微机原理 清华大学出版社 冯博琴 吴宁第7章 常用数字接口电路.ppt

1、1,第7章 常用数字接口电路,2,主要内容：,了解并行通信与串行通信的特点 掌握两种可编程接口芯片的应用,3,接口电路概述,接口：在微计算机系统中，CPU与外部设备之间的联系，需要有特定的硬件连接和相应的软件控制。完成这一任务的软、硬件综合称为接口。 接口技术：对硬件、软件的设计，称为接口技术。 端口：指接口电路中那些完成信息传送，可由程序寻址进行读写的寄存器。,4,接口的功能,地址译码或设备选择 系统中可能有多个外部设备，当主机在不同时刻需要和不同的外设发生联系时，CPU要用地址码来选择不同的外设。 数据缓冲(输入)和锁存（输出） 数据总线是系统各部分之间公用的双向总线，所有设备分时复用，所

2、以无论是存储器还是外部设备都不能占用数据总线，只允许被选中的设备在读/写周期内用其传送数据。 信息格式与电平转换 有时需要接口能把CPU传输的并行数据转换成串行数据。 数据传送的协调 CPU的工作是有一定时序的，交换数据时必须采用一定传送方式控制。,5,接口的基本组成,CPU与外部设备交换的信息有三种：数据、状态、控制信号。 接口的基本组成有三部分： 寄存器：数据寄存器、状态寄存器、控制命令寄存器 控制逻辑电路：包括地址译码和设备选择电路（用于端口地址分配）、中断控制逻辑（用于中断屏蔽、中断优先级等）、读写控制电路（用于产生时序）等 连接线：主机与接口、接口与外设两个方向的信号联络线。,6,7

3、,7.1 并行通信与串行通信,8,并行通信,特点： 以数据字节或字为单位进行数据传送； 适合近距离传送 ； 对传送的信息不要求固定格式。 分类 输入和输出 数字和模拟 单向和双向 简单接口和可编程接口,9,串行通信,特点： 按位传送 造价低，适合于远距离传送 传送方式 全双工 半双工 单工,10,7.2 可编程定时计数器8253,11,8253基本功能,有3个独立的16位计数器 每个计数器可按照二进制或十进制计数 每个计数器计数频率最高为2MHz 每个计数器可选择6种不同的工作方式,12,8253的外部引线及内部结构,13,14,启动方式,软件启动：写入计数值 硬件启动：GATE上跳沿,15,

4、8253的工作方式方式0（计数结束中断）,结果特点：计数器减1为0时，OUT升高，向CPU发出中断请求。 过程特点： （1）控制字写入：OUT0。当控制字写入控制字寄存器后，输出端OUT变成低电平。并且在计数值减到0之前一直保持低电平 （2）计数值写入：OUT不变，仍然为低电平 （3）启动方式：写入计数值。必须在下一个CLK时钟脉冲到来使，计数初值才由CR传送到CE,16,（4）计数期间：OUT为低电平 （5）计数为0时：OUT1，向CPU发出中断请求。直到CPU写入新的控制字或计数值时，才使OUT=0 （6）计数期间写入新的计数值：如果计数值是一个字节，则在写入后的下一个时钟脉冲，新的计数值

5、由CR送入CE，开始新的计数。如果计数值在两个字节，则写入第一个字节时中止计数，写入第二个字节后的下一个时钟脉冲时，新的计数值由CR送CE，启动计数器按新的计数值开始计数。,17,（7）GATE作用： GATE0时，禁止计数，计数器停止； GATE1，允许计数，此时计数器从刚才断的地方开始连续计数 （8）计数值有效期限：计数值一次有效,18,方式0基本工作时序,19,方式0GATE作用时序,20,计数期间写入新的计数值时序,21,结果特点：输出单拍负脉冲，脉冲宽度可编程设定 过程特点： （1）控制字写入：OUT=1 （2）计数值写入：OUT=1（不变） （3）启动方式：GATE上跳沿。启动后的

