第7章 可编程接口芯片及通用IO接口第2讲

1、第七章：可编程接口芯片及第七章：可编程接口芯片及通用通用I/OI/O接口接口第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口本章学本章学 习习 目目 标标1.理解理解Intel系列的系列的8253-5、8255A等典型等典型通用的接口芯片的工作原理；通用的接口芯片的工作原理；2.重点掌握重点掌握8253-5与与8255A的初始化编程方的初始化编程方法；法； 3.理解理解A/D与与D/A转换器在微机应用中的作用；转换器在微机应用中的作用；第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口7.2.1 7.2.1 概述概述 定时信号的获得：定时信

2、号的获得：（1 1）软件方法）软件方法使用使用延迟子程序延迟子程序 （2 2）硬件方法）硬件方法使用使用计数器计数器/ /定时器定时器 7.27.2可编程计数器可编程计数器/ /定时器定时器8253-58253-5 MOV BL,20 DELAY: MOV CX,9801H IDLE: LOOP IDLE DEC BL JNZ DELAY第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口7.2.2 7.2.2 可编程计数器可编程计数器/ /定时器的工作原理定时器的工作原理 计数器计数器/ /定时器的用处：定时器的用处： 作为中断信号作为中断信号 输出精确的定时信号输出

3、精确的定时信号 作为波特率发生器作为波特率发生器 实现延迟实现延迟第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口7.2.17.2.18253-58253-5定时定时/ /计数器概述计数器概述 18253-58253-5的引脚的引脚8253-5的引脚如图的引脚如图131所示。所示。 8253-5为为24脚双列直插式封装结构，其引脚按功能分为与脚双列直插式封装结构，其引脚按功能分为与CPU接口引脚和与外设接口引脚二类，分别如下：接口引脚和与外设接口引脚二类，分别如下：7.27.2可编程计数器可

4、编程计数器/ /定时器定时器8253-58253-5主要功能：主要功能： 1 1、一片、一片82538253上有上有3 3个独立的个独立的1616位计数器通道，可作为位计数器通道，可作为 定时器或计数器使用；定时器或计数器使用； 2 2、每个计数器都可设定为按照二进制或二进制编码的、每个计数器都可设定为按照二进制或二进制编码的 十进制十进制(BCD)(BCD)计数计数 ； 3 3、每个通道有、每个通道有6 6种工作方式，可由程序设置和改变种工作方式，可由程序设置和改变 。第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口（1 1）与）与CPUCPU的接口引脚：的接口引

5、脚：D D7 7D D0 0：三态双向数据线，与三态双向数据线，与CPUCPU数据总线直接相连。数据总线直接相连。WRWR：写控制信号，输入，低电平有效。写控制信号，输入，低电平有效。RDRD：读控制信号，输入，低电平有效。读控制信号，输入，低电平有效。A A1 1，A A0 0：地址线，输入，用于端口选择。地址线，输入，用于端口选择。A A1 1A A0 01111，选中控制寄存器端口，可以向选中控制寄存器端口，可以向82538253送控制字；送控制字； 图图13-1 13-1 8253引脚图引脚图第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口CPUCPU控制线

6、控制线CS8253的片选信号。由系统地址总线高位译码确定，的片选信号。由系统地址总线高位译码确定， 与与A1 A0组成组成8253的端口地址。的端口地址。A1、A0 输入信号，用以选择输入信号，用以选择8253内部不同端口。内部不同端口。 A1 A0 计数器计数器 0 0 0 计数器计数器0 0 0 1 计数器计数器1 0 1 0 计数器计数器2 0 1 1 控制端口控制端口CS第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口A A1 1A A0 00000、0101、1010，分别选择计数器分别选择计数器0 0、1 1、2 2，可以对它们读，可以对它们读写计数值。

7、写计数值。CSCS：片选信号，输入，低电平有效。片选信号，输入，低电平有效。（2 2）与外设的接口引脚：）与外设的接口引脚：CLK0CLK02 2：计数器计数器0 0、1 1、2 2的外部计数时钟输入端。的外部计数时钟输入端。GATE0GATE02 2：计数器计数器0 0、1 1、2 2的门控信号输入端。门控信号用的门控信号输入端。门控信号用 来禁止、允许或重新开始一个新计数过程。来禁止、允许或重新开始一个新计数过程。OUT0OUT02 2：计数器计数器0 0、1 1、2 2的计数输出端。当定时的计数输出端。当定时/ /计数时间到计数时间到 时，该端输出标志信号。时，该端输出标志信号。2 28

