2022年常用可编程并行接口芯片及应用.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容,8.1,可编程接口芯片的概念,8.2,计数器,/,定时器,8253,8.3,可编程并行接口,8255A,8.4,可编程,DMA,控制器,8237A,学习要求,1.,掌握,8253,的编程应用,2.,掌握,8255A,的编程应用,第八章 可编程接口芯片及应用,8.1 可编程接口芯片的基本概念,（1）CPU与I/O外设交换信息的方式有两种：,并行通信：数据各位同时向外传送。,优点：传输速率快；,缺点：传输多少位至少要多少根传输线，工程造价高。,串行通信：数据一位一位传送，通信双方沿单根线或双根线,实现二进制序列传输称串行通信。,优点：一根或两根线，线路简单，成本低，适用于远距离传输。,缺点：传输速率慢。,（2）可编程接口芯片,不可编程接口芯片，接口功能单一，用户不可改变。,如74LS244、74LS273,可编程接口芯片，大多是多功能、多通道的。一个通道用户,可定义为输入端口，也可以规定为输出端口。选择的方法是在,芯片正式工作之前，编写一段程序写入该该芯片的控制寄存器,中，用来选择不同的通道和不同的电路功能，使之按照人们所,希望的方式工作，这个过程称为“初始化编程”。,8.1 可编程接口芯片的基本概念,（3）多通道、多功能,多通道：是指一个接口芯片一方面可与CPU相连，另一方面可连接,多个外设。,多功能：是指一个接口芯片能够实现多种接口功能，使接口芯片具,有不同的电路工作状态。,8.2 计数器/定时器8253/8254,定时及计数技术在计算机中具有很重要的作用。比如：定时采样、,定时中断、定时启动电机等，这都需要一类定时及计数电路，因,此微机系统都必须有定时技术。,为获得稳定准确的定时，必须有准确稳定的时间基准（简称时基）。,定时：本质是计数，把时间片加起来就获得一段时间。,定时方式：软件或硬件件。,软件定时：利用CPU执行指令需要若干指令周期的原理，运用软,件编程，然后循环一段程序而产生延时，再配合简单接口可以向,外发送定时控制信号。,优点：不需增加硬件电路只需编制相应的延时子程序即可；,缺点：占用CPU的工作时间，浪费CPU资源。,硬件定时：硬件定时有专用的多谐振荡器件或单稳态触发器。,缺点：改变定时要改变硬件。,可编程通用定时器/计数器芯片：使用灵活，定时时间长，改变定时,时间或工作方式只要改变编程控制参数即可。初始化编程后，就按,设定的方式工作，不再占用CPU的时间。,8.2.1 8253功能概述,主要功能特点：,8253,是可编程的计数定时器,每个,8253,有三个独立的,16,位计,数器通道，有六种工作方式可,供选择。,每个计数器可按二,-,十进制计数。,每来一个脉冲计数器减,1,，当计数,器减到,0,时，输出端,OUT,产生一个,跳变。,每个计数器可用作定时器，也,可用作计数器。二者的本质都是,基于计数器减,1,工作方式。,所有输入,/,输出都与,TTL,电平兼,容。,8.2.2 计数/定时的内部结构及工作原理,控制寄存器,初始值寄存器,减1计数器,计数输出寄存器,状态寄存器,CLK,GATE,OUT,组成：,控制寄存器,决定工作模式,状态寄存器,反应工作状态,初值寄存器,计数的初值,计数输出寄存器,CPU从中读,当前计数值,计数器,执行计数操作，,CPU不能访问,每个计数器有三个引脚与外设相连：,CLK,外脉冲输入端,GATE,门控输入端,OUT,计数器回零/时间到的信号输出端,8.2.3 计数/定时的工作原理,工作原理：对CLK信号进行减1计数,首先，CPU把控制字写入控制寄存器，计数初始值写入初值寄存器,计数从初值开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1,当计数值减到0，从OUT端输出规定的信号,CLK,信号出现时，计数器是否减1，由门控信号GATE控制,8.2.3 计数/定时的工作原理,CLK是,计数输入信号，计数器对,CLK端出现的脉冲个数进行计数,CLK,端可以输入外部事件,CLK,端可以接入固定频率的时钟信号，从而实现计时,OUT,信号在计数结束时发生变化,可将,OUT,作为外部设备的控制信号,可将,OUT,作为向,CPU,申请中断的信号,CPU,可以从计数输出寄存器读出当前计数值。