普通高等教育“十一五”國家級規劃教材

微型計算機通信與接口技術

（第二版）

第一章數據通信基礎學習目標通過對本章的學習，讀者應該掌握以下主要內容：數據通信的基本概念、特點及實現方式數據通信系統的性能指標常用協議的數據格式及標準計算機接口的基本概念本章目錄1.1數據通信基本概念1.2數據通信的差錯控制1.3常見數據與網絡通信協議的數據格1.4接口基礎知識1.1數據通信基本概念1.1.1數據通信概述1.數據數據是定義為有意義的實體，是表征事物的形式，例如文字、聲音和圖像等。數據可分為模擬數據和數字數據兩類。2.信號信號是數據的電磁編碼或電子編碼。信號在通信系統中可分為模擬信號和數字信號。3.信道信道是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。4.通信線路的通信方式

根據數據信息在傳輸線上的傳送方向，數據通信方式有三種：單工方式、半雙工方式和全雙工方式

4.通信線路的通信方式（1）單工方式在這種方式中，只允許數據始終按一個固定的方向傳送（2）半雙工方式在半雙工方式中，數據信息可以雙向傳送，但在同一時刻一個信道只允許單方向傳送4.通信線路的通信方式（3）全雙工方式同一時間可以雙向進行數據傳送．早期的通信系統都是模擬系統，當輸入的信號頻率高或低到一定程度，使得系統的輸出功率成為輸入功率的一半時，最高頻率和最低頻率間的差值就代表了系統的通頻帶寬，其單位為赫茲（Hz）。在數字通信系統中“帶寬”的含義完全不同于模擬系統，它通常是指數字系統中數據的傳輸速率，其表示單位為比特/秒或波特/秒（Baud/S）。５.信道帶寬1.1.2數據通信系統的組成數據通信系統的組成有以下5個部分組成：信源、變換器、傳輸線路、反變換器、信宿1.1.3數據通信系統的質量標準1.傳輸速率⑴數據傳輸速率數據傳輸速率是單位時間傳送的數據量，數據量的單位可以是比特、字符碼等，時間單位可以是秒、分等，通常用比特/秒為單位。⑵調制速率調制是將基帶數字脈沖信號變換為適合在線路上傳輸的某一頻率載波信號的過程。

RB=1/T

（波特）(1-1)

⑶數據信號速率數據信號速率表示單位時間內通過信道的信息量，單位是比特/秒（b/s），是用來表示傳輸速率常用的單位，簡稱比特率。在串行通信中數據信號速率定義為：

Rb=RBlog2M=1/Tlog2M（比特/秒）Rb為波特率，M是調制信號波形的狀態數，T為單位調制信號波形的時間長度。2.誤碼率在接收端收到數據的差錯程度是數據通信質量最重要的指標，一般用誤碼率Pe表示，如公式(1-3)所示。3.可靠性可靠性通常用來表示系統在給定時間間隔內能正常工作的概率。4.功率利用率和頻帶利用率⑴功率利用率功率利用率以比特差錯小于某一規定值時所要求的最低歸一化信噪比（每比特的信號能量和噪聲單邊功率譜密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，則功率利用率越高。⑵頻帶利用率頻帶利用率是描述數據傳輸速率和帶寬之間關系的一個指標，也是衡量數據通信系統有效性的指標，是單位頻帶內所能傳輸的信息速率

5.標準化標準化程度的高低是衡量通信系統好壞的重要指標。

6.通信建立時間數據通信系統一般都要求在盡可能短的時間內建立通信7.其它指標其它指標還有經濟性、操作簡單、維修方便、能自動檢測、體積小和重量輕等，在設計傳輸系統時也是要注意的。當然，這些指標也是相對的，要根據具體情況以及周圍環境和服務對象等具體確定1.1.4數據通信系統的傳輸編碼1.數字信號模擬化時的編碼方式（1）振幅調制（調幅）（2）頻率調制（調頻）

（3）相位調制（調相）2.數字數據編碼（1）不歸零編碼NRZ（2）曼徹斯特編碼（3）差分曼徹斯特編碼1.1.5數據通信系統的傳輸速率1.奈奎斯特公式

奈奎斯特公式給出了無熱噪聲（時信道帶寬對最大數據速率的限制Ｃ＝２Ｈlog2Ｌb/s （1-6）其中：H是信道的帶寬（以Hz為單位）；L表示某給定時刻數字信號可能取的離散值的個數；C是該信道最大的數據速率。例無熱噪聲的某信道帶寬為4kHz，任何時刻數字信號可取0、1、2和3四種電平之一，則最大數據速率為多少？

2.香農公式

香農（Shannon）用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率

:C=Wlog2(1+S/N)b/s其中：W為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內所傳信號的平均功率；N為信道內部的高斯噪聲功率；S／N為信噪比1.2數據通信的差錯控制1.2.1差錯類型1．糾錯碼糾錯碼是指在發送每一組信息時發送足夠的附加位，接收端通過這些附加位在接收譯碼器的控制下不僅可以發現錯誤，而且還能自動地糾正錯誤。

常見的糾錯編碼有：海明糾錯碼、正反糾錯碼等。1.2數據通信的差錯控制2．檢錯碼檢錯碼是指在發送每一組信息時發送一些附加位，接收端通過這些附加位可以對所接收的數據進行判斷看其是否正確，如果存在錯誤，接收端不是糾正錯誤而是通過反饋信道傳送一個應答幀把這個錯誤的結果告訴給發送端，讓發送端重新發送該信息，直至接收端收到正確的數據為止。1.2.2奇偶校驗碼在一個二進制數據字上加上一位，以便檢測差錯。

在偶校驗時，要在每一個字符上增加一個附加位，讓該字符和校驗附加位一起使“1”的個數為偶數例如，一個字符的7位代碼為1101011，有5個“1”（奇數），若奇校驗，則校驗位為0，即整個字符為：

01101010若為偶校驗，則校驗應為1，即整個字符為：11101011。1.2.3循環冗余校驗計算校驗和的算法如下：①設生成的多項式G（x）為n階，在幀的末尾附加n個零，使幀為m+n位，則相應的多項式是2nM（x）。②按模2除法，用對應于G（x）的位串去除對應于2nM（x）的位串，得到的余數就是幀校驗序列（FCS）。③按模2減法，從對應于2nM（x）的位串中減去幀校驗序列（FCS）。結果就是要傳送帶校驗和的幀，叫多項式T（x）。

