輸入和輸出接口技術(shù).ppt

7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,1,第5章 輸入與輸出接口技術(shù),本章主要內(nèi)容： 1、接口技術(shù)的基本概念 2、輸入輸出傳送方式 3、I/O端口讀寫技術(shù) 4、可編程定時器/計數(shù)器8253 5、可編程并行輸入輸出接口芯片8255A,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,2,微機硬件系統(tǒng)組成,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,3,接 口 的 概 念,接口：是中央處理器與存儲器、外部設(shè)備，或者兩種外設(shè)之間，或者兩種機器之間通過系統(tǒng)總線進行連接的一組控制電路。 一個接口一般含有幾個端口，CPU通過輸入輸出指令向端口存或取信息。 端口主要有三類：狀態(tài)口、命令口和數(shù)據(jù)口,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,4,I/O 裝置,CPU,接口電路,I/O端口1,I/O端口2,I/O端口3,端口地址,數(shù)據(jù),IORQ,RD,WR,數(shù)據(jù),狀態(tài),控制,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,5,接 口 的 功 能,1) 設(shè)備的選擇功能：端口的地址譯碼 2) 數(shù)據(jù)的寄存與緩沖：外設(shè)的速度慢 3) 信號轉(zhuǎn)換：串并、并串轉(zhuǎn)換，數(shù)模、模數(shù)的轉(zhuǎn)換、光電隔離等 4) 對外設(shè)的控制和監(jiān)測：提供命令譯碼和狀態(tài)信息 5) 中斷或DMA管理 6) 可編程功能,接口的基本功能就是對數(shù)據(jù)傳送實現(xiàn)控制，具體包括以下六種功能：,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,6,CPU與I/O設(shè)備之間的接口信息,1數(shù)據(jù)信息： 1) 數(shù)字量：以二進制或ASCII碼表示的數(shù)或字符； 2) 模擬量：如溫度、壓力、位移等； 3) 開關(guān)量：只有兩個狀態(tài)的量，如開關(guān)的和與斷，閥門的開與關(guān)等，只要用1位二進制數(shù)即可表示。 2狀態(tài)信息：指輸入或輸出設(shè)備的狀態(tài)信息 1) 輸入裝置的信息：是否準備好Ready； 2) 輸出時輸出裝置：是否空Empty； 3) 若輸出裝置正在輸出信息，則以忙Busy指示； 3控制信息：如控制輸入輸出裝置啟動或停止等信息。,CPU與I/O設(shè)備之間要傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,7,端口的編址方式,標準的I/O尋址方式(獨立編址)： (1) I/O設(shè)備的地址空間和存儲器地址空間是獨立的、分開的，即I/O接口地址不占用存儲器的地址空間。 (2) 微處理器對I/O設(shè)備的管理是用專門的IN和OUT指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的。 (3) CPU對I/O設(shè)備的讀寫控制是用I/O讀寫控制信號(IOR、IOW),通常有兩種I/O接口結(jié)構(gòu)：一種是標準的I/O接口，一種是存儲器映像I/O結(jié)構(gòu)。與之對應(yīng)的有兩種I/O結(jié)構(gòu)尋址方式。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,8,特點： 端口與存儲器分別獨立編址 端口不占用內(nèi)存空間 設(shè)有專門的 I/O指令對端口進行讀寫， 對內(nèi)存操作的指令不能用于I/O端口,端口與存儲器分別獨立編址（I/O映射方式）,例 MOV 10H , AL ;對內(nèi)存操作 IN 10H, AL ;對端口操作,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,9,端口的編址方式,存儲器映像I/O尋址方式(統(tǒng)一編址)： (1) I/O設(shè)備的與存儲器共用同一個地址空間。 (2) 微處理器用對存儲器進行操作的指令來實現(xiàn)對I/O設(shè)備的管理。 (3) CPU用對存儲器的讀寫控制信號MEMR、MEMW對I/O設(shè)備進行讀寫控制。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,10,端口與存儲器統(tǒng)一編址（存儲器映射方式）,特點: I/O端口相當(dāng)于內(nèi)存的一部分, 使內(nèi)存容量減小 對I/O端口的讀/寫與對存儲器的讀/寫相同， 所有可對內(nèi)存操作的指令對I/O端口均可使用， 指令系統(tǒng)中不專設(shè)I/O指令。