微型计算机技术及应用(第3版)第7章中断控制器、DMA控制器和计数器定时器-第8章模数和数模转换

第7章中断控制器、DMA控制器

和计数器/定时器本章重点中断控制器8259A的编程结构和工作原理

8259A的工作方式

8259A的初始化命令字、操作命令字及其使用

8259A的初始化流程和初始化编程

主从式8259A中断系统的连接和工作原理

DMA控制器8237A的编程结构和工作原理

8237A的工作模式

8237A的模式寄存器、控制寄存器和状态寄存器的格式本章重点8237A的编程

计数器/定时器8253的编程结构和工作原理

8253控制寄存器的格式和编程

8253的6种工作模式及其使用

多功能接口芯片82380的功能结构以及和CPU的连接

82380的DMA控制器、中断控制器和计数器/定时器

教学建议以8259、8237A和8253的使用方法为目标本章用8学时，其中： 8259A4学时 8237A2学时 82533学时 823801学时

7.1中断控制器8259A 8259A的工作特点：

①能管理8级中断

②可编程

③只需一组5V电源

7.1.18259A的引脚信号、编程结构和工作原理

1.8259A的外部引脚信号：

①D7～D0

⑥CS#

②INT

⑦A0

③INTA#

⑧IR7～IR0

④RD#

⑨CAS2～CAS0

⑤WR#

⑩SP#/EN#

2.8259A的编程结构和工作原理编程结构（1）上半部分：处理部件 中断请求寄存器IRR

中断优先级裁决器PR

当前中断服务寄存器ISR（2）下半部分：7个寄存器ICW1～ICW4OCW1～OCW37.1.28259A的工作方式1.设置优先级的方式(1)全嵌套方式

(2)特殊全嵌套方式

(3)优先级自动循环方式

(4)优先级特殊循环方式

2.屏蔽中断源的方式(1)普通屏蔽方式

(2)特殊屏蔽方式

3.结束中断处理的方式(1)中断自动结束方式

(2)一般的中断结束方式

(3)特殊的中断结束方式

4.连接系统总线的方式(1)缓冲方式

(2)非缓冲方式

5.引入中断请求的方式(1)边沿触发方式

(2)电平触发方式

(3)中断查询方式

中断查询方式的特点：不向CPU发中断请求信号CPU内部的中断允许触发器复位CPU要使用软件查询来确认中断源7.1.38259A的初始化命令字和操作命令字1.8259A的初始化命令字(1)ICW1的格式和含义(2)ICW2的格式和含义ICW2和中断类型码之间的关系①ICW2是任选的；②ICW2高5位影响中断类型码，而中断类型码的低3位由IR0～IR7决定(3)ICW3的格式和含义如是主片,格式如下：

如是从片，则ICW3的格式如下：

(4)ICW4的格式和含义2.初始化流程对初始化流程的几点说明①ICW1写入偶端口，ICW2～ICW4写入奇端口②ICW1～ICW4的设置次序固定③ICW1和ICW2须设置，ICW3和ICW4非必须

④在级联时，主片和从片各设置ICW3对8259A设置初始化命令字的例子MOVAL,13HOUT80H,AL ;设置ICW1MOVAL，18HOUT81H，AL ;设置ICW2MOVAL,0DHOUT81H，AL ;设置ICW43.8259A的操作命令字(1)OCW1的格式和含义： 中断屏蔽操作命令字(2)OCW2的格式和含义

OCW2的功能（1）设置优先级循环方式（2）组成两类中断结束命令： 一般的中断结束命令 特殊的中断结束命令(3)OCW3的格式和功能 功能： （1）设置和撤销特殊屏蔽方式 （2）设置中断查询方式 （3）设置对内部寄存器的读出命令

7.1.48259A使用举例

1.关于中断全嵌套方式的例子2.关于如何使用中断结束命令的例子

两个重要结论：①中断处理程序执行STI指令才允许嵌套②中断处理程序如执行STI指令，并清除对应的ISn位，则未必符合优先级规则

3.关于特殊屏蔽方式的例子CLI ；关中断MOVAL,68HOUT80H，AL ；用OCW3设置特殊屏蔽方式INAL，81H ；读取系统原来的屏蔽字ORAL,10H ；IR4对应的屏蔽位置1OUT81H，AL ；将新的屏蔽字送8259ASTI ；开中断CLI ；关中断，以便设置命令INAL，81H

；读取屏蔽字

ANDAL，0EFH；清除IR4对应的屏蔽位OUT81H，AL；恢复系统原来的屏蔽字MOVAL，48HOUT80H，AL；用OCW3撤销特殊屏蔽方式STI ；开中断MOVAL，20HOUT80H，AL；中断结束命令IRET；返回主程序

