6.4 可编程序串行通信接口电路（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第28课时- 电工版第五版 可编程序串行通信接口电路 教学目标 掌握可编程序串行通信接口片的初始化方法和要点 了解通用的可编程序同步和异步接口片的基本结构和功能 学会编写 8251A 在同步和异步方式下的初始化程序 教学重难点 可编程序串行通信接口片的结构和初始化 8251A 的基本功能、引脚、工作原理和程序设置 理解可编程序串行通信接口片在同步和异步方式下的工作原理 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 在计算机的输入 / 输出系统中，串行通信是一种重要的数据传输方式。可编程序串行通信接口电路能够实现灵活的数据通信 它是如何工作的呢？ 让我们以 8251A 为例，一起揭开它的神秘面纱。 新知讲授 可编程序串行通信 集合以下视频及上节课知识点，讨论总结串口通信的特点。 新知讲授 Intel8251A是一种可编程的通用同步/异步接收发送器 随着大规模集成电路技术发展，多种通用的可编程序同步和异步接口片被推出。 可编程序同步和异步接口片概述 串行接口基本功能就是：输入数据时，进行串/并转换；输出数据时，进行并/串转换。 新知讲授 8251A的内部结构——发送器 发送准备阶段 当发送器中发送缓冲器已空（即可接收数据），由发送控制电路向CPU发出TxRDY有效信号，如果CPU与8251A之间采用中断方式交换信息，那么TxRDY可作为向CPU发出的中断请求信号。此时，CPU可向8251A输出数据。CPU送出的数据经数据总线缓冲器并行输入锁存到发送缓冲器中。 数据发送阶段 采用异步方式传输，则由发送控制电路在其首尾加上起始位和停止位，经移位寄存器从数据输出线TxD逐位串行输出，其发送速率取决于TxC端收到的发送时钟频率。采用同步方式传输，则在发送数据之前，发送器将自动送出1～2个同步字符（对应内同步方式）或在收到有效的同步信号（对应外同步方式）后，才逐位串行输出数据。 发送完成阶段 当发送器中的数据发送完，由发送控制电路向CPU发出TxE有效信号，表示发送器中移位寄存器已空。因此，发送缓冲器和发送移位寄存器构成发送器的双缓冲结构。 发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。 新知讲授 接收器由接收缓冲器和接收控制电路组成。接收移位寄存器用来从RxD引脚上接收串行数据，按照相应格式转换成并行数据后存入接收缓冲器。而接收控制电路则配合接收缓冲器工作，管理有关接收的所有功能。 8251A的内部结构——接收器 新知讲授 8251A的内部结构——控制与状态部分 数据总线缓冲器是8251A与CPU之间进行交换信息的必经之路，或者说它是CPU与8251A之间的数据接口。CPU从8251A读取的数据或状态信息，及写入的数据或控制字都经由数据总线缓冲器完成。 数据总线缓冲器 调制解调控制电路提供了一组通用的控制信号，用来完成8251A和调制解调器的连接。包括DTR*、DSR*、RTS*、CTS*。 调制解调控制电路 新知讲授 8251A的内部结构——读／写控制电路 读写控制逻辑: 管理数据信息、控制字和状态字的传送，接收来自CPU地址总线和控制总线的有关信号，向8255A的A、B两组控制部件发送命令 新知讲授 8251A的基本功能 可以选择工作方式。同步方式波特率为0~64K，异步方式波特率为0~19.2K。 工作模式选择 在同步方式下，每个字符可以用5~8位表示，内部自动检测同步字符实现同步，并允许增加奇/偶校验位进行校验。 同步工作特性 在异步方式下，每个字符可以用5~8位表示，时钟频率为波特率的1/16/64倍，支持奇偶校验，具备假启动位检测和终止字符处理功能。 异步工作特性 全双工工作方式，内部配备双缓冲器的发送器和接收器。 