第六章 可编程并行接口ppt课件

主要内容输入输出概述可编程并行接口8255可编程定时/计数器8253,第六章可编程并行接口,6.1.1输入/输出与输入/输出接口输入/输出是指微处理器与外部设备之间的信息交换。外设的特点（1）品种多（2）工作速度慢且分布范围广（3）信号类型与信号电平种类多（4）传输的信息结构格式复杂,6.1输入输出概述,1I/O接口的功能（1）数据缓冲和锁存（2）提供联络信息（3）信号与信息格式的转换（4）设备选择（5）中断管理（6）可编程功能（7）具备时序控制,6.1.2I/O接口的基本功能与基本结构,2I/O接口的基本结构I/O接口有两个接口面，一个I/O接口可能包含多个I/O端口，每个I/O端口需要一个地址。,1.常用的两种寻址方法：（1）和存储器统一编址方式，也称存储器映像方式；（2）和存储器分开，单独编址，也称I/O映像方式。,6.1.3I/O端口的编址方式,I/O端口与存储器统一编址方式把I/O端口地址看作是整个存储器空间的一部分，每个I/O端口看成是一个存储器单元，CPU可利用访问存储器的指令来访问I/O端口，不需要设置专门的I/O指令。,优点：（1）指令功能比较齐全。（2）CPU的I/O控制逻辑比较简单，对应CPU的引脚数目相对较少。缺点：（1）用户的存储器地址空间相对减少。（2）指令的长度通常比单独I/O指令要长，因而指令的执行时间也较长。,I/O端口单独编址方式将I/O端口地址和存储器地址分开，单独编址，各自形成完整的地址空间，两者可以使用相同的地址编号，CPU使用专门的I/O指令来访问I/O端口。,优点（1）I/O端口不占用存储器地址，因此不减少用户的存储器地址空间；（2）单独I/O指令的地址码较短。缺点（1）单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行输入输出操作，不能直接进行移位、比较等其它操作。（2）I/O操作时序及I/O控制信号线，增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。,2输入输出数据传送方式CPU与I/O设备之间进行信息交换需要：（1）数据信号（2）状态信号（3）控制信号,在微型计算机中，主机与外设之间的数据传送方式有四种：1无条件传送方式无条件传送方式又称同步传送方式。它是假设外设已经准备就绪，CPU直接利用数据传送指令（与存储器统一编址），或输入指令（IN指令）、输出指令（OUT指令）与外设传送数据。,2程序查询传送方式程序查询方式也称条件传送方式。CPU通过程序查询不断地读取并测试外设接口的状态，当输入设备处于准备就绪，或者输出设备处于空闲状态时，才执行I/O指令完成相应的数据传送操作。,3中断控制方式当采用中断传送方式时，CPU在执行每一条指令的末尾处，硬件自动检查是否有外设发出中断请求。与程序查询方式相比，中断控制方式的数据传送大大提高了CPU的工作效率，而且外设具有申请服务的主动权。,4DMA方式直接存储器存取（DMA）方式是外设与内存之间直接进行交换数据的方式。DMA方式不需要CPU干预，也不需要软件介入，而是由专用的硬件来完成这种高速的数据传送。,18255A的内部结构,6.2可编程并行接口8255,2.外部引脚,Pinouts40脚双列直插封装,（1）电源、地线：+5V输入端VCC，地线GND；（2）与外设相连：PA7PA0，端口A引脚；PB7PB0，端口B引脚；PC7PC0，端口C引脚；（3）与CPU相连,RESET：复位信号，高电平有效。当RESET信号有效时，所有内部寄存器都被清零。同时3个数据端口被自动设置为输入口。D7D0：双向数据线CS：片选信号，低电平有效。RD：读信号，低电平有效。WR：写信号，低电平有效。A1、A0：端口选择信号。规定A1A0为00，01，10，11时，分别选中端口A、端口B、端口C和控制端口。,38255A的工作方式与控制字（1）8255A的工作方式a方式0方式0也叫做基本输入/输出方式。规定3个端口中的每一个都可以用作简单的输入或输出口；A、B口分别看成一个8位口，C口可看成两个4位口，或1个8位口。,b方式1方式1也叫做选通的输入/输出方式。方式1输入,方式1（端口A）,方式1（端口B）,图方式1下A、B口均为输入时的信号定义,STB：选通输入信号，低电平有效。它是由外设送给8255A的输入信号，当其有效时，8255A接收外设送来的一个8位数据。IBF（InputBufferFull）：“输入缓冲器满”信号，高电平有效。IBF信号是由STB使其置位（变为高电平），而由读信号RD的上升沿使其复位（变为低电平）。INTR（InterruptRequest）：中断请求信号，高电平有效。,以端口A为例，在允许中断情况下，对方式1输入的工作过程归结如下：CPU通过执行OUT指令送“方式选择控制字”到8255A，设定端口A为“方式1输入”工作方式。接着使PC4=1，于是INTEA=1，允许端口A处于中断状态。当外设的选通信号STB有效时，来自外设的数据装入8255A输入缓冲器后，IBFA=1。,在INTEA=1及IBFA=1且STB=1时，INTRA由0变1，端口A向CPU发出中断请求信号。CPU响应中断，进入中断服务程序，通过执行IN指令对端口A进行读操作，将端口A中的数据读入CPU。