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1、第七章第七章 基本输入输出接口基本输入输出接口v本章内容提要本章内容提要1.输入输出接口功能及其数据交换方式输入输出接口功能及其数据交换方式;2.8255结构、功能与应用结构、功能与应用;3.8253/ /8254结构、功能与应用结构、功能与应用;1第一节第一节输入输出接口功能及其数据交换方式输入输出接口功能及其数据交换方式1.I/O接口电路及其功能接口电路及其功能;2.8086 CPU的的I/O指令、指令、I/O端口编址与端端口编址与端口译码口译码;3.I/O接口电路与接口电路与CPU的数据交换方式的数据交换方式。2设置接口电路的原因设置接口电路的原因v通通过过接接口口电电路路, ,CPU与
2、与外外部部设设备备之之间间建建立立信信息交换通道息交换通道, ,有三种信息类型有三种信息类型:数据信息数据信息: 数字量、模拟量数字量、模拟量 、开关量、开关量;状态信息状态信息: 外设状态通过接口送达外设状态通过接口送达CPU;控制信息控制信息: CPU通过接口控制外设工作。通过接口控制外设工作。 v接接口口电电路路在在外外设设与与CPU之之间间完完成成相相应应的的信信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能。号转换、速度匹配、数据缓冲等功能。 3CPU与外设连接示意图与外设连接示意图微处理器微处理器CPUI/O接接口口外外部部设设备备数据线数据线控制线控制线状态线状态线ABCBDB4输入输出接口功
3、能描述输入输出接口功能描述1.数据缓冲功能数据缓冲功能; ( (CPU与外设工作速度匹配与外设工作速度匹配) )2.接受和执行接受和执行CPU命令的功能命令的功能;3.信号转换功能信号转换功能; ( (用一组逻辑电平编码信息用一组逻辑电平编码信息) )4.设备选择功能设备选择功能;5.中中断断管管理理功功能能; ( (提提高高系系统统效效率率与与事事件件响响应应速度速度) )6.数据格式变换功能数据格式变换功能; ( (串串并转换并转换) )7.可编程功能。可编程功能。( (增加硬件电路灵活性增加硬件电路灵活性) )5I/O指令及其执行过程指令及其执行过程vI/O指令指令IN AL，PORTI
4、N AX，PORTIN AL，DXIN AX，DXOUT PORT ，ALOUT PORT ，AXOUT DX ，ALOUT DX ，AX其中其中PORT为直接端口地址为直接端口地址( (00FFH) );DX为间接端口寻址寄存器为间接端口寻址寄存器;8086 CPU能寻址能寻址216个个I/O端口。端口。6IN指令执行过程指令执行过程( (时序时序) )数据由接口电路准备好并送数据由接口电路准备好并送上系统数据总线上系统数据总线由由DX或指令直接或指令直接给出的端口地址给出的端口地址浮空浮空数据输入数据输入地址输出地址输出总线周期总线周期T1T2T4T3,TwM/IOCLKALEAD15AD
5、0RDCPU采样数据采样数据总线，读取端总线，读取端口数据口数据7OUT指令执行过程指令执行过程( (时序时序) )AL或或AX中数据输出到系中数据输出到系统数据总线统数据总线由由DX或指令直接或指令直接给出的端口地址给出的端口地址数据输出数据输出地址输出地址输出总线周期总线周期T1T2T4T3,TwM/IOCLKALEAD15AD0WR此时接口电路应捕此时接口电路应捕获数据总线上数据获数据总线上数据8I/O接口编址方式接口编址方式v存储器映像输入输出存储器映像输入输出I/O操作与存储器操作指令相同操作与存储器操作指令相同;I/O接口占用存储空间。接口占用存储空间。v独立编址输入输出独立编址输
6、入输出I/O空间与存储器空间分开编址空间与存储器空间分开编址;设置专用的输入输出指令设置专用的输入输出指令;设置专用的控制信号设置专用的控制信号M/IO。9输入输出端口地址译码输入输出端口地址译码vI/O端口地址译码与存储器地址译码非常相似端口地址译码与存储器地址译码非常相似;v长长格格式式I/O指指令令可可只只译译码码A7A0, ,短短格格式式 I/O指令必须译码指令必须译码A15A0地址线地址线;v如如同同存存储储器器一一样样, ,8086CPU的的I/O系系统统包包含含两两个个8位位I/O体体, ,如如图图所所示示, ,16位位规规则则字字数数据据或或8位位数数据据I/O只需一次操作即可
7、只需一次操作即可;v8088CPU只只有有一一个个I/O体体, ,执执行行16位位I/O指指令令时时, ,需要两次总线操作需要两次总线操作, ,分别读分别读/ /写高写高/ /低字节。低字节。v考虑考虑M/IO0为为I/O操作操作;NEXT108086I/O体结构体结构0FFFFH0FFFDH0FFFBH0003H0001HBHE=0选择选择对应对应D15D80FFFEH0FFFCH0FFFAH0002H0000HA0=0对应对应D7D0返回返回11译码电路设计译码电路设计v例例:设设两两个个输输出出端端口口地地址址为为0FEH0FFH, ,设设计计其其输输出出电电路路, ,要要求求该该电电路
8、路可可按按照照字字节节或或字字进行输出操作。进行输出操作。128位或位或16位输出电路原理图位输出电路原理图74LS374 1DI7DI0Q7Q0OECLK74LS374 2DI7DI0Q7Q0OECLKD7D0D15D8&A7A6A5A4A3A2A11M/IOWR11A0BHE0FEH0FFH13v相应操作指令及其执行结果相应操作指令及其执行结果:执行执行:OUT 0FEH, , AL时时, ,AL内容送内容送74LS374 1执行执行:OUT 0FFH, ,AL时时, ,AL内容送内容送74LS374 2执行执行:OUT 0FEH, ,AX时时, ,AL内容送内容送74LS74 1, ,