全双工机制 提供出错检测，包括奇偶、溢出和帧错误等校验电路。 错误检测功能 新知讲授 8251A 芯片有 28 条输入 / 输出引脚，引脚分配有其特定作用、功能和使用方法。 8251A 可编程序串行通信接口 - 引脚图 新知讲授 8251A 芯片与CPU、外设的连接 8251A 可编程序串行通信接口 - 外设连接图 新知讲授 D7~D0：数据总线，用于连接CPU； WR*：输入，低电平有效，CPU输出数据时有效； RD*：输入，低电平有效，CPU输入数据时有效； C/D*：输入，数据/控制信息选择引脚，低电平时传输数据，高电平时传输控制信息； CS*：输入，低电平有效，有效时芯片才工作； TxRDY：发送器准备好信号，既可作为中断请求信号也可作为查询信号； TxE：发送器空信号； RxRDY：接收器准备好信号，既可作为中断请求信号也可作为查询信号； SYNDET：同步检测信号，只用于同步方式。外同步时是输入信号，内同步时是输出信号； RESET：复位信号输入，高电平有效 8251A 可编程序串行通信接口 - 连接CPU 新知讲授 RxD：接收数据引脚； TxD：发送数据引脚； DTR*：数据终端准备好信号，由825lA送往外设，低电平时有效。CPU可以通过控制命令使有效，从而通知外部设备，CPU当前已经准备就绪； DSR*：数据设备准备好信号，由外设送往8251A。该信号低电平时有效，用来表示当前外设已经准备好。当其出现低电平时，8251A状态寄存器的第7位自动置1，CPU可以通过读状态寄存器的操作，实现对该信号的检测。 RTS*：请求发送信号 由8251A送往外设，低电平时有效，表示CPU已经做好发送准备。CPU可以通过编程命令使RTS变为有效电平； CTS*：允许发送信号 是对RTS的响应，由外设送往8251A。只有当 CTS为低电平时，8251A才能执行发送操作。 8251A 可编程序串行通信接口 - 连接外设 新知讲授 CLK：工作时钟输入，用来产生芯片的内部时序，要求CLK的频率 在同步方式下，大于TxC /RxC的30倍； 在异步方式下，大于TxC /RxC的4.5倍 VCC：电源； GND：地； TxC：发送器时钟输入； RxC：接收器时钟输入； 8251A 可编程序串行通信接口 - 其他引脚 注：在异步方式下，时钟频率可以为字符传输波特率的x1 / x16 / x64，决定于初始化编程指定的波特率因子。 新知讲授 8251A的内部结构——初始化 在硬件和软件配置完成后，8251A芯片可执行串行数据收发操作，完成设备间的通信任务，确保数据准确高效传输。 数据传输 硬件初始化是8251A芯片配置的基础环节，涉及对芯片引脚、时钟信号及电气特性的设置，确保物理连接稳定可靠，为后续软件编程提供硬件支持。 硬件初始化 通过编写控制程序设定8251A的控制字节、状态寄存器及中断参数，配置通信模式、数据格式和传输速率，实现对串行接口的精确控制。 软件编程 02 01 03 8251A初始化编程概述 新知讲授 写入控制端口（奇地址），用来确定8251A的工作方式、数据格式、校验方法等。 Inter 8251A的初始化编程——方式选择控制字 新知讲授 写入控制端口（奇地址），其作用是使8251A处于某种工作状态，以便接收或发送数据。 异步方式下通常写37H。 Inter 8251A的初始化编程——操作命令控制字 新知讲授 从奇地址端口读取。 Inter 8251A的初始化编程——状态字 新知讲授 初始化流程 01 02 03 04 芯片复位后，第一次往控制端口写入的是方式选择控制字（模式字）。 写入方式选择控制字 写入操作命令控制字 判断工作方式 如果规定是内部复位命令，则转去对芯片复位，重新初始化。否则，进入应用程序，通过数据端口传输数据。 执行复位或数据传输 如果在方式选择控制字中，规定8251A是同步工作方式，则接下来向控制端口写入1个或2个字节就是同步字符，同步字符被写入同步字符寄存器。 