微机原理-第7章 常用数字接口电路

第7章

常用数字接口电路1主要内容掌握二种可编程接口芯片的应用了解串行通信的一般概念

2§7.1接口电路概述CPU与外设之间信息交换的通道作用：信息缓冲、信息变换、电平转换、联络控制分类：8086系统中最常用的数字接口电路芯片有：8253、8255、8250功能传送方式传送的信息类型输入接口并行接口数字量的输入/输出接口输出接口串行接口模拟量的输入/输出接口3§7.2可编程定时/计数器8253引线功能及计数启动方法6种工作方式及其输出波形8253的使用:芯片与系统的连接、芯片的初始化编程4定时/计数器的用途可以实现定时与计数两个功能，用于系统时钟DRAM刷新定时定时采样实时控制脉冲的计数5如何实现定时？软件方法用一段程序实现延时利用程序循环延迟指定的时间缺点：CPU占用率？延时精度？兼容？硬件方法定时/计数器电路利用脉冲计数在设定的时间输出定时信号8253是一种硬件定时/计数器芯片6§7.2.1外部引线及内部结构3个16位的定时/计数器（通道）24引脚双列直插式最高计数频率2MHzTTL电平兼容单电源+5V供电7外部引线片选信号OUT0GATE0GATE1OUT1GATE1OUT1A1A0#WR#RD#CS通道2通道1通道0CLK0CLK1CLK1A1＃IOWA0＃IOR8连接系统端的外部引线D7～D0#CS#RD#WRA1，A0

用于选择四个编址部件之一A1A0选择00计数通道001计数通道110计数通道211控制寄存器9全部引线结构10计数器通道的外部引线每通道均相同，（n=0～2）CLKn

时钟脉冲输入，计数器的计时基准。GATEn

门控信号输入，控制计数器的启停。OUTn计数器输出信号，不同工作方式下产生不同波形。118253的内部结构编址部件0编址部件1编址部件2编址部件312编程结构—程序员的观点计数器(3个)，包括：16位初值寄存器、16位计数寄存器（减法计数器）控制寄存器存放控制命令字（只写）占用4个地址3个计数器、1个控制寄存器13定时/计数的工作过程设置8253的工作方式设置计数初值到初值寄存器第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入计数寄存器以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制14计数启动方式软件启动——程序指令启动启动过程：GATE端保持为高电平；写入计数初值后的第2个CLK脉冲的下降沿开始计数硬件启动——外部电路信号启动启动过程：GATE端有一个上升沿；对应CLK脉冲的下降沿开始计数15§7.2.18253的工作方式方式0——计数结束中断方式1——可重复触发的单稳态触发器方式2——频率发生器方式3——方波发生器方式4——软件触发选通方式5——硬件触发选通16方式0计数结束中断特点：软件启动，不自动重复计数装入初值后OUT端变低电平计数结束OUT输出高电平。17方式0的工作波形计数初值=4方式0中GATE的作用18方式1单稳态触发器特点：硬件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。19方式1工作波形正常情况提前触发20方式2频率发生器特点：软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数到最后一个CLK时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。21方式2工作波形22方式3方波发生器特点：软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波：

前N/2或（N+1）/2个CLK，OUT为高，后N/2或（N-1）/2个CLK，OUT为低。23方式3工作波形24方式4软件触发选通特点：软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲25方式4工作波形26方式5硬件触发选通特点：硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式4相同27方式5工作波形28各种工作方式特点方式0（计数结束中断）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。计数过程中可随时修改初值重新开始计数。方式1（单稳态触发器）门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。计数过程中写入新初值不影响本次计数。29各种工作方式特点方式2（频率发生器）GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新数。每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程自动重复进行。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。方式3（方波发生器）OUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。其余的与方式2类似。30各种工作方式特点方式4（软件触发选通）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。方式5（硬件触发选通）写入初值时，GATE端应保持低电平。GATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。318253工作方式一览表工作方式启动计数中止计数自动重复更新初值输出波形0软GATE=0立即有效延时时间可变的上跳沿1硬/下一轮有效宽度为N×TCLK的单一负脉冲2软/硬GATE=0√下一轮有效周期为N×TCLK宽度为TCLK的连续负脉冲3软/硬GATE=0√下半轮有效周期为N×TCLK的连续方波4软GATE=0下一轮有效宽度为TCLK的单一负脉冲5硬/下一轮有效宽度为TCLK的单一负脉冲32§7.2.28253的控制字用于确定各计数器的工作方式。8253必须先初始化才能正常工作。每个计数器都必须初始化一次。CPU通过OUT指令把控制字写入控制寄存器。33控制字格式34§7.2.48253的应用与系统的连接设置工作方式置计数初值358253占用4个接口地址：

