微機原理與接口技術

第六章I/O接口技術與I/O接口芯片內容提要：

1接口的基本概念

2CPU與接口之間傳送信息的方式

3并行通信與并行接口

4可編程并行通信接口芯片8255A5可編程定時/計數(shù)器芯片82536可編程串口芯片8251A學習目標：

1.重點掌握CPU尋址外設的方式、外設端口種類、編址方式、CPU與外設間傳送信息的種類

2.理解程序控制傳送方式，中斷傳送方式

3.了解DMA方式、I/O處理機方式的特點

4.重點掌握8255A、8253編程結構、控制字和初始化編程。

5．了解可編程通信接口芯片8251A。學時：8重點與難點：接口技術和編程應用。6．1接口的基本概念

★計算機系統(tǒng)由主機和外部設備兩大部分組成；3、從外設管理和提高CPU的效率方面：★必須在外設和CPU三總線之間增設一個能控制外設與CPU進行信息交換的中轉電路，用來協(xié)調CPU和外設間的信息交換及工作秩序。★這個中轉電路就是接口電路

★外設不能直接和計算機系統(tǒng)的三總線相連接。其原因如下：1、外設的多樣性，形式復雜：電子式、電磁式、光電式等；2、外設與CPU之間交換的信息的多樣性：類型：數(shù)據(jù)信息、控制信息、狀態(tài)信息；形式：模擬信息、數(shù)字信息；傳遞形式：串行傳遞、并行傳遞；★對于不同的外部設備，其接口電路也是不同的；（見下圖）不同外設與計算機主機之間的接口一、接口的概念：

☆

狀態(tài)信息:外設的狀態(tài)通過接口電路傳遞給CPU，使CPU了解外設當前的狀態(tài)，以便進行下一步的操作；一般采用軟件和硬件相結合的方法，設計高效、可靠的接口電路，以保證CPU與外設之間進行可靠的信息傳遞。1、接口電路是外設和CPU進行連接的橋梁和信息交換的中轉站；2、通過接口電路交換的信息：☆數(shù)據(jù)信息:通過接口電路CPU與外設間交換有效的數(shù)據(jù)信息?！羁刂菩畔?CPU的控制信息通過接口電路傳遞給外部設備，控制外設進行有序的工作；3、接口技術是計算機應用的一個重要技術：二、接口電路的組成：它是接在計算機總線和外設之間的一個電路1、與外設相連接：（用以傳遞信息）2、與計算機總線相連接：

☆應具有暫存信息的部件---寄存器；

☆暫存信息的部件被稱為---端口；根據(jù)存放信息類型的不同，端口分為以下三種

☆在接口電路中，每個端口具有自己的地址；（1）數(shù)據(jù)端口：一般為雙向（2）控制端口：單向輸出（3）狀態(tài)端口：單向輸入★

數(shù)據(jù)總線緩沖器：連接數(shù)據(jù)總線，用于傳遞數(shù)據(jù)信息，為雙向三態(tài)。

★

邏輯控制電路：連接控制總線，控制端口的讀、寫狀態(tài)。

★

地址譯碼電路：連接地址總線，接受地址信息，尋找被訪問的端口。接口是接在計算機總線和外設之間的一個電路三、端口地址的編址方式：（2）單獨編址

---給端口單獨分配地址空間優(yōu)點：不占用存儲器的地址空間缺點：訪問端口必須使用專用的指令（如IN/OUT）1、接口電路中的端口是用來暫存與CPU交換的信息，通常由接口電路中的內部寄存器構成；2、CPU可以象訪問存儲器一樣直接對端口進行讀寫操作。因此，必須對接口電路中的這些端口一一分配地址（編址）；3、其分配地址（編址）的方式稱為：端口地址編址方式；4、編址方式有兩種：（1）統(tǒng)一編址

---和存儲器的存儲單元一起進行編址優(yōu)點：訪問端口如同訪問存儲器一樣，不需專用的指令（使用MOV指令）缺點：占用了存儲器的地址空間，使存儲器的地址空間減少5、8086CPU系統(tǒng)采用了單獨編址方式，并通過M/IO

控制信號來區(qū)分地址線上的地址是用于訪問存儲器或是訪問端口的。四、接口電路的作用：4、總線與外設之間的隔離作用：1、鎖存、緩沖信息：解決高速CPU和低速外設之間信息傳遞所存在的問題；2、信息傳遞方式的轉換：串行轉換為并行，并行轉換為串行；3、信息類型的變換：模擬信號數(shù)字信號，電壓信號電流信號；5、聯(lián)絡與協(xié)調的作用：五、接口電路（Interface）和端口（Port）的關系：4、一個接口電路中可含有多個端口。所以，一個接口電路可具有多個屬于不同端口的地址。1、接口是接在CPU和外部設備之間進行信息交換的電路；2、端口是指在接口電路中完成信息暫存、傳遞，并可由CPU

直接尋址訪問的寄存器3、接口電路由若干端口（寄存器）和相應的控制電路、譯碼電路構成；6．2CPU與接口之間傳送信息的方式（輸入/輸出的控制方式）★因外設接收和發(fā)送信息的速度差別很大，應針對不同的外設采用不同的控制方式進行信息的傳遞。常用傳遞信息的方式有：四、DMA控制方式：

外設通過DMA控制器直接與存儲器交換信息而不通過

CPU，提高了信息交換的速度★CPU與接口之間進行信息傳遞，實際上是與外設之間進行的信息傳遞。一、無條件傳送方式：

CPU

可以沒有任何條件隨時訪問

外部設備

并與其交換信息二、查詢傳送方式：

CPU訪問外部設備，首先要查詢外設是否準備就緒，以決定是否與外設進行信息交換三、中斷控制方式：

外設與CPU交換信息時，主動向CPU發(fā)出信號（中斷請求）；CPU響應中斷請求后，與外設交換一組信息然后進行其它操作；提高了CPU運行的效率一、無條件傳送方式：（無條件傳送的輸入輸出電路）★

