串并行通信和接口技术

第六章串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术串并行通信和接口技术接口的功能接口的功能——接口的基本功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提供缓冲，满足接口两边的时序要求。提供缓冲，满足接口两边的时序要求。①寻址功能数据输入外设外设11＃＃接接口口①寻址功能中地址数据输入数据输处状态寄存器②输入输出功能中央处数据状态寄存器控制寄存器③数据转换功能④联络功能理单元数据数据输入外设外设22＃＃④联络功能⑤中断管理功能⑥复位功能元控制数据输处状态寄存器⑥复位功能⑦可编程功能控制寄存器⑧错误检测功能错误检测功能错误检测功能传输错误传输错误——由于接口和设备之间的连线常常受各种干扰而引起的传输错误。一般采用奇偶校验检测此来错误，有些接口对数据块传输还有冗余校验。覆盖错误覆盖错误采用奇偶校验检测此来错误，有些接口对数据块传输还有冗余校验。覆盖错误覆盖错误——计算机输入输出数据，一般都是从输入缓冲器中取数据，或把数据送到输出缓冲器，如果缓冲器中的数据尚未取走，新的数据就被装入缓冲器，则会产生一个覆盖错误。冲器，则会产生个覆盖错误。中产生上述错误时，接口都会在相应的状态寄存器中设置相应的状态位。接口与系统的连接接口与系统的连接与与I/OI/O设备相连设备相连——这部分电路与相连外设的传输要求和数据格式相关，所以在结构上差别很大。与系统总线相连与系统总线相连与系统总线相连与系统总线相连这部分电路都连到同总线上所以结构上非常类似——这部分电路都连到同一总线上，所以结构上非常类似。串口接口串口接口——串口通信时数据是在一条线上一位一位进行传输的，在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度。适用于远距离通信，但通信速度比较慢。（1）半双工通信半双工通信：允许两个方向传输数据，但不能同时传输，只能交替进行接收和发送采用同通路行，接收和发送采用同一通路。发送器发送器数据接收器接收器数据（2）全双工通信全双工通信：允许两个方向同时进行数据传输，两个传输方向完全独立，接收和发送采用不同的通路。数据发送器发送器接收器接收器可编程串行接口典型结构可编程串行接口典型结构状态寄存器数据总线收发器状态寄存器控制寄存器控制收发器数据输入寄存器中断请求串行输入联络信号逻辑串行输入/并行输出并行输入/串行输出中断请求读写串行输入串行输出CSA0地址译码数据输出寄存器来自地址总线发送时钟接收时钟传输方式传输方式同步通信——把许多字符组成一个信息组(信息帧)，每组信息的开始要加上一个同步字符，传输时不允许有间隙，所以没有信息时需填上空字符。效率高，需时钟信号异步通信时钟信号。异步通信——传输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分隔位。些数位来作分隔位。停止位字符位低位高位间隔标识态起校123456781位位位隔始位验位串行通信传输率串行通信传输率串行传输率／波特率——每秒传输的位数。例例11：：异步传输过程，设每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果波特率为1200bps，那么每秒钟能传输的昀大字符数为。12001200÷÷1010＝＝120120个个钟能传输的昀大字符数为。例例同步传输用1200b的波特率工作用4个同步字符作为信120012001010120120个个例例22：：同步传输：用1200bps的波特率工作，用4个同步字符作为信息帧头部，但不用奇偶校验，那么，传输100个字符所用的时间为，每秒钟能传输的字符数可达到7(100+4)7(100+4)÷÷12001200＝＝0.6067s0.6067s100/0.6067100/0.6067＝＝165165个个8251A8251A的基本性能的基本性能可编程可编程在同步方式时，波特率为在同步方式时，波特率为0~64Kbps0~64Kbps可编程可编程能用5、6、7或8位代表字符。