计数器0

计数器1

计数器2

控制寄存器与系统的连接示意图CLKGATEOUTD0~D7#WR#RDA1A0#CSDB#IOW#IORA1A0译码器高位地址A15-A28253共三组(决定8253的基地址)36初始化程序流程写控制字写计数值低8位写计数值高8位非必须写入顺序：可按计数器分别写入控制字和初值。也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值37[8253使用举例]采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H~0123H。输入8253的时钟频率为2MHz。计数器0:每10ms输出1个CLK脉冲宽的负脉冲计数器1:产生10KHz的连续方波信号计数器2:启动计数5ms后OUT输出高电平。画线路连接图，并编写初始化程序。38计算初值确定计数初值：CNT0：10ms/0.5us=20000CNT1：2MHz/10KHz=200CNT2：5ms/0.5us=10000确定控制字：

CNT0：方式2，16位计数值00110100CNT1：方式3，低8位计数值01010110CNT2：方式0，16位计数值1011000039线路连接CLK0GATE0OUT1D0~D7＃WR＃RDA1A0＃CSDB＃IOW＃IORA1A0译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT240初始化程序CNT0：MOVDX,0123HMOVAL,34HOUTDX,ALMOVDX,0120HMOVAX,20000OUTDX,ALMOVAL,AHOUTDX,ALCNT1：……CNT2：……41*如何读出当前计数值第1种方法——在计数过程中读计数值先锁存当前计数值，再用两条输入指令将16位计数值读出。第2种方法——停止计数器再读用GATE信号使计数器停止，再规定RL1和RL0的读写格式，然后读出。42*扩展定时/计数范围当定时长度不够时，可把2个或3个计数通道串联起来使用，甚至可把多个8253串联起来使用。如：CLK频率为1MHz，要求在OUT1端产生频率1Hz的脉冲。这时可将计数器0、1串联，工作方式都均为方式3，计数初值均为1000。连接方法见下页。43扩展定时/计数范围8253OUT1GATE1CLK1OUT0GATE0CLK0+5V+5V1MHz1KHz1Hz44小结包含3个16位计数器通道4个编址部件：CNT0/1/2和控制寄存器每个计数器通道工作前必须初始化：控制字和计数初值6种工作方式每种工作方式：启动方式、输出波形、是否可重复计数等各不相同45§7.3可编程并行接口8255特点：含3个独立的8位并行输入/输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力可通过编程设置各端口的工作方式和数据传送方向（入/出/双向）。46§7.3.18255的引线及结构47连接系统端的引线D0～D7#CS#RD#WRA0，A1

RESET复位信号，接系统总线的RESETA1A0选择00端口A01端口B10端口C11控制寄存器48连接外设端的引线分别对应A、B、C三个8位输入/输出端口PA0~PA7PB0~PB7PC0~PC7

三个端口可通过编程分别指定为输入或输出口。其中，C口即可用作独立的输入/输出口，也可用作A、B口的控制信号输出或状态信号输入。49结构A组端口A、端口C的高4位B组端口B、端口C的低4位50结构518255与系统的连接示意图D0~D7#WR#RDA1A0#CSDB#IOW#IORA1A0译码器8255A口B口C口D0~D7外设A15～A2系统总线52§7.3.28255工作方式基本输入/输出方式（方式0）选通工作方式（方式1）双向传送方式（方式2）（仅A口）

