第7章 可編程接口芯片

1、 CPU與外設之間的信息傳送都是通過接口電路來進行的，與外設之間的信息傳送都是通過接口電路來進行的，實現(xiàn)并行通信的接口稱之為并行接口。實現(xiàn)并行通信的接口稱之為并行接口。 8255A是塊專用的并行是塊專用的并行I/O接口接口，可通過軟件來設置工，可通過軟件來設置工作方式。連接外設時，通常不需附加電路。作方式。連接外設時，通常不需附加電路。一、一、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)oooD7D0RDWRA1A0RESETCSPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0I/O 數(shù)據(jù) 總線緩沖囂讀寫控制邏輯A組控制B組控制內(nèi)部總線A組A口A組C口B組B口B組C口1.有三個有三個8位端

2、口（位端口（PA、PB、PC），），可分別設置成輸入或輸可分別設置成輸入或輸出端口。出端口。PA口和口和PB口可作為獨立端口?？诳勺鳛楠毩⒍丝凇C口常被分成兩個口常被分成兩個4位端口，配合位端口，配合A口和口和B口的工作，輸入口的工作，輸入狀態(tài)信號和輸出控制信號。狀態(tài)信號和輸出控制信號。2.A組和組和B組控制電路組控制電路一方面接收芯片內(nèi)部總線上的控制字。一方面接收芯片內(nèi)部總線上的控制字。另一方面接收來自讀另一方面接收來自讀/寫控制邏輯電路的讀寫控制邏輯電路的讀/寫命令，決定兩寫命令，決定兩組端口的工作方式和讀組端口的工作方式和讀/寫操作。寫操作。oooD7D0RDWRA1A0RESETCS

3、PA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0I/O 數(shù)據(jù) 總線緩沖囂讀寫控制邏輯A組控制B組控制內(nèi)部總線A組A口A組C口B組B口B組C口A組控制電路控制組控制電路控制PA和和PC7PC4B組控制電路控制組控制電路控制PB和和PC3PC0oooD7D0RDWRA1A0RESETCSPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0I/O 數(shù)據(jù) 總線緩沖囂讀寫控制邏輯A組控制B組控制內(nèi)部總線A組A口A組C口B組B口B組C口3. 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器（8位雙向三態(tài)）位雙向三態(tài)） 傳送輸入輸出的數(shù)據(jù)、控制字及外設狀態(tài)信息。傳送輸入輸出的數(shù)據(jù)、控制字及外設狀

4、態(tài)信息。4.讀讀/寫控制邏輯寫控制邏輯接收接收/CS、A1、A0和控制信號和控制信號/RD、/WR、RESET，將這些，將這些信號進行組合，得到對信號進行組合，得到對A、B組控制的控制命令，完成對數(shù)組控制的控制命令，完成對數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息及控制信息的傳輸。據(jù)、狀態(tài)信息及控制信息的傳輸。oooD7D0RDWRA1A0RESETCSPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0I/O 數(shù)據(jù) 總線緩沖囂讀寫控制邏輯A組控制B組控制內(nèi)部總線A組A口A組C口B組B口B組C口二、二、8255A的引腳的引腳8255AA1A0RESETD7D0CSWRRDPA7PA0PB7PB0PC7PC0

5、A口口B口口C口口和外設一邊相連的有：和外設一邊相連的有：PA、PB、PC口?？?。和和CPU相連的有：相連的有：D7D0數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)DB線相連。線相連。RESET復位，其高時，清除內(nèi)部所有寄存器，復位，其高時，清除內(nèi)部所有寄存器，A、B、C三端口被三端口被自動設為輸入端口。自動設為輸入端口。/CS片選，片選，/CS=0，啟動，啟動8255A與與CPU之間的通信。之間的通信。/RD芯片讀，芯片讀，/RD =0，CPU可從可從8255A讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。 /WR芯片寫，芯片寫， /WR =0，CPU可往可往8255A寫入數(shù)據(jù)或控制命令。寫入數(shù)據(jù)或控制命令。A1

6、、A0端口選擇信號。端口選擇信號。8255A內(nèi)部有內(nèi)部有3個數(shù)據(jù)端口和一個控制字個數(shù)據(jù)端口和一個控制字端口，共端口，共4個端口，個端口，A1、A0對這對這4個端口選擇規(guī)定如下：個端口選擇規(guī)定如下：A1 A0 端口端口00 PA 0 1 PB 1 0 PC 1 1 控制控制8255AA1A0RESETD7D0CSWRRDPA7PA0PB7PB0PC7PC0A口口B口口C口口三、三、8255A的控制字的控制字 一類是芯片各端口的一類是芯片各端口的方式選擇控制字方式選擇控制字，可使，可使8255A的的3個數(shù)個數(shù)據(jù)端口工作在不同方式。據(jù)端口工作在不同方式。 另一類是另一類是C端口端口按位置位按位置位/