作為外設的接口電路，應隨時做好接收或輸出數(shù)據(jù)的準備；

1、輸入設備：信息變化緩慢的外設；2、輸出設備：能對輸出的信息立即做出反應的外設；3、信息變化呈周期性、且定時的周期為已知的外設。★為保證信息的可靠傳輸，下列設備可采用此控制方式進行信息的傳送：二、查詢傳送方式：

查詢外設的狀態(tài)：當CPU需同外設交換信息時首先對外設的狀態(tài)進行查詢，得知外設已做好數(shù)據(jù)接收或發(fā)送的準備時，采進行信息交換。1、查詢輸入傳送方式：LL：INAL，02HTESTAL，01HJZLLINAL，01H2、查詢輸出傳送方式：NN：INAL，04HANDAL，80HJNZNNMOVAL，DATAOUT03H，AL查詢傳送方式的特點：不論是無條件傳送方式還是查詢傳送方式，都不能發(fā)現(xiàn)和處理預先無法估計的錯誤和異常情況。為了提高CPU的效率、增強系統(tǒng)的實時性，并且能對隨機出現(xiàn)的各種異常情況做出及時反應，通常采用來實現(xiàn)CPU與外設之間的數(shù)據(jù)傳送即中斷傳送方式。

優(yōu)點：能保證主機與外設之間協(xié)調同步地工作，且硬件線路比較簡單，程序也容易實現(xiàn)。缺點：CPU要不斷地查詢外設，當外設沒有準備好時，CPU要等待，而許多外設的速度比CPU要慢得多，CPU的利用率不高、實時性差。三、中斷控制方式在查詢方式下，CPU主動查詢外設的狀態(tài)，占用了CPU大量的時間資源，降低了CPU的工作效率。在中斷方式下，由外設主動向CPU提出中斷請求，CPU響應外設的中斷請求并和外設進行一次信息交換后返回繼續(xù)進行其它的操作。中斷控制方式進行數(shù)據(jù)輸入時的基本電路故這種傳送方式一般適合于少量的數(shù)據(jù)傳送。對于大批量數(shù)據(jù)的輸入/輸出，可采用高速的直接存儲器存取方式，即DMA方式。優(yōu)點：CPU不必查詢等待，工作效率高，CPU與外設可以并行工作；由于外設具有申請中斷的主動權，故系統(tǒng)實時性比查詢方式要好得多。缺點：但采用中斷傳送方式的接口電路相對復雜，而且每進行一次數(shù)據(jù)傳送就要中斷一次CPU，CPU每次響應中斷后，都要轉去執(zhí)行中斷處理程序，且都要進行斷點和現(xiàn)場的保護和恢復，浪費了很多CPU的時間。中斷控制方式的特點：四、DMA控制方式（存儲器直接存取方式）DMA控制方式是一種成塊數(shù)據(jù)傳送的方式同時它還可以向CPU報告外設和外設控制器的狀態(tài)，對狀態(tài)進行分析，并對輸入/輸出系統(tǒng)的各種情況進行處理。五．I/O處理機方式I/O處理機接管了原來由CPU承擔的控制輸入/輸出操作及其他的全部功能。

I/O處理機有自己的指令系統(tǒng)，可以獨立地執(zhí)行程序，對外設進行控制，對輸入/輸出過程進行管理，并能完成字與字之間的裝配和拆卸、碼制的轉換、數(shù)據(jù)塊的錯誤檢測和糾錯以及格式變換等操作。

8086/8088系列中，8089IOP就是常用的高性能的通用的輸入/輸出處理機，在8089內部有兩個獨立的I/O通道，每一個通道都兼有CPU功能和非常靈活的DMA控制的功能。

6．3并行通信與并行接口2、雙通道并行接口：具有兩個信息傳輸?shù)耐ǖ?，分別作為輸入及輸出接口。一、并行通信是把一個字符的各位用幾條數(shù)據(jù)線（通常8條）同時進行傳遞；★

優(yōu)點：傳輸速度快，信息率高

★

缺點：傳輸距離短，所需的電纜多

☆

常用在傳送距離較短和數(shù)據(jù)傳輸率較高的場合二、并行接口☆實現(xiàn)并行通信的接口電路稱為并行接口；1、單通道并行接口：只具有一個信息傳輸?shù)耐ǖ?，如：★輸入接口★輸出接口★輸?輸出接口6．4可編程并行通信接口芯片8255A6.4.1可編程接口芯片的基本概念：☆一般可編程芯片的構成：見下圖☆在接口芯片工作之前，通過程序將控制命令寫入到芯片的控制寄存器中，用于確定芯片電路的不同工作方式和選擇不同的工作通道，使其按照用戶要求的工作模式進行工作；☆這種過程稱為：芯片的初始化；☆接口電路的工作狀態(tài)和功能可通過程序進行設定和控制，這樣的接口芯片稱為“可編程接口芯片”；☆可編程接口芯片具有：多通道、多功能的功能。1、內部構成：控制寄存器（端口）、狀態(tài)寄存器（端口）、輸入/輸出緩存寄存器（端口）讀寫控制邏輯電路。2、外部引腳：與CPU相連接；與外部設備相連接。系統(tǒng)總線控制寄存器輸入緩存寄存器狀態(tài)寄存器輸出緩存寄存器讀寫邏輯控制電路輸入設備輸出設備輸入RDYACKSTBROY輸出DB低位地址RDWR準備好INT復位OEWECSAB高位譯碼＋M/IO端口地址線6.4.28255A芯片內部結構及其引腳其基本特征特點：1、40引腳雙列直插芯片，單一正5V電源；是一種通用型、應用較廣的可編程輸入/輸出接口芯片。常用來擴展控制器（CPU）的輸入/輸出接口4、三個數(shù)據(jù)端口分別稱為：A口、B口、C口；具有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。2、具有3個相互獨立又關聯(lián)的8位并行輸入/輸出端口，各端口均具有數(shù)據(jù)輸出鎖存和輸入三態(tài)緩沖功能；3、具有1個控制端口，CPU可通過編程，設置各端口工作在某種工作方式下；6.4.28255A芯片內部結構及其引腳一、8255A的內部結構：四部分組成1、數(shù)據(jù)總線緩沖器：三態(tài)、八位雙向，它是8255A與數(shù)據(jù)總線的接口。2、A、B、C三個數(shù)據(jù)端口：輸出具有鎖存、輸入三態(tài)具有緩沖功能；A組：A口和C口的高四位；B組：B口和C口的低四位；3、A、B組控制電路：根據(jù)工作方式控制字，決定各組中各口的工作方式；4、讀寫控制邏輯電路：接收CPU經(jīng)總線發(fā)出的地址和控制信號，管理接口中的信息傳送、控制字的接收和狀態(tài)信號的傳遞。二、8255A的外部引腳：40條引腳，輸入、輸出信號均為TTL電平A1

