第8章 常用可编程接口芯片(3)串行通信接口
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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---
可编程串行通讯接口SIO
一种常见的串行通讯接口，采 用9个针脚，传输距离较远，
但传输速率相对较慢。
RS-485接口
一种差分串行通讯接口，采用 4个针脚，传输距离较远，且
具有较好的抗干扰能力。
USB接口
一种通用串行总线接口，采用 4个针脚，传输速率较快，且
支持热插拔和即插即用。
SPI接口
一种同步串行通讯接口，采用 4个针脚，传输速率较快，但
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多分支连接
一个设备通过串行通讯接 口连接多个设备，通常使 用hub或mux进行连接。
串联连接
多个设备之间通过串行通 讯接口串联连接，通常用 于长距离传输。
03 软件编程
编程语言
C语言
C语言是一种通用编程语言，具有高效、可移植和可扩展性，适用 于编写底层硬件控制程序。
Python
Python是一种解释型、高级编程语言，易于学习、编写和维护， 适用于快速开发串行通讯应用程序。
Java
Java是一种面向对象的编程语言，具有跨平台特性，可用于开发串 行通讯接口的软件。
编程环境
1 2
Visual Studio Code
一款轻量级、跨平台的集成开发环境，支持多种 编程语言，提供丰富的插件和扩展。
Eclipse
一款基于Java的集成开发环境，具有强大的插件 体系和可扩展性，适用于开发串行通讯应用程序。
传输距离较短。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
硬件接口参数
传输速率
串行通讯接口的传输速 率，通常以bps（位每
秒）表示。
传输距离
串行通讯接口的传输距 离，通常以米为单位。
针脚数
电气特性
串行通讯接口所使用的 针脚数量。
但传输速率相对较慢。
RS-485接口
一种差分串行通讯接口，采用 4个针脚，传输距离较远，且
具有较好的抗干扰能力。
USB接口
一种通用串行总线接口，采用 4个针脚，传输速率较快，且
支持热插拔和即插即用。
SPI接口
一种同步串行通讯接口，采用 4个针脚，传输速率较快，但
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多分支连接
一个设备通过串行通讯接 口连接多个设备，通常使 用hub或mux进行连接。
串联连接
多个设备之间通过串行通 讯接口串联连接，通常用 于长距离传输。
03 软件编程
编程语言
C语言
C语言是一种通用编程语言，具有高效、可移植和可扩展性，适用 于编写底层硬件控制程序。
Python
Python是一种解释型、高级编程语言，易于学习、编写和维护， 适用于快速开发串行通讯应用程序。
Java
Java是一种面向对象的编程语言，具有跨平台特性，可用于开发串 行通讯接口的软件。
编程环境
1 2
Visual Studio Code
一款轻量级、跨平台的集成开发环境，支持多种 编程语言，提供丰富的插件和扩展。
Eclipse
一款基于Java的集成开发环境，具有强大的插件 体系和可扩展性，适用于开发串行通讯应用程序。
传输距离较短。
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硬件接口参数
传输速率
串行通讯接口的传输速 率，通常以bps（位每
秒）表示。
传输距离
串行通讯接口的传输距 离，通常以米为单位。
针脚数
电气特性
串行通讯接口所使用的 针脚数量。
第8章 通用可编程接口芯片-PPT文档资料
其中：
INTRA（PC3）——中断请求信号，高电平有效。 （PC7）——输出缓冲器满信号，低电平有效。 （PC6）——外部响应信号，低电平有效。 INTE1：输出缓冲器的中断允许触发器，由PC6置位/复位控 制。
（PC4）——选通输入信号，低电平有效。 IBFA（PC5）——输入缓冲器满信号，高电平有效。 INTE2：输入缓冲器的中断允许触发器，由PC4置位/复位控 制。
【例8.2】要求8255A工作在方式0，A口、B口输入，C口输出。
其硬件电路如图8-6，片选端接译码电路输出（译码端由地址线A7、 A6、A5译码输出），按要求8255A的控制字为92H（D7~D0对应的 数据为10010010）。
图8-6 8255基本应用
其工作程序如下：
