微机原理 第07章 常用接口器件(车向泉)

微机原理及接口技术第7章常用接口器件概述：微机应用系统的接口模型1微机应用系统的接口模型

一、单机接口模型接口的作用接口模型接口硬件设备驱动程序2微机应用系统的接口模型

一、单机接口模型单机系统中的接口模型3微机应用系统的接口模型

二、多机接口模型微机接口：用于实现一台主机与多台前端机间的连接，它实际解决的是一个多机通信的问题。常规的解决方案：采用点－点通信方式采用多端口存贮器方式4微机应用系统的接口模型

二、多机接口模型多机系统中的

接口模型典型的主从式多机系统结构；点—点通信方式的微机接口示意图；多端口存贮器方式的微机接口5微机应用系统的接口模型

三、网络接口模型网络设备网络电缆网络接口卡（适配器）PIO方式共享内存方式DMA方式智能控制方式网络操作系统（NOS）6微机应用系统的接口模型

三、网络接口模型网络基本模型①②③④7微机原理及接口技术第7章常用接口器件典型接口芯片7.1

8255：可编程并行接口7.2

8253：可编程定时器7.38250/16550：可编程串行通信接口87.1可编程并行接口8255

一、内部结构及外部引线9图7.28255的内部结构框图输入、输出、双向输入、输出输入、输出、控制/状态信号复位后，A、B、C口均为输入D0～D7有锁存能力无锁存能力有锁存能力有锁存能力10控制字控制字117.1可编程并行接口8255

二、8255的工作方式工作方式0：基本输入输出方式A口（PA0～PA7）：输入或输出B口（PB0～PB7）：输入或输出C口（PC4～PC7）：输入或输出C口（PC0～PC3）：输入或输出无锁存能力有锁存能力可按位置位/复位控制字127.1可编程并行接口8255

二、8255的工作方式工作方式1：选通输入输出方式A口（PA0～PA7）：输入或输出

C口（PC3、PC4、PC5/PC6、PC7）：

控制、状态信号B口（PB7～PB0）：输入或输出

C口（PC0、PC1、PC2）：控制、状态信号C口（不用作控制/状态信号的位）：输入或输出137.1可编程并行接口8255

二、8255的工作方式工作方式1：选通输入输出方式方式1下A口、B口均为输出148255→外设CPU→82558255→CPU外设→82558255→外设PC6PC20控制字157.1可编程并行接口8255

二、8255的工作方式工作方式1：选通输入输出方式方式1下A口、B口均为输入16外设→8255CPU→82558255→CPU外设→82558255→外设PC4PC2控制字17方式1下，A口、B口一个为输入，另一个为输出：控制字187.1可编程并行接口8255

二、8255的工作方式工作方式2：双向输入输出方式（仅A口）

PC3～PC7：A口方式2下的控制线

PC0～PC2：输入

或

输出

或

B口方式1下的控制线

B口：方式0

或

方式119PC6PC4PA7～PA0为三态输出，受ACKA控制控制字20IOW在ACK之前发出，STB在IOR之前发出A口在STB锁存数据后，外设即可撤除A口的数据A口在ACK有效时输出数据217.1可编程并行接口8255

三、8255的方式控制字及状态字控制字22图7.98255的控制字格式（方式选择字）图7.10C口的按位操作

控制字格式10AB237.1可编程并行接口8255

三、8255的方式控制字及状态字状态字

当8255的A口、B口工作在方式1或A口工作在方式2时，通过读C口的状态，可以检测A口和B口的状态。24A组B组A组B组A组B组图7.11A、B口均为方式1输入时的状态字图7.12A、B口均为方式1输出时的状态字图7.13A口在方式2工作时的状态字方式1输出方式1输入方式2257.1可编程并行接口8255四.8255的寻址及连接使用图7.14PC机中8255的连接267.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式0－打印机接口图7.16方式1下8255

与打印机的连接

数据STROBEBUSYACK图7.17

打印机的工作时序

277.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式0－打印机接口8255地址：380H～383H初始化程序：

