微机接口原理课件第8章 可编程接口芯片及其应用

可编程接口芯片及应用

第八章2概述：可编程并行接口芯片8255A可编程定时器/计数器8254可编程串行通信接口芯片8251A模拟信号接口8.1概述3计算机接口框图接口1CPUD0—D7译码器A0—A15操纵对象1接口2操纵对象2D0—D748.2可编程并行接口芯片8255A图：8255A与CPU的连接例子计算机控制对象5

对比：不可编程接口设计

无条件传送接口——透明的输入接口输出接口8.2.18255A的工作原理8255A由以下几个部分组成：数据端口A、B、C(其口被分成上下两部分)A组和B组控制逻辑数据总线缓冲器和读／写控制逻辑。678255A的内部结构

88255A的基本操作

注：请将书上260页表8-1修改一下98255A的工作方式及初始化8255A具有3种基本的工作方式方式0——基本输入输出方式方式1——选通输入输出方式方式2——双向总线I/0方式********通过初始化确定某个工作方式*********当系统复位时，8255A的RESET输入端为高电平，使8255A复位，所有的数据端口都被置成输入方式（方式0的一种）（无条件接口）（有条件接口）10控制字1：方式选择控制字此字送入控制寄存器

11例1：设8255芯片的地址为80H,81H,82H,83H.对8255初始化，使其达到下列功能：全工作于方式0，A口为输入，B口为输出，C口为输出。解：MOVAL,10010000BOUT83H,AL例2：如上题，全工作于方式0，A口、B口和C口的高4位为输出，C口的低4位为输入。解：MOVAL,10000001BOUT83H,AL12例1：设8255芯片的地址为80H,81H,82H,83H.电路如右图所示。试编程序使开关K0-K7相应控制发光管LED0-LED7。要求开关合上时相应的发光管熄灭，开关打开时相应的发光管点亮。解：MOVAL,10010000BOUT83H,ALNOPINAL,80HOUT81H,AL作业：电路不变，要求：开关动作与相应发光管的亮暗变化相反，试编程。13控制字2：C口置位/复位控制字端口C很特别，可以位操作，可以通过置位/复位控制字使端口C的任意一个引脚的输出单独置1或置0。在基于控制的应用中，经常希望在某一位上产生一个TTL电平的控制信号，利用端口C的这个特点，只需要用简单的程序就能形成这样的信号，从而简化了编程。14控制字2：C口置位/复位控制字例:

设一片8255A的口地址为60H~63H，要求从PC5的引脚输出一个正脉冲。15解：

可以用程序先将PC5置0，再值1输出一个高电平(脉冲前沿)，再把PC5清0，输出一个低电平(脉冲后沿)，结果，PC5引脚上便可输出一个正脉冲。实现这个功能的程序段如下：

MOVAL，00001010BOUT63H，AL；置PC5为低电平

MOVAL，00001011BOUT63H，AL；置PC5为高电平

NOP;合理设置脉宽

NOPMOVAL，00001010BOUT63H，AL；置PC5为低电平作业：让PC1产生一个正脉冲。168255工作方式1：选通输入/输出

8255A具有3种工作方式方式0——基本输入输出方式（无条件I/O）方式1——选通输入输出方式（有条件I/O）方式2——双向总线I/0方式（不讲）178255工作方式1：选通输入/输出

选通输入：STB选通信号IBF缓冲器满信号INTR中断请求信号INTE中断允许，

A口用PC4控制

B口用PC2控制注：请修改书上图8-8的INTRA的剪头方向18选通输入方式工作时序图例此8255芯片地址为80H、81H、82H、83H，选通输入，允许产生中断请求INTRa，初始化芯片（A组）解：Moval，10110000bOut83H，al；PA口置为选通输入方式Moval，00001001b；PC4位置1，允许产生INTRaOut83H，al作业此8255芯片地址为80H、81H、82H、83H，选通输入允许产生INTRb，初始化芯片（B组）198255工作方式1：选通输入/输出

选通输出：OBF输出缓冲器满信号

ACK外设的回答信号INTR中断请求信号INTE中断允许，

A口用PC6控制

B口用PC2控制注:请修改265页图8-1020选通输出方式工作时序图例此8255芯片地址为80H、81H、82H、83H，选通输出，允许产生中断请求INTRa，初始化芯片（A组）解：Moval，10100000bOut83H，al；PA口置为选通输出方式Moval，00001101b；PC6位置1，允许产生INTRaOut83H，al作业此8255芯片地址为80H、81H、82H、83H，选通输出，允许产生INTRb，初始化芯片（B组）实验八8255并行接口应用实验信号线寄存器编址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H228.3可编程定时器/计数器