9、AH内容送内容送74LS74 2。需需要要注注意意的的是是, ,执执行行OUT 0FFH, ,AL指指令令时时, ,AL内内容是由容是由CPU数据总线的数据总线的D15D8送出。送出。14CPU与与外设间数据交换方式外设间数据交换方式vCPU与与外外设设间间的的数数据据交交换换, ,有有程程序序控控制制方方式式、中中断断控控制制方方式式和和存存储储器器直直接接存存取取控控制制方方式式。其其中中程程序序控控制制方方式式是是基基础础, ,应应首首先先掌掌握握该该方方式。式。v程程序序控控制制方方式式是是指指CPU与与外外设设间间的的数数据据交交换换在在程程序序控控制制下下进进行行, ,分分为为无无
10、条条件件传传送送方方式式和和条件传送方式条件传送方式两类。两类。15无条件传送方式无条件传送方式v无条件输入无条件输入不不管管外外设设状状态态, ,CPU执执行行IN指指令令直直接接从从端端口口输输入即为无条件输入。入即为无条件输入。v无条件输出无条件输出不不管管外外设设状状态态, ,CPU执执行行OUT指指令令直直接接将将数数据输出到端口即为无条件输出。据输出到端口即为无条件输出。v无无条条件件输输入入输输出出要要求求外外设设在在任任何何时时候候都都能能与与CPU交换信息交换信息;v输输入入端端口口只只需需缓缓冲冲, ,而而输输出出端端口口一一般般都都需需要要加入锁存器。加入锁存器。16无条
11、件传送方式的输入输出原无条件传送方式的输入输出原理理Q7Q0D7D0OECLKCPU数据总线数据总线G数数 据据 输输 出出至外设至外设来自外来自外设数据设数据D7 D0三态缓冲器三态缓冲器端口端口译码器译码器1WR地址地址输入输入1RD端口译码信号端口译码信号M/IO17条件传送方式条件传送方式( (查询方式查询方式) )v条条件件传传送送即即程程序序查查询询方方式式, ,是是指指CPU在在传传送送数数据据前前, ,首首先先通通过过查查询询确确认认外外设设准准备备好好了了才才传传送送数数据据, ,否否则则, ,CPU等等待待。从从而而较较好好地地解解决决了了CPU与外设传送数据时不同步的问题
12、。与外设传送数据时不同步的问题。v查询的一般步骤查询的一般步骤:从从I/O端端口口读读入入设设备备状状态态信信息息并并确确定定外外设设是是否准备好交换数据否准备好交换数据;若若外外设设没没有有准准备备好好, ,则则重重复复执执行行第第直直到到设设备准备好为止备准备好为止;CPU执执行行I/O指指令令, ,从从I/O端端口口读读/ /写写数数据据, ,同同时复位时复位I/O端口的状态字。端口的状态字。18查询式输入原理查询式输入原理选通信号选通信号STBRDCPU数据总线数据总线数据端口数据端口译码信号译码信号数据数据输输入入设设备备1状态信息状态信息锁存器锁存器8D QDQCLR+5V8状态端
13、口状态端口译码信号译码信号1RD当外设有数据要传送到当外设有数据要传送到CPU时时, ,应将数据送应将数据送上外设数据总线并发出选通信号上外设数据总线并发出选通信号( (STB) )19查询输入方式的基本程序查询输入方式的基本程序设外设状态信息接到系统数据总线的设外设状态信息接到系统数据总线的D7位。位。POLL: IN AL, ,STATUS_PORT ;读状态端口读状态端口 TEST AL, ,80H ;检查检查READY是否是是否是1 JE POLL ;未准备好未准备好, ,循环再查循环再查 IN AL, ,DATA_PORT ;从从数数据据端端口口输输入入数数据据20查询式输出原理查询
14、式输出原理v外外设设接接收收完完数数据据后后应应给给出出应应答答信信号号ACK, ,表表示示数数据据已已接接收收到到, ,BUF为为数数据据准准备备好好信信号号, ,用用于于通通知知外外设设CPU已已输输出出新新的的数数据据。查查询询式式I/O的的实实质质是是软软硬硬件件配配合合完完成成外外设设与与CPU之之间的状态间的状态“握手握手”与数据交换。与数据交换。+5VWRCPU数据总线数据总线数据端口数据端口译码信号译码信号数据数据输输出出设设备备1状态信息状态信息BUSYACK状态端口状态端口译码信号译码信号1RD锁存器锁存器8DQDQCLR选通信号选通信号BUF21中断控制中断控制I/O方式
15、原理方式原理v中中断断控控制制I/O方方式式能能及及时时处处理理系系统统中中多多个个外外设的数据传输过程。设的数据传输过程。INTRDCPU数据总线数据总线端口译码信号端口译码信号数据数据输输入入设设备备1锁存器锁存器8DQD QCLR+5V8选通信选通信号号STB中断请求中断请求触发器触发器INTA22直接存储器存取直接存储器存取( (DMA) )控制方式控制方式v在在DMA方方式式下下, ,外外部部设设备备利利用用专专用用的的接接口口电电路路直直接接和和存存储储器器进进行行高高速速数数据据传传送送, ,而而无无需需通过通过CPU交换数据。交换数据。v在在利利用用DMA方方式式进进行行数数据
16、据传传输输时时, ,接接口口电电路路要要向向CPU发发出出请请求求, ,使使CPU让让出出总总线线, ,即即把把总线控制权交给总线控制权交给DMA控制器。控制器。v主主要要优优点点: 速速度度快快, ,数数据据传传送送的的速速率率只只受受存存储器和接口电路访问速度的限制。储器和接口电路访问速度的限制。v主要缺点主要缺点: 硬件电路比较复杂。硬件电路比较复杂。 23第二节第二节 8255结构、功能与应用结构、功能与应用1.了解了解82C55可编程芯片的内部结构可编程芯片的内部结构;2.掌握掌握82C55的引脚功能及其与的引脚功能及其与CPU的连接的连接;3.掌握掌握82C55的初始化方法及其工作
17、方式的初始化方法及其工作方式;4.深入体会可编程芯片的一般使用方法深入体会可编程芯片的一般使用方法。24可编程可编程I/O接口芯片概述接口芯片概述1.使用可编程芯片的原因使用可编程芯片的原因简化电路设计简化电路设计, ,增加硬件电路灵活性。增加硬件电路灵活性。2.可编程芯片内部的一般结构可编程芯片内部的一般结构与与CPU连连接接端端口口: 包包括括命命令令口口、状状态态口口和和数数据据口口。通通常常每每个个端端口口都都应应映映射射到到CPU的的I/O空间空间;与与外外设设连连接接端端口口: 用用于于接接口口电电路路与与外外设设传传递数据递数据;内部数据总线将所有内部端口连接成一体。内部数据总线
