《微计算机与单片机原理及应用》第8章 可编程通用接口芯片及应用

第8章可编程通用接口芯片及应用本章重点：了解可编程接口芯片的一般结构熟练掌握可编程并行接口8255A的主要性能及应用熟练掌握可编程定时/计数器8253的主要性能及应用理解串行通信的基本概念，熟悉可编程串行接口8250的主要性能及应用本章难点：可编程并行接口8255A的工作方式、编程及综合应用可编程定时/计数器8253的工作方式、编程及综合应用可编程串行接口8250的工作方式、编程及典型应用8.1可编程通用并行接口8255A及其应用并行通信是计算机与I/O设备进行数据传送的一种方式。8.1.18255A的内部结构8255A内部逻辑结构图8255A的引脚特性

3．外设接口部分（端口A，B，C）

8255A有A，B和C三个输入/输出端口，用来与外部设备相连。4．内部逻辑（A组和B组控制电路）8.1.28255A控制字及工作方式

8255A可以通过指令往控制端口中设置控制字来决定它的工作。8255A有两个控制字，即方式选择控制字和端口C按位置位/复位控制字。为区分两个控制字，控制字的D7位被给予特殊的含义，D7位为1，表示方式选择控制字；D7位为0，表示对端口C按位置位/复位的控制字。1.8255A的方式选择控制字

2.8255A按位置位/复位的控制字方式0（Model0）——基本输入/输出方式方式1（Model1）——选通输入/输出方式方式2（Model2）——双向数据传送方式端口A可以在方式0，1，2这三种方式下工作，而端口B只能在方式0和方式1两种方式下工作。8255A端口C置位/复位控制字1.方式0（1）方式0的工作特点方式0是一种基本的输入或输出方式。这种方式通常不用联络信号（或不使用固定的联络信号），不使用中断。（2）方式0的应用方式0适用于同步I/O方式及查询方式两种场合。2.方式1方式1也叫做选通的输入/输出方式。8255A工作于方式1时，端口A和B仍作为数据的输入/输出端口，同时端口C的某些位被固定作为端口A，B的控制位或状态信息位。3.方式2方式2为双向传输方式。外设通过端口A既可以向CPU发送数据，又能从CPU接收数据。方式2只适用于端口A。端口A工作在方式2时，端口C的PC7～PC3自动配合端口A提供控制。8.1.38255A初始化编程和并行I/O控制程序8255A的初始化编程是指通过给8255A写入控制字来确定各端口的工作方式。例如：设8255A的A口工作于方式0，输出；B口工作于方式1，输入，并设定8255A的四个端口地址为FFE0H～FFE3H，试编写初始化程序。由题意可知，工作方式控制字为10000110B。初始化程序为：MOVAL，10000110BMOVDX，0FFE3HOUTDX，AL；写入控制字8.1.48255A在IBM-PC系统板上的应用例：利用8255A作为简单的输入/输出接口，实现同步传送。设在IBMPC机的扩展板上有一片8255A，其端口B接8位二进制开关，端口C接8位LED发光二极管。运行程序时，可观察到LED的显示将反映二进制开关的状态，并且，按下任意键时，可退出运行。设8255A的端口地址为端口A218H端口B219H端口C21AH控制端口21BH电路连接图源程序如下：DATASEGMENTMESSDB'ENTERANYKEYTOEXITTODOS!'，0DH，0AH，'$'DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE，DS:DATASTART:MOVAX，DATAMOVDS，AX;-------------------------------------------------------------MOVAH，09H;显示提示信息MOVDX，OFFSETMESSINT21H;-----------------------------------------------------------------------INIT:MOVDX，21BH；写入控制字，使端口工作于方式0，且B组端口；输入，A组端口输出MOVAL，82HOUTDX，AL;-----------------------------------------------------------------------READ:MOVDX，219H；从端口B输入开关状态INAL，DX;-----------------------------------------------------------------------WRITE:MOVDX，21AH；从端口C输出，由LED显示INAL，DX;-----------------------------------------------------------------------MOVAH，06H；从键盘输入任意字符MOVDL，0FFHINT21HJNZQUITT；判断是否有键按下，有则转退出JMPREAD；否则，不退出继续读开关状态;-----------------------------------------------------------QUITT:MOVAX，4C00H；返回DOSINT21HCODEENDSENDSTART程序说明：该程序在有外接硬件电路的条件下，经汇编、链接后，在DOS状态下运行。运行后屏幕上显示“ENTERANYKEYTOEXITTODOS!”的提示，如用户从键盘上输入任意字符都可将程序退回到DOS状态。例：8255A作为连接打印机的接口，工作于方式0。8255A作为打印机接口示意图工作过程：现将端口A作为传送字符的通道，工作于方式0，输出方式；端口B未用。端口C也工作于方式0，PC2作为“BUSY”信号输入端，故PC3～PC0为输入方式，PC6作为STB(＿＿＿)信号输出端，故PC7～PC4为输出方式。设8255A的端口地址为：端口A：00D0H端口B：00D2H端口C：00D4H控制端口：00D6H设要输出的字符已被放在CL寄存器中。解：程序段如下：INTI：MOVAL，81H；控制字设置，使A，B，C三个端口均工作于方式0，端口A输出，PC7～PC4输出，PC3～PC0输入

