口都可以通过编 程设定为输入端口或输出端口，但有各自不同的 方式和特点。端口C可以独立使用，但通常是配 合端口A和端口B工作，为这两个端口的输入输 出提供联络信号。
三、DMA方式
利用程序中断方式，虽然可以提高CPU的工作效率，但它 仍需要由程序来传送数据，并在中断处理时要“保护现场”和 “恢复现场”等，要占用一定时间，是每传送一个字节大约要 几十微秒到几百微秒，这对于高速外设就显得太慢了。 DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O交换的传送方式， 它让外设接口与内存直接进行高速的数据交换，而不必经过 CPU，实现对存储器的直接存取。这种专门的硬件叫DMA控制器， 简称DMAC。当接口准备好就向DMAC发DMA请求，CPU通过HOLD引 脚接收DMAC发出的总线请求；CPU在完成当前总线操作后，就 发出HLDA的总线响应信号给DMAC， DMAC收到此信号后便接管 对总线的控制权，开始DMA操作。当DMA传送结束，DMAC将HOLD 信号变成低电平，并放弃对总线的控制权。CPU检测到HOLD为 低后，也将HLDA变成低，并恢复对总线的控制权。
第8章 串行口原理及其应用
TXD（移位脉冲）
成于大气 信达天下
串行口的工作方式
Chengdu University of Information Technology
二、方式1
方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1 位起始位，8位数据位，1位停止位。
RS-422A接口 RS-485接口
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（十）
Chengdu University of Information Technology
RS-232C接口存在的问题
传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距 离一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。 最高传送速率为20Kbps。 有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时， 收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的 地电流并产生压降。 抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程 中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比， RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（七）
Chengdu University of Information Technology
传输速率与传输距离
传输速率
比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒 （bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含 10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率 为： 10位×240个/秒 = 2400 bps 波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特 （Baud）。 波特率和比特率不总是相同的，对于将数字信号1或0直接 用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是 相同的。所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。
微机原理第八章 串行通信及串行接口
1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行 输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行 输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线 来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理 收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快 多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、 接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和 外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数 据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同； 而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一 般都包括：