8254应用例子：验钞机计数器CLKGATEOUT238.3.18254的工作原理一、8254的基本结构和功能①有3个独立的16位计数器；（充分体现了“集成”）②每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数；（单位问题，注意BCD数和16进制数格式一样）③每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；④每个计数器允许的最高计数频率为10MHz；⑤8254有读回命令(8253没有)，除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容。24二、8254的内部结构和外部引脚

1、内部结构初值寄存器+减1寄存器；减到0时OUT输出一信号，同时减1寄存器重新开始，由初值寄存器负责重装（方式0不重装！）能控制减1寄存器立即停止工作（GNTE0=0）计数器CLKGATEOUT252、外部引脚26三、8254的工作方式

8254的3个计数器均有6种工作方式，6种工作方式的主要区别在于输出波形不同、启动触发方式不同和计数过程中门控信号GATE对计数操作的影响不同。工作于任何一种方式，都必须先写控制字至控制字寄存器，以选择所需方式；对二进制形式计数为0000H~FFFFH，其中0000H为最大值，代表65536；对十进制(BCD码)计数为0000~9999，其中。0000为最大值，代表10000。（共同点：最高位看不到）27地址分配286种工作方式（模式）方式命令字【写入控制字寄存器内】29方式命令字注：对8283定时器，D7D6为1、1无意义，但对8284定时器有定义，见下页。看定时器结构30读出控制字：

D7D6D5D4D3D2D1D0

11CNT2

CNT1CNT00锁存当前计数值锁存当前计数器状态

工作方式选择

注：因用的很少，不讲此控制字。311.方式0：

方式0计数减到0输出正跃变信号方式(OutSignalonEndofCount(＝0))。它是典型的事件计数用法，当计数单元为全零时，OUT信号由低变高，一般作为中断请求信号使用。方式0的基本功能是：当写入控制字后，OUT信号变为低电平，并维持低电平，直到计数内容减到零时，OUT信号立即变为高电平，并维持高电平直到再次写入新的计数值或重新写入控制字。门控信号GATE用于开放或禁止计数，GATE为1允许计数，为0则停止计数。32

方式0波型图：如GATE恒为高电平，且不再写入新初值，则OUT将一直维持高电平。计数器CLKGATEOUT332.方式1：不学343.方式2：分频方式方式2的特点是计数器有“初值自动重装”的功能，即计数值减到0后，原计数初值会自动地重新装入计数器,同时OUT端输出一个脉冲，所以能够输出固定频率的脉冲，即有分频功能。如果初始值为4，则输出频率将是输入脉冲频率的1/4。

计数器CLKGATEOUT35方式2波形图：364.方式3：方波发生器方式3称为方波发生器(SquareWaveOutput)方式。它的典型用法是作为波特率发生器。方式3有初值自动重装的功能。其工作特点如下：①写入控制字后，OUT输出为低电平。写入计数初值n后，如果GATE为高电平，则在下一个CLK脉冲下降沿时，OUT跳变为高电平，同时计数器开始计数。②当计数初值为偶数的时候，每来—个CLK脉冲，计数值减2；当计数值减到0的时候输出端改变极性，内部完成初值自动重装，继续计数。因此，输出端为1:1的方波，正脉冲和负脉冲的宽度均为n/2的CLK周期。③当计数初值为奇数的时候，负脉冲比正脉冲窄1个CLK脉冲宽度。如计数初值为9，则正脉冲宽度为5个CLK脉宽，而负脉冲宽度为4个CLK脉宽。37方式3波形图：388254的编程

8254复位后，3个计数器的OUT引脚均为低电平，8254内所有寄存器状态未知。和所有的可编程接口芯片一样，要让8254工作，首先必须对8254进行初始化。39

初始化编程：

8254的初始化编程包括两方面：一是向控制字寄存器写入方式控制字，如3个都用要写3次（1个地址）。二是向所使用的计数器写入计数初值。如3个都用要写3次（3个地址）。注意：每个计数器在使用前，都要向控制字寄存器中为该计数器写入一个方式控制字。例如：某8254的地址为40~43H则：计数器0：40H计数器1：41H计数器2：42H控制字：43H40例：

计数器CLKGATEOUT+5V

方波10MHz5kHz试使用8254的计数器0做成一个频率为5kHz的方波发生器，设8254的端口地址为40H~43H，时钟fclk0=10MHz。解：根据8254的工作方式，计数器0应工作于方式3。计数初值＝fclk0÷fout0＝10MHz÷5kHz＝2000。