INIT55: MOV DX,0383H MOV AL,10000011B ;方式选择 OUT DX,AL MOV AL,00001101B ;C口位操作 OUT DX,AL28PRINT: MOV AL,BLAK MOV CL,AL ;循环次数 MOV SI,OFFSETDATAGOON: MOV DX,0382H ;C口地址PWAIT:IN AL,DX AND AL,02H ;测试PC1是否为1 JNZ PWAIT ;等待不忙 MOV AL,［SI］ MOV DX,0380H ;A口地址 OUT DX,AL ;送数据 MOV DX,0382H ;C口地址 MOV AL,00H OUT DX,AL ;PC6＝0 CALLDelay_1us ;延时1μs MOV AL,40H OUT DX,AL ;送STROBE脉冲（PC6＝1） INC SI DEC CL JNZ GOON RET忙？（Busy＝1？）

则等待297.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口图7.188255与打印机的另一种连接方式1－输出打印机时序307.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口8255地址：380H～383H初始化程序：

MOVDX，0383H MOVAL，10100000B ;方式选择 OUTDX，AL MOVAL，00001101B ;C口位操作 OUTDX，AL方式1－输出控制字格式1010

0

00

0 00001101A口方式1、输出B口方式0、输出C口高4位C口低4位（输出）PC6置1317.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口利用8255方式1以程序控制(查询)方式

实现打印机接口：32POLLPRINT:MOVAL，BLAKMOVCL，ALMOVSI，OFFSETDATAGOON:MOVDX，0382HPWAIT:INAL，DXANDAL，80H ;检测 JZPWAITMOVAL，[SI]MOVDX，0380HOUTDX，AL ;送数据INCSIDECCLJNZGOONRET电路图337.1可编程并行接口8255

五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口利用8255方式1以中断方式实现打印机接口：将图7.18中8255的PC3(INTRA)引脚接至图6.36中8259的IR0，采用与6.5.4节中相同的对8259及中断向量表进行初始化的程序，则当8255的INTRA有效时，在中断允许的情况下，CPU将执行以下中断处理程序(设要打印输出的数据存于SI指针指示的存储单元中，CL中记录将要输出的数据个数，执行一次中断，输出一个数据到打印机)：34OUTPRINT:PUSHDXPUSHAXMOVDX，0380HMOVAL，[SI]OUTDX，ALINCSIDECCLMOVDX，0FF00H ;8259的地址A0＝0MOVAL，20H ;设置一般EOI命令OUTDX，AL ;写OCW2(Page280) POPAXPOPDXIRET电路图35微机原理及接口技术第7章常用接口器件典型接口芯片7.18255：可编程并行接口7.2

8253：可编程定时器7.38250/16550：可编程串行通信接口367.2可编程定时器8253

一、外部引线及功能功能：①计数；②产生定时信号；③外部可控图7.20可编程定时器8253内部结构框图16bit16bit16bit377.2可编程定时器8253

一、外部引线及功能写读高阻内部寄存器寻址：381.方式0：计数结束产生中断7.2可编程定时器8253

二、工作方式39计数结束禁止计数允许计数允许计数402.方式1：可编程单稳7.2可编程定时器8253

二、工作方式41计数结束启动计数423.方式2：频率发生器7.2可编程定时器8253

二、工作方式不影响当前计数初始化计数禁止计数并置OUT为高允许计数434.方式3：方波发生器GATE为低电平：禁止计数，强迫OUT输出高电平；GATE为上升沿：初始化计数；GATE为高电平：允许计数（OUT输出对称方波）。7.2可编程定时器8253

二、工作方式445.方式4：软件触发选通7.2可编程定时器8253

二、工作方式45禁止计数允许计数允许计数466.方式5：硬件触发选通7.2可编程定时器8253

二、工作方式计数结束启动计数47的6种工作方式时序图825348二进制计数：0000H～FFFFH

BCD计数：0000～9999计数初值为0000时，对应最大计数值计数值寄存器

减1计数器

计数锁存器7.2可编程定时器8253

三、8253的控制字CPU发锁存命令×减149图7.228253的控制字格式50写计数值：根据控制字中RL1和RL0的编码。读计数值：在计数器停止计数（可利用GATE信号控制）时读计数值。在计数过程中读计数值：写入控制字（锁存命令）：SC1SC0

00xxxx读计数器：两条输入指令。7.2可编程定时器8253

四、8253的寻址及连接1.

