第4章4.5-4.7接口技术.ppt

2014 06 1 定时信号的需求在计算机系统中 经常要用到定时信号 比如 在许多个人计算机中 动态存储器的刷新定时 系统日历时钟的计时 喇叭的声源 都是用定时信号来产生的 在计算机实时控制与处理系统中 计算机需要每隔一段时间采样一次 再对采样的数据处理 控制 也要用到定时信号 计数与定时本质就是计数 计数脉冲为周期性脉冲 可以实现定时功能 4 5计数 定时及其控制芯片8253A 4 5 1定时 计数技术 2014 06 2 定时和计数的实现方法 DELAY MOVDX 1000TIME DECDXJNETIME 定时信号的产生有两种方式 1 软件方法 延时子程序 2 不可编程的硬件定时 单稳态延时电路或计数电路 实现延时或定时器件容易老化 导致定时不准 RC决定脉冲宽度 3 可编程的硬件定时 用定时 计数器 简单的软件控制 产生准确的时间延迟 主要思路 计数器 定时器开始工作 此时CPU不必过问它的工作 而可以去作别的工作 计数器 定时器计数或定时达到确定值时 可以自动产生一个输出 2014 06 定时 计数器的核心是一个自动加1或减1的计数器 11111111 例 计数器为8位 设初值为11111111 11111110 11111101 11111100 11111011 00000010 00000001 00000000 经过255个输入脉冲后 计数器值减到0 产生一个输出信号 表示计数结束 外部输入脉冲的周期是固定的 计数的初值 决定定时时间 即计数器输出时间 外部输入脉冲的周期是随机的 停止计数后 查看计数器的计数值 2014 06 4 5 28253A内部结构和引脚 1 8253的主要功能 3个独立的16位减1计数器通道 每个计数器都可以单独使用 采用二进制或BCD 计数器的计数速率可达2MHz 最高达2 6MHz 每个通道有6种工作方式 可由程序设置和改变 输入 输出与TTL兼容 2014 06 8位控制寄存器 控制计数器的工作方式 16位计数初值寄存器 装计数初值 16位计数执行部件 执行减1操作 16位输出锁存器 需要读取当前计数值时 将当前执行计数器中的值锁存进该存储器后读取 对其写入控制字 对其写入计数初值 读取了解当前状态 2014 06 a 向8253写入确定工作方式的命令 b 向8253计数器寄存器装入计数值 c 读出8253计数值 8253A由数据总线缓冲存储器 读 写控制电路 控制字寄存器及3个独立的计数通道组成 计数器0号 计数器1号 计数器2号 a CS 片选信号 b RD CPU读取计数器的当前值 c WR 向8253写控制字或计数初值 d A1A0 端口选择信号 2014 06 3个独立通道 每个通道内有16位减1计数器 每来一个计数脉冲计数器减1 在OUT端输出一个计数结束信号 每个通道内有一个计数锁存器 可以锁住当前计数值 供CPU查询 计数脉冲 计数器 计数脉冲由CLK引脚输入 计数周期可不固定 计数脉冲来自外部 定时器 计数脉冲要求来自系统的主时钟 周期固定 CLK最高计数频率为2 6MHz 1 8253与外设的接口 2014 06 2 8253与CPU的接口 a 向8253写入确定工作方式的命令 b 向8253计数器寄存器装入计数值 c 读出8253计数值 1 数据总线缓冲器 2 读写控制电路 a CS 片选信号 b RD CPU读取计数器的当前值 c WR 向8253写控制字或计数初值 d A1A0 端口选择信号 2014 06 2014 06 引脚信号 2014 06 用来存放CPU写入8253的方式选择控制字 4 5 38253A控制字及工作方式 2014 06 1 8253的控制命令在8253的初始化编程中 由CPU向8253的控制寄存器输出一个控制字 用来选择计数器 设定工作方式和计数格式 2 8253的设置初值命令控制字写入8253后 设置初值命令 所谓设置初值就是设置计数的初始值 其初始值可以是8位的 也可以是16位 则要用两条输出指令完成计数初值决定 先送低字节 后送高字节 4 5 48253A初始化编程 2014 06 锁存命令是配合CPU读计数器当前值而设置的 在读计数值时 必须先用锁存命令 将当前计数值在输出锁存器中锁定 由CPU读取 8253的锁存命令 注意 当CPU将锁定值用输入指令在读走时 锁存器自动失锁 又跟随减法计数器工作 在锁存和读出计数值的过程中 不影响计数进行 2014 06 8253A有6种工作方式 基本原则 控制字写8253 控制逻辑复位 OUT进入初始态 装入计数初值后 经过一个时钟周期 计数器工作 下降沿计数器减1计数 初值最大值是0 二进制计数 