,读前，应向控制寄存器发送锁存命令,8.2.4 8253的编程结构,1片8253内部有,三个计数器,，结构完全相同,8253的引脚如下图所示。,DIP24，+5V电源。,其内部结构和寻址方式,见：,P.388,一片8253占用四个,连续的端口地址,，分别对应三个计数器CNT0、CNT1、CNT2和控制寄存器。每个计数器内部都有一个8位控制寄存器，三个,控制寄存器共用一个端口,，在编程结构图中画为一个。,8253内部寄存器与地址码A1、A0的关系,A1 A0,0 0 选中CNT0计数器 进行读写,0 1 选中CNT1计数器 进行读写,1 0 选中CNT2计数器 进行读写,1 1 选中控制寄存器 进行写,8.2.4 8253的编程结构,8.2.4 8253的编程结构,8253控制字的格式,每个计数器的初值寄存器（CR）、输出锁存器（OL）,都是16位的，但它们对应相同的一个8位端口地址，所以16位的CR、OL作为两个8位寄存器读写，由控制寄存器控制读写高8位/低8位,8.2.5 8253的编程命令,初始化,写入控制字,按控制字要求写入计数初值,计数器初值计算：N=,f,CLK,/,f,OUT,=T,OUT,/T,CLK,例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器0，工作模式2，CR/OL仅使用低8位，初值为100，计数值使用二进制,MOV AL,14H,OUT 73H,AL,MOV AL,100,OUT 70H,AL,8.2.5 8253的编程命令,例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器2，工作模式1，CR/OL使用16位，初值为1234，计数值使用BCD,MOV AL,B3H,OUT 73H,AL,MOV AX,1234H,OUT 72H,AL,MOV AL,AH,OUT 72H,AL,8.2.5 8253的编程命令,读出命令,1）发出锁存命令，使当前计数值锁存在OL中,2）读OL，获得当前计数值,例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。读出计数器0的当前计数值，放在,BX,中,MOV AL,0H,OUT 73H,AL,IN AL,70H,MOV BL,AL,IN AL,70H,MOV BH,AL,8.2.6 8253的工作模式,工作模式决定以下内容：,1）门控信号的影响,高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK，也不计数,模式0，2，3，4,上升沿允许（上升沿触发）,模式1，5,2）OUT信号的状态,写入控制字后，OUT的状态,计数过程中，OUT的状态,计数终了，OUT的状态,3）计数操作可否重复,不可重复模式0，4,自动重复模式2，3,条件重复模式1，5,8.2.6 8253的工作模式,六种工作模式,详见P.230,各种工作模式相同之处：,控制字写入计数器，所有的控制,逻辑电路立即复位,，,输出端,OUT,进入初始状态,计数初始值写入（,GATE,上升沿）之后，要,经过一个,时钟周期,，计数执行部件才可以,开始进行计数,操作。