微机原理第7章 常用数字接口电路

1、1第第7 7章章 常用数字接口电路常用数字接口电路2教学目的及要求教学目的及要求n了解了解并行通信与串行通信的主要特点并行通信与串行通信的主要特点n掌握掌握两种可编程并行接口芯片的应用两种可编程并行接口芯片的应用3并行通信与串行通信并行通信与串行通信41. 并行通信（1）n两个设备之间有多个数据位同时传输两个设备之间有多个数据位同时传输n以字节或字以字节或字校校验验 接接收收方方发发送送方方5并行通信（2）n并行方式主要用于近距离通信。并行方式主要用于近距离通信。n如计算机内的总线结构如计算机内的总线结构n特点：特点：n传输速度快，处理简单；传输速度快，处理简单；n适合近距离传送；适合近距离传

2、送；n所传送信息所传送信息无固定格式要求无固定格式要求。62. 串行通信（1）n数据一位一位通过同一通信线进行传输。数据一位一位通过同一通信线进行传输。n先由发送设备将几位并行数据经并先由发送设备将几位并行数据经并-串转换硬件转串转换硬件转换成串行方式，再逐位传输到接收设备，并在接收换成串行方式，再逐位传输到接收设备，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式。端将数据从串行方式重新转换成并行方式。 接接收收方方发发送送方方7651021765430 7串行通信（2）几个概念几个概念n数据传送方式数据传送方式n双工，半双工，单工双工，半双工，单工n通信方式通信方式n同步通信同步通信n通信时，

3、发送方和接收方的时钟频率和相位保持一致。每通信时，发送方和接收方的时钟频率和相位保持一致。每两个字符间的时间间隔固定。两个字符间的时间间隔固定。n异步通信异步通信n每两个字符间的时间间隔不固定。每两个字符间的时间间隔不固定。n数据校验数据校验异步通信方式简单，成本低，但效率较同步方式低异步通信方式简单，成本低，但效率较同步方式低8可编程定时器82539掌握:n引线功能及计数启动方法引线功能及计数启动方法n6种工作方式及其输出波形种工作方式及其输出波形n应用应用:n芯片与系统的连接芯片与系统的连接n芯片的初始化编程芯片的初始化编程108253芯片特点n可编程的逻辑器件；可编程的逻辑器件；n非通道

4、型的接口，具有特定功能；非通道型的接口，具有特定功能；n可实现计数和定时；可实现计数和定时；n工作方式：工作方式：n减法计数减法计数n计数值减为计数值减为0时输出相应控制信号时输出相应控制信号n输出控制信号的形式可通过软件设置输出控制信号的形式可通过软件设置111. 外部引线及内部结构n连接系统端的主要引线：连接系统端的主要引线：nD0-D7nCSnRDnWRnA0，A1 n连接外设端的主要引线：连接外设端的主要引线：nCLK - 时钟脉冲输入时钟脉冲输入nGATE - 门控信号输入门控信号输入nOUT - 定时输出定时输出 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

5、器读写控制逻辑RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT213结构特点n每个计数器含每个计数器含n控制寄存器控制寄存器1616位初值寄存器位初值寄存器1616位计数寄存器位计数寄存器存放控制命令字存放控制命令字n内部内部3个计数器均为减法计数器个计数器均为减法计数器n根据计数脉冲的频率及需要定时的时间长度确定计数初值根据计数脉冲的频率及需要定时的时间长度确定计数初值相同端口地址相同端口地址存放计数初值存放计数初值计数初值计数初值14外部引线及内部结构n三个可独立工作的三个可独立工作的16位定时位定时/计数器，一个控计数器，一个控制寄存器。共

6、占用制寄存器。共占用4个端口地址，个端口地址，4个端口的个端口的地址编码：地址编码： A1 A0 0 0 CNT0 0 1 CNT1 1 0 CNT2 1 1 控制寄存器控制寄存器引线引线nD0 D7数据线数据线nA0 A1地址线地址线nCS*片选信号片选信号nRD*读信号读信号nWR*写信号写信号CS* A1 A0I/O地址地址读操作读操作RD*写操作写操作WR*0 0 00 0 10 1 00 1 140H41H42H43H读计数器读计数器0读计数器读计数器1读计数器读计数器2无操作无操作写计数器写计数器0写计数器写计数器1写计数器写计数器2写控制字写控制字172. 计数启动方式n软件启动

