接口电路设计

内存地址译码器 0000~2FFF
/INTR /INTN /EI /DI
2 34 5 151719
6 9 10
VCC
/MR D
27 WE
/MW R A11
23
OE
ExtROMH 28C64
GND
CS A11 A12 A10~A0 D7~D0 20
/MWR 23 2 21 24 25 3~10
19~11
1 CK1
INT S GAL
/GIR DC23
10 11
S2 R2 S1 R1 S0 R0
23 45 67
中断源2 中断源1 中断源0
21 /MWR A11
23 OE
/MRD
WE
RAMH 6116
CS
18 内存地址译码器
A10~A0 19 22 23 1~8
D7~D0 17~9
2000~3FFF
IBH
SHR R0 JR NC, OUT1 POP R0 OUT 82h RET
对 IN 指令而言， 80h 是输入数据寄存器地址，
对 OUT 指令而言， 80h 是输出数据寄存器地址，
双串行口同时运行的程序例子
Loop: in 81 shr r0 shr r0 jr nc, loop1 in 80 out 80 out 82
MVRD R0， 4Eh OUT 81h MVRD R0, 37h OUT 81h
方式设置：0 1 0 0 1 1 1 0
1个停止位
16*波特率
无奇偶校验 字符为 8 bits
命令设置： 0 0 1 1 0 1 1 1
对 OUT 指令而言， 81h、83h 为控制寄存器地址；
对 IN 指令而言， 81h、83h 为状态寄存器地址；
4 GND 5 Link 6
DC1 138
C
Y0 Y1
15 14
B A
Y2 Y3
13 12
Y4 11
G2A Y5 10
G2B G1
Y6 9 Y7 7
/SWTOIB /RTOIB
/ETOIB /FTOIB /STOIB /INTVH /INTVL NC
DC2 138
DC22 1 C
DC21 DC20
2 3
串口2
13 14 8 7 R1in T1out R2in T2out
MAX202
R1out T1in R2out T2in 12 11 9 10
153.6KHz 307.2KHz
9
11~14
Load
ห้องสมุดไป่ตู้
Q3 Q2 Q1Q0
1 10 7 VCC
CLR T P CLK
2
161
P3P2 P1 P0 6~3
1.8432MHz
RxRDY: 接收准备就绪 TxRDY: 发送准备就绪 TxEMPTY: 发送寄存器空
/DTR、/DSR： /RTS、 /CTS：
工作命令字的格式
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
EH
IR RTS ER SBBK RxE DTR TxEN
接口状态寄存器的内容格式
D7
D6
D5
D4 D3
D2 D1
D0
SYNDET
18 17 14 13 87 43
ABH、ABL
DBH
用于置中断向量的3排插针
P 1P 0GND
内存储器和串行接口
存储器由 2 组 8 位区组成， 可运行于8 位或16位方式；
每组由 1 片 2716 RAM 和 2 片 28C64 ROM芯片组成，亦可选 用2764 ROM芯片。
对16位地址的最高3位译码，产 生 8 个存储器片选信号，各自对 应8192 的存储容量。
A5 A4
2 3
B A
YY01 11 54 Y2 13 Y3 12
GND 4 5
A7 6
G2A
G2B G1
Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7
A15 1 A14 2 A13
GND 4 5
VCC 6
DC5 138
C
YY01 11 54
B A
Y2 13 Y3 12
Y4 11
G2A Y5 10
G2B G1
Y6 9 Y7 7
80~8F 90~9F A0~AF B0~BF C0~CF D0~DF E0~EF F0~FF
0000~1FFF 2000~3FFF 4000~5FFF 6000~7FFF 8000~9FFF A000~BFFF C000~DFFF E000~FFFF
DC12 1 DC11 2 DC10 3
第四单元 输入/输出系统和设备
刘卫东 liuwd@tsinghua.edu.cn
教学内容安排
• 第一讲 输入/输出系统概述和输入/输出方 式