41初始化程序：

MOVAL，00110110BOUT43H，AL；写控制字，定义计数器0;使用16位二进制计数

;工作于方式3，MOVAX，2000OUT40H，AL；为计数器0送计数初值;先送低8位MOVAL，AHOUT40H，AL;为计数器0送计数初值高8位至此时刻起，OUT0开始输出所要求的方波。428.3.28254在微机中的应用PC系列机的定时系统由独立的两部分组成。一部分是控制时序产生电路，主要用于CPU内部指令的执行过程：指令时钟。另一部分主要用于CPU的外围接口芯片，这部分定时电路可按不同的接口芯片产生不同的时序脉冲信号。8254主要应用于后—种43PC系列机定时系统结构图8255A地址60~63H61H为B口地址。DMA请求刷新中断号为8产生方波频率：1.1931816MHz输出方波频率（系统时钟用）：18.2Hz（周期约55ms）返回扬声器门注意：书284页图有错TATE2改为GATE244定时器的应用思路1.如何应用于电脑时钟计数器CLKGATEOUTIRQ01.1931816MHz18.2Hz方波（周期约55ms）8259ACPU中断请求+5V2.如何应用于实现电脑歌曲计数器CLKGATEOUT1.1931816MHz+5V

方波452.如何应用于实现电脑歌曲计数器CLKGATEOUT1.1931816MHz+5V

方波名曲：12311231345—345—4.65.4314.65.431151—151—简谱：1234567262286311349392440494HZ男中音123---493Hz，男高音164---698Hz女中音123---493Hz，女高音220---1.1KHz

46计数器0作用——系统计时器：PC系列微机系统中，计数器0是一个产生时钟信号的系统计时器。系统主要利用它完成秒、分、时、天、月、年的计数。计数器的地址为40h--43h，初始化程序如下：MOVAL，00110110B；计算器0控制字，；方式3，16位2进制计数OUT43H，ALMOVAL，0；初值为0000H=65536OUT40H，AL；产生方波频率为1.1931816MHz÷65536=18.2HzOUT40H，AL；周期为1/18.2=54.925ms（近似为55ms）

注：54.925×18=988.25ms,此11.75ms的误差是专门为18次中断引起的小延时预留的。47计数器1作用——动态存储器定时刷新控制：PC系列微机系统中，计数器1专门用做动态存储器刷新的定时控制。初始化程序如下：MOVAL，01010100B；方式2，分频方式OUT43H，ALMOVAL，18；OUT输出信号频率为1.1931816MHz÷18=66287HzOUT41H，AL；OUT输出信号周期为1/66287=15.08us，每15.08us刷新用一次48

计数器2作用———扬声器音频发生器：计数器2用于为系统机箱内的扬声器发声提供音频信号。系统利用扬声器发声进行开机提示和故障报警(如内存条不存在和显卡故障等)；此外，应用程序还可对计数器2初始化编程，用于乐曲演奏等。计数器CLKGATEOUT+5V

方波49作业：

8254计数器的端口地址为30H，31H，32H，33H，3个通道使用同一个输入时钟，频率=1MHZ，要求如下：（1）用计数器0，计数10次后申请中断。（2）用计数器1作为分频器，输出频率为1KHZ。（3）用计数器2作方波发生器，输出方波频率为2KHZ。请编写该8253的初始化程序。（均采用2进制式）50518.4可编程串行通信接口芯片8251A电脑电脑52并行通信与串行通信图1、2并行通信与串行通信538.4可编程串行通信接口芯片8251A做实验用的芯片及电路54异步通信与同步通信

(均属串行通信)1、异步通信起时位结束位有效信息间隙期全155

异步通信与同步通信

(均属串行通信)2、同步通信

外同步自同步56

串行通信的波特率

每秒传送的位数，单位是bps。国际上固定了标准波特率系列：

110，300，600，1200，1800，2400，4800，9600，19200

如：串行打印机工作在110波特。近距离串行通信工作在9600波特。注意：在同样波特率下，在同一个时间段内同步方式比异步方式能传送更多的信息。例如：异步通信，设每个字符对应一个起始位，8个信息位，一个停止位，波特率为1200bps。则每秒的最大字符数为1200/10=120，所含的8位信息个数为：