7、软件启动n硬件启动硬件启动写入初值后启动写入初值后启动GATE端有一个上升沿端有一个上升沿由由GATE端信号的形式决定端信号的形式决定1、方式0计数结束中断GATE端为高电平端为高电平置入计数初值的第置入计数初值的第2个个CLK脉冲的下降沿计数脉冲的下降沿计数特点：软件启动、不自动重复计数特点：软件启动、不自动重复计数 软件启动软件启动1、方式0：计数结束中断GATEOUTCLK 031244方式方式0WR设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值计计数数值值送送入入计计数数器器计计数数过过程程计计数数结结束束3).当计数执行单元的值减到0时，输出端OUT变成高电平，并一直保持高电平，直

8、到写入新的计数值或重新设置新的工作方式为止。 1). 8253A工作在方式0时，当控制字写入控制字寄存器之后，输出端OUT立即变成低电平。2). 当CPU写入计数初值后的第一个时钟脉冲CLK下降沿出现时，计数初值寄存器CR的值被送到计数执行单元CE中。随后的每一个时钟脉冲CLK下降沿都使计数执行单元CE的内容减1。门控信号的影响门控信号的影响 对方式0来说，门控信号GATE为高电平时，允许计数；门控信号GATE为低电平时，禁止计数。GATE的变化不影响OUT的电平。因此，在计数过程中，如果有一段时间GATE变成了低电平，后来又恢复为高电平，那么，输出端OUT的低电平持续时间会因此而延长相应的时

9、间。新的计数初值对计数过程的影响新的计数初值对计数过程的影响 方式0是写一次计数值，计一遍数，计数器不会自动恢复初值重新开始计数，而且在计数过程中改变计数值，则在输入新值后的下一个时钟下降沿按新的计数初值计数。2、方式1：可编程单稳脉冲设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值硬硬件件启启动动计计数数值值送送入入计计数数器器计计数数过过程程计计数数结结束束GATEOUTCLK 031244方式方式1WR 当把方式1的控制字写入控制字寄存器时，输出端OUT立即变成高电平，再将计数初值写入初值寄存器CR，并经过一个时钟周期，计数初值被送入计数执行单元CE，此后，门控脉冲上升沿到来时，触发82

10、53内部的边沿触发器，下一个时钟脉冲下降沿到来时，输出端OUT变成低电平，作为单脉冲的开始，直到计数执行单元CE的值减到0时，输出端OUT才变为高电平，于是单脉冲结束。 门控信号的影响门控信号的影响第一，在计数结束后，若再来一个GATE信号上升沿，则在下一个时钟周期的下降沿又从初值开始计数，而不需要重新写入初值。即门控信号可重新触发计数。第二，在计数过程中，若再来一个门控信号上升沿，也在下一个时钟周期的下降沿从初值起重新计数，即终止原来的计数过程，开始新的一轮计数，但输出端保持低电平不变，直到计数执行单元减为0 时，输出端OUT才变化成高电平。这样，使输出的单脉冲的脉冲宽度加宽 新的计数初值对

11、计数过程的影响新的计数初值对计数过程的影响如果在计数过程中写入新的计数初值，不会立即影响计数过程。只有在下一个门控信号上升沿到来后的第一个时钟脉冲下降沿作用下，才终止原来的计数过程，而按新值开始计数。若计数结束前没有触发信号，则原计数过程正常结束。即新的计数初值将在下次有效。3、方式2：频率发生器（分频器）03124GATEOUTCLK 4方式方式2031240312403124WR 计数过程计数过程 当把方式2控制字写入寄存器后，输出端OUT立即跳到高电平作为初始状态，当计数初值写入初值寄存器后，在下一个时钟脉冲下降沿，计数初值被移入计数执行单元，然后计数执行单元作减1 计数。当减到当减到1

12、时，输出端变成低电平，并维持一个时钟周期后时，输出端变成低电平，并维持一个时钟周期后又跳回到高电平又跳回到高电平，计数初值寄存器的内容再次装入计数执行单元。计数执行单元继续从初值重新开始计数。即每N个时钟周期的间隔，在输出端OUT上出现一个宽度等于时钟周期时间的负脉冲。门控信号的影响门控信号的影响 在方式2中，GATE信号为低电平时终止计数，GATE信号为高电平允许计数，GATE信号由低变高后的第一个时钟脉冲下降沿重新从初值开始计数。由此可见，GATE一直维持高电平时，计数器作为一个N分频器。GATE端输入的负脉冲可用来使计数器同步，这种同步是通过硬件给出门控信号来实现的，称为硬件同步。新的计

