微机原理与接口技术第7章可编程接口芯片及应用

微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 第 7章 可编程接口芯片及应用 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 主要内容 计数器 8253 251 255 a、 a/微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 概述 微机与外设交换信息 , 都必须通过接口电路来实现。随着大规模集成电路技术的发展，现已生产了各种各样通用的可编程接口芯片，不同系列的微处理器都有其标准化、系列化的接口芯片可供选用。因此，学会典型通用接口芯片的工作原理和使用方法，是掌握微机接口技术的重要基础。本章主要介绍 255a、 8250、 8253、8259 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 计数器 8253 253的结构 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 253的结构 一、定时技术 1）软件产生定时 利用 软件编程时循环执行一段指令，从而产生累积的定时， 2）硬件产生定时 利用硬件计数器构成，计数脉冲触发硬件计数器计数，如果计数脉冲的周期固定，则计数同时产生定时 。 3）软硬件结合 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 二、 8253内部结构 图 78253内部结构 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、数据总线缓冲器 8253与 由 8位双向三态缓冲存储器构成，是 253之间交换信息的必经之路。 2、 读 /写控制逻辑 读写控制分别连接系统的 接收 控制信号， 并完成对芯片内部各功能部件的控制功能， 因此， 它实际上是 8253芯片内部的控制器。 在 8253初始化编程时，由 决定计数器的工作方式。此寄存器只能写入，不能读出。 4、计数通道 0#、 1#、 2#: 8253有 3个独立的，结构相同的计数器 /定时通道，每一个通道饱含一个 16位的计数寄存器，用以存放计数初始值，一个 16位的减法计数器和一个 16位的锁存器 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 三、 8253外部引脚 数据总线 0： 片选线 读信号 写信号 地址线 计数时钟信号 计数器门控选信号 计数器输出信号 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 （ 1）数据总线 态输入 /输出线。用于将 8253与系统数据总线相连，是 8253与 253进行读写数据、传送命令和状态信息。 （ 2）片选线 输入信号，低电平有效。当为低电平时， 253，可以向 8253进行读 /写；当为高电平时， 253。由 （ 3）读信号 入引脚，低电平有效。由 于对 8253进行读操作。 （ 4）写信号 入引脚，低电平有效。由 于对 8253进行写操作。 （ 5）地址线 两根线接到系统地址总线的 8253被选中时， 253内部寄存器，以便对其进行读写操作。具体的控制关系如表 7 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 当 8253被选中时， 253内部寄存器，以便对其进行读写操作。 0 寄存器的选择和操作 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 x x 0 1 0 1 0 1 0 1 x x 写入计数器 #0 写入计数器 #1 写入计数器 #2 写入控制寄存器 读入计数器 #0 读入计数器 #1 读入计数器 #2 无操作（三态） 禁止（三态） 无操作（三态） 清华大学出版社 2013年 4月 24日 一、 8253的控制字 读 / 写指 示S 0R 0 B C 二 进 制 1 1 模 式 31 0 0 模 式 41 0 1 模 式 5 1 0 模 式 2计 数 值格 式0 0 0 模 式 00 0 1 模 式 2模 式 选 择1 0 只 读 / 写 计 数 器 高 字 节1 1 读 / 写 计 数 器 1 6 位 数0 0 计 数 器 锁 存0 1 只 读 / 写 计 数 器 低 字 节计 数制 计 数1 0 计 数 器 20 0 计 数 器 00 1 计 数 器 1计 数 器选 择1 1 非 法 操 作微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 二 8253的初始化编程 要使用 8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入 8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。 初始化编程包括如下步骤： (1) 写入通道控制字，规定通道的工作方式 (2) 写入计数值，若规定只写低 8位，则高 8位自动置 0，若规定只写高 8位，则低 8位自动置 0。若为 16位计数值则分两次写入，先写低 8位，后写高 8位。 于确定计数数制，“ 0”，二进制； “ 1”， 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 【 例 设 8253的端口地址为： 04H0使计数器 1工作在方式 0，仅用 8位二进制计数，计数值为 128，进行初始化编程。 控制字为： 01010000B=50H 初始化程序： 50H 0 80H 06H， 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 【 例 读取 8253通道中的计数值 分析： 8253可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是 16位的，而读取的瞬时值，要分两次读取，所以在读取计数值之前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，然后分两次读入，先读低字节，后读高字节。 当控制字中， 0时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取完成之后，自动解锁。 