A000A端口01B端口10C端口11控制（寄存器）端口2、面向外設的信號引腳：

PA0～PA7；PB0～PB7；PC0～PC7；

各個端口的輸入、輸出線。1、面向系統(tǒng)總線信號的引腳：

D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)信號線，接系統(tǒng)總線；

CS：片選端，輸入低電平有效。系統(tǒng)高位地址經(jīng)譯碼后和M/IO信號共同產(chǎn)生片選信號。

RD：讀信號，輸入低電平有效。

WR：寫信號，輸入低電平有效。

RESET：復位信號，輸入高電平有效。復位后，各口為輸入方式，內部寄存器被清零。

A1、A0：片內端口地址線，輸入；用于端口選擇：6.4.38255A的控制字★

8255A內部有兩個控制寄存器，共用一個端口地址：11B★

用于存放：工作方式控制字和C口按位置位/復位控制字一、工作方式控制字：D7D6D5D4D3D2D1D0D7=1是方式選擇控制字

D7=0是C口按位置位/復位控制字

在使用8255A時，首先要由CPU對8255A寫入控制命令字，有兩種控制命令字方式，8255A的三種工作方式都要由控制命令字來設定——這個設置過程稱為“初始化”D7D6D5D4D3D2D1D0D7=1A口工作方式選擇：00=方式0，01=方式1，1X=方式2A口工作狀態(tài)為：基本輸入輸出選通輸入輸出雙向選通輸入輸出

A口輸入輸出選擇：0=輸出1=輸入C口高位輸入輸出選擇：0=輸出1=輸入B口工作方式選擇：0=方式0基本輸入輸出

1=方式1選通輸入輸出

B口輸入輸出選擇：0=輸出

1=輸入C口低位輸入輸出選擇：

0=輸出1=輸入例：8255A工作在方式選擇控制字，A口是選通的輸入方式，B口基本的輸出方式。解：控制字為10111000=0B8，初始化程序：

MOV DX，PORT-C MOV AL，0B8H OUT DX，AL二、C口按位置位/復位控制字：

C口按位置位/復位控制字作用：

對C口中的某一位進行置位（置1）或復位（置0）D7=0置位/復位控制字標志三位無效D3D2D1位選擇000PC0001PC1010PC2011PC3100PC4101PC5110PC6111PC7D7D6D5D4D3D2D1D0B組：置位/復位選擇

1=置位0=復位6.4.48255A的工作方式8255A有三種工作方式：方式0

；方式

1；方式2100××0××工作方式控制字：一、方式0：基本輸入輸出方式①

基本功能為：若A口、B口都工作在方式0，則此時8255A可以有2個8位的數(shù)據(jù)輸入輸出（A口、B口），2個4位口（C口上半部、下半部），而且A口、B口、C口上半部、C口下半部共有16種不同的組合方式；輸出是鎖存的，輸入只有緩沖而無鎖存功能。

②

特點：系統(tǒng)沒有指定C口的某些線作為專門的信號聯(lián)絡線和狀態(tài)位，但是用戶可以自定義C口的某些線作為信號聯(lián)絡線。

③

注意點：CPU和8255AA口、B口之間傳送數(shù)據(jù)只能用程控方式（即無條件或查詢方式），不能用中斷方式。

二、方式1：選通輸入或輸出方式方式1的基本特征：★

A組和B組端口均可選用此工作方式★當A口、B口置于此工作方式時，與A口、B口同組的C口部分引腳（位）被用作A口或B口輸入輸出時的聯(lián)絡線（選通控制信號），從而不能作為I/O口使用?！镌诜绞?時，C口作為聯(lián)絡控制信號線，CPU可以采用查詢方式或

中斷方式與8255A交換信息?！?/p>

A口、B口在作為輸入和輸出時的選通信號不同，即C口的作用不同★

C口的8位除用作選通信號外，其余位可工作于方式0下，作為輸入或輸出口1、方式1的輸入結構及時序

STB：選通信號，輸入。外設給接口的啟動信號，有效時，將PA0～PA7引腳上的數(shù)據(jù)裝入A口寄存器IBF：輸入緩存寄存器滿信號，輸出。作為外設的應答信號。

INTR：中斷請求信號，輸出。用于向CPU發(fā)出請求，CPU根據(jù)此信號，可采用中斷或查詢方式將接口中的數(shù)據(jù)取走。2、方式1的輸出結構及時序

ACK：讀輸出緩存器信號，輸入。外設給接口的讀信號，有效時，將輸出端口中的數(shù)據(jù)讀取走，同時將INTR

信號置位（有效）OBF：輸出緩存寄存器滿信號，輸出。用于通知外設接收數(shù)據(jù)。

INTR：中斷請求信號，輸出。用于向CPU發(fā)出請求，CPU根據(jù)此信號，可采用中斷或查詢方式將數(shù)據(jù)送入接口中。方式1工作模式下A口和B口的組合方式1工作方式下的狀態(tài)字：方式1下C口寄存器

為CPU與8255間采用查詢方式工作提供了狀態(tài)標志C口寄存器：三、方式2：雙向選通輸入輸出方式

★只有A口具有此工作方式，在方式2下：輸入、輸出均鎖存；★B口只具有工作方式1和工作方式0；★在方式2下，C口的PC3～PC7作為A口的聯(lián)絡控制信號端.

