并行和串行接口电路

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第10章 并行和串行接口电路

1．教学目的和要求：

掌握串行通信和并行通信的概念 掌握并行接口电路8255A的使用 掌握串行接口电路8251A的使用 2．教学重点：

8255A的使用 8251A的使用 3．掌握难点：

8255A的使用 8251A的使用 5．教学方法：

课堂讲授

6．教学内容摘要：

10.1 概述

10.1.1 并行通信 1. 并行接口

图10.1 并行接口与CPU、外设的连接2. 并行接口的组成

⑴状态寄存器

状态寄存器用来存放外设的信息，CPU通过访问这个寄存器来了解某个外设的状态，进而控制外设的工作，以便与外设进行数据交换。 ⑵控制寄存器

并行接口中有一个控制寄存器，CPU对外设的操作命令都寄存在控制寄存器中。 ⑶数据缓冲寄存器

在并行接口中还设置了输入缓冲寄存器和输出缓冲寄存器，缓冲器是用来暂存数据。因为外设与CPU交换数据，CPU的速度远远高于外设的速度。例如，打印机的打印速度与CPU的速度相差的远不止是一个数量级，在并行接口中设置缓冲器，把要传送的数据先放入缓冲器中，打印机按照安排好的打印队列进行打印，这样可以保证输入，输出数据的可靠性。

3. 数据输入过程

数据输入过程，指的是外设向CPU输入数据。

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① 当外设将数据通过数据输入线送给接口时，先使状态线“输入数据准备好”为高电平。然后通过接口把数据接收到输入缓冲寄存器中，同时把“输入回答”信号置成高电平“1”，并发给外设。

② 外设接到回答信号后，将撤消“输入数据准备好”的信号。当接口收到数据后，会在状态寄存器中设置“准备好输入”状态位，以便CPU对其进行查询。

③ 接口向CPU发出一个中断请求信号，这样CPU可以用软件查询方式，也可以用中断的方式将接口中的数据输入到CPU中。 ④ CPU在接收到数据后，将“准备好输入”的状态位自动清除，并使数据总线处于高阻状态。准备外设向CPU输入下一个数据。 4. 数据输出过程

数据输出过程，指的是CPU向外设输出数据。

① 当外设从接口接收到一个数据后，接口的输出缓冲寄存器“空”，使状态寄存的“输出数据准备好”状态位置成高电平“1”，这表示CPU可以向外设接口输出数据，这个状态位可供CPU查询。

② 此时接口也可向CPU发出一个中断请求信号，同上面的输入过程相同，CPU可以用软件查询方式，也可以用中断的方式将CPU中的数据通过接口输出到外设中。当输出数据送到接口的输出缓冲寄存器后，再输出到外设。

③ 与此同时，接口向外设发送一个启动信号，启动外设接收数据。外设接收到数据后，向接口回送一个“输出回答”信号。

④ 接口电路收到该信号后，自动将接口状态寄存器中的“准备好输出”状态位重新置为高电平“1”，通知CPU可以向外设输出下一个数据。 10.1.2 串行通信

图10.2 串行接口与CPU、外设的连接

1. 串行接口的组成

串行接口是通过系统总线和CPU相连，串行接口部件的典型结构如图10.2所示。主要由控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器4部分组成。 ⑴控制寄存器

控制寄存器用来保存决定接口工作方式的控制信息。 ⑵状态寄存器

状态寄存器中的每一个状态位都可以用来标识传输过程中某一种错误或当前传输状态。 ⑶数据寄存器

①数据输入寄存器：在输入过程中，串行数据一位一位地从传输线进入串行接口的移位寄存器，经过串入并出(串行输入并行输出)电路的转换，当接收完一个字符之后，数据就从移位寄存器传送到数据输入寄存器，等待CPU读取。

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②数据输出寄存器：在输出过程中，当CPU输出一个数据时，先送到数据输出缓冲寄存器，然后，数据由输出寄存器传到移位寄存器，经过并入串出(并行输入串行输出)电路的转换一位一位地通过输出传输线送到对方。

串行接口中的数据输入移位寄存器和数据输出移位寄存器是为了和数据输入缓冲寄存器和数据输出缓冲寄存器配对使用的。

在学习串行通信方式时，很有必要了解一下有关串行通信中的一些基本概念，这里仅做简单介绍。

2. 串行通信中使用的术语 ⑴发送时钟和接收时钟

把二进制数据序列称为比特组，由发送器发送到传输线上，再由接收器从传输线上接收。二进制数据序列在传输线上是以数字信号形式出现，即用高电平表示二进制数1，低电平表示二进制数0。而且每一位持续的时间是固定的，在发送时是以发送时钟作为数据位的划分界限，在接收时是以接收时钟作为数据位的检测。

①发送时钟：串行数据的发送由发送时钟控制，数据发送过程是：把并行的数据序列送入移位寄存器，然后通过移位寄存器由发送时钟触发进行移位输出，数据位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。

②接收时钟：串行数据的接收是由接收时钟来检测，数据接收过程是：传输线上送来的串行数据序列由接收时钟作为移位寄存器的触发脉冲，逐位打入移位寄存器。 ⑵DTE和DCE

①数据终端设备(data terminal equipment，DTE)：是对属于用户所有联网设备和工作站的统称，它们是数据的源或目的或者即是源又是目的。例如：数据输入/输出设备，通信处理机或各种大、中、小型计算机等。DTE可以根据协议来控制通信的功能。

②数据电路终端设备或数据通信设备(data circuit-terminating equipment或data

communication equipment，DCE)：前者为CCITT标准所用，后者为EIA标准所用。DCE是对网络设备的统称，该设备为用户设备提供入网的连接点。自动呼叫/应答设备、调制解调器Modem和其他一些中间设备均属DCE。 ⑶信道

信道是传输信息所经过的通道,是连接2个DTE的线路,它包括传输介质和有关的中间设备。

3. 串行通信中的工作方式

串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式

(a)

(b)

(c)

图10.3 串行通信工作方式

4. 同步通信和异步通信方式

串行通信分为2种类型：一种是同步通信方式，另一种是异步通信方式。 ⑴同步通信方式

同步通信方式的特点是：由一个统一的时钟控制发送方和接收方，若干字符组成一个信息组，字符要一个接着一个传送；没有字符时，也要发送专用的“空闲”字符或者是同步字符，因为同步传输时，要求必须连续传送字符，每个字符的位数要相同，中间不允许有间隔。同

同步字符1

同步字符2

数据

…结束标志

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步传输的特征是：在每组信息的开始(常称为帧头)要加上l一2个同步字符，后面跟着8位的字符数据。同步通信的数据格式如图10.4所示。

10.4 同步通信字符格式图传送时每个字符的后面是否要奇、偶校验，由初始化时设同步方式字决定。 ⑵异步通信方式

异步通信的特点是：字符是一帧一帧的传送，每一帧字符的传送靠起始位来同步。在数据传输过程中，传输线上允许有空字符。所谓异步通信，是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信。异步通信中发送方和接收方的时钟频率也不要求完全一样，但不能超过一定的允许范围，异步传输时的数据格式如图10.5所示。

图10.5 异步通信字符格式字符的前面是一位起始位(低电平)，之后跟着5～8位的数据位，低位在前、高位在后。数据 …… 此处隐藏：16708字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……