OUT0D6H，ALMOVAL，0DH

；用置0/置1方式选择字使PC6为1则STB为高电平

OUT0D6H，AL;------------------------------------------------------------LPST:INAL，0D4H；读端口C的值

ANDAL，04HJNZLPST；若不为0，说明忙信号（PC2）为1，即打印机处于忙状态，等待MOVAL，CLOUT0D0H，AL；否则，把CL中字符经端口A送打印机

MOVAL，0CHOUT0D6H，AL；使STB为0INCALOUT0D6H，AL；再使STB为1，得一个负脉冲输出;------------------------------------------------------------

…

；后续程序段8.2可编程定时/计数器8253及其应用

在8086/8088系统中采用的定时器/计数器是Intel8253，它是一片具有3个独立的16位计数器通道的可编程定时器/计数器芯片，为24脚双列直插式大规模集成电路，使用单＋5伏电源。8.2.18253的基本功能及用途

1.8253芯片的主要特点（1）有3个独立的16位计数器；（2）每个计数器可按二进制或二～十进制计数；（3）每个计数器的计数频率可高达2.6MHz；（4）每个计数器都可以由程序确定按照6种不同方式工作；

2.8253的用途（1）在多任务的分时系统中作为中断信号实现程序切换；（2）可为I/O设备输出精确的定时信号；（3）可作为一个可编程的波特率发生器；（4）实现时间延迟。8253引脚特性

8.2.28253内部结构及工作原理1.数据总线缓冲器这是8253用于和CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器。2.读/写逻辑电路

定时器/计数器的基本原理图定时器/计数器的基本原理图

3.控制寄存器4.计数器0，1和2

这三个计数器互相独立，各自按不同的方式工作，其工作方式决定于控制字。8.2.38253的控制字

8253的控制字格式8.2.48253的工作方式

8253共有以下6种工作方式。

1.方式0——计数结束产生中断方式0的工作特点：（1）计数器只计一次。当计数器减至0后，不重新计数，输出OUT保持为高。（2）8253内部是在CPU写计数初值的WR信号上升沿将此值写入计数器的，但必须在有WR信号下一个时钟脉冲到来时，计数初值才送至计数执行部件。（3）门控GATE可以暂停计数器的计数过程。（4）计数过程中，如果有新的计数初值送至计数器，则在下一时钟脉冲到来时，新的初值送至计数执行部件。此后，计数器按新的初值重新计数。例8：设8253计数器0工作于方式0，用8位二进制计数，计数值为9（设该8253在系统中分配的地址为E0H～E3H），试写出其初始化程序段。解：8253的初始化编程包含两个方面的设置：（1）将控制字写入控制寄存器，以设置相应的计数器工作在预定的方式下；（2）写入计数初值。当计数初值写入后，8253的计数器0开始工作。初始化程序段如下：MOVAL，10H；设计数器0工作于方式0OUT0E3H，AL；写入控制寄存器；-------------------------------------------------MOVAL，9；设计数初值OUT0E0H，AL；初值写入计数器0的CR2.方式1—可重复触发的单稳态触发器