18、将所有内部端口连接成一体。25可编程可编程I/O接口芯片概述接口芯片概述3.芯片外部特性芯片外部特性与与CPU连连接接引引脚脚: 片片选选、内内部部端端口口选选择择线线( (寻址内部端口寻址内部端口) )、读、读/写控制等写控制等;与与外外设设连连接接引引脚脚: 数数据据I/O线线、控控制制输输出出、外设状态输入等。外设状态输入等。4.命令字与初始化编程命令字与初始化编程将将命命令令字字写写入入命命令令口口, ,芯芯片片内内部部逻逻辑辑解解释释命命令字后即可实现芯片功能的配置令字后即可实现芯片功能的配置;正常操作芯片前一般要求初始化芯片。正常操作芯片前一般要求初始化芯片。2682C55内部结构
19、内部结构v82C55内部共有四个独立编址端口内部共有四个独立编址端口一个命令口一个命令口;三三个个相相互互独独立立的的输输入入输输出出数数据据端端口口( (即即端端口口A、B和和C) );数据口具有可编程数据口具有可编程选择的多种功能选择的多种功能;内部结构图。内部结构图。2782C55内部逻辑框图内部逻辑框图端口端口AC口口高四位高四位C口口低四位低四位A组组控制控制端口端口BB组组控制控制数据总数据总线缓冲线缓冲读读/ /写写控制控制逻辑逻辑8位内部位内部数据总线数据总线I/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0D7D0数据总线数据总线RDWRA0CSA1RE
20、SET外设接口外设接口内部控制逻辑内部控制逻辑CPU接口接口28与外设连接端口与外设连接端口v端端口口A、B和和C可可与与外外部部设设备备相相连连接接, ,用用于于数数据据输输出出时时具具有有锁锁存存缓缓冲冲器器功功能能, ,数数据据输输入入时时具具有有锁锁存存功功能能。端端口口C可可作作为为外外设设控控制制和和状状态态信信息息的的端端口口, ,它它可可以以分分成成为为两两个个4位位的的端端口口, ,每每个个端端口口包包含含一一个个4 4位位的的输输入入输输出出引引脚脚。分分别别与与端端口口A和和B配配合合使使用用, ,作作为为控控制制信信号输出号输出, ,或作为状态信号输入。或作为状态信号输
21、入。29内部控制逻辑内部控制逻辑v内内部部逻逻辑辑包包括括A组组和和B组组控控制制电电路路。这这是是两两组组根根据据CPU的的命命令令字字控控制制82C55工工作作方方式式的的电电路路。每每组组控控制制电电路路从从读读写写控控制制逻逻辑辑接接受受各各种种命命令令, ,从从内内部部数数据据总总线线接接收收控控制制字字并发出适当的命令到相应的端口并发出适当的命令到相应的端口30与与CPU接口接口1.数据总线缓冲器数据总线缓冲器;2.读写控制逻辑。读写控制逻辑。3182C55外部特性外部特性1.引脚图引脚图2.与外设连接的引脚与外设连接的引脚分分为为PA7PA0、PB7PB0和和PC7PC0三三组组
22、, ,分分别别对对应应于于A、B、C三三个个端端口口, ,全全为为双双向、三态引脚。向、三态引脚。3.与与CPU连接的引脚连接的引脚RESET复复位位输输入入信信号号, ,高高电电平平有有效效。复复位位时时清清零零所所有有内内部部寄寄存存器器, ,置置A、B、C三三个个端端口口为为输输入入方方式式, ,对对应应的的PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0引脚均引脚均为高阻状态。为高阻状态。NEXT3282C55引脚图引脚图返回返回PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VccPB7PB6PB5PB4PB3PA3PA2PA1PA0 RD CSGND A1 A0PC7
23、PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB2 1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 2182C553382C55外部特性外部特性CS#芯芯片片选选择择信信号号输输入入、低低电电平平有有效效。只只有当它为低电平时有当它为低电平时, ,82C55才才能被才才能被CPU操作。操作。A0和和A1芯芯片片内内部部寄寄存存器器地地址址选选择择信信号号, ,当当CS#有有效效时时, ,82C55被被选选中中, ,再再由由A0、A1的的编编码码决定是选端口
24、决定是选端口A、B、C还是控制寄存器。还是控制寄存器。RD#读读信信号号, ,输输入入, ,低低电电平平有有效效。为为低低电电平平时时, ,82C55内内部部A、B和和C可可输输出出到到数数据据引引脚脚D7D0。WR#写写信信号号, ,输输入入, ,低低电电平平有有效效。为为低低电电平平时时, ,数数据据引引脚脚D7D0上上的的数数据据或或命命令令被被82C55读入。读入。3482C55操作逻辑真值表操作逻辑真值表3582C55的控制字的控制字1.82C55方式选择控制字格式方式选择控制字格式标识位标识位D7=1A组方式选择组方式选择0 0方式方式00 1方式方式11方式方式2 A口口:0输出
25、输出1输入输入PC3PC00输出输出1输入输入B口口:0输出输出1输入输入B组方式选择组方式选择0方式方式01方式方式1PC7PC40输出输出1输入输入3682C55的控制字的控制字2.82C55按位置位复位的控制字按位置位复位的控制字选中位操作选中位操作1置置10清清0标识位标识位D7=0未使用未使用C口位选择口位选择000选选PC0001选选PC1010选选PC2011选选PC3100选选PC4101选选PC5110选选PC6111选选PC73782C55的初始化编程举例的初始化编程举例例例1: 要要求求82C55端端口口A以以方方式式0输输出出, ,端端口口B以以方式方式1输入输入, ,
26、C口输入口输入, ,设计其初始化程序。设计其初始化程序。设控制口地址为设控制口地址为PORT_CON, ,程序如下程序如下:MOV DX，PORT_CONMOV AL，10001111BOUT DX，AL 初始化后初始化后, ,如要从如要从A口输出数据口输出数据, ,只需执行只需执行MOV DX，PORT_AMOV AL，DATAOUT DX，AL3882C55的初始化编程举例的初始化编程举例例例 2:端端 口口 C的的 PC0位位 要要 求求 清清 0, ,则则 控控 制制 字字 为为00000000B, ,即即00H; 而而端端口口C的的PC7位位要要求求置置 1, ,则则 控控 制制 字
