1、微機原理與接口技術課程設計 （串行通訊）串行通訊課程設計1、 設計意義在信息飛速發展的時代，計算機的應用越來越廣泛。而微機原理是機械工業控制設備的理論基礎，學好了就能在激烈的競爭環境中找到一份好一點的工作。理論課程學習是讓學生學習基本理論知識， 對課程內容和原理有比較深刻的理解，只要從理論上理解，不用考慮實際的可行性。通過本次課程設計是培養學生綜合運用所學知識 , 發現 , 提出 , 分析和解決實際問題 , 鍛煉實踐能力的重要環節 , 是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，不僅需要在理論上能實現而且還要考慮實際的可行性，不能紙上談兵。2、 設計目的1 、 了解串行通信的基本原理。2 、 掌

2、握串行接口芯片 8251 的工作原理。3 、 掌握8251 芯片的編程方法。4 、 了解8253 的初始化。5 、 鞏 固和加深在微機原理課程中所學的理論知識。通過課程設計加深理解課堂教學內容，掌握計算機接口技術的基本應用方法。6 、 學 會查閱相關手冊與資料，培養獨立分析與解決問題能力。3、 設計環境PC機一臺，串行通訊接口芯片 8251A一片，8253一片。TC-1集成開發環境實驗箱一臺。四 、 設計題目及要求3.1 設計題目串行通訊3.2 設計要求設計一個串行通信系統，用軟件編程和硬件實驗來實現。具體要求：用 8253 芯片作為計數器，用于產生8251 的發送和接受時鐘。 TXD 和 R

3、XD 連在一起。從 PC 機的鍵盤輸入一個字符，將其ASCII 碼加 1 后發送出去，在接受回來在屏幕上顯示，實現自發自收。8251 的控制端口地址為2B9H ,數據口地址為2B8H.8253計數器的計算初值=時鐘頻率/（波特率*波特率因子） ，這里的時鐘頻率接1MHZ, 波特率若選1200，波特因子若選16，則計數器初值為 52。收發采用查詢方式。五、設計原理5.1 . 8251A的基本性能8251A 是可編程的串行通信接口芯片，基本性能：1兩種工作方式：同步方式，異步方式。同步方式下，波特率為064K,異步方式下，波特率為019.2K。2同步方式下的格式每個字符可以用5、 6、 7 或 8

4、 位來表示，并且內部能自動檢測同步字符，從而實現同步。除此之外， 8251A 也允許同步方式下增加奇/ 偶校驗位進行校驗。3.異步萬式下的格式每個字符也可以用5、6、7或8位來表示，時鐘頻率為 傳輸波特率的1、16或64倍，用1位作為奇/偶校驗。1個 啟動位。并能根據編程為每個數據增加 1個、1. 5個或2個 停止位。可以檢查假啟動位，自動檢測和處理終止字符。4,全雙工的工作方式其內部提供具有雙緩沖器的發送器和接收器。5.提供出錯檢測具有奇偶、溢出和幀錯誤三種校驗電路。5.2、 8251A的內部結構1、發送器發送器由發送緩沖器和發送控制電路兩部分組成。采用異步方式，則由發送控制電路在其首尾加上

5、起始位 和停止位，然后從起始位開始，經移位寄存器從數據輸出線r內部 數據總線調制解調控制電路TXD逐位串行輸出。8251A 內部結構圖或采用同步方式，則在發送數據之前，發送器將自動送 出 1 個 2 個同步字符，然后才逐位串行輸出數據。如果CPU與8251A之間采用中斷方式交換信息，那么 TXRDW作為向CPU發出的中斷請求信號。當發送器中的8位數據串行發送完畢時，由發送控制電路向CPUK出TXE有效信號，表示發送器中移位寄存器已空。2接收器接收器由接收緩沖器和接收控制電路兩部分組成。接收移位寄存器從RXD引腿上接收串行數據轉換成并行 數據后存入接收緩沖器。異步方式：在RX除上檢測低電平，將檢

6、測到的低電平作為起始位, 8251A 開始進行采樣，完成字符裝配，并進行奇偶校驗和去掉停止位，變成了并行數據后，送到數據輸入寄存器，同時發出RXRDYS號送CPU表示已經收到一個可 用的數據。同步方式：首先搜索同步字符。8251A監測RXD戔，每 當RXD線上出現一個數據位時，接收下來并送入移位寄存器 移位， 與同步字符寄存器的內容進行比較， 如果兩者不相等， 則接收下一位數據，并且重復上述比較過程。當兩個寄存器的內容比較相等時，8251A的SYNDE升為高電平，表示同步 字符已經找到，同步已經實現。采用雙同步方式，就要在測得輸入移位寄存器的內容與第一個同步字符寄存器的內容相同后，再繼續檢測此