1． 总线收发器和相应的逻辑电路
2． 联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号 的数目/每秒传输的位数。 波特率因子---
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3、中断类型：
– 按中断产生的位置： • 外部中断：CPU以外的部件引起的中断。 外中断又可分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断 两种。不可屏蔽中断优先级较高，常用于 应急处理，如掉电、内存读写校验错等。 可屏蔽中断级别较低，常用于一般I/O设 备的数据传送。
• 内部中断：由CPU内部硬件或软件引起的中 断，如单步中断、溢出中断。
路之前，还要受到屏蔽触发器的控制。
当MASK=1，表示对应中断源的请求被屏蔽。 当MASK=0，才允许对应中断源的请求参与排队判优
中断屏蔽寄存器的作用
INT
≥1
由程序 控制
中断屏蔽 0 1 0 1 0 1 0 1 寄存器 ＆
向 量 地 址
……
编 码 器
排 队 逻 辑
＆
＆
＆ 0 1 0 1 0 1 0 1 中断请求 寄存器
程序查询方式——程序流程图
设置计数值
修改计数器
设置内存缓冲区首址
比如指令系统中的软中断指令INT n。 中断处理次序和中断响应次序是两个不同的概念：
否
中断事件在提出中断请求的同时，通过硬件向主机提供中断服务程序的入口地址，即向量地址。 传送完？
CPU等候输入设备的数据成为有效
（2）数据通道中断源，也称直接启存动储外器设存放（DMA）操作。
3级
4级
则 只 需 使 中 断 屏 蔽 码 改 （1）一般的输入、输出外围设备。
一般是故障引起的中断最优先；
为： 第1级 1 1 1 1 （4）DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统的效率；
先由主机通过启动指令启动外设工作，启动后主机用测试指令不断查询外设工作状态，当输入设备处于准备好状态或输出设备处于空闲状态时，
微机接口技术课本答案
2011年7月5日 习题解答
14/80
7．执行如下令后，标志寄存器中各状态位之值。 执行如下令后，标志寄存器中各状态位之值。
(1)MOV AX,34C5H ADD AX,546AH
0011010011000101 解： + 0101010001101010 1000100100101111 显然：CF = 0, SF = 1, ZF = 0, AF = 0, OF = 1, PF = 0
2011年7月5日
习题解答
7/80
(11)SEC 解：SEC———Single Edge Contact，单边接触。这是 Pmntiium II微处理器所采用的新的封 装技术。先将芯片固 定在基板上，然后用塑料和金属将其完全封装起来，形成 一个SEC插 盒封装的处理器，这一SEC插盒通过Slot1插槽 同主板相连。 (12)SSE 解：SSE——Streaming SIMD Extensions，数据流单指 令多数据扩展技术。采用SSE技 术的指令集称为SSE指令 集， Pentium III微处理器增加了70条SSE指令，使Pentium III微处理器在音频、视频和3D图形领域的处理能力大为增 强。
2011年7月5日
习题解答
8/80
(13)乱序执行 解：指不完全按程序规定的指令顺序依次执行，它同推 测执行结合，使指令流能最有效 地利用内部资源。这是 Pentium Pro微处理器为进一步提高性能而采用的新技术。 (14)推测执行 解：是指遇到转移指令时，不等结果出来便先推测可能 往哪里转移而提前执行。 由于推测不一定全对，带有一定 的风险，又称为“风险执行”。
2011年7月5日
习题解答
13/80
6．写出寄存器AX、BX、CX、DX、SI和DI的隐 写出寄存器AX、BX、CX、DX、SI和DI的隐 AX 含用法。 含用法。
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7．执行如下令后，标志寄存器中各状态位之值。 执行如下令后，标志寄存器中各状态位之值。
(1)MOV AX,34C5H ADD AX,546AH
0011010011000101 解： + 0101010001101010 1000100100101111 显然：CF = 0, SF = 1, ZF = 0, AF = 0, OF = 1, PF = 0
2011年7月5日
习题解答
7/80
(11)SEC 解：SEC———Single Edge Contact，单边接触。这是 Pmntiium II微处理器所采用的新的封 装技术。先将芯片固 定在基板上，然后用塑料和金属将其完全封装起来，形成 一个SEC插 盒封装的处理器，这一SEC插盒通过Slot1插槽 同主板相连。 (12)SSE 解：SSE——Streaming SIMD Extensions，数据流单指 令多数据扩展技术。采用SSE技 术的指令集称为SSE指令 集， Pentium III微处理器增加了70条SSE指令，使Pentium III微处理器在音频、视频和3D图形领域的处理能力大为增 强。
2011年7月5日
习题解答
8/80