8、253-58253-5的内部结构的内部结构 8253-58253-5的内部结构下图所示（见下页）。主要由以下几的内部结构下图所示（见下页）。主要由以下几部分组成：部分组成：数据总线缓冲器数据总线缓冲器读读/ /写逻辑电路写逻辑电路控制字寄存器控制字寄存器计数器计数器0 02 2第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口 图图7-2 8253-5的内部结构图的内部结构图第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口计数器计数器0 02:2: 各计数器的结构相同，其核心是一个各计数器的结构相同，其核心是一个1616位可预先置数的位可预

9、先置数的递减计数器。递减计数器。 包括：包括： 3 3个定时器个定时器/ /计数器通道，称为计数器通道，称为计数器计数器0 0、计数器计数器1 1和和计数计数器器2 2。每个计数器的操作是完全独立的。每个计数器的操作是完全独立的。返回返回计数执行单元CE输出锁存器OL计数值寄存器CR内部总线CLKGATEOUT图 8-28 计数器结构示意图计数器结构：计数器结构： 1616位的计数初值寄存器位的计数初值寄存器CRCR； 1616位的计数执行部件位的计数执行部件CE;CE; 16 16位的输出锁存器位的输出锁存器OL.OL.第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口

10、接口定时定时/ /计数的工作过程计数的工作过程 1. 设置设置8253的工作方式的工作方式 2. 设置计数初值到初值寄存器设置计数初值到初值寄存器 3. 第一个第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入信号使初值寄存器的内容置入 计数寄存器计数寄存器 4. 以后每来一个以后每来一个CLK信号，计数寄存器减信号，计数寄存器减1 5. 减到减到0时，时，OUT端输出一特殊波形的信号端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制信号的控制第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口 方式方式0计数结束中断计数结束中断 方式方式1可

11、重复触发的单稳态触发器可重复触发的单稳态触发器 方式方式2频率发生器频率发生器 方式方式3方波发生器方波发生器 方式方式4软件触发选通软件触发选通 方式方式5硬件触发选通硬件触发选通7.2.27.2.28253-58253-5的工作方式及时序关系的工作方式及时序关系第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口1 1方式方式0 0 计数结束产生中断计数结束产生中断 采用方式采用方式0 0时，计数器在减到时，计数器在减到0 0时使输出端时使输出端OUTOUT变为高电平，以向变为高电平，以向CPUCPU发出中断申请，其工作波形如下图所示。发出中断申请，其工作波形如下图

12、所示。 当写入控制字后，计数器的输出当写入控制字后，计数器的输出OUTOUT变成低电平，若门控信号变成低电平，若门控信号GATEGATE为高为高电平，计数器开始减电平，计数器开始减1 1计数并且维持计数并且维持OUTOUT为低电平，当计数器减到为低电平，当计数器减到0 0时，时，输出端输出端OUTOUT变成高电平，并且一直保持到重新装入初值或复位时为止。变成高电平，并且一直保持到重新装入初值或复位时为止。CLKiWRn=443210n=5543210GATEiOUTiINTRINTR停 止 计 数第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口当当GATEGATE0

13、 0时，计数停止，时，计数停止，GATE=1GATE=1后，继续计数；如果在计数后，继续计数；如果在计数过程中，有一段时间过程中，有一段时间GATEGATE变为低电平，那么，输出端变为低电平，那么，输出端OUTOUT的低的低电平持续时间会因此而延长相应的长度。电平持续时间会因此而延长相应的长度。 在计数过程中可以改变计数值，重新写入某一个技术初在计数过程中可以改变计数值，重新写入某一个技术初值，则在写完信得计数值后，计数器按新值重新计数。值，则在写完信得计数值后，计数器按新值重新计数。2 2方式方式1 1 可编程单稳态触发器可编程单稳态触发器 方式方式1 1可以输出一个宽度可控的负脉冲。当可以

14、输出一个宽度可控的负脉冲。当CPUCPU写入控制写入控制字后，字后，OUTOUT即变为高电平，计数器并不开始计数，而是等到门即变为高电平，计数器并不开始计数，而是等到门控信号控信号GATEGATE上升沿到来后，并且在下一个时钟的下降沿才开上升沿到来后，并且在下一个时钟的下降沿才开始计数，并使输出始计数，并使输出OUTOUT变为低，直到计数到变为低，直到计数到0 0，输出，输出OUTOUT再变为再变为高。图高。图7-47-4为方式为方式1 1的工作波形图（见下页）。的工作波形图（见下页）。 如果在输出保持低电平期间，写入一个新的计数值，不如果在输出保持低电平期间，写入一个新的计数值，不会影响原计