STB：外設輸入,選通緩存寄存器信號;IBFA：輸出應答信號,輸入緩存寄存器滿。OBFA：輸出應答信號,輸出緩存器滿;ACK：外設輸入,讀輸出緩沖器。1、方式2下的引腳定義：11I/OI/OI/OD7D6D5D4D3D2D1D0控制字PC2-01=輸入0=輸出口B1=輸入0=輸出B組方式0=方式01=方式1PC3PA7～PA0PC7PC6PC4PC5PC2～PC0&≥1INTE1INTE2&INTRA8OBFAACKASTBAIBFAI/O3RDWR2、方式2下的時序：★

其時序是方式1下輸入及輸出時序的組合?！?/p>

輸入：外設產(chǎn)生STB信號，將A端口的數(shù)據(jù)裝入8255A的輸入緩沖器?！?/p>

輸出：CPU將數(shù)據(jù)裝入8255A后，8255A產(chǎn)生OBF信號，通知外設。3、方式2下的狀態(tài)字：是方式1下輸入輸出狀態(tài)字的組合產(chǎn)生中斷請求時，需判別IBFA和OBFA，以區(qū)別是輸入或輸出產(chǎn)生的中斷。6.4.58255A的應用舉例1、8255A模擬交通燈實驗原理：★以8255的C口為輸出口，經(jīng)74LS240驅動電路控制4個雙色LED（紅、綠）,

模擬十字路口交通信號燈的控制。交通燈的變化規(guī)律如下：初始狀態(tài)0：為東西紅燈，南北紅燈。全部禁行，然后轉狀態(tài)1；狀態(tài)1：南北綠燈通行，東西紅燈禁行；調用延時軟件1后轉入狀態(tài)2；狀態(tài)2：南北綠燈閃爍幾次轉亮黃燈；調用延時軟件2后轉入狀態(tài)3，（此時東西向仍為紅燈）；狀態(tài)3：東西綠燈通行，南北紅燈禁行；調用延時軟件1后轉入狀態(tài)4，狀態(tài)4：東西綠燈閃爍幾次轉亮黃燈；調用延時軟件2后轉入狀態(tài)1，（此時南北向仍然紅燈）；★雙色LED由一個紅色LED管芯和一個綠色LED管芯封裝在一起，陰極為共用端：⑴紅色陽極加高電平時，紅燈亮。綠色陽極加高電平時，綠燈亮。⑵紅色、綠色陽極同時加高電平，顯示黃燈2、8255A模擬交通燈實驗驅動電路圖：PC0：紅燈（北）PC4：綠燈（北）PC1：紅燈（西）PC5：綠燈（西）PC2：紅燈（東）PC6：綠燈（東）PC3：紅燈（南）PC7：綠燈（南）PA或PB口可以做為輸入口設：8255的地址為：

200H～21FH3、8255A模擬交通燈實驗流程圖：設置8255各口為輸出清LED四燈全紅延時南北綠燈，東西紅燈，延時綠燈閃三次南北紅燈，東西綠燈，延時南北黃燈，延時綠燈閃三次東西黃燈，延時初始化返回DOS有鍵按下NYD1EQU20H

；延時時間常數(shù)1D2EQU200H

；延時時間常數(shù)2

DATASEGMENTPBDB?MESS2DB‘ENTERANYKEYCANEXITTODOS!’,0DH，0AH，’$’MESS1DB‘ENTERANYKEYTOBEGIN!’，0DH，0AH，’$’

DATAENDS

STACKSEGMENTSTACKSTADW50DUP（?）

TOPEQULENGTHSTA

STACKENDS

CODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATA,ES:DATA,SS:STACKSTART:MOVAX,DATA

MOVDS,AX;裝入數(shù)據(jù)斷段基址

MOVAX,STACKMOVSS,AX;裝入堆棧斷段基址

MOVSP,TOP;裝入堆棧指針文件名：EXP2.ASMMOVDX,21BH

;送控制口地址MOVAL,10000000B;設置為全輸出OUTDX,AL;送控制字MOVDX,21AH;送C口地址MOVAL,0FFH

OUTDX,AL;LED全滅MOVAH,09HLEADX,MESS1;9號功能調用,INT21H;提示按任意鍵開始MOVAH,08H;8號功能調用INT21H;按任意鍵開始MOVAH,09HLEADX,MESS2;9號功能調用,INT21H;提示按任意鍵退出MOVDX,21AH

;送C口地址MOVAL0F0HOUTDX,AL;輸出全紅MOVBX,100H;送時間常數(shù)CALLDLY;調延時子程序BG:MOVAL,01101001B;南北綠,東西紅OUTDX,AL;輸出MOVBX,D2;送時間常數(shù)D2CALLDLY;調延時子程序MOVCX,03HXH1:MOVAL,11111001B

OUTDX,AL;南北綠滅MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序MOVAL,01101001B

OUTDX,AL;南北綠亮MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序LOOPXH1;循環(huán)三次MOVAL,01100000B

