微机原理第七章

第7章

常用数字接口电路2主要内容：掌握两种可编程并行接口芯片的应用数字接口电路概述从广义上讲，接口是指两个系统或两个部件间的交接部分，可以是两种硬设备之间的连接电路，也可以是两个软件之间公用的逻辑边界接口：在微计算机系统中，CPU与外部设备之间的联系，需要有特定的硬件连接和相应的软件控制。完成这一任务的软、硬件综合称为接口接口技术：对这硬、软件的设计，称为接口技术

接口（Interface）和端口（port）是不同的端口：指接口电路中那些完成信息传送，可由程序寻址进行读写的寄存器接口的功能为使主机能适应不同外部设备在不同速度、不同方式下工作的要求，接口应具有以下功能：1．地址译码或设备选择：系统中可能有多个外部设备，当主机在不同时刻需要和不同的外部设备发生联系时，CPU要用地址码来选择不同的外部设备2．数据缓冲和锁存：数据总线是系统各部分之间公用的双向总线，所有设备分时复用，所以无论是存储器还是外部设备都不能长期占用数据总线，只允许被选中的设备在读/写周期内可用其传送数据3．信息格式与电平转换：CPU和内存的信息交换就采用并行处理。而有些外部设备，如软盘等，其信息是串行数据。这就要求接口能把CPU输出的并行数据转换成串行数据，而把外部设备来的串行数据转换成并行数据送入CPU4．数据传送的协调：CPU的工作是有一定时序的，CPU与外部设备交换数据时必须采用一定传送方式进行控制一个完整的接口设计，应包括机械的，电气的和功能的几方面要素：

机械的：包括接插件，电缆等

电气的：包括发送与接收电路、信号形式，电平等

功能的：包括接口的管理能力、接收、发送、控制等功能等

接口的基本组成CPU与外部设备交换的信息有三种：数据、状态、控制信号

接口的基本组成有三部分：

寄存器：数据寄存器、状态寄存器、控制命令寄存器

控制逻辑电路：包括地址译码和设备选择电路（用于端口地址分配）、中断控制逻辑（用于中断屏蔽、中断优先级等）、读写控制电路（用于产生时序）等

连接线：主机与接口、接口与外部设备两个方向的信号联络线

接口的分类从应用角度分类，一般可分为四种基本类型：

1．用户交互接口：将来自用户的数据、信息传送给微计算机、或将用户所需的数据、信息由处理系统传送给外部设备。通常有键盘接口、打印机接口、终端显示接口等

2．辅助操作接口：微计算机发挥最基本的处理与控制功能所必须的接口。包括各类总线驱动器、总线接收器、数据锁存器、三态缓冲器、时钟电路、CPU与ROM及RAM接口等

3．传感接口：输入被监视对象和控制对象变化信息的接口。例如压力传感器、温度传感器、流速传感器、测速计等接口

4．控制接口：微计算机对被监测对象或控制对象输出信息的接口。例如步进马达、电磁阀门、继电器、LED显示灯等接口微型计算机系统及接口8可编程定时器82539掌握:引线功能及计数启动方法6种工作方式及其输出波形应用:芯片与系统的连接芯片的初始化编程108253芯片特点可编程的逻辑器件；非通道型的接口，具有特定功能；可实现计数和定时；工作方式：减法计数计数值减为0时输出相应控制信号输出控制信号的形式可通过软件设置111.

外部引线及内部结构连接系统端的主要引线：D0----D7CSRDWRA0，A1

连接外设端的主要引线：CLK-----------时钟脉冲输入GATE----------门控信号输入OUT------------定时输出

12结构特点每个计数器含控制寄存器16位初值寄存器16位计数寄存器存放控制命令字内部3个计数器均为减法计数器根据计数脉冲的频率及需要定时的时间长度确定计数初值相同端口地址存放计数初值计数初值13外部引线及内部结构三个可独立工作的16位定时/计数器，一个控制寄存器。共占用4个端口地址，4个端口的地址编码：

A1A000CNT001CNT110CNT211控制寄存器引线142.

计数启动方式软件启动硬件启动GATE端为高电平GATE端有一个上升沿由GATE端信号的形式决定153.

工作方式方式0软件启动，不自动重复计数；计数结束输出高电平。方式1硬件启动，不自动重复计数；计数开始输出低电平，结束后又变高。16工作方式方式2软、硬件启动，自动重复计数。计数到最后一个脉冲时输出低电平方式3软、硬件启动，自动重复计数。输出对称方波17工作方式方式4软件启动，不自动重复计数。计数结束输出一个CLK宽度的低电平方式5硬件启动，不自动重复计数波形与方式4相同18工作方式小结需要两个写脉冲第1个写脉冲写入控制字第2个写脉冲写入计数初值不同的工作方式，有不同的计数启动方法。可根据对输出波形的要求，选择不同的工作方式。能输出连续波形的只有方式2和方式3。两条OUT指令194.