7、復位控制字復位控制字，可對，可對C端口的某一位端口的某一位置置1或置或置0。 8255A通過向控制端口寫控制字，來決定各端口的工作。控通過向控制端口寫控制字，來決定各端口的工作?？刂谱址譃槎悾褐谱址譃槎悾?方式方式0：一般的（基本的一般的（基本的/無條件的）輸入無條件的）輸入/輸出。輸出。在此方式下，在此方式下，A、B、C可分別設置成輸入或輸出?？煞謩e設置成輸入或輸出。1. 方式選擇控制字方式選擇控制字 方式方式1：選通輸入選通輸入/輸出。輸出。只有只有A口、口、B口可工作在方式口可工作在方式1，它們，它們要分別占用要分別占用C口三條線作為聯(lián)絡線，口三條線作為聯(lián)絡線，C口的余下線只能工作在

8、方口的余下線只能工作在方式式0。8255A的三種工作方式：的三種工作方式： 方式方式2：雙向傳送。雙向傳送。只有只有A口可工作在方式口可工作在方式2，此時，此時C口有口有5條線條線用來作用來作A口和外設之間的聯(lián)絡線，口和外設之間的聯(lián)絡線，C口剩下的口剩下的3條線視條線視B口而定，口而定，若若B口工作在方式口工作在方式0，亦為方式，亦為方式0；若；若B口工作在方式口工作在方式1，則作，則作B口口聯(lián)絡線。聯(lián)絡線。 即即方式控制字方式控制字=10001001B=89H。例：例：設設A、B、C口均工作在方式口均工作在方式0，要求，要求A、B口作輸出，口作輸出，C口作口作輸入。問如何確定輸入。問如何確定

9、方式選擇控制字方式選擇控制字？D7D6D5D4D3D2D1D010000011特征位特征位A 組組方式方式0 0A口口C高高輸入輸入C低低輸入輸入B口口輸出輸出 B組組 方式方式0 0輸出輸出1=輸入輸入0=輸出輸出PC3 PC0：D7D6D5D4D3D2D1D0特征特征位位A組組方式選擇：方式選擇：00=方式方式0 001=方式方式1 11 =方式方式2 2A口：口：1=輸入輸入0=輸出輸出PC7 PC4：1=輸入輸入0=輸出輸出B組組方式方式選擇：選擇：0=方式方式0 01=方式方式1 1B口：口：1=輸入輸入0=輸出輸出特征位特征位1有效有效方式選擇控制字方式選擇控制字格式格式 方式選擇

10、控制字應送入控制口，可用如下兩條指令完成：方式選擇控制字應送入控制口，可用如下兩條指令完成：(設控設控制口地址為制口地址為83H) MOV AL，89HOUT83H，AL2. C端口按位置位端口按位置位/復位控制字復位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0無效無效0復位復位1置位置位 特征位特征位 0=有效有效D3 D2 D1 位選擇位選擇0 0 0 PC00 0 1 PC10 1 0 PC20 1 1 PC31 0 0 PC410 1 PC51 1 0 PC61 1 1 PC7例：例：將將PC5復位，其控制字為：復位，其控制字為： 00001010B（0AH） 設控制口地址為設控制口地址為2

11、2BH，對，對PC5進行復位的指令段為：進行復位的指令段為： MOV AL，0AH MOV DX，22BH OUT DX，AL注意：注意：此控制字盡管對此控制字盡管對PC口操作，但必須寫入控制口?？诓僮?，但必須寫入控制口。 PC端口的數(shù)據(jù)位常作為控制位用。此控制字只影響其中某端口的數(shù)據(jù)位常作為控制位用。此控制字只影響其中某一位，其它位狀態(tài)不變。一位，其它位狀態(tài)不變。四、四、8255A的工作方式的工作方式1. 方式方式0（基本的輸入（基本的輸入/輸出方式）輸出方式）特點：三個端口（特點：三個端口（PA、PB、 PC的高的高4位及低位及低4位）中的任一位）中的任一端口既可作輸入口，也可作輸出口，各