,因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减,1,计数器,在每个时钟脉冲,CLK,的,上升沿,，,采样门控信号,GATE,在时钟脉冲的,下降沿,，计数器作,减,1,计数,注意区分的几点：,不同的工作方式,启动计数器工作的方式不同,OUT,输出波形不同,GATE,信号的作用不同,本次计数过程中，,GATE,信号的改变对计数的影响,本次计数过程中，写入计数初值对计数的影响,8.2.6 8253的工作模式,8.2.6 8253的工作模式,方式0：,计数初值写入,CR后，OUT,由0到1跳变,出现在,n+1个时钟脉冲之,后,延迟时间T,D,=(n+1)T,CLK,方式1：,单脉冲宽度,T=n T,CLK,方式2：,对输入端,n个时钟脉冲，在输出端仅出现一个时钟脉冲(负脉冲),N分频计数器,8.2.6 8253的工作模式,方式（方波发生器,）,例：计数器工作模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定,OUT端输出方波的特性。,解：T,CLK,=1/2MHz=500ns,计数器初值15为奇数，输出分频波高电平宽度,T,CLK,(N+1)/2=4,s,输出分频波低电平宽度,T,CLK,s,方式4、5：,触发后n+1,个时钟脉冲之后输出端产生,选通脉冲信号,计数的启动,方式,0,、,2,、,3,、,4,都是在写入计数初值之后，就开始计数的,而方式,1,和方式,5,需要,GATE,端来外部触发脉冲,（条件）,，才开始计数,输出波形,方式,2,、,4,、,5,的输出波形相似,方式,2,、,3,的波形连续，方式,3,为方波,方式,1,输出的是宽度为为,N,个,CLK,脉冲周期的低电平有效脉冲,方式,0,在计数数过程中输出为低电平，,计数结束时变为高电平,8.2.7 8253计数器小结,（1）8253工作方式小结,门控信号,GATE,可以控制计数过程,方式,0、2、3、4是电平起作用,，允许,/,禁止计数,方式,1,、,2,、,3,、,5,是上升沿起作用，启动计数,对方式,2,、,3,来说，,GATE,信号的电平、上升沿,都可以起作用,8.2.7 8253计数器小结,8253的工作模式举例,例：,计数器0工作模式4，,初始化计数器，,使装入计数器10,s后产生选通信号(,设时钟频率2MHz,8253,端口地址为50H53H,)。,解：,n+1=T/T,CLK,=10/0.5=20,n=19=13H,MOV AL,18H,OUT 53H,AL,MOV AL,13H,OUT 50H,AL,8.2.8 8253的应用,1.PC,机中8253的应用,计数器0：,向系统日历时钟提供定时中断,模式3，控制字36H，计数器初始值0,计数器1：,动态RAM刷新,模式2，控制字54H，计数器初始值18（12H）,计数器2：,控制扬声器发声,模式3，控制字B6H，计数器初始值1331（533H）,PC,机中，8253的端口地址为40H43H,8.2.8 8253的应用,2.扬声器控制,设计一个程序，使扬声器发出600Hz频率的声音，按下任意键声音停止,PC,机的发声系统以计数器2为核心。CLK2的输入频率1.19MHz,改变计数器初值可以由OUT2得到不同频率的方波输出对于600Hz，,发声系统受8255芯片B口的两个输出端线PB0、PB1,的控制,PB0为1，使GATE2为1，计数器2能正常计数PB1为1，打开,输出控制门,8.2.8 8253的应用,2.扬声器控制,CODE SEGMENT,ASSUME CS:CODE,START:,IN AL,61H,OR AL,03H,OUT 61H,AL,MOVAX,1983,OUT42H,AL,MOVAL,AH,OUT 42,AL,MOVAH,01H,INT 21H,INAl,61H,AND AL,0FCH,OUT 61H,AL,MOVAH,4CH,INT 21H,CODE ENDS,END START,8.2.8 8253的应用,3.