13、数初值对计数过程的影响新的计数初值对计数过程的影响 如果在计数过程中写入新的计数初值，而GATE端一直维持高电平，则新的初值不会立即影响当前的计数过程，但在计数结束后的下一个计数周期将按新的初值计数，这相当于通过写入新的初值使计数器同步，称为软件同步。 若写入新的初值后，遇到门控信号上升沿，则结束现行计数过程，从下一个时钟脉冲下降沿开始按新的初值进行计数。3、方式2：频率发生器（分频器）。 ( (4、方式3：方波发生器03124GATEOUTCLK 4方式方式3031240312403124WR 计数过程计数过程方式3的计数过程分为两种情况：第一种情况：计数初值为偶数，当作减1计数减到N/2时

14、，输出端OUT端变成低电平，减到0时,输出端OUT变成高电平，并重新从初值开始新的计数过程。若GATE为高电平，则一直重复同样的计数过程。可见，输出端OUT输出连续的方波，故称方波发生器。第二种情况：计数初值为奇数。当作减1计数减到（N+1）/2以后，输出端OUT变成低电平，减到0时，输出端OUT又变成高电平。并重新从初值开始新的计数过程。这时输出端的波形为连续的近似方波。门控信号的影响门控信号的影响工作在方式3时，门控信号GATE的功能与工作方式2一样，即GATE 为高电平时，允许计数；GATE为低电平时停止计数。GATE引脚上的信号从低电平跳到高电平时，将会重新把计数初值寄存器CR中的内容

15、移入计数执行单元CE中，并以新装入的值重新开始计数。新的计数初值对计数过程的影响新的计数初值对计数过程的影响如果在计数过程中写入新的初值，而GATE信号一直维持高电平，则新的初值不会影响当前的计数过程，只有在计数结束后的下一个计数周期，才按新的初值计数。若写入新的初值后，遇到门控信号的上升沿，则结束现行的计数过程，从下一个时钟脉冲下降沿开始按新的计数初值进行计数。 ( (5、方式4：软件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式方式4223331 0WR 计数过程计数过程 这种方式和方式0极为相似的。当方式控制字置入后，输出端OUT变成高电平作为初始电平。置入初值后经过一个CLK脉冲开始

16、减1计数，计数到达0值，OUT端输出变为低电平，持续一个CLK脉冲周期后再恢复到高电平，并一直维持高电平。方式4不能自动循环计数。每次启动计数都要靠重新写入计数值，所以称为软件触发， 门控信号的影响门控信号的影响方式4和方式0类似，门控信号都是电平触发。GATE为高电平时，允许计数；GATE为低电平时，禁止计数。GATE的电平不会影响OUT引脚的电平状态，只有计数减为0时，才使输出端OUT产生电平的变化而出现负脉冲。 新的计数初值对计数过程的影响新的计数初值对计数过程的影响方式4和方式0类似，也是写一次计数值，计一遍数，计数器不会自动恢复初值重新开始计数，而且在计数过程中改变计数值，则在写入新

17、值后的下一个时钟脉冲下降沿计数器将按新的初值计数。即新值是立即有效的，所以称软件触发 6、方式5：硬件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式方式52233311 0WR 计数过程计数过程 当把方式5的控制字写入控制字寄存器后，输出端OUT变成高电平作为初始电平，然后将计数初值写入计数初值寄存器CR中。写入计数初值后，并不会立即将计数初值移入计数执行单元CE中，而必须等门控信号GATE上升沿出现之后，才会在下一个时钟脉冲的下降沿到来时将计数初值移入计数执行单元CE中，并开始对随后的时钟脉冲进行计数。计数到达0时，输出端出现一个宽度为一个时钟周期的负脉冲，然后又自动恢复为高电平,并维持不

18、变，直到下一次门控信号GATE由低电平变成高电平的上升沿才再次启动计数器。 各种工作方式的输出波形方式方式 0方式方式 1方式方式 2方式方式 3方式方式 4方式方式 50N0N0N0/N110NN/2N/2 0/N0N01N01N0131工作方式小结n需要两个写脉冲需要两个写脉冲n第第1个写脉冲写入控制字个写脉冲写入控制字n第第2个写脉冲写入计数初值个写脉冲写入计数初值n不同的工作方式，有不同的计数启动方法。不同的工作方式，有不同的计数启动方法。n可根据对输出波形的要求，选择不同的工作方式。可根据对输出波形的要求，选择不同的工作方式。n能输出连续波形的只有方式能输出连续波形的只有方式2和方式