(13)乱序执行 解：指不完全按程序规定的指令顺序依次执行，它同推 测执行结合，使指令流能最有效 地利用内部资源。这是 Pentium Pro微处理器为进一步提高性能而采用的新技术。 (14)推测执行 解：是指遇到转移指令时，不等结果出来便先推测可能 往哪里转移而提前执行。 由于推测不一定全对，带有一定 的风险，又称为“风险执行”。
2011年7月5日
习题解答
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6．写出寄存器AX、BX、CX、DX、SI和DI的隐 写出寄存器AX、BX、CX、DX、SI和DI的隐 AX 含用法。 含用法。
单片机实用教程_8 89C51单片机并行输入输出
P3 口的第二功能
口线 P3.0 P3.1 信号 RXD TXD 功 能 串行口数据输入（接收数据） 串行口数据输出（发3.5
P3.6 P3.7
INT0 INT1 T0 T1
WR RD
外部中断0输入 外部中断1输入 定时器0的外部输入（计数输入） 定时器1的外部输入（计数输入）
外部数据存储器写选通控制输出 外部数据存储器读选通输出控制
8.2 并行输入/输出端口P0、P1、P1和P3 8.2.1 P0端口 ⑴ P0口的结构： P0口有8位, 每一位由一个输出锁存器、两个三态 输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。
⑵ P0口作通用的I/O口使用
P0口是漏极开路的8位准双向I/O口. P0口为特殊功能寄存器， 既可以用直接寻址方式对P0口进行字节操作， 也可以按按位寻址方式，进行位操作。
P2端口及其各位的地址
位地址/位定义 A5H P2.5 A4H P2.4 A3H P2.3 A2H P2.2 A1H P2.1 LSB A0H P2.0 字节地址 A0H
P2口作输出时，直接用传送指令进行操作。 例如： MOV P2 ，A P2口作输入时, 要先写“1”, 然后读入(准双向口)。 例如： MOV P2 ，#0FFH MOV A ，P2
表8.1 P0端口及其各位的地址
SFR MSB 位地址/位定义 LSB 字节地址
P0
87H
P0.7
86H
P0.6
85H
P0.5
84H
P0.4
83H
P0.3
82H
P0.2
81H
P0.1
80H
P0.0
80H
P0口作输出时，直接用传送指令进行操作。 例如： MOV P0 ，A P0口作输入时，要先写“1”,然后读入(准双向口)。 例如： MOV P0 ，#0FFH MOV A ，P0
中职教育-《89C51单片机实用教程》课件：第8章 89C51单片机并行输入输出(4).ppt
读 写控制信号，控制数据的传送方向。 分别和8255A的RD, WR读写选通输入端相连。
电路中, 将A15 (P2.7)、A14 (P2.6)、A13 (P2.5)连接 到三-八译码器74LS138的输入端，译码输出信号Y2用 作8255A的片选输入信号（CS）。
又将A12 (P2.4)、A11 (P2.3)连接到8255A的A1、A0 端，得到8255A的端口地址，如表所示。
MOV A，R5
MOV DPTR，#5000H : 8255A的C口地址
MOVX @DPTR，A
: 送LED位选码
LCALL DELAY
；延时1ms
INC R1
；修改缓存区地址指针
MOV A，R5
RL A
MOV R5，A
；修改位选指针R5
DJNZ R2，DISP ;6位显示完否？未完继续
LJMP LED
⑵. LED段码（字型码）查表 显示缓冲区中保存二进制数据, LED显示要输出段
码(字型码)。要将二进制数据译码为LED字型码。 译码方法一种是硬件译码, 采用专用的译码器电路。 另一种是软件译码, 在ROM中将段码作成一个表，
利用查表法查出不同字符的相应段码。简单,常用。 本例采用软件译码 (查表) 方法，用查表指令进行。
6位动态扫描显示状态
8.4.2 8255A连接的LED数码管显示器实例
1. 89C51和8255A的连接 89C51通过系统总线和8255A连接，其中： 89C51的P0口为8位双向数据总线，和8255A的
D0-D7相连。 89C51的P0口分时输出低8位地址信号A0-A7，
在本例中，没有使用低位地址。 89C51的P2口输出高8位地址信号A8-A15。 89C51的P3口中的P3.7 (RD)、P3.6 (WR)输出
电路中, 将A15 (P2.7)、A14 (P2.6)、A13 (P2.5)连接 到三-八译码器74LS138的输入端，译码输出信号Y2用 作8255A的片选输入信号（CS）。
又将A12 (P2.4)、A11 (P2.3)连接到8255A的A1、A0 端，得到8255A的端口地址，如表所示。
MOV A，R5
MOV DPTR，#5000H : 8255A的C口地址
MOVX @DPTR，A
: 送LED位选码
LCALL DELAY
；延时1ms
INC R1
；修改缓存区地址指针
MOV A，R5
RL A
MOV R5，A
；修改位选指针R5
DJNZ R2，DISP ;6位显示完否？未完继续
LJMP LED
⑵. LED段码（字型码）查表 显示缓冲区中保存二进制数据, LED显示要输出段
码(字型码)。要将二进制数据译码为LED字型码。 译码方法一种是硬件译码, 采用专用的译码器电路。 另一种是软件译码, 在ROM中将段码作成一个表，
