学习情境八 并行通信与串行通信.docx
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学习情境八并行通信与串行通信
学习情境八并行通信与串行通信
情境导入：
串并口是输入、输出接线插座的俗称，如图9-0所示，它位于主板上。
连接打印机可用并行输出口，与其他电脑实施通讯都要用串行输入输出口。
并口多为25孔阴插座，串口是9针或25针阳插座。
串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps～230kbps，串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备，目前部分新主板已开始取消该接口。
并口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbps，一般用来连接打印机、扫描仪等。
所以并口又被称为打印口。
并口采用25针的双排插口，除最普遍的应用于打印机以外，还可用于连接扫描仪、ZIP驱动器甚至外置网卡、磁带机以及某些扩展硬盘等设备。
图9-0串并口
学习导航：
本章主要介绍并行通信、串行通信的基本概念、相关知识，并详细介绍常用并行接口芯片8255和串行通信接口芯片8251的编程结构及编程特点。
单元一并行通信与并行接口
知识目标：
掌握并行通信的基本概念，掌握可编程并行接口芯片8255A的编程结构、工作方式、引脚信号和控制字格式及用法。
技能目标：
能分析和设计由8255A组成的简单实用电路，包括硬件逻辑和软件编程。
一、并行通信
计算机与外部设备之间或计算机与计算机之间的信息交换被为通信。
CPU与外设的基本通信方式有并行通信和串行通信两种。
并行通信是指数据以字节或字为单位在多根传输线上同时进行传输，即n位数据用n条线同时传输的机制。
串行通信是指数据在一根传输线上一位一位地顺序传输的机制。
和串行通信相比，并行通信具有传输速度快、可靠性高的特点，但在进行远距离传输时，线路的投资大。
因此，并行通信常用于速度要求高、传输距离短的场合，如PC系统总线、高速外设I／O总线、芯片内部总线等。
而串行传输可大大降低通信线路的成本，但传输速率较低、可靠性较差，主要用于远距离传输和通信，比如各种网络通信、无线通信等。
二、并行接口
并行接口就是能够进行并行数据传输、位于CPU和外部设备之间、起到数据缓冲和匹配作用的接口电路。
并行通信接口与外设之间的数据传输是并行的，它与系统总线之间的数据传输也是并行的。
一个通用的并行通信接口可以设计为输入接口，也可以设计为输出接口，还可以设计为输入输出双向接口。
例如，在计算机系统中连接卡片读入机的接口是单向输入接口，连接打印机的接口是单向输出接口，连接磁盘驱动器的接口就是双向接口。
既作为输入又作为输出的接口可以用两种方法实现，一种是利用同一个接口中的两个通路，一个作输入通路，—个作输出退路；另一种是用一个双向通路，既作为输入又作为输出。
图9-1并行接口与外设连接的示意图
一个典型的并行接口和外设连接的示意图如图9-1所示。
从图中可以看出，在并行接口内部跟所有的接口一样，包含三类信息，即数据信息、状态信息和控制信息。
这些信息分别放在不同端口的寄存器中。
1.并行接口的组成
一个并行接口电路通常由输入缓冲寄存器、输出缓冲寄存器、状态寄存器和控制寄存器组成。
（1）输入缓冲寄存器输入缓冲寄存器主要负责接收外设送来的数据以供CPU读取，CPU通过读操作指令IN执行读操作。
（2）输出缓冲寄存器输出缓冲寄存器负责接收从CPU送来的数据，如果外设处于空闲状态，则从输出缓冲寄存器取走数据，接口通知CPU进行下一次输出操作。
（3）控制寄存器负责接收从CPU送来的各类控制命令，以控制外设的运行。
（4）状态寄存器用来存放外设运行的状态供CPU查询，进而控制外设的工作。
2.并行接口的工作原理
在输入过程中，外设首先把数据送到外设与接口的数据输入线上，并使“数据输入准备好”状态线成为高电平。
接口把数据接收到数据输入缓冲寄存器的同时，使“数据输入应答”线变为高电平，作为对外设的响应。
外设接到此信号，撤销数据和“数据输入准备好”信号。
数据到达接口中后，接口会在状态寄存器中设置“输入准备好”状态位，以便CPU对其进行查询，也可以在此时向CPU发出—个中断请求。
所以，CPU既可以用软件查询方式，也可以用中断方式来设法读取接口中的数据。
CPU从并行接口中读取数据后，接口会自动清除状态寄存器中的“输入准备好”状态位，并且使数据总线处于高阻状态，以便外设输入下一个数据。
在输出过程中，当外设从接口取走一个数据后，接口会将状态寄存器中的“输出准备好”状态位置1，表示CPU当前可以往接口输出数据，此时，接口也可以向CPU发一个中断请求。
所以，CPU既可以用软件查询方式，也可以用中断方式设法往接口中输出一个数据。