1.2.4校驗和所謂校驗和是把一個字節的8位視為整數，然后把該8位字節構成的序列求和，所計算出的整數值就是校驗碼。

1.二進制反碼求和二進制反碼求和的規則是從低位到高位逐列進行計算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=02．校驗和生成器1.2.5海明碼海明指出可以在數據代碼上添加若干冗余位組成碼字，并稱一個碼字變成另一個碼字時必須改變（“1”變為“0”或者“0”變“1”）的最小位數為碼字之間的海明距離。例如7位ASCII碼增加一位奇偶校驗位成為8位的碼字，這128個8位的碼字之間的海明距離是2。1.定位冗余比特如果傳輸的數據位是m位，加了r位冗余位，那么總共傳輸的數據單元是m+r位。

為了能夠檢測出這m+r位數據單元在傳輸到目的端后是否出錯，并能夠指明是在哪一位出錯，那么r至少應該能夠代表m+r+1種狀態。r比特能夠代表2r不同狀態。2r>=m+r+1r的值可以通過插入m（要傳輸的數據單元的原始長度）的值來得到。例如m=7（如同7位ASCII碼），則滿足上式的最小r值為4，因為：

24>=7+4+1

r1：第1（0001），3（0011），5（0101），7（0111），9（1001），11（1011）位r2：第2（0010），3（0011），6（0110），7（0111），10（1010），11（1011）位r4：第4（0100），5（0101），6（0110），7（0111）位r8：第8（1000），9（1001），10（1010），11（1011）位2．計算冗余比特

首先將原始字符按照圖1-9填入11比特單元中的對應位置；然后對不同的比特組合計算偶校驗，公式如下：r1=d3⊕d5⊕d7⊕d9⊕d11r2=d3⊕d6⊕d7⊕d10⊕d11r4=d5⊕d6⊕d7r8=d9⊕d10⊕d11（2）對不同的比特組合計算偶校驗，方法如下：r1=d3⊕d5⊕d7⊕d9⊕d11=1⊕0⊕0⊕1⊕1⊕1=0r2=d3⊕d6⊕d7⊕d10⊕d11=1⊕0⊕1⊕0⊕1=1r4=d5⊕d6⊕d7=0⊕0⊕1=1r8=d9⊕d10⊕d11=1⊕0⊕1=0填入到圖1-10的相應位，得到完整的海明冗余比特編碼，如圖1-11所示。例如發送的11位數據是10101001110中第6位由0變成了1，即接收到的數據是10101101110，接收端按如下公式計算新的校驗值：r1=d1⊕d3⊕d5⊕d7⊕d9⊕d11=0⊕1⊕0⊕0⊕1⊕1⊕1=0r2=d2⊕d3⊕d6⊕d7⊕d10⊕d11=1⊕1⊕1⊕1⊕0⊕1=1r4=d4⊕d5⊕d6⊕d7=1⊕0⊕1⊕1=1r8=d8⊕d9⊕d10⊕d11=0⊕1⊕0⊕1=0新計算出的校驗值R=6（0110，按r8，r4，r2，r1的順序）不等于0，說明第6個比特的位置出錯，把接收到的第6個比特的值取反，即得到正確的發送數據：10101001110。

1.3常見數據與網絡通信協議的數據格式1.3.1以太網數據幀1．以太網概述1980年9月，Dec公司、Intel公司和施樂公司聯合提出了10Mbps的以太網第一個版本的DIXV1（DIX是這三個公司名稱的縮寫）。1982年發布了第二版DIXV2，這個版本成為世界第一個局域網產品規約。2.DIXEthernetV2標準（1）前同步碼（2）目的地址（3）源地址（4）類型字段（5）數據字段（6）幀校驗序列字段類型（16進制表示）

所代表的協議0x0800IP協議0x0806ARP協議0x8035RARP協議0x8137NovellIPX協議0x86ddIPv6協議3.IEEE的802.3標準（1）第4個字段是長度/類型字段。（2）在IEEE802.3的數據幀格式中，第5個字段是數據字段，在該字段中包括了LLC子層的LLC幀。4.以太網的最小幀長度以太網的最小幀長度是64字節，其中目的地址占6字節、源地址占6字節、數據/類型字段占2字節、數據字段最少要46字節、FCS校驗字段4字節。規定最小幀長度的目的是如果接收端收到小于64字節的數據幀就認為該幀是一個無效幀。數據經過模擬傳輸系統會出現差錯以太網的工作原理是一邊發送數據的同時，一邊檢測是否有沖突產生，因此要求在數據發送完之前，必須要能檢測出沖突產生，則得到公式：發送時延≥2×往返時間而發送時延＝要發送數據塊長度（Ｌ）／發送數據率（帶寬），往返時延＝傳輸的距離／數據的傳輸速度，代入上式可得到一個最小幀長。最小幀長可以保證在數據幀沒有發送完畢之前，如果產生沖突，則在同一個網段的任意一臺主機都能檢測到沖突的產生。802.3標準規定凡出現下列情況之一的即為無效的MAC幀：（1）MAC客戶數據字段的長度與長度字段的值不一致；（2）幀的長度不是整數個字節；（3）用收到的幀檢驗序列FCS校驗有差錯；（4）收到的幀的MAC客戶數據字段的長度不在46~1500字節之間。1.3.2IP數據包IP地址的編址方法共經過了三個歷史階段：（1）分類的IP地址；（2）子網的劃分；（3）構成超網。2.IP地址的分類表1-2IP地址的使用范圍網絡類別最大網絡數第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中的最大主機數A126112616777214B16384128.0191.25565534C2097152192.0.0223.225.250254（4）特殊的IP地址。①如果網絡ID為127，主機地址任意，這種地址是用來做循環測試用的，不可用作其他用途。②在IP地址中，如果某一類網絡的主機地址為全1，則該IP地址表示是一個網絡或子網的廣播地址。（4）特殊的IP地址。③在IP地址中，如果某一類網絡的主機地址為全0，則該IP地址表示為網絡地址或子網地址。私有地址的范圍是：~54 （A類）；~54 （B類）；~54 （C類）。3.IP數據報的格式表1-3IP數據報協議字段值和對應的協議協議名ICMPIGMPTCPEGPIGPUDPIPv6OSPF協議字段值126891741891.3.3UDP協議1.UDP協議概述UDP協議是在IP數據報的基礎上加上端口和差錯檢測功能。UDP的特點如下：發送數據之前不需要建立連接。UDP沒有擁塞控制，也不保證可靠交付。UDP用戶數據報只有8個字節的首部開銷。由于UDP沒有擁塞控制，因此網絡出現的擁塞不會使源主機的發送速率降低。2.用戶數據報首部格式1.3.4TCP協議TCP協議有以下特點：（1）面向流的傳送服務。（2）面向連接的傳送服務。（3）可靠的傳輸服務。（4）緩沖傳輸。（5）全雙工傳輸。（6）流量控制。常見應用程序的熟知端口應用程序FTPTELNETSMTPDSNTFTPHTTPSNMP熟知端口2123255369801612.TCP數據報格式1.4接口基礎知識1.4.1計算機的接口所謂接口（Interface），是指兩個部件或兩個系統之間的交接部分。作為微機接口主要涉及到以下主要接口：微處理器與各外部設備之間的接口、微處理器與存儲器之間的接口以及微型計算機之間的接口。1.硬件接口硬件接口實際上就是完成某種邏輯功能和轉換功能的電子線路。需要硬件接口的原因：（１）外設與微處理器之間的信號不兼容。（２）外設與微處理器之間的工作速度不一致。（３）CPU直接控制外設會降低效率。（４）外設的硬件接口應不依賴CPU。兩種語言之間就要有一種約定，使兩種語言程序之間能相互交換信息，這種約定就是一種軟件接口。