利用查表法查出不同字符的相应段码。简单,常用。 本例采用软件译码 (查表) 方法，用查表指令进行。
6位动态扫描显示状态
8.4.2 8255A连接的LED数码管显示器实例
1. 89C51和8255A的连接 89C51通过系统总线和8255A连接，其中： 89C51的P0口为8位双向数据总线，和8255A的
D0-D7相连。 89C51的P0口分时输出低8位地址信号A0-A7，
在本例中，没有使用低位地址。 89C51的P2口输出高8位地址信号A8-A15。 89C51的P3口中的P3.7 (RD)、P3.6 (WR)输出
第八章-8251
与异步串行通信相比，同步通信的不足之处有( A )
A．电路结构复杂
B．纠错能力差
C．传输速率低
D．频率稳定性差
RS-232C标准规定空号SPACE状态电平为( D )
A.+3V～-3V
B.+5V～-5V
C.-3V～-15V
D.+3V～+15V
相邻两台计算机进行全双工串行通信时，需连接的最基本三 条线是( A )
串行通信基础
串行通信的优点：用于通信的线路少，因而在远距离 通信时可以极大地降低成本
串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求 不高的近距离数据传送
PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器 与主机间采用串行数据传送
典型的串行接口的结构
由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按 串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有“接收移 位寄ห้องสมุดไป่ตู้器”（串→并）和“发送移位寄存器”（并→串）。
1位 5位、6位、7位、8位 1位或无 1位、1.5位或2位 任意数量
异步通讯
例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1 个停止位，则信号线上的波形为
2. 同步通信
以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个 同步字符，最后以校验字符结束
同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较 复杂
（1）字符A的ASCII码为41H，线路传送字符A需多少时间（从开始传送起始 位到传送完一帧数据所需的总时间）？（12/300=0.04S）
（2）在题34图中画出传送字符C的ASCII码的RS-232C波形图。 （3）设波特率系数K=16，试问发送方发送时钟与接收方接收时钟的频率是
微机原理及接口技术课件第8章 常用可编程接口芯片
;执行锁存命令
MOV DX,CS+0
;计数器0端口地址
IN AL,DX 内容
;读计数输出锁存器中的低8位
MOV AH,AL
;保护
IN AL,DX 内容
;读计数疏忽锁存器中的高8位
XCHG AH,AL
;AX中是输出锁存命令瞬间，计数执行 单元中的计数值
13
8.2.3 8253的工作方式
8253 的工作方式：
在计数期间CPU又送来新的计数初值，不影响当前计数过程。计数器计数到0， OUT端输出高电平。一直等到下一次GATE信号的触发，才会将新的计数初值装入， 并以新的计数初值开始计数过程，如图8-4(c)所示。8253方式1下三种情况的时序 波形图，如图8-4所示。
18
8.2.3 8253的工作方式
8253方式1时序波形图
接口芯片的地址码经译码后接通芯片的片选端，对读操作而言，怎样使 输入端口的信息由数据总线进入CPU，数据何时读入CPU，这些都由读信号 控制。对于输出接口，当CPU对接口进行输出数据的操作时，发出写信号。 在PC系统中，对I/O接口的操作由IN、OUT指令完成。
3
8.1可编程接口芯片概述
3. 可编程 目前所用的接口芯片大部分是多通道、多功能的。所谓多通道就是指一
0:二进制计数 1:十进制计数
其中：D7 D6用于选择定时器；D5 D4用于确定时间常数的读/写格式；D3 D2用来 设定计数器的工作方式；D0用来设定计数方式。
11
8.2 可编程定时/计数器接口芯片8253
例题8.1 8253控制字写入示例
MOV DX,CS+3
;8253控制寄存器端口地址，设置8253内部寄存
输入
第8章 串并行通信
微型计算机各种接口框图
微机接口电路图
2.什么是I/O接口（电路）？
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 CPU实现CPU与外设之间的数据传送和 控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总 线槽的电路板（适配器）都是接口电路
CPU
接口 电路
I/O 设备
3.为什么需要I/O接口（电路）？
数据端口
• 用于中转数据信息。一种情况是CPU通过数据总线，将待传送 给外设的数据先传送到数据端口，然后由I/O设备通过与I/O 接口电路相连接的数据线取得该数据 • 另一种情况是I/O设备首先将输入数据锁存于数据端口，然后， CPU通过数据端口将该数据读入CPU中。数据端口一般既有输 出寄存器（或称输出锁存器），又有输入寄存器（或称输入 锁存器）
