实验7串行接口输入输出实验

北京林业大学

11学年—12学年第 2 学期计算机组成原理实验任务书

专业名称：计算机科学与技术实验学时： 2

课程名称：计算机组成原理任课教师：张海燕

实验题目：实验七串行接口输入输出实验

实验环境：TEC-XP+教学实验系统、PC机

实验内容

1．串行接口输入输出；

2．串行接口扩展。

实验目的

学习串行口的正确设置与使用。

实验要求

1．实验之前认真预习，明确实验的目的和具体实验内容，做好实验之前的必要准备。

2．想好实验的操作步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想一想怎么样有意识地提高教学实验的真正效果；

3．在教学实验过程中，要爱护教学实验设备，记录实验步骤中的数据和运算结果，仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识地提高自己创新思维能力。

4．实验之后认真写出实验报告，重点在于预习时准备的内容，实验数据，运算结果的分析讨论，实验过程、遇到的现象和解决问题的办法，自己的收获体会，对改进教学实验安排的建议等。善于总结和发现问题，写好实验报告是培养实际工作能力非常重要的一个环节，应给以足够的重视。

必要知识

串行接口是计算机主机和某些设备之间实现通信，硬件造价比较低廉、标准化程度比较高的一种输入输出接口线路，缺点是通信的速度比较低。从在程序中使用串行接口芯片的角度看，接口芯片内有用户可以访问的4个寄存器，分别是接收CPU送来数据的输出数据缓冲

寄存器，向CPU提供数据的输入数据缓冲寄存器，接收CPU发来的控制命令的控制寄存器，向CPU提供接口运行状态的状态寄存器，必须有办法区分这4个寄存器。接口芯片中还有执行数据串行和并行转换的电路，接口识别电路等。

串行接口用于执行数据的输入输出操作。一次输入或输出操作通常需要两个操作步骤完成，第一步是为接口芯片提供入出端口地址，即把指令寄存器低位字节的内容（8位的IO端口地址）经过内部总线和运算器部件写进地址寄存器AR，第二步是执行输入或输出操作，若执行输入指令IN，则应从接口芯片读出一个8位的数据并经过数据总线DB和内部总线IB写进寄存器堆中的R0寄存器，若执行OUT指令，则需要把R0寄存器的内容经过内部总线IB和数据总线DB写入接口芯片。接口芯片与输入输出设备之间的数据传送过程无需另外管理，会自动完成。

教学计算机使用8位的IO端口地址，安排在IN和OUT指令的低位字节，指令的高8位用作指令操作码，16为的指令编码全部占满，已经不能再指定要使用的通用寄存器，最终决定用对IN和OUT指令默认使用运算器中的R0完成输入输出操作。IO地址端口的高4为（最高一位的值一定为1）用于通过译码电路产生接口芯片的8个片选信号，低4位用于选择一个芯片内最多16个寄存器。教学计算机中，只为每个串行口芯片地址分配了两个地址，第一路串行接口的端口地址为80H/81H，第二路串行接口的端口地址可以由用户从90/91~F0/F1这8对中选择，把译码器的一个输出连接到接口芯片的片选信号引脚。两个端口地址如何能够按照选择接口芯片内的4个寄存器呢？请注意，4个寄存器中的两个只用于输入，仅对IN 指令有用，另外两个只用于输出，仅对OUT指令有用。2个端口地址和2条输入输出指令有如下4种组合，分别实现如下4项功能：

IN 80：完成从接口芯片输入数据缓冲器读出8位数据并传送到R0寄存器低位字节；

OUT 80：完成把R0寄存器低位字节的8位数据写入到接口芯片的输出数据缓冲器；

IN 81：完成从接口芯片状态寄存器读出8位接口状态信息并传送到R0寄存器低位字节；

OUT 81：完成把R0寄存器低位字节的8位命令信息写入到接口芯片的命令寄存器。

可以看到，偶数地址用于输入输出数据，奇数地址用于输入输出状态或命令信息。

实验说明

1．TEC-XP＋配置了两个串行接口COM1 和COM2，其中COM1 口是系统默认的串行口，加电复位后，监控程序对其进行初始化，并通过该口与PC 机或终端相连；而COM2 口，留给用户扩展用。

2．查阅有关书籍，了解串行通信接口芯片8251 的工作原理；了解8251 复位、初始化、数据传输的过程。提醒注意的是，每次对8251 复位后（即按1 次“RESET”按键），都需要对其进行初始化，然后再进行正常的数据传输；复位后，只能对其进行1 次初始化，多次初始化将导致串口工作不正常。

3．在使用COM2 口时，需要将两片8251 芯片之间的插针用短路子短接（出厂时已短接），这样才能为COM2 正常工作提供所需的控制信号和数据；另外，还需要为其分配数据口地址和控制口地址。本教学机，已将COM2 口的C/D 与地址总线的最低位AB0 相连，而其片选信号未连，只引出1 个插孔，实验时，应将该插孔与标有“I/O /CS”的7 个插孔中的1个相连。

4．COM1口的初始化操作已经编写完毕。注意：对COM1口进行操作时，通过地址80输入输出数据，通过地址81接收状态信息。在对COM2进行操作时，需要先设置COM2的地址，可选择标有“I/O /CS”的7 个插孔中的任一个地址范围。例如选择90~9F，则对COM2口进行操作时，通过地址90输入输出数据，通过地址91接收状态信息。例如选择A0~AF，则对COM2进行操作时，通过地址A0输入输出数据，通过地址A1接收状态信息。其他地址范围亦然。实验注意事项

1．连接电源线和通讯线前TEC-XP＋实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能会对TEC-XP＋实验系统上的芯片和PC机的串口造成损害。

2．六个黑色控制开关的功能示意图如下：（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0，x表示任意）

单步手动置指令组合逻辑联机8位FPGA

上面

下面

连续从内存读指令微程序脱机16位MACH

3．几种常用的工作方式（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0，x表示任意）