方式1的时序图例8：设计数器1工作于方式1，按BCD码计数，计数值为十进制数4000。设8253的端口地址为E0H～E3H。试写其初始化程序段。解：根据题意，控制字为63H，初始值为4000，因为控制字已经设定是按BCD码计数，所以初始值写入时直接写入4000H即可。另外，虽然是16位计数初始值，但由于计数值低8位为0，所以控制字设定操作控制段只写高8位格式，因此只设置CR高位初值，而CR低8位自动清0。初始化程序段为：MOVAL，63H；设控制字OUT0E3H，AL;---------------------------------------------------MOVAL，40H；设初值4000HMOV0E1H，AL

3.方式2——分频器当设置8253为方式2时，输出端OUT变高作为初始状态，计数初值N置入后的下一个CLK脉冲到来时计数执行部件CE开始减1计数，当减至“1”（注意，不是“0”），OUT变低，持续一个CLK脉冲后，OUT又变为高电平，开始一个新的计数过程。在新的初值置入前，保持每N个CLK脉冲OUT输出重复一次，即OUT输出波形为CLK脉冲的N分频。例：设8253计数器2工作于方式2，按二进制计数，计数初值为0304H，设8253端口地址为E0H～E3H。试编写初始化程序段。解：因为计数初值为十六位。且高低位字节均不为0值。因此，必须写两次，先写低位字节，再写高位字节。初始化程序段：MOVAL，0B4H；设控制字OUT0E3H，AL；----------------------------------------------------------MOVAL，04H；设置计数器2的低字节OUT0E2H，AL；----------------------------------------------------------MOVAL，03H；设置计数器2的高字节OUTOE2H，AL

4.方式3——可编程方波发生器方式3与方式2的工作类似，不同的是OUT的输出为方波或基本对称的矩形波。例：设8253计数器0工作于方式3，按二进制计数，计数初值为4。8253端口地址为E0H～E3H。试写出其初始化程序段。解：初始化程序段如下：MOVAL，16H；设计数器0工作于方式3OUT0E3H，AL；设置控制字；---------------------------------------------------MOVAL，4；设置计数初值OUT0E0H，AL

5.方式4——软件触发的选通信号发生器在方式4下，当方式控制字写入后，输出端OUT变高，作为初始电平。写入初始值后，再过一个时钟周期，计数执行部件获得计数初值，开始减1计数。当计数器减至“0”时，输出变为低电平，此低电平持续一个CLK时钟周期，然后又自动变高，并一直维持高。例：设8253计数器1工作于方式4，按二进制计数，计数初值为3。端口地址为E0H～E3H。试编写初始化程序段。解：初始化程序段为：MOVAL，58H；设控制字OUT0E3H，AL;---------------------------------------------------MOVAL，3；设置计数初值OUT0E1H，AL6.方式5——硬件触发的选通信号发生器方式5与方式1十分相似也是一种由GATE端引入的触发信号控制的计数或定时工作方式。但方式5输出是负选通脉冲。例：设8253的计数器2工作与方式5，按二进制计数，计数初值为3。端口地址为E0H～E3H。其初始化程序段为：MOVAL，9AH；设置控制字OUT0E3H，AL；----------------------------------------------------------MOVAL，3；设置计数初值OUT0E2H，AL8.2.58253在IBM-PC机的应用例：设在IBMPC机扩展板上有一8253定时器，其端口地址为200H～203H。它的CLK0与4.77MHz的系统时钟相连，定时器1的时钟输入CLK1与定时器0的输出OUT0相连。要求编程将定时器0设为方式3（方波发生器），其分频比为2000H；定时器1设为方式2（分频器），分频比为15，并用双踪示波器观测定时器0和定时器1的输出波形。解：由题可知，8253的控制端口地址为203H，定时器0端口地址为200H，定时器1端口地址为201H。8253作为定时器硬件连接图