不管是在同步方式还是在异步方式下，接下来由CPU往控制端口写入的是操作命令控制字即控制字。 新知讲授 方式0：基本的 输入/输出方式。 适用A、B、C口。 方式1：选通的 输入/输出方式。 适用A、B口。 方式2：双向选通输入/输出方式。适用A口。 8255A的工作方式 在方式0下，C口的高4位和低4位以及A口、B口都可以独立地设置为基本的输入口或输出口。 4个口的输入/输出可以有16种组合方式 新知讲授 方式0：基本的 输入/输出方式。 适用A、B、C口。 方式1：选通的 输入/输出方式。 适用A、B口。 方式2：双向选通输入/输出方式。适用A口。 8255A的工作方式 A端口用PC4位的置位/复位控制， B端口用PC2位的置位/复位控制。 A口的INTE由PC6置/复位， B口的INTE由PC2置/复位。 新知讲授 方式0：基本的 输入/输出方式。 适用A、B、C口。 方式1：选通的 输入/输出方式。 适用A、B口。 方式2：双向选通输入/输出方式。适用A口。 8255A的工作方式 INTE2是与输入相关的中断允许，由对PC4的置位/复位控制. INTEl是与输出相关的中断允许，由对PC6的置位/复位控制. 5个联络信号与在方式1中的含义基本相同，因为是双向传送，所以INTRA在输入或输出时都可以产生。 随堂检测1 可编程序同步和异步接口片的接收部分在异步方式下的主要功能是什么？ 答案：能把接收到的数据去掉起始位和停止位，检查有无奇偶错，然后经过移位寄存器变为并行格式后，送至接收缓冲寄存器，以便 CPU 用输入指令取走。 解析：这是接口片接收部分在异步方式下的基本工作流程和功能描述。 8251A 在同步传送时，字符位数范围是多少？ 答案：5 - 8 位 / 字符。 解析：这是 8251A 同步传送的基本特性之一，明确规定了字符位数范围。 练一练 随堂检测2 8251A 的 TxRDY 信号在什么条件下有效？ 答案：仅在 CTS 有效并且 TxEN（允许发送）为高时，TxRDY 才有效。 解析：这是 8251A 发送器就绪信号有效的必要条件，是其工作原理的重要内容。 8251A 异步方式初始化编程时，方式选择字需要设定哪些内容？ 答案：需要设定是异步方式，波特率因子，每字符数据位数量，奇偶校验方式，停止位位数等。 解析：方式选择字用于确定异步通信的基本条件和格式，这些内容是其关键组成部分。 练一练 随堂检测3 在利用 8251A 实现两台微型计算机相互通信时，若采用近距离通信，不需要使用（ ） A. RS - 232C 电缆 B. EIA/TTL 电平转换电路 C. MODEM D. 8251A 芯片 【答案】C 【解析】利用 8251A 实现相距较近（不超过 15m）的两台微型计算机相互通信，不需要使用 MODEM，两台微型计算机直接通过 RS - 232C 电缆相连，需要 EIA/TTL 电平转换电路和 8251A 芯片，所以选 C。 练一练 随堂检测4 异步方式下，若设定 8251A 工作，波特率因子为 64，每字符 7 个数据位，偶校验，2 位停止位，则方式选择控制字为（ ） A. 11111011B (FBH) B. 00111000B (38H) C. 00010111B (17H) D. 10010111B (97H) 【答案】A 【解析】在异步方式下，设定 8251A 工作，波特率因子为 64，每字符 7 个数据位，偶校验，2 位停止位，方式选择控制字为 11111011B (FBH)，所以选 A。 练一练 师生互动 1 在 8251A 实现双机通信的应用中，若要提高通信的可靠性和效率，我们可以从哪些方面对硬件连接和程序设计进行优化？ 课题小结 1.可编程序串行通信接口电路概述 可编程序串行通信接口电路 2. 8251A 可编程序串行通信接口 8251A 基本功能和特性 8251A 引脚图 8251A 方块图及工作原理 8251A 的程序设置 8251A 的应用举例 通用接口片介绍 接口片结构 接口片初始化 谢谢观看 THANKS $