• 第二讲 总线 • 第三讲 接口电路 • 第四讲 输入设备和输出设备 • 第五讲 本单元小结及考试说明
第三讲 接口电路设计
2003年11月
主要教学内容
• 接口电路的作用 • 接口电路的一般组成 • 串行接口 • 并行接口 • USB接口 • SCSI接口
数溢奇 的
据出偶 发
帧错错 送
错
器
收送 器器 就就 绪绪 信信
绪
空 号号
，
， ，，
1
1
1
1
有
有 有有
效
效 效效
INTEL 8251 串行接口芯片
1 D2
2 D3
3
RXD
4 GRD
5 D4
6 D5
7 D6
8 D7
9 /TXC 10 /WR
11 /CS
12 C/ D
D1 28 D0 27 VCC 26 /RX C 25 /DTR 24 /RTS 23 /DSR 22 RESET 21 CLK 20 TX D 19 TX EMPTY 18
输入/输出系统
• 控制方式：处理器如何管理设备 • 总线：数据发送和通信 • 接口：总线和设备的连接
– 连接总线和设备（对设备提供编码） – 接收处理器（主设备）的命令，并提交给外部设备，
同时，为主设备提供外部设备的状态 – 数据缓冲 – 对主设备屏蔽外部设备的差异（一种接口可以连接多
种类型的设备）
单工，半双工，全双工：
串
停止位：
行 终端
数据位：
接口 CPU
并
行
接口
CPU
起始位：
1位
奇偶校验：
传送的波特率：
标 识
波特率因子：
态
数据采样：
1、1.5、2位
…... 数据位，如 8 位 一次完整的数据传送时间
方式命令字的格式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Y( D1D0 = 00 ) N ( D1 D0 0 0 )
/CTS 17
13 /RD SYNDET/BD 16
14 RXRDY
TXRDY 15
器件引脚图
D7~D0 : I/O数据
CLK： 主时钟 /RxC,RxD: 接收时钟、数据 /TxC,TxD: 发送时钟、数据
/CS: 片选信号 /WR、/RD: 写、读命令 C/ D： 控制 / 数据信号 RESET： 总清信号
/DTR /DSR /RTS /CTS
状态 缓冲器
接受数据 缓冲器
发送数据／命令 缓冲器
Ｉ／Ｏ
缓 冲 器
读／写 控制 逻辑
调制／解 调器控制
ＴxＤ
发送器P-S TxE
发送控制
TxRDY
／TxC
接收控制 接收器S-P
RxRDY /RxC ＲxＤ
串行异步传送中的有关概念
串行： 异步、同步：
CPU 接口
RxD TxD CS
CTS
COM2 8251
RTS
C/ D
D7~D0RD WR RESETCLK TxC RxC
VCC GND A0
MicroP MA CH _ 8 2 5 1 / CS
............
I/O地址译码器80~8F 11
19 3
TxD RxD
CS
COM1 8251
17
CTS RTS C/ D
A10~A0 19 22 23 1~8
D7~D0 17~9
短路子 8位机短接 16位机断开
............
VCC
/MR D
27 WE
23 OE
/MW R A11
ROMH 28C64
GND
A11 A12 A10~A0
CS D7~D0
20
/MWR 23 2 21 24
25 3~10
19~11
串口1
loop1: in 83 shr r0 shr r0 jr nc, loop in 82 out 82 out 80 jp loop ret
23 12
D7~D0RD WR RESETCLK TxC RxC
8~1 28 27
13 10 21 20 9 25 /RESET
/RD /WR 1.8432MHz 153.6KHz
A0 IRH0
17 18 19 20
P 1 P 0 INTE /INT
1 11
CK1 RESET
INT P
GAL
IBH3 7 IBH2 8
不用 请 错 不 允 数 允
求 误用许 据许
发 标 接 终发
送 志 收 端送
复
准
位
备
好
编程用串行口执行输入任务/输出操作
INCH:IN 81h SHR R0 SHR R0 JR NC, IN 80h PUSH R1 MOV R1, AND R0, POP R1 RET
INCH
00FFh R1
OUTCH:PUSH R0 OUT1: IN 83h
B A
Y0 Y1
15 14
Y2 Y3
13 12