一、统一编址
从内存空间划出一部分地址空间留给I/O设备编址，CPU把
I/O端口所指的寄存器当作存储单元进行访问，直接用访问内存 的指令访问I/O寄存器，这种I/O端口的编址方式被称之为统一
编址，或称为存储器映像的I/O编址方式。
统一编址优缺点 优点：不需要设立专门的I/O指令，用访问内存的指令就可 以访问外设，指令类型多，功能齐全，还可以对端口进行算术 运算，逻辑运算以及移位操作等。I/O端口空间不受限制 缺点：是I/O端口占用了内存空间，减少了内存容量
住址的总 线 地址总线
READY
M/IO
图8.2 查询式输入接口电路
WR
条件传送方式
数 据 锁 存 器
选通信号
数据总线
WR 地址 总线
输 出译码
Q
R
D +5V
RD M/IO
状 态 寄 存 器 图8.3 查询式输出的接口电路
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并行 CPU 并入串出 移位寄存器
D6
TXD 串行
RXD
串入并出 移位寄存器
D0 D1
并行 外设
D7
D0
D7
D
Q
D
Q
D
Q
TXD
RXD
D
Q
D
Q
D
Q
┅
CLK CLK CLK CLK CLK
┅
CLK
同步 脉冲
并入串出移位寄存器
同步 脉冲
串入并出移位寄存器
移位控制脉冲， 两者应同步
3. 串行通信的同步 为实现串通数据的同步传输，得从软、硬两方面采取3项措施： ① 设置波特率 在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率。 波特率，即每秒钟传送的二进制位数（bps）。
四、串行通信接口RS-232C PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9 针和25针连接器。
RS–232C是美国电子工业协会（EIA）的串行通信接口标准。 所谓标准，是对串行接口的各种信号线的功能、电气特性、 逻辑电平、连接器引脚的排列等所做的规定。
1. RS-232C电气特性及接口信号 ① 电气特性 RS-232C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容。 规定逻辑“1”在-3V~ -15V 之间；逻辑“0”在+3V~+15V之间。
② 全双工方式：通讯双方能同时进行发送和接收操作。
#3
3. 异步接收/发送器（UART） 串行接口的基本结构是UART，主要包含收发数据所需的并 串转换及检错功能。 UART的基本工作原理： 接收：串行输入移位寄存器 接收RXD端的串行数据进 入输入数据缓冲器经数据 总线至CPU。 发送：CPU将发送数据经数 据总线写入输出数据缓冲器 进入串行输出移位寄存器 由TXD端一位一位输出。 检错：在接收数据过程中一 旦出现奇偶错误、帧错误、 丢失（溢出）错误会置位相 应的标志位，供CPU判断。
第8章 串行输入/输出接口
8-1 串行通信接口
8-1 串行通信接口
一、串行通信的实现 1. 并行通信和串行通信的特点
并行 数据线
并行通信： 速度快：多位数据同时传输 线多：n位数据要n根数据线， 另需控制、状态线，成本高 距离短：线多长距离易受干扰
串行通信： 速度慢：一位一位数据传输 线少：单向一条数据传输线， 成本低，长距离更突出 距离长：线少受干扰相对少
*0: 内同步 01: 双同步字 11: 单同步字
00: 无效 01: 1位停止位 10: 1位半 11: 2位
方式控制字的格式
命令控制字：使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数 据。它应在写入方式控制字后写入，用于控制8251A的工作， 可以多次写入。
D7 EN D6 IR D5 RTS D4 ER D3 D2 D1 D0
CPU对8251的读写控制
2. 8251A的编程
① 8251A的控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。 方式控制字：确定8251A的通讯方式（同步/异步）、校验方 式（奇校验、偶校验、不校验）、数据位数（5、6、7或8位） 及波特率等。它应在复位后写入，且只需写入一次。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0: 同步*1 方式 0 1: 异步*1 及波 1 0: 异步*1 6 特率 1 1: 异步*6 4 Y 同步方式 N 数 据 位 数 校 验 方 式 0 0: 5 0 1: 6 1 0: 7 1 1: 8 * 0: 不校验 0 1: 奇校验 1 1: 偶校验
┇
计算机
控制（选通）线 状态线
外设
0 1 0 0 1 0 0 1
计算机
TXD
8T
外设
RXD
串行数据线
RXD
TXD
注意：“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式， CPU与接口之间仍按并行方式工作。
2. 串行通信的硬件条件 串通核心部件是移位寄存器： 发送端（TXD）需设置并入串出移位寄存器。 接收端（RXD）需设置串入并出移位寄存器。
UART结构图