能自动检测同步字符。能自动检测同步字符。允许奇偶校验。在异步方式下在异步方式下,,波特率为波特率为0~19.2Kbps0~19.2Kbps能用567或8位代表字符用1位作为奇偶校验能用5、6、7或8位代表字符，用1位作为奇偶校验。能自动为每个数据增加1个启动位。能增加或停能增加1个、1.5个或2个停止位。发送时钟和接收时钟可以是波特率的16倍、32倍和64倍，该倍数为波特率因子波特率因子。8251A8251A的编程结构的编程结构数据输入缓冲寄存器和数据输出缓冲寄存器使用同一个端口地址。接收移位寄存器将RXD端的串行数据接收后移位，变成8位并行数据。发送移位寄存器反之。控制寄存器由程序设定。状态寄存器为执行程序提供状态信息。模式寄存器决定同步/异步模式、收发字符格式，由程序设定。同步寄存器放同步字符。8251A8251A的内部工作原理的内部工作原理数据总线发送并串③③⑤⑤数据总线缓冲器发送缓冲器并→串转换TXD发送③③④④⑥⑥内读/写RESETCLK发送控制电路TXRDYTXEMPTYTXC送器④④⑥⑥部总控制逻辑电路C/DRDWR接收串→并X①①线CSDSRDTR接收缓冲器串→并转换RXD接收①①⑦⑦调制/解调控制电路DTRCTSRTS接收控制电路RXRDYRXCBRKDET收器②②RTSBRKDET接收控制电路接收控制电路&&发送控制电路发送控制电路接收控制电路接收控制电路——配合接收缓冲器工作。复位后寻找启动位（高电平到低电平）消除假启动干扰消除假启动干扰对接收到的信息进行奇偶校验，并建立相应状态位检测停止位，并建立相应状态位发送控制电路发送控制电路——配合发送缓冲器工作。在异步方式下，为数据加上起始位、校验位和停止位在同步方式下，插入同步字符和校验位读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路——配合数据总线缓冲器工作。接收写信号WR，写入数据和控制字。接收读信号RD，读取数据或状态字。接收控制/数据信号C/D和读写信号合起来通知8251A当前接收控制/数据信号C/D，和读写信号合起来通知8251A当前读写的是数据还是控制字、状态字。读写的是数据还是控制字、状态字。接收CLK，完成8251A内部定时。接收RESET，使8251A处于空闲状态。调制解调控制电路调制解调控制电路远程通信时有时需要用调制解调器(Md)将串行接远程通信时，有时需要用调制解调器(Modem)将串行接口送出的数字信号变为模拟信号发送出去；或将接受到的送出的数字信号变为模拟信号发送出去；或将接受到的模拟信号变为数字信号，再由串行口送往计算机主机。调制解调控制电路用来简化8251A与调制解调器的连接。调制解调控制电路用来简化8251A与调制解调器的连接。即由调制解调控制电路提供一组通用的控制信号，使得8251A可以直接和调制解调器相连。8251A8251A的异步接收的异步接收RRXXDD接收器输出D0D1…Dn不出现在数据总线上XX数据位校验位启动位停止位8251A将RXD上的低电平作为起始位。8251A的接收器时钟脉冲计数，半个数位传输时间时对RXD进行检测，若仍为低电平则有效。8251A开始常规采样，即每隔一个数位传输时间对RXD进行一次采样。数据进入移位寄存器，进行奇偶校验并去掉停止位。数据进入移位寄存器，进行奇偶校验并去掉停止位。并行数据经内部数据总线到数据输入寄存器，同时发送READY信号。8251A对少于8位的数据进行高位补零。8251A8251A和和CPUCPU之间的信号连接之间的信号连接数据信号传输数据状态字控制命令字等传输数据、状态字、控制命令字等。片选信号信片选信号低电平时，8251A被选中。读写控制信号具体操作WRRDC/DCPU从8251A输入数据100具体操作WRRDC/DCPU读取8251A的状态101CPU往8251A输出数据010CPU往8251A写入控制命令011收发联络信号收发联络信号发送器准备好发送器准备好TTXXRDYRDY——8251A已经准备好发送一个字符，CPU可以往8251A传输一个数据。