PORTK
EQU
PORTA
A 口
D 3 D 2 D 1 D 0 IN T R IN T E BOBFB IN T R
B 口
Hale Waihona Puke 8255A在方式2下的状态字格式如下所示。在这个状态字 中，INTEl、INTE2和INTR为8255A的允许中断触发器状 态。其中INTEl和INTE2受C口的置复位控制字决定，其 余各位为同名引脚上的电平信号。D2~D0由B组工作方 式决定。
当A口工作于方式2时，B口可工作在方式0或者方式1 ；C口的高5位为A口的握手联络信号，低3位可用于B口 在方式1时的握手联络信号。由8255A的控制字选择。
方式2状态如图8-5所示。
控制字
D7 ~ D0
11
I/O I/O I/O
D7： 控 制 字 标 志 位 1有 效 D6D5： 1*A口 双 向 方 式 D2： B组 方 式 ， 0： 方 式 0
第八章常用可编程通用接口芯片
LOOP ＄
INC AL
XOR AL，1 ；置位字
POP AX
OUT 2021/9/21DX，AL ；灯灭
JNZ AGN
17
作业： P311、 1、 2、
2021/9/21
18
三、三种方式的功能及应用
1、方式0
基本功能基本单向I／O方式。
• A，B，C三个端口都可作8位输入／输出端口。
• C端口可作为两个4位端口（C口上，C口下）。
20
•244-273程序 AG：MOV DX，380H
IN AL，DX
NOT AL OUT DX，AL MOV AH，11
INT 21H CMP AL，0
JZ AG
·8255程序
MOV DX，383H MOV AL，90H
8255 初始化
A口方 式0输入
OUT DX，AL B口方
NE：MOV DX，380H 式0输出
• INTR中断请求信号，高电平有效；这是8255的输 出信号，可用作向CPU申请中断的请求信号，以要 求CPU服务；当IBF为高和INTE中断允许为高时， STB为高时（即STB的后沿）使INTR为高；由RD信 号清除。
2021/9/21
28
•INTE中断允许信号：
• 端口A的INTEA可由用户对PC4的按位置位／ 复位控制字来控制，PC4＝1，允许A口中断；
0BH
0AH
PC6
0DH
0CH
PC7
0FH
0EH
2021/9/21
13
•如PC3置位： MOV DX，PORT3 ；控制端口 MOV AL，7 OUT DX，AL
• 如PC3复位：MOV DX，PORT3 MOV AL，6 OUT DX，AL
微机原理与应用第八章
无条件传送的输出实例：
300 x 8 数 据 总 线
+5V
74LS373
LE OE
CS WR
MOV DX, 160H MOV AL, [BX] OUT DX, AL
可认为： LED发光二极管 是“始终就绪” 的外设。
无条件传送的输入输出接口：
A0～A15
IOR IOW
译码 8000 H +5V G LS244 三态 缓冲器 CLK LS273 8D 锁存器 LS06 反相 驱动器
⑴ CPU对DMA控制器进行初始化设置 ⑵ 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立 联系：CPU将总线交给DMAC控制 传送流程 ⑶ DMA传送
DMA读存储器：存储器 → 外设 DMA写存储器：存储器 ← 外设
8.1 8.2 8.3 8.4
微型计算机的输入/输出接口 并行通信与并行接口 可编程并行通信接口芯片8255A 串行通信与串行接口
DB
数据 信息
主
AB
机
CB
接口 电路
外 设
数据通常有四种类型：
状态 信息
控制 信息
模拟量不能直接进 入计算机，必须经 过A/D转换器
数字量：二进制形式的数据，或 是已经编过码的二进制 形式的数据。 （1位、8位、16位或32位） 模拟量：用模拟电压或电流幅值大 小表示的物理量。 开关量：有两个状态，即“开”或“关” 一位二进制数就可表示的量 脉冲量：以脉冲形式表示的一种信号
LED7
K0 K1
…
LED0
K7
+5V …
D0～D7
8086
next:
mov dx,8000h in al,dx not al out dx,al call delay jmp next
《接口技术》习题课
③ DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设 进行大批量数据传送的场合。
5
习题1-10：什么是总线桥？总线桥与接口有何不 同？
答: 总线桥，是实现微处理器总线与PIC总线，以及PCI 总线与本地总线之间的连接与信息交换（映射）的 接口。