4. 信号的调制和解调 数字信号的频带较宽，而普通通信线路频带较窄，如电话线 频带范围仅为300~3400Hz。 据此，采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送 端用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，模 拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再用解调器 （Demodulator），把模拟信号变为数字信号。 调制解调器的类型比较多，有频移键控（FSK）、相移键控 （PSK） 、振幅键控（ASK） 。 其中FSK的调制方法是把数字信号‘1’与‘0’调制成不同频率 的模拟信号。
字符 起始位 1 数据位 校验位 停止位 1 空闲位 1 1 0 0/1 0/1 字符
0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1
低位
高位
异步通信传输格式
传输一个字符时，总是以起始位开始，然后字符本身的各位， 接着校验位，最后以停止位结束该字符的传输。 字符间可有任意个空闲位，起始位后紧跟数据的最低位。
2. RS-232C应用连接
无Modem 的最简连接
无Modem的标准连接
第八章作业：1、4、6
图(a)单同步格式，传送一帧数据仅使用一个同步字。 图(b)双同步字格式，这时利用两个同步字进行同步。 图(c)同步数据链路控制（SDLC）。
2. 串行通信中的数据传输方向
① 半双工方式：只有1根数据传送线，通讯双方的发送和接收由 电子开关切换。由于只有一条信道，所以数据不能同时在两 个方向上传送。
如：波特率=9600bps 即每秒传输9600数据位。每位传输时间Td=1/9600 秒。
常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、4800、9600、 19200等。 通常串通接口的波特率可分别用软件来设定的，因此必须确 保收、发双方设置的波特率一致。
② 设置数据的传输格式 串通传输数据并非是简单的纯数据位信息，还包括各种其它的 辅助位信息。据此，通信双方还得有一个数据传输格式的约定。 实际上串行通信本身又分两种方式：异步通信和同步通信。 异步通信传输格式：
字符 起始位 1 数据位 校验位 停止位 1 空闲位 1 1
字符
0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1
0 0/1 0/1
低位
高位
异步通信传输格式
起始位 数据位 校验位 停止位 空闲位
逻辑0 逻辑0或1 逻辑0或1 逻辑1 逻辑1
1位 5位、6位、7位、8位 1位或无 1位、1.5位或2位 任意数量
D2 D3 RXD GND D4 D5 D6 D7 TXC WR CS C/D RD RXRDY 1 2 3 4 5 6 7 8 8 25 1A 9 10 11 12 13 14 2 8 D1 2 7 D0 2 6 VCC 2 5 RXC 2 4 DTR 2 3 RTS 2 2 DSR 2 1 RESET 2 0 CLK 1 9 TXD 1 8 TXEMPT 1 7 CTS 1 6 SYNDET/BD 1 5 TXRDY
② RS-232C与TTL电平转换
RS-232C不是TTL电平的接口标准，当计算机与外设进行通 信时，必须有相应的电平转换电路。 串行接口芯片8251A使用TTL电平，应用电平转换电路与 RS-232C连接器连接。
通常采用的是MC1488和MC1489 电平转换器。 MC1488：TTL电平→RS232电平 MC1489：RS232电平→TTL电平
命令控制字的格式
② 状态寄存器存放8251A的状态信息，供CPU查询。
D7 D6 D5 D4 OE D3 PE D2 D1 D0 DSR SYNDET FE TXE RXRDY TXRDY 同引脚定义 奇偶错 溢出错 帧出错
状态字格式
DSR： 数据设备准备好标志。 其状态同/DSR脚。 SYNDET： 同步标志。 FE：异步通讯帧出错标志。为1表示未检测到字符末尾的有 效停止位，但FE错并不禁止8251A工作。FE标志由命令控制 字中的ER位清除。 OE： 溢出标志。 接收器内的字符尚未被CPU读走时又有新 的字符装入，则OE置1，此时原来的字符丢失，但并不禁止 8251A工作，OE标志由命令控制字中的ER位清除。
SBRK RXE DTR TXEN
进入搜索方式 1: 进行SYNC搜索 内部复位 1:82 51 A 复位 请求发送 1: 迫使RTS输出0 出错复位 1: 复位错误标志
发送允许 1: 允许 0: 禁止
数据终端准备好 1: 迫使DTR输出0 接收允许 1: 允许 0: 禁止
发送断点字符 1: 迫使TXD为0
二、串行通信的基本概念 1. 串行通信方式 ① 异步通信 以字符为单位传输数据。一次传输的起始位、字符各位、校 验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧（Frame）。帧与帧 间可有任意个空闲位。 异步通信的双方对数据格式和波特率约定要一致。
② 同步通信 数据块开始靠同步字符指示，发送端和接收端用时钟同步。 常见的几种同步通信格式如下：