120个。用同步通信，用2个8位同步字符作为信息帧头部，也按

1200波特率，则每秒能传送的8位字符个数为：

1200/8=150，减去2个非信息的8位同步字符，既每秒能传送8位信息的个数：148

57

串行通信的波特率系数

同步方式时，波特率系数等于1；异步方式时，波特率系数等于1，16，32，64。

通常取16

既传送时所用时钟的频率是波特率的16倍。如波特率:1200则需要时钟频率为:19200Hz

588251A的基本性能1、8251A通过编程，可以工作在同步方式，也可以工作在异步方式。同步方式下，波特率为0~64Kbps，异步方式下，波特率为0~19.2Kbps。2、8251A在异步方式下能自动为每个数据增加一个启动位，并能根据编程为每个数据增加1个、1.5个或2个停止位。

两种方式均可实现奇偶校验。即自动在每个数据后加上奇偶校验位59从功能上看，8251A芯片有下面7个模块组成：（发送时钟信号）

（发送准备好指示）

（发送器空指示）

（接收准备好指示）

（接收时钟信号）

（同步信号检测到指示）

60发送时加上包装接收时自动去掉包装异步通信618251A作为远程通信调制解调器MODEM的接口

C/D=0：传送数据地址C/D=1：控制口地址和读状态地址SYNDET同步检测信号TxRDY发送器准备好信号。

RxRDY接收器准备好信号。TxD：发信息端RxD：收信息端TxD发RxD收串行发送快慢控制（波特率）远程传输628251A对特殊外设——调制解调器MODEM

所设置的联络信号TxD发信息RxD收信息

远程传输调制器直接短距离通信63

从右图看出：如将8251A作同步串行口用，则要向该芯片写入模式字、同步字符、控制字等。

8251A如何与CPU的总线相连哪？尤其是如何与地址总线相连。？8251A提供的地址端口有：

CSC/D

8251A的编程模式字格式控制字格式初始化举例控制字复位向1地址送复位字向1地址送模式字向1地址送控制字向0地址送数据64控制字格式，写入地址：C/D=1返回返回举例处返回79复位字：40H65模式字格式写入地址：C/D=1返回返回举例处返回7966MOVAL，40H；内部复位命令

OUT41H，ALMOVAL,0FAH;装模式字:异步模式，波特率因子=16，7个数据位，

;1个偶校验位，2个停止位.OUT41H,AL;送8251A,C/D=1MOVAL,37H;装控制字：使发送启动，使接收启动，并设置有关

;信息。

OUT41H,AL;送8251A,C/D=1

异步模式下的初始化程序片段假定8251A的地址为：40H,41H.按8251初始化流程图编初始化程序67状态字读出地址：C/D=1

MOVDX，41H（C/D=1

控制和状态口地址）INAL，DXTESTAL，2；接收到数据了吗？问状态字………….TESTAL，38H；接收数据的有问题吗？问状态字………….MOVDX，40H（C/D=0数据口地址）INAL，DX；若接收数据无问题，则读数据到AL寄存器。返79返8068例：两台计算机串行通信，第一台计算机8251A的数据口和控制口地址分别为1F0H和1F2H，两台电脑之间采用查询方法、异步传送、半双工通信。实际电路如下页。设第一台计算机要求发送的数据存放在以BUFF_T为初始址(偏移量)的内存单元中，发送数据个数为COUNT_T；第一台计算机接收数据存放到以BUFF_R为初始址的内存单元中，接收数据的个数为COUNT_R。请编写第一台计算机的串行通信发送程序。第一台计算机第二台计算机第一台第二台1F0HlF2HTxDRxDGND69异步串行近距离通信的硬件电路：P300工作于方式3f=16×波特率70分析：发送端将数据送到端口发送缓冲器后，CPU不断查询TxRDY的状态是否为有效的高电平，若为高，表示已发送完从而发送缓冲器变空，可用OUT指令向8251A输出下一个数据字节进行发送，直至发送完COUNT_T字节数据

。接收数据时，CPU不断检测RxRDY是否为有效的高电平，若为高则表示字符的全部位已接收完，CPU可用IN指令从8251A取走一个完整的字符数据，用同样方法接收下一个数据，直至接收完COUNT_R字节数据。第一台计算机第二台计算机71BET-T：MOVDX，1F2H；控制口1F2HMOVAL，40H；向控制口写入控制字40H，OUTDX，AL