27、字 为为 00001111B( (0FH) )。 设设82C55的的 控控 制制 寄寄 存存 器器 的的 端端 口口 地地 址址 为为PORT_CON, ,则则下下面面的的程程序序段段可可实实现现PC7输输出高电平出高电平, ,PC0输出低电平。输出低电平。 MOV DX，PORT_CON ;控控制制口口地地址址送送DX MOV AL，0FH ;PC7置置1控制字控制字 OUT DX，AL ;PC7置置1操作操作 MOV AL，00H ;PC0清清0控制字控制字 OUT DX，AL ;PC0清清0操作操作3982C55工作方式工作方式0v方方式式0下下, ,各各端端口口实实际际上上工工作作于于
28、无无条条件件传传输输方式。方式。v方式方式0的工作特点的工作特点1.两个两个8位端口位端口: 端口端口A和端口和端口B;2.两个四位端口两个四位端口: 端口端口C的高的高4位和低位和低4位位;3.任任何何一一个个端端口口都都可可编编程程设设置置为为输输入入或或输输出出;4.输出锁存、输入只是缓冲输出锁存、输入只是缓冲;5.在在方方式式0时时各各个个端端口口的的输输入入输输出出可可以以有有16种组合方式。种组合方式。40方式方式0输入输入时的等效模型时的等效模型v设设三个端口都工作于方式三个端口都工作于方式0输入输入PC7PC0PA7PA0A组组控制控制B组组控制控制数据总数据总线缓冲线缓冲读读
29、/ /写写控制控制逻辑逻辑8位内部位内部数据总线数据总线PB7PB0D7D0数据总线数据总线RDWRA0CSA1RESET外设接口外设接口内部控制逻辑内部控制逻辑CPU接口接口41方式方式0输出时的等效模型输出时的等效模型v假定三个端口都被设定为方式假定三个端口都被设定为方式0输出输出PC7PC0PA7PA0A组组控制控制D QB组组控制控制数据总数据总线缓冲线缓冲读读/ /写写控制控制逻辑逻辑8位内部位内部数据总线数据总线PB7PB0D7D0数据总线数据总线RDWRA0CSA1RESET外设接口外设接口内部控制逻辑内部控制逻辑D QD Q42方式方式0应用举例应用举例例例:某某8086最最小
30、小系系统统中中用用82C55扩扩展展8位位LED显显示示器器, ,设设82C55占占用用I/O端端口口地地址址0FFF8H0FFFFH, ,编程显示数字编程显示数字“76543210”。解题分析解题分析:82C55内内部部有有四四个个端端口口, ,为为何何在在8086系系统统中中要占用要占用0FFF8H0FFFFH共共8个端口地址个端口地址?82C55与与CPU的的连接图连接图;8位位LED显示器采用显示器采用动态显示方式动态显示方式;LED数码管的数码管的功率驱动问题功率驱动问题;位选择位选择码与码与段选择码段选择码。NEXT4382C55与与 8086的连接电路的连接电路&A15A14A1
31、3A12A11A10A9A8A7A6A5A4A31 M/IO82C55D7D0CSRDWRRESET接系统复位接系统复位A1A0A2A1RDWRPA口口PB口口PC口口D7D0思思考考: 此此处处接接系系统统D15D8是是否否可可以以?应应如如何何接接?如如接接D15D8应如何编程应如何编程?PA7PA0PB7PB0PC7PC0A0返回返回44数码管显示器驱动电路数码管显示器驱动电路COMCOMaaggPA6PA0PB7PB0VCCVCC位选择码位选择码段选择码段选择码返回返回45七段七段LED及其接法及其接法共阴极接法段选择码共阴极接法段选择码: 共阳极接法段选择码共阳极接法段选择码:g f
32、 e d c b a g f e d c b a0 1 1 1 1 1 10 1 0 0 0 0 0 000 0 0 0 1 1 01 1 1 1 1 0 0 111 0 1 1 0 1 12 0 1 0 0 1 0 02 1 1 0 1 1 1 19 0 0 1 0 0 0 09返回返回bcdefgagag+5V七段七段LED共阴极接法共阴极接法共阳极接法共阳极接法COMa46工作方式工作方式1v工作方式工作方式1的特点的特点 1.方方式式1是是一一种种选选通通I/O方方式式( (需需使使用用“握握手手”控制信号控制信号) );2.只只有有A和和B口口能能够够工工作作于于方方式式1, ,此此
33、时时C口口的的部部分分引引脚脚作作为为A、B口口的的“握握手手”信信号号, ,其其余引脚可工作于方式余引脚可工作于方式0输入或输出输入或输出;3.A、B端端口口设设定定为为方方式式1时时, ,其其工工作作过过程程类类似似查查询询式式数数据据传传输输, ,C口口有有关关位位表表征征A、B口口的状态。的状态。47方式方式1输入的有关控制信号输入的有关控制信号v方式方式1输入结构图输入结构图( (以端口以端口A为例说明为例说明) )INTRAPA7PA0PC4PC5PC3INTEA&IBFAI/OSTBAPC7PC6( (PC4) )锁锁存存缓缓冲冲D7D0RD48方式方式1输入控制信号输入控制信号
34、vSTB#( (Strobe)选选通通输输入入。应应由由外外设设产产生生的的数数据据选选通通信信号号, ,低低电电平平有有效效。送送入入端端口口C的的PC4或或PC2。当当为为有有效效低低电电平平时时, ,将将端端口口A或或B引引脚脚上上的的数数据据选选通通并并锁锁存存到到相相应应的的输输入锁存器中。入锁存器中。49方式方式1输入控制信号输入控制信号vIBF( (Input Buffer Full) )输输入入缓缓冲冲器器满满状状态态指指示示信信号号。由由82C55的的PC5或或PC1位位发发出出的的应应答答信信号号, ,高高电电平平有有效效。表表明明82C55在在其其输输入入缓缓冲冲区区中中
35、存存放放了了一一个个新新的的数数据据, ,以以备备CPU读读取取, ,同同时时还还将将数数据据已已锁锁存存到到82C55输输入口入口的信息通知外设。的信息通知外设。 50方式方式1输入控制信号输入控制信号vINTR( (Interrupt Request) )中中断断请请求求信信号号( (由由PC3或或PC0给给出出),),高高电电平平有有效效。当当82C55的的输输入入端端口口有有新新数数据据时时, ,INTR信信号号将将变变为为高高电电平平( (要要求求INTE信信号号为为1) )。在在系系统统中中, ,通通常常作作为为CPU的的查查询询信信号号或或82C55向向CPU发发出出的中断请求信