15、数过程，只有当门控会影响原计数过程，只有当门控GATEGATE上出现一个新的上升沿上出现一个新的上升沿后，才使用新的计数值重新计数。如果一次计数尚未结束后，才使用新的计数值重新计数。如果一次计数尚未结束第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口GATEGATE上又出现新的触发脉冲，则从新的触发脉冲之后的上又出现新的触发脉冲，则从新的触发脉冲之后的CLKCLK下下降沿开始重新计数。降沿开始重新计数。 图图7-4 7-4 方式方式1 1的工作波形的工作波形3. 3. 方式方式2 2 分频器分频器 方式方式2 2的工作波形如图的工作波形如图7 75 5所示所示( (

16、见下页见下页) )。使用方式。使用方式2 2能对输入信号能对输入信号CLKCLK进行进行n n分频（分频（n n为计数值）。当为计数值）。当CPUCPU送出控制送出控制字后输出字后输出OUTOUT将变高，在写入计数值后，若门控信号将变高，在写入计数值后，若门控信号GATEGATECLKiWRn=4432 10n=55 43254GATEiOUTi3 21单 脉 冲 宽 度单 脉 冲 宽 度第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口为高电平，计数器对输入时钟为高电平，计数器对输入时钟CLKCLK进行计数，直至计数器减至进行计数，直至计数器减至1 1时，输出时，输

17、出OUTOUT变为低，经过一个时钟周期后输出变为低，经过一个时钟周期后输出OUTOUT又变为高，又变为高，计数器自动从初值开始重新计数。计数器自动从初值开始重新计数。 计数过程受门控信号计数过程受门控信号GATEGATE的控制，的控制，GATEGATE为低电平时暂为低电平时暂停计数，由低电平恢复为高电平后的第一个时钟下降沿从初停计数，由低电平恢复为高电平后的第一个时钟下降沿从初值开始重新计数。在计数过程中改变初值，对正在进行的计值开始重新计数。在计数过程中改变初值，对正在进行的计数过程没有影响，但计数到数过程没有影响，但计数到1 1，OUTOUT变低一个变低一个CLKCLK周期后，计数周期后，

18、计数器将按新的计数值重新开始计数。器将按新的计数值重新开始计数。 图图7-5 7-5 方式方式2 2的工作波形的工作波形CLKiWRn=443210410GATEiOUTin=5重 复 周 期432104343210第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口4 4方式方式3 3 方波发生器方波发生器 采用方式采用方式3 3时，时，OUTOUT端输出连续方波，若计数值端输出连续方波，若计数值N N为偶数，为偶数，则输出对称方波，前则输出对称方波，前N/2N/2个脉冲期间为高电平，后个脉冲期间为高电平，后N/2N/2个脉冲个脉冲期间为低电平；若期间为低电平；若N

19、N为奇数，则前（为奇数，则前（N N1 1）/2/2个脉冲期间为高个脉冲期间为高电平，后（电平，后（N N1 1）/2/2个脉冲期间为低电平。除输出波形不同个脉冲期间为低电平。除输出波形不同外，方式外，方式3 3的其它情况均同方式的其它情况均同方式2 2。下图为方式。下图为方式3 3的工作波形图。的工作波形图。CLKiWRn=4432105432GATEiOUTi5重 复 周 期432104321010重 复 周 期第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口5 5方式方式4 4 软件触发选通脉冲软件触发选通脉冲 当方式当方式4 4写入控制字后，写入控制字后，O

20、UTOUT输出即变为高电平，若门控信号输出即变为高电平，若门控信号GATEGATE为高电平，写入计数值后即开始计数（相当于由软件触发计数过程），为高电平，写入计数值后即开始计数（相当于由软件触发计数过程），当计数到当计数到0 0时输出一个时钟周期的负脉冲，计数器停止计数。这种计数方时输出一个时钟周期的负脉冲，计数器停止计数。这种计数方式是一次性的，只有输入新的计数值才重新开始新的计数。计数期间，式是一次性的，只有输入新的计数值才重新开始新的计数。计数期间，如果写入新的计数值，立即按新值重新计数（具体情况同方式如果写入新的计数值，立即按新值重新计数（具体情况同方式0 0）。当门）。当门控控GAT

21、EGATE为低电平时，计数停止；为低电平时，计数停止；GATEGATE为高电平时，从初值开始重新计数。为高电平时，从初值开始重新计数。下图为方式下图为方式4 4的工作波形图。的工作波形图。CLKiWRn=4432104321GATEiOUTi定 时 时 间43n=40软 件 启 动 （第 一 次 ）软 件 启 动 （第 二 次）第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口6 6方式方式5 5 硬件触发选通脉冲硬件触发选通脉冲 该方式在写入方式控制字及计数初值后，输出该方式在写入方式控制字及计数初值后，输出OUTOUT保持高电平，当保持高电平，当门控信号门控信号G