寻址512.连接7.2可编程定时器8253

四、8253的寻址及连接52图7.238253与8088系统总线的连接01000011……FF04H～FF07H53图7.24PC机中8253的连接简图A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000010XXX040H～043H54图7.24PC机中8253的连接简图A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000010XXX040H～043H55初始化顺序：【方法1】

逐个对计数器进行初始化。【方法2】

先写所有计数器的方式字，再装入各计数器的计数值。7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用56图7.26另一种初始化编程顺序图7.25一个计数器的初始化顺序57在IBM公布的软件BIOS中，对8253初始化的程序：MOV AL,36H ;计数器0，双字节，方式3，二进制计数OUT 43H,AL ;写入控制寄存器，00

11

011

0MOV AL,0OUT 40H,AL ;写低字节OUT 40H,AL ;写高字节 ;计数值：65536 ;输出对称方波7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用电路图ver1控制寄存器电路图ver258在IBM公布的软件BIOS中，对8253初始化的程序：MOV AL,54H ;计数器1，只写低字节，

;方式2，二进制计数OUT 43H,AL ;写入控制寄存器，01

01

010

0MOV AL,18OUT 41H,AL ;写低字节 ;计数值：18

;频率发生器PCLK经二分频后，频率为1.19318MHz，则负脉冲间隔时间：18×（1/1.19318）μs＝15μs →DRAM刷新7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用电路图ver1控制寄存器电路图ver259在IBM公布的软件BIOS中，对8253初始化的程序：MOV AL,0B6H ;计数器2，写双字节，方式3，二进制计数OUT 43H,AL ;写入控制寄存器，10

11

011

0MOV AX,533HOUT 42H,AL ;写低字节MOV AL,AHOUT 42H,AL ;写高字节 ;计数值：533H

;方波发生器 ;OUT2经驱动和滤波，接扬声器7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用电路图ver1控制寄存器电路图ver260MOV DX,0FF07HMOV AL,36H ;控制字00110110OUT DX,AL ;Timer0，双字节，方式3，二进制计数MOV AL,71H ;控制字01110001OUT DX,AL ;Timer1，双字节，方式0，BCD计数MOV AL,0B5H ;控制字10110101OUT DX,AL ;Timer2，双字节，方式2，BCD计数MOV DX,0FF04HMOV AL,0A8HOUT DX,ALMOV AL,61HOUT DX,AL ;Timer0，61A8HMOV DX,0FF05HMOV AL,00HOUT DX,ALMOV AL,02HOUT DX,AL ;Timer1，0200HMOV DX,0FF06HMOV AX,0050HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL ;Timer2，0050HSET8253:图7.26控制寄存器61【例】电源掉电检测。我们目前使用的220V电源为50Hz交流电(国外通常使用110V、60Hz交流电)，它通常作为微机系统的系统电源。当系统电源因各种原因出现故障时，为了保护系统的工作状态，需要在备用电源的支持下对重要信息进行保护等处理，以便系统恢复正常供电后能够继续原来的工作，这就需要进行电源掉电检测。7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用62【例】电源掉电检测。利用8253实现电源掉电检测的设计思想：利用电源信号经检波、整流生成8253的GATE，这样GATE信号每20ms/16.67ms(对应50Hz/60Hz)产生一次脉冲。使计数值N取得足够大，在方式1下，使得计数器在20ms(16.67ms)内始终不能减到0，这样，不断出现的GATE脉冲上升沿就会使8253计数器不断被重启计数，使OUT输出一直维持为0，从而不能对8086CPU产生NMI。当电源出现故障时，GATE信号不再产生，计数器最终会计数到0，从而使OUT输出为1，产生对8086CPU的掉电中断NMI。7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用63【例】电源掉电检测7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用电源掉电检测电路