并由RD的下降沿使INTRA=0，撤销中断请求，由RD的上升沿使IBFA=0，接着8255A的A口又可以接收外设送来的新数据。,方式1输出,OBF（OutputBufferFull）：“输出缓冲器满”信号，低电平有效。ACK（Acknowledge）：外设响应信号，低电平有效。当其有效时，表明CPU通过8255A输出的数据已经由外设取走。它是对OBF信号的回答。INTR（InterruptRequest）：中断请求信号，高电平有效。INTR是当ACK、OBF、INTE都为“1”时才被置成高电平，由WR的上升沿使其变为低电平。,以端口A为例，在允许中断情况下对方式1输出的工作过程归纳如下：CPU通过输出指令送方式选择控制字到8255A，设定端口A的工作方式为“方式1输出”。接着使PC6=1，于是INTEA=1，端口A处于中断允许状态。此时OBFA=1，ACKA也为1。在此种条件下之下，INTRA端输出由低变高，端口A向CPU发出中断请求信号。,CPU响应端口A的中断请求，执行OUT指令将数据写入端口A。在写信号的上升沿作用下，INTR信号变成低电平，同时OBFA=0，表明CPU已经把数据送至指定端口，外设可以把数据输出。外设取走数据后，发出应答信号ACKA=0。在ACKA有效信号结束后，一方面使OBFA=1，又一方面使INTRA输出端由低变高，端口A再次向CPU发出中断请求，要求输出新的数据，从而又开始一次新的数据输出过程。,c方式2方式2也叫双向传输方式，只有端口A才能工作于方式2。,（2）方式控制字及状态字8255A的控制字由8位二进制数构成。,状态字状态字为查询方式提供了状态标志位，通过读取端口C口的内容，可以检查A口和B口的状态。,（3）8255A的初始化在使用8255A芯片时，首先要对它进行初始化，设定端口的工作方式和输入输出。通过软件由CPU向8255A控制寄存器写入方式选择控制字，再对C口按置位/复位写入控制字，这个设置过程就称为“初始化”。MOVDX，控制端口地址MOVAL，控制字OUTDX，AL,1.Intel8255A的寻址及连接,8255的应用举例,例：用8255A作为主机连接打印机接口，如图所示。假设8255A的端口A地址：D0H；端口B地址：D1H；端口C地址：D2H；控制口寄存器地址：D3H。编写程序段，实现N个字符的输出打印。,2.8255的应用举例,例：8255A与开关K1、K2，发光二极管L1、L2的连接如图所示。编写程序段要求当K1K2闭合时L1L2点亮，K1K2断开时L1L2熄灭；假设8255A的A口地址为FFF8H，B口为FFF9H，C口为FFFAH，控制口地址为FFFBH。,6.3.18253的主要功能（1）具有三个独立的16位计数通道（2）每个计数器都可按二进制或BCD码计数（3）每个计数器的计数速率最高可达2MHZ（4）每个计数器有6种工作方式，均可由程序设置和改变（5）全部输入输出与TTL电平兼容,6.3可编程定时/计数器8253,6.3.28253的主要特性和方式控制字1内部结构,6.3可编程定时/计数器8253,数据总线缓冲器,控制字寄存器,读/写控制逻辑,计数器1,计数器0,计数器2,D7D0,内部总线,RD,WR,A0,A1,CS,CLK0,GATE0,OUT0,CLK1,GATE1,OUT1,2.引脚功能,38253控制字格式,38253方式控制字,00：计数器001：计数器110：计数器211：非法,00：计数值锁存01：只读/写低字节高字节清零10：只读/写高字节低字节清零11：先读/写低字节后读/写高字节,000：方式0001：方式1X10：方式2X11：方式3100：方式4101：方式5,0：二进制数1：BCD数,图8253方式控制字,8253内部寄存器寻址,计数初值可以是两字节，也可以是单字节，但在8253内部全部当作两字节数，缺省的字节自动补0。用二进制数表示时，计数初值的范围为00010000（FFFFH1）用BCD数表示时，计数初值的范围为00010000（99991）fclk=Kfout,4计数器初始值,18253工作方式（1）方式0计数结束时中断（不自动重复的计数方式）,6.3.3工作方式与应用举例,对正在做计数的计数器装入新初值，则计数器从新装入的计数值开始。在计数过程中，若GATE0则暂停计数，待GATE1后，从暂停时的计数值继续往下递减。,6.3.3工作方式与应用举例,GATE信号出现正跳变时OUT端变低，直至计数器减到零后变高；计数过程启动后，GATE无效不影响正常计数。计数结束后，若GATE再出现正跳变，计数过程又重复一次。,(2)方式1:可编程单脉冲(硬件启动,自动重复),在计数过程中需要GATE信号保持高电平，若GATE0，则计数中止。在GATE再变高后，计数器又被置入初值重新计数。当在计数过程中写入新的初值，不影响当前计数过程,(3)方式2:频率发生器(自动重复计数）,GATE变高后，才启动计数过程;在计数过程中，应始终使GATE1。若GATE0，不仅中止计数，而且OUT端马上变高。待恢复GATE1时，产生硬件启动，计数器又从头开始计数。,（4）方式3:方波发生器(自动重复计数),在计数期间，装入新的计数值，则在当前计数结束后重新开始新的计数。计数过程应保持GATE1,若GATE0，则中止计数，待恢复GATE1后，继续原来的计数过程直至结束。,(5)方式4:软件触发选通（不自动重复),GATE的上升沿启动计数器，计数结束时，输出宽度等于一个时钟