第六章输入输出接口技术之三_1ppt课件

第7章 输入输出接口 *1 第7章 输入输出接口 主要内容： n7.1 I/O接口基础和传送方式 n7.2 中断技术 n7.3 定时器/计数器(8253/8254) n7.4 并行口8255A n7.5 A/D和D/A转换 学时分配： n18学时 Date2微机原理与应用 第三节 可编程定时/计数器8253 mov ax,12h call display Jmp 1234h *3 7.3 可编程定时/计数器8253 掌握: n引线功能及计数启动方法 n6种工作方式及其输出波形 n8253的使用: n芯片与系统的连接 n芯片的初始化编程 Date4微机原理与应用 主要内容： n7.3.1 8253/8254定时计数器 n7.3.2 8253编程 n7.3.3 8253在IBM PC系列机上的应用 n7.3.4 8253在扩充定时计数器的应用 n7.3.5 8253的应用 7.3 可编程定时/计数器8253 学时分配： n3学时 Date5微机原理与应用 定时定时/ /计数器的用途计数器的用途 n可以实现定时与计数两个功能，可用于 n系统时钟 nDRAM刷新定时 n定时采样 n实时控制 n脉冲的计数 n 。 Date6微机原理与应用 如何实现定时？ n软件方法：用一段程序实现延时 利用利用程序循环程序循环延迟指定的时间延迟指定的时间 缺点：缺点：CPUCPU占用率？延时精度？兼容？占用率？延时精度？兼容？ n硬件方法：定时/计数器电路 利用利用脉冲计数脉冲计数在设定的时间输出定时信号在设定的时间输出定时信号 82538253是一种硬件定时是一种硬件定时/ /计数器芯片计数器芯片 Date7微机原理与应用 定时器和计数器 定时控制在微机系统中极为重要 n定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记 录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间 间隔 n计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性 的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获 知外设的某种状态），常又称为计数器 Date8微机原理与应用 定时功能的实现方法 n软件延时利用微处理器执行一个延时程序 段实现 n不可编程的硬件定时采用分频器、单稳电 路或简易定时电路控制定时时间 n可编程的硬件定时软件硬件相结合、用可 编程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路 Date9微机原理与应用 7.3.1 8253/8254定时计数器 n3个独立的16位计数器通道 n每个计数器有6种工作方式 n按二进制或十进制（BCD码）计数 8254是8253的改进型 Date10微机原理与应用 一、8253/8254的内部结构和引脚 D7D0 计数器0 控制字 寄存器 计数器1 计数器2 内 部 数 据 总 线 数据总线 缓冲器 读写控制 逻辑 RD WR A0 A1 CS CLK 0 GATE 0 OUT 0 CLK 1 GATE 1 OUT 1 CLK 2 GATE 2 OUT 2 Date11微机原理与应用 内部结构及外部引线 DB D7-D0 8253 A1 A0 WR RD CS 通道2 通道1 通道0 CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK1 GATE1 OUT1 A1 A0 IOW IOR 片选信号 Date12微机原理与应用 内部结构及外部引线 连接系统端的主要引线： nD7D0 nCS nRD nWR nA1，A0 n用于选择四个编址部件之 一 A1 A0 选 择 0 0 计数通道0 0 1 计数通道1 1 0 计数通道2 1 1 控制寄存器 Date13微机原理与应用 内部结构及外部引线 计数通道的主要引线（每通道均相同）： nCLKn 时钟脉冲输入，计数器的计时基准 。 nGATEn 门控信号输入，控制计数器的启停。 nOUTn 计数器输出信号，不同工作方式下 产生不同波形。 （n = 02） Date14微机原理与应用 8253的内部结构 编址部件0 编址部件1 编址部件2 编址部件3 Date15微机原理与应用 计数器结构示意图 预置寄存器 GATE CLK OUT 减1计数器 输出锁存器 Date16微机原理与应用 计数器结构示意图 计数初值存于预置寄存器； 在计数过程中， 减法计数器的值不断递减， 而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时， 锁定当前计数值 Date17微机原理与应用 计数器的3个引脚 nCLK时钟输入信号在计数过程中，此引脚 上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计 数值减1 nGATE门控输入信号控制计数器工作，可 分成电平控制和上升沿控制两种类型 nOUT计数器输出信号当一次计数过程结束 （计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出 信号 Date18微机原理与应用 与处理器接口 nD0 D7数据线 A0 A1地址线 nRD*读信号WR*写信号 nCS*片选信号 CS* A1 A0I/O地址读操作RD*写操作WR* 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 40H 41H 42H 43H 读计 数器0 读计 数器1 读计 数器2 无操作 写计数器0 写计数器1 写计数器2 写控制字 Date19微机原理与应用 编程结构程序员的观点 n计数器(3个)包括 n控制寄存器 存放控制命令字（只写） n占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器 16位初值寄存器 16位计数寄存器 （减法计数器） Date20微机原理与应用 定时/计数的工作过程 1. 