7、后輸入 移位寄存器的內容是否與第二個同步字符寄存器的內容相 同。如果相同，則認為同步已經實現。在外同步情況下，同步輸入端SYNDET口一個高電位來實 現同步的。實現同步之后，接收器和發送器間就開始進行數據的同 步傳輸。這時，接收器利用時鐘信號對 RX陵進行采樣，并 把收到的數據位送到移位寄存器中。在 RXRDYH腳上發出一 個信號，表示收到了一個字符。3 .數據總線緩沖器數據總線緩沖器是CPUt 8251A之間的數據接口。包含3個8位的緩沖寄存器：兩個寄存器分別用來存放 CPU向 8251A讀取的數據或狀態信息。一個寄存器用來存放 CPU向 8251A寫入的數據或控制。4 .讀/寫控制電路讀/

8、寫控制電路用來配合數據總線緩沖器的工作。功能如下：(1)接收寫信號 砥，并將來自數據總線的數據和控制字 寫入8251A;(2)接收讀信號RD ,并將數據或狀態字從8251A送往數 據總線；(3)接收控制/數據信號C/D,高電平時為控制字或狀 態字；低電平時為數據。(4)接收時鐘信號CLK完成8251A的內部定時；（5）接收復位信號RESET使8251A處于空閑狀態。5 .調制解調控制電路調制解調控制電路用來簡化8251A和調制解調器的連5.38251A的引腳功能1、8251A和CPU間的連接信號CLKTTRDrDq608bW/IU I c譯碼C/B0251kRTSTkD外設20.RxDTstR

9、Df一TmC評數器/ 定時能TxE-*-版丫一SYHDET-*RESET8251A和CP比間的連接信號可以分為四類：a）片選信號?而：片選信號，它由CPU的地址信號通過譯碼后得到。b）數據信號D0-D7： 8位，三態，雙向數據線，與系統的數據總線相連。 傳輸CPUt8251的編程命令字和8251A送往CPU勺狀態信息 及數據。c）讀/寫控制信號? RD：讀信號，低電平時，CPU當前正在從8251A讀 取數據或者狀態信息。? Wr ：寫信號，低電乎時， CPU當前正在往8251A寫 入數據或者控制信息。? C/D：控制/數據信號，用來區分當前讀/寫的是數據 還是控制信息或狀態信息。該信號也可看作

10、是8251A數據口 / 控制口的選擇信號。由此可知，而、WR、C/D這3個信號的組合，決定了8251A的具體操作，它們的關系如表 7-3所示：注：數據輸入端口和數據輸出端口合用同一個偶地址， 而狀態端口和控制端口合用同一個奇地址。c）收發聯絡信號? TXRDY發送器準備好信號，用來通知 CPU 8251A已 準備好發送一個字符。? TXE發送器空信號，TXE為高電平時有效，用來表示 此時8251A發送器中并行到串行轉換器空，說明一個發送動 作已完成。?RXRDY接收器準備好信號，用來表示當前 8251A已經 從外部設備或調制解調器接收到一個字符，等待CPL#取走。 因此，在中斷方式時，RXRD

11、W用來作為中斷請求信號；在 查詢方式時，RXRDYT用來作為查詢信號。? SYNDET同步檢測信號，只用于同步方式。6 . 8251A與外部設備之間的連接信號8251A與外部設備之間的連接信號分為兩類：a）收發聯絡信號? DTR :數據終端準備好信號，通知外部設備，CPU當前已經準備就緒。? DSR：數據設備準備好信號，表示當前外設已經準備 好。? RTS：請求發送信號，表示CPU已經準備好發送。? CTS :允許發送信號，是對RTS的響應，由外設送往 8251A實際使用時，這4個信號中通常只有 布必須為低電平， 其它3個信號可以懸空。b）數據信號? TXD發送器數據/&出信號。當CP

12、US往8251A的并行 數據被轉變為串行數據后，通過 TXDX往外設。? RXD接收器數據輸入信號。用來接收外設送來的串行 數據，數據進入8251A后被轉變為并行方式。7 .時鐘、電源和地8251A除了與CPU及外設的連接信號外，還有電源端、地端和3個時鐘端。? CLK:時鐘輸入，用來產生8251A器件的內部時序。同步方式下，大于接收數據或發送數據的波特率的30倍，異步方式下，則要大于數據波特率的 4.5倍。? TXD發送器時鐘輸入，用來控制發送字符的速度。同步方式下，TXC的頻率等于字符傳輸的波特率，異步方式 下，TXC的頻率可以為字符傳輸波特率的1倍、16倍或者64倍。? RXD:接收器時

13、鐘輸入，用來控制接收字符的速度，和 TXC 一樣。在實際使用時，RXC?DTXC往往連在一起，由同一個外部時 鐘來提供，CLK則由另一個頻率較高的外部時鐘來提供。? VCC電源輸入? GND 地5.4、 8251A的編程編程的內容包括兩大方面：是由CPU發出的控制字，即方式選擇控制字和操作命令控制字；二是由8251A向CPUX出的狀態字。1 .方式選擇控制字（模式字）方式選擇控制字的格式如圖所示。DyD3 n 3 Da 口 Do1I I L_式式式式方方方方步步赤步向異異異1-0 0: L； 1 0：1 1. :F 1 ：帶奇偶校晶L。：不帚奇借校驗1：偶校驗Si Si一Lq；奇校就5 6 7