36、号。的中断请求信号。51方式方式1输入控制信号输入控制信号vINTE( (Interrupt Enable) )中中断断允允许许。只只有有当当INTE1时时, ,端端口口A或或B才才可可能能向向CPU发发出出中中断断请请求求INTR。INTE由由软软件件通通过过对对C口口的的置置位位或或复复位位指指令令来来实实现现对对中中断断的的控控制制, ,PC4和和PC2的的置置位位复复位位操操作作分分别别用用于于控控制制端端口口A和端口和端口B的的INTE信号信号。v注注意意: 此此时时PC4和和PC2的的置置位位复复位位操操作作是是82C55的的内内部部操操作作。操操作作时时对对PC4和和PC2引引脚
37、的逻辑状态完全没有影响。脚的逻辑状态完全没有影响。52方式方式1输入输入时的状态字时的状态字v端端口口A和和端端口口B工工作作于于方方式式1输输入入时时, ,端端口口C的的内内容表征容表征A、B口口的状态的状态, ,其各位的意义如下其各位的意义如下:v程程序序可可通通过过读读入入C口口内内容容查查询询方方式式1时时A、B口的状态。口的状态。D7D6D5D4D3D2D1D0I/OI/OIBFAINTEAINTRAINTEBIBFBINTRB53方式方式1输出的有关控制信号输出的有关控制信号v端口端口A方式方式1输出结构示意图输出结构示意图WROBFAACKAPA7PA0PC6PC7PC3INTE
38、A&I/OPC4PC5( (PC6) )INTRA锁锁存存缓缓冲冲D7D054方式方式1输出时的控制信号输出时的控制信号vOBF#( (Output Buffer Full) )输输出出缓缓冲冲器器满满。表表明明CPU已已将将待待输输出出的的数数据据写写入入指指定定端端口口的的数数据据寄寄存存器器中中,通通知知外外设设可可从从指指定定端端口口读读取取数数据据。低低电电平平有有效效。该该信信号号由由82C55送送给给外外设设, ,外外设设的的应应答答ACK#信信号号有有效效时时使使它恢复为高电平它恢复为高电平。55方式方式1输出时的控制信号输出时的控制信号vACK#( (Acknowledge)
39、 )响响应应输输入入。外外设设给给出出的的响响应应信信号号, ,外外设设收收到到数数据据后后应应送送出出, ,作作为对为对82C55的响应。低电平有效的响应。低电平有效。56方式方式1输出时的控制信号输出时的控制信号vINTR用用于于向向CPU发发出出中中断断请请求求信信号号, ,通通知知CPU外设已将数据取走外设已将数据取走, ,可输出新数据可输出新数据。57方式方式1输出时的控制信号输出时的控制信号vINTE 82C55中中断断允允许许信信号号, ,用用于于控控制制是否能向是否能向CPU发发INTR信号信号。58方式方式1输出时的状态字输出时的状态字v端端口口C的的内内容容表表征征端端口口
40、A和和端端口口B工工作作于于方方式式1输出时的状态输出时的状态, ,其各位的意义如下其各位的意义如下: D7D6D5D4D3D2D1D0OBFAINTEAI/OI/OINTRAINTEBOBFBINTRB59工作方式工作方式2v工作方式工作方式2的特点的特点 1.方方式式2是是一一种种双双向向选选通通I/O方方式式( (需需使使用用“握握手手”控控制制信信号号),),82C55A口口能能自自动动转转换换为为输输入或输出入或输出, ,无需象方式无需象方式1时需初始化设置时需初始化设置;2.只只有有A口口能能够够工工作作于于方方式式2, ,此此时时C口口的的部部分分引引脚脚作作为为A口口的的“握握
41、手手”信信号号, ,其其余余引引脚脚可可工工作作于于方方式式0输输入入或或输输出出; B口口可可工工作作于于方方式式0或方式或方式1;3.方方式式2可可近近似似看看作作是是A口口工工作作于于方方式式1时时输输入与输出的组合入与输出的组合;4.方方式式2的的工工作作状状态态可可由由C口口读读出出, ,具具体体含含义义参考教材。参考教材。60第三节第三节 可编程计数器可编程计数器/ /定时器定时器8253/ /8254 8253/ /8254芯片功能芯片功能;8253/ /8254芯片引脚及其扩展方法芯片引脚及其扩展方法;8253/ /8254初始化字及其工作方式初始化字及其工作方式;掌握掌握82
42、53/ /8254的使用方法。的使用方法。618253/ /8254功能概述功能概述v可编程硬件定时器可编程硬件定时器/ /计数器芯片计数器芯片;v内部集成了三个独立的内部集成了三个独立的16位计数器位计数器;v每每个个计计数数器器都都有有自自己己的的时时钟钟输输入入端端CLK、计计数输出端数输出端OUT和控制信号端和控制信号端GATE ;v每个计数器有每个计数器有6种工作方式种工作方式, ,可程控选择。可程控选择。62内部结构框图内部结构框图RDWR数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/ /写逻辑写逻辑控制字寄存器控制字寄存器计数器通道计数器通道0计数器通道计数器通道1计数器通道计数器通道2CL
43、K0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2A0A1CSD0 D763内部计数器的结构内部计数器的结构16位当前计数值锁存器位当前计数值锁存器16位减位减1计数值计数值16位计数初值锁存器位计数初值锁存器&CLKGATEOUT内内部部数数据据总总线线锁存后读出锁存后读出可随时访问可随时访问648253/ /8254引脚及其功能引脚及其功能1.引脚图引脚图D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GATE0 GND1 242 233 224 215 206 197 188 179 1610 1511 1412 138253( (8254) )VccWRRDCS