,例: motorola的M6800系列 日立H8S單片機系列,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,11,輸入輸出傳輸方式,(1)無條件傳送方式 (2)查詢傳送方式 以上兩種方式合稱程序控制傳送方式，即在程序的編制中利用I/O指令來執(zhí)行輸入輸出，CPU處于主動地位。 (3)中斷傳送方式 (4)直接存儲器存取(DMA)方式,CPU與外部設(shè)備交換信息通常有如下幾種方式：,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,12,無條件傳輸方式,最簡單的傳送方式，適于外設(shè)總是處于準備好的情況，如發(fā)光二極管、開關(guān)設(shè)備等，較少使用。 1無條件傳送的輸入方式 由于簡單外設(shè)用為輸入設(shè)備時，輸入數(shù)據(jù)的保持時間相對于CPU的處理時間要長得多，所以可直接使用三態(tài)緩沖器和總線相連。輸入時認為來自外設(shè)的數(shù)據(jù)已出現(xiàn)在三態(tài)緩沖器的輸入端。 2無條件傳送的輸出方式 在輸出時，CPU的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線加至輸出鎖存器的輸入端。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,13,說明：AEN為低電平，為CPU控制總線。,三態(tài) 緩沖器,地址譯碼器,數(shù)據(jù),來自外設(shè),無條件傳送的輸入方式,數(shù)據(jù)總線,地址總線,AEN IOR,A0A9,Y,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,14,無條件傳送的輸出方式,鎖存器,地址譯碼器,數(shù)據(jù),到外設(shè),數(shù)據(jù)總線,地址總線,AEN IOW,A0A9,C,Y,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,15,查詢傳輸方式,查詢傳送方式就是在輸入和傳送前先查詢外設(shè)的狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)準備好了才傳送；若未準備好，則CPU等待。 1查詢式輸入 CPU先從狀態(tài)口輸入外設(shè)的狀態(tài)信息，檢查外設(shè)是否已準備好數(shù)據(jù)。若未準備好，則CPU進入循環(huán)等待，直到準備好才退出循環(huán)，輸入數(shù)據(jù)。 2查詢式輸出 查詢式輸出時，CPU必須先查外設(shè)的BUSY狀態(tài)，看外設(shè)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否已空。若緩沖區(qū)為空，即BUSY為假，則CPU執(zhí)行輸出指令；否則若BUSY為真，CPU就等待。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,16,查詢式輸入的接口電路,鎖存器,數(shù)據(jù)口 地址譯碼,數(shù)據(jù),系統(tǒng) 地址總線,IOR AEN,A0A9,狀態(tài)口 地址譯碼,去系統(tǒng) 數(shù)據(jù)總線,三態(tài) 緩沖器,緩沖器,輸入 裝置,數(shù)據(jù),AEN IOR,+5,R,D,Q,選通信號,Ready,狀態(tài) 信息,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,17,查詢式輸入,MOV DX, STATUS-PORT POLL: IN AL, DX TEST AL, 80H JE POLL ; 未準備好等待 MOV DX, DATA-PORT IN AL, DX,數(shù)據(jù)口：,狀態(tài)口：,Ready,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,18,查詢式輸出的接口電路,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,19,查詢式輸出,MOV DX, STATUS-PORT POLL: IN AL, DX TEST AL, 80H JNE POLL ; 未準備好等待 MOV DX, DATA-PORT MOV AL, BUFFER OUT DX, AL,數(shù)據(jù)口：,狀態(tài)口：,Busy,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,20,中斷傳輸方式,在查詢傳送方式中，CPU要不斷地詢問慢速的外設(shè)，當(dāng)外設(shè)沒有準備好，CPU就要等待，不能做其它的操作，這樣就浪費了CPU的時間。 為了提高CPU的工作效率，提出了中斷的概念。采用中斷的傳送方式，可允許CPU和多個外設(shè)同時工作，此時外設(shè)處于主動地位。 在一定的條件下，外設(shè)向CPU提出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷請求后，暫停原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)至為中斷服務(wù)，中斷處理結(jié)束后繼續(xù)原程序的執(zhí)行。