如要读通道 1的 16位计数器，编程如下：地址 40H； 0锁存计数值 0 八位 0 八位 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 三、 8253的工作方式 方式 0 计数结束产生中断 方式 1 可重触发的单稳触发器 方式 2 分频器 方式 3 方波发生器 方式 4 软件触发选通 方式 5 硬件触发选通 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 式 0 计数结束产生中断 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 计数器只计一遍，当计数到 0时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值， 始新的计数； 计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为 N，则输出 1个脉冲后才能变高； 在计数过程中，可由 0时，暂停计数；当 1时，继续计数； 在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的，分成两种情况：若是 8位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是 16位计数，则在写入第一个字节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。 主要特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 方式 1 可重触发的单稳触发器 所谓的单稳是指这样的电路，它有两种状态，但只能稳定在一种状态，在一定的外界作用下，它能从这一种状态进入到另一种状态，但经过一定的时间后，又自动恢复到原来的状态。这个时间参数一般是由外加电阻、电容的值决定的， 8253的方式 1就是模拟单稳电路，其处于非稳态的时间可通过程序进行设置。 一旦 8253的某计数器被设置成方式 1后，其 入初始值后，仍保持高电平，等待门控上升沿的到来。门控为高电平后的第一个 始值又被重新装入一次，并开始计数，每来一个计数脉冲，计数器的值减 1。当减到 0时 后门控的上升沿可再次启动此过程。如图 7 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 输出 输出受门控信号 三种情况： 计数到 0后，再来 重新开始计数， 在计数过程中来 从下一 改变计数值后，只有当 按新值计数，否则原计数过程不受影响，仍继续进行，即新值的改变是从下一个 计数值是多次有效的，每来一个 自动装入计数值开始从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。 方式 1特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 方式 2 分频 脉冲发生器 方式 2用来对输入脉冲 (即计数脉冲 分频 (，在输出信号周期中低电平的时间为一个 设置此方式后， 入初值后便自动开始计数，减到 1时 经过一个 计数器又自动装入初值，重新开始计数。如此循环下去。如图 7的示意图。在上述过程中 若 使输出为高电平。在 数器将重新装入预置的初值，并开始计数。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 通道可以连续工作； 复为高后重新从初值；（注意：该方式与方式 0不同，方式 0是继续计数） 重新设置新的计数值即在计数过程中改变计数值，则新的计数值是下次有效的，同方式 1。从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。 方式 2特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 方式 3 方波 发生器 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 通道可以连续工作； 关于计数值的奇偶，若为偶数，则输出标准方波，高低电平各为 N/2个；若为奇数，则在装入计数值后的下一个 后减 1计数，（ N 1） /2， 减至 0， 新装入计数值循环此过程，因此，在这种情况下，输出有（ N 1） /2个 N 1）/2个 0时，停止计数，当 数器重新装入初值开始计数，尤其是当 0时，若 立即变高，其它动作同上； 在计数期间改变计数值不影响现行的计数过程，一般情况下，新的计数值是在现行半周结束后才装入计数器。但若中间遇到有 在此脉冲后即装入新值开始计数。 方式 3特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 方式 4 软件触发选通 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 当计数值为 间隔 N 1个 数一次有效）； 0时，禁止计数， 1时，恢复继续计数； 在计数过程中重新装入新的计数值，则该值是立即有效的（若为 16位计数值，则装入第一个字节时停止计数，装入第二个字节后开始按新值计数）。 方式 4特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 方式 5 硬件触发选通 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 在这种方式下，若设置的计数值是 N，则在 过（ N 1）个 若在计数过程中又来一个 重新装入初值开始计数，输出不变，即计数值多次有效； 若在计数过程中修改计数值，则该计数值在下一个 方式 5特点： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 (1) 方式 2、 4、 5的输出波形是相同的，都是宽度为一个 方式 2连续工作，方式 4由软件触发启动，方式 5由硬件触发启动。 (2) 方式 5与方式 1工作过程相同，但输出波形不同，方式 1输出的是宽度为 数过程中输出为低），而方式 5输出的为宽度为一个 数过程中输出为高）。 (3) 输出端 式 0在写入方式字后输出为低，其余方式，写入控制字后，输出均变未能高。 (4) 任一种方式，均是在写入计数初值之后，才能开始计数，方式 0、 2、 3、 4都是在写入计数初值之后，开始计数的，而方式 1和方式 5需要外部触发启动，才开始计数。 