44、A1A0CLK2OUT2GATE2CLK1GATE1OUT1658253/ /8254引脚及其功能引脚及其功能2.与与CPU连接的引脚功能连接的引脚功能vD7D0 三三态态数数据据输输入入输输出出总总线线, ,用用于于将将8253与与系系统统数数据据总总线线相相连连, ,是是芯芯片片与与CPU接接口口的的数数据据线线, ,CPU通通过过它它们们向向8253读读写写数数据据、命令和状态信息命令和状态信息;vRD# 读读控控制制输输入入信信号号, ,低低电电平平有有效效。它它由由CPU发出发出, ,用于控制用于控制8253寄存器的读操作寄存器的读操作;vWR# 写写控控制制输输入入信信号号, ,低
45、低电电平平有有效效。它它由由CPU发出发出, ,用于控制用于控制8253寄存器的写操作寄存器的写操作; 668253/ /8254引脚及其功能引脚及其功能vCS# 片片选选, ,输输入入信信号号, ,低低电电平平有有效效。当当为为低低电电平平时时CPU选选中中8253, ,可可以以向向8253进进行行读写操作读写操作;vA1A0 端端口口选选择择输输入入线线, ,用用于于选选择择8253内部寄存器内部寄存器, ,以便对它们进行读写操作。以便对它们进行读写操作。67与与8位的位的8088最小最小系统的连接系统的连接A0A1OUT02CLK02A15 A3IO/ /M ALE8088WR RD C
46、SA1A08253/ /54 D7 D0 RD WR地址地址锁存器锁存器译码器译码器AD7AD0AD7AD0GATE0268与与16位的位的8086最小系统的连接最小系统的连接( (1) )A1A2OUT02GATE02CLK02A15 A3 M/ /IO ALE8086WR RD CSA1A08253/ /54 D7 D0 RD WR地址地址锁存器锁存器译码器译码器AD7AD0A0AD15AD069与与16位的位的8086最小系统的连接最小系统的连接( (2) )A1A2OUT02GATE02CLK02A15 A3 M/ /IO ALE8086WR RD CSA1A08253/ /54 D7
47、 D0 RD WR地址地址锁存器锁存器译码器译码器AD15AD8BHEAD15AD0708253/ /8254控制逻辑控制逻辑CSA1A0RDWR寄存器选择与操作寄存器选择与操作00010写计数器写计数器0“计数初值计数初值”00110写计数器写计数器1“计数初值计数初值”01010写计数器写计数器2“计数初值计数初值”01110写写“控制字控制字”到控制寄存器到控制寄存器00001读计数器读计数器0“当前计数当前计数初值初值”00101读计数器读计数器1“当前计数当前计数初值初值”01001读计数器读计数器2“当前计数当前计数初值初值”01101无操作无操作,三态三态1禁止禁止011无操作无
48、操作,三态三态718253/ /8254引脚及其功能引脚及其功能3.计数器引脚功能计数器引脚功能GATE 门门选选通通输输入入信信号号( (GATE0、GATE1、GATE2) )。GATE信信号号的的作作用用是是用用来来禁禁止止、允允许或开始计数过程许或开始计数过程; CLK 时时 钟钟 输输 入入 信信 号号 ( (CLK0、 CLK1、CLK2) )。CLK引引脚脚每每输输入入一一个个时时钟钟脉脉冲冲，便便使计数值减使计数值减1，它是计量的基本时钟它是计量的基本时钟信号信号;OUT 计计数数器器输输出出信信号号( (OUT0、OUT1、OUT2) )。OUT是是8253向向外外输输出出定
49、定时时或或计计数数结结果的信号果的信号。 728253/ /8254的控制字格式的控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD计数器选择位计数器选择位00计数器计数器001计数器计数器110计数器计数器211非法选择非法选择读写字节数读写字节数00计数值锁存计数值锁存01读读/ /写低字节写低字节10读读/ /写高字节写高字节11读读/ /写两字写两字，先低后高先低后高工作方式选择位工作方式选择位000方式方式0001方式方式1010方式方式2011方方式式3100方式方式4101方式方式5码制选择码制选择0二进制计数二进制计数1十进制计数十进制计数73
50、8253/ /8254的初始化操作的初始化操作v每个计数器需要单独初始化每个计数器需要单独初始化;v各各计计数数器器的的控控制制字字都都写写入入同同一一控控制制字字寄寄存存器器;v8位计数初值位计数初值只写一次到计数器端口只写一次到计数器端口;v16位位计计数数初初值值应应连连续续两两次次写写入入同同一一计计数数器器端口端口( (先低后高先低后高) )74初始化操作举例初始化操作举例v例例:选选择择2号号计计数数器器, ,工工作作在在方方式式2, ,计计数数初初值值为为1000( (3E8H, ,2个个字字节节),),采采用用二二进进制制计计数数, ,8253定定时时计计数数器器通通道道0的的
51、端端口口地地址址为为TIMER, ,则则其其程程序序段为段为( (系统系统CPU为为8088) ):TIMER EQU 040HMOV AL, ,10110100B ;2号计数器的方式控制字号计数器的方式控制字OUT TIMER+3, , AL ;写入控制寄存器写入控制寄存器MOV AX, , 3E8H ;计数初值计数初值OUT TIMER+2, , AL ;先送低字节到先送低字节到2号计数器号计数器MOV AL, , AH ;取高字节取高字节OUT TIMER+2, , AL ;后送高字节到后送高字节到2号计数号计数 75读读当前计数值当前计数值操作操作( (锁存后读锁存后读) )v先写锁存
52、控制字先写锁存控制字, ,再执行读操作。再执行读操作。例例: 读读出出1号号计计数数器器的的当当前前计计数数值值( (假假定定计计数数值值为两字节为两字节),),其程序段为其程序段为( (系统系统CPU为为8088) ): MOV AL, , 01000000B ;1号号计计数数器器的的锁锁存存命命令令OUT TIMER+3, , AL ;写入控制寄存器写入控制寄存器IN AL, , TIMER+1;读当前计数值读当前计数值( (低字节低字节) )MOV BL, , AL;暂存暂存IN AL, , TIMER+1;读当前计数值读当前计数值( (高字节高字节) )MOV BH, , AL ;结果