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,21,鎖存器,地址譯碼,數(shù)據(jù),AB,IOR AEN,A0A9,去系統(tǒng) 數(shù)據(jù)總線,三態(tài) 緩沖器,三態(tài) 緩沖器,輸入 裝置,數(shù)據(jù),+5,R,D,Q,選通,中斷矢量,去數(shù)據(jù)總線,裝置中斷允許,中斷請求 INTR,中斷響應(yīng) INTA,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,22,直接存儲器存取方式(DMA),中斷傳送方式相對于查詢傳送方式來說，大大提高了CPU的利用率，但中斷傳送方式仍然是由CPU通過指令來傳送的。每次中斷，都要進行保護斷點、保護現(xiàn)場，傳送數(shù)據(jù)、存取數(shù)據(jù)以及最后恢復(fù)現(xiàn)場、返回主程序等操作，需要執(zhí)行多條指令。 DMA方式是在存儲器與I/O設(shè)備間在DMA控制器的控制下，直接進行數(shù)據(jù)交換而不通過CPU。這樣數(shù)據(jù)傳送上限將主要取決于存儲器的存取速度。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,23,數(shù)據(jù) 狀態(tài)/控制 端口 端口,DMA控制器,CPU,存 儲 器,數(shù)據(jù) 緩沖 寄存器,DMA 請求 觸發(fā)器,輸入設(shè)備,地址寄存器,計 數(shù) 器,控制/狀態(tài)寄存器,HOLD,HLDA,Ready,DMA請求,DMA響應(yīng),總 線,DMA控制器原理框圖,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,24,I/O接口的端口地址譯碼,全譯碼方式：即譯碼電路的一個輸出引腳對應(yīng)唯一的地址。 部分譯碼方式：在譯碼電路里只使用了部分地址線，譯碼電路的每個輸出引腳對應(yīng)著一個地址區(qū)域。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,25,利用門電路進行地址譯碼,經(jīng)過譯碼后的端口號地址為：34EH,A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 AEN 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,26,利用門電路進行地址譯碼,經(jīng)過譯碼后的端口號地址為：25BH,A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 AEN 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,27,采用譯碼器進行地址譯碼,74LS138譯碼器有3個輸入端(A, B, C)，3個控制端(G1, G2A, G2B)，8個輸出端(Y0Y7)。 只有當(dāng)G1端為高電平，G2A、G2B都為低電平時，譯碼器才對來自輸入端的C、B、A的某一組合進行譯碼。,譯碼電路常用的典型譯碼器為74LS138(三八譯碼器),7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,28,74LS138(三八譯碼器)邏輯功能表,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,29,A9 A8 A6 A7 A5 A4 A3,340H 341H 342H 343H 344H 345H 346H 347H,A0 A1 A2,AEN,A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 AEN 1 1 0 1 0 0 0 0,采用譯碼器進行地址譯碼,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,30,A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 AEN 1 1 0 1 0 0,假如A, B, C三端的電平為0, 0, 0時，則Y0端輸出的地址為一個地址區(qū)域(340H343H)。8253接口芯片共有4個端口地址。,采用譯碼器進行地址譯碼,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,31,I/O端口的地址分配和地址譯碼,I/O接口電路必須有自己的地址，以便讓CPU能隨時訪問。80X86微處理器由低16位地址線尋址I/O端口，故可尋址64K個I/O端口地址。但實際上8086/8088 PC機只用了最前面的1K個端口地址，即03FFH，因此只使用了地址總線的低10位，即只有地址線A0A9用于I/O地址譯碼。 對于端口地址通常采用兩級譯碼方法，通常高位地址產(chǎn)生譯碼的片選信號；低位產(chǎn)生接口芯片內(nèi)的寄存器地址。 高位地址：接芯片的CS端(CHIP SELECT片選信號) 低位地址：如A0，A1地址線直接接芯片的對應(yīng)端。 地址譯碼可用一般的組合邏輯電路，也可以用門電路或譯碼器芯片實現(xiàn)。