7.1.5多片8259A组成的主从式中断系统7.2DMA控制器8237A

7.2.1DMA控制器的一般结构和概要

DMA控制器的初始化①传送缓冲区的起始地址或结束地址②设置传输的字节数或字数

7.2.2DMA控制器8237A的原理

1.8237A的编程结构和外部连接

(1)编程结构

4个通道分别包含：

16位的地址寄存器16位的字节计数器8位的模式寄存器

4个通道公用控制寄存器和状态寄存器(2)对外连接信号CLK 时钟CS# 片选RESET 复位READY 准备就绪ADSTB 地址选通AEN 地址允许MEMR# 存储器读MEMW# 存储器写IOR# 输入输出设备读

IOW# 输入输出设备写EOP# DMA传输过程结束DREQ 通道DMA请求输入DACKDMA控制器送给I/O接口的回答HRQ 总线请求HLDA 总线响应A3～A0 地址A7～A4 地址DB7～DB0 双向数据(3)8237A工作时各信号的配合 ①作为从模块工作时

②作为主模块工作时

2.8237A的工作模式和模式寄存器的格式工作模式：①单字节传输模式②块传输模式③请求传输模式④级联传输模式

模式寄存器的格式3.控制寄存器的格式和有关问题

(1)内存到内存的传输

(2)8237A的启动和停止

(3)状态及时序类型(4)关于扩展写信号功能

(5)优先级问题的解决

(6)DREQ信号和DACK信号的极性

8237A的典型时序

4.状态寄存器的格式

5.请求标志和屏蔽标志的设置DMA请求寄存器的格式:屏蔽寄存器的格式8237A综合屏蔽命令的格式6.复位命令和清除先/后触发器命令7.8237A各寄存器对应的端口地址7.3计数器/定时器8253

7.3.1概述

定时信号的获得： （1）软件方法 使用延迟子程序

（2）硬件方法 使用计数器/定时器

7.3.2可编程计数器/定时器的工作原理计数器/定时器的用处：①作为中断信号②输出精确的定时信号③作为波特率发生器④实现延迟计数器/定时器的基本原理图

计数器/定时器可以有下面几种工作模式：①计数结束产生中断②可重复触发的单稳态触发器③分频器④方波发生器⑤选通信号发生器7.3.3可编程计数器/定时器8253

1.8253的结构和工作原理

(1)编程结构 3个计数器，每个计数器内部有：8位的控制寄存器16位的计数初值寄存器计数执行部件输出锁存器8253的编程结构

(2)8253的工作原理①计数器0，计数器1，计数器2

②数据总线缓冲器

功能：往计数器设置初值从计数器读取计数值往控制寄存器设置控制字③读写逻辑电路A1、A0对计数器和控制寄存器寻址

RD# 读信号WR# 写信号CS# 片选信号④控制寄存器2.8253控制寄存器的格式3.8253的编程命令编程原则：①设置初值前必须先写控制字②初值设置要符合控制字中的格式规定编程命令有两类：①读出命令②写入命令设置控制字命令设置初始值命令锁存命令

4.8253的工作模式8253的基本规则：①控制字写入时，进入初始状态②初值写入后，要经过上升沿和一个下降沿，才开始计数③在CLK的上升沿被采样

④在CLK下降沿，计数器作减1计数模式0——计数结束产生中断模式0的特点：当计数到达0时，输出端OUT为高电平模式0的时序图：(2)模式1——可重复触发的单稳态触发器模式1的特点：门控上升沿作为触发信号是单稳态方式宽度主要决定于计数值模式1的时序图：(3)模式2——分频器模式2特点：是N分频的计数器

正脉冲为N-1个时钟脉冲宽度

负脉冲为1个时钟脉冲宽度

模式2的时序图：(4)模式3——方波发生器 模式3特点：和模式2类似，但输出为方波或基本对称的矩形波

模式3的时序图：

(5)模式4——软件触发的选通信号发生器 模式4特点：当计数到0时，输出变为低电平，并持续一个时钟周期变为高电平。

模式4的时序图：

(6)模式5——硬件触发的选通信号发生器 模式5特点：用门控上升沿触发即硬件触发计数到0时，输出端一个宽度为1个时钟周期的负脉冲，然后又自动变为高电平。模式5的时序图：

两个注意点：①时钟周期和输出周期的区别②输出波形在时钟下降沿产生电平变化7.3.48253应用举例图8253作为定时器的例子

系统的初始化程序段：MOV AL，14HOUT 76H，AL ；将计数器0设置为模式2MOV AL，LCNTOUT 70H，AL ；对计数器0设置计数初始值L(二进制)MOV AL，73HOUT 76H，AL ；将计数器1设置为模式1MOV AX，MCNT

OUT 72H，ALMOV AL，AHOUT 72H，AL；对计数器1设置初始值MMOV AL，96HOUT 76H，AL；将计数器2设置为模式3MOV AL，NCNTOUT 74H，AL；对计数器2设置初始值N7.432位微机系统中的多功能接口芯片82380多功能接口芯片的共同特点：①高集成度和多功能②兼容性好