19、和方式3。两条两条OUT指令指令324. 控制字n用于确定各计数器的工作方式用于确定各计数器的工作方式格格 式式335. 8253的应用n与系统的连接与系统的连接n初始化程序设计初始化程序设计n写入控制字写入控制字n置计数初值置计数初值34与系统的连接示意CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器高高位位地地址址外设外设8253外部时钟外部时钟门控信号门控信号35应用中的注意点n每一次启动计数，需有两次写操作：每一次启动计数，需有两次写操作：n写控制字写控制字n写计数器初值写计数器初值n如果初值为如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为位字长，则一次写

20、入；若初值为16位字长，则位字长，则 需两次写入需两次写入n每个计数器的控制命令字均送入控制寄存器每个计数器的控制命令字均送入控制寄存器n各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器及各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器及 初值寄存器；初值寄存器；36初始化程序流程写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位*非必须非必须37初始化程序流程n当有两个以上计数器被应用时的初始化程序设计流程：当有两个以上计数器被应用时的初始化程序设计流程：初始化初始化CNT0初始化初始化CNT1初始化初始化CNT2写写CNT0控制字控制字写写CNT0计数初值计数初值38初始化程序流程写

21、入全部计数器控制字写入全部计数器控制字写写CNT0计数初值计数初值写写CNT1计数初值计数初值写写CNT2计数初值计数初值原则：原则：u先写入控制字先写入控制字u后写入计数初值后写入计数初值398253应用例n采用采用8253作定时作定时/计数器，其接口地址为计数器，其接口地址为0120H0123H。n输入输入8253的时钟频率为的时钟频率为2MHz。要求：要求：nCNT0每每10ms输出一个输出一个CLK周期宽的负脉冲周期宽的负脉冲nCNT1输出输出10KHz的连续方波信号的连续方波信号nCNT2在定时在定时5ms后产生输出高电平后产生输出高电平n画线路连接图，并编写初始化程序画线路连接图，

22、并编写初始化程序. 工作的计数器工作的计数器工作方式工作方式计数初值计数初值启动方式启动方式计数脉冲频率计数脉冲频率408253应用例n计算计数初值：计算计数初值： CNT0：10ms/0.5us=20000 CNT1：2 MHz/10KHz=200 CNT2： 5ms/0.5us=10000n确定控制字：确定控制字： CNT0：方式方式2，16位计数值位计数值 CNT1：方式方式3，低，低8位计数值位计数值 CNT2：方式方式0，16位计数值位计数值001101000101011010110000418253应用例CLK0GATE0OUT1D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0

23、译码器译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2428253应用例初始化程序初始化程序CNT0：MOV DX，0123HMOV AL，34HOUT DX，ALMOV DX，0120HMOV AX，20000OUT DX，ALMOV AL，AHOUT DX，ALCNT1： CNT2： 43可编程并行接口825544掌握:n主要引线功能及结构主要引线功能及结构n3种工作方式及其特点种工作方式及其特点n应用应用:n芯片与系统的连接芯片与系统的连接n芯片的初始化编程芯片的初始化编程n数据输入数据输入/输出控制程序设计输出控制程序设计45并行接口8255的特点：n通

24、道型接口通道型接口n含含3个独立的个独立的8位并行输入位并行输入/输出端口，各输出端口，各 端口均具有数据的控制和锁存能力端口均具有数据的控制和锁存能力n可通过编程，设置各端口工作在某一确定可通过编程，设置各端口工作在某一确定 状态下。状态下。WRD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7RDCSGNDA1A0PA4PA5PA6PA7PB5PB6PB4PB3RESETPB1PB2PB0PC3PC2PC1PC0PC4PC5PC6PC7PA2PA1PA05101535302521PA3461. 引线连接系统端的主要引线：连接系统端的主要引线：nD0-D7nCSnRDnWRnA0，A1 nRESE

25、T A1 A00 0 A端口端口0 1 B端口端口1 0 C端口端口1 1 控制寄存器控制寄存器47引线连接外设端的引脚：连接外设端的引脚：nPA0 PA7nPB0 PB7nPC0 PC7分别对应分别对应A、B、C三个端口三个端口488255与系统的连接示意图D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器8255A口口B口口C口口D0D7外外 设设492. 结构A组组B组组 端口端口A端口端口C的高的高4位位端口端口B端口端口C的低的低4位位503. 工作方式基本输入基本输入/输出方式（方式输出方式（方式0）选通工作方式（方式选通工作方式（方式1）双向传送方式（方式双向传送方