2.軟件接口3.接口技術微型計算機接口主要負責接收、解釋并執行CPU發出的命令，傳送外設的狀態，以及雙方的數據傳輸，管理雙方的工作邏輯、協調它們的工作時序。接口技術是工業實時控制、數據采集中非常重要的微機應用技術，可實現CPU與存儲器、I/O設備、控制技術、測量設備、通信設備、A/D、D/A轉換器等的信息交換。4.接口的功能（1）數據緩沖功能（2）設備選擇功能（3）信號轉換功能（4）接收、解釋并執行CPU命令的功能５．中斷管理功能當外設需要及時得到CPU的服務時就應在接口中設置中斷控制邏輯，由它完成向CPU提出中斷請求，進行中斷優先級排隊，接收中斷響應信號以及向CPU提供中斷向量等有關中斷事務工作。６．可編程功能，現在的接口芯片多數都是可編程的，這樣在不改變硬件的條件下，只改變驅動程序就可改變接口的工作方式和功能，以適應不同的用途。1.4.2接口傳輸的信息在接口部件中需要傳輸三種信息，分別是數據信息、狀態信息、控制信息。1．數據信息數據信息是指CPU與外設之間要交換的數據本身，主要包括：數字量、模擬量和開關量三種信息。2．狀態信息為實現CPU與外設配合工作，CPU需要了解外設所處的現行狀態，如打印機是否忙（BUSY），輸入設備是否準備好（READY），用于表示外設工作狀態的信號叫狀態信息，是由外設通過接口傳遞到CPU的。３．控制信息1.4.3接口與系統的連接接口電路位于CPU與外設之間，從結構上看，可以把一個接口分為兩個部分：用來和I/O設備相連；用來和系統總線相連，這部分接口電路結構類似，連在同一總線上。1.4.4輸入/輸出數據傳送方式主機（CPU+內存）和外設之間數據傳送的方式通常有三種：程序控制傳送方式、中斷傳送方式和DMA（直接存儲器存取）方式。1．程序控制傳送方式程序控制傳送方式是由程序來控制CPU和外設之間的數據傳送，可分為無條件傳送和查詢傳送。（1）無條件傳送方式（2）查詢傳送方式①查詢式輸入實現查詢式輸入的接口電路如圖1-21所示。當輸入設備數據準備好，就發低電平有效的選通信號STB，該信號的作用是：a．作為8位鎖存器的控制信號，當STB=0時，輸入設備的數據被送入鎖存器；b．使D觸發器的輸出端Q端變成高電平，表示外設已準備好，接口電路已有外設送來的數據。②查詢式輸出2.中斷傳送方式3．DMA方式DMA方式是在外設和內存之間以及內存與內存之間開辟直接的數據通道，CPU不參與傳送過程，整個傳送過程由硬件來完成而不需要軟件介入在DMA方式中，對數據傳送過程進行控制的硬件稱為DMA控制器。3．DMA方式DMA控制器必須具有以下功能：能接收外設的DMA請求DREQ，并能向外設發出DMA響應信號DACK；能向CPU發出總線請求信號HOLD，當CPU發出總線響應信號HLDA后，能接管對總線的控制，進入DMA方式；能發出地址信息，對存儲器尋址并修改地址指針；能發出讀、寫等控制信號，包括存儲器讀寫信號和I/O讀寫信號；能決定傳送的字節數，并能判斷DMA傳送是否結束；能發出DMA結束信號，釋放總線，使CPU恢復正常工作。3．DMA方式1.4.5輸入/輸出接口的編址方法1．I/O端口統一編址這種方式也稱為存儲器映射編址方式，是把內存的一部分地址分配給I/O端口，一個8位端口占用一個內存地址單元。已經用于I/O端口的地址，存儲器不能再使用。2．I/O獨立編址這種編址方式中，內存儲器和I/O端口有各自獨立的地址空間，訪問I/O端口需要專門的I/O指令。1.4.5輸入/輸出接口的編址方法8086/8088微處理器采用如下方式：（1）訪問內存儲器使用20根地址線，同時使M/IO＝1，內存地址范圍為00000～0FFFFFH，共1MB。（2）訪問I/O端口使用低16根地址線，同時使M/IO＝0，I/O端口地址范圍為0000～0FFFFH。兩個地址空間相互獨立，互不影響。第二章中斷接口技術