总线桥与接口的不同之处：
① 首先，总线桥与接口的区别是“连接的对象不同”。接口 连接的是I/O设备、与本地总线（用户总线）；而总线 桥连接的是本地ISA总线与PCI总线。
② 参加译码的地址信号、控制信号的组合可以不同。
15
习题3-11：你能采用74LS138设计一个I/O地址译码电路 吗？（可参考例题3.2）。略。
¾ “I/O操作是指CPU直接对I/O设备进行操作”，这话 对吗？
答：不对。I/O操作是指I/O端口操作，即访问与I/O设 备相关的端口，而不是对I/O设备直接操作。
19
习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
¾ “3方式”由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形， 且输出波形的高低电平比为1:1或近似1:1（方波或近似方 波），所以在实际中应用最广泛。
20
习题4-9：计数初值或定制常数有什么作用？如何计算 82C54A的定时常数？
答：
1）定时常数（计数初值），是决定82C54A的计数多少和定 时长短的重要参数。
5
习题1-10：什么是总线桥？总线桥与接口有何不 同？
答: 总线桥，是实现微处理器总线与PIC总线，以及PCI 总线与本地总线之间的连接与信息交换（映射）的 接口。
总线桥与接口的不同之处：
① 首先，总线桥与接口的区别是“连接的对象不同”。接口 连接的是I/O设备、与本地总线（用户总线）；而总线 桥连接的是本地ISA总线与PCI总线。
② 参加译码的地址信号、控制信号的组合可以不同。
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习题3-11：你能采用74LS138设计一个I/O地址译码电路 吗？（可参考例题3.2）。略。
¾ “I/O操作是指CPU直接对I/O设备进行操作”，这话 对吗？
答：不对。I/O操作是指I/O端口操作，即访问与I/O设 备相关的端口，而不是对I/O设备直接操作。
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习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
¾ “3方式”由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形， 且输出波形的高低电平比为1:1或近似1:1（方波或近似方 波），所以在实际中应用最广泛。
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习题4-9：计数初值或定制常数有什么作用？如何计算 82C54A的定时常数？
答：
1）定时常数（计数初值），是决定82C54A的计数多少和定 时长短的重要参数。
第八章串行通信技术
第八章串行通信技术§8。
1串行通信的概述及RS-232C总线教学方法:讲授法教学目的:1、了解单片机串行通信的基本方法。
2、掌握单片机串行通信的相关概念。
3、了解RS-232C总线。
4、了解RS-232C总线电平及计算机信号电平教学重点：串行通信的方式教学难点:波特率的理解和信号电平的理解教学过程：组织教学：授课课时：（2课时）扳书课题：§8。
1串行通信的概述及RS-232C总线引入新课：一、串行通信概述1、什么叫串行通信？并行、串行举生活中的例子（排横队行走，排纵队行走）说明；引出并行通信，串行通信的概念。
P00P01 外设1P02P0389C51RXD外设2TXD串行通信就是使计算机中的数据一位一位地按先后顺序在一根传输线上传送。
通常有两种基本的通信方式：异步通信和同步通信。
2、异步通信和同步通信回顾在数字电路中所学的移位寄存器工作原理。
可提问学生。
异步通信：异步——发送时钟不一定等于接收时钟。
如下图：数据传送是帧的形式传送，每一帧数据包括起始位、数据位、奇偶校验位、停止位四部分。
其中数据位可以是5位、6位、7位、8位。
在一帧格式中，先是一个起始位0，然后是8个数据位，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位（可以省略），最后是停止位1。
用这种格式表示字符，则字符可以一个接一个地传送。
特点：不同速度的外设可相互传送，但传送数据比实际数据位数多（加起始位、停止位等），占用CPU时间，传送速度较慢。
同步通信同步——发送设备时钟等于接收设备时钟。