控制字用于确定各计数器的工作方式格式205.

8253的应用与系统的连接初始化程序设计写入控制字置计数初值21与系统的连接示意CLKGATEOUTD0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器高位地址外设8253外部时钟门控信号22应用中的注意点每一次启动计数，需有两次写操作：写控制字写计数器初值如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为16位字长，则需两次写入每个计数器的控制命令字均送入控制寄存器各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器及初值寄存器；23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24初始化程序流程当有两个以上计数器被应用时的初始化程序设计流程：初始化CNT0初始化CNT1初始化CNT2写CNT0控制字写CNT0计数初值25初始化程序流程写入全部计数器控制字写CNT0计数初值写CNT1计数初值写CNT2计数初值原则：先写入控制字后写入计数初值268253应用例一采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H~0123H。输入8253的时钟频率为2MH。要求：CNT0每10ms输出一个CLK周期宽的负脉冲CNT1输出10KHz的连续方波信号CNT2在定时5ms后产生输出高电平画线路连接图，并编写初始化程序.工作的计数器工作方式计数初值启动方式计数脉冲频率278253应用例计算计数初值：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CNT1：方式3，低8位计数值CNT2：方式0，16位计数值001101000101011010110000288253应用例CLK0GATE0OUT1D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2298253应用例——初始化程序CNT0：MOVDX，0123HMOVAL，34HOUTDX，ALMOVDX，0120HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，ALCNT1：

……CNT2：……308253应用例二安全检测和报警控制系统。318253应用例二初始状态下，D触发器的Q端输出低电平；系统通过三态门循环读取检测器状态，有异常出现时，检测器输出高电平。此时在D触发器的Q端输出高电平，启动8253计数器的通道0输出100Hz的连续方波信号，使报警灯闪烁，直到有任意键按下时停止；使计数器停止输出方波的方法是在Q端输出低电平。CLK0的输入脉冲为2MHz。要求：设计8253的译码电路；编写8253计数器的初始化程序及实现上述功能的控制程序。32例二解8253地址范围：001111100000～001111100011译码电路：G1G2AG2BCBA&&≥1IOWIORA9A5:A11A10A4A3A2Y033例二解8253计数初值：2MHz/100Hz=200008253工作方式：方式38253初始化程序：MOVDX，3E3HMOVAL，00110110OUTDX，ALMOVDX，3E0HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，AL34例二解——控制程序XORAL，ALMOVDX，3E5HOUTDX，AL

MOVDX，3E4HNEXT：INAL，DXANDAL，01HJZNEXT

MOVDX，3E5H

MOVAL，2OUTDX，ALGOON：MOVAH，1INT16HJZGOON

XORAL，ALOUTDX，ALMOVAH，4CINT21H35三、可编程并行接口825536掌握:主要引线功能及结构3种工作方式及其特点应用:芯片与系统的连接芯片的初始化编程数据输入/输出控制程序设计37并行接口8255的特点：通道型接口含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，设置各端口工作在某一确定状态下。1.8255的引线及结构

39引线连接系统端的主要引线：D0----D7CSRDWRA0，A1

REAST

A1A000A端口01B端口10C端口11控制寄存器40引线连接外设端的引脚：PA0——PA7PB0——PB7PC0——PC7分别对应A、B、C三个端口418255与系统的连接示意图D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8255A口B口C口D0~D7外设422.