2.18086的中斷系統

2.1.1中斷與中斷系統功能1．中斷的概念中斷是一個過程，是CPU在正常執行程序的過程中，遇到外部或內部的緊急事件需要處理，暫時中斷（中止）當前程序的執行，而轉去為緊急事件服務，當為這個緊急事件服務處理完畢之后，再返回到暫停點（中斷點）繼續執行原來的程序,由于CPU正在執行的原程序被暫停執行，所以稱為中斷.2．中斷系統的功能（１）中斷處理與返回（２）中斷優先權判斷（３）中斷嵌套2.1.2中斷分類硬件中斷和軟件中斷1．硬件中斷硬件中斷是指通過外部硬件產生的中斷，如打印機、鍵盤等，有時也稱為外部中斷。硬件中斷又可分為兩類：可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。2．軟件中斷（內部中斷）（1）除法出錯中斷（2）INT0溢出中斷（3）INTn指令（4）斷點中斷（5）單步中斷2.1.3中斷向量和中斷向量表本章首頁00H～04H――系統專用10H～1FH――BIOS用40H～FFH――用戶用08H～0FH――硬件中斷20H～3FH――DOS用2.1.4中斷響應過程與時序1．硬件中斷的響應過程2．硬件中斷的時序3．軟件中斷軟件中斷是指通過中斷指令來使CPU執行中斷處理子程序的方法（1）中斷類型碼由指令提供，不需執行中斷響應總線周期，也不受IF標志的影響。（2）正在執行軟件中斷時，若有通過NMI發出的中斷請求，則立即響應；若發生可屏蔽中斷請求，只要條件允許（如IF＝1，當前指令執行完）即可響應中斷。3．軟件中斷（3）軟件中斷，由于其處理程序的入口是通過中斷向量表來定位，所以可以方便地用INTn指令進行調用，因此在使用中和一般的子程序沒有兩樣，并且原則上0～255種軟件中斷類型均可使用。2.1.5中斷程序設計舉例/*例2-1.c*/#include<stdio.h> //支持標準輸入輸出，如printf()。#include<conio.h> //控制臺輸入輸出#include<dos.h> //支持接口訪問、中斷向量操作函數voidinterrupt(*sys_vect09)();//申明一個函數為中斷函數，該中斷函數的中斷號為sys_vect09unsignedintkey; //定義全局變量key(無符號整型),記錄60H端口的值unsignedintflag; //定義標志flag，用來判斷是否進行過新的中斷voidinterruptmy_vect09() //自定義的中斷函數{key=inportb(0x60); //從60H端口讀取一個字節的數據送變量keyflag=1; //標志flag置1，說明變量key從端口讀取一個新值

(*sys_vect09)(); //執行原來系統中的中斷函數}voidmain(){

flag=0; //初始化標志flag，表示還沒有發生新的中斷sys_vect09=getvect(0x09);//讀取系統9號調用的中斷向量地址存入sys_vect09setvect(0x09,my_vect09); //設置系統新的9號調用入口地址是my_vect09while(1){if(flag){printf("%02x",key); //輸出中斷中從60H端口讀取的值到屏幕