设置8253的工作方式 2. 设置计数初值到初值寄存器 3. 第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入 计数寄存器 4. 以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1 5. 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 Date21微机原理与应用 计数启动方式 软件启动过程 硬件启动过程 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 GATE端有一个上升沿 对应CLK脉冲的下降沿开始计数 程序指令启动软件启动 外部电路信号启动硬件启动 Date22微机原理与应用 二、8253/8254的工作方式 n8253有6种工作方式，由方式控制字确定 n熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用问 题，选择正确的工作方式 n每种工作方式的过程类似： 设定工作方式 设定计数初值 硬件启动 计数初值进入减1计数器 每输入一个时钟计数器减1的计数过 程 计数过程结束 Date23微机原理与应用 方式0 计数结束中断 GATE OUT CLK 03124 4 方式0 WR 设 定 工 作 方 式 设 定 计 数 初 值 计 数 值 送 入 计 数 器 计 数 过 程 计 数 结 束 Date24微机原理与应用 方式1 可编程单稳脉冲 设 定 工 作 方 式 设 定 计 数 初 值 硬 件 启 动 计 数 值 送 入 计 数 器 计 数 过 程 计 数 结 束 GATE OUT CLK 03124 4 方式1 WR Date25微机原理与应用 方式2 频率发生器（分频器） 03124 GATE OUT CLK 4 方式2 03124 03124 03124 WR Date26微机原理与应用 方式3 方波发生器 03124 GATE OUT CLK 4 方式3 03124 03124 03124 WR Date27微机原理与应用 方式4 软件触发选通信号 GATE OUT CLK 03124 4 方式4 2233 3 1 0 WR Date28微机原理与应用 方式5 硬件触发选通信号 GATE OUT CLK 03124 4 方式5 2233 3 11 0 WR Date29微机原理与应用 各种工作方式的输出波形 方式 0 方式 1 方式 2 方式 3 方式 4 方式 5 0 N0N0 N0/N110 NN/2 N/2 0/N0 N0 1 N0 1N0 1 讨论： 计数开始的时刻 Date30微机原理与应用 计数开始的时刻 n需要注意： n处理器写入8253的计数初值只是写入了预置 寄存器，之后到来的第一个CLK输入脉冲（需先 由低电平变高，再由高变低）才将预置寄存器 的初值送到减1计数器。 n从第二个CLK信号的下降沿，计数器才真正开 始减1计数。 实验： 计数开始的时刻 Date31微机原理与应用 实验1 计数开始 实验1 计数开始 计数开始 Date32微机原理与应用 实验2 计数开始 Date33微机原理与应用 三、8253/8254的编程 n8253加电后的工作方式不确定 n8253必须初始化编程，才能正常工作 n写入控制字 n写入计数初值 n读取计数值 n8254新增读回命令 D7D6D5D4D3D2D1D0 Date34微机原理与应用 1 写入方式控制字 计数器读写格式工作方式数制 D7D6D5D4D3D2D1D0 00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法 00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节 后读写高字节 000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5 0 二进制 1 十进制 控制字写入控制字I/O地址（A1A011） 示例 Date35微机原理与应用 2 写入计数值 n选择二进制时 n计数值范围：0000HFFFFH n0000H是最大值，代表65536 n选择十进制（BCD码） n计数值范围：00009999 n0000代表最大值10000 计数值写入计数器各自的I/O地址 示例 Date36微机原理与应用 3 读取计数值 n对8位数据线，读取16位计数值需分两次 n计数在不断进行，应该将当前计数值先行锁存 ，然后读取： n向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令 n从计数器I/O地址：读取锁存的计数值 读取计数值，要注意读写格式和计数数制 