以2MHz,输入8253，实现每5秒定时中断（设8253端口地址40H43H）,分析：,8253最大初值65536，CLK=2MHz可实现最大时间间隔,65536/(2,10,6,所以需要两个计数器串联，一个计数器的输出作为另一个计数器的输入,8.2.8 8253的应用,计数器1：模式2，OUT1每5ms输出一个脉冲,初值(2,10,6,)/(1/0.005)=10000,计数器0：模式2，OUT0每5s输出一个脉冲,初值(,1/0.005)/(1/5)=1000,OUT0,GATE0,CLK0,OUT1,GATE1,CLK1,+5V,+5V,2MHz,每5秒产生一个脉冲,程序：,MOV AL,74H,OUT 43H,AL,MOV AX,10000,OUT 41H,AL,MOV AL,AH,OUT 41H,AL,MOV AL,74H,MOV AL,34H,OUT 43H,AL,MOV AX,1000,OUT 40H,AL,MOV AL,AH,OUT 40H,AL,8.2.8 8253的应用,4.系统机外扩展实验台，连接关系如下图所示，8253端口地址,0200H0203H。已知CLK0输入的信号频率为250kHz。现,要求CNT0 工作于方式3，其OUTO输出连接到CNT1的CLK1，,作为CNT的脉冲输入源；若使CNT1输出一个周期性的秒钟脉,冲信号，进行编程实现。,计算出计数初值；写出CNT0和CNT1的初始化程序段。,8.2.8 8253的应用,MOV DX,0203H,MOV AL，36H,OUT DX,AL,MOV DX，0200H,MOV AL,0C4H,OUT DX，AL,MOV AL,09H,OUT DX，AL,MOV DX，0203H,MOV AL，74H,OUT DX，AL,MV DX，0201H,MOV AL，064H,OUT DX，AL,MOV AL，00H,OUT DX，AL,分析计算初值：,设定CNT0工作方式3，输出方波信号，周期为10ms，则其计数初值为：N0=T/tc=10ms*250K=2500=09c4H.,CNT1工作方式2，输出方波信号，周期为1s，则其计数初值为：N1=T/tc=1/10ms=100=64H.,方式控制字：,CNT0方式3控制字为：36H,CNT1方式2控制字为：74H,8.3 可编程并行接口8255A,8255A是通用的可编程并行接口芯片（Programmable Peripheral,Interface,PPI）,8255A可将任一个与TTL兼容的I/O设备与CPU相连,在PC机中，被用作,键盘和并行打印机端口的接口,。,输出提供至少的吸收（逻辑0）电流，最大为4mA,8.3.1 8255A基本功能,主要功能特点：,可编程通用并行输入,/,输出接口电路,通用性强，使用灵活，通过它,CPU,可直接与外设相连,具有三个相互独立的输入,/,输出端口,A,端口、,B,端口、,C,端口,三个端口可联合使用，构成具有握手联络信号的并行接口,端口有多种工作方式可供选择,A,口有三种工作方式：方式,0,、,1,、,2,B,口有二种工作方式：方式,0,、方式,1,8.3.2 8255A内部结构及引脚,一、8255A内部结构,二、8255A的引脚功能,和外设连接的引脚,PA0PA7,：,A,口数据线,PB0PB7,：,B,口数据线,PC0PC7,：,C,口数据线，也可作为和外设的联络线,和,CPU,连接的引脚,D7D0,、,A0,、,A1,、,RESET,RESET,：输入、高电平有效。,当它有效时，内部所有寄存器清,0,，三个数据端口均被 设置为输入方式。,A1A0,：端口选择信号，输入。,8255A,有四个端口，分别为,A,口、,B,口、,C,口和控制寄存器。,8255A的端口选择操作,A,0,A,1,操 作,数据传送方向,0,0,1,0,0,读A口,A口数据总线,0,0,1,0,1,读B口,B口数据总线,0,0,1,1,0,读C口,C口数据总线,0,0,1,1,1,无操作,D,0,D,7,为三态,0,1,0,0,0,写A口,数据总线A口,0,1,0,0,1,写B口,数据总线B口,0,1,0,1,0,写C口,数据总线C口,0,1,0,1,1,写控制口,数据总线控制口,0,1,1,无操作,D,0,D,7,为三态,1,禁止,D,0,D,7,为三态,二、8255A的引脚功能,8.3.3 