22、ATEGATE出现上升沿后才开始计数（相当于由硬件触发计数过程），出现上升沿后才开始计数（相当于由硬件触发计数过程），当计数到当计数到0 0时时OUTOUT上输出一个上输出一个CLKCLK周期的负脉冲，然后计数器停止。计数过周期的负脉冲，然后计数器停止。计数过程在未结束之前程在未结束之前GATEGATE上重新出现上升沿时，使计数器从初值开始重新计上重新出现上升沿时，使计数器从初值开始重新计数。图为方式数。图为方式5 5的工作波形（下图）。的工作波形（下图）。 方式方式5 5的输出脉冲宽度在正常计数情况下，如果写入的计数初值为的输出脉冲宽度在正常计数情况下，如果写入的计数初值为N N，输出端输出

23、端OUTOUT维持维持N N个时钟周期的高电平，个时钟周期的高电平，1 1个时钟周期的低电平。个时钟周期的低电平。CLKiWRn=4432104321GATEiOUTi定 时 时 间0定 时 时 间第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口计数启动方式软件启动过程软件启动过程硬件启动过程硬件启动过程GATE端保持为高电平端保持为高电平写入计数初值写入计数初值后的第后的第2个个 CLK脉冲的下降沿开始计数脉冲的下降沿开始计数GATE端有一个上升沿端有一个上升沿对应对应CLK脉冲的下降沿开始计数脉冲的下降沿开始计数程序指令启动程序指令启动软件启动软件启动外部电路信

24、号启动外部电路信号启动硬件启动硬件启动第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口CLKiWRn=443210n=5543210GATEiOUTiINTRINTR停止计数软件启动，不自动重复计数。软件启动，不自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变低电平，端变低电平，计数结束计数结束OUT输出高电平。输出高电平。硬件启动，不自动重复计数。硬件启动，不自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，计数开始端变高电平，计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。端变为低电平，计数结束后又变高。C L KiW Rn =443210n = 5543254G

25、A T EiO U Ti321单 脉 冲 宽 度单 脉 冲 宽 度方式方式0方式方式1第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口软、硬件启动，软、硬件启动，自动重复计数自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，计数到最后一个端变高电平，计数到最后一个CLK时时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。输出负脉冲，并连续重复此过程。软、硬件启动，软、硬件启动，自动重复计数自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，端变高电平，然后然后OUT连续输出对称方波：连续输出对称方波：CLKiWRn=443210410GATEiOUTin=5重复周期43210

26、4343210方式方式2方式方式3CLKiWRn=4432105432GATEiOUTi5重复周期432104321010重复周期第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口方式方式4方式方式5 软件启动，不自动重复计数。软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲宽度的负脉冲硬件启动，不自动重复计数。硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式端波形与方式4相同相同第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口7.2.37.2.382538253的

27、控制字与编程的控制字与编程1 1工作方式控制字工作方式控制字 82538253工作方式控制字的格式及含义如下图所示。工作方式控制字的格式及含义如下图所示。第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口例1:设8253通道0工作于方式0，用二进制计数，其初始值为4， 8253端口地址为40H43H，其初始化程序：MOV AL，10H ；控制字（00010000B）OUT 43H，AL；写入控制寄存器MOV AL，4 ；计数初值，只送低8位OUT 40H，AL；初值送通道0例2：设8253通道1工作于方式1，用BCD码计数，其初始值为4000，8253端口地址为40H

28、43H，其初始化程序：MOV AL，63H ；控制字（；控制字（01100011B）OUT 43H，AL；写入控制寄存器写入控制寄存器MOV AL，40H；计数初值，只送高计数初值，只送高8位位OUT 41H，AL；初值送通道初值送通道1第第7 7章章 可编程接口芯片及通用可编程接口芯片及通用I/OI/O接口接口例3：设8253A通道2工作于方式2，用二进制计数，其初始值为0304H， 8253A端口地址为40H43H，其初始化程序：MOV AL，0B4H；控制字（控制字（10110100B）OUT 43H，AL；写入控制寄存器写入控制寄存器MOV AL，04H；先设置计数初值低字节先设置计数初值低字节OUT 42H，AL；初值低初值低8位送通道位送通道2MOV AL，03H；后设置计数初值高字节后设置计数初值高字节O