微机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 胡 蔷 第9章 常用可编程接口

1,第九章 常用可编程接口,内容提要：本章主要介绍可编程接口芯片的基本概念及应用。可编程接口芯片8255A、8253以及8251的组成、功能和应用。 学习要求：掌握8255的结构，工作方式，每种方式下的引脚功能。8253的结构，工作方式，每种方式下的输出信号的特点。串行通信的概念，并行、串行，同步、异步的区别，串行通信的传送方式，常见的串行接口标准。8251的结构，工作方式。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,2,第九章 常用可编程接口,本章目录 9.1 可编程并行接口8255 9.2 可编程定时/计数器8253 9.3 串行通信及接口 小结,机械工业出版社 微机原理及接口技术,3,9.1 可编程并行接口8255A,9.1.1 编程结构,机械工业出版社 微机原理及接口技术,4,1外设接口部分（通道A，B，C）,通道A：8位数据输出锁存/缓冲器是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能。 通道B：8位数据输入/输出锁存/缓冲器，仅对输出数据有锁存功能。 通道C：8位数据输出锁存/缓冲器，8位数据输入缓冲器。可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。 A，B，C均可做数据通道；C可分为2个4位的部分，分别与A，B配合使用，作为控制和状态信息通道。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,5,2内部逻辑部分（A组和B组控制电路）,这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。 A组：通道A和通道C的上半部（PC7PC4） B组：通道B和通道C的下半部（PC3PC0）,机械工业出版社 微机原理及接口技术,6,3CPU接口部分, 数据总线缓冲器：与CPU数据总线的接口，8位的双向三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。 读/写控制逻辑：与CPU相连的6根控制线，读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。它接收片选信号 及系统读信号 、写信号 、复位信号RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,7,9.1.2 引脚功能,引脚信号可以分为两组：一组是面向CPU的信号，一组是面向外设的信号。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,8,1面向CPU的引脚信号及功能,·D0-D7：8位，双向，三态数据线，用来与系统数据总线相连； ·RESET：复位信号，高电平有效，输入，用来清除8255A的内部寄存器，并置A口，B口，C口均为输入方式； · ：片选，输入，用来决定芯片是否被选中； · ：读信号，输入，控制8255A将数据或状态信息送给CPU； · ：写信号，输入，控制CPU将数据或控制信息送到8255A； ·A1，AO：内部口地址的选择，输入。这两个引脚上的信号组合决定对8255A内部的哪一个口或寄存器进行操作。8255A内部共有4个端口：A口，B口，C口和控制口， ， ， ，A1，A0这几个信号的组合决定了8255A的所有具体操作，引脚的信号组合选中端口见表9-1。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,9,机械工业出版社 微机原理及接口技术,10,2面向外设的引脚信号及功能, PA0PA7：A组数据信号，用来连接外设； PB0PB7：B组数据信号，用来连接外设； PC0PC7：C组数据信号，用来连接外设或者作为控制信号。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,11,9.1.3 控制字和工作方式,1.工作方式控制字,用来设定通道的工作方式及数据的传送方向的，8255A的控制字格式与各位的功能如图9-3所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,12,2.C口按位置位/复位控制字,向控制寄存器写入控制字，而使它的每一位置位或复位。C口的这个功能可用于设置方式1的中断允许，可以设置外设的启/停等。如图9-4所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,13,3两个控制字的差别,工作方式控制字放在程序的开始部分，按位置位/复位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。,4. 8255A的工作方式选择,方式0简单输入/输出查询方式；A，B，C三个端口均可。 方式1选通输入/输出中断方式；A ，B，两个端口均可。 方式2双向输入/输出中断方式；只有A端口才有。 工作方式的选择可通过向控制端口写入控制字来实现。在不同的工作方式下，8255A三个输入/输出端口的排列示意图如图9-5所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,14,机械工业出版社 微机原理及接口技术,15,（1）方式0 基本输入/输出方式，没有规定固定的应答联络信号，可用A，B，C三个口的任一位充当查询信号。其余I/O口都可作为独立的端口设置为输入口或输出口。端口A、 端口B、端口C的高4位和低4位共4个端口的输入/输出可以有16种组合。 方式0的应用场合有：同步传送；是查询传送。采用查询方式时，可用端口C作为与外设的联络信号。 （2）方式1 方式1是一种选通I/O方式，A口和B口仍作为两个独立的8位I/O数据通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们为输入或输出。而C口则要有6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0，可通过编程设置为基本输入或输出。