微机原理——第8章 可编程通用.ppt

第8章可编程通用接口芯片及应用 本章重点 1 8255A控制字及三种工作方式2 8253控制字及六种工作方式3 8250控制字及工作方式本章将在前面关于微计算机I O接口和I O技术介绍的基础上 进一步讨论组成微计算机 微处理器系统的一些通用可编程接口芯片 8 1可编程接口芯片的功能及分类 8 1 1可编程接口芯片的功能该小节介绍了一个可编程接口芯片应具备的一些功能1 寻址功能2 输入 输出功能3 数据转换功能4 联络功能5 中断管理功能6 复位功能7 可编程功能8 错误检测功能8 1 2可编程接口芯片的分类该小节介绍了可编程接口芯片按其使用范围可以分为两大类1 专用接口芯片这类芯片是为某类外设的专门功能而设计的专用控制芯片2 通用接口芯片这类接口可作为多种外设的接口 其功能是通用的 8 2可编程通用并行接口8255A工作方式及其综合应用 该节介绍了可编程通用并行接8255A的应用8255A的通用性极强 使用灵活 CPU通过它可方便地与各种外设相连 实现其间的并行传输 8 2 18255A的引脚信号和内部结构引脚1 与外设连接的引脚PA7 PA0 PB7 PB0和PC7 PC02 与CPU连接的引脚 1 RESET 复位输入信号 2 CS 片选信号 3 A0和A1 芯片内部寄存器的选择信号 4 R D 读信号 5 W R 写信号内部逻辑结构 1 外设接口部分 端口A B C 1 端口A一个8位的数据输出锁存 缓冲器和一个8位的数据输入锁存器 2 端口B一个8位的数据输出锁存 缓冲器和一个8位的数据输入锁存器 3 端口C一个8位的数据输出锁存 缓冲器和一个8位的数据输入缓冲器 输入没有锁存 2 内部逻辑 A组和B组控制电路 3 CPU接口 数据总线缓冲器和读 写控制逻辑 1 数据总线缓冲器这是一个8位双向三态缓冲器 三态由读 写控制逻辑控制 2 读 写控制逻辑它与CPU的6根控制线相连 从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号 转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作 8 2 28255A控制字及工作方式控制字1 8255A方式选择控制字2 8255A按位置位 复位的控制字工作方式1 方式0 Model0 基本输入 输出方式 1 方式0的工作特点 两个8位端口和两个4位端口 即端口A和端口B 端口C的高4位和低4位 任何一个端口均可作为输入 输出口 输出锁存 输入不锁存 各端口的输入 输出方向可以有16种不同的组合 2 方式0的应用 2 方式1 Model1 选通输入 输出方式 1 方式1的工作特点 端口A和B可分别作为两个数据口工作在方式1 且任一端口均可作为输入口或输出口 输入输出带锁存 如果8255A的端口A和B中只有一个端口工作方式在方式1 那么端口C中有3位被规定为配合方式1的控制和状态信号 此时另一个端口仍可以工作在方式0 而端口C中的其余5位也可以任意作为输入或输出口用 当8255A的端口A和B均工作在方式1时 端口C有6位被规定为配合方式1的控制和状态信号 余下的2位仍可由程序设定作为输入或输出口用 2 方式1输入情况下有关信号的规定 S T B Strobe 选通输入 IBF InputBufferFull 输入缓冲器满 INTR InterruptRequest 中断请求信号 INTE InterruptEnable 中断允许信号 3 方式1输出时有关信号的规定 OBF OutputBufferFull 输出缓冲器满 ACK Acknowledge 响应输入 INTR 中断请求信号 INTR 中断请求信号 4 方式1输入输出组合 3 方式2 Model2 双向数据传送方式 1 方式2的工作特点 2 方式2的控制信号 3 方式2的应用 4 方式2与其他工作方式的组合 8 2 38255A的工作时序该小节介绍了8255A在各种工作方式下的时序 1 方式0的输入时序 2 方式0的输出时序 3 方式1的输入时序 4 方式1的输出时序 5 方式2的时序8 2 48255A初始化编程和并行I O控制程序该小节通过例子介绍了8255A如何初始化编程以及如何控制8255A的并行I O1 8255A的初始化编程2 8255A用于A D和D A接口8 2 58255A在IBM PC XT系统板上的应用 8 3可编程定时 计数器8253工作方式及其综合应用 定时器 计数器在微计算机系统中具有极为重要的作用 例如在IBMPC微机中作定时用 为计时电子钟提供恒定的时间基准 为动态存储器刷新定时以及扬声器的基音调时等 在实时操作系统和多任务操作系统中 