53、存结果存BX寄存器寄存器76读读计数初值计数初值操作操作v对选定的计数器执行输入指令即可对选定的计数器执行输入指令即可。例例:读读出出0号号计计数数器器的的计计数数初初值值( (假假定定计计数数值值为为两两字字节节),),其其程程序序段段为为( (系系统统CPU为为8088) ): IN AL, , TIMER+1 ;读计数初值低字节读计数初值低字节MOV BL, , AL ;暂存暂存IN AL, , TIMER+1 ;读计数初值高字节读计数初值高字节MOV BH, , AL ;结果存结果存BX寄存器寄存器77工作方式概述工作方式概述v不同点不同点:1.输出波形不同输出波形不同;2.启动计数器
54、的触发方式不同启动计数器的触发方式不同;3.计计数数过过程程中中门门控控信信号号GATE对对计计数数器器操操作作的的影响不同。影响不同。v共同点共同点:1.控控制制字字写写入入计计数数器器时时, ,计计数数器器控控制制逻逻辑辑复复位位, ,输出端输出端OUT进入初始态进入初始态;2.初初值值写写入入后后, ,要要经经过过一一个个时时钟钟信信号号的的上上升升沿沿和下降沿才开始减一计数和下降沿才开始减一计数;3.门门控控信信号号GATE是是在在时时钟钟脉脉冲冲的的上上升升沿沿被被采采样样, , 工作方式不同工作方式不同, ,GATE作用方式不同。作用方式不同。 78方式方式0 计数结束后中断计数结
55、束后中断v方式方式0特点特点:1.当当向向计计数数器器写写完完计计数数初初值值后后, ,开开始始计计数数, ,相相应应的的输输出出信信号号OUT由由高高变变低低。当当计计数数器器减减到零时到零时, ,OUT立即输出高电平立即输出高电平。2.门门控控信信号号GATE为为高高电电平平时时, ,计计数数器器工工作作, ,当当GATE为为低低电电平平时时, ,计计数数器器停停止止工工作作, ,其其计数值保持不变计数值保持不变。3.在在计计数数器器工工作作期期间间, ,如如果果写写入入新新的的计计数数值值, ,则则计计数数器器将将按按新新写写入入的的计计数数值值重重新新启启动动一一次计数。次计数。79方
56、式方式0工作波形图工作波形图返回返回80方式方式0编程举例编程举例v例例: 使使计计数数器器1工工作作在在方方式式0, ,按按16位位二二进进制制计计数数, ,设设 8254三三 个个 计计 数数 器器 及及 控控 制制 口口 地地 址址 分分 别别 为为40H43H, , 其程序段为其程序段为:MOV DX, , 43 ;控制口地址控制口地址MOV AL, , 01110000B ;方式字方式字OUT DX, , AL ;写控制字写控制字MOV DX, , 41H ;计计数数器器1数数据据口口地地址址MOV AL, , BYTELOUT DX, , AL ;写计数初值低字节写计数初值低字节M
57、OV AL, , BYTEH OUT DX, , AL;写计数初值高字节写计数初值高字节81方式方式1可程控单稳方式可程控单稳方式1.设设定定方方式式1后后, ,输输出出OUT就就变变成成高高电电平平, ,写写入入计计数数初初值值且且门门控控信信号号GATE出出现现上上升升沿沿后后的的一一个个时时钟钟周周期期的的下下降降沿沿, ,开开始始计计数数, ,同同时时输输出出OUT变变成成低低电电平平。计计数数值值回回零零后后, ,输出变高输出变高, ,如图中如图中所示所示。2.在在计计数数器器工工作作期期间间, ,如如果果GATE端端又又出出现现一一个个上上升升沿沿, ,计计数数器器重重新新装装入入
58、原原计计数数初初值值并并重新启动计数重新启动计数, ,如图中如图中所示所示。3.对对计计数数期期间间写写入入的的新新计计数数初初值值, ,要要等等到到当当前前的的计计数数值值计计满满回回零零且且门门控控信信号号再再次次出出现现上上升升沿沿后后, ,才才按按新新写写入入的的计计数数值值开开始始工工作作, ,如图中如图中所所示示。82方式方式1工作波形图工作波形图WRGATEWRCLKT1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10143432432OUT103211020GATE0N=3N=2N=4OUTGATEOUT返回返回83方式方式2 频率发生器方式频率发生器方式v该该方方式式
59、相相当当于于自自动动装装入入时时间间常常数数的的N分分频频器器, ,计计数数期期间间, ,输输出出OUT为为高高电电平平, ,计计数数器器回回零零后后, ,输出一个时钟周期的低电平后输出一个时钟周期的低电平后, ,如图如图。v计计数数器器工工作作期期间间, ,如如果果写写入入新新的的计计数数值值, ,则则计计数数器器仍仍按按原原计计数数值值计计数数, ,直直到到计计数数器器回回零零并并输输出出一一个个时时钟钟周周期期的的低低电电平平之之后后, ,才才按按新新写写入的计数值计数入的计数值计数, ,如图如图。v门门控控GATE为为高高电电平平时时允允许许计计数数, ,若若在在计计数数期期间间GAT
60、E变变为为低低电电平平, ,则则停停止止计计数数, ,GATE恢恢复复高高电电平平后后, ,计计数数器器将将按按原原设设定定的的计计数数值值重重新启动下一次计数新启动下一次计数, ,如图如图。84方式方式2工作波形图工作波形图T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10CLK32110WR432OUT1032210310N=3GATEN=4( (4) )3210N=3N=2( (2) )10(2)( (2) )0( (3) )0WRWROUTOUT返回返回85方式方式3方波频率发生器方式方波频率发生器方式v方方式式3与与方方式式2基基本本相相同同, ,也也具具有有自自动动装装入