216 BCD计数 104 一般情况下 CLK上升沿 采样门控信号 门控信号触发方式 电平触发方式 边沿触发方式 在每个时钟脉冲的上升沿采样边沿触发器 检测是否被外部门控脉冲触发过 4 5 58253A的工作方式 2014 06 1 计数过程由软件启动 每设置一次初值 只启动一次计数过程 2 写入控制字后 OUT初态为低 在计数过程中一直保持为低电平 当计数器减到0时 OUT立即变成高电平 工作方式0 计数结束中断 2014 06 3 门控GATE为1 正常计数 门控为0 计数暂停 其计数值保持不变 再为1 接着前次继续计数 计数暂停 保持不变 2014 06 立即有效 4 计数中 改变初值立即有效 即重新写入初值时停止计数 当写完初值后 在CLK的下降沿 开始新的计数初值计数 2014 06 门控触发 初态为高 开始计数后输出N个CLK宽度的低电平 1 计数器只能由门控脉冲GATE的上升沿启动 即计数器只能由硬件启动 不能用软件启动 工作方式1 可编程单脉冲发生器 2014 06 2 写入控制字后 OUT初态为高电平 GATE启动后 获得N个CLK的低电平 计数到0 再次由外部触发启动 重新自动赋值计数 2014 06 3 计数输出时 改变计数初值不影响本次计数 只有GATE为高后 才以新的计数初值计数 即计数值是下次有效的 2014 06 1 计数器既可用软件启动 又可用硬件启动 2 写入控制字后 OUT初态为高电平 装入初值后开始计数 软件启动 计数到1 输出1个低电平信号 输出 N 1 个高电平 周期重复 工作方式2 速率发生器 2014 06 3 当OUT为高 若GATE为0 停止计数 直到GATE出现上升沿 计数器重新开始计数输出 硬件启动 2014 06 4 当OUT为高 改变计数初值 对正在进行的计数过程没有影响 改变计数是下次有效的 2014 06 1 与方式2类似 输出信号为方波 周期为N个CLK 若初值N为偶数 输出N 2个CLK高电平 N 2个CLK低电平 若N为奇数 N 1 2个高电平 N 1 2个低电平 N 4 方波 工作方式3 方波发生器 2014 06 N 1 2 低电平 N 5 奇数 N 1 2 高电平 2014 06 2 GATE为0停止计数 GATE上升沿重新启动计数周期 2014 06 3 重新写入初值 本次OUT不受影响 下一周期按新值输出 计数值下次有效 2014 06 1 计数由软件启动 每设置一次初值 只启动一次计数过程 2 写入控制字后 OUT初态为高 计数过程中一直保持为高电平 当计数器减到0时 输出为一个CLK的低电平 接着又为高电平 工作方式4 软件触发方式 2014 06 3 门控GATE为1 正常计数 门控为0 计数停止 再为1 重新从计数初值开始计数 2014 06 4 计数中 改变初值立即有效 即重新写入初值时停止计数 当写完初值后 在CLK的下降沿处 开始以新的计数初值计数 2014 06 门控触发 开始计数后输出1个CLK低电平 1 计数器只能由门控脉冲GATE的上升沿启动 即计数器只能由硬件启动 不能用软件启动 工作方式5 硬件触发方式 2014 06 2 OUT初态为高电平 GATE启动后 减1计数 计数到0 OUT出现一个CLK的负脉冲 又变为高电平 3 在计数中 若GATE为上升沿 则计数器重新触发 即在下一个时钟周期开始计数 2014 06 重装下次有效 4 改变计数初值不影响本次计数 只有在GATE信号后才重新开始以新的计数初值计数 即计数值是下次有效的 2014 06 所谓串行通信就是使数据一位一位的进行传输而实现的通信 串行通信具有传输线少 成本低的优点 适合于远距离传输 速度慢 4 6串行通信及其控制芯片8251A 4 6 1串行通信基础知识 2014 06 按照数据流的方向 串行通信分成三种方式 单工 只能单方向传送信息 如键盘与主机之间 半双工 可以双向传送信息 由于通过同一个通道传送信息 所以同一时刻只能单向传送 全双工 采用两条通道 可以同时发送和接收信息 如计算机之间的通信 1 串行通信数据传输方式 2014 06 2 串行通信的数据格式分类 串行通信的两种基本方式 异步串行通信 异步串行通信协议同步串行通信 同步串行通信协议 异步通信和同步通信必须共同遵守的协定 发送方和接收方必须具有相同的数据传送格式 同步或异步 起始标志 结束标志 校验标志 通信速率等 1 异步通信方式 以字符 字节为单位传送 通信双方需约定协议 格式 速率等 2014 06 a 数据的格式 数据传送时 必须有1位起始位 0 结束有 1 1 5 2个停止位 1 b 校验位奇校验 字符加上校验位有奇数个1 偶校验 字符加上校验位有偶数个1 