三、可编程串行通信接口芯片8251简介 1. 8251的基本性能与内部结构 ① 基本性能： 能用于同步或异步通信。 同步传输：5~8位/字符，自动插同 步字符，添加奇偶校验。 异步传输：5~8位/字符，自动添加 起始位、停止位和校验位。 波特率：同步：0-64Kbps；异步： 0-19.2Kbps。 全双工：双缓冲发送和接收。 出错检测：有奇偶、溢出、帧错误 等检测电路。
② 引脚功能（见书）
③ 内部结构
8251内部结构
数据总线缓冲器：CPU与8251的接口，其内含3个缓冲器： 接收缓冲器：接受数据存放地，以供CPU读取。 发送/命令缓冲器：发送数据和命令字存放地。 状态缓冲器：8251A内部工作状态存放地，供CPU查询。
D6
TXD 串行
RXD
串入并出 移位寄存器
D0 D1
并行 外设
D7
D0
D7
D
Q
D
Q
D
Q
TXD
RXD
D
Q
D
Q
D
Q
┅
CLK CLK CLK CLK CLK
┅
CLK
同步 脉冲
并入串出移位寄存器
同步 脉冲
串入并出移位寄存器
移位控制脉冲， 两者应同步
3. 串行通信的同步 为实现串通数据的同步传输，得从软、硬两方面采取3项措施： ① 设置波特率 在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率。 波特率，即每秒钟传送的二进制位数（bps）。
四、串行通信接口RS-232C PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9 针和25针连接器。
RS–232C是美国电子工业协会（EIA）的串行通信接口标准。 所谓标准，是对串行接口的各种信号线的功能、电气特性、 逻辑电平、连接器引脚的排列等所做的规定。
1. RS-232C电气特性及接口信号 ① 电气特性 RS-232C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容。 规定逻辑“1”在-3V~ -15V 之间；逻辑“0”在+3V~+15V之间。
② 全双工方式：通讯双方能同时进行发送和接收操作。
#3
3. 异步接收/发送器（UART） 串行接口的基本结构是UART，主要包含收发数据所需的并 串转换及检错功能。 UART的基本工作原理： 接收：串行输入移位寄存器 接收RXD端的串行数据进 入输入数据缓冲器经数据 总线至CPU。 发送：CPU将发送数据经数 据总线写入输出数据缓冲器 进入串行输出移位寄存器 由TXD端一位一位输出。 检错：在接收数据过程中一 旦出现奇偶错误、帧错误、 丢失（溢出）错误会置位相 应的标志位，供CPU判断。
第8章 串行输入/输出接口
8-1 串行通信接口
8-1 串行通信接口
一、串行通信的实现 1. 并行通信和串行通信的特点
并行 数据线
并行通信： 速度快：多位数据同时传输 线多：n位数据要n根数据线， 另需控制、状态线，成本高 距离短：线多长距离易受干扰
串行通信： 速度慢：一位一位数据传输 线少：单向一条数据传输线， 成本低，长距离更突出 距离长：线少受干扰相对少
*0: 内同步 01: 双同步字 11: 单同步字
00: 无效 01: 1位停止位 10: 1位半 11: 2位
方式控制字的格式
命令控制字：使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数 据。它应在写入方式控制字后写入，用于控制8251A的工作， 可以多次写入。
D7 EN D6 IR D5 RTS D4 ER D3 D2 D1 D0
CPU对8251的读写控制
2. 8251A的编程
① 8251A的控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。 方式控制字：确定8251A的通讯方式（同步/异步）、校验方 式（奇校验、偶校验、不校验）、数据位数（5、6、7或8位） 及波特率等。它应在复位后写入，且只需写入一次。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0: 同步*1 方式 0 1: 异步*1 及波 1 0: 异步*1 6 特率 1 1: 异步*6 4 Y 同步方式 N 数 据 位 数 校 验 方 式 0 0: 5 0 1: 6 1 0: 7 1 1: 8 * 0: 不校验 0 1: 奇校验 1 1: 偶校验
┇
计算机
控制（选通）线 状态线
外设
0 1 0 0 1 0 0 1
计算机
TXD
8T
外设
RXD
串行数据线
RXD
TXD
注意：“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式， CPU与接口之间仍按并行方式工作。
2. 串行通信的硬件条件 串通核心部件是移位寄存器： 发送端（TXD）需设置并入串出移位寄存器。 接收端（RXD）需设置串入并出移位寄存器。
UART结构图
4. 信号的调制和解调 数字信号的频带较宽，而普通通信线路频带较窄，如电话线 频带范围仅为300~3400Hz。 据此，采用普通通信线路进行远程数据通信时，需要在发送 端用调制器（Modulator）把数字信号转换为模拟信号，模 拟信号经通信线路传送到接收方，接收方再用解调器 （Demodulator），把模拟信号变为数字信号。 调制解调器的类型比较多，有频移键控（FSK）、相移键控 （PSK） 、振幅键控（ASK） 。 其中FSK的调制方法是把数字信号‘1’与‘0’调制成不同频率 的模拟信号。