某端口工作于哪一种方式，可通过软件编程来指定。即向8255写入方式控制字来决定其工作方式。53工作方式08255相当于三个独立的8位简单接口。各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出。C端口即可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口。设置为输出口时有锁存能力，设置为输入口时无锁存能力。54方式0的应用用于连接简单外设适用于：无条件输入输出方式。查询输入输出方式：把A、B口作为8位数据的输入或输出口，C口的高/低4位分别定义为A、B口的控制位和状态位。55工作方式1利用一组选通控制信号控制A端口和B端口的数据输入输出。A、B口作输入或输出口，C口的部分位固定用作A、B口的选通控制信号。A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同。56C口的信号功能（方式1输入）STB#选通信号。它将外设数据送入8255的输入锁存器。IBF输入锁存器满。通知外设不能送下一个数据。此信号由STB的前沿产生。CPU用IN指令取走数据后，此信号被清除。INTR中断请求。STB#的后沿产生，用于中断CPU，让CPU读走输入锁存器中的数据。INTE中断允许位，是否允许发出INTR请求。INTE=1和IBF为高电平时，允许发出INTR请求。57方式1输入信号58方式1输入工作时序59C口的信号功能（方式1输出）OBF#通知外设取走数据。ACK#外设响应信号，表示已从数据端口取走数据。此信号使OBF变高。INTRACK#上升沿产生，通知CPU输出下一个数据（通常接到8259）。INTE中断允许位，INTE=1和OBF#为高电平时，允许产生INTR信号。60方式1输出信号61方式1输出工作时序62注意INTE的状态可利用C口的位控方式来设置：输入：A口的INTE：写入PC4B口的INTE：写入PC2输出：A口的INTE：写入PC6B口的INTE：写入PC2如：方式1输入允许A口中断，则应按如下方法设置INTEA。MOVDX，控制寄存器地址MOVAL，0xxx1001B;1=允许中断,0=禁止中断OUTDX，AL63方式1的应用主要用于中断控制方式下的输入输出。C口除部分位用作选通信号外，其余位可工作在方式0下，作为输入或输出线。特别是A、B均为方式1时仅使用C口的6条线，余下二条线可作为单独的输入输出线，用程序指定其数据传送方向。64工作方式2双向方式——既是输入口，又是输出口。利用C口的5条线提供传输联络信号。类似于A口方式1下输入和输出的组合。只有A口可工作在方式2下。INTE1为PC.bit6，INTE2为PC.bit4。65方式2信号66方式2工作时序67方式2的应用可用于中断控制输入输出方式。当A口工作于方式2时，B口可工作于方式1（此时C口的剩余位都用作B口选通控制线）；B口也可工作于方式0（此时C口的剩余位也只能用作方式0下的输入输出线）。68方式控制字及位控字可以利用软件编程确定8255的3个端口工作于何种方式下；8255的C端口可以按位操作。当其工作于方式0下且作为输出口时，对于那些作为输出的位需要设置初始状态（1/0）。69§7.3.3方式控制字及状态字控制字确定3个端口的工作方式位控字确定C口某一位的初始状态，或用于设置INTE位(方式1,2)。70控制字71状态字72§7.3.3方式8255的应用芯片与系统的连接芯片的初始化相应的控制程序73[例7-3线路连接图]74[例7-3时序图]75[8255使用举例]利用8255实现开关检测和继电器控制电路；当开关闭合时，使继电器通电动作；开关断开时，继电器不动作；系统每隔100ms检测一次开关状态，实现相应的继电器控制；初始状态下继电器不动作。76＃CSA0A1＃WR＃RDDBPA0PA7•••PB0PB7•••384H~387H388H~38BH＃CSA0A1OUT1CLK12MHzCLK0OUT08259APIC＃WR＃RDDB82538255中断请求信号INTR+12V继电器Q1R1D1+5VKR277计算初值使8255的A端口和