14、 8為力為為度度度度長長基符苻符符字于字字位及位位0 5 TTTI y abjsiD字字字字井T弟步外回至為耀八. 再同期eyWWt為輸出 夕5 加 E1節 近五 兩同步SYtlSKT為輸出2.操作命令控制字（控制字）EX工RRTSERSEEK如EDIR操作命令控制字的格式如下:D? Di口 口 D? Di DaI內部苴位進入搜索方式3、狀態字狀態字的格式如下:-1允許發送-1數據然需隹備好-1把許播收I枝斷缺牢符L口正常工農-1清除錯誤標記-1話求發送口 D £ DDf 6 Dj Eh EtDSRSYWET/ERKDfTFEHEFETkE做KDfTxKDr數據裝置準備好奇偶第標志溢

15、出錯標志幀校盹錯標志1-BEKDET1發送群潴備好1接收器推密好1發送器至1髯收翁1斷缺字符0正常工作4 . 8251A的初始化a）芯片復位以后，第一次用奇地址端口寫入的值作為模 式字進入模式寄存器。b）如果模式字中規定了 8251A工作在同步模式，c）由CPU用奇地址端口寫入的值將作為控制字送到控制 寄存器，而用偶地址端口寫入的值將作為數據送到數據輸出 緩沖寄存器。六、設計方案6.1 、硬件設計6.1.1 設計原理圖從鍵盤輸入一個字符，將其ASCII碼加1后發送出去，再接收回 來在屏幕上顯示，實現自發自收。OUTSCLKB<U5白之S3CS720123DODD2B8H2BBH I。比

16、1011FE5ET1 NHZ-M-1 23 45 6 7 一弓 dr/e DDDDD&DD- -CPWCR9251Rx RD VT Rvloy J.6.1.2 、實驗注意事項在本實驗方案中有以下幾點需要注意1、圖示電路8251的控制口地址為2B9H數據口地址為2B8H2、8253計數器的計數初值二時鐘頻率/ （波特率*波特因子），這 里的時鐘頻率接1MHZ波特率若選1200,波特因子若選16,則計數器初值為52。3、收發采用查詢模式。6.2 軟件設計6.2.1 程序流程圖初始化8253 初始化8251顯示提示從8251控制口讀狀態字TxRD訥1嗎?從鍵盤接收字符YN是ES明?將鍵入字符

17、ASC5加1通過8251數據端口發送字符 從8251控制端口讀入狀態字DxRDY1 嗎?從8251數據口接收數據將字符顯示在屏幕6.2.2 編程實現data segmentioport io8253a io8253b io8251a io8251bequ0cc00h-0280hequ ioport+280hequ ioport+283hequ ioport+2b8hequ ioport+2b9hcanplay a key on the;設置8253計數器0 工作方;給 8253計數器 0送初值; 初始化 8251; 向 8251 控制端口送3 個 0;向8251控制端口送40H,使其; 設置為

18、 1 個停止位 ,8個數據位 ,; 向 8251 送控制字允許其發送; 顯示提示信息mes1 db 'you keybord!',0dh,0ah,24hmes2 dd mes1data endscode segmentassume cs:code,ds:datastart:mov ax,datamov ds,axmov dx,io8253b 式mov al,16h out dx,al mov dx,io8253a mov al,52 out dx,almov dx,io8251b xor al,al mov cx,03delay:call out1loop delay mov

19、al,40h復位call out1mov al,4eh波特率因子為 16 call out1 mov al,27h和接收call out1 lds dx,mes2 mov ah,09 int 21hwaiti:mov dx,io8251b; 發送是否準備好; 是 , 從鍵盤上讀一字符;若為ESC,結束; 發送; 延時in al,dx test al,01 jz waiti mov ah,01 int 21h cmp al,27 jz exitmov dx,io8251a inc alout dx,almov cx,40hs51:loop s51mov dx,io8251bnext:in al,

20、dxtest al,02;檢查接收是否準備好jz next;沒有 ,等待mov dx,io8251ain al,dx;準備好,接收mov dl,almov ah,02;將接收到的字符顯示在屏幕 int 21hjmp waitiexit:mov ah,4ch;退出int 21hout1 proc near ; 向外發送一字節的子程序out dx,alpush cxmov cx,40hgg:loop gg; 延時pop cxretout1 endpcode ends七、調試運行1. 對設計原理圖進行檢查。主要針對電路連接中的線路連接進行檢查，并生成對應電路的網表。特別是對電路節點的連接檢查。2. 對設計的程序進行語法檢查。檢查程序中存在的語法錯誤。編譯連接并下載到芯片中。3. 對設計進行綜合調試。對下載到芯片中的程序進行功能檢查。直到完成設計要求的功能。運行結果：通過對下載的程序的調試，完成了設計要求的任務：從鍵盤上輸入一個字符，將其ASCII 碼加 1 后發送出去，在接受回來在屏幕上顯示，實現自發自收。八、課程設計總