程序流程图

程序段如下：DATASEGMENT；数据段TIM_CTLEQU203H；控制字寄存器端口地址TIMER0EQU200H；定时器0端口地址TIMER1EQU201H；定时器1端口地址DATAENDSCODESEGMENT；代码段

ASSUMECS：CODE，DS：DATAMAINPROCFAR；---------------------------------------------------------START：CLI；关中断

MOVDX，TIM_CTL；设置定时器0为工作方式3，计数初值只有高8MOVAL，26H；位，二进制计数

OUTDX，AL

MOVDX，TIMER0；定时器0端口地址

MOVAL，20H；设置定时器0计数器初值高8位

OUTDX，ALMOVDX，TIM_CTL；设置定时器1为工作方式2，计数初值只写低8MOVAL，54H；位，二进制计数

OUTDX，ALMOVDX，TIMER1；往定时器1送计数初值低8位0FH，高8位自动0MOVAL，0FHOUTDX，ALSTI；开中断

RET；返回DOSMAINENDPCODEENDSENDSTART例：已知PC微机系统板上8253-5接口电路如图。图中的PCLK是来自时钟发生器8248A的输出时钟，频率为2.38MHz，经74LS175二分频后，作为8253-5的3个计数器的时钟输入。8253-5的3个计数器的使用情况如下：（1）计数器0：方式3，二进制计数，GATE0固定接高电平，OUT0作为中断请求信号接至8259A中断控制器的IRQ0。此定时中断（约55ms）用于系统电子钟和磁盘驱动器的马达定时。（2）计数器1：方式2，GATE1固定接高电平，OUT1输出经74LS74后作为DMA控制器8237A通道0的DMA服务请求信号DREQ0，用于定时（约15μs）启动刷新动态RAM。（3）计数器2：方式3，输出的1kHz方波滤掉高频分量后送到扬声器。门控信号GATE2来自8255A的PB0，OUT2输出经与门74LS06控制，控制信号为8255A的PB1。可通过控制PB1，PB0同时为1来控制扬声器发声时间。长音时间为3s，短音时间为0.5s。IBM-PC系统板中8253-5的接口电路解：该8253-5的端口地址为40H～43H，3个计数器对应的初始化程序段分别如下（这些程序段已固化在ROM-BIOS中）：（1）计数器0用于定时（约55ms）中断。MOVAL，00110110B；16位二进制计数，方式3OUT43H，AL；----------------------------------------------------------MOVAL，0；初值为0000，即为最大值OUT40H，AL；OUT两次变“高”之间的间隔OUT40H，AL；为840ns*65536＝55ms

（2）计数器1用于定时（约15μs）DMA请求。MOVAL，01010100B；只装低8位，8位计数器，方式2OUT43H，AL；----------------------------------------------------------MOVAL，12H；初值18，OUT两次变高之间的间隔为OUT41H，AL；840ns*18＝15μs，2ms内可刷新132次

（3）计数器2用于产生1KHz的方波送至扬声器发声，声响子程序为BEEP，入口地址为FFA08H。BEEPPROCNEARMOVAL，10110110B；16位二进制计数器，方式3OUT43H，AL；-----------------------------------------------------------------------MOVAX，0533H；初值为1331OUT42H，AL；先写低字节

MOVAL，AH；再写高字节

OUT42H，AL；-----------------------------------------------------------------------INAL，61H；读8255的B口原输出值

MOVAH，AL；存于AHORAL，03H；使PB1，PB0均为1OUT61H，AL；-------------------------------------------------------------SUBCX，CX；CX为循环计数，最大65536GT:LOOPGT；循环延时

DECBL；BL为发声长短的入口条件

JNZGT；BL=6发长声，BL=1发短声；-------------------------------------------------------------MOVAL，AH；取回AH中的8255A的B口输出值