6种方式特点的总结： 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 (5) 6种工作方式中，只有方式 2和方式 3是连续计数，其它方式都是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式 0、 4由软件启动，方式 1、 5由硬件启动。 (6) 门控信号的作用；通过门控信号 以干预 8253某一通道的计数过程，在不同的工作方式下，门控信号起作用的方式也不一样，其中 0、 2、 3、 4是电平起作用， 1、 2、 3、5是上升沿起作用，方式 2、 3对电平上升沿都可以起作用。 (7) 在计数过程中改变计数值，它们的作用有所不同。 (8) 计数到 0后计数器的状态，方式 0、 1、 4、 5继续倒计数，变为 ，而方式 2、 3、，则自动装入计数初值继续计数。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、 8253与 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、编程举例 【 例 086，用 8253的 道 0），每隔 2 成软件设计。 分析： 时间常数的计算：已知时钟频率 t，求计数初值 N： 设用方式 2，时间常数：控制字： 00110100 二进制 端口地址： 00H ；控制端口 06H 初始化编程： 34H ； 00110100B 06H， 4000 00H， ；先送低八位 02H 00H， ；再送高八位 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 251微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1通信及其协议 (1)异步串行通信及其规程 (2)同步串行通信及其规程 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、数据传送方式 (1)单工方式 (2)半双工方式 (3)全双工方式 单工方式 双工方式 全双工方式 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、信号传输方式 (1)基带传输方式 在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波 (2)频带传输方式 采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号 (载波 )上加以传输。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000母 荐标准 )， 232是识别代号， 前更广泛的应用于计算机与终端或外设之间的近端连接。 见的有 图 7 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 5根连线。只有以下 9个信号经常使用 . 2脚）：发送数据线，输出。发送数据到 3脚）：接收数据线，输入。接收数据到计算机或终端。 （第 4脚）：请求发送，输出。计算机通过此引脚通知 求发送数据。 （第 5脚）：允许发送，输入。发出作为对的回答，计算机才可以进行发送数据。 （第 6脚）：数据装置就绪 (即 ，输入。表示调制解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。 8脚）：载波检测 (接收线信号测定器 )，输入。表示 22脚）：振铃指示，输入。 发出该信号来通知计算机或终端。 （第 20脚）：数据终端就绪，输出。计算机收到 发出信号到 控制它的转换设备，建立通信链路。 7脚）：地 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2 美国电子工业协会在 1987年提出了 标准的主要优点是在接收端采用了差分输入。 3 分输入的接收器 4 适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的， 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 251a 1）主要工作方式 2）同步方式下的格式 3）异步方式下的格式 5）提供出错检测 4）全双工的工作方式 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、 8251数据总线缓冲器 N D E S E 写控制逻辑调制 / 解调控制C L P T 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、数据缓冲器 3个 8位的缓冲寄存器：两个寄存器分别用来存放 251个寄存器用来存放 251 2、发送器 发送器由发送缓冲器和发送控制电路两部分组成。可以采用异步方式和同步方式。 3、接收器 接收器由接收缓冲器和接收控制电路两部分组成。接收移位寄存器从 4、读 /写控制电路 用来配合数据总线缓冲器的工作。 5、调制解调电路 当使用 82518251据接收端收到的是经过调制解调器转换过来的数字信号 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 8251微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1） 8251 （ 1）片选信号 （ 2）数据信号 （ 3）读 /写控制信号 （ 4）收发联络信号 2） 8251 （ 1） 收发联络信号 （ 2）数据信号 （ 3）时钟、电源和地 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、 8251 8251此在使用前必须进行初始化，以确定它的工作方式、传输速率、字符格式以及停止位的长度等。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 一、可使用的编程控制字 1、方式控制字 E N 同步方式01 ： 异步方式 （ 1 ）10 ： 异步方式 （ 16 ）11 ： 异步方式 （ 64 ）00 ： 无效01 ： 1 位停止位10 ： 1 . 