flag=0; //標志清0，準備接收新的key值

if(key==0x0010)break; //當輸入的值是0AH時，退出while循環

if((key&0x0080)==0x0080)printf("\n");//當字節變量key的最高位是1時，屏幕上輸出換行符

}}

setvect(0x09,sys_vect09);//恢復系統9H中斷的中斷入口地址}2．相關函數說明（1）inportb：inportb函數的原型是：intinportb(intport)。該函數是從指定的輸入端口port讀入一個字節，并返回這個字節。2．相關函數說明（2）getvect與setvectgetvect函數是用來獲取中斷處理程序的入口地址的；setvect函數則用來設置某個中斷處理程序的入口地址。（3）interrupt定義一個中斷類型函數voidinterrupt(*sys_vect09)()；在用setvect改寫中斷09h時就是setvect(0x09,my_vect09);在改寫之前應該先保存原來中斷09h的中斷向量地址,這就用到了getvect，sys_vect09=getvect(0x09);其中sys_vect09是個聲明為“voidinterrupt(*sys_vect09)()；”型的指針2.2可編程中斷控制器Intel8259AIntel8259A的主要性能包括：具有8級中斷優先控制，通過級連可以擴展至64級優先權控制；每一級中斷都可以通過初始設置為允許或屏蔽狀態；8259A的工作方式可以通過編程進行設置；8259A采用NMOS制造工藝，只需要單一的+5V電源。2.2.18259A的內部結構和工作原理8259A的內部結構主要有數據總線緩沖器、讀/寫控制邏輯、級連緩沖器、中斷控制邏輯電路、中斷請求寄存器、優先級比較器1．數據總線緩沖器數據總線緩沖器是8259A與系統數據總線的接口，是8位雙向三態緩沖器。數據線D7~D0與CPU系統總線相連，構成CPU與8259A之間的信息傳送的通道。2．讀/寫控制邏輯用于接收CPU的讀／寫命令一方面把來自CPU的初始化命令字ICW和操作命令字OCW存入8259A內部相應的端口寄存器，用以規定8259A的工作方式和控制模式；另一方面也可使CPU通過讀／寫電路讀8259A內部有關端口寄存器的狀態信息。3．級連緩沖器8259A既可以工作于單片方式，也可以工作于多片級聯方式。當用于實現8259A芯片之間的級連時，可把中斷源由8級擴展至64級；在多片級連時，只有一個為主片，其余為從片。4．中斷控制邏輯電路5．中斷請求寄存器IRR6．中斷屏蔽寄存器IMR7．中斷服務寄存器ISR8．優先級比較器PR2.2.28259A的外部引腳2.2.38259A的工作過程當完成初始化后，8259A對外部中斷請求的響應和處理過程如下：（1）當有一條或若干條中斷請求輸入（IR7~IR0）有效時，則使中斷請求寄存器的IRR的相應位設置為1。（2）若CPU處于開中斷狀態，則在當前指令執行完之后，響應中斷，并且從INTA發應答信號（兩個連續的INTA負脈沖）。2.2.38259A的工作過程（3）.第一個INTA負脈沖到達時，IRR的鎖存功能失效，對于IR7~IR0上發來的中斷請求信號不予理睬。（4）使ISR寄存器的相應位置1，以便為中斷優先級比較器的工作做好準備。（5）使寄存器的相應位復位，即清除中斷請求。（6）第二個INTA負脈沖到達時，將中斷類型寄存器中的內容ICW2，送到數據總線的D7-D0上，CPU以此作為相應中斷的類型碼。（7）若ICW4中的中斷結束位為1，那么，第二個INTA負脈沖結束時，8259A將ISR寄存器的相應位清零；否則，直至中斷服務程序執行完畢，才能通過輸出操作命令字EOI，使該位復位。2.2.48259A的工作方式1．中斷優先權管理方式（1）全嵌套方式（2）特殊全嵌套方式（3）優先級自動循環方式（4）優先級特殊循環方式2．中斷源的屏蔽方式CPU對于8259A提出的中斷請求，都可以加以屏蔽控制，屏蔽控制有普通屏蔽方式和特殊屏蔽方式兩種。3．結束中斷處理的方式（1）中斷自動結束方式（2）一般的中斷結束方式（3）特殊的中斷結束方式啟動外設主程序外設準備好輸入設備Ready=1輸出設備Busy=0中斷請求中斷響應數據IN/OUT中斷服務程序IRET中斷響應外設又一次準備好中斷請求優點：CPU效率高，實時性好，速度快。缺點：程序編制較為復雜。2.2.38259A的工作過程（1）當有一條或若干條中斷請求輸入（IR7~IR0）有效時，則使中斷請求寄存器的IRR的相應位設置為1。（2）若CPU處于開中斷狀態，則在當前指令執行完之后，響應中斷，并且從INTA發應答信號（兩個連續的INTA負脈沖）。（3）第一個INTA負脈沖到達時，IRR的鎖存功能失效，對于IR7~IR0上發來的中斷請求信號不予理睬。（4）使ISR寄存器的相應位置1，以便為中斷優先級比較器的工作做好準備。（5）使寄存器的相應位復位，即清除中斷請求。（6）第二個INTA負脈沖到達時，將中斷類型寄存器中的內容ICW2，送到數據總線的D7-D0上，CPU以此作為相應中斷的類型碼。（7）若ICW4中的中斷結束位為1，那么，第二個INTA負脈沖結束時，8259A將ISR寄存器的相應位清零；否則，直至中斷服務程序執行完畢，才能通過輸出操作命令字EOI，使該位復位。中斷優先權管理中斷嵌套中斷屏蔽中斷結束2.2.48259A的工作方式1．中斷優先權管理方式8259A中斷優先權的管理方式有:全嵌套方式特殊全嵌套方式優先級自動循環方式優先級特殊循環方式。2．中斷源的屏蔽方式CPU對于8259A提出的中斷請求，都可以加以屏蔽控制，屏蔽控制有:普通屏蔽方式特殊屏蔽方式3．結束中斷處理的方式是自動結束方式（AEI）和非自動結束方式。非自動結束方式又可進一步分為一般的中斷結束方式和特殊的中斷結束方式。向CPU發出總線請求信號HOLD，接收CPU發出總線響應信號HLDA接管對總線的控制，進入DMA方式發出地址信息，對存儲器尋址并修改地址指針發出DMA結束信號，釋放總線，使CPU恢復正常工作4．系統總線的連接方式（1）緩沖方式（2）非緩沖方式5．引入中斷請求的方式（1）邊沿觸發方式（2）電平觸發方式（3）中斷查詢方式本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）8259A的外部特性和內部結構1）引腳(28腳)D0～7、CS、RD、WRA0:端口選擇信號;輸入INT

:8259A的中斷申請;輸出;高有效;向CPU發出中斷申請INTA:中斷響應;輸入;接收CPU的中斷響應信號,第2個負脈沖中送出類型號面向CPU的信號(14)面向外設的信號(8)IR0～7:外設的中斷申請;輸入;觸發方式由編程設定面向同類芯片的信號(4)CAS0～3:級聯信號;雙向;主片向從片發送級聯代碼SP/EN:主從定義/緩沖器方向;雙功能;緩沖方式:輸出,控制緩沖器傳送方向,非緩沖方式:輸入,定義主從片,1:主片,0:從片讀/寫邏輯數據總線緩沖器D0～D7A0IORIOW級聯/緩沖比較器CS優先級分析器PRCAS0CAS2CAS1SP/EN正在服務寄存器ISR中斷請求寄存器ISR控制邏輯中斷屏蔽寄存器IMR…IR0IR1IR7INTAINT2）內部結構本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）中斷請求寄存器(IRR):8位,寄存有請求的中斷級,IRi有請求,IRRi=1中斷服務寄存器(ISR):8位,寄存正在服務的中斷級,IRi被響應且未服務完,ISRi=1,ISR可能多位同時為1中斷屏蔽寄存器(IMR):8位,寄存中斷級的屏蔽情況,IMRi=1,IRi被屏蔽優先級分析器(PR):由IRR、IMR、ISR的狀態確定INT引腳的輸出;優先級編碼器+比較電路何時中斷嵌套INTA>B比較器中斷屏蔽寄存器IMRIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7中斷請求寄存器IRR中斷請求優先級編碼器1B0B1B2A0A1A2ISR編碼器&D1D0D7D5D4D2D3D6工作原理本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）級聯緩沖器/比較器:級聯時傳送級聯代碼;緩沖方式控制傳送方向讀寫控制邏輯:中斷類型號的讀取不是讀寫邏輯控制的INTAFFDEH0A1H21H讀IMR1010FFDCH0A0H20H讀IRR,ISR,查詢字0010FFDEH0A1H21H寫ICW2～4,OCW11100FFECH0A0H20H寫ICW1,OCW2～30100TP86A從片主片讀寫操作A0RDWRCS8259A的工作方式1）中斷觸發方式2）連接系統總線的方式3）中斷屏蔽的方式4）優先級排隊的方式5）中斷結束的方式