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,32,可編程定時器/計數(shù)器芯片8253,要實現(xiàn)定時或延時控制，有三種主要方法： 1) 軟件：循環(huán)語句 優(yōu)點：容易實現(xiàn)，不需硬件開銷； 缺點：占用CPU，降低了CPU的利用率 2) 不可編程的硬件定時：如集成電路555 優(yōu)點：電路簡單，修改電路參數(shù)可使定時范圍變化 缺點：硬件連接好后，定時值將不能改變，不可編程。 3) 可編程的硬件定時：芯片8253（Intel 公司）。 可編程定時/計數(shù)器是為方便微型計算機系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用而研制的，很容易和系統(tǒng)總線連接。它的定時值和范圍可以很容易地由軟件來確定和改變，能夠滿足各種不同的定時和計數(shù)要求，因而在微型計算機系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,33,8253的結(jié)構(gòu)及引腳,8253有24條引腳，雙列直插式封裝： 1、與數(shù)據(jù)總線相連： D0 D7 2、與CPU的控制線相連： RD、WR、A0、A1、CS 3、3個計數(shù)器通道： CLK，GATE，OUT(共9個) 4、電源和地線： Vcc、GND,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,34,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,35,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)總線緩沖器 CPU向8253所寫的控制字通過它和8253內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線傳送給控制字寄存器寄存； CPU向各計數(shù)器所寫的計數(shù)初值經(jīng)它和內(nèi)部總線送到指定的計數(shù)器中； CPU讀某計數(shù)器的現(xiàn)行計數(shù)值時，該值經(jīng)內(nèi)部總線和緩沖器傳送到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，被CPU讀取 讀/寫控制邏輯 讀寫邏輯接收系統(tǒng)總線的5個輸入信號，根據(jù)這5個信號產(chǎn)生整個器件操作的控制信號。見P186表5-4 控制字寄存器(CW) 控制寄存器寄存數(shù)據(jù)緩沖器送來的控制字，控制每個計數(shù)器的工作方式，選擇計數(shù)器按什么進制計數(shù)，并確定初值的寫入順序?？刂谱旨拇嫫髦荒軐懭?，不能讀出。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,36,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),計數(shù)器0、計數(shù)器1、計數(shù)器2 計數(shù)器0、1、2是3個獨立的計數(shù)器，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。 每個計數(shù)通道都必須由CPU寫入控制字和計數(shù)初始值后才能開始工作。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,37,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),計數(shù)器的邏輯框圖如下：,寫入計數(shù)器的初值保存在計數(shù)初值寄存器中，由CLK脈沖的一個上升沿和一個下降沿將其裝入減1計數(shù)器。 輸出寄存器的值跟隨減1計數(shù)器的變化。 每個計數(shù)器都是對輸入的CLK脈沖按二進制或十進制的預(yù)置值開始遞減計數(shù)。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,38,8253的控制字定義,8253有6種工作方式： 方式0：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 方式1：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 方式2：頻率發(fā)生器 方式3：方波發(fā)生器 方式4：軟件觸發(fā)選通 方式5：硬件觸發(fā)選通,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,39,8253的控制字定義,每個計數(shù)通道都必須由CPU寫入控制字和計數(shù)初始值后才能開始工作。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,40,8253的接口方法,一個8253占用4個端口地址，由A0A1的取值來區(qū)分，00、01、10分別尋址0號、1號、2號3個計數(shù)器，11尋址控制字寄存器，4個端口的具體地址是由CS和A1A0共同決定。 在80X86系列計算機中，定時/計數(shù)器的端口地址為40H(計數(shù)器0), 41H(計數(shù)器1), 42H(計數(shù)器2), 43H(控制字寄存器)。 