5 位停止位11 ： 2 位停止位异步同步 0 ： 内同步 1 ： 外同步0 ； 2 个同步字符1 ： 1 个同步字符00 ： 数据位长度为 5 位01 ： 数据位长度为 6 位10 ： 数据位长度为 7 位11 ： 数据位长度为 8 位 0 ： 无奇偶校验位01 ： 奇校验11 ： 偶校验微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、操作命令控制字 E H I R R T S E R S B R K T R 1 ： 允 许 发 送1 ： 允 许 接 收1 ： 清 除 错 误 标 志1 ： 请 求 发 送1 ： 内 部 复 位1 ： 进 入 搜 索 方 式1 ： 数 据 终 端 准 备 好1 ： 发 缺 断 字 符0 ： 正 常 工 作微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、状态字 1 ： 发送器准备好1 ： 接收器准备好1 ： 发送器空1 ： 产生了奇偶错1 ： 产生了溢出错1 ： 产生了 帧 校验错1 ： 已达到同步0 ： 未达到同步S Y N D E K D E 接收到断缺字符0 ： 正常工作1 : 数据装置准备好D S N D E T /B R K D E E P T Y Y 清华大学出版社 2013年 4月 24日 二、 8251微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1异步模式下的初始化程序举例 设 8251特率系数 (因子 )为 16， 7个数据位 /字符，偶校验， 2个停止位，发送、接收允许，设端口地址为 000成初始化程序。 分析 ： 根据题目要求，可以确定模式字为： 11111010B 即控制字为： 00110111B 即 37H 则初始化程序如下： 0 ； 送模式字 00 ； 异步方式， 7位 /字符，偶校验， 2个停止位 37H ； 设置控制字，使发送、接收允许，清出错标志， ； 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2同步模式下初始化程序举例 设端口地址为 52H，采用内同步方式， 2个同步字符（设同步字符为16H），偶校验， 7位数据位 /字符。 分析： 根据题目要求，可以确定模式字为： 00111000B 即 38H，而控制字为： 10010111B 即 97H。它使 8251时使状态寄存器中的 3个出错标志复位；此外，使 8251收器也启动；控制字还通知 8251A， 具体程序段如下： 38H ；设置模式字，同步模式，用 2个同步字符， 52H， ； 7个数据位，偶校验 16H 52H， ；送同步字符 16H 0 52H， 97H ；设置控制字，使发送器和接收器启动 52H， 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3两台微型计算机通过 8251 80882 # 8251 251 088C T 232 232 090I O 0 0机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 分析： 设系统采用查询方式控制传输过程，异步传送。 初始化程序由两部分组成： 是将一方定义为发送器。发送端 向 8251 是将对方定义为接收器。接收端 从 8251直进行到全部数据传送完毕为止。 发送端初始化程序与发送控制程序如下所示： 8251 7 ；将 8258位数据， 1位停止位 11H ；偶校验，取波特率系数为 64，允许发送。 送数据块首地址 ；设置地址指针 送数据块字节数 ；设置计数器初值 8251 01H ；查询 ；无效则等待 8251 ；向 8251 ；修改地址指针 ；未传输完，则继续下一个 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 接收端初始化程序和接收控制程序如下所示： 8251 7 ；初始化 8251A，异步方式， 8位数据 14H ； 1位停止位，偶校验，波特率系数 64，允许接收。 收数据块首地址 ；设置地址指针 收数据块字节数 ；设置计数器初值 8251 1 ；查询 1 ；无效则等待 1 1 ；有效时，进一步查询是否有奇偶校验错。 ；有错时，转出错处理 8251 ；无错时，输入一个字节到接收数据块。 ；修改地址指针 ；未传输完，则继续下一个 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 255 ，又称 “ 可编程外设接口芯片 ” ，是为 085系列微处理据设计的，也可用于其它系列的微机系统。可由程序来改变其功能，通用性强、使用灵活。通过 8255A， 应用最广的并行 I/ 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、并行接口从最简单的一个并行数据寄存器或专用接口集成电路芯片如 8255、 6820等，一直至较复杂的 类有数十种。 2、按照电路的结构不同，并行接口还有有全硬件并行接口和不可编程并行接口之分。全硬件接口是指接口的工作方式及功能完全由硬件连线决定的，是固定不变的。可编程接口是指接口的工作方式及功能可以通过软件编程的方法加以改变。可编程接口具有功能完备、灵活性强、使用方便等特点。 3、根据并行接口的扩展情况，并行接口还可分为三大类，：一是标准并行接口， 二是增强型并行接口， 三是扩展型并行端口。 4、简单的并行接口分 0线握手并行接口、 1线握手并行接口和 2线握手并行接口等多种。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 255微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1三个数据端口 A， B， C 2 组的控制电路 3数据总线缓冲器 4读 /写控制逻辑 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 （ 1）方式选择控制字 方式选择控制字格式6 4 2 0下 C 口 I/输入0= 输出B 口 I/输入0= 输出B 组方式0= 方式 0 1= 方式 1上 C 口 I/输入0= 输出特征位 A 组方式 : 00= 方式 0 01= 方式 1 1 x= 方式 2A 口 I/输入0= 输出方式选择控制字格式方式选择控制字格式下 口输入输出下 口输入输出输入输出口输入输出口输入输出输入输出方式方式方式方式方式方式上 口输入输出上 口输入输出输入输出特征位特征位组方式方式方式方式组方式方式方式方式口输入输出口输入输出