12、端口之間沒有必然的端口既可作輸入口，也可作輸出口，各端口之間沒有必然的聯(lián)系。聯(lián)系。2. 方式方式1（選通的輸入選通的輸入/輸出方式）輸出方式） A、B口可設置為輸入或輸出。和方式口可設置為輸入或輸出。和方式0比，其差別主要是要比，其差別主要是要利用利用C口提供選通信號和應答信號?？谔峁┻x通信號和應答信號。3. 方式方式2（雙向工作方式）（雙向工作方式） 使外設在單一的使外設在單一的8位數(shù)據(jù)總線上，既能發(fā)送數(shù)據(jù)，也能接收數(shù)位數(shù)據(jù)總線上，既能發(fā)送數(shù)據(jù)，也能接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與據(jù)，實現(xiàn)與CPU的雙向通信。的雙向通信。 僅僅A口具有方式口具有方式2，并占用，并占用C口的口的5位作控制聯(lián)絡線。位作控制聯(lián)絡線

13、。說明：說明：方式方式1、方式、方式2基本了解?；玖私?。方式方式0舉例舉例：將下圖中：將下圖中8255的的A、B口置成方式口置成方式0，使，使B口上口上8個發(fā)個發(fā)光二極管對應指示光二極管對應指示A口上口上8個開關的狀態(tài)。個開關的狀態(tài)。各口地址各口地址A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0A口口1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 08020HB口口1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 08022HC口口1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 08024H控制口控

14、制口1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 08026H方式控制字：方式控制字：1 0 0 1 0 0 0 0 B=90H（方式（方式0，A口輸入，口輸入，B口輸出）口輸出）WRRD8255ARESETD7D0PA7PB7PA0PB0RRR+5VR驅(qū)動器驅(qū)動器RESETCSWRRDA2A1A1A0D7D0發(fā)光二極管發(fā)光二極管74LS138G1/G2A/G2BCBAA15A6M/IOA5A4A3+/Y4A0CODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATAMAINPROC FARSTART:PUSHDSMOVAX,0PUSHAXMOVAL,90H ；方式控制字

15、；方式控制字MOVDX,8026H OUTDX,AL MOVDX,8020HINAL,DX ；讀入；讀入A口開關狀態(tài)口開關狀態(tài)MOVDX,8022HOUTDX,AL ；B口輸出口輸出RETMAINENDPCODEENDSENDSTART程序設計：開關處在高電平時，發(fā)光二極管亮；反之暗。程序設計：開關處在高電平時，發(fā)光二極管亮；反之暗。#3一、基本概念一、基本概念 在微機應用中，經(jīng)常有定時和計數(shù)的要求。在微機應用中，經(jīng)常有定時和計數(shù)的要求。1. 定時應用定時應用如定時中斷、定時檢測、定時掃描等。如定時中斷、定時檢測、定時掃描等。定時實現(xiàn)方法有兩種：定時實現(xiàn)方法有兩種： 軟件定時：通過執(zhí)行軟件定時

16、：通過執(zhí)行延遲程序?qū)崿F(xiàn)，優(yōu)點是節(jié)省硬件，缺點延遲程序?qū)崿F(xiàn)，優(yōu)點是節(jié)省硬件，缺點是降低了是降低了CPU效率，且編寫軟件略顯麻煩。效率，且編寫軟件略顯麻煩。 硬件定時：硬件定時：用到用到可編程可編程定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器，優(yōu)點是不占用，優(yōu)點是不占用CPU時時間，提高了間，提高了CPU效率，而且定時范圍可由軟件改變。效率，而且定時范圍可由軟件改變。由于定時器由于定時器/計數(shù)器芯片開銷不大，因此得到了廣泛應用。計數(shù)器芯片開銷不大，因此得到了廣泛應用。 軟件計數(shù)：計數(shù)脈沖通過并口（如軟件計數(shù)：計數(shù)脈沖通過并口（如8255的的I/O線）送入計算機，線）送入計算機，軟件不斷檢測該線狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)電平變化，

17、就認定有一次外軟件不斷檢測該線狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)電平變化，就認定有一次外部事件到來，此時軟件將某一變量加部事件到來，此時軟件將某一變量加1。缺點是降低了缺點是降低了CPU的的工作效率。工作效率。 硬件計數(shù)：計數(shù)脈沖硬件計數(shù)：計數(shù)脈沖送入送入可編程可編程定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器，通過內(nèi)部計，通過內(nèi)部計數(shù)器完成計數(shù)，數(shù)器完成計數(shù)，CPU需要時對需要時對定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器訪問，讀取計數(shù)訪問，讀取計數(shù)值即可。最大優(yōu)點是值即可。最大優(yōu)點是CPU和定時器和定時器/計數(shù)器并行工作，提高了計數(shù)器并行工作，提高了CPU的工作效率。的工作效率。2. 計數(shù)應用：計數(shù)應用：如各種外部事件的計數(shù)等。如各種外部事件的