当CPU输出的数据到达接口的输出缓冲寄存器中后，接口会自动清除“输出准备好”状态位，并且将数据送往外设，同时，接口往外设发送一个“启动信号”来启动外设接收数据。
外设被启动后，开始接收数据，并往接口发一个“数据输出回答”信号。
接口收到此信号，便将状态寄存器中的“输出准备好”状态位重新置1，以便则输出下一个数据。
三、可编程并行接口芯片8255A
8255A是Intel公司生产的可编程并行I／O接口芯片，有3个8位并行I／O接口，具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。
其各接口功能可由软件选择，使用灵活、通用性强。
8255A可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
（一）8255A的内部结构
8255A的内部结构如图9—2所示．主要包括以下几个部分：
1．三个数据端口A，B，C
这三个端口均可看作是I/O口，但它们的结构和功能也稍有不同。
A口：
独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能。
B口：
独立的8位I/O口，仅对输出数据的锁存功能。
C口：
可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。
也是仅对输出数据进行锁存。
图9-28255A的编程结构
2．A组和B组的控制电路
这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。
A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；
B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。
3．数据总线缓冲器
8位的双向的三态缓冲器。
作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。
4．读/写控制逻辑
读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。
它接收片选信号
及系统读信号
、写信号
、复位信号RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。
（二）8255A的引脚功能
8255A的引脚信号可以分为两组：
一组是面向CPU的信号，一组是面向外设的信号。
如图9-3所示。
图9-38255A的外部引脚
1．面向CPU的引脚信号及功能
D0-D7：
8位双向三态数据线，用来与系统数据总线相连。
RESET：
复位输入信号，高电平有效，用来清除8255A的内部寄存器，并置A口，B口，C口均为输入方式。
：
片选，输入，用来决定芯片是否被选中。
：
读信号，输入，控制8255A将数据或状态信息送给CPU。
：
写信号，输入，控制CPU将数据或控制信息送到8255A。
A1，AO：
内部端口地址的选择，输入。
这两个引脚上的信号组合决定对8255A内部的哪一个口或寄存器进行操作。
8255A内部共有4个端口：
A口，B口，C口和控制口。
，
，
，A1，A0这几个信号的组合决定了8255A的所有具体操作，如表9-1所示。
表9-18255A的操作功能表
A1A0
操作
数据传送方式
00100
读A口
A口数据→数据总线
00101
读B口
B口数据→数据总线
00110
读C口
C口数据→数据总线
01000
写A口
数据总线数据→A口
01001
写B口
数据总线数据→B口
01010
写C口
数据总线数据→C口
01011
写控制口
数据总线数据→控制口
2．面向外设的引脚信号及功能
PA0~PA7：
A组数据信号，用来连接外设进行并行数据传送。
PB0~PB7：
B组数据信号，用来连接外设进行并行数据传送。
PC0~PC7：
C组数据信号，用来连接外设或者作为A口、B口的控制信号。
（三）8255A的工作方式
8255A有三种工作方式，用户可以通过编程来设置。
方式0简单输入/输出，查询方式；A，B，C三个端口均可。
方式1选通输入/输出，中断方式；A，B，两个端口均可。
图9-48255A三个I/O端口的排列示意图
方式2双向输入/输出，中断方式。
只有A端口才有。
工作方式的选择可通过向控制端口写入控制字来实现。
在不同的工作方式下，8255A三个输入/输出端口的排列示意图如图9-4所示。
1．方式0
方式0是一种简单的输入/输出方式，不需要应答联络信号，可用A，B，C三个口的任一位充当查询信号，其余I/O口仍可作为独立的端口和外设相连。
工作方式0又称为基本输人／输出方式。
在此方式下，8255的3个接口（A、B和C口）24条线全部规定为数据的输入／输出线。