定时器 计数器则是任务调度的主要依据 该节介绍可编程定时 计数器8253的应用 8 3 18253的基本功能及用途1 8253芯片的主要特点 1 有3个独立的16位计数器 2 每个计数器可按二进制或二 十进制计数 3 每个计数器的计数频率可高达2 6MHz 4 每个计数器都可以由程序确定按照6种不同方式工作 5 所有的输入 输出电平均与TTL电平兼容 6 采用NMOS工艺 2 8253的用途 1 在多任务的分时系统中作为中断信号实现程序切换 2 可为I O设备输出精确的定时信号 3 可作为一个可编程的波特率发生器 4 实现时间延迟 8 3 28253内部结构及工作原理1 数据总线缓冲器 CPU向8253写入的方式控制字 CPU向某计数器写入的初始计数值 CPU从某计数器读出的计数值 2 读 写逻辑电路A1 A0 用来3个计数器和控制器进行寻址 R D 读信号 WR 写信号 CS 片选信号3 控制寄存器4 计数器0 1和2每个计数器内部结构相同 包含1个8位的控制寄存器 1个16位的计数初值寄存器 CR 1个计数执行部件 CE 和1个输出锁存器 OL 计数器引脚 1 CLK 时钟输入引脚 2 GATE 门控输入引脚 3 OUT 定时器 计数器的脉冲输出引脚 8 3 38253的控制字8 3 48253的工作方式1 方式0 计数结束产生中断 1 计数器只计一次 当计数器减至0后 不重新计数 输出OUT保持为高 只有写入另一计数初值后 OUT变低 才开始新的计数 2 8253内部是在CPU写计数初值的WR 信号上升沿将此值写入计数器的 但必须在有WR 信号下一个时钟脉冲到来时 计数初值才送至计数执行部件 3 门控GATE可以暂停计数器的计数过程 如果在计数过程中有一段时间GATE变低 则计数器暂停计数 直到GATE重新变高为止 4 计数过程中 如果有新的计数初值送至计数器 则在下一时钟脉冲到来时 新的初值送至计数执行部件 此后 计数器按新的初值重新计数 如果初值为两个字节 则计数将直到高位字节写完后的下一时钟脉冲才开始 2 方式1 可重复触发的单稳态触发器 1 写入控制字后 计数器OUT输出端即以高电平作为起始电平 计数初值送到初值寄存器后 再经过一个时钟周期 便送到计数执行部件 当门控信号GATE上升沿到来时 边沿触发器受到触发 在下一个CLK脉冲到来时 输出端OUT变为低电平 并在计数到达0以前一直维持低电平 2 当计数器减至0时 输出端OUT变为高电平 并在下一次触发后的第一个时钟到来之前一直保持高电平 3 若计数器初值设置为N 则在输出端OUT将产生维持N个时钟周期的输出脉冲 4 方式1的触发是可重复的 即当初值为N时 计数器受门控GATE触发 输出端OUT出现N个时钟周期的输出负脉冲后 如果又来一门控GATE的上升沿 OUT输出端将再输出N个时钟周期的输出负脉冲 而不必重新写入计数初值 5 如果在输出负脉冲期间 又来一个门控信号GATE上升沿 则在该上升沿的下一个时钟脉冲后 计数执行部件重取初值进行减1计数 减为时输出端才变为高电平 这样 原来的低脉冲输出比原来延长了 6 如果在输出负脉冲期间 对计数器写入一个新的计数初值 将不对当前输出产生影响 输出低电平脉宽仍为原来的初值 除非又来一个门控信号GATE的上升沿 而在下一门控触发信号到来时 按新的计数初值作减1计数 3 方式2 分频器 1 上述执行过程是以GATE输入端保持高电平为条件的 若GATE端加低电平 则不进行计数操作 而GATE端的每一次从低到高的跳变都将引起计数执行部件重新装入初值 2 若在计数期间 送入新的计数值 而GATE一直保持高 则输出OUT将不受影响 但在下一输出周期 将按新的计数值进行计数 3 若在计数期间 送入新的计数值 而GATE发生一个由低至高的跳变 那么在下一时钟到来时 新的计数值被送入计数执行部件 计数器按新的计数初值进行分频操作 4 方式3 可编程方波发生器方式3与方式2的工作及其类似 不同的是OUT的输出为方波或基本对称的矩形波 5 方式4 软件触发的选通信号发生器 1 GATE 1时 进行减1计数 GATE 0时 计数停止 而输出维持当时的电平 只有在计数器减为 0 时 才使输出产生电平的变化而出现负脉冲 2 若在计数中又写入新的计数值 则在下一个时钟周期 此计数值被写入计数执行部件 并且计数器从新的计数值开始做减1计数 3 如果新写入的计数初值为2个字节 则在写第一个字节时 计数不受影响 写入第2个字节后的下一个时钟周期 计数执行部件获得新计数值 并以新计数值重新开始计数 6 方式5 硬件触发的选通信号发生器 1 若在计数过程中 GATE端来一上升沿进行触发 则经过下一时钟周期后 计数执行部件将重新获得计数初值 初值未变 