Date37微机原理与应用 7.3.2 8253的控制字编程 ；某个8253的计数器0、1、2端口和控制端口地 址依次是40H43H ；设置其中计数器0为方式0，采用二进制计数， 先低后高写入计数值 MOV AL, 30H ；方式控制字：30H00 11 000 0B OUT 43H,AL ；写入控制端口：43H Date38微机原理与应用 8253的计数初值编程 ；某个8253的计数器0、1、2端口和控制端口地址 依次是40H43H ；设置计数器0采用二进制计数，写入计数初值： 1024（400H） MOV AX,1024；计数初值：1024（400H） ；写入计数器0地址：40H OUT 40H,AL；写入低字节计数初值 MOV AL, AH OUT 40H,AL；写入高字节计数初值 Date39微机原理与应用 例例 写出写出82538253的初始化程序。其中，的初始化程序。其中，3 3个个CLKCLK频率频率 均为均为2MHZ2MHZ。 1 1、计数器、计数器0 0在定时在定时100100 s s后产生中断请求；后产生中断请求； 2 2、计数器、计数器1 1用于产生周期为用于产生周期为10 10 s s的对称方波；的对称方波； 3 3、计数器、计数器2 2每每1ms1ms产生一个负脉冲。编写产生一个负脉冲。编写82538253 的初始化程序。的初始化程序。 编程举例 Date40微机原理与应用 方法：先确方法：先确 定各个计定各个计 数器的工数器的工 作方式，作方式， 再计算其再计算其 计数器的计数器的 初值。初值。 编程举例 Date41微机原理与应用 1 1、计数器、计数器0 0工作在方式工作在方式0 0，初值为，初值为100 100 s s /0.5 /0.5 s s =200, =200,可以只写低可以只写低8 8位，二进制计数。所位，二进制计数。所 以控制字为：以控制字为：00010000B=10H00010000B=10H 编程举例 2、计数器计数器1 1工作在方式工作在方式3 3，初值为，初值为10 10 s s /0.5 /0.5 s s =20 =20，可以只写低，可以只写低8 8位，二进制计数。所位，二进制计数。所 以控制字为：以控制字为：01010110B=56H01010110B=56H Date42微机原理与应用 3、计数器2工作在方式2，初值为1ms /0.5 s =2000,需要写16位，二进制计数。所以控制 字为：10110100B=B4H 编程举例 Date43微机原理与应用 STARTSTART： MOV DX MOV DX，0FF07H0FF07H MOV ALMOV AL，10H 10H ；计数器；计数器0 0，只写计数值低，只写计数值低8 8位，方式位，方式 0 0，二进制计数，二进制计数 OUT DXOUT DX，ALAL MOV ALMOV AL，56H 56H ；计数器；计数器1 1，只写计数值低，只写计数值低8 8位，方式位，方式 3 3，二进制计数，二进制计数 OUT DXOUT DX，ALAL MOV ALMOV AL，0B4H0B4H；计数器；计数器2 2，先写高，先写高8 8位再写低位再写低8 8位，方位，方 式式2 2，二进制计数，二进制计数 OUT DX, ALOUT DX, AL 编程举例 Date44微机原理与应用 MOV DXMOV DX，0FF04H0FF04H MOV AL, 200 MOV AL, 200 ; ;计数器计数器0 0计数初值计数初值 OUT DX,AL OUT DX,AL MOV DX,0FF05H MOV DX,0FF05H MOV AL,20 MOV AL,20 ; ;计数器计数器1 1的初值的初值 OUT DX,AL OUT DX,AL MOV DX,0FF06H MOV DX,0FF06H MOV AX,2000 MOV AX,2000 ; ;计数器计数器2 2的初值的初值 OUT DX,AL OUT DX,AL MOV AL,AH MOV AL,AH OUT DX,AL OUT DX,AL Date45微机原理与应用 8253/8254的I/O地址 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 功 能 对计数器0设置计数初值 CSRDA1A0WR 对计数器1设置计数初值 对计数器2设置计数初值 设置控制字 从计数器0读出计数值 从计数器1读出计数值 从计数器2读出计数值 Date46微机原理与应用 7.3.3 8253在IBM PC系列机上的应用 A0 A1 A0 A1 D0D7D0D7 OUT1 OUT2 OUT0 GATE0 GATE1 GATE2 CLK0 CLK1 CLK2 D Q CLK +5V 接至DMA控制器 接至扬声器驱动器 PB0 PB1 IRQ0 DRQ0 8253 +5V 1.19318MHz DACK0 BRD IOR IOW RD WR CST/CCS Date47微机原理与应用 一、定时中断和定时刷新 n从阅读初始化程序段 n看计数器0作为定时中断的作用 n将计数器1作为定时刷新 n看如何编写初始化程序段 Date48微机原理与应用 定时中断 mov al,36h ;计数器0为方式3，采用二进制计数， ;先低后高写入计数值 out 43h,al;写入方式控制字 mov al,0;计数值为0 out 40h,al;写入低字节计数值 out 40h,al;写入高字节计数值 8253初始化 Date49微机原理与应用 计数器0：定时中断 