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1、第七章 微型机接口技术,一、概述,二、可编程定时/计数器 Intel 8253,三、可编程并行通信接口芯片 8255A,四、可编程串行通信接口芯片 8251A,7.1 概述,一、接口电路的分类和功能,外设必须通过接口电路与CPU相连接,数据总线,控制总线,地址总线,接口电路,外部设备,数据线,控制线,状态线,一、接口电路的分类和功能,接口电路按通用性分为两类：通用接口和专用接口通用接口：可供多种外部设备使用的标准接口，目的是使微机正常工作 通用接口通常制造成集成电路芯片，称为接口芯片。 最初的IBM-PC使用了6块接口芯片：8284、8288、8255、8259、8237、8253 后来的微机
2、将这些芯片集成为大规模集成电路芯片，称为芯片组。 如82430TX芯片组，由两片芯片组成： 北桥：82439TX 南桥：82371AB,一、接口电路的分类和功能,专用接口：为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路，目的在于扩充微机系统的功能。专用接口通常制造成接口卡，插在主板总线插槽上使用。通用接口和专用接口的界限并不严格。,按照可编程性，接口芯片分成硬布线逻辑接口芯片和可编程接口芯片。可编程接口芯片的功能可以由指令来控制。,一、接口电路的分类和功能,接口电路的功能： 1）缓冲锁存数据 2）地址译码,I/O设备的选择 3）信息的输入输出 4）信息类型转换，码制转换，信息个数的转换，电平转换典型
3、的接口原理框图（P272）,7.2 可编程计时器/计数器82531. 定时信号的需求： 在计算机系统中，经常要用到定时信号，比如： 在许多个人计算机中，动态存储器的刷新定时；系统日历时钟的计时；喇叭的 声源；都是用定时信号来产生的。 在计算机实时控制与处理系统中，计算机需要每隔一段时间采样一次，在对采样的数据处理、控制，也要用到定时信号。2. 定时信号的产生定时信号的产生有三种方式： 软件方法：延时子程序；（每条指令都需时间，缺点：计时不够准确，占用了CPU） 不可编程硬件方法：用电阻和电容构成，（简单，但连接好后不易修改延时时间。可编程硬件方法：工作方式、定时值和定时范围可以很容易由软件来确
4、定和修改 ） 可编程的定时/计数器的主要用途： （P272）,二、可编程定时/计数器 Intel 8253,原理,主要功能 芯片上有三个独立的16位计数器通道； 每个计数器可以按照二进制或二十进制计数； 每个计数器的计数速率可达 2.6MHZ ; 每个通道有 6 种工作方式，可用程序设置和改变； 所有的输入输出都与 TTL 兼容。,(2) 结构,管脚信号,D7D0 数据总线（双向） RD 读输入 WR 写输入 A0,A1 选择内部寄存器地址 CS 片选 CLK 输入脉冲（计数器即对此脉冲计数） GATE 门控信号输入（控制 计数器工作的外部信 号，为低时，禁止计数器工作） OUT 输出引脚（计
5、数到0时，OUT上必有输出,输出信号的波形由 工作方式决定）,端口选择,控制字 在8253的初始化编程时，由CPU向8253的控制字寄存器写入一个控制字，它规定了8253的工作方式。,二进制的数范围为0000H-FFFFH 十进制的数范围为0000H-9999H 最大均为0000H，最小均为1,3. 可编程定时/计数器的工作原理,CPU对计数器设定工作方式，装入初值，在GATE（门控信号）的启动下，计数器开始工作，在输入脉冲CLK的作用下做减 1 计数（来一个脉冲计数值减 1 ），减至 0时，输出端 OUT 输出一个信号。,4. 可编程定时/计数器的功能,计数 在设定好计数初值后，做减 1 计
6、数，减为 0 时，输出一个信号。,定时 在设定好计数初值后，做减 1 计数，并按定时常数不断输出为时钟周期整数倍的定时间隔。,2. 工作方式 8253共有六种工作方式,(1) 方式0 计数结束中断,(2) 方式1 可重复触发的单稳态触发器,(3) 方式2 频率发生器,(4) 方式3 方波频率发生器,(5) 方式4 软件触发选通,(6) 方式5 硬件触发选通,3. 8253编程,(1) 方式0 计数结束中断,当控制字写入控制字寄存器时，即使OUT输出端变低，在写入计数初值后，计数器开始计数（此时GATE信号必须为高），计数结束后OUT输出端变高。,特点： 1. 计数器只计一遍。当计数到 0 时，
7、并不恢复计数初值，不开始重新 计数，且输出一直保持为高。只有在写入下一个计数值时，OUT 变低，开始新的计数。,特点： 3. 在计数过程中，可改变计数值。在写入新的计数之后，计数器按新 的值重新开始计数。,特点： 2. 在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。GATE=0, 计数暂停，GATE变高后，接着计数。,特点： 4. 8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，因此，若要用于中断，则可用OUT 信号作为中断请求信号，但需要有外接的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。在PC机中，用 8259A 作中断优先权排队电路与中断向量产生电路。,(2) 方式1 可重复触发的单稳态
8、触发器,当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出保持为高，当CPU写完计数值后，计数器并不开始计数，直到 GATE 信号启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿 开始计数），OUT输出端变低。在整个计数过程中，OUT 都维持为低，直到计数 为 0 时，输出变为高，输出一个单脉冲。,特点： 1. 若设置的计数值为N，则输出的单脉冲宽度即为N个输入脉冲间隔。2. 当计数到 0 后，可再次由外部触发启动，输出一个同样宽度的单拍脉冲，而不用再次送计数值。,特点： 3. 在计数过程中，外部可发门控信号进行再触发，在触发脉冲上升沿后的下一个CLK脉冲的下降沿，计数器将重新开始工作。,特点： 4. 在计数过程中