OUT61H，AL；恢复8255A的B口，停止发声

RET；返回例：欲使8253-5的计数器产生600Hz的方波，经滤波后送至扬声器发音，当按下任一键时声音停止。试编写此程序。解：利用上述方法，编制的源程序如下：STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DB256DUP（0）STACKENDSDATASEGMENTPARAPUBLIC‘DATA’FREDDW1983DATAENDS；----------------------------------------------------------------------CODESEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’ASSUMECS：CODE，DS：DATA；----------------------------------------------------------------------STARTPROCFARPUSHDS；初始化

MOVAX，0PUSHAXMOVAX，DATAMOVDS，AX；----------------------------------------------------------------------INAL，61H；读PB口当前状态

ORAL，03H；使PB1，PB0均为1OUT61H，AL；写新PB口值，以使扬声器发声；----------------------------------------------------------------------MOVAL，0B6H；命令8253计数器2，16位写入，方式3，二进制

OUT43H，AL；命令写入8253控制寄存器；----------------------------------------------------------------------MOVBX，FRED；分频计数值

MOVAL，BL；先写低位字节

OUT42H，ALMOVAL，BH；再写高位字节

OUT42H，AL；8253-5输出600Hz方波；-----------------------------------------------------------MOVAH，0；调用BIOS的键盘I/O功能程序

INT16H；等待按入键值；---------------------------------------------------------INAL，61H；读PB口当前状态

ANDAL，0FCH；使PB1，PB0均为0OUT61H，AL；扬声器停止工作；---------------------------------------------------------RET；结束，返回DOSSTARTENDPCODEENDSENDSTART8.3可编程串行接口8250及其应用8.3.1串行通信的基本概念可编程串行接口的典型结构

1.串行接口的典型结构（1）数据总线收发器是并行的双向数据通道，负责将CPU送来的并行数据传送给串行接口，并将串行接口接收的外设数据送给CPU。（2）联络信号逻辑用于完成CPU与串行接口之间信息的联系。（3）控制总线CB（ControlBus）。它是串行接口与外设之间进行数传所必须的各种控制信息的通路。（4）串入/串出是串行接口与外设之间的数传通道，均为串行方式。（5）发送时钟和接收时钟是串行通信中数据传送的同步信号。（6）状态寄存器SR用来指示传送过程中可能发生的某种错误或当前的传输状态。

（7）控制寄存器CR接收来自CPU的各种控制信息，这些信息是由CPU执行初始化程序得到的，包括传输方式、数据格式等等。（8）数据输入寄存器DIR（DataInputRegister）与串入/并出移位寄存器相连。串入/并出移位寄存器完成串/并转换。（9）数据输出寄存器DOR（DataOutputRegister）与并入/串出移位寄存器相连。并入/串出移位寄存器的操作与串入/并出相反，完成并/串转换。（10）CS和A0。串行接口的各种操作是否有效，取决于CS，即片选信号；片选信号低有效时，当前对串口中哪个部件进行操作则取决于地址线A0和读/写信号。通常信号由CPU通过地址译码逻辑控制，而A0直接与CPU的地址线A0相连。2.串行通信的连接方式串行通信有单工（Simplex）、半双工（Half-Duplex）和全双工（Full-Duplex）3种连接方式。（1）单工方式（2）半双工方式（3）全双工方式串行通信的3种连接示意图8.3.2串行标准接口总线RS-232C

RS-232C采用负逻辑：空号（Space）和控制、状态信号的逻辑“0”对应于电平＋3V～＋25V；传号（Mark）和控制、状态信号的逻辑“1”对应于电平－3V～－25V。RS-232C标准规定了22条控制信号线，用25芯DB插座连接。8.3.3串行异步通信接口8250初始化编程和串行I/O控制程序

1.8250的主要功能

8250能实现数据串/并或并/串转换，支持异步通信规程，片内有时钟产生电路，波特率可变。它可为应用于远程通信系统中的调制解调器提供控制信号，接受并记录由调制解调器发送给CPU的状态信息。它还具有数据回送功能，为调试检测提供了方便。