6、下一个CLK脉冲使OUT0，即延迟一个时钟周期。 （4）计数期间：OUT0 （5）计数为0时：OUT=1,8253的工作方式方式1（可编程单稳）,22,（6）计数期间写入新的计数值：不影响原计数，只有当下一个GATE上跳沿到来时，才使用新的计数值 （7） GATE作用： GATE0或GATE1时，不影响计数，但若出现上跳沿则重新启动计数器，按最新计数初值开始计数。 （8）计数值有效期限：多次有效。计数初值写入CR后，在没有新的计数值写入CR之前，原计数值保持不变，每触发一次，就按这个初值装入CE。,23,方式1基本时序,24,GATE作用时序,25,计数期间写入新的计数值时序,26,结果特点：

7、产生连续的负脉冲信号，负脉冲宽度等于一个时钟周期。脉冲周期可由软件设定，脉冲周期计数值CLK脉冲周期 过程特点： （1）控制字写入：OUT=1 （2）计数值写入：OUT=1 （3）启动方式：两种。一是硬件启动：GATE上跳沿启动；二是软件启动：写入计数值启动（GATE1）,8253的工作方式方式2（脉冲频率发生器）,27,（4）计数期间：OUT1，在CE减到1时，OUT输出一个负脉冲，宽度为一个时钟周期 （5）计数为0时：OUT1，开始下一个周期的计数 （6）计数期间写入新的计数值：影响随后的脉冲周期 （7）GATE作用： GATE0时，OUT1，停止计数； GATE上跳沿时，启动计数器，重新

8、开始； GATE1时不影响计数器工作 （8）计数值有效期限：计数值重复有效。当计数器的值减到0时，CR的计数初值自动重新装入CE，循环计数,28,方式2基本时序,29,GATE的作用时序,30,计数期间写入新的计数值时序,31,结果特点：产生连续方波。方波的重复周期计数值CLK脉冲周期 过程特点： （1）控制字写入：OUT=1 （2）计数值写入：OUT=1 （3）启动方式：两种。一是硬件启动：利用GATE的上跳沿启动；二是软件启动：写入计数值启动（GATE=1）,8253的工作方式方式3（方波发生器）,32,（4）计数期间：若计数值N为偶数，则在前N/2计数期间，OUT1，后N/2计数期间，O

9、UT0；若计数值N为奇数，则在前（N+1）/2计数期间，OUT=1，后（N-1）/2计数期间，OUT=0 （5）计数为0时：OUT=1，完成一个周期，CR值自动装入CE，开始下一个周期 （6）计数期间写入新的计数值：不影响当前输出周期，当计数值减到0后，或GATE有上跳沿后，将把CR的新内容重新装入CE中，开始以新的周期输出方波,33,（7）GATE作用： GATE0时，计数停止，OUT=1； GATE1时，不影响计数器工作，计数进行； GATE有上跳沿时，下一个CLK时钟使CR装入CE，开始新的计数 （8）计数值有效期限：重复有效。,34,方式3基本时序,35,GATE的作用时序,36,计数

10、期间写入新的计数值时序,37,结果特点：计数器减为0时，输出一个CLK周期的负脉冲 过程特点： （1）控制字写入：OUT=1 （2）计数值写入：OUT=1 （3）启动方式：写入计数值启动。写入后，再过一个CLK周期，减1计数器CE获得计数初值，开始减1计数 （4）计数期间：OUT=1,8253的工作方式方式4（软件触发选通）,38,（5）计数为0时：计数器减到0后，输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，之后OUT=1，此负脉冲作为选通信号 （6）计数期间写入新的计数值：立即有效。写入新计数值后，在下一个时钟周期时，新计数值被装入CE，并开始新的计数。如果写入的计数值是2个字节，那么写入第一个字

11、节时，计数不受影响，写入第二个字节时的下一个CLK时钟脉冲开始新的计数。,39,（7）GATE作用： GATE0时，计数停止；GATE1时，允许计数，此时从暂停的地方开始连续计数。GATE信号不影响OUT的状态 （8）计数值有效期限：一次有效。只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数过程,40,方式4基本时序,41,计数期间写入新的计数值时序,42,8253的工作方式方式5（硬件触发选通）,结果特点：计数器减为0时，输出一个CLK周期的负脉冲 过程特点： （1）控制字写入：OUT=1 （2）计数值写入：OUT=1 （3）启动方式：GATE上跳沿。当GATE端有上跳沿信号后，下一个CLK脉冲装入