64【例】电源掉电检测若CLK为2.4576MHz，GATE在20ms内产生一个触发信号，即GATE信号周期为49152个时钟周期（0.02s×2457600Hz），则应取计数值N＞49152(C000H)。8253初始化程序：（设8253的I/O地址为200H～207H中的偶地址）7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用65【例】电源掉电检测8253初始化程序：（设8253的I/O地址为200H～207H中的偶地址）7.2可编程定时器8253

五、8253的初始化及应用MOVDX,0206HMOVAL,00110010B;选计数器0，16位计数长度，

;方式1，二进制计数OUTDX,ALMOVDX,0200HMOVAL,02H;取计数值N＝C002HOUTDX,ALMOVAL,C0HOUTDX，AL66计数器2初始化为频率发生器，其输出作为计数器1的时钟输入构建32位计数器：67微机原理及接口技术第7章常用接口器件典型接口芯片7.18255：可编程并行接口7.28253：可编程定时器7.38250/16550：可编程串行通信接口68串行通信的特点：使用的传输线数少传送距离远传送速率低串行通信的方式：同步通信异步通信7.3可编程串行通信接口8250/16550

一、异步串行通信及数据格式691）同步通信：在约定波特率下，发送端和接收端频率保持一致（同步）。7.3可编程串行通信接口8250/16550

一、异步串行通信及数据格式通常一次通信传送几十到几百个字节。发送器、接收器复杂，成本高。70常见的几种同步通信格式(a)单同步格式；(b)双同步格式；(c)SDLC格式；(d)外同步格式；(e)HDLC格式712）异步通信：在约定波特率下，发送端和接收端不需要严格的同步。→两边的频率差别在1/10以内7.3可编程串行通信接口8250/16550

一、异步串行通信及数据格式每传送一个字符，要增加约20％的附加信息位→降低了传送速率可靠，易实现。图7.28异步串行通信数据格式7216550是8250的改进型，与8250的结构基本相同。16550内部具有的接收和发送FIFO：16450：1字节FIFO，与8250结构相同，仅传输速率更高16550：16字节FIFO16650：32字节FIFO16750：64字节FIFO16950：128字节FIFO速度8250：最大9600b/s16550：最大1.5Mb/s7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/1655016550与8250之比较：功能描述737.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550（一）引线及功能82501655074fsig_in×16串行in（RxD）串行out（TxD）锁存fsig_out×16外部时钟输入或

外接晶体振荡器IOWIOR中断产生条件：1.8250/16550中断允许2.接收错误或接收数据寄存器满或发送数据寄存器空或

MODEM状态或DB驱动器方向控制通用输出

端口，

由用户

编程指定复位数据载波检测振铃指示请求发送清除发送DTE就绪DCE就绪片选输出RXRDYTXRDY(16550)(16550)RDRDWRWRXINXOUTFIFO错75发送数据接收数据7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （二）工作过程76可编程串行通信接口8250的内部结构框图发送数据77可编程串行通信接口8250的内部结构框图接收数据787.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器线路控制寄存器：LineControlRegister，LCR波特率产生器：BaudRateGenerator，BRG线路状态寄存器：LineStatusRegister，LSRFIFO控制寄存器：FIFOControlRegister，FCR中断控制(允许)寄存器：InterruptControlRegister/InterruptEnableRegister，ICR/IER中断标识(状态)寄存器：InterruptIdentificationRegister/InterruptStatusRegister，IIR/ISR调制解调器控制寄存器：ModemControlRegister，MCR调制解调器状态寄存器：ModemStatusRegister，MSR发送保持寄存器：TransmitHoldingregister，THR接收缓冲寄存器：ReceiveBufferRegister，RBR高速暂存寄存器：ScratchPadRegister，SPR79高速暂存寄存器又称便笺式寄存器，用作一个便笺本，即一个临时存储寄存器，可以让主机存储一个8位数据字节。7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器80FIFO控制寄存器

811.