校验位产生和检查由串行通信控制器内部自动产生 停止位也是由硬件自动产生的 偶数个错误不能检测 2014 06 将许多字符组成一个信息组 称为帧 字符一个接一个地传输 在每帧的开始处加上同步字符 没有信息传输时 填上空字符 同步传输不允许字符与字符之间有间隙 2 同步通信方式 利用同步字 SYN 获得双方的同步信息 数据之间无间隔符 数据流 所以传输速率较高 2014 06 异步串行通信和同步串行通信特点 2014 06 3 串行通信时钟与波特率 1 发送脉冲和接收脉冲发送方要靠发送脉冲 移位脉冲 将数据移出 经TXD引脚 对方 接收方要靠接收脉冲 移位脉冲 将数据接入 经RXD引脚 串口 2014 06 2 检测脉冲接收方需对发送方发来的数据位进行检测 以决定是 0 还是 1 通常检测脉冲是移位脉冲的16和64倍 常选16 检测脉冲的上升沿采样RxD线 每当连续采样RxD线上8个低电平 起始位之半 后 便确认对方发送的是起始位 认为下一位送来的应是数据位 此后 便每隔16个检测脉冲连续采样RxD线三次 按三中取二的原则确定采到的数据位是0还是1 作为输入数据 2014 06 3 波特率 bps 例 数据传送速率为120字符 秒 每帧包括10位数据 则波特率为 120 10 1200位 秒 1200bps常用的异步通信的波特率的值为 150 300 600 1200 2400 4800 9600 14400 28800 衡量数据在线路上传输速率的单位 指每秒钟传输的二进制位数 以位 秒 b s 表示 也称为数据位率 b s 2014 06 4 6 28251A内部结构及引脚功能 可用于同步和异步传送 同步传送 5 8bit 字符 内部或外部同步 可自动插入同步字符 异步传送 5 8bit 字符 时钟频率为通信波特率的1 16或64倍 可产生终止字符 1 1 5或2位停止位 可检查假启动位 自动检测和处理终止字符 波特率 DC 19 2Kb s 异步 DC 64Kb s 同步 全双工 双缓冲发送和接收器 具有奇偶 溢出和帧错误等检测电路 与Intel8080 8085 8086及8088CPU兼容 2014 06 内部总线 2014 06 1 与外设接口 一部分是发送数据 另一部分是接收数据部分 都包含缓冲器和控制电路 脉冲控制下将数据进行串 并转换 2 调制 解调控制电路 用来简化8251A和调制解调器的连接 提供了一组通用的控制信号 使得8251A可以直接和调制解调器连接 2014 06 1 数据总线缓冲器 三态双向8位缓冲器 它使8251A与系统数据总线相连接 3 与CPU接口 2 读 写控制逻辑电路 用来配合数据总线缓冲器工作 2014 06 2014 06 2014 06 2014 06 5 发送器有关信号 TXD 发送数据 CPU送往8251A的并行数据被转变为串行数据后 通过TXD送往外TXRDY 发送器准备好信号 高电平有效 有效时表示发送缓冲器空 CPU可以向芯片送入新数据 若为中断方式 则作为中断请求信号 若为查询方式 可作联络信号 TXE 发送器空信号 高电平有效 用来表示此时8251A发送器中没有要发送的字符 当CPU送入一个字符时被复位 TxC 发送时钟 控制8251A发送字符的速度 异步时 为数据速率的1 16或64倍 同步时与数据速率相同 2014 06 4 接收器有关信号 RXD 接收外设送来的串行数据 数据进入8251A后被转变为并行数据送到数据总线缓冲器 RXRDY 接收器准备好信号 高电平有效 表示已从外设接收到一个字符 正等待CPU取走 中断方式时 作为中断请求信号 查询方式时 用来作为联络信号 SYNDET 同步和终止信号 工作在同步方式时用做同步检测端 检测到同步字符 则SYNDET便变为高电平 异步时用做终止检测输出 RxC 接收时钟 控制8251A接收字符的速度 时钟速率规定与TxC相同 一般将TxC和RxC连在一起 用同一时钟源 2014 06 8251A编程命令 方式控制字 指定通信方式 数据格式 命令控制字 指定某种操作 如发送 接收 或处于某种状态 如DTR 以便发送 接收数据 状态字 确定8251当前内部状态 4 6 38251A控制字及工作方式 1 方式控制字 确定8251A的工作方式 校验方式 波特率和数据位数等 2014 06 工作方式及波特率选择 2014 06 TxEN TransmitEnable 发送允许 D0 1 允许进行并 串转换并发送 D0 0禁止发送 DTR DataTerminalReady 数据终端就绪 D1 1 置 DTR引脚有效0电平 D1 0 置 DTR无效 RxE ReceiveEnable