OUTDX,AL;南北黃,東西紅MOVBX,D1CALLDLY;調延時子程序MOVBX,D1CALLDLY;調延時子程序MOVAL,10010110B;南北紅,東西綠OUTDX,AL;南北紅,東西綠MOVBX,D2CALLDLY;調延時子程序MOVCX,03XH2:MOVAL,11110110BOUTDX,AL;東西綠滅MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序M0VAL,F6HOUTDX,AL;東西綠亮MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序LOOPXH2;循環(huán)三次MOVAL,90HOUTDX,AL;南北紅,東西黃MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序MOVBX,D1;送時間常數(shù)D1CALLDLY;調延時子程序PUSHDXMOVDL,0FFHMOVAH,06H;6號功能,直接控制臺I/O;如有字符輸入,放入AL中,ZF被置0;如無字符輸入,零標志位ZF被置1INT21HJNZDSSPOPDXJMPBG;返回DSS：MOVAX,4C00HINT21H;退出DLYPROCNEAR;子程序PUSHCXDDD:MOVCX,0FFFFHCCC:LOOPCCCDECBXCMPBX,0JNEDDDPOPCXRTEDLYENDPCODEENDSENDSTATR6.5

可編程定時/計數(shù)器芯片8253

在計算機系統(tǒng)中往往需要外部時鐘電路，用于實現(xiàn)定時、延時控制，或對外部事件的計數(shù)。2、不可編程硬件定時：通用性、靈活性差，當其電路參數(shù)決定后，無法改變定時時間。不占用CPU的時間，如：555定時電路。常用下列方法：1、軟件定時：通用性、靈活性好，不需硬件；但在定時過程中，占用了CPU的時間資源。一般用在短時間的定時，毫秒～秒。3、可編程硬件定時：通用、靈活，可和CPU同步工作，通過輸入控制字和時間常數(shù)，可以靈活修改其定時時間；可工作在計數(shù)或定時的不同工作方式下?？删幊潭〞r/計數(shù)器芯片8253是一種常用的定時、計數(shù)芯片一、8253的引腳及內部結構1、外部引腳★面向外設的引腳：

CLK0

～CLK2:

計數(shù)脈沖或時鐘輸入；

OUT0～OUT2：

計數(shù)結束輸出信號；

GATE0～GATE2:

輸入，門控信號?！锩嫦駽PU的引腳：

DO～D7：雙向數(shù)據(jù)信號線；

CS：片選信號線；

A0、A1:片內地址線；

RD、WR：讀/寫控制信號線.2、8253內部結構圖●三個獨立的16位計數(shù)器

●六種工作方式，可通過編程設置（2）讀寫控制邏輯電路：內部操作的控制電路接收CPU的讀寫信號和地址信號，完成對8253的功能操作，具體見讀寫操作表：（1）數(shù)據(jù)總線緩沖器：雙向三態(tài)，和系統(tǒng)總線的接口；（4）計數(shù)器：每個計數(shù)器都有自己獨立的控制寄存器，共用一個控制端口。內部結構圖（減一計數(shù)）（初值保持不變）（可讀）（3）控制寄存器：接收、存放工作方式控制字，只能寫入、不能讀出；控制字用于定義計數(shù)器的工作方式；二、8253的控制字及其編程：1、定時初值的計算：定時初值（時間常數(shù)）＝預計定時時間輸入時鐘脈沖的周期2、工作方式控制字：

設定各計數(shù)器的工作方式；計數(shù)初值的讀寫順序；字節(jié)數(shù)；減一計數(shù)的數(shù)制例：8253的端口地址為：70～73H，選擇計數(shù)器0，工作方式0，計數(shù)初值為

500，采用二進制計數(shù)，初始化程序如下：8253共有四個端口，其地址見下表：A0A1端口00CNT001CNT110CNT211控制寄存器MOVAL，00110000B；工作方式控制字OUT73H，AL；寫入控制字MOVAX，500

OUT70H，AL；裝計數(shù)初值低字節(jié)MOVAL，AHOUT70H，AL；裝計數(shù)初值高字節(jié)若采用BCD碼計數(shù)，應注意控制字和計數(shù)初值的寫法?。?！3、8253的編程（初始化）：

8253無復位引腳，上電后各寄存器的值不定，其工作方式也是隨機的。使用前必須對其進行初始化

（1）寫入控制字：用于確定工作方式、指定初值的裝入順序及計數(shù)數(shù)制。

（2）寫入計數(shù)初值：按控制字的要求向選定的計數(shù)器寫入計數(shù)初值。三、8253的工作方式：★

每個計數(shù)器都有六種工作方式可選擇，各工作方式有不同的特點：（1）OUT端輸出波形的方式不同，電平方式或脈沖方式；（2）GATE啟動計數(shù)器開始計數(shù)的觸發(fā)方式不同；（3）計數(shù)過程中門控信號對計數(shù)操作的影響不同。軟件啟動GATE端為高電平置入計數(shù)初值后的第2個CLK脈沖的下降沿★

計數(shù)器的啟動方式：硬件啟動GATE端的上升沿后對應下一個CLK脈沖的下降沿裝入初值啟動

1、方式0（計數(shù)結束中斷方式）N+1OUT輸出的信號★軟件啟動：裝入控制字后

由CLK的下降沿進行計數(shù)，★GATK：

變低停止計數(shù)，變高繼續(xù)計數(shù)★計數(shù)過程中：

重裝計數(shù)初值，按新初值計數(shù)★計數(shù)個數(shù)：N+1個CLK脈沖★計數(shù)到零：OUT由低變高

計數(shù)過程由軟件啟動。

GATE的作用是開放計數(shù)或禁止計數(shù)。

OUT變?yōu)榈?，表示計?shù)過程結束。方式0主要用于事件計數(shù)。

方式0的特點和應用：2、方式1（可編程單穩(wěn)）★硬件啟動：寫入控制字，OUT變高；寫入初值，定時器不啟動；★GATK的上升沿后：由下一個

CLK的下降沿將初值裝入CE并開始計數(shù)，OUT變低，進入暫態(tài)；★計數(shù)器減到零：OUT變高；★計數(shù)過程中：GATE的上升沿將使計數(shù)器重新按初值開始計數(shù)★計數(shù)過程中：裝入新的初值，對計數(shù)無影響；★單穩(wěn)時間是N