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,16,1）方式1的输入组态和应答信号的功能 图9-6给出了8255A的A口和B口方式1的输入组态。,C口的PC3-PC5用作A口的应答联络线，PC0-PC2则作用B口的应答联络线，余下的PC6PC7则可作为方式0使用。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,17,应答联络线的功能如下： · ：选通输入，低电平有效。用来将外设输入的数据送入8255A的输入缓冲器。 ·IBF：输入缓冲器满，高电平有效。作为STB的回答信号。 ·INTR：中断请求信号，高电平有效。 INTR置位的条件是IBF为高且INTE为高，可作为CPU的查询信号，或作为向CPU发送的中断请求信号。 ·INTE：中断允许。对A口来讲，是由PC4置位来实现，对B口来讲，则是由PC2置位来实现。,表9-2 方式1输入组态下C口各引脚作用,机械工业出版社 微机原理及接口技术,18,机械工业出版社 微机原理及接口技术,19,2)方式1的输出组态和应答信号功能,C口的PC3、PC6、PC7用作A口的应答联络线，PC0-PC2则作用B口的应答联络线，余下的PC4PC5则可作为方式0使用。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,20,应答联络线的功能如下： · ：输出缓冲器满，低电平有效。当CPU已将要输出的数据送入8255A时有效，用来通知外设可以从8255A取数。 · ：响应信号，低电平有效。作为对 的响应信号，表示外设已将数据从8255A的输出缓冲器中取走。 ·INTR：中断请求信号，高电平有效。INTR置位的条件是 为高且INTE为高。 ·INTE：中断允许。对A口来讲，由PC6的置位来实现，对B口仍是由PC2的置位来实现。,表9-3 方式1输出组态下C口各引脚作用,机械工业出版社 微机原理及接口技术,21,机械工业出版社 微机原理及接口技术,22,（3）方式2 双向选通I/O方式，只有A口才有此方式。此时，端口C有5根线PC7PC3用作A口的应答联络信号，其余3根线可用作方式0，也可用作B口方式1的应答联络线。如图9-10所示。,方式2：就是方式1的输入与输出方式的组合，各应答信号的功能也相同。而C口余下的PC0PC2可以充当B 口方式1的应答线，若B口不用或工作于方式0，则这三条线也可工作于方式0。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,23,1） 端口A方式2、端口B方式1的组态,表9-4 端口A方式2和端口B方式1时端口C的功能,机械工业出版社 微机原理及接口技术,24,2)方式2的应用场合 方式2是一种双向工作方式，如果一个并行外部设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备，并且输入输出动作不会同时进行。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,25,9.1.4 8255A的编程应用,例9-3 编程实现采用动态扫描方法在LED数码管上显示00009999，硬件接线如图9-13所示。设8255A的端口地址为400H403H。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,26,七字段LED（Light Emitting Diode）显示器主要部分为发光二极管，如图9-14（a）所示。7个字段分别称为a、b、c、d、e、f、g，通常还带有一个小数点段h。通过7段的亮灭组合，可显示09和AF以及一些特殊字符，从而实现16进制数的显示。LED数码管有共阳极和共阴极两种结构，如图9-14（b）、9-14（c）所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,27,7段发光二极管的工作电流平均为1020mA，通常输出锁存器不能提供如此大的电流，所以使用时必须接驱动电路。 在多个LED显示器电路中，需要两类控制端口。通常把阴（阳）极控制端接在一个输出端口，称位控制端口；把数据显示段接在另一个输出端口，称段控制端口。段控制端口所有数码管公用，它决定显示代码。程序应向段控制端口输出一个16进制数的7段LED代码。表9-3列出了7段LED显示代码表。位控制端口控制哪一个数码管显示。CPU输出一个显示代码时，各数码管均收到此代码，但只有位控制码选中的数码管才显示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,28,表9-5 7段LED显示代码表,机械工业出版社 微机原理及接口技术,29,静态显示：数码管显示某个字符时，相应的发光二极管恒定导通或截止。此显示方式每个数码管都需要一个8位输出口控制，当系统中数码管较多时，所需I/O口较多。 动态显示：一位一位轮流点亮各位数码管，对每一位数码管，每隔一段时间点亮一次。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,30,在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。,9.2.1 概念,1. 定时与计数,9.2 可编程定时器/计数器8253,机械工业出版社 微机原理及接口技术,31,2定时与计数的实现方法,(1) 硬件法 利用专门的定时电路实现精确定时计数，这种定时方式又可分为简单硬件定时和利用可编程接口芯片实现定时。 (2) 软件法 利用CPU每执行一条指令都需要几个固定的指令周期的原理，运用软件编程的方式进行定时。 (3) 软、硬件结合法 即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，这些芯片具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,32,1. 一般性能,9.2.2 8253功能结构,·3个独立的16位计数器通道 ·每个计数器通道均可按二进制或二十进制计数 ·每个计数器的计数速率可达2MHz ·每个计数器通道都可由程序选择6种不同的工作方式 ·所有输入、输出电平都与TTL兼容 8253的读/写操作对系统时钟、输入输出方式、中断方式和构成方式等均无特