A接口的8条线（PA0—PA7）、B接口的8条线（PB0—PB7）、C接口的高4位（PC4一PC7）和C接口的低4位（PC0—PC3）可用程序分别规定它们的输入／输出方向。
当以工作方式0输入时，外设先将数据送到8255A的某个端口，CPU执行一条输入指令，读有效，将该端口的数据送入CPU。
当以工作方式0输出时，CPU执行一条输出指令，写有效，将数据送到8255A的某个端口，然后由外设取走。
工作方式0适合于数据的无条件传送，也可以人为指定某些位作为状态信息线，进行查询式传送。
2．方式1
方式1是一种选通I/O方式，A口和B口仍作为两个独立的8位I/O数据通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们为输入或输出。
而C口则要有6位（分成两个3位）分别作为A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0，可通过编程设置为输入或输出。
（1）方式1的输入组态和应答信号的功能
图9-5给出了8255A的A口和B口方式1的输入组态。
图9-5方式1输入组态
C口的PC3—PC5用作A口的应答联络线，PC0—PC2则作用B口的应答联络线，PC6—PC7则可作为方式0使用。
应答联络线的功能如下：
：
数据输入选通信号，低电平有效，它是内外设送给8255A的。
该信号有效表示外设已将输入数据准备好，并放入8255A的输入数据缓冲器中。
IBF：
输入缓冲器满信号。
高电平有效，它是8255A输出的一个状态信号。
IBF有效时表示8255A的相应端口已经接收到输入数据，但尚未被CPU取走，输入缓冲器已满。
该信号一力面可供CPU查询用，只一方面送给外设，阻止外设发送新的数据。
IBF由
信号置位，由读信号的后沿将其复位。
即当CPU已读取数据，输入缓冲器变空时，
输出低电平。
INTR：
中断请求信号，高电平有效。
它是8255A的一个输出信号，用于向CPU发出中断请求。
只有当
为1、1BF为1且INTE也为1（中断允许）时，INTR才有效。
也就是说，当选通信号结束（
=1），已将一个数据送进输入缓冲器（IBF=1），并且处于中断允许状态（INTE=1）时，8255A才向CPU发出中断请求信号。
当CPU响应中断并读取输入缓冲器中的数据时，由读信号的下降沿将INTR置为低电平。
INTE：
中断允许信号，没有外部引脚，它是控制中断允许或中断屏蔽的信号。
通过软件对端口C相应位置1或置0，实现对端口A或端口B中断请求信号的控制。
具体地说，当PC4被置1或置0时，端口A的中断请求被允许或屏蔽，PC2被置1或置0时，端口B的中断请求被允许或屏蔽。
（2）方式1的输出组态和应答信号功能
图9-3方式1的输出组态
C口的PC3、PC6、PC7用作A口的应答联络线，PC0-PC2则作用B口的应答联络线，PC4~PC5则可作为方式0使用。
应答联络线的功能如下：
：
输出缓冲器满信号，低电平有效。
利用该信号通知外设，
有效时，表示CPU已向指定的端口输出一个有效数据，外设可从此接口获取此数据。
：
外设响应信号，低电平有效，由外设输出给8255A。
作为对
的响应信号，表示外设已将数据从8255A的输出缓冲器中取走，它同时清除8255A的输出缓冲区满信号并使中断请求信号INTR有效。
CPU获知输出缓冲区满信号无效时可以输出下一个数据给8255A的A口或B口。
INTR：
中断请求信号。
INTR置位的条件是ACK为高且OBF为高且INTE为高。
INTE：
中断允许。
对A口来讲，由PC6的置位来实现，对B口仍是由PC2的置位来实现。
在方式l输出情况下，若所设位控字使PC6＝1，则INTEA＝l；若位控字使PC2＝1，则INTEB＝1。
3．方式2
方式2为双向选通I/O方式，只有A口才有此方式。
这时，C口有5根线用作A口的应答联络信号，其余3根线可用作方式0，也可用作B口方式1的应答联络线。
方式2就是方式1的输入与输出方式的组合，各应答信号的功能也相同。
而C口余下的PC0~PC2正好可以充当B口方式1的应答线，若B口不用或工作于方式0，则这三条线也可工作于方式0。
方式2类似于A口在方式1下输入和输出的组合。
因此，各引脚的定义也与方式1的相同，只不过INTR信号既可在输入时向CPU请求中断，也可在输出时向CPU请求中断。
各控制信号定义如图9-4所示。
（1）INTEl:
输出中断允许信号。
INTEl为1时，8255A输出缓冲器空，通过INTRA向CPU发出输出中断请求信号；INTEl为0时，屏蔽该中断请求。
（2）INTE2:
输入中断允许信号。
INTE2为1时，8255A输入缓冲器满，通过INTRA向CPU发出输入中断请求信号；INTE2为0时，屏蔽该中断请求。
（3）INTRA：
中断请求信号，高电平有效。