倍的CLK

周期單穩(wěn)時間方式1的特點和應用：(1)

計數(shù)過程啟動只能有GATE脈沖的上升沿產(chǎn)生，即硬件啟動計數(shù)器。(4)

由于計數(shù)初值是由程序寫入的，所以只要改變計數(shù)初值即可產(chǎn)生不同輸出寬度的負脈沖，從而可以獲取變寬脈沖信號。(3)

在形成單穩(wěn)態(tài)脈沖過程中，可以重觸發(fā)，使OUT輸出的負脈沖加寬。(2)

OUT的輸出為一個單穩(wěn)態(tài)負脈沖，其脈沖寬度為計數(shù)初值個CLK時鐘脈沖的周期之和。(5)在微機實時控制系統(tǒng)中常用作監(jiān)視時鐘（WatchdogTimer）。3、方式2（分頻器方式）★軟件啟動：裝入控制字，OUT變高，寫入初值后用CLK脈沖的下降沿將初值裝入CE，開始計數(shù)★GATK：計數(shù)中變低停止計數(shù)；變高初值重新裝入CE開始計數(shù)；★計數(shù)過程中：

裝入新的初值，對計數(shù)無影響；本次計數(shù)結束后按新值計數(shù)；★計數(shù)到一時：OUT輸出一個寬度同CLK周期的負脈沖，開始新計數(shù)★周期是CLK

周期的N

倍N方式2的特點和應用：CR能自動重復地裝入到CE中，所以只要CLK是周期性的脈沖序列，在OUT上就能連續(xù)地輸出周期性分頻信號。計數(shù)過程即可以軟件啟動也可以硬件啟動。對某頻率固定的CLK脈沖信號，改變計數(shù)初值，就可以獲得不同速率的OUT輸出信號。OUT的輸出正脈沖的寬度為（計數(shù)初值-1）個CLK時鐘脈沖的周期之和，而負脈沖的寬度均為1個CLK時鐘脈沖的周期。方式2主要用作分頻和時基信號，可以方便地從系統(tǒng)時鐘PCLK中獲得符合某種頻率要求的標準信號，供系統(tǒng)使用。4、方式3（方波發(fā)生器）★類似方式2：方波周期為N

倍CLK

周期★軟件啟動：裝入控制字，OUT變高，寫入初值后用CLK脈沖的下降沿將初值裝入CE，按減2

的方式開始計數(shù)（偶初值）；★經(jīng)N/2CLK周期：計數(shù)器到零，

OUT變低；初值重新裝入CE中繼續(xù)減2

計數(shù)，到零時OUT變高，開始下一輪計數(shù)；★初值為奇數(shù)時：按先減1，后減2的方式計數(shù)★GATK：計數(shù)中變低停止計數(shù)；變高重觸發(fā)，按初值重新計數(shù)；★計數(shù)過程中：寫入新的初值后，

OUT變高，將按新值重新計數(shù)；方波周期方式3的特點和應用：方式3中的計數(shù)過程是CE內容減2。在方式3的工作過程中，CR或CR-1的內容能自動裝入CE，所以只要CLK是周期性脈沖，OUT將輸出連續(xù)方波信號。計數(shù)器啟動過程也有軟件和硬件兩種。改變計數(shù)初值，OUT端將輸出不同頻率的方波。方式3主要應用作為方波脈沖發(fā)生器和波特率發(fā)生器。5、方式4（軟件觸發(fā)選通）與方式0相似。區(qū)別：OUT輸出負脈沖的寬度不同；計數(shù)期間的輸出極性相反。

6、方式5（硬件觸發(fā)選通方式）與方式1相似區(qū)別：CE為零時OUT端產(chǎn)生寬度為1個CLK脈沖周期的負脈沖選通信號。當寫入控制字CW后，OUT變?yōu)楦唠娖?然后寫入計數(shù)初值到CR后，OUT仍然維持在高電平，僅在GATE由低變高之后的下一個CLK脈沖的下降沿才將CR裝入CE，并啟動計數(shù)器開始對CLK脈沖計數(shù)，直到CE為零時，OUT輸出一個寬度為CLK周期的負脈沖，并且又將OUT變?yōu)楦唠娖健Ｋ摹?253-5的初始化8253投入工作之前，CPU要對它進行初始化編程。初始化編程的步驟為：(1)寫入計數(shù)器的控制字，規(guī)定其工作方式及相應功能；(2)寫入計數(shù)初值。當計數(shù)初值為8位，則控制字中RL1，RL0應取01，只寫入CR的低8位，CR的高8位會自動置0；若是16位計數(shù)，而低8位是0，則應取RL1、RL0為10，只寫入高8位，低8位會自動置0。若是16位的計數(shù)初值，則LR1，LR0=11，應分兩次寫入初值，先寫低8位，再寫入高8位。由于計數(shù)器采用遞減方式計數(shù)，因此如果計數(shù)初值為0000H，則是最大的計數(shù)初值。例：若選擇0計數(shù)器，工作在方式3，計數(shù)初值為2354H，十進制計數(shù)方式；或選擇1＃計數(shù)器，工作在方式2，計數(shù)初值為18H，二進制計數(shù)方式。并設8253端口地址為40~43H。則根據(jù)上述各計數(shù)器的功能，