结构A组B组

端口A端口C的高4位端口B端口C的低4位3.8255的工作方式

8255有三种基本工作方式：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――双向传送方式三种工作方式均可由用户编程来选定，即由编程送入控制口内的不同控制字来选择8255工作方式0:方式0：基本的输入或输出工作方式此方式适用于无条件地传送数据，如读一组开关状态，控制一组指示灯，CPU可随时读入开关状态，随时可把一组数据送到指示灯显示，而无需“选通”和“状态”信号，不必等待中断请求信号，在这种方式下，每一个端口都可由程序规定为输入或输出方式0的基本功能：①具有两个8位口（A口和B口），两个4位口（C口的上半部和下半部）②任一端口都可作为输入或输出③输出是锁存的，输入是不锁存的④由于方式选择控制字中D4D3D1D0四位均可规定各口的输入或输出，所以在方式0时，所有端口的输入、输出可以有16种不同的组合⑤此方式无中断功能，在作查询方式工作时，可将C口的某些位作为传送控制和状态信息，A口和B口作为数据口45方式0的应用：习惯上：A端口和B端口作为8位数据的输入或输出口C口的某些位作为状态输入注：若使C端口低4位中某一位作为输入口，则低4位中其他位都应作为输入口。同时可设高4位作为输出。468255工作于方式0的连接示意图D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8255PA0|PA7B口PC0D0~D7数据状态数据外设1外设28255工作方式1:方式1：选通的输入输出方式在这种方式下，A口或B口仍作为数据的输入/输出口，同时规定C口的某些位作为控制或状态信息，起应答联络和中断请求的作用，C口剩下的线作为I/O线使用方式1的主要功能：①一个或二个选通的8位数据端口。②每一个端口含有三条控制线（是固定指定的，不能用程序改变），提供中断逻辑。③任一个端口都可作为输入或输出。④若只有一个端口工作于方式1，余下的13位可以工作在方式0。⑤若两个端口都工作于方式1，端口C还剩下两位。这两位可以由程序指定作输入或输出，也具有置位/复位功能。8255工作方式1——输入当A口或B口处于方式1输入时，每个端口指定C口中的三位作控制信号。对A口指定的是PC4、PC5、PC3三位，对B口指定的是PC2、PC1、PC0三位PC4和PC2指定为STB信号，这是设备的选通输入信号，低电平有效。由外设提供该信号。STB的下降沿将端口数据线上的信息打入端口锁存器PC5和PC1指定为IBF信号，这是输入缓冲器满信号，高电平有效，它是由8255输出的状态信息，通常和外设相连，IBF为高电平表示外设已将数据打入端口锁存器，但CPU还未读取，当CPU读取端口数据时，IBF变为低电平。所以，IBF信号是由STB的下降沿置位，由RD的上升沿复位PC3和PC0指定为INTR信号，这是中断请求信号，高电平有效。当STB=1，IBF=1，INTE=1时，中断请求有效，INTR=1。该信号由RD信号下降沿清除INTEA由PC4控制，INTEB由PC2控制8255工作方式1——输出当A口或B口处于方式1的输出方式时，每个端口指定C口中的三位作控制信号。对A口指定是PC7、PC6、PC3三位，对B口指定的是PC1、PC2、PC0三位PC7和PC1指定为OBF信号，这是输出缓冲器满信号，低电平有效。这是由8255输出给外设的一个控制信号。当它为低电平时，表示CPU已将数据输出给指定的端口，外设可以来取一个有效的数据。外设从端口取走数据后，产生的响应信号ACK使OBF变高电平。该信号由WR信号的上升沿置为低电平PC6和PC2指定为ACK信号，这是外设的响应信号，输入，低电平有效。ACK上出现外设送来的负脉冲，表示外设已取走了端口的数据，并已准备好接收下一个数据PC3和PC0指定为INTR信号，这是中断请求信号，高电平有效。当ACK=1，OBF=1，INTE=1时，中断请求有效，INTR=1，该信号由WR信号的下降沿清除INTEA和INTEB是8255内部A口和B口的中断允许触发器。INTE=1时，允许端口中断请求；INTE=0时，禁止端口中断请求。A口的中断允许信号INTEA可由用户通过PC6的置位/复位控制（PC6=1允许中断）。B口的INTEB可由对PC2的置位/复位控制50方式1的应用：方式1主要用于中断控制方式下的输入输出C口的8位除用作选通信号外，其余位可工作于方式0下，作为输入或输出口。8255工作方式2

方式2使A口为外部设备和CPU之间提供一条8位的双向数据通道（既能发送，又能接收）。工作时可用程序查询方式，也可用中断方式方式2的主要功能：①方式2只用于A口②一个8位的双向总线端口A（用于数据传送），一个5位的控制端口C（用于A口的控制和状态）③输入和输出是锁存的当A口处于方式2时，C口的PC3～PC7五位用作双向工作控制及中断控制，其控制信号含义与方式1中相应控制信号意义相同，故不再详细叙述。值得注意的是，由于A口的输入锁存器和输出锁存器是互相独立的，因此，当CPU向A口输出数据时，外部设备也可以同时向A口输入数据。反之，当CPU从A口读取数据时，外部设备也可以同时从A口读取数据52方式2的应用：可使A端口作为双向端口所有用于中断控制方式当A口工作于方式2时：B口可工作于方式1此时C口的所有位都用作选通控制信号的输入输出B口也可工作于方式0此时C口的剩余位也可工作于方式0534.

方式控制字及位控制字方式控制字：用于确定3个端口的工作方式及数据传送方