電平觸發:高電平邊沿觸發:上升沿

向量中斷查詢中斷

緩沖方式非緩沖方式SP/EN的作用

常規屏蔽:設置IMR

特殊屏蔽:開放低級中斷

固定:IR0最高,IR7最低輪換

自動輪換指定輪換用于非嵌套系統

自動結束方式:第2個INTA后沿自動清除ISRi

非自動結束方式:由程序發EOI命令清除ISRi

不指定EOI

指定EOIEOI命令

固定:IR0最高,IR7最低輪換

自動輪換指定輪換

自動結束方式:第2個INTA后沿自動清除ISRi

非自動結束方式:由程序發EOI命令清除ISRi

不指定EOI

指定EOIEOI命令本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）8259A的編程命令及中斷操作功能1）ICW14個初始化命令字(ICW1～4)、3個操作命令字(OCW1～3);寫入到2個端口中同一端口寫入多個命令字的區分方式:設置特征位、規定寫入順序×××1LTIM×SNGLIC4特征位×:16位機無效，一般寫0LTIM:觸發方式,=0,邊沿觸發;=1,電平觸發SNGL:=0,多片級聯;=1,單片系統IC4:=0,不寫入ICW4;=1,要寫入ICW4,16位機要寫入ICW1還實現對8259A的復位如PC機:邊沿觸發,單片MOVAL,13HOUT20H,AL2）ICW2T7T6T5T4T3×××A00A01如PC機:類型號08H～0FHMOVAL,08HOUT21H,AL確定中斷類型號的高五位

高五位:ICW2的高五位低三位:IRi的編碼

中斷類型號(8位)本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）3）ICW3(級聯系統才寫入,主、從片格式不同)S7S6S5S4S3S2S1S0如圖中所示的級聯系統主片的ICW3=24H；00100100從片1的ICW3=02H；00000010從片2的ICW3=05H；00000101A01ID2ID1ID0的編碼=i,該從片掛在主片的IRi上主片:相應的申請端是否掛接從片

0:IRi上無從片

1:IRi上接有從片Si從片:該從片的識別碼×××××ID2ID1ID0A01級聯方式的硬件連接級聯方式下工作過程IR0從片1從片28259A(主片)INTINTCAS0～2CAS0～2SP/ENSP/ENIR2IR5CAS0～2AIR6SP/EN+5VINTAINTAINTINTAINTRINTA…IR1IR7IR4…CIR0…IR1IR7…BD只有A有申請(與單片系統相同)從片1:IRR=00H從片2:IRR=00H主片:IRR6=1,INT=1收到INTA,主片ISR6=1,送IR6的類型號CPU的操作與單片無任何區別本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）4）ICW4A、B、C同時申請從片1:IRR7=1從片2:IRR4=1主片:IRR6、IRR2、IRR5同時為1,INT=1(轉發IR2的請求)第1個INTA主片ISR2=1并送IR2的級聯代碼從片2與自己的識別碼比較不同,無操作從片1:相同,ISR7=1

第2個INTA

從片1送出IR7的類型號,主片不送A01BUFM/SAEOI×××SFNMμPM

0:8位機系統

1:16位機系統μPM

0:非自動結束方式

1:自動結束方式AEOI

0:從片

1:主片M/S

BUF＝1有效

0:非緩沖方式

1:緩沖方式BUF

0:一般完全嵌套

1:特定完全嵌套SFNM特定完全嵌套方式(用于級聯系統的主片)送兩個EOI命令開放同級和高級中斷,上例中,主片若采用特定完全嵌套方式,則允許D打斷B的服務從片服務程序中送EOI的方法給主片送EOI的條件:從片ISR=00H5）OCW1(設置IMR)M7M6M5M4M3M2M1M0

0:開放IRi1:屏蔽IRiMiA01如開放IR1、IR77;屏蔽IR3、IR76;其他不變INAL,21HANDAL,7DHORAL,48HOUT21H,AL;讀取IMR本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）6）OCW2(設置優先級輪換、發EOI命令)RSLEOI00L2L1L0A00

優先級固定輪換自動輪換指定輪換

結束方式自動非自動,用EOI命令清ISRiEOI命令不指定:清除ISR中優先級最高位指定:清除ISR中的指定位特征位

0:優先級不輪換

1:優先級輪換R

0:不對ISR操作

1:清除ISRiEOISL=1,L2L1L0的編碼有效,與R、EOI配合R=1:L2L1L0指定的中斷級為最低優先級EOI=1:將ISR中L2L1L0指定的位清0R、SL、EOI的組合就是OCW2的命令RSLEOI功能000自動EOI中輪換復位001不指定EOI命令010無效011指定EOI命令100自動EOI中輪換置位101不指定EOI中的輪換110直接設置優先級111指定EOI中的輪換如:不指定EOIMOVAL,20HOUT20H,AL指定EOI(清除ISR4)MOVAL,64HOUT20H,AL本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）7）OCW3(設置特定屏蔽方式、查詢式中斷、讀寄存器選擇)×ESMMSMM01PRRRISA00ESMM=1,特定屏蔽方式允許

ESMM=1時有效0:清除特定屏蔽方式SMM1:設置特定屏蔽方式P=1,查詢式中斷RR=1,讀寄存器選擇有效

RR=1時有效0:IRRRIS:讀寄存器選擇1:ISR特征位特定屏蔽方式(開放低級中斷)設置方法:用OCW1屏蔽當前中斷用OCW3設置特定屏蔽方式清除方法:用OCW3清除特定屏蔽方式用OCW1開放當前中斷設置后一直有效,直到清除…CLIINAL,21HORAL,08HOUT21H,ALMOVAL,68HOUT20H,ALSTI…CLIMOVAL,48HOUT20H,ALINAL,21HANDAL,0F7HOUT21H,ALSTI…MOVAL,20HOUT20H,ALRET;IMR3=1如在IR3服務程序中使用;特定屏蔽設置;特定屏蔽清除;IMR3=0;EOI命令IR0～2開放IR3～7關閉IR0～2、IR4～7開放IR3關閉比IR3優先級低的中斷的服務程序必須送指定EOINOTEWhy？本章首頁可編程中斷控制器8259A（續）查詢式中斷讀寄存器不需要接收中斷請求,CPU查詢8259A,發查詢命令(P=1的OCW3)后讀查詢字(A0=0),再根據查詢字內容確定中斷源I----W2W1W0查詢字格式I=1時,W2W1W0是當前有請求的優先級最高的中斷級編碼0:無中斷請求I1:有中斷請求讀查詢字MOVAL,0CHOUT20H,ALINAL,20H;查詢命令;讀查詢字每次讀查詢字需重新送查詢命令查詢命令令讀寄存器無效讀IMR:直接對A0=1端口進行讀讀IRR、ISR:先選擇(RR=1的OCW3)再讀選擇后一直有效,直到改變初始為IRR讀IMRINAL,21H讀IRRMOVAL,0AHOUT20H,ALINAL,20H讀ISRMOVAL,0BHOUT20H,ALINAL,20H查詢方式的應用:無中斷向量表無INTR或INTA信號級聯增加到第3層查詢方式不用送ICW2？2.2.78259A的應用舉例例1CPU與8259A連接如圖所示。向8259A的中斷屏蔽寄存器IMR寫入控制命令，使系統時鐘、鍵盤、硬盤、軟盤開放中斷，并使其它中斷關閉：例2IBM-PC機中，只有一片8259A，可接受外部8級中斷。在I/O地址中，分配8259A的端口地址為20H和21H，初始化為：邊沿觸發、緩沖連接、中斷結束采用EOI命令、中斷優先級采用完全嵌套方式，8級中斷源的中斷類型分別為08H~0FH，初始化程序使用匯編語言實現例3進入和退出特殊屏蔽方式的流程圖