字符 起始位 1 数据位 校验位 停止位 1 空闲位 1 1 0 0/1 0/1 字符
0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1
低位
高位
异步通信传输格式
传输一个字符时，总是以起始位开始，然后字符本身的各位， 接着校验位，最后以停止位结束该字符的传输。 字符间可有任意个空闲位，起始位后紧跟数据的最低位。
2. RS-232C应用连接
无Modem 的最简连接
无Modem的标准连接
第八章作业：1、4、6
图(a)单同步格式，传送一帧数据仅使用一个同步字。 图(b)双同步字格式，这时利用两个同步字进行同步。 图(c)同步数据链路控制（SDLC）。
2. 串行通信中的数据传输方向
① 半双工方式：只有1根数据传送线，通讯双方的发送和接收由 电子开关切换。由于只有一条信道，所以数据不能同时在两 个方向上传送。
如：波特率=9600bps 即每秒传输9600数据位。每位传输时间Td=1/9600 秒。
常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、4800、9600、 19200等。 通常串通接口的波特率可分别用软件来设定的，因此必须确 保收、发双方设置的波特率一致。
② 设置数据的传输格式 串通传输数据并非是简单的纯数据位信息，还包括各种其它的 辅助位信息。据此，通信双方还得有一个数据传输格式的约定。 实际上串行通信本身又分两种方式：异步通信和同步通信。 异步通信传输格式：
字符 起始位 1 数据位 校验位 停止位 1 空闲位 1 1
字符
0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1
0 0/1 0/1
低位
高位
异步通信传输格式
起始位 数据位 校验位 停止位 空闲位
逻辑0 逻辑0或1 逻辑0或1 逻辑1 逻辑1
1位 5位、6位、7位、8位 1位或无 1位、1.5位或2位 任意数量
D2 D3 RXD GND D4 D5 D6 D7 TXC WR CS C/D RD RXRDY 1 2 3 4 5 6 7 8 8 25 1A 9 10 11 12 13 14 2 8 D1 2 7 D0 2 6 VCC 2 5 RXC 2 4 DTR 2 3 RTS 2 2 DSR 2 1 RESET 2 0 CLK 1 9 TXD 1 8 TXEMPT 1 7 CTS 1 6 SYNDET/BD 1 5 TXRDY
② RS-232C与TTL电平转换
RS-232C不是TTL电平的接口标准，当计算机与外设进行通 信时，必须有相应的电平转换电路。 串行接口芯片8251A使用TTL电平，应用电平转换电路与 RS-232C连接器连接。
通常采用的是MC1488和MC1489 电平转换器。 MC1488：TTL电平→RS232电平 MC1489：RS232电平→TTL电平
命令控制字的格式
② 状态寄存器存放8251A的状态信息，供CPU查询。
D7 D6 D5 D4 OE D3 PE D2 D1 D0 DSR SYNDET FE TXE RXRDY TXRDY 同引脚定义 奇偶错 溢出错 帧出错
状态字格式
DSR： 数据设备准备好标志。 其状态同/DSR脚。 SYNDET： 同步标志。 FE：异步通讯帧出错标志。为1表示未检测到字符末尾的有 效停止位，但FE错并不禁止8251A工作。FE标志由命令控制 字中的ER位清除。 OE： 溢出标志。 接收器内的字符尚未被CPU读走时又有新 的字符装入，则OE置1，此时原来的字符丢失，但并不禁止 8251A工作，OE标志由命令控制字中的ER位清除。
SBRK RXE DTR TXEN
进入搜索方式 1: 进行SYNC搜索 内部复位 1:82 51 A 复位 请求发送 1: 迫使RTS输出0 出错复位 1: 复位错误标志
发送允许 1: 允许 0: 禁止
数据终端准备好 1: 迫使DTR输出0 接收允许 1: 允许 0: 禁止
发送断点字符 1: 迫使TXD为0
二、串行通信的基本概念 1. 串行通信方式 ① 异步通信 以字符为单位传输数据。一次传输的起始位、字符各位、校 验位、停止位构成一组完整的信息，称为帧（Frame）。帧与帧 间可有任意个空闲位。 异步通信的双方对数据格式和波特率约定要一致。
② 同步通信 数据块开始靠同步字符指示，发送端和接收端用时钟同步。 常见的几种同步通信格式如下：
三、可编程串行通信接口芯片8251简介 1. 8251的基本性能与内部结构 ① 基本性能： 能用于同步或异步通信。 同步传输：5~8位/字符，自动插同 步字符，添加奇偶校验。 异步传输：5~8位/字符，自动添加 起始位、停止位和校验位。 波特率：同步：0-64Kbps；异步： 0-19.2Kbps。 全双工：双缓冲发送和接收。 出错检测：有奇偶、溢出、帧错误 等检测电路。
② 引脚功能（见书）
③ 内部结构
8251内部结构
数据总线缓冲器：CPU与8251的接口，其内含3个缓冲器： 接收缓冲器：接受数据存放地，以供CPU读取。 发送/命令缓冲器：发送数据和命令字存放地。 状态缓冲器：8251A内部工作状态存放地，供CPU查询。