其初始化編程如下：

;對0＃計數(shù)器初始化編程

MOVAL，37H

；

對0＃計數(shù)器送控制字。

OUT43H，

ALMOVAL，

54H

；

送初值的低8位。

OUT40H，

ALMOVAL，

23H

；

送初值的高8位。

OUT40H，

AL

;對1＃計數(shù)器初始化編程。

MOVAL，

01010100B

；

對1＃計數(shù)器送控制字。

OUT43H，

ALMOVAL，

18H

；

計數(shù)初值送低8位。

OUT41H，

AL;當采用“飛讀”的方法讀取1＃計數(shù)器的計數(shù)值時，可采用如下程序片段：

MOVAL，

01000100B

；

對1＃計數(shù)器送鎖存控制字。

OUT43H，

ALINAL，

41H

；

讀低8位。

MOVCL，

AL

；

讀取的計數(shù)值存于CL中。

;當計數(shù)值為16位時，

則“飛讀”時還應讀取高8位鎖存器中的計數(shù)值。

五、8253的工作方式總結：方式0：軟件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后輸出端變低電平，計數(shù)結束輸出高電平硬件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)開始輸出低電平，結束后又變高方式1：方式2：軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)。裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)到最后一個脈沖時輸出低電平方式3：軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)裝入初值后輸出端變高電平輸出對稱方波方式4：軟件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)結束輸出一個CLK寬度的低電平方式5：硬件啟動，不自動重復計數(shù)波形與方式4相同六、8253的應用舉例：見教材P3306.6可編程串行通信接口芯片8251A

計算機控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信的方式有并行和串行通信兩種方式。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息,所用的傳輸線少并且可以借助現(xiàn)成的電話、電視、電力網(wǎng)絡進行信息傳送，因此特別適合遠距離數(shù)據(jù)傳送。對于顯示器、打印機、磁盤等與計算機相距較近，但需要按位處理和串行存儲的外部設備，采用串行通信方式進行數(shù)據(jù)交換，也不在少數(shù)。在當前工廠自動化、安全保衛(wèi)等需要實時控制和管理時，相互之間的數(shù)據(jù)交換也多采用串行通信。上節(jié)介紹并行通信，本節(jié)將介紹常用的串行通信原理及串行通信接口。一、串行通信

1、串行通信的特點：傳送線省，成本低，傳送時間長（NT），串行傳送適用于長距離通信系統(tǒng)及各類計算機網(wǎng)絡。

2、串行通信編碼：串行通信傳送常用ASCII與擴展的BCD交換碼EBCDIC進行信息傳送。EBCDIC：ExtendedBinaryCodedDecimalInterchengeCode3、串行通信方式：由于串行通信信息在一個方向上傳輸只占用一根傳輸線，而這根線上既傳送數(shù)據(jù)，又傳送聯(lián)絡信號，為此為區(qū)分這根線傳送的信息流中，哪一部分是聯(lián)絡信號，哪一部分是數(shù)據(jù)，就必須引出串行通信的一系列約定。于是，在串行通信中就有異步通信和同步通信兩種基本串行通信方式。

6.6.1串行通信概述

二、異步通信

異步通信ASYNC(AsynchronoueDataCommunication)以字符為單位進行傳輸，即異步傳輸方式，是非同步傳輸方式。其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議。異步通信的信息格式由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位與不固定的空閑位五個部分組成。起始位——每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數(shù)據(jù)位——緊跟著起始位傳送。由5～8個二進制位組成，低位先傳送校驗位——校驗是否傳送正確；可選奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送空閑起始位…...5~8數(shù)據(jù)位1/01/01/0011/0較驗位停止位11空閑起始位波特率的決定數(shù)據(jù)收發(fā)的時鐘：時鐘頻率＝N×波特率波特率系數(shù)N＝1/16/32/64

三、同步通信方式

以一個固定長度的字符組成的數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結束，通信的信息格式見圖。同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜。串行同步通信主要應用在網(wǎng)絡當中。最常使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC。同步字符較驗字符同步通信傳輸步驟：●傳輸開始，接受設備不停檢測傳輸線—測試同步字符是否到來?！袷盏酵阶址s定好的）之后，收方開始接受數(shù)據(jù)。●接受：N個字符數(shù)據(jù)+校驗字符。●處理：組合出N個數(shù)據(jù)字節(jié)，查奇偶無錯，結束一幀數(shù)據(jù)傳輸?！耖_始檢測同步字符，準備接受下一幀數(shù)據(jù)。注：發(fā)送與接受每位都保持完全一致，由時鐘信號統(tǒng)一。四、數(shù)據(jù)傳送的三種模式

1、全雙工模式：數(shù)據(jù)發(fā)送和接受由兩根不同的傳輸線傳送，通信雙方在同一時刻進行發(fā)送和接受2、半雙工模式數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受由一根傳輸線傳送，通信雙方不能同時收發(fā)3、單工模式數(shù)據(jù)發(fā)送和接受在單一方向上傳送五、串行輸入/輸出的軟硬件實現(xiàn)

1、軟件實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)或反之，完全可由CPU通過軟件來實現(xiàn)，外部只要增加簡單的電平轉換電路即可。

TTYOUT：MOV CL，0BH ；輸出位數(shù)10位

MOV AL，DL ；

OR AL，AL ；CF=0 RCL AL，1 ；CF送D0，起始位MORE：

OUT 02H，AL ；

CALL DELAY ；與波特率相配合

RCR AL，1 ；帶CF右移

STC ；CF=1，停止位

DEC CL JNE MORE RET2、UART硬件實現(xiàn)