在同步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了时间；所以在数据块传递时，为了提高速度，常去掉这些标志，采用同步传送。
由于数据块传递开始要用同步字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。
发送方和接收方时钟完全一样，只要双方同时准备好（同步），可直接传送数据，无需附加多余的控制位，传送数据效率高，但设备要求高。
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
《微机原理与接口技术》课程总结
《微机原理与接口技术》课程总结本学期我们学习了《微型计算机原理与接口技术》，总的来说，我掌握的知识点可以说是少之又少，我感觉这门课的内容对我来说是比较难理解的。
这门课围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，并系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A （DAC0832）、DMA（8237）、人机接口（键盘与显示器接口）的结构原理与应用。
在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。
第一章：微型计算机概论（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年-1980年）采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理（2）微型计算机阶段（1981年-1990年）微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。
（3）计算机网络阶段（1991年至今）。
计算机的数值表示方法：二进制，八进制，十进制，十六进制。
要会各个进制之间的数制转换。
计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。
第二章：80X86微处理器结构本章讲述了80X86微处理器的内部结构及他们的引脚信号和工作方式，重点讲述了8086微处理器的相关知识，从而为8086微处理器同存储器以及I/O设备的接口设计做了准备。
本章内容是本课程的重点部分。
第三章：80X86指令系统和汇编语言本章讲述了80X86微处理器指令的多种寻址方式，讲述了80X86指令系统中各指令的书写方式、指令含义及编程应用；讲述了汇编语言伪指令的书写格式和含义、汇编语言中语句的书写格式。
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
《接口技术》习题课
路。
2、软件部分，即接口控制程序。包括：可编程接口芯片的初始 化程序、中断和DMA数据传输方式处理的程序段、对外设 主控程序段，及程序终止与退出程序段等。
4
习题1-8：I/O设备与CPU间交换数据有哪几种方 式？
答：CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方 式和DMA方式：
① 查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况 下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于 对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情 况下。
3
习题1-7：I/O设备接口，由哪几部分组成？
答：一般的I/O设备接口，都由硬件和软件两部分组成。
1、接口电路的硬件一般由以下几部分组成： • 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄
存器，是接口电路中的核心。 • 端口地址译码电路：实现设备的选择功能。 • 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电
¾ 主要缺点：
① I/O指令类型少（只有IN、OUT），对I/O的处理能力不如同 一编址；
② 由于单独设置I/O指令，需增加IOR、IOW的控制信号引脚， 增加了CPU负担。
12
2
习题3-5：输入/输出指令（IN/OUT）与I/O读写控制信 号有什么对应关系？
答：I/O指令、与I/O读写控制信号，是完成I/O操作这一任 务，缺一不可的两个方面。
19