18、計數(shù)等。計數(shù)實現(xiàn)方法同樣有兩種：計數(shù)實現(xiàn)方法同樣有兩種：可編程可編程定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器的核心部件為可預置初值計數(shù)器。計數(shù)的核心部件為可預置初值計數(shù)器。計數(shù)器一旦被啟動工作，便開始計數(shù)，直至計數(shù)值歸器一旦被啟動工作，便開始計數(shù)，直至計數(shù)值歸0 0或產(chǎn)生溢出，或產(chǎn)生溢出，可申請中斷?？缮暾堉袛唷Ｓ嫈?shù)器有加計數(shù)器有加1 1計數(shù)或減計數(shù)或減1 1計數(shù)兩種形式。計數(shù)兩種形式。可預置初值計數(shù)器可預置初值計數(shù)器啟動啟動控制控制GATE溢出信號溢出信號OUT計數(shù)初值計數(shù)初值計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖CLK 定時和計數(shù)本質(zhì)相同，也是對輸入脈沖進行計數(shù)，如果輸入定時和計數(shù)本質(zhì)相同，也是對輸入脈沖進行計數(shù)，如果輸入脈

19、沖的頻率一定，那么記錄脈沖的個數(shù)與所需的時間是脈沖的頻率一定，那么記錄脈沖的個數(shù)與所需的時間是 一一對一一對應的關系。應的關系。 例：例：輸入脈沖頻率為輸入脈沖頻率為2MHz，那么計數(shù)，那么計數(shù)2 106 計時計時1秒秒3. 定時器定時器/計數(shù)器的基本工作原理計數(shù)器的基本工作原理 8253與與CPU的接口引線的接口引線除了沒有除了沒有RESET引腳外，引腳外，其他與其他與8255相同。其中包相同。其中包括：括： D7D0、/RD、/WR、/CS、A1、A0引腳。引腳。 8253的三個計數(shù)通道的的三個計數(shù)通道的結(jié)構(gòu)和功能完全一樣，每結(jié)構(gòu)和功能完全一樣，每個通道均有兩個輸入引腳個通道均有兩個輸入引

20、腳CLK和和GATE，一個輸出一個輸出信號引腳信號引腳OUT。 二、二、可編程定時器可編程定時器/計數(shù)器計數(shù)器8253概述概述 含含3個獨立的個獨立的16位計數(shù)器位計數(shù)器：可進行二進制或：可進行二進制或BCD碼計數(shù)，計碼計數(shù)，計數(shù)速率可達數(shù)速率可達1.6MHz。控制寄存器：控制寄存器：可控制每個計數(shù)器的工作方式（可控制每個計數(shù)器的工作方式（6種），計數(shù)種），計數(shù)制式以及計數(shù)初值的裝入。制式以及計數(shù)初值的裝入。 數(shù)據(jù)總線緩沖器：數(shù)據(jù)總線緩沖器： 與數(shù)據(jù)總線的接口部件，與數(shù)據(jù)總線的接口部件，CPU對對8253讀寫讀寫信息都通過這信息都通過這8條數(shù)據(jù)線傳送，包括：條數(shù)據(jù)線傳送，包括： 傳送工作方式控

21、制字、傳送工作方式控制字、 向某一計數(shù)器裝入計數(shù)初值、向某一計數(shù)器裝入計數(shù)初值、 從某一計數(shù)器讀出計數(shù)初值從某一計數(shù)器讀出計數(shù)初值 。數(shù) 據(jù)總 線緩沖器讀/寫邏輯控 制寄存器片內(nèi)總線RDWRA0A1CSD0D7計數(shù)器0計數(shù)器1計數(shù)器2CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2 讀讀/寫控制邏輯：寫控制邏輯：8253內(nèi)部操作的控制電路，它從系統(tǒng)控制總內(nèi)部操作的控制電路，它從系統(tǒng)控制總線上接收控制信號，然后產(chǎn)生線上接收控制信號，然后產(chǎn)生8253內(nèi)部操作的各種控制信號，內(nèi)部操作的各種控制信號，具體接收的控制信號具體接收的控制信號/CS、 /RD、/WR 、A1、A