不管是输入还是输出，当—个动作完成而要进入下一个动作时，8255A都通过这一引脚向CPU发出中断请求信号。
图9-4端口A的方式2组态
（4）
：
外设提供给8255A的选通信号，低电平有效。
此信号将外没送到此信号将外没送到8255A的数据送入输入锁存器。
（5）IBFA：
8255A送往CPU的状态信息，表示当前已有一个新的数据送到输入缓冲器中，等待CPU取走。
IBFA可作为供CPU查询的信号。
（6）
：
输出缓冲器满信号，它是一个由8255A送给外设的状态信号，低电平有效。
当
有效时，表示CPU已经将一个数据写入8255A的端口A，通知外设将数据取走。
（7）
：
外设对
信号的响应信号，低电平有效。
它使8255A端口A的输出缓冲器开启，送出数据。
否则，输出缓冲器处于高阻状态。
（四）8255A的编程
1．8255A的编程控制字
对8255A的编程涉及到两个内容：
⑴写控制字设置工作方式等信息。
⑵使C口的指定位置位/复位的功能。
注：
均写入控制端口
8255A可工作在3种工作方式下，其工作方式的设定可通过对8255A编程来实现。
8255A有两种控制字：
方式选择控制字和C口按位置位／复位控制字。
（1）方式选择控制字
方式选择控制字要写入8255A的控制口，写入控制字之后，8255A才能按指定的工作方式工作。
8255A的方式选择控制字格式与各位的功能如图9-5所示。
图9-58255A的方式选择控制字格式
方式选择控制字可以分别选择端口A、端口B和端口C上下两部分的工作方式。
端口A有方式0、方式1和方式2三种工作方式，端口B只能工作于方式0和方式l，而端口C仅工作于方式0。
可以分别设定A口、B口的输入输出方向。
方式选择控制字的最高位D7为特征位，必须为1。
例9.1某系统要求使用8255A的A口方式0输入，B口方式0输出，C口高4位方式0输出，C口低4位方式0输入。
则控制字为：
10010001B即91H
初始化程序为：
MOVAL，91H
OUTCTRL_PORT，AL
（2）C口的置位/复位控制字
只有C口才有，它是通过向控制口写入按指定位置位/复位的控制字来实现的。
C口的这个功能可用于设置方式1的中断允许，可以设置外设的启/停等。
按位置位/复位的控制字格式如图9-6所示。
图9-68255A的置位/复位控制字格式
例9.2A口方式2，要求发两个中断允许，即PC4和PC6均需置位。
B口方式1要求使PC2置位来开放中断。
初始化程序可补充完整如下。
MOVAL，0C4H
OUTCTRL_PORT，AL；设置工作方式
MOVAL，09H
OUTCTRL_PORT，AL；PC4置位，A口输入允许中断
MOVAL，ODH
OUTCTRL_PORT，AL；PC6置位，A口输出允许中断
MOVAL，05H
OUTCTRL_PORT，AL；PC2置位；B口输出允许中断
2．8255A编程应用举例
学习案例：
利用8255A的A口方式0与微型打印机相连，将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出。
试完成相应的软硬件设计（CPU为8088）。
微型打印机和主机之间的接口采用并行接口，采用Centronics标准引脚信号，Centronics标准引脚信号如表9-2所示。
案例分析：
首先我们分析一下打印机的工作。
微型打印机和主机之间的接口采用并行接口。
图9-7打印机数据传输时序
它的工作流程：
主机将要打印的数据送上数据线，然后发选通信号。
打印机将数据读入，同时使BUSY线为高，通知主机停止送数。
这时，打印机内部对读入的数据进行处理。
处理完以后使
有效，同时使BUSY失效，通知主机
可以发下一个数据。
硬件连线如图9-8所示：
图9-8打印机接口示意图
表9-2Centronics标准引脚信号
引脚
名称
方向
功能
1
STROBE
入
数据选通，有效时接收数据
2-9
DATA1-DATA8
入
数据线
10
ACKNLG
出
响应信号，有效时准备接收数据
11
BUSY
出
忙信号，有效时不能接收数据
12
PE
出
纸用完
13
SLCT
出
选择联机，指出打印机不能工作
14
AUTOLF
入
自动换行
31
INIT
入
打印机复位
32
ERROR
出
出错
36
SLCTIN
入
有效时打印机不能工作
说明：
由PC0充当打印机的选通信号，通过对PC0的置位/复位来产生选通。
同时，由PC7来接收打印机发出的“BUSY”信号作为能否输出的查询。
8255A的控制字为：
10001000即88H
A口方式0，输出；C口高位方式0输入，低位方式0输出
PC0置位:
00000001即01H
PC0复位：
00000000即00H
8255A的4个口地址分别为：
00H，01H，02H，03H。
完整的控制程序如下：
DADASEGMENT
BUFFDB'Thisisaprintprogram!