12、初值，开始计数 （4）计数期间：OUT=1,43,（5）计数为0时：计数器减到0时，输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，之后OUT=1 （6）计数期间写入新的计数值：不影响本次计数。一旦GATE重新启动，将按新的计数初值开始计数 （7）GATE的作用： GATE0或GATE1都不影响计数，当GATE有上跳沿时，重新启动，按最新的计数初值开始计数 （8）计数值有效期限：多次有效。当计数减到0后，自动重新装入计数值，在GATE信号的上跳沿才开始计数,44,方式5基本时序,45,计数期间写入新的计数值时序,46,8253控制字,47,8253的初始化,先写控制字后写计数值 计数初值写入须遵循控制字

13、规定的顺序,48,8253与8088系统连接,49,8253的应用（1）,例：设某8253通道1工作于方式0，按BCD方式计数，计数初值为400。通道0到控制寄存器的端口地址依次为80H83H，试写出8253的初始化程序。,50,解答,分析： 控制字：控制字为01110001B，写入控制寄存器，端口地址为83H。 计数值：计数初值为400，由于采用BCD计数，故应按BCD码方式组成，即0400H，送通道1，地址为81H。16位数送两次，先送低8位00H，后送高8位04H。,51,程序： MOV AL, 71H ;控制字 OUT 83H, AL MOV AL, 00H ;低8位计数值 OUT 8

14、1H, AL MOV AL, 04H ;高8位计数值 OUT 81H, AL,52,例72,写出图7-13（下图）中8253的初始化程序。其中，三个CLK频率均为2MHZ，计数器0在定时100us后产生中断请求；计数器1用于产生周期为10us的对称方波；计数器2每1ms产生一个负脉冲。编写8253的初始化程序。（其中端口地址为FF04HFF07H）,53,54,分析,计算计数初值： 0通道：10us/0.5us=200 1通道：10us/0.5us=20 2通道： 1ms/0.5us=2000 确定控制字： 0通道：方式0，低8位计数值 1通道：方式3，低8位计数值 2通道：方式2，16位计数

15、值,00010000B=01H,01010110B=56H,10110100B=0B4H,55,程序,MOV DX, 0FF07H ;先写控制字，控制端口 MOV AL, 10H ;计数器0，低8位，方式0，二进制 OUT DX, AL MOV AL, 56H ;计数器1，低8位，方式3，二进制 OUT DX, AL MOV AL, 0B4H ;计数器2，先低8后高8，方式2，二进制 OUT DX, AL,56,MOV DX, 0FF04H MOV AL, 200 OUT DX, AL ;计数器0的初值送端口 MOV DX, 0FF05H MOV AL, 20 OUT DX, AL ;计数器1

16、的初值送端口 MOV DX, 0FF06H MOV AX, 2000 OUT DX, AL MOV AL, AH OUT DX, AL ;计数器2的初值送端口,57,例：某8088系统采用8253精确控制一个发光二极管闪亮，系统要求启动8253后使发光二极管点亮2秒，熄灭2秒，亮灭50次后停止闪动，系统工作结束。现有一个时钟脉冲源，频率为2MHZ，试说明各有关通道的工作方式。,8253的应用（2）,58,解答： 1、计数器0：方式2，CLK0接2MHZ信号源，输出OUT0产生250Hz（周期为4ms）的脉冲序列 2、计数器1：方式3，CLK1接OUT0的250Hz脉冲信号，输出OUT1产生周期