26、式（方式2）51方式0基本的输入或输出工作方式n适用于无条件地传送数据。适用于无条件地传送数据。如读一组开关状态、控制一组如读一组开关状态、控制一组指示灯，指示灯，CPU可随时读入开关状态。可随时读入开关状态。n基本功能：基本功能：n具有两个具有两个8位口（位口（A口和口和B口），两个口），两个4位口（位口（C口的上半口的上半部和下半部）部和下半部）n任一端口都可作为输入或输出任一端口都可作为输入或输出n输出是锁存的，输入是不锁存的输出是锁存的，输入是不锁存的n此方式无中断功能，在作查询方式工作时，可将此方式无中断功能，在作查询方式工作时，可将C口的口的某些位作为传送控制和状态信息，某些位作为

27、传送控制和状态信息，A、B口作为数据口口作为数据口52方式0：n相当于三个独立的相当于三个独立的8位简单接口位简单接口n各端口既可设置为输入口，也可设置为输出各端口既可设置为输入口，也可设置为输出 口，但不能同时实现输入及输出口，但不能同时实现输入及输出nC端口可以是一个端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为位的简单接口，也可以分为 两个独立的两个独立的4位端口位端口n常用于连接简单外设，适于无条件或查询方式常用于连接简单外设，适于无条件或查询方式53方式0的应用：n习惯上：习惯上：nA端口和端口和B端口作为端口作为8位数据的输入或输出口位数据的输入或输出口nC口的某些位作为状态输入口的某些

28、位作为状态输入n注：注：n若使若使C端口低端口低4位中某一位作为输入口，则低位中某一位作为输入口，则低4位中其位中其他位都应作为输入口。同时可设高他位都应作为输入口。同时可设高4位作为输出。位作为输出。548255工作于方式0的连接示意图D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器8255PA0 |PA7B口口PC0D0D7数据数据状态状态数据数据外设外设1外设外设255方式1：n利用一组选通控制信号控制利用一组选通控制信号控制A端口和端口和B端口的数端口的数 据输入输出据输入输出nA口、口、B口作输入或输出口，口作输入或输出口，C口的部分位用作口的部分位用作 选通控制信号

29、选通控制信号nA口、口、B口在作为口在作为输入输入和和输出输出时的选通信号不同时的选通信号不同输入输入输出输出56方式1选通的输入输出方式nA口、口、B口作数据输入或输出口，口作数据输入或输出口，C口的某些位作为控制或状态信口的某些位作为控制或状态信息，起息，起应答联络和中断请求应答联络和中断请求的作用，剩余的位作的作用，剩余的位作I/O使用使用n基本功能：基本功能：n一个或两个选通的一个或两个选通的8位数据端口位数据端口n每个端口含有三条控制线（固定的，不能用程序改变），提每个端口含有三条控制线（固定的，不能用程序改变），提供中断逻辑供中断逻辑n任何一个端口都可作为输入或输出任何一个端口都可

30、作为输入或输出n若只有一个端口工作于方式若只有一个端口工作于方式1，余下的，余下的13位可以工作在方式位可以工作在方式0n若两个端口都工作在方式若两个端口都工作在方式1，端口，端口C剩下剩下2位，可通过程序指位，可通过程序指定作输入或输出，也具有置位定作输入或输出，也具有置位/复位功能复位功能57（1）方式1输入n当当A口或口或B口工作于口工作于方式方式1输入输入时，每个端口指定时，每个端口指定C口中的三位口中的三位作控制信号。对作控制信号。对A口指定的是口指定的是PC4、PC5、PC3三位，对三位，对B口指口指定的是定的是PC2、PC1、PC0三位三位nPC4和和PC2指定为指定为STB信号

31、，是设备的选通输入信号，低电平有信号，是设备的选通输入信号，低电平有效。由外设提供，效。由外设提供，STB的下降沿将端口数据线上的信息打入端的下降沿将端口数据线上的信息打入端口锁存器口锁存器nPC5和和PC1指定为指定为IBF信号，是输入缓冲器满信号，高电平有效信号，是输入缓冲器满信号，高电平有效。是。是8255输出的状态信息。输出的状态信息。nPC3和和PC0指定为指定为INTR信号，是中断请求信号。高电平有效，信号，是中断请求信号。高电平有效，STB=1，IBF=1，INTE=1时，中断请求有效时，中断请求有效nINTEA由由PC4控制，控制， INTEB由由PC2控制控制58方式1输入59（2）方式1输出n当当A口或口或B口工作于口工作于方式方式1输出输出时，每个端口指定时，每个端口指定C口口中的三位作控制信号。对中的三位作控制信号。对A口指定的是口指定的是PC7、PC6、PC3三位，对三位，对B口指定的是口指定的是PC1、PC2、PC0三位三位nPC7、PC1指定为指定为OBF信号，输出缓冲器满信号，低电信号，输出缓冲器满信号，低电平有