9、，CPU可改变计数初值，这时计数过程不受影响，计数到 0 后输出为高。若再次触发启动，则计数器将按新的计数值计数。所以改变计数值是下次有效的。,(3) 方式2 频率发生器,当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出为高。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入脉冲 CLK 计数。在计数过程中，OUT一直保持为高，直到计数器减到 1 时，OUT变低，经过一个CLK后，OUT恢复为高，计数器重新开始工作。,特点： 1. 不用重新设置计数值，计数器能够连续工作，输出固定频率的脉冲。,特点： 2. 计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE变低时，暂停计数；在GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初
10、值，重新开始计数。,特点： 3. 在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响， 但在计数到 1 输出变低后，下一个计数周期，计数器将按新的计数值计数。所以改变计数值是下次有效的。,(4) 方式3 方波频率发生器,同频率发生器，区别在于，方波频率发生器在计数过程中输出一半时间为高，一半时间为低。即其输出是N（N为计数值）个CLK脉冲的方波。,特点： 1. 若计数值为偶数，在装入计数值后，每个CLK脉冲使计数值减2，当计数到 0 时，一方面输出改变状态，一方面重新装入计数值开始新的计数。若计数值为奇数，装入计数值后，第一个CLK脉冲使计数器减1，以后每 个CLK使计数器减2。所以，
11、若计数值N为奇数，则（N+1)/2个CLK脉冲为高电平，（N-1)/2个CLK脉冲为低电平。,特点： 2. GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=0，计数停止，当GATE=1后，计数器将重新装入计数初值，重新开始计数。,特点： 3. 若在计数期间写入新的计数值，并不影响现行计数过程。但若此时收到GATE信号，则计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并开始计数。,(5) 方式4 软件触发的选通信号发生器,在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后立即开始计数。计数到 0 后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。这种计数方式是一次性的，当输入新的计数值后
12、，才能开始新的计数。,特点： 1. CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后，才输出一个负脉冲。,特点： 3. 若在计数期间写入新的计数值，则按新的计数值重新开始计数。,特点： 2. GATE=0，禁止计数，GATE=1，允许计数。因此要做到软件触发，GATE必须保持为高。但GATE不影响输出。,(6) 方式5 硬件触发选通,在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控信号的上升沿触发启动。计数到 0 后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。等到
13、下一次门控信号的触发才能开始新的计数。,特点： 1. CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后，才输出一个负脉冲。,特点： 2. 若在计数过程中使用GATE信号，则使计数器重新开始计数。但GATE不影响输出。,特点： 3. 若在计数期间改变计数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程， 计数到0后，若有门控信号触发，则按新的计数值开始计数；若未计数到0，即有门控信号触发，则立即按新的计数值重新开始计数。,3. 8253编程,要使用 8253 必须首先对其进行初始化编程。初始化编程的步骤是：(1) 写入通道控制字
14、，规定通道的工作方式；(2) 写入计数值 若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0； 若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0； 若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，再写入高8位。,4. 8253 编程举例,(1) 初始化编程：使用通道0，工作在方式 1 下，按二十进制计数，计数值为5080。,0 0 1 1 0 0 1 1 通道0 先写低8位 方式1 BCD计数再写高8位, 通道控制字, 计数值的低8位为80，高8位为50。 MOV AL, 33HOUT 07H, ALMOV AL, 80OUT 04H, ALMOV AL, 50OUT 04H,
15、 AL,;假设8253的地址为 04H 07H ; 0 0 0 0, 0 1 0 0 0 0 0 0, 0 1 1 1,CPU 读取计数器的计数值。因为计数值在不断地变化，故读取计数值时，必须将当前计数值锁存。通常的做法是：向8253送一个控制字，令通道中的锁存器将计数值锁存，然后由CPU读取。若为16位，则要读取两次。例：读取通道1 中的计数值。端口为04H07H通道控制字MOV AL, 40H OUT 07H, AL ；计数器1的值锁存。IN AL, 05HMOV CL, ALIN AL, 05H MOV CH, AL 5. 8253 编程应用举例 （P278）利用8253进行测速。,三、IBM PC/XT 中的定时/计数器电路,PC机中，8253 的三个计数器都得到使用，三个计数器的时钟脉冲都是1.1931816MHZ,即时钟信号发生器8284A的PCLK外围设备用时钟信号。,1.1931816 MHZ,IRQ0到8259,