2.8250的内部结构

3．8250的40引脚：8250有40条引脚中29脚未用，40脚为＋5V电源输入，20脚为地，其余37条引脚分成4组。

4.8250内部寄存器及其寻址8250有10个可访问的寄存器，它们的地址由A2～A0这3条地址线的8种组合决定，因此有几个寄存器共用一个地址的情况。5.8250的控制字8250内部有多个寄存器，分为两组。一组用于工作方式以及通信参数的控制和设置。属于这一组的有波特率分频次数锁存器、传输线控制寄存器、Modem控制寄存器和中断允许寄存器。另一组寄存器用于实现通信传输，包括发送、接收缓冲寄存器、传输线状态寄存器和中断识别寄存器。（1）波特率因子寄存器为了设置波特率因子，必须先把传输线控制寄存器的DLAB置为1，然后分别将高、低字节的值送入对应的分频器中。（2）传输线控制寄存器LCR传输线控制寄存器LCR的控制字位功能（3）调制解调器控制寄存器MCR

Modem控制寄存器MCR控制字的位功能图（4）中断允许寄存器IER

中断允许寄存器IER控制字的位功能6.用8250进行通信（1）查询传输线状态寄存器LSR 如果要发送一个数据，必须首先读LSR并检查D5位，若为1，则表示发送数据缓冲器空，可以接收CPU新送来的数据。数据输入到8250后LSR的D5位将自动清0，表示缓冲

器已满，该状态一直持续到数据发送完毕、发送数据缓冲器变空为止。传输线状态寄存器LSR状态字的格式（2）查询Modem状态寄存器MSR

MSR主要用于在有Modem的系统中了解Modem的状态。Modem状态寄存器MSR状态字的格式（3）查询中断识别寄存器IIR

注意，通常查询中断识别寄存器是在有多个中断源的系统中才有用。8.3.48250在PC机的应用和仿终端程序例：已知在一台IBM-PC机的0号扩展槽内，插了一块以8250为核心的异步串行通信适配卡。试编写一程序，利用8250的循环回送特性，将IBM-PC作为发送和接收机，从键盘输入内容，经接收后在CRT上显示出来。设：数据传输速率为1200波特，通信格式为7位/字符，一个停止位、奇校验，数据发送和接收均采用查询方式；程序为循环结构，只要按下键，就显示。①流程图：程序流程图②程序：STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DB256DUP（0）STACKENDSCODESEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’；--------------------------------------------------------------------STARTPROCFARUSHDS；保存PSP段地址

XORAX，AXPUSHAX；-------------------------------------------------------------------；PART1：初始化8250为7位数据位，1位停止位，奇校验，波特率1200，并；设定为内部连接方式

MOVDX，3FBHMOVAL，80HOUTDX，AL；设传输线控制寄存器D7为1；--------------------------------------------------------------------MOVDX，3F8H；设波特率为1200MOVAL，60HOUTDX，AL

MOVDX，3F9HMOVAL，0OUTDX，AL；----------------------------------------------------------------------MOVDX，3FBH；设奇校验，1位停止位，7位数据位

MOVAL，0AHOUTDX，AL；---------------------------------------------------------------------MOVDX，3FCH；设Modem控制寄存器；发DTR(＿＿＿)和RTS(＿＿＿)MOVAL，13H；信号，内部输出输入反馈，中断禁止

OUTDX，AL；--------------------------------------------------------------------MOVDX，3F9H；设中断允许寄存器为0，

MOVAL，0；使4种中断被屏蔽

OUTDX，AL；---------------------------------------------------------------------；以上为初始化阶段；PART2：把接收到的字符显示出来，把键盘输入的发送出去；--------------------------------------------------------------------FOREVER:MOVDX，3FDH；输入线状态寄存器内容，

INAL，DX；测接收是否出错

TESTAL，1EHJNZERROR；--------------------------------------------------------------------