UART即通用異步接收/發(fā)送器，它既能發(fā)送，又能接收，接收和發(fā)送部分都是雙緩沖結構?！窆δ埽?/p>

接受：串行

——

并行

——

輸入； 發(fā)送：并行

——

串行

——

輸出

當輸入時，由RXD端接收到的串行數(shù)據(jù)先進入移位寄存器，接收到一個字符后然后并行輸入給輸入數(shù)據(jù)緩沖器，轉變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，由DB輸至CPU；在發(fā)送時，由CPU來的并行數(shù)據(jù)被輸出數(shù)據(jù)緩沖器接收，然后送到輸出移位寄存器，由TXD端從最低有效位開始直至最高有效位結束一位接一位串行輸出。●結構：設立有奇偶錯誤標志、幀錯誤標志、溢出錯誤標志為了檢測長距離傳送中可能發(fā)生的錯誤，通常增加一個奇偶校驗位。UART檢查每個字符及奇偶校驗位“1”的個數(shù)，若不滿足，則傳送過程中出錯。

三個出錯標志：

奇偶出錯標志：在接收時，若檢測到奇偶出錯，則置位該出錯標志；

幀出錯標志：在接收時，若檢測到字符格式不合規(guī)定，則置位該出錯標志；

溢出出錯標志：在接收時，CPU還沒從接收數(shù)據(jù)緩沖器取走上一個字符，而接收數(shù)據(jù)移位寄存器又接收到下一個字符，則上一個字符會丟失，則置位出錯標志。

6.6.2可編程串行通信接口芯片8251A

一、串行通信接口的基本任務1、進行串—并轉換：計算機處理數(shù)據(jù)是并行的，而串行傳送的數(shù)據(jù)是按位依次傳送。則數(shù)據(jù)由計算機到數(shù)據(jù)終端，接口要完成并行到串行轉換，相反數(shù)據(jù)終端到計算機的數(shù)據(jù)，由接口實現(xiàn)串行到并行的轉換。

2、串行數(shù)據(jù)格式化：異步通信時，在發(fā)送時，接口電路要自動生成起始位和停止位，接收時自動去除；在同步通信時；發(fā)送時自動在傳送數(shù)據(jù)塊前加同步字符，同樣接收時自動去除。3、可靠性檢驗在數(shù)據(jù)發(fā)送時自動生成奇偶校驗位，在數(shù)據(jù)接收時檢查奇偶校驗位，檢查錯誤。4、實施接口與數(shù)據(jù)通信設備之間聯(lián)絡控制：接口電路要提供計算機的串行接口到數(shù)據(jù)通信設備（DCE）間的標準邏輯電平。二、可編程串行通信接口芯片8251A的引腳

三、8251A的基本特點

1、可用于同步和異步傳送

同步傳送：5～8bit/字符，內同步或外同步，自動插入同步字符；

異步傳送：5～8bit/字符，接收/發(fā)送時鐘頻率為通信波特率的1，16或64倍；

2、可產(chǎn)生中止字符，可產(chǎn)生1，1.5，2位停止位?？蓹z查假啟動位，自動檢測和處理中止字符；

3、波特率：DC-19.2Kbps（異步）；DC-64Kbps（同步）；

4、完全雙工，雙緩沖發(fā)送和接收器；

5、具有奇偶、幀、溢出出錯檢測電路。四、8251A的內部功能結構

發(fā)送緩沖器并/串轉換發(fā)送控制電路接收緩沖器串/并轉換接收控制電路TXDTXRDYTXETXCRXDRXRDYRXCSYNDET內部總線數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯電路調制解調電路D0~D7RESETCLKC/DRDWRCSDSRDTRCTSRTSOOOOOOO1、數(shù)據(jù)總線緩沖器：性質：三態(tài)雙向8位緩沖器，由狀態(tài)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)／命令緩沖器和接收數(shù)據(jù)緩沖器組成。功能：用作8251A和微機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口。狀態(tài)緩沖器和接收數(shù)據(jù)緩沖器分別用來存放CPU從8251A讀取的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)／命令緩沖器用來存放CPU寫入8251A的數(shù)據(jù)／控制字。

2、接收器：性質：由接收緩沖器、接收移位緩沖器及接收控制電路三部分組成。功能：接收RXD線上的串行數(shù)據(jù)并按規(guī)定的格式把它轉換為并行數(shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖器中。其接收數(shù)據(jù)的速率取決于從RXC端輸入的接收時鐘頻率。

3、發(fā)送器性質：由發(fā)送緩沖器、發(fā)送移位緩沖器及發(fā)送控制電路三部分組成。功能：要發(fā)送數(shù)據(jù)由CPU送到發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，再由發(fā)送器并行送到發(fā)送數(shù)據(jù)移位寄存器中。4、讀/寫控制邏輯

功能：讀/寫控制電路接受CPU送來的控制信號，對數(shù)據(jù)在內部總線上的傳送方向進行控制。

5、調制解調控制電路性質：由電子開關、運算放大器組成。功能：用于8251A與MODEN或外設之間的通信聯(lián)絡的控制。在遠距離通信時，8251A提供了與調制解調器聯(lián)絡的信號；在遠距離串行通信時，8251A提供了與外設聯(lián)絡的應答信號。

3、發(fā)送器

性質：由發(fā)送緩沖器、發(fā)送移位緩沖器及發(fā)送控制電路三部分組成。功能：要發(fā)送數(shù)據(jù)由CPU送到發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，再由發(fā)送器并行送到發(fā)送數(shù)據(jù)移位寄存器中。4、

讀/寫控制邏輯

功能：讀/寫控制電路接受CPU送來的控制信號，對數(shù)據(jù)在內部總線上的傳送方向進行控制。

5、調制解調控制電路性質：由電子開關、運算放大器組成。功能：用于8251A與MODEN或外設之間的通信聯(lián)絡的控制。在遠距離通信時，8251A提供了與調制解調器聯(lián)絡的信號；在遠距離串行通信時，8251A提供了與外設聯(lián)絡的應答信號。

發(fā)送緩沖器接收緩沖器并串變換寄存器串并變換寄存器……...………..……..通信線路CPU發(fā)送數(shù)據(jù)CPU接收數(shù)據(jù)………...………..發(fā)送時鐘接收時鐘接收控制接收控制發(fā)