习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
2、软件部分，即接口控制程序。包括：可编程接口芯片的初始 化程序、中断和DMA数据传输方式处理的程序段、对外设 主控程序段，及程序终止与退出程序段等。
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习题1-8：I/O设备与CPU间交换数据有哪几种方 式？
答：CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方 式和DMA方式：
① 查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况 下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于 对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情 况下。
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习题1-7：I/O设备接口，由哪几部分组成？
答：一般的I/O设备接口，都由硬件和软件两部分组成。
1、接口电路的硬件一般由以下几部分组成： • 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄
存器，是接口电路中的核心。 • 端口地址译码电路：实现设备的选择功能。 • 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电
¾ 主要缺点：
① I/O指令类型少（只有IN、OUT），对I/O的处理能力不如同 一编址；
② 由于单独设置I/O指令，需增加IOR、IOW的控制信号引脚， 增加了CPU负担。
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习题3-5：输入/输出指令（IN/OUT）与I/O读写控制信 号有什么对应关系？
答：I/O指令、与I/O读写控制信号，是完成I/O操作这一任 务，缺一不可的两个方面。
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习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
串行通信和可编程接口芯片8251A
ABCD
发送数据
通过将数据写入到8251A的数据寄存器中，然 后启动发送过程。
错误检测与处理
在数据传输过程中，应进行错误检测，如奇偶校 验、帧错误等，并采取相应的处理措施。
使用8251A芯片进行数据传输的示例
设置参数
首先，配置8251A的寄存器以设置数据传输 参数，如数据格式、波特率等。
发送数据
将要发送的数据写入到8251A的数据寄存器 中，然后启动发送过程。
03 8251A芯片与串行通信的 结合
8251A芯片在串行通信中的作用
数据传输
8251A芯片作为串行通信接口， 能够实现数据在串行通道上的传 输，包括发送和接收。
协议转换
8251A芯片可以将并行数据转换 为串行数据，或者将串行数据转 换为并行数据，实现不同协议之 间的转换。
信号调制与解调
8251A芯片可以对信号进行调制 和解调，以适应不同的传输介质 和距离要求。
工业控制
02
03
智能仪表
在工业控制系统中，传感器和执 行器之间的通信通常使用串行通 信。
பைடு நூலகம்
智能仪表之间的通信通常使用串 行通信，例如通过RS-485总线进 行数据传输。
02 8251A芯片介绍
8251A芯片的特点
高度集成
01
8251A是一款高度集成的串行通信芯片，内部包含波特率生成
器、数据接收器和发送器等模块。
异常处理
在协议转换过程中，应处理可能出现的异常情况，如协议不匹配、 数据格式错误等。
05 8251A芯片的常见问题与 解决方案
8251A芯片无法正常工作的问题及解决方案
总结词
无法正常工作
详细描述
8251A芯片无法正常工作可能是由于电源问题、接口连接不良、芯 片损坏等原因。
第8章 输入输出方法及常用的接口电路
表8.2 8255A端口选择及操作功能表（P354）
A1 A0 00~10 00~10 11
RD
0 1 1
WR
1 0 0
CS
0 0 0
操 作 A口、B口、C口→数据总线（读操作） 数据总线→A口、B口、C口（写操作） 数据总线→控制寄存器（写操作）
表8.2 8255A端口选择及操作功能表
