微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 吉海彦 第07章 常用可编程数字接口电路

1、常用可编程 数字接口电路,C H A P T E R,7,本 章 内 容,1,3,2,4,概 述,可编程定时器/计数器Intel 8253,可编程并行接口芯片Intel 8255A,可编程串行输入/输出接口Ins 8250,第一节 概 述,可编程数字接口电路根据其在系统中所起的作用可分为两大类： 专用控制器 在系统工作过程中起到一定的管理控制作用； 通用接口芯片（如图7-1所示） 主要用于数据通信。,第一节 概 述（续）,从它们的结构上看，可以把一个接口分为两部分：,左半部分接口与系统总线相连，包括总线收发器及读写控制逻辑,右半部分接口与各种I/O设备相连，包括状态寄存器、控制寄存器、数据输入/输出锁存器和缓冲器。,图7-1 通用接口芯片,第二节 可编程定时器/计数器 Intel 8253,基本概念： 定时：产生符合时间要求的信号的过程； 计数：对一些脉冲信号或外部事件的数量进 行统计的过程；,第二节 可编程定时器/计数器 Intel 8253,定时器和计数器在工作方式上有许多相似之处： 作为计数器时，输入的计数信号是随机的， 计数的是外部脉冲信号； 作为定时器时，输入的脉冲信号具有周

2、期性， 计数的是内部基准时钟产生的脉冲。,一个定时电路可完成计数功能。,第二节 可编程定时器/计数器 Intel 8253,计算机系统中的定时方法包括： 软件定时：通过CPU执行一个循环程序获得； 节省硬件资源； 但降低了CPU的效率。 不可编程： 硬件定时 可编程：,由计数器等元器件组建的一个专用的计时电路。,由大规模集成电路芯片构成，定时时间及定时方式可通过软件编程灵活设置。,Intel 8253 的内部结构及外部引脚,Intel 8253的主要功能有：, 具有3个独立的16位定时/计数通道，分别称为计数器0，计数器1和计数器2。, 每个通道有6种工作方式，可实现精确定时及对外部脉冲计数，由程序进行设置选择；, 每个通道内的计数器均可以按照二进制或BCD码计数；,每个计数器的计数速率可达2MHz（Intel 8254最高计数速率达10MHz）；,可由软件方便的设置延时时间的长短；,所有输入输出都与TTL兼容。,Intel 8253的内部结构,Intel 8253的内部结构如图7-2a所示。,计数器02是三个定时器/计数器通道，内部结构相同，如图7-2b所示。,数据总线缓冲器是Int

3、el 8253与系统数据总线连接的8位双向三态缓冲器。,读/写逻辑电路接收来自系统总线的信号。,控制字寄存器,Intel 8253的外部引脚,Intel 8253的外部引脚如图7-2c所示。,D7D0：八位双向三态数据线；,A1、A0：用于寻址三个计数器和控制字寄存器。,这三个信号分别是写、读和片选信号。,CLK0CLK2：计数脉冲信号输入。,GATE0GATE2：门控信号输入引脚。,OUT0OUT2：计数器02的计数结束输出引脚。,Intel 8253的工作方式,每个通道都具有六种工作方式的选择权，需注意以下几点： 当控制字写入Intel 8253时，其内部所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态； 软启动： 计数器的启动 硬启动： 多数情况下，计数器启动一次只工作一个周期，但有两种方式可供选择，若选择则自动重复计数。,用输出指令向计数器赋初值启动计数；,写入计数初值后计数器并未启动，需门控信号GATE变成高电平时才能启动；,Intel 8253的工作方式（续）,方式0 工作于方式0(计数结束中断方式)时，各引脚信号时 序关系见图7-3(a)。,方式1 工作于方式1(可重

4、触发的单稳态触发器 )时，各引脚 信号时序关系见图7-3(b)。,方式2 工作于方式2(分频器 )时，各引脚信号时序关系见图 7-3(c)。,方式3 工作于方式3(方波发生器 )时，各引脚信号时序关系 见图7-3(d)。,方式4 工作于方式4(软件触发的选通信号发生器 )时，各引 脚信号时序关系见图7-3(e)。,方式5 工作于方式5(硬件触发的选通信号发生器 )时，各引 脚信号时序关系见图7-3(f)。,Intel 8253的工作方式（续）,表7-2给出了GATE信号功能表，即GATE信号在各种工作方式下对计数器计数过程的影响。,表7-2 GATE信号功能表,Intel 8253的工作方式（续）,表7-3 8253工作方式一览表,Intel 8253的初始化编程,通过初始化编程可确定Intel 8253各通道的工作方式及计数初值。工作方式的确定通过向Intel 8253控制寄存器中写入控制字来完成。 1. 8253控制字格式（如图7-4所示）,2.初始化编程 对计数器设置初值前，必须先写控制字以确定工作方式。 初值设置时，要符合控制字中的格式规定。 在对8253编程的过程中，有两种情

5、况： 对8253执行写操作，即写入控制字和计数初值，规定和启动计数器工作，为初始化编程； 对8253执行读操作，读出的是指定通道的当前计数值。,Intel 8253的初始化编程,2.初始化编程 初始化编程 当为软启动时，写入初值后，计数就开始了。 读取8253的计数值 为了保证读到稳定准确的数据，通常采用以下两种作法： 1) 利用GATE信号使计数过程暂停。 2) 利用将控制字中D5D4位置成00的方法将待读计数值锁存至锁存器，这种方法不影响计数过程。,Intel 8253的初始化编程,Intel 8253的应用举例,【例7-1 】用8253(地址40H43H)将5MHz的脉冲变为1Hz的脉冲。,图7-5 例7-1系统连接图,分析：可采用方式2分频器完成，但初值=FCLK/FOUT=5MHz /1Hz =510665536，怎么办？ 解决的办法是：需要2个T/C（定时器/计数器通道）级联，T/C0采用方式3产生连续分频方波，做T/C1的CLK，T/C1采用方式2产生1Hz脉冲。两个T/C的GATE统一控制。系统连接如图7-5所示。,Intel 8253的应用举例,例7-1程序如下： M