例：見P190圖5-38,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,41,1)當(dāng)控制字CW寫入到控制字寄存器后,則OUT端變低(只有方式0獨有)。 2)8253在CPU寫入計數(shù)初值后，開始計數(shù)。 3)門控信號GATE為高電平開始計數(shù),低電平則暫停計數(shù)； 4)計數(shù)結(jié)束,OUT輸出端變?yōu)楦唠娖?計數(shù)器只計一遍； 5)在計數(shù)過程中可改變計數(shù)值,則計數(shù)器以新值開始計數(shù)。 6)8253內(nèi)部沒有中斷控制電路,也沒有專用的中斷請求引線,若要用于中斷,可用OUT信號作為中斷請求信號,但需要由外接的中斷優(yōu)先權(quán)排隊電路與向量產(chǎn)生電路。,方式0：計數(shù)結(jié)束中斷方式,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,42,方式0：計數(shù)結(jié)束中斷方式,WR,CLK,GATE,OUT,4,3,2,1,0,FF,CW=10 LSB=4,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,43,方式1：硬件觸發(fā)單拍脈沖,當(dāng)CPU寫入控制字之后，輸出OUT將變?yōu)楦唠娖健?當(dāng)CPU寫完計數(shù)值后，計數(shù)器并不馬上開始計數(shù)，直到外部門控信號GATE啟動之后才開始計數(shù)，輸出OUT變低。 在整個計數(shù)過程中，OUT都維持為低，直到計數(shù)到0，輸出變?yōu)楦?，因此輸出為一個單拍脈沖。 通過GATE的重復(fù)觸發(fā)和計數(shù)到0兩種動作，OUT腳可輸出一定寬度的脈沖信號。 在計數(shù)過程中，CPU可改變計數(shù)值，這時計數(shù)過程不受影響，計數(shù)到零后輸出為高。若再次觸發(fā)啟動，則計數(shù)器將按新輸入的計數(shù)值計數(shù)，即計數(shù)值是下次有效的。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,44,方式1：硬件觸發(fā)單拍脈沖,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,45,方式2：頻率發(fā)生器,當(dāng)CPU輸出控制字后，輸出端OUT將為高。 在寫入計數(shù)值之后，計數(shù)器將立即自動對輸入時鐘CLK計數(shù)。在計數(shù)過程中輸出始終保持為高，直到計數(shù)器減為1時，輸出將變低，經(jīng)過一個CLK周期，輸出恢復(fù)為高 ，且計數(shù)器開始重新計數(shù)。 不用重新設(shè)置計數(shù)值，通道能夠連續(xù)工作，輸出固定頻率的脈沖。 計數(shù)過程可由門控脈沖控制。當(dāng)GATE變低時，就暫停計數(shù)。 在計數(shù)過程中可以改變計數(shù)值，但也是下次有效的。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,46,方式2：頻率發(fā)生器,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,47,方式3：方波發(fā)生器,當(dāng)CPU設(shè)置控制字后，OUT輸出變?yōu)楦摺?在寫完計數(shù)值之后就自動開始計數(shù)，輸出保持為高； 若計數(shù)值為偶數(shù)，在裝入計數(shù)之后，每一個CLK脈沖使計數(shù)值減2，當(dāng)計數(shù)到0時，一方面使輸出改變狀態(tài)，另一方面又重新裝入計數(shù)值開始新的計數(shù)，過程就這樣周而復(fù)始地重復(fù)進行。它可以在OUT腳獲得一個完全對稱的方波。 若計數(shù)值為奇數(shù)，則在裝入計數(shù)值后的第一個CLK脈沖使計數(shù)器減1，其后每一個CLK脈沖使計數(shù)器減2。當(dāng)計數(shù)到0時，改變輸出狀態(tài)，同時重新裝入計數(shù)值。這以后的第一個CLK脈沖使計數(shù)器減3，以后每一個CLK脈沖，計數(shù)器仍減2。它可以在OUT腳獲得一個不對稱的方波。 如果n=4，則方波的寬度為N/2。如果N=5，則高電平為(N+1)/2，低電平為(N-1)/2。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,48,方式3：方波發(fā)生器,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,49,方式4：軟件觸發(fā)選通,當(dāng)寫入控制字后，輸出OUT為高(原為高則保持為高，原為低則變?yōu)楦?。 當(dāng)寫入計數(shù)值后立即開始計數(shù)(相當(dāng)于軟件啟動)，當(dāng)計數(shù)到0后，輸出變低，經(jīng)過一個輸入時鐘周期，輸出又變高。計數(shù)器停止計數(shù)。 與方式0相似，不同的是到零時OUT由高變低，說明計數(shù)值到。