A1 0 0 1 0 0 1 1 × 1 × A0 0 1 0 0 1 0 1 × 1 ×
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
输入操作(读)
输出操作(写)
断开功能
3．A组和B组控制电路 作用：接收来自CPU的读/写控制部分的信号和CPU送 入的控制字，然后分别决定各端口的功能。 ①A组控制电路控制端口A和C的高4位(PC7～PC4)； ②B组控制电路控制端口B和C的低4位(PC3～PC0)。 ③根据控制字对端口C的某位实现“置0”或“置1”的操作。 4．数据总线缓冲器
2．状态端口 状态端口用于暂存反映外部设备工作状态的信息。 输入时，CPU应检测外设欲输入的信息是否准备就 绪，如果已准备好，则CPU可以读入信息，否则CPU等 待“就绪”信号的出现后再读入； 输出时，CPU应检测外设是否已处于准备接收状态， 即外设为“空”状态，若是“空”状态，则CPU输出数 据至外设。若外设处于“忙”状态，则CPU不能向外设 输出信息。这种“空”、“忙”、“就绪”均为状态信 息。 3．控制端口
图8.1 主机通过接口与外设相连
8.1.2 基本I/O接口 输入接口电路最基本的功能是三态缓冲，即通过一 组三态缓冲器保证任意时刻仅允许被CPU选中的设备经 由接口与CPU通信； 输出电路最基本的功能是锁存数据，保证外设能够 正确接收到信息。 1．基本输入接口 三态门电路是起缓冲和隔离作用的。只有当CPU选 中此接口即三态门选通时，才允许选定的输入设备将数 据送至系统数据总线，而其他没有选中的输入设备，此 时相应的接口三态门“关闭”，从而达到与数据总线隔 离的目的。
A1 A0 00~10 00~10 11
RD
0 1 1
WR
1 0 0
CS
0 0 0
操 作 A口、B口、C口→数据总线（读操作） 数据总线→A口、B口、C口（写操作） 数据总线→控制寄存器（写操作）
表8.2 8255A端口选择及操作功能表
A1 0 0 1 0 0 1 1 × 1 × A0 0 1 0 0 1 0 1 × 1 ×
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
输入操作(读)
输出操作(写)
断开功能
3．A组和B组控制电路 作用：接收来自CPU的读/写控制部分的信号和CPU送 入的控制字，然后分别决定各端口的功能。 ①A组控制电路控制端口A和C的高4位(PC7～PC4)； ②B组控制电路控制端口B和C的低4位(PC3～PC0)。 ③根据控制字对端口C的某位实现“置0”或“置1”的操作。 4．数据总线缓冲器
2．状态端口 状态端口用于暂存反映外部设备工作状态的信息。 输入时，CPU应检测外设欲输入的信息是否准备就 绪，如果已准备好，则CPU可以读入信息，否则CPU等 待“就绪”信号的出现后再读入； 输出时，CPU应检测外设是否已处于准备接收状态， 即外设为“空”状态，若是“空”状态，则CPU输出数 据至外设。若外设处于“忙”状态，则CPU不能向外设 输出信息。这种“空”、“忙”、“就绪”均为状态信 息。 3．控制端口
图8.1 主机通过接口与外设相连
8.1.2 基本I/O接口 输入接口电路最基本的功能是三态缓冲，即通过一 组三态缓冲器保证任意时刻仅允许被CPU选中的设备经 由接口与CPU通信； 输出电路最基本的功能是锁存数据，保证外设能够 正确接收到信息。 1．基本输入接口 三态门电路是起缓冲和隔离作用的。只有当CPU选 中此接口即三态门选通时，才允许选定的输入设备将数 据送至系统数据总线，而其他没有选中的输入设备，此 时相应的接口三态门“关闭”，从而达到与数据总线隔 离的目的。
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1
串行通信涉及的几个问题 按照数据发送过程和接收过程的关系划分工作方式 可分为三种：单工、半双工、 可分为三种：单工、半双工、全双工工作方式
2
单工： 单工： 只能单方向通信，一个固定为发送端， 只能单方向通信，一个固定为发送端，另一个固定为接收端
设备A 设备 发送端 数据线
设备B 设备 接收端
发送方只能发送数据， 发送方只能发送数据，不能接受 接收方只能接受数据， 接收方只能接受数据，不能发送 接口简单， 接口简单，只需要一根信号线 （当然还需要一根地线） 当然还需要一根地线）
8