线路控制寄存器LineControlRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器P327，图7.30822.

线路状态寄存器

LineStatusRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器P329，图7.318250/16550发线路状态错中断ERFIFO无错FIFO有错ERFIFO错（16550专用）833.

发送数据寄存器TransmitterHoldingRegister4.

接收数据寄存器ReceiverBufferRegister5.

除数锁存器（16位）DivisorLatchRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器外部时钟频率8250要求的波特率写入顺序：在通信控制字中将D7置1；先写低8位，后写高8位。输入时钟频率1.8432MHz，要使用1200波特率传送数据，则除数＝1843200÷(1200×16)＝96

＝60H，因此DLL ＝01100000DLM ＝00000000（波特率产生器）846.

中断控制寄存器InterruptEnableRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器图7.33中断控制寄存器857.

中断标识寄存器InterruptIdentificationRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器图7.34中断标识寄存器825016550867.

中断标识寄存器InterruptIdentificationRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器8250877.

中断标识寄存器InterruptIdentificationRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器16550888.

MODEM控制寄存器MODEMControlRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器图7.35MODEM控制寄存器SOUT SINRTS CTSDTR DSROUT1 DCDOUT2 RI899.

MODEM状态寄存器MODEMStatusRegister7.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （三）内部寄存器图7.36MODEM状态字变化变化变化907.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （四）寻址及连接0123456017通信控制字D7，除数锁存位91图7.37

5250与8088系统的连接3F8F～（DCD）92图7.37

16550与8088系统的连接3F8F～937.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550 （四）寻址及连接0123456017通信控制字D7，除数锁存位3F83F83F93FA3FB3FC3FD3FE3F83F93FF3FA947.3可编程串行通信接口8250/16550

二、串行通信接口8250/16550

（五）初始化及应用图7.38初始化顺序82501655095INT50: MOV DX,3FBH MOV AL,80H OUT DX,AL ;将线路控制寄存器 ;D7=1即DLAB=1 MOV DX,3F8H MOV AL,60H OUT DX,AL ;锁存除数低8位 INC DX MOV AL,0 OUT DX,AL ;锁存除数高8位，除数：0060H，即96 MOV DX,3FBH MOV AL,0AH ;00001

0

10 OUT DX,AL ;初始化线路控制寄存器 MOV DX,3FCH MOV AL,03H ;00000011 OUT DX,AL ;初始化MODEM控制寄存器 MOV DX,3F9H MOV AL,0 ;不允许中断 OUT DX,AL ;写中断允许寄存器

寄存器寻址奇校验1位停止位7位数据线路控制寄存器RTS低电平DTR低电平Modem

控制

寄存器引脚中断允许寄存器1843200/(16×96)＝1200OUT2高电平，禁止中断图7.37初始化FIFO96初始化程序：MOV DX,3FAHMOV AL,07HOUT DX,AL;初始化FIFO控制寄存器16550在初始化时，与8250比较，需增加初始化FIFO控制器部分：…………寄存器寻址FIFO控制寄存器图7.3797采用查询方式发送数据，且要发送数据的字节数放在BX中，要发送的数据顺序存放在以SEDATA为首地址的内存区中。 MOV DX,3FDH ;通信状态寄存器 LEA SI,SEDATA IN AL,DX TEST AL,20H ;发送数据寄存器空？ JZ WAITSE PUSH DX MOV DX,3F8H ;发送数据寄存器（写） MOV AL,［SI］ OUT DX,AL POP DX ;通信状态寄存器地址 INC SI DEC BX JNZ WAITSESEDPG:WAITSE:线路状态寄存器寄存器寻址98采用查询方式接收数据：REVPG: MOV DX,3FDH ;线路状态寄存器WAITRE: IN AL,DX TEST AL,1EH ;00011110 JNZ ERROR ;有错？→ERROR TEST AL,01H ;接收数据寄存器满？ JZ WAITRE MOV DX,3F8H ;接收数据寄存器（读） IN AL,DX AND AL,7FH ;去奇偶校验位线