实际使用时，采用中断方式或查询方式则作为中断请求信号或查询方式时的联络信可采用中断方式或查询方式，TXRDY则可作为中断请求信号或查询方式时的联络信号发送器空发送器空TTXXEE——8251A发送器中并行到串行转换器空，表明一个发送动作的完成。在同步方式时不允许字符之间有空隙而CPU有时会来不及往8251A输出字符这时若TE时，不允许字符之间有空隙，而CPU有时会来不及往8251A输出字符，这时若TXE为高电平，发送器在输出线上插入同步字符，来填补传输间隙。接收器准备好接收器准备好RRXXRDYRDY——表示当前8251A已从外部设备或Modem接收到一个字符，正等待CPU取走。同样RRDY也可作为中断请求信号或查询方式时的联络信号同样，RXRDY也可作为中断请求信号或查询方式时的联络信号。同步检测同步检测SYNDETSYNDET——只用于同步方式。当8251A工作于内同步时，SYNDET作为输出端；当8251A工作于外同步时，SYNDET作为输入端。8251A8251A和和外设之间的信号连接外设之间的信号连接收发联络信号DTR数据终端准备好信号DTR→数据终端准备好信号DSR←数据设备准备好信号RTS→请求发送信号CTS←清除请求发送信号数据信号TD发送器数据信号端TXD→发送器数据信号端RXD←接收器数据信号端接收/发送时钟信号异步方式时RCTC可为波特率的1异步方式时RXC、TXC可为波特率的1倍、16倍或64倍。88位接口芯片位接口芯片&&1616位数据总线位数据总线8位接口芯片通常地址对奇奇地址端口写入控制字模式字和同步字对奇奇地址端口写入：控制字、模式字和同步字对奇奇地址端口读出：状态字对偶偶地址端口读出：从数据输入缓冲器中读数据对偶偶地址端口读出：从数据输入缓冲器中读数据对偶偶地址端口写入：往数据输出缓冲器中写数据8086CUP的约定——低低8位数据线上的数据总是写入偶偶地址存储单元或端口，而高高8位数低低位数据线上的数据总是写入偶偶地址存储单元或端口，而高高位数据线上的数据总是写入奇奇地址存储单元或端口；读出数据时情况类似。解决办法硬件上，接口芯片与低8位总线相连且将总线的A1与芯片的A0相连。10软件上，用连续的偶地址代替奇偶地址。8251A8251A的初始化约定的初始化约定芯片复位后第一次用奇地址奇地址端口写模式字模式字入模式寄存器①①模式寄存器。第二次往奇地址奇地址端口第二次往奇地址奇地址端口写控制字控制字入控制寄存器。往偶地址偶地址写数据数据入数②②据输出缓冲器。③③模式寄存器模式寄存器00：同步方式S2S1EPPENL2L1B2B101：异步方式（×1）10：异步方式（×16）11异步方式（64）11：异步方式（×64）00：字符长度5位01字符长度6位01：字符长度6位10：字符长度7位11：字符长度8位1：带奇偶校验0：无奇偶校验1：偶校验0：奇校验：字符长度8位0：奇校验00：无效01：1位停止位10：1.5位停止位112位停止位异步11：2位停止位波特率因子波特率因子发送发送//接收时钟频率接收时钟频率==发送发送//接收波特率接收波特率××波特率因子波特率因子TxCRxC例：例：模式寄存器的昀低2位为10，要求发送数据的波特率为300bps，接收数据的波特率为1200bps，那么：8251ATxC时钟频率为：300300××1616＝＝4800Hz4800HzRxC时钟频率为：12001200××1616＝＝19200Hz19200Hz控制寄存器控制寄存器EHIRRTSERSBRKRXEDTRTXEN1：允许发送1：1：1：数据终端准备好1：允许接收1：内部复1：进入搜1：发断缺字符0：正常工作复位搜索方式1：清除错误标志1：请求发送1：请求发送状态寄存器状态寄存器DSRBRKDETFEOEPETXEMPTYRXRDYTXRDY1：发送器准备好1：接收器准备好奇偶错溢出错帧校验1：数据1：发送器空标志标志错标志装置准备0：正常工作备好