并进行减1计数直至 0 2 若在计数过程中 写入新的计数初值 而GATE无上升沿触发脉冲 则当前输出周期不受影响 在当前周期结束后 再受触发 按新的计数初值开始计数 3 若在计数过程中写入新的计数初值 而GATE又有上升沿触发脉冲 则在下一CLK时钟周期 计数执行部件将获得新的计数值 并按此值做减1计数 7 8253工作方式小结 1 控制字写入寄存器时 所有控制逻辑电路复位 输出端OUT输出初始电平 高或低 2 初始值写入后 要经过一个CLK时钟周期 包括一个上升沿和一个下降沿 计数执行部件CE才开始计数 3 门控信号GATE可以用电平触发或边沿触发 有的方式中两种方式都允许 8 3 58253在IBM PC机的应用 8 4可编程串行接口8250工作方式及其综合应用 对距离较远的通信 人们习惯采用串行的方式 串行通信虽然可以使系统的费用下降 但也随之带来了串 并 并 串转换以及位计数等问题 使串行通信技术比并行技术复杂得多 8250是专门的异步通信接口 该节着重介绍它的功能和应用 8 4 1串行通信的基本概念1 串行接口的典型结构 1 数据总线收发器是并行的双向数据通道 负责将CPU送来的并行数据传送给串行接口 并将串行接口接收的外设数据送给CPU 2 联络信号逻辑用于完成CPU与串行接口之间信息的联系 3 控制总线CB ControlBus 它是串行接口与外设之间进行数传所必须的各种控制信息的通路 4 串入 串出是串行接口与外设之间的数传通道 均为串行方式 5 发送时钟和接收时钟是串行通信中数据传送的同步信号 6 状态寄存器SR用来指示传送过程中可能发生的某种错误或当前的传输状态 7 控制寄存器CR接收来自CPU的各种控制信息 这些信息是由CPU执行初始化程序得到的 包括传输方式 数据格式等等 8 数据输入寄存器DIR DataInputRegister 与串入 并出移位寄存器相连 串入 并出移位寄存器完成串 并转换 9 数据输出寄存器DOR DataOutputRegister 与并入 串出移位寄存器相连 并入 串出移位寄存器的操作与串入 并出相反 完成并 串转换 10 CS 和A0 串行接口的各种操作是否有效 取决于CS 即片选信号 片选信号低有效时 当前对串口中哪个部件进行操作则取决于地址线A0和读 写信号 通常信号由CPU通过地址译码逻辑控制 而A0直接与CPU的地址线A0相连 2 串行通信协议 1 异步通信协议 Asynchronousdatacommunicationprotocol 以字符作为一个独立的信息单元 字符出现在数据流中的时间是任意的 而每个字符中的各位以固定的时间传送 2 同步通信协议 Synchronousdatacommunicationprotocol 使用同一时钟作为收发双方的同步信号 面向字符型的通信规程 面向比特的通信规程3 串行通信的连接方式 1 单工方式 2 半双工方式 3 全双工方式 8 4 2串行标准接口总线RS 232C为通信方便 串行通信在数据传输率 电器特性 信号名称和接口标准等几个方面建立了一致的概念和标准 RS 232C是美国电子工业协会 ElectronicIndustryAssociation 简称EIA 颁布的串行总线标准 1 8250的主要功能8250能实现数据串 并或并 串转换 支持异步通信规程 片内有时钟产生电路 波特率可变 2 8250的内部结构 1 时钟发送环节 2 中断控制逻辑3 8250的引脚特性 1 并行数据输入 输出组 D0 D7 并行数据线 CS0 CS1 CS 2 片选信号 A2 A0 地址信号 ADS 地址选通信号 DISTR DISTR 和DOSTR DOSTR 数据输入 输 DDIR 禁止输出信号 CSOUT 芯片被选中的指示输出 2 串行数据输入 输出组 SOUT和SIN 串行数据输出 输入端 XTAL1和XTAL2 外部时钟 晶振 输入和输出信号 RCLK 接收器时钟 16倍于接收波特率的时钟信号 输入 3 与通信设备的联络信号 DSR 数传机准备就绪信号 RTS 请求发送信号 DTR 数据终端准备就绪信号 CTS 清除发送信号 RLSD 接收线路信号检测输入 RI 振铃指示输入信号 4 中断请求 复位输入及其他信号 INTRPT 中断请求输出 OUT 1 OUT 2 用户指定的输出信号 MR 主复位信号 4 8250内部寄存器及其寻址8250有10个可访问的寄存器 它们的地址由A2 A0这3条地址线的8种组合决定 因此有几个寄存器共用一个地址的情况 对于地址相同的寄存器 用传输线控制寄存器D7位DLAB加以区别 5 8250的控制字 1 波特率因子寄存器 2 传输线控制寄存器LCR 3 调制解调器控制寄存器MCR 4 中断允许寄