。。。;IR3中斷服務程序入口STI;保護現場。。。;STI開中斷MOVAL，00001000B;服務程序OUT21H，AL;OCW1寫入OCW1，使IM3=1MOVAL，01101000B;寫入OCW3，使ESMM=SMM=1OUT20H，AL;OCW3繼續服務。。。;寫入OCW3，使ESMM=1，SMM=0MOVAL，01001000B;寫入OCW1，使IM3=0OUT20H，AL;OCW3寫入OCW2，普通的EOI命令MOVAL，00H;中斷返回OUT21H，AL;OCW1MOVAL，00100111BOUT20H，AL;OCW3OUT21H，AL;OCW3EOI命令例4讀8259A相關寄存器的內容。MOVAL,00001010B ;發OCW3,欲讀取IRR的內容OUT20H,ALINAL,20H ;讀入并保存IRR的內容MOV[2000H],ALMOVAL,00001011B ;發OCW3,欲讀取ISR的內容OUT20H,ALINAL,20H ;讀入并保存ISR的內容MOV[2001H],ALINAL,21H ;讀入并保存ISR的內容MOV[2002H],ALMOVAL,0000110xB ;發OCW3,欲查詢是否有中斷請求OUT20HINAL,20H ;讀入相應狀態，并判斷最高位是否為1TESTAL,80HJZDONEANDAL,07H;判斷中斷源的編碼

…………DONE：HLT第三章PC機接口芯片

3.1.1并行接口的特點本章首頁多根數據線上同時傳送多位信息，字節并行、字并行“并行”的含義是指接口與外設間的數據線接口與外設間設置聯絡信號(至少2根)數據傳送單位：1個字節或1個字不要求有固定的數據格式3.1.2可編程并行接口8255A8255A的外部特性和內部結構1）8255A的基本特性數據端口：2個8位端口(PA、PB)、2個4位端口(PC高/低4位)與TTL電平兼容數據傳送方式：無條件、查詢、中斷對應的工作方式:0、1、2命令字：工作方式字和PC口按位置/復位命令字寄存器種類：數據口、控制口和狀態口PC的特殊性：作為數據口,是2個獨立的4位口可由控制字進行按位控制方式1、2時,大部分引腳作應答線作為方式1、方式2的狀態口面向CPU的信號(14)D0～7、CS、RD、WRRESET

:復位,高有效,清除控制寄存器,數據口置為輸入,復位輸出寄存器和狀態寄存器,屏蔽中斷,24根I/O線高阻A1、A0:端口選擇;輸入00:PA口01:PB口10:PC口11:控制口A1A0=本章首頁3.1.2可編程并行接口8255A（續）2）引腳(40腳)3）內部結構面向外設的信號(24)PA0～7:端口A的輸入/輸出線PB0～7:端口B的輸入/輸出線PC0～7:端口C的輸入/輸出線數據總線緩沖器讀/寫控制邏輯--非法操作11010302H62H從C口讀數據或狀態01010301H61H從B口讀數據10010300H60H從A口讀數據00010303H63H寫控制字11100302H62H向C口寫數據01100301H61H向B口寫數據10100300H60H向A口寫數據00100實驗臺地址系統板地址操作A0A1RDWRCS讀/寫控制邏輯數據總線緩沖器D0～D7A0RDWRB組控制CSPA0～7A組控制A1RESETA組A口(8位)A組PC上(4位)B組B口(8位)PB0～7PC4～7PC0～3B組PC下(4位)本章首頁3.1.38255A的工作方式