17、为4s的方波，经过一个反相驱动器去控制一个发光二极管 3、计数器2：方式0，输出CLK2接OUT1的周期为4s的方波，输出OUT2向CPU产生中断,59,7.3 可编程并行接口8255,60,8255的引线及结构,61,1. 引线,连接系统端的主要引线： D0-D7 CS RD WR A0，A1 RESET,A1 A0 0 0 A端口 0 1 B端口 1 0 C端口 1 1 控制寄存器,62,引线,连接外设端的引脚： PA0 PA7 PB0 PB7 PC0 PC7,分别对应A、B、C三个端口,63,2. 结构,A组 B组,端口A 端口C的高4位,端口B 端口C的低4位,64,8255与系统的连

18、接示意图,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,译码器,8255,A口,B口,C口,D0D7,外 设,65,3. 工作方式,1. 基本输入/输出方式（方式0）：A、B、C 2. 选通工作方式（方式1）：A、B 3. 双向传送方式（方式2）：A,66,方式0基本的输入或输出工作方式,适用于无条件地传送数据。如读一组开关状态、控制一组指示灯，CPU可随时读入开关状态。 基本功能： 具有两个8位口（A口和B口），两个4位口（C口的上半部和下半部） 任一端口都可作为输入或输出 输出是锁存的，输入是不锁存的 此方式无中断功能，在作查询方式工作时，可将C口的某些位作为传

19、送控制和状态信息，A、B口作为数据口,67,8255工作于方式0的连接示意图,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,译码器,8255,PA0 | PA7,B口,PC0,D0D7,数据,状态,数据,外设1,外设2,68,方式1选通的输入输出方式,A口、B口作数据输入或输出口，C口的某些位作为控制或状态信息，起应答联络和中断请求的作用，剩余的位作I/O使用 基本功能： 一个或两个选通的8位数据端口 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 任何一个端口都可作为输入或输出 若只有一个端口工作于方式1，余下的13位可以工作在方式0 若两个端口都

20、工作在方式1，端口C剩下2位，可通过程序指定作输入或输出，也具有置位/复位功能,69,（1）方式1输入,当A口或B口工作于方式1输入时，每个端口指定C口中的三位作控制信号。对A口指定的是PC4、PC5、PC3三位，对B口指定的是PC2、PC1、PC0三位 PC4和PC2指定为STB信号，是设备的选通输入信号，低电平有效。由外设提供，STB的下降沿将端口数据线上的信息打入端口锁存器 PC5和PC1指定为IBF信号，是输入缓冲器满信号，高电平有效。是8255输出的状态信息。 PC3和PC0指定为INTR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 INTE

21、A由PC4控制， INTEB由PC2控制,70,方式1输入,71,（2）方式1输出,当A口或B口工作于方式1输出时，每个端口指定C口中的三位作控制信号。对A口指定的是PC7、PC6、PC3三位，对B口指定的是PC1、PC2、PC0三位 PC7、PC1指定为OBF信号，输出缓冲器满信号，低电平有效。 PC6、PC2指定为ACK信号，是外设响应信号，输入，低电平有效。 PC3、PC0指定为INTR信号，是中断请求信号。高电平有效，ACK=1，OBF=1，INTE=1时，中断请求有效 INTEA由PC6控制， INTEB由PC2控制,72,方式1输出,73,方式2使A口为外部设备和CPU之间提供一条

22、8位的双向数据通道（既能发送，又能接收）。工作时可用程序查询方式，也可用中断方式 基本功能： 只用于A口 一个8位的双向总线端口A（用于数据传送），一个5位的控制端口C（用于A口的控制和状态） 输入和输出都是锁存的,方式2双向（选通）传输方式,74,方式2,75,8255控制字,76,8255与8088连接示意图,77,8255与8088系统总线连接方法,78,8255的应用,例73：利用8255作为打印机的连接接口，并通过该打印机接口打印字符串，字符串长度放在DS的COUNT单元中，要打印的字符放在DATA单元开始的数据区中。,79,8255与打印机的连接图,80,8255初始化程序,MOV DX, 0FBC3H MOV AL, 81H ；方式控制字，A口方式0，输出， ；C口高半输出，低半输入 OUT DX, AL MOV AL, 0DH ；位控制字，使PC6初始状态为1 OUT DX, AL,81,打印一批字符的程序段,MOV CX, COUNT MOV SI, OFFSET DATA START: MOV DX,