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,50,方式4：軟件觸發(fā)選通,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,51,方式5：硬件觸發(fā)選通,設(shè)置控制字后，輸出OUT變?yōu)楦摺?在設(shè)置計數(shù)值之后，計數(shù)器并不立即開始計數(shù)，而是由門控脈沖GATE的上升沿觸發(fā)啟動。 當(dāng)計數(shù)到0時，輸出變低，經(jīng)過一個CLK脈沖，輸出恢復(fù)為高，停止計數(shù)。要等到下次門控脈沖的觸發(fā)才能再計數(shù)。 與方式1不同的是此方式必須等GATE上升沿出現(xiàn)后，先是輸出一個高電平，然后當(dāng)計數(shù)為零時在OUT產(chǎn)生寬度為一個時鐘周期的負脈沖，用作硬件觸發(fā)選通。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,52,方式5：硬件觸發(fā)選通,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,53,8253的編程,對8253的初始化編程包括兩方面的內(nèi)容：向控制字寄存器寫入控制字；向相應(yīng)通道計數(shù)器寫入計數(shù)值(時間常數(shù))。,解：8253計數(shù)器0只能工作于方式2 計算計數(shù)初值：,控制字為： 00110100B（34H，采用二進制計數(shù)） 00110101B（35H，采用BCD碼計數(shù)）,例：利用8253的通道0產(chǎn)生2KHz的頻率波形，其中負脈沖寬度為1s。假設(shè)CLK0輸入的時鐘是1MHz，8253的地址為4043H。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,54,8253的編程,1、計數(shù)初值用二進制數(shù)表示： MOV AL，34H OUT 43H，AL MOV AL，0F4H OUT 40H，AL MOV AL，01H OUT 40H，AL,2、計數(shù)初值用BCD數(shù)即十進制數(shù)表示： MOV AL，35H OUT 43H，AL MOV AL，00H OUT 40H，AL MOV AL，05H OUT 40H，AL,用二進制計數(shù)時，初值的范圍是0000HFFFFH，0000H代表最大值65536； 用BCD碼計數(shù)時，初值的范圍是0000H9999H，0000H代表最大值10000；,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,55,8253在生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用,電路由一個紅外LED發(fā)光管、一個復(fù)合型光電晶體管、兩個施密特觸發(fā)器74LS14及1片8253芯片構(gòu)成。用8253的通道1來計數(shù)。安裝時將紅外LED發(fā)光管裝在生產(chǎn)線的一側(cè)，復(fù)合型光電晶體管裝在生產(chǎn)線的另一側(cè)，對稱安裝。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,56,8253在生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用,當(dāng)LED發(fā)光管與光電管之間無工件通過時，LED發(fā)出的光能夠照在光電管上，使光電管導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖健４诵盘柦?jīng)74LS14驅(qū)動整形后送到8253的CLK1，使8253的CLK1端也為低電平。當(dāng)LED發(fā)光管與光電管之間有工件通過時，LED發(fā)出的光被工件擋住，光電管截止，集電極變?yōu)楦唠娖?，?253的CLK1端也為高電平。待工件通過后，CLK1端又回到了低電平。這樣，每通過一個工件，就從CLK1端輸入一個正脈沖，利用8253對此脈沖計數(shù)，就可以統(tǒng)計出工件的個數(shù)來。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,57,8253在生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用,8253的A1和A0分別與CPU地址總線的A2和A1相連。GATE1接+5V，OUT1作為中斷信號INT接到8259A的一個中斷請求輸入端IR2。本系統(tǒng)中設(shè)計的8253的端口地址分別為0350H，0352H，0354H，0356H。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,58,8253在生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用,選擇計數(shù)器1工作在方式0。在8253的方式0工作方式中，從將計數(shù)初值寫入計數(shù)器到開始減1計數(shù)之間，有一個時鐘脈沖的延遲。