n计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率 为1.19318MHz6553618.206Hz的方波 n门控为常启状态，这个方波信号不断产生 nOUT0端接8259A的IRQ0，用作中断请求信号 n每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms （54.925493ms）申请一次中断 nDOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号 中断服务程序实现了日时钟计时功能 Date50微机原理与应用 计数器1：定时刷新 n需要重复不断提出刷新请求 门控总为高，选择方式2或3 n2ms内刷新128次，即15.6s刷新一次 计数初值为18 Date51微机原理与应用 定时刷新 mov al,54h ;计数器1为方式2，采用二进制计数，只写低8位 计数值 out 43h,al;写入方式控制字 mov al,18;计数初值为18 out 41h,al;写入计数值 8253初始化 Date52微机原理与应用 二、扬声器控制 n计数器2的输出控制扬声器的发声音调； n计数器2只能工作在方式3，才能输出一定频 率的方波，经滤波后得到近似的正弦波，进而推 动扬声器发声； n扬声器还受控于并行接口（8255芯片）； n必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才能 发出预先设定频率的声音； Date53微机原理与应用 频率设置 speakerproc push ax mov al,0b6h out 43h,al;写入控制字 pop ax out 42h,al;写入低8位计数值 mov al,ah out 42h,al;写入高8位计数值 ret speakerendp 扬声器控制 Date54微机原理与应用 扬声器开 speakonproc push ax in al,61h or al,03h ;D1D0PB1PB011B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakonendp 扬声器控制 Date55微机原理与应用 扬声器关 speakoffproc push ax in al,61h and al,0fch ;D1D0PB1PB000B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakoffendp 扬声器控制 Date56微机原理与应用 主程序 ;数据段 freqdw 1193180/600 ;代码段 mov ax,freq call speaker;设置扬声器音调 call speakon;打开扬声器声音 mov ah,1;等待按键 int 21h call speakoff;关闭扬声器声音 扬声器控制 Date57微机原理与应用 三、可编程硬件延时 n利用日时钟每隔55ms中断一次不变的特点， 可以编写一段不随系统时钟频率变化的固定延时 程序 n由于日时钟中断的时间单位是55ms，所以无 法实现更短时间的延时 n这时只有利用实时时钟中断，不过它的最短延 时约是1ms（976 s） Date58微机原理与应用 日时钟 ;延时开始 mov ah,0 int 1ah add dx,90;加5秒（51890） mov bx,dx;期望值送bx repeat:int 1ah;再读日时钟 cmp bx,dx;与期望值比较 jne repeat;不等，则循环 ;相等，延时结束 可编程硬件延时 Date59微机原理与应用 实时时钟 ;延时开始 mov cx,0 mov dx,1952 ;延时1.952ms2976s mov ah,86h int 15h ;功能调用返回时，定时时间到 可编程硬件延时 Date60微机原理与应用 7.3.4 扩充定时计数器的应用 n例题1 利用扩充定时计数器对外部事件的计数 n例题2 为A/D转换电路提供可编程的采样信号 Date61微机原理与应用 例1 A0 A1 A0 A1外部事件产生源 8253 OUT0 GATE0 CLK0 200207H IRQ D0D7D0D7 译码 电路 AEN A3A9 +5V CS IOR IOW RD WR Date62微机原理与应用 初始化程序段 mov dx,203h;设置方式控制字 mov al,10h out dx,al mov dx,200h;设置计数初值 mov al,64h;计数初值为100 out dx,al 例9.2 输出：明确向哪个端口输出什么数据 输入：清楚从哪个端口输入什么数据 Date63微机原理与应用 例2 8253 OUT0 GATE0 CLK0 OUT1 GATE1 CLK1 OUT2 GATE2 CLK2 启动转换 时钟源 频率 F +5V 计数值 M N L A0 A1 A1 A2 200H207H CS Date64微机原理与应用 初始化计数器0 mov al,14h mov dx,206h out dx,al mov al,cnt0 mov dx,200h out dx,al 例9.3 Date65微机原理与应用 初始化计数器1 mov al,52h mov dx,206h out dx,al mov al,cnt1 mov dx,202h out dx,al 例9.3 Date66微机原理与应用 初始化计数器2 mov al,96h mov dx,206h out dx,al