；使系统先夏位MOVAL，7AH；方式宇：异步方式，7个数据位，1个停止位；偶校验、波特率系数为16OUTDX，AL

MOVCX，02H；延时D1：LOOPD1;注意：改正书上错误P301MOVAL，11H；控制字

OUTDX，AL；清除错误标志，允许发送

MOVCX，02H；延时D2：LOOPD2MOVDI，BUFF_T；发送数据的缓冲区首地址

MOVCX，COUNT_T；发送数据个数NEXT_T：movdx,1f2h控制口1F2HINAL，DX；读入状态

TESTAL，1

；TxRDY有效吗？ 注意：改正书上错误P301JZNEXT_T；无效，则等待

MOVDX，1F0H；数据口地址送DX数据口1F0H控制口1F2HMOVAL，[DI]；从缓冲区取一个数据

OUTDX，AL；向8251A输出一个数据（送发送缓冲单元）进行发

INCDI；修改缓冲区指针

LOOPNEXT_T；没送完则继续

……；送完

发送数据的编程部分数据口地址1F0H

控制口地址1F2H

72

……；使系统复位BEG_R：MOVDX,1F2H；控制口

MOVAL,7AHOUTDX,AL；送出方式字，同发送部分

MOVCX,02H；延时D3：LOOPD3MOVAL,14HOUTDX,AL；输出命令字，清错误标志，允许接收

MOVCX,02H；延时D4：LOOPD4MOVDI，BUFF_R；接收数据缓冲区地址

MOVCX，BOUNT_R；接收数据个数NEXT_R：movdx,1f2hINAL，DX

；读入状态字注意：改正书上错误P302TESTAL，02H；RxRDY有效吗？

JZNEXT_R；否，循环等待

TESTAL，38H；是，检查是否有错

JNZERROR；有错，则转出错处理程序

MOVDX，1F0H；无错送数据口地址

INAL，DX；读入一个数据并开始一位一位的发

MOV[DI]，AL；输入数据到缓冲区

INCDI；修改缓冲区指针

LOOPNEXT_R；数据没有完成则继续

.......；完成ERROR：.......；出错处理接收数据的编程部分73计算机总线计算机接口芯片总汇74758.5模拟信号接口计算机系统数字信号数字信号模拟信号？？？温度？大气压？风速？768.5模拟信号接口计算机系统数字信号？？？模拟信号？？？模拟信号778.5.1D／A转换器(DAC)数字量模拟量040801201602002402552V4V5V781.DAC的基本原理[权电阻DAC网络

]V0I0=Vref/(8R)I1=Vref/(4R)I2=Vref/(2R)I3=Vref/(1R)V0=-(I0D0+I1D1+I2D2+I3D3)RfV0=-((D0/8+D1/4+D2/2+D3)Rf*Vref)/R位控电子开关：0：断；1：闭合79T型电阻(R-2R)电阻网络作业：自己推导V0与二进制数的关系V080DAC0832DAC0832是8位D／A转换器，是DAC0800系列的一种。DAC0832与微机接口方便，转换控制容易，且价格便宜，因此在实际中得到了广泛的应用。3.典型DAC器件81（1）DAC0832内部逻辑功能示意图

三种工作方式：①双缓冲方式②单缓冲方式③直通方式

DAC的参数指标:（1）转换精度（2）转换速率（3）线性误差DAC的输出方案

电流型82用DAC0832可产生各种波形的接口电路（3）DAC0832应用举例

设8255A的端口地址分别为3F0H、3F1H、3F2H、3F3H。通过编程，改变DAC0832的输入数字量，在V0端获得各种输出电压波形

83MOVDX，3F3H；8255A控制口地址MOVAL，80H；设置8255A方式字OUTDX，AL；A，B，C口均为方式0输出MOVDX，3F2H；8255A的C口地址MOVAL，10H；置DAC0832为直通方式OUTDX，ALMOVDX，3F0H；8255A口地址MOVAL，00H；输出数据初值LOP：OUTDX，AL；锯齿波输出

INCAL；修改数据

JMPLOP；锯齿波循环

产生锯齿波的硬件和软件硬件：将DAC0832接成直通型；软件：利用8255的A口以一定速度给0832

送：0、1、2……255、0、1、2……8255A的端口地址分为:3F0H、3F1H、3F2H、3F3H。845.17858.5.2A／D转换器(ADC)A／D是D／A的逆过程，它把模拟信号转换成数字信号。

A／D转换器的主要参数

(1)转换速率

(2)分辨率868.5.2A／D转换器(ADC)转换方法之一：逐次逼近式ADCD/A转换87转换方法之二：双积分式ADC

被测信号反积分电压思路：先给Vi定时积分：

再用反电压（大小已知）积分：根