若計數(shù)初值為n=999，那么經(jīng)過n+1個即1000個脈沖時計數(shù)值減為0，并在OUT1端輸出一正跳變，這可以作為中斷請求。在中斷服務(wù)子程序中CPU可以做其他處理，如送下一個包裝箱等。 若要求一個包裝箱內(nèi)裝工件2000個，則計數(shù)初值為1999，按十進制計數(shù)，先送低8位，再送高8位，控制字為01110001B。初始化程序為： MOV AL，01110001B MOV DX, 0356H OUT DX,AL MOV AL, 99H MOV DX, 0352H OUT DX, AL MOV AL,19H OUT DX, AL,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,59,可編程并行輸入輸出接口芯片8255A,隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多通用的可編程接口芯片，8255A就是一片典型的并行輸入輸出接口芯片。,并行接口芯片一般應(yīng)具有以下功能： 1、有兩個或兩個以上、具有鎖存器或緩沖器的數(shù)據(jù)端口。 2、每個數(shù)據(jù)端口都有與CPU用應(yīng)答方式交換信息所必須的控制和狀態(tài)信息以及與外設(shè)交換信息所需的控制和狀態(tài)信息 3、通常每個數(shù)據(jù)端口還具有能用中斷方式與CPU交換信息所必須的電路。 4、選片和控制電路。 5、可用程序選擇數(shù)據(jù)端口、端口的傳送方向、與CPU交換信息的方法(查詢或中斷)等。 6、芯片在工作前可通過輸入輸出指令對其編程(即初始化)，以規(guī)定它的工作方式。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,60,8255A的結(jié)構(gòu)及引腳,1、與CPU相連的引腳 D0D7：數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)總線相連 A0A1：用來選擇3個數(shù)據(jù)口和控制字寄存器 RESET：高電平有效，使8255內(nèi)部所有寄存器清零，所有的I/O端口被置為輸入方式 RD：低電平有效，CPU從8255讀取信息。 WR：低電平有效，CPU把數(shù)據(jù)或控制字寫入8255A。 CS：低電平有效，一般接端口地址譯碼器輸出端，允許8255A與CPU進行通信。 2、與外設(shè)相連的引腳 PA0PA7，PB0PB7，PC0PC7：分別對應(yīng)端口A、B和C。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,61,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,62,8255A的基本結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)總線緩沖器：三態(tài)雙向8位緩沖器，是8255與數(shù)據(jù)總線的接口。輸入輸出的數(shù)據(jù)以及CPU發(fā)出的命令控制字和外設(shè)的狀態(tài)信息，都是通過這個緩沖器傳送的。 讀/寫控制邏輯（硬件控制線） 1) RD：控制8255送出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息至系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。 2) WR：控制把CPU輸出到系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)或命令寫到8255。 3) A1、A0：用來選擇A、B、C三個端口和控制字寄存器。 4) RESET：復(fù)位信號，清除控制寄存器，同時置A、B、C三個端口為輸入方式。 5) CS：片選信號，由它啟動CPU與8255之間的通信。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,63,8255A的基本結(jié)構(gòu),例：設(shè)8255A的端口地址為（80H83H），請寫出在執(zhí)行下列指令時，讀寫控制邏輯信號A0、A1、RD#、WR#和CS#的電平。,A1 A0 RD# WR# CS# IN AL，82H,OUT 80H，AL,1 0 0 1 0,0 0 1 0 0,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,64,8255A的基本結(jié)構(gòu),內(nèi)部控制邏輯：包括A組控制邏輯和B組控制邏輯 這是兩組根據(jù)CPU的方式選擇控制字來控制8255工作方式的電路。其控制寄存器接收CPU輸出的方式控制字，決定兩組的工作方式；還可以根據(jù)CPU的狀態(tài)字對端口C的每一位實現(xiàn)按位復(fù)位或置位。 