mov al,cnt2 mov dx,204h out dx,al 例9.3 Date67微机原理与应用 7.3.5 8253的应用 n与系统的连接 n设置工作方式 n置计数初值 编程 Date68微机原理与应用 与系统的连接示意图 CLK GATE OUT D0D7 WR RD A1 A0 CS DB IOW IOR A1 A0 译码器 高位地址 A15-A2 8253 共三组 82538253占用占用4 4个接口个接口 地址：地址： 计数器计数器0 0 计数器计数器1 1 计数器计数器2 2 控制寄存器控制寄存器 ( (决定决定82538253的基地址的基地址) ) Date69微机原理与应用 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 Date70微机原理与应用 8253应用举例 n采用8253作定时/计数器，其接口地址为 0120H0123H。 n输入8253的时钟频率为2MHz。 n计数器0: 每10ms输出1个CLK脉冲宽的负脉冲 n计数器1: 产生10KHz的连续方波信号 n计数器2: 启动计数5ms后OUT输出高电平。 n画线路连接图，并编写初始化程序。 Date71微机原理与应用 8253应用举例（续） n确定计数初值： CNT0： 10ms/0.5us = 20000 CNT1： 2MHz/10KHz = 200 CNT2： 5ms/0.5us = 10000 n确定控制字： CNT0：方式2，16位计数值 00 11 010 0 CNT1：方式3，低8位计数值 01 01 011 0 CNT2：方式0， 16位计数值 10 11 000 0 Date72微机原理与应用 8253应用举例（续） CLK0 GATE0 OUT1 D0D7 WR RD A1 A0 CS DB IOW IOR A1 A0 译码器 8253 CLK2 GATE1 GATE2 +5V CLK1 2MHz OUT0 OUT2 ？ 线路连接图： Date73微机原理与应用 8253应用举例 初始化程序 CNT0： MOV DX, 0123H MOV AL, 34H OUT DX, AL MOV DX, 0120H MOV AX, 20000 OUT DX, AL MOV AL, AH OUT DX, AL CNT1： CNT2： Date74微机原理与应用 * *如何读出当前计数值如何读出当前计数值 n n 第第1 1种方法种方法在计数过程中读计数值在计数过程中读计数值 n n 先先锁存当前计数值锁存当前计数值，再用两条输入指，再用两条输入指 令将令将1616位计数值读出。位计数值读出。 n n 第第2 2种方法种方法停止计数器再读停止计数器再读 n n 用用GATEGATE信号信号使计数器停止，再规定使计数器停止，再规定 RL1RL1和和RL0RL0的读写格式，然后读出。的读写格式，然后读出。 Date75微机原理与应用 *扩展定时/计数范围 当定时长度不够时，可把当定时长度不够时，可把2 2个或个或3 3个计数通道个计数通道 串联串联起来使用，甚至可把多个起来使用，甚至可把多个82538253串联起来使串联起来使 用。用。 例如：例如：CLKCLK频率为频率为1MHz1MHz，要求在，要求在OUT1OUT1端产端产 生频率生频率1Hz1Hz的脉冲。的脉冲。 这时可将计数器这时可将计数器0 0、1 1串联，工作方式都均为串联，工作方式都均为 方式方式3 3，计数初值均为，计数初值均为10001000。连接方法见下页。连接方法见下页。 Date76微机原理与应用 扩展定时/计数范围 1MHz 1KHz 1Hz Date77微机原理与应用 8253小结 n包含3个16位计数器通道 n4个编址部件：CNT0/1/2和控制寄存器 n每个计数器通道工作前必须初始化： n控制字和计数初值 n6种工作方式 n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 Date78微机原理与应用 结束语 n掌握定时/计数器8253的原理 n掌握定时/计数器8253的使用方法 Date79微机原理与应用 复习题(三)： n7.318253A的功能作用?有哪些工作方式? n7.32当8253的输入信号 *CS=0、*RD=1 、*WR=0且A1=A0=1时，此8253执行的操 作是 。 n7.33要产生对称方波，可考虑使用8253的方 式 。 n7.34 8253内每个计数通道的计数过程均为( )计数 Date80微机原理与应用 复习题题解(三)： n7.318253A的功能作用?有哪些工作方式? 8253A起着计数或定时的作用，提供可编程 的三个16位定时/计数器通道。它有方式0到方 式5共6种工作方式，分别是：计数结束中断方 式，可编程单程方式，频率发生器，方波发生 器，软件触发的选通信号，硬件触发的选通信 号。 Date81微机原理与应用 复习题题解(三)： n7.32当8253的输入信号 *CS=0、*RD=1 、*WR=0且A1=A0=1时，此8253执行的操 作是 接收一个控制字 。 n7.33要产生对称方波，可考虑使用8253的方 式 3（方波发生器）。 n7.34 8253内每个计数通道的计数过程均为( 减法)计数 Date82微机原理与应用 复习题(三)： n7.35若使用8253定时，CLK的频率为2MHz ，那么一个计数器的最大定时时间为 ，一个8253芯片共有 计数器： 每个计数器有 工作方式。 n7.36若8253