1.8255A的0方式及其應用方式0的特點基本輸入/輸出方式，無固定聯絡信號；輸入緩沖、輸出鎖存；無條件或查詢方式獨立的2個8位口和2個4位口，24根I/O線全部由用戶控制無固定時序和確定狀態字單向傳送并行打印機接口設計1）要求:查詢方式，打印首址為BUF的256個字符(ASCII碼)2）使用的信號(Centronics標準,8位并行)BUSY:忙,=1,打印機忙;打印機打印完使BUSY=0,可供查詢DATABIT1～8(DB1～8):數據線,傳送字符的ASCII碼,但數據并未進入打印機DATASTROBE(DSTB):數據選通,負脈沖有效,將DB1～8上的數據打入打印機內ACKNOWLEDGE(ACK):應答,打印機打印完字符輸出負脈沖,可產生中斷本章首頁本章首頁方式1的特點選通(應答)輸入/輸出，有固定應答和中斷申請信號;輸入有鎖存功能;查詢或中斷方式PA、PB作數據口，PC部分引腳作應答線;作應答線的引腳不由用戶控制有固定時序和確定狀態字單向傳送方式1下聯絡信號線的定義及其時序1）輸入的聯絡信號定義及時序聯絡信號的定義INTE:中斷允許,內部控制,＝1:允許中斷,=0:禁止對PC4置/復位對PC2置/復位STB:輸入選通,外設8255A,將數據送入8255APC4PC2IBF:輸入緩沖器滿,8255A外設,高電平阻止外設送數PC5PC1INTR:中斷申請,8255ACPU,高有效,請求CPU讀數PC3PC0中斷產生條件:INTE＝1,STB=IBF=1,則INTR=1PA口PB口MOVDX,303HMOVAL,86HOUTDX,ALMOVAL,09HOUTDX,ALMOVAL,04HOUTDX,AL作用？PC4=1INTEB=0本章首頁STBIBFINTRRD來自外設的數據1方式輸入工作時序圖2）輸出的聯絡信號定義及時序工作時序外設將數據放到數據線上,并使STB=STB下降沿約300ns,IBF=1STB上升沿約300ns,INTR=1(INTE=1時)CPU讀數,RD下降沿復位INTR,上升沿復位IBF信號變化過程ACK:應答信號,外設8255A,表示外設已取走數據PC6PC2INTR:中斷申請,8255ACPU,高有效,請求CPU寫數PC3PC0PA口PB口OBF:輸出緩沖器滿,8255A外設,低電平通知外設取數PC7PC1中斷產生條件:INTE＝1,ACK=OBF=1,則INTR=1INTE:中斷允許,內部控制,＝1:允許中斷,=0:禁止對PC6置/復位對PC2置/復位CPU8255A外設STBIBFINTRRD本章首頁工作時序CPU8255A外設OBFINTRWRACKCPU寫數,WR下降沿復位INTR,上升沿使OBF=0外設將數據取走,并使ACK=ACK下降沿使OBF=1ACK上升沿使INTR=1(INTE=1時)信號變化過程WRINTR1方式輸出工作時序圖OBFACK數據輸出方式1的狀態字D7D6D5D4D3D2D1D0A組狀態B組狀態PC7PC6PC5PC4PC3輸入I/OI/OIBFAINTEAINTRAPC7PC6PC5PC4PC3輸出OBFAINTEAI/OI/OINTRAPC2PC1PC0輸入INTEBIBFBINTRBPC2PC1PC0輸出INTEBOBFBINTRB由C口讀出,但與C口引腳不完全相同輸入查詢IBF或INTR;輸出查詢OBF或INTRINTE是由用戶設置的注意事項本章首頁方式2方式2的特點雙向選通輸入/輸出，只有PA口有有專用的聯絡信號線和中斷申請信號，查詢或中斷方式聯絡線定義、時序和狀態字是方式1輸入和輸出的組合2方式下聯絡信號線的定義及其時序輸入時：STB、IBF、INTR、內部控制INTE入輸出時：OBF、ACK、INTR、內部控制INTE出對PC6置/復位INTE出對PC4置/復位INTE入PC3INTRPC5IBFPC7OBFPC6ACKPC4STB時序也是方式1輸入和輸出的組合2方式的狀態字D7D6D5D4D3D2D1D0A組狀態B組狀態PC7PC6PC5PC4PC3OBFAINTE出IBFAINTE入INTRA1方式PC2PC1PC0輸入INTEBIBFBINTRB1方式PC2PC1PC0輸出INTEBOBFBINTRBPC2PC1PC00方式I/OI/OI/O要查詢IBF、OBF數據端口A、B、C:輸入三態緩沖,輸出鎖存;C口分為兩個4位口、狀態口A組和B組控制電路:A組:A口和C口上半部,B組:B口和C口下半部3.1.48255A的控制字

方式字(D7=1)C口按位置/復位命令字(D7=0)1）方式命令PC下方向D0B口方向B口方式PC上方向A口方向A口方式特征位D1D2D3D4D5D6100:方式001:方式110:方式2(雙向)0:方式01:方式10:輸出1:輸入傳輸方向MOVDX,303HMOVAL,95HOUTDX,ALA口方式0,入;B口方式1,出;C上輸出,C下輸入方式字為10010101=95H2）C口按位置/復位命令字0D6D5D4D3D2D1D0特征位無效引腳選擇置/復位選擇000:PC0001:PC1…111:PC70:復位1:置位MOVDX,303HMOVAL,0BHOUTDX,ALPC5=12*i:PCi復位2*i+1:PCi置位PC5=MOVDX,303HMOVAL,0AHOUTDX,ALNOPNOPMOVDX,303HMOVAL,0BHOUTDX,AL注意事項寫入地址:控制口只對輸出引腳起作用每次操作一個引腳本章首頁本章首頁3）兩個命令字的區別作用不同；用特征位區分4）A、B口按位操作的實現方法PA5=MOVDX,300HINAL,DXORAL,20HOUTDX,ALANDAL,0DFHOUTDX,ALNOPNOPORAL,20HOUTDX,AL輸出有鎖存功能對數據口操作PA口3種方式PB口2方式方式1和方式2時PC口引腳作聯絡線同時令PB3、5=1PB2、7=0MOVDX,301HINAL,DXORAL,28HANDAL,7BHOUTDX,AL可同時操作多引腳8255A的工作方式3.1.5接口應用舉例例如，利用8255A的A口方式0與微型打印機相連，將內存緩沖區BUFF中的字符打印輸出。試完成相應的軟硬件設計。3.1.5接口應用舉例例如，利用8255A的A口方式0與微型打印機相連，將內存緩沖區BUFF中的字符打印輸出。試完成相應的軟硬件設計。DATASEGMENTBUFFDB'Thisisaprintprogram!'，'$'DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：MOVAX，DATAMOVDS，AXMOVSI，OFFSETBUFFMOVAL，88H OUT03H，AL MOVAL，01H；

OUT03H，AL WAIT：INAL，02HTESTAL，80H JNZWAIT MOVAL，［SI］CMPAL，'$' JZDONE OUT00H，AL MOVAL，00HOUT03H，ALMOVAL，01HOUT03H，AL INCSI JMPWAITDONE：MOVAL，0DHOUT00H，AL MOVAL，00HOUT03H，ALMOVAL，01HOUT03H，AL

WAIT1：INAL，02HTESTAL，80H JNZWAIT1MOVAL，0AHOUT00H，AL MOVAL，00HOUT03H，ALMOVAL，01HOUT03H，AL MOVAH，4CHINT

21HCODEENDSENDSTART

3.1.5接口應用舉例例3-2，將上例中8255A的工作方式改為方式1，采用中斷方式將BUFF開始的緩沖區中的100個字符從打印機輸出。

3.1.5接口應用舉例8255A的控制字為：1010XXX0PC0置位:00000001即01HPC0復位：00000000即00HPC6置位:00001101即