7.4.1多功能接口芯片82380的组成和信号82380内部含有：1个8通道的32位DMA控制器20级的可编程中断控制器4个16位计数器/定时器动态RAM刷新电路系统复位逻辑电路插入等待状态的控制电路内部总线仲裁电路82380的功能结构图

1.DMA控制器2.中断控制器

5个内部中断： ①IRQ1和IRQ4 ②IRQ1.5 ③IRQ0和IRQ8

82380的中断控制器

3.计数器/定时器4.等待状态电路5.CPU复位电路7.4.282380和CPU的连接

第8章模/数和数/模转换本章重点D/A转换的原理，D/A转换的分辨率和精度的含义两类D/A转换芯片的硬件连接和编程计数式A/D转换、双积分式A/D转换和逐次逼近式A/D的原理利用软件实现A/D转换的方法A/D器和系统的连接采样保持电路的功能多路转换开关的功能学时分配本章用4学时，其中：D/A转换2学时

A/D转换2学时

8.1概述 模/数和数/模用途：

控制和测量仪表

8.2数/模(D/A)转换器数/模转换的原理数/模转换器件和有关电路8.2.1数/模转换的原理运算放大器的工作特点和原理T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器分辨率和精度T型权电阻网络

1.运算放大器的工作特点和原理特点：开环放大倍数非常高输入阻抗非常大输出阻抗很小运算放大器的原理

(a)运算放大器的输入和输出(b)带反馈电阻的运算放大器(c)输入端有4个支路的运算放大器由此可求得带有反馈电阻的运算放大器的放大倍数为

2.由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器(a)最简单的D/A转换器(b)阶梯波电压

3.分辨率和精度概念：分辨率=1/(2n-1)绝对转换精度相对转换精度转换速率建立时间线性误差4.T型权电阻网络采用T型电阻网络的D/A转换器

8.2.2数/模转换器件和有关电路不带数据输入寄存器的D/A芯片的使用带有数据输入寄存器的D/A芯片的使用1.不带数据输入寄存器的D/A芯片的使用不带数据输入寄存器的D/A转换器的连接

超过8位的D/A转换器的连接

D/A转换器通过两级数据缓冲器和总线相连的示意图

2.带有数据输入寄存器的D/A芯片的使用特点：将D/A芯片可直接和数据总线相连

DAC0832的功能示意图

DAC0832对数据进行锁存的方法：输入寄存器锁存DAC寄存器锁存下图是DAC0832的引脚图信号定义：CS# 片选信号ILE允许锁存信号WR1# 写信号1WR2# 写信号2XFER# 传送控制信号

DI7～DI08位的数据输入端IOUT1

模拟电流输出端

IOUT2

模拟电流输出RFB 反馈电阻引出VREF 参考电压VCC

电源AGND 模拟地DGND 数字地DAC0832的外部连接

地线的连接方法

用软件来实现D/A转换例1，实现一次D/A转换。 MOV BX，1000H ；假设数据放在1000H中 MOV AL，〔BX〕 ；数据送AL中 MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A端口号 OUT DX,AL

例2，产生一个锯齿电压。 MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A端口号 MOV AL，0FFH ；初值为0FFHROTATE： INC AL OUT DX，AL ；往D/A输出数据 JMP ROTATE8.3模/数(A/D)转换器模/数转换涉及的参数模/数转换的方法和原理模/数转换器和系统连接时要考虑的问题8.3.1模/数转换涉及的参数转换精度转换率分辨率：

8.3.2模/数转换的方法和原理方法：计数法双积分法逐次逼近法1.计数式A/D转换2.双积分式A/D转换(a)电路工作原理 (b)双积分原理

3.逐次逼近式A/D转换4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换程序如下：START： XOR AX，AX ；累加器清零 MOV BL，80H ；初值为80H MOV CX，08H ；计数初值为8AGAIN： ADD AL，BL ；计算试探值

MOV BH，AL ；保留试探值OUT PORTA，AL ；PORTA是锁存器地址IN AL，PORTS ；PORTS是输入端口的地址AND AL，01 ；取状态位JZ END1 ；如状态位为0，则保存此位

MOV AL，BL NOT AL ；求反 AND AL，BH ；使试探位为0 MOV BH，AL ；保存试探值END1： ROR BL，1 ；右移，得下一个试探值 MOV AL，BH LOOP AGAIN ；继续进行试探和测试 … ；后续程序段8.3.3模/数转换器和系统连接时要考虑的问题输入模拟电压的连接数据线和系统总线的连接

启动信号的供给

电平启动信号脉冲启动信号

转换结束信号以及转换数据的读取

程序查询方式中断方式CPU等待方式固定的延迟程序方式例1：用带有可控三态门的A/D转换器进行A/D转换，且采用中断方式传输结果。

ADC0804的硬件特性ADC0804和系统总线的连接

例2：用不带可控三态门的A/D转换器实现A/D转换，且分别采用程序查询方式及等待方式来读取转换结果。

AD570的特性AD570和系统总线的连接

下面就是用查询方式读取转换