22、0與與8255A同理。同理。 A1 A0： 00 計數(shù)器計數(shù)器0 01計數(shù)器計數(shù)器1 10 計數(shù)器計數(shù)器211控制寄存器控制寄存器數(shù) 據(jù)總 線緩沖器讀/寫邏輯控 制寄存器片內(nèi)總線RDWRA0A1CSD0D7計數(shù)器0計數(shù)器1計數(shù)器2CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT28253輸入信號與各功能的對應關系輸入信號與各功能的對應關系/CS /RD /WR A1 A0 功能功能 0 1 0 0 0 對計數(shù)器對計數(shù)器0設置計數(shù)初值設置計數(shù)初值 0 1 0 0 1 對計數(shù)器對計數(shù)器1設置計數(shù)初值設置計數(shù)初值 0 1 0 1 0 對計數(shù)器對計數(shù)器2設置計數(shù)初值設置計數(shù)

23、初值 0 1 0 1 1 設置控制字或給一個命令設置控制字或給一個命令 0 0 1 0 0 從計數(shù)器從計數(shù)器0讀出計數(shù)值讀出計數(shù)值 0 0 1 0 1 從計數(shù)器從計數(shù)器1讀出計數(shù)值讀出計數(shù)值 0 0 1 1 0 從計數(shù)器從計數(shù)器2讀出計數(shù)值讀出計數(shù)值 三、三、8253編程編程控制字格式控制字格式 ：1BCD計數(shù)D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD0二進制計數(shù)工作方式選擇000 方式0001 方式1 10 方式2 11 方式3100 方式4101 方式5計數(shù)長度選擇00 將計數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存于緩沖器01 選擇計數(shù)器低8位讀或?qū)?0 選擇計數(shù)器高8位讀或?qū)?1

24、 選擇先低后高兩個字節(jié)讀或?qū)懹嫈?shù)器選擇00 計數(shù)器001 計數(shù)器110 計數(shù)器211 非法 計數(shù)過程的啟動方式不同計數(shù)過程的啟動方式不同 OUT端的輸出波形不同端的輸出波形不同 自動重復功能、自動重復功能、GATE的控制作用以及更新計數(shù)初值對計數(shù)的控制作用以及更新計數(shù)初值對計數(shù)過程的影響也不完全相同。過程的影響也不完全相同。四、四、8253工作方式（工作方式（ 6種）種） 方式方式0計數(shù)結(jié)束中斷方式計數(shù)結(jié)束中斷方式 方式方式1可編程的單獨負脈沖可編程的單獨負脈沖 方式方式2速率發(fā)生器（分頻工作方式）速率發(fā)生器（分頻工作方式） 方式方式3方波發(fā)生器方波發(fā)生器 方式方式4軟件觸發(fā)方式軟件觸發(fā)方式

25、方式方式5硬件觸發(fā)方式硬件觸發(fā)方式此處僅介紹方式此處僅介紹方式0、3，其余方式不作要求。，其余方式不作要求。6種方式的區(qū)別：種方式的區(qū)別：1. 方式方式0計數(shù)結(jié)束中斷方式計數(shù)結(jié)束中斷方式 寫入方式寫入方式0的控制字后，其輸出的控制字后，其輸出OUT端變低。端變低。 寫入計數(shù)初值寫入計數(shù)初值N，經(jīng)過，經(jīng)過CLK的一個上升沿和一個下降沿，初的一個上升沿和一個下降沿，初值進入減值進入減1計數(shù)器。計數(shù)器。 計數(shù)器減到計數(shù)器減到0后，后，OUT為高電平。為高電平。這是一種軟件啟動、不能自動重復的計數(shù)方式。這是一種軟件啟動、不能自動重復的計數(shù)方式。CLKGATE543201OUTCWWRN5方式方式0的波

26、形的波形 在計數(shù)過程中，可隨時寫入新的初值，計數(shù)器使用新的初值在計數(shù)過程中，可隨時寫入新的初值，計數(shù)器使用新的初值重新開始計數(shù)。重新開始計數(shù)。 方式方式0主要用于單次計數(shù)，計數(shù)到時，利用主要用于單次計數(shù)，計數(shù)到時，利用OUT信號作為查信號作為查詢信號或中斷請求信號詢信號或中斷請求信號。CLKGATE543201OUTCWWRN5方式方式0的波形的波形 322201CLKGATEOUTWRCWN3方式方式0時時GATE信號的作用信號的作用 方式方式3時，在計數(shù)過程中時，在計數(shù)過程中OUT輸出：輸出： 前一半時間為高電平，后一半時間為低電平。前一半時間為高電平，后一半時間為低電平。 輸出是自動重復的周期性方波，周期輸出是自動重復的周期性方波，周期=N* *TCLK。 4242244CLKGATEOUTWRCW