8255A的控制字,两个控制字,工作方式控制字,设定工作方式、选择输入,/,输出,C,口的输入,/,输出可分为两个,4,位口分别设置,写入控制口（,A0=1,、,A1=1,），特征位,D7=1,C,口置位,/,复位控制字,控制,C,口的相应位置位（输出,1,）或复位（输出,0,）,写入控制口（,A0=1,、,A1=1,），特征位,D7=0,8.3.3 8255A的控制字,8.3.4 8255A的三种工作方式,A口：可在三种方式下工作,方式0、方式1、方式2,B口：可在两种方式下工作,方式0、方式1,A口和B口工作方式是由写入控制寄存器的工作,方式控制字决定的,A口和B口的工作方式的设置是相互独立的,8.3.4 8255A的三种工作方式,方式,0,基本的输入,/,输出方式,特点：,不使用固定的联络信号,两个,8,位端口，两个,4,位端口,端口可作为输入,/,输出，各端口的输入,/,输出可以有,16,种不同的组合,输出锁存、输入不锁存,应用：,无条件传送方式,可实现三路数据传送（,8,位）,查询传送方式,没有固定联络信号，可任意选择,A,口、,B,口、,C,口作为查询的状态口,一般将,A,口、,B,口作为数据端口，而,C,口分成两个,4,位口，来为,A,口、,B,口的数据传输提供联络信号。其中一个,4,位口作为输入口，,用来输入外设的状态信号；而另一个,4,位口作为输出口，用来输出,发给外设的控制信号,8.3.4 8255A的三种工作方式,方式,1,选通的输入,/,输出方式,特点：,使用固定的联络信号（输入联络信号必用）,可以使用中断,A,、,B,口可工作在方式,1,，,C,口某些位被规定为联络信号，而没有,规定的位可以工作在方式,0,，可选择输入,/,输出,A,口方式,1,（,0,）、,B,口方式,1,（,0,）,A,、,B,口分别设置输入,/,输出，输出、输入均带锁存,方式1输入时规定的联络信号,8.3.4 8255A的三种工作方式,/STB（Strobe）：选通输入信号，,低电平有效。该信号由外设产生，输出到,8255A。当它有效，将外设送来的数据信号锁存到A口或B口的输入锁存器中。,IBF（Input Buffer Full）：输入缓冲器满，高电平有效。,该信号作为的应答,信号，是8255A输出到外设的联络信号。当它有效时，表示数据已到达8255A,数据端口的输入锁存器，但CPU还未取走，通知外设暂停送数据。,8.3.4 8255A的三种工作方式,方式1输出时规定的联络信号,/OBF（Output Buffer Full）：输出缓冲器满信号，低电平有效。,该信号由8255A,送给外设。当它有效时，通知外设可以从A口或B口取走CPU写入的数据。,/ACK（Acknowledge）：响应信号，低电平有效。,该信号作为的应答信号，,是由外设送给8255A。当它有效时，表示外设已经从8255A的A口或B口取走了,数据,8.3.4 8255A的三种工作方式,特点：,只适用于A口，且C口提供固定的联络信号,当A口工作在方式2、B口可工作在方式0或1,C口没有被指定为联络信号的其他位可以工作在方式0，可选择输入/输出,方式,2,双向传输方式,方式2规定的联络信号,作业,与外设交换数据的方式及其特点,2.设8253三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。编写程序片段，使：,计数器0，工作模式1，使用16位，初值为1234，BCD计数,计数器1，工作模式4，使用低8位，初值为100，二进制计数,计数器2，工作模式2，使用16位，初值为65536，二进制计数,3.设8253的端口地址同2，编写程序片段，读出计数器2的内容，并把读出的数据装入寄存器AX.,4.设计数器的时钟输入频率为1.91MHz，为产生25,KHZ的 方波输出信号，应向计数器装入的计数初值为多少？,5.音符1、2、3、4、5、6、7的频率分别为350、393、441、467、525、589、661，编写一个程序，使用户按下17键时扬声器发出相应的音符，按下其他键退出程序。,