6、OV AL，00110111B；T/C0控制字 OUT 43H，AL MOV AX， 5000H；T/C0 初值 OUT 40H，AL MOV AL， AH OUT 40H，AL,MOV AL，01110101B ；T/C1 控制字 OUT 43H，AL MOV AX， 1000H ；T/C1初值 OUT 41H，AL MOV AL， AH OUT 41H，AL,Intel 8253的应用举例,【例7-2】 8253的CLK0的时钟频率是8KHz，在系统如图7-6的连接方式下，编程使其能产生周期为9s，占空比为5:9的方波，同时计算T/C0最大定时时间是多少？,图7-6 例7-2系统连接图,【例7-2】分析： 1 在CLK0已知的情况下，可算出其周期，最大定时时间与CLK周期及计数初值的最大值有关。 2 根据系统连接图，可分析出Intel 8253端口地址为90H、92H、94H和96H，同时，可将T/C0 设置为方式3，使其产生1Hz；T/C1设置为方式3，产生周期为9秒，占空比为5:9的方波。,Intel 8253的应用举例,Intel 8253的应用举例,【例7-2】解： TCL

7、K0=1/fCLK0 =1/8000=0.125ms 最大定时时间 655360.25ms 8.192s,产生方波的初始化程序如下： MOV AL，00110111B ；T/C0 控制字 OUT 96H，AL MOV AX, 8000H ；T/C0 初值 OUT 90H，AL MOV AL, AH OUT 90H，AL MOV AL，01110111B ；T/C1 控制字 OUT 96H，AL MOV AX, 9H ；T/C1初值 OUT 92H，AL MOV AL, AH OUT 92H，AL,Intel 8253的应用举例,【例7-3】下面是一个航空发动机数字控制系统中采用8253测速的实例。硬件电路如图7-7（a）所示，传感器输出的转速信号经过衰减、滤波和光电耦合处理，再经过整形电路送到8253计数器，进行测量。被测发动机低压转子转速n为0转/分11156转/分，发动机每转对应转速传感器输出300个脉冲。基本测量原理是，测量D个(D值根据当时实际转速范围选择)传感器输出脉冲CLK，所占有的时间为多少个(设为X个，待测)标准时钟周期PCLK(设为Tr，单位s，由系统时钟适当分频而成

8、)，即 从而算出实转速,图7-7 例7-3图a)转速测量电路,Intel 8253的应用举例,【例7-3】 8253的3个计数器分别工作于方式0、方式1和方式0。图7-7(b)为测量过程的时序。 工作过程为：通过OUT0的脉冲下降沿(反相后为上升沿)触发GATE1，使计数器1开始对被测转速脉冲计数；同时，OUT1经反相后使GATE2为高电平(在计数期间)，允许计数器2对基准时钟信号PCLK计数。在计数器1计满D个脉冲后，OUT1输出高电平，经反相后为低电平，迫使计数器2停止计数。此时，CPU读出计数器2中的计数值即可算出发动机的转速。,Intel 8253的应用举例,图7-7 例7-3图b)测量过程时序,Intel 8253的应用举例,设8253端口地址为280H、282H、284H和286H，主要程序片段如下： 主程序中对8253初始化： INIT_C：MOV DX，286H ；控制端口地址为286H MOV AL，52H ；计数器1初始化：方式1 ；只读/写低字节 OUT DX，AL ；送方式控制字到控制寄存器 MOV AL，0BOH ；计数器2初始化：方式0 ；先读/写低字节，后

9、读/写高字节 OUT DX，AL MOV AL，10H ；计数器0初始化：方式0 ；只读/写低字节 OUT DX，AL,INIT_D：MOV DX，282H ；计数器1 MOV AL，20 OUT DX，AL ；写入计数初值D=20到计数器1 INC DX INC DX ；得到计数器2的地址 MOV AL，0 OUT DX，AL ；写入低8位计数值到计数器2 OUT DX，AL ；写入高8位计数到计数器2，初值0相当于10000H MOV DX，280H ；计数器0 MOV AL，01H OUT DX，AL ；写入计数初值1到计数器0，启动测量过程中断 ；服务程序中，读取计数器2的数据，计算转速,Intel 8253的应用举例,IN_DATA： MOV AL，10000000B MOV DX，286H OUT DX，AL ；锁存计数器2 MOV DX，284H ；读计数器2的内容，等于10000HX IN AL，DX MOV AH，AL IN AL，DX XCHG AL，AH NEG AX ；AX=X,Intel 8253的应用举例,第三节 可编程并行接口芯片 Intel 8255A,计算机与外部设备之间，计算机与计算机之间的信息交换称为通信。从数据传输的形式上区分，通信有两种方式：并行通信与串行通信。 并行通信顾名思义即n位二进制数借助n条数据线同时传输的方式。并行通信传输速度快、效率高。常用于数据传输速度要求高而传输距离较短的场合。在并行通信的过程中，常常借助于一些并行接口电路。 Intel 8255A即Intel公司生产的8位可编程并行接口芯片。,Intel 8255A 的内部结构,图7-8

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