4 GND 5 Link 6
G2A
G2B G1
Y4 Y5
11 10
Y6 9
Y7 7
NC /GIR
/GARH /GARL /INTR /INTN /EI /DI
VCC
27 WE
/MR D
23 OE
/MW R A11
ROML 28C64
GND
A11 A12 A10~A0
CS D7~D0
20
/MWR 23 2 21 24
25 3~10
19~11
VCC
27 WE
/MR D
23 OE
/MW R A11
ExtROML 28C64
GND
A11 A12 A10~A0
CS D7~D0
20
/MWR 23 2 21 24
25 3~10
19~11
21 WE
RAML 6116
OE 23 CS 18
OE
TxE
TxRDY
DSR
FE
PE
RxRDY
REQ /WE
MIO GND
DC3 139
3 2 1B 1 1A
1G 13 14 2B 15 2A
2G
1Y0 4 1Y1 5 1Y2 6 1Y3 7
/MWR /MRD /WR /RD
2Y111 /IOREQ 2Y0 12 /MMREQ
DC4 138
A6 1 C
X0 不校验 01 奇校验 11 偶校验
TxC , RxC
波特率因子
00 同步方式 01 异步1倍 10 异步16倍 11 异步64倍
工作命令字的格式
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
EH
IR RTS ER SBBK RxE DTR TxEN
发
请
软
求
发
RESET 送
信信
号号
，
使
使
发接
三 个 出 错
BR包EAK
IBL
19 16 15 12 9 6 5 2
19 16 15 12 9 6 5 2
CK 11 1
Q7~Q0
CLK INT VT H 374
/OE
CK
11 1
Q7~Q0
CLK INT VT L 374
/OE
/INTVH
D7~D0
/INTVL D7~D4 D3~D0
18 17 14 13 8 7 4 3
同步?
D6: 外同步检测 0 内同步
SYNDET为输入
1 外同步 SYNDET为输出
规定帧控制
00 无效 01 1个 停止位
10 1.5个停止位
11 2个 停止位
确定字符长度
00 5bits 01 6bits 10 7bits 11 8bits
D7: 同步字符 0 双同步字符 1 单同步字符
对奇偶校验的规定
收 器
信使
号能
标
信
志
号
位
，
数 据 终 端 就 绪 ， 使
发 送 器 使 能 信 号 ，
/R出TS 为
复 位
低
1 有 效
/D出TR 为 低
1 有 效
接口状态寄存器的内容格式
D7
D6
D5
D4 D3
D2 D1
D0
SYNDET
TxE
TxRDY
DSR
FE OE PE
并 RxRDY
到 接发
数 据 设 备 就
串
• 设备：完成输入/输出任务
接口的基本功能
• 提供主机识别（指定、找到）使用的I/O设 备的支持（为每个设备规定几个地址码或 编号）
• 建立主机和设备之间的控制与通信机制 • 提供主机和设备之间信息交换过程中的数
据缓冲机构 • 提供主机和设备之间信息交换过程中的其
他特别需求支持
通用可编程接口电路
异步传送时
每字可为５～８bits，接收和发送时钟可为1，16 或64倍的波特率。可产生中止字符并自动检测和处理。 可用1，1.５或２位停止位。能检测假启动完全双工， 双缓冲的发送器和接受器。具有检测奇偶错，数据丢 失错和帧错的能力。全部入／出信号为 TTL 电平
D7~D0（外部数据总线）
RESET CLK C/ D /RD /WR /CS
• 通用
– 能有多种用法与入/出功能
• 可编程
– 能通过指令指定接口的功能和运行控制参数
• 接口内部组成
– 设备识别电路 – 数据缓冲寄存器（输入/输出） – 控制寄存器 – 状态寄存器 – 中断电路 – 其他电路
8251的基本功能
可用于同步或异步传送
同步传送时
每字可为５～８bits，可用内或外同步，能自动 插入同步字符。
2 路串行接口，其中一路正 常运行，另一路经扩展后方 可使用。
对 8 位 IO 端口地址的最高 4位 译码，产生 8 个 IO芯片的片选 信号。
1 片双 2-4 译码器 139 给出内存 和 IO 的读写命令信号。
2 片GAL 和 2 片 373 寄存器用 于支持中断响应与处理实验。
TEC-2000 机串行口初始化的程序