8.3.2 异步串行接口标准 美国电子工业协会EIA制定 美国电子工业协会EIA制定 EIA 1962年公布 1969年修订 年公布， 1962年公布，1969年修订 1987年 月正式改名为EIA 232D EIA1987年1月正式改名为EIA-232D 数据终端设备DTE与数据通信设备DCE DTE与数据通信设备DCE标准接口 数据终端设备DTE与数据通信设备DCE标准接口 调制解调器Modem 调制解调器Modem 通信线路信号与数字信号相互转换的设备 传输制式 全双工：双根传输线， 全双工：双根传输线，能够同时发送和接收 半双工：单根传输线， 半双工：单根传输线，不能同时发送和接收 单工： 单工：单根传输线只用作发送或只用作接收
9
232C的引脚定义 1. 232C的引脚定义 TxD： TxD：发送数据 RxD： RxD：接收数据 RTS： RTS：请求发送 CTS：清除发送（允许发送） CTS：清除发送（允许发送） DTR： DTR：数据终端准备好 DSR： DSR：数据装置准备好 GND： GND：信号地 CD：载波检测（ CD：载波检测（DCD） ） RI： RI：振铃指示
奇偶错误PE 奇偶错误 帧错误FE 帧错误 溢出错误OE 溢出错误
20
8250的调制解调器控制寄存器MCR 8250的调制解调器控制寄存器MCR 的调制解调器控制寄存器 设置8250与数据通信设备联络的输出信号 设置8250与数据通信设备联络的输出信号 8250
0 0 0 LOOP OUT2 OUT1 RTS DTR
1使8250为循环工作方式 为1使OUT2*引脚为低 引脚为低 为循环工作方式 使为为1使RTS*引脚为低 引脚为低 为1使使使 1使DTR*引脚为低 使OUT1*引脚为低 为 使 引脚为低 引脚为低 否则为正常工作方式 否则为高 否则为高 否则为高 否则为高
3
半双工 可以实现双向通信，但在一个确定的时刻一个设备是发送端， 可以实现双向通信 ， 但在一个确定的时刻一个设备是发送端 ， 另一个设备是接收端
设备A 设备 发送端 接收端
特点： 特点：
设备B 设备 数据线 接收端 发送端
设备A 设备A、B都能够发送或接收，但它们不能同时发送和接收。 都能够发送或接收，但它们不能同时发送和接收。 只需要一根信号线连接两个设备A 只需要一根信号线连接两个设备A、B。 通过接口内部的电子开关使通信双方进行连接。 通过接口内部的电子开关使通信双方进行连接。
16 T 数据线 （SIN） ） 时钟 （RCLK） ） 起始位 T
8T
16 T
18
8250的通信线路控制寄存器LCR 8250的通信线路控制寄存器LCR 的通信线路控制寄存器 指定串行异步通信的字符格式
DLAB D7 D5 D4 D3 D2 D1 D0
中止字符 寄存器选择 停止位个数 数据位个数 0 无作用 0 正常值 位 校验位设置 0 1位 00位时） 5位 位 1 发送中止字 无 校 验 位（数据位为 位时） 1 除数寄存器×× 1 1.5位 数据位为5位时 ××0 符 位 位 1 2位（数据位为 01 8位时） 位时） 位 数据位为6～ 6位 ～ 位时 10 7位 位 001 设 置 奇 校 验 11 8位 位 011 设置偶校验 101 校验位为 校验位为1 111 校验位为 校验位为0
4
全双工 A、B双方有两条数据线，可以同时发送和接收数据。 双方有两条数据线，可以同时发送和接收数据。
发送 发送
接收
接收
需要两根信号线 A的发送－－－B的接收 的发送－－－B －－－ A的接收－－－B的发送 的接收－－－B －－－
5
串行通信的两种方式： 串行通信的两种方式： 同步通信 异步通信
6
8.3.1 异步串行通信格式 起始位 1 0 0/1 0/1 低位 字符 数据位 校验位停止位 校验位 停止位 空闲位 0/1 0/1 1 1 高位 1
…
起始位——每个字符开始传送的标志 起始位采用逻辑0 起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑 ——每个字符开始传送的标志， 数据位——数据位紧跟着起始位传送 。 数据位紧跟着起始位传送。 数据位 数据位紧跟着起始位传送 校验位——用于校验是否传送正确 ； 可 用于校验是否传送正确； 校验位 用于校验是否传送正确 电平停止位 停止位——表示该字符传送结束 。 停止 表示该字符传送结束。 表示该字符传送结束 电平， 空闲位——传送字符之间的逻辑 电平， 传送字符之间的逻辑1电平 空闲位 传送字符之间的逻辑
由5～8个二进制位组成，低位先传送 位 ～ 个二进制位组成， 、1.5或2位 个二进制位组成 选择奇检验、 选择奇检验、偶校验或不传送校验位 位采用逻辑1电平 可选择1、 或 电平， 位采用逻辑 电平，可选择 表示没有进行传送