'，'$'
DATAENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS：
CODE，DS：
DATA
START：
MOVAX，DATA
MOVDS，AX
MOVSI，OFFSETBUFF
MOVAL，88H；8255A初始化，A口方式0，输出
OUT03H，AL；C口高位方式0输入，低位方式0输出
MOVAL，01H；
OUT03H，AL；使PC0置位，即使选通无效
WAIT：
INAL，02H
TESTAL，80H；检测PC7是否为1即是否忙
JNZWAIT；为忙则等待
MOVAL，［SI］
CMPAL，'$'；是否结束符
JZDONE；是则输出回车
OUT00H，AL；不是结束符，则从A口输出
MOVAL，00H
OUT03H，AL
MOVAL，01H
OUT03H，AL；产生选通信号
INCSI；修改指针，指向下一个字符
JMPWAIT
DONE：
MOVAL，0DH
OUT00H，AL；输出回车符
MOVAL，00H
OUT03H，AL
MOVAL，01H
OUT03H，AL；产生选通
WAIT1：
INAL，02H
TESTAL，80H；检测PC7是否为1即是否忙
JNZWAIT1；为忙则等待
MOVAL，0AH
OUT00H，AL；输出换行符
MOVAL，00H
OUT03H，AL
MOVAL，01H
OUT03H，AL；产生选通
MOVAH，4CH
INT21H
CODEENDS
ENDSTART
学习案例：
将上例中8255A的工作方式改为方式1，采用中断方式将BUFF开始的缓冲区中的100个字符从打印机输出。
（假设打印机接口仍采用Centronics标准）。
案例分析：
仍用PC0作为打印机的选通，打印机的
作为8255A的A口，
8255A的中断请求信号（PC3）接至系统中断控制器8259A的IR3，其它硬件连线同上例，如图9-9所示。
图9-9中断方式硬件连线
8255A的控制字为：
1010XXX0
PC0置位:
00000001即01H
PC0复位：
00000000即00H
PC6置位:
00001101即0DH，允许8255A的A口输出中断
由硬件连线可以分析出，8255A的4个口地址分别为：
00H，01H，02H，03H。
假设8259A初始化时送ICW2为08H，则8255AA口的中断类型码是0BH，此中断类型码对应的中断向量应放到中断向量表从2CH开始的4个单元中。
主程序：
MAIN：
MOVAL，0A0H
OUT03H，AL；设置8255A的控制字
MOVAL，01H；使选通无效
OUT03H，AL
XORAX，AX
MOVDS，AX
MOVAX，OFFSETROUTINTR
MOVWORDPTR[002CH]，AX
MOVAX，SEGROUTINTR
MOVWORDPTR[002EH]，AX；送中断向量
MOVAL，0DH
OUT03H，AL；使8255AA口输出允许中断
MOVDI，OFFSETBUFF；设置地址指针
MOVCX，99；设置计数器初值
MOVAL，[DI]
OUT00H，AL；输出一个字符
INCDI
MOVAL，00H
OUT03H，AL；产生选通
INCAL
OUT03H，AL；撤消选通
STI；开中断
NEXT：
HLT；等待中断
LOOPNEXT；修改计数器的值，指向下一个要输出的字符
HLT
中断服务子程序如下：
ROUTINTR：
MOVAL，[DI]
OUT00H，AL：
从A口输出一个字符
MOVAL，00H
OUT03H，AL：
产生选通
INCAL
MOV03H，AL；撤消选通
INCDI：
修改地址指针
IRET：
中断返回
单元二串行接口与串行通信概述
知识目标：
了解串行通信的通信方式，了解信号的调制和解调，掌握串行接口芯片8251A主要功能、编程
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