A組：由PA，PC4PC7構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道 B組：由PB，PC0PC3構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道 輸入/輸出接口電路： 由三個8位輸入/輸出端口組成，即PA口，PB口，PC口(PC4PC7，PC0PC3),7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,65,8255A的控制字與狀態(tài)字,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,66,8255A的方式選擇控制字,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,67,8255A的方式選擇控制字,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,68,8255A的C口置1/置0控制字,任 意,D7=0,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,69,(8255A的控制字與狀態(tài)字)小結(jié),l 工作方式控制字（D7=1） l 對端口C置位/復(fù)位控制字（D7=0） 端口A有方式0、1和2三種工作方式 端口B只能工作在方式0和1 端口C僅工作于方式0。 控制字的端口地址為四個端口地址的最后一個地址。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,70,(8255A的控制字與狀態(tài)字)實例,說明： 1、此為設(shè)置端口的工作方式控制字； 2、B口工作于方式0，輸出，PC3PC0作輸出 3、A口工作于方式1，輸入，PC7PC4作輸出,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,71,(8255A的控制字與狀態(tài)字)實例,說明： 1、此為對端口C進行置1/置0的控制字； 2、將PC4置為1,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,72,8255A的工作方式,8255A有三種工作方式： 方式0基本輸入輸出方式：對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸方式為程序控制的傳輸方式(即無條件傳輸方式和查詢傳輸方式); 方式1選通輸入輸出方式：分為選通輸入和選通輸出兩種。對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸方式為中斷傳輸方式。C口不可工作于此方式，只是起配合作用； 方式2雙向選通輸入輸出方式：相當(dāng)于方式1輸入和輸出的組合，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸方式也是中斷傳輸方式。只有A口可工作于此方式。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,73,8255A的工作方式（方式0）,方式0：基本的輸入輸出方式 PA，PB，PC可分別傳送數(shù)據(jù)。在這種工作方式下，可以由CPU用簡單的輸入或輸出指令來進行讀或?qū)懀瑳]有規(guī)定用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號線。,1) 當(dāng)8255工作于方式0用于無條件傳送方式時，其接口電路十分簡單，這時不需要狀態(tài)端口，三個端口都可以作為數(shù)據(jù)端口。 2) 當(dāng)用作查詢式輸入輸出接口電路時，此時端口A和B可以分別作為數(shù)據(jù)端口，而取端口C的某些位作為這兩個數(shù)據(jù)端口的控制和狀態(tài)信息。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,74,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,75,8255A的工作方式（方式0）,例：8255端口A工作于方式0，作輸出口，其輸出線接至一組發(fā)光二極管；端口B工作于方式0，做輸入口，用一組開關(guān)信號作為B口的輸入信號；,程序如下： L1： MOV AL，82H OUT 63H，AL IN AL，61H OUT 60H，AL JMP L1,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,76,8255A的工作方式（方式1）,方式1：帶選通的輸入輸出方式（中斷方式） 它將三個端口分為A、B兩組： A組：PA，PC3PC5 (3位) B組：PB，PC0PC2 (3位) C口余下的兩位PC6、PC7仍可作為輸入或輸出用。此時端口A和B都可以由程序設(shè)定為輸入或輸出。端口C的某些位作為控制狀態(tài)信號，用于聯(lián)絡(luò)和中斷，各位的功能是固定的，不能用程序改變。,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,77,8255A方式1輸入組態(tài),STBA IBFA INTRA I/O,端口A,1：輸入 0：輸出,7/16/2019 12:13 AM,版權(quán)保留(C) 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王芳,78,方式1輸入組態(tài),STBB IBFB INTRB,端口B,7/16/2019 12