61、入时时间常数的能力间常数的能力, ,但其输出为方波但其输出为方波;v计计数数初初值值为为偶偶数数时时, ,输输出出方方波波高高低低电电平平所所占占时时间间为为11; 计计数数初初值值为为奇奇数数时时, ,输输出出方方波波的的高高电电平平持持续续时时间间比比低低电电平平持持续续时时间间多多一一个个时时钟周期。钟周期。86方式方式3工作波形图工作波形图54310432102N=4( (4) )3210N=5( (5) )432OUTWROUTWRT1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10CLK87/*-fosc/16(clkgen)*/module clkgen(clk,newc
62、lk);input clk;output newclk;reg3:0q;reg newclk;always(posedge clk )begin if(q15)q=q+1; else q=0; if(q8)newclk=1; else newclk=0; end endmodule8889方式方式4 软件触发工作方式软件触发工作方式v计计数数初初值值装装入入后后, ,计计数数器器开开始始计计数数, ,计计数数完完毕毕, ,输输出出一一个个时时钟钟周周期期的的低低电电平平后后恢恢复复高高电电平平, ,且计数器不再计数且计数器不再计数, ,其时序其时序如图如图所示所示。 vGATE为为高高电电平平
63、时时, ,允允许许计计数数器器工工作作, ,为为低低电电平平时时, ,计计数数器器停停止止计计数数。当当恢恢复复高高电电平平后后, ,计计数数器器从从原原设设定定的的计计数数初初值值开开始始作作减减1计计数数, ,如图如图所示所示。v计计数数器器工工作作期期间间写写入入新新的的计计数数值值, ,则则不不影影响响当当前前的的计计数数状状态态, ,当当前前计计数数值值回回零零时时, ,计计数数器器再再按按新新写写入入的的计计数数值值开开始始计计数数, ,计计数数完完毕毕后后计数器将停止工作计数器将停止工作, ,如图如图所示。所示。90方式方式4工作波形图工作波形图N=33GATEWROUT4421
64、432103N=40N=2210210T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10WROUTOUTCLK返回返回91方式方式5 硬件触发工作方式硬件触发工作方式v方方式式5与与方方式式4相相类类似似, ,特特点点在在于于由由GATE信信号上升沿触发计数。号上升沿触发计数。如图如图所示所示。v写写入入计计数数初初值值后后, ,计计数数器器并并不不立立即即计计数数, ,由由门门控控信信号号的的上上升升沿沿启启动动计计数数。计计数数器器计计数数回回零零后后, ,输输出出一一个个时时钟钟周周期期的的低低电电平平即即恢恢复复高高电电平。平。如图如图所示所示。v在在计计数数过过程程中中(
65、(或或者者计计数数结结束束后后),),如如果果门门控控再再次次出出现现上上升升沿沿, ,则则计计数数器器将将从从原原设设定定的的计计数初值重新计数。如图数初值重新计数。如图2所示。所示。92方式方式5工作波形图工作波形图T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10143432432100N=4GATEWROUTCLKGATEOUT返回返回93应用举例应用举例v例例: 用用8253测量连续脉冲信号的周期测量连续脉冲信号的周期。1.测量原理图测量原理图( (设系统设系统CPU为为8088) )2.测量方法测量方法PC1=0时时, ,GATE1=0, ,此此时时禁禁止止测测量量, ,
66、可可初初始始化化8253;PC11时时, ,允许测量允许测量;被被测测信信号号第第一一个个上上升升沿沿使使GATE1=1, ,8253开开始始计计数数( (基基准准时时钟钟信信号号频频率率为为2MHz, ,测测量量分辨率为分辨率为0.5微秒微秒) );被被测测信信号号第第二二个个上上升升沿沿使使GATE1=0, , 8253停停止止计计数数;此此时时计计数数器器的的值值即即为为被被测测信信号号周期周期( (T=N0.5 s) )。94应用举例应用举例3.测量控制程序测量控制程序设设8253口口地地址址为为40H43H, ,82C55口口地地址址为为60H63H。设置设置8253的计数器的计数器
67、1工作于方式工作于方式0。通通过过查查询询8255的的PA0位位确确定定一一次次测测量量计计数数是否完成。是否完成。NEXT95测量原理图测量原理图DQCLRDQQCLR输入脉冲输入脉冲CLK18253GATE12MHz时钟时钟CPU数据总线数据总线PA082C55PC1D2#D1#返回返回96MOV AL，01110000B ；8253计数器计数器1方式方式0控制字控制字OUT 43H，ALMOV AL，00000010B ；82C55按位置位按位置位/ /复位控制字复位控制字OUT 63H，AL ；准备测量；准备测量( (PC10) )MOV AL，0OUT 42H，ALOUT 42H，A
68、L ；计数初值设置为；计数初值设置为0MOV AL，00000011B ；82C55按位置位按位置位/ /复位控制字复位控制字OUT 63H，AL ；允许计数；允许计数( (PC11) )LOOP: IN AL，60H ；从；从82C55端口端口A输入输入 TEST AL，01H JNZ LOOP ；等待一次计数结束；等待一次计数结束 MOV AL，01000000B ；锁存后读操作命令；锁存后读操作命令 OUT 43H，AL IN AL，41H MOV BL，AL IN AL，41H MOV BH，AL ；测量结果保存在；测量结果保存在BX寄存器中寄存器中978253/ /8254芯片小结芯片小结v芯片功能芯片功能计数器与定时器计数器与定时器;v芯芯片片的的核核心心部部件件可可程程控控减减1计计数数器器、读读写控制逻辑写控制逻辑;v引引脚脚及及其其功功能能与与CPU的的接接口口引引脚脚、计计数器连接引脚数器连接引脚( (CLK、GATE、OUT) );v工作方式工作方式六种六种;v控控制制字字格格式式及及其其初初始始化化方方法法初初始始化化即即规规定可编程芯片的工作方式定可编程芯片的工作方式;v与与CPU的的连连接接方方法法注注意意区区分分8位位系系统统与与16位系统中的不同连接方法。位系统中的不同连接方法。98