7
数据传输速率 数据传输速率＝比特率（ 数据传输速率＝比特率（Bit Rate） ） 每秒传输的二进制位数 二进制位数bps 每秒传输的二进制位数 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样， 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样 ， 为数据传输速 率的倒数 进行二进制数码传输，每位时间长度相等： 进行二进制数码传输，每位时间长度相等： 比特率＝波特率（ 比特率＝波特率（Baud Rate） ） 过去，限制在50 过去，限制在 bps到9600 bps之间 到 之间 现在，可以达到115200 bps或更高 现在，可以达到 或更高
8250的寄存器 1. 8250的寄存器 9种可访问的寄存器 用引脚A ～ 来寻址 来寻址， 用引脚A0～A2来寻址， 再用通信线路控制寄存器的DLAB DLAB位 最高位） 再用通信线路控制寄存器的DLAB位（最高位）来区别共用地址的 不同寄存器
DLAB 0 0 0 × × × × × × 1 1 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 寄存器 读接收缓冲寄存器 写发送保持寄存器 中断允许寄存器 中断识别寄存器 通信线路控制寄存器 调制解调器控制寄存器 通信线路状态寄存器 调制解调器状态寄存器 不用 除数寄存器低8位 除数寄存器低 位 除数寄存器高8位 除数寄存器高 位 COM1地址 地址 3F8H 3F8H 3F9H 3FAH 3FBH 3FCH 3FDH 3FEH 3FFH 3F8H 3F9H COM2地址 地址 2F8H 2F8H 2F9H 2FAH 2FBH 2FCH 2FDH 2FEH 2FFH 2F8H 2F9H
8.3
串行通信接口
串行通信——将二进制信息拆分成二进制位，每次传送一个二进 串行通信——将二进制信息拆分成二进制位， ——将二进制信息拆分成二进制位 制位的通信方式 特点： 特点：每次传送一位二进制信息 优点：通信线路少，接口简单，成本低（尤其是远距离传输） 优点：通信线路少，接口简单，成本低（尤其是远距离传输） 缺点： 缺点：速度慢
TxD RxD RTS CTS GND DSR DTR
微机
微机
12
8.3.3 异步串行通信接口 计算机内部是并行信息， 计算机内部是并行信息， 发送—— ——接口电路将计算机的并行数据转换为串行数据一位一位 发送——接口电路将计算机的并行数据转换为串行数据一位一位 逐位发送 并行输入串行输出的移位寄存器， 并行输入串行输出的移位寄存器，移位脉冲由波特率确定 添加起始位、校验位、停止位。 添加起始位、校验位、停止位。 接收——接口电路一位一位接收外部的串行信息， ——接口电路一位一位接收外部的串行信息 接收——接口电路一位一位接收外部的串行信息，转换为并行信 息送给CPU 息送给CPU 串行输入并行输出移位寄存器， 串行输入并行输出移位寄存器， 串行通信可以使用硬件、也可以由软件实现。 串行通信可以使用硬件、也可以由软件实现。 当前一般是用可编程的串行接口芯片。 当前一般是用可编程的串行接口芯片。
微机 TxD RxD GND 微机 微机 TxD RxD RTS CTS GND DSR DTR
微机
11
232C的连接 2. 232C的连接 连接调制解调器： 连接调制解调器：通过电话线路远距离通信 直接(零调制解调器 连接： 零调制解调器)连接 直接 零调制解调器 连接：进行短距离通信
使用联络信号的多线相连
保护地（机壳地） 保护地（机壳地） TxC： TxC：发送器时钟 RxC： RxC：接收器时钟
10
232C的连接 2. 232C的连接 连接调制解调器： 连接调制解调器：通过电话线路远距离通信 直接(零调制解调器 连接： 零调制解调器)连接 直接 零调制解调器 连接：进行短距离通信
不使用联络信号的3线相连 不使用联络信号的 线相连 “伪”使用联络信号的3线相连 使用联络信号的 线相连
8250的发送保持寄存器THR 8250的发送保持寄存器THR 的发送保持寄存器 包含将要串行发送的并行数据
CPU 发送保持寄存器 发送移位寄存器 同步控制 8250
并行数据 串行数据 SOUT
0/1 0/1 0/1 0/1
加入起始位、 加入起始位、 校验位、 校验位、停止位
17
8250的除数寄存器 8250的除数寄存器 除数寄存器保存设定的分频系数 分频系数＝基准时钟频率÷ 16×比特率） 分频系数＝基准时钟频率÷（16×比特率）