微机原理常用可编程接口芯课件.ppt

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1、第7章 微型机接口技术 n 可编程定时/记数器 n可编程并行接口 n串行通信和串行接口 n*模拟通道接口 微机原理常用可编程接口芯1 概述 I/O接口的功能： u地址译码和I/O设备选择 u信息的输入与输出 u数据的缓冲及锁存 u信息的转换 微机原理常用可编程接口芯2 可编程定时/计数器 u定时控制在微机系统中具有极为重要的作用，计数 是许多过程控制领域常用的功能（P272） u定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记录高 精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔 u计数电路用于记录外设提供的具有一定随机性的脉 冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知外设 的某种状态），常又称为计数器 微机

2、原理常用可编程接口芯3 定时功能的实现方法 u软件延时 利用微处理器执行一个延时程序段实现 不用硬件，但占用CPU时间、定时精度不高，随系统 时钟频率改变 u不可编程的硬件定时 采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间 定时电路简单、定时时间可以在一定范围改变 u可编程的硬件定时 软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方便 灵活的定时电路 具有多种工作方式、能够输出多种控制信号 微机原理常用可编程接口芯4 8253/8254定时计数器 u3个独立的16位计数器通道 u每个计数器有6种工作方式 u按二进制或十进制（BCD码）计数 8254是8253的改进型 微机原理常用可编程接口芯5

3、8253/8254的内部结构和引脚 D7D0 计数器0 控制字 寄存器 计数器1 计数器2 内 部 数 据 总 线 数据总线 缓冲器 读写控制 逻辑 RD WR A0 A1 CS CLK 0 GATE 0 OUT 0 CLK 1 GATE 1 OUT 1 CLK 2 GATE 2 OUT 2 微机原理常用可编程接口芯6 1. 计数器 预置寄存器 GATE CLK OUT 减1计数器 输出锁存器 计数初值存于预置寄存器； 在计数过程中， 减法计数器的值不断递减， 而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时， 锁定当前计数值 微机原理常用可编程接口芯7 计数器的3个引脚 uCLK时钟

4、输入信号 在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号 （下降沿），计数器的计数值减1 uGATE门控输入信号 控制计数器工作，当GATE引脚为低电平时， 禁止计数器工作；只有当GATE为高电平时， 才允许计数器工作 uOUT计数器输出信号 当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT 引脚上将产生一个输出信号 微机原理常用可编程接口芯8 与处理器接口 uD0 D7数据线 uA0 A1地址线 uCS*片选信号 uRD*读信号 uWR*写信号 CS* A1 A0I/O地址读操作RD*写操作WR* 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 40H 41H 42H 43H 读计数器0 读计数器1 读

5、计数器2 无操作 写计数器0 写计数器1 写计数器2 写控制字 微机原理常用可编程接口芯9 8253/8254的工作方式 u8253有6种工作方式，由方式控制字确定 u每种工作方式的工作过程相类似： 设定工作方式 设定计数初值 硬件启动 计数初值进入减1计数器 每输入一个时钟计数器减1的计数过程 计数过程结束 微机原理常用可编程接口芯10 方式0：计数结束中断 GATE OUT CLK 03124 4 方式0 WR 设 定 工 作 方 式 设 定 计 数 初 值 计 数 值 送 入 计 数 器 计 数 过 程 计 数 结 束 微机原理常用可编程接口芯11 方式0的主要特点 u计数器只计数一遍，

6、当计数到0时，并不恢复计数 初值，且输出保持为高。 u8253内部是在CPU写计数值的WR信号上升沿，将 此值写入通道的预置寄存器，在WR信号上升沿后 的下一个CLK脉冲，才将计数值由预置寄存器送至 减1计数器作为初值，开始计数。所以，8253是在 写计数值命令后经过一个输入脉冲，才将计数值装 入减1计数器，下一个脉冲才开始计数。因此，如果 设置计数初值为N，则输出信号OUT是在N+1个 CLK脉冲之后才变高的。 微机原理常用可编程接口芯12 u在计数过程中，可由门控制信号GATE控制暂停。 当GATE=0时，计数暂停；当GATE变高后，就接 着计数 微机原理常用可编程接口芯13 u在计数过程

7、中可以改变计数值。若是8位计数，则 在写入新的计数值后，计数器将按新的计数值重新 开始计数；如果是16位计数，在写入第一个字节后 ，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器 便按照新的数值开始计数，即改变计数值是立即有 效的 微机原理常用可编程接口芯14 方式1：可重复触发的单稳触发器 设 定 工 作 方 式 设 定 计 数 初 值 硬 件 启 动 计 数 值 送 入 计 数 器 计 数 过 程 计 数 结 束 GATE OUT CLK 03124 4 方式1 WR 微机原理常用可编程接口芯15 方式1的主要特点 u若设置的计数值为N，则输出的单拍脉冲的 宽度即为N个输入脉冲间隔。 u当计数

8、到0后，可再次由外部GATE触发启 动，于是可再输出一个同样宽度的单拍脉 冲，而不用再次送入一个计数值。 微机原理常用可编程接口芯16 u在计数过程中，外部可发出门控脉冲进行再触发。 在再触发脉冲上升沿之后的一个CLK脉冲的下降 沿，计数器将重新开始计数。 微机原理常用可编程接口芯17 u在计数过程中，CPU可改变计数值，这时计数过 程不受影响，计数到0后输出为高。若再次触发启 动，则计数器将重按新输入的计数值计数，即计 数值是下次有效。 微机原理常用可编程接口芯18 方式2：频率发生器（分频器） 03124 GATE OUT CLK 4 方式2 03124 03124 03124 WR 微机

9、原理常用可编程接口芯19 方式2的主要特点 u不用重新设置计数值，通道能够连续工作，输出 固定频率的脉冲。 u计数器写入控制字和计数初值后，如GATE一直 处于高电平，则在下一脉冲开始计数。这种通过 写入计数初值使计数器同步，称为软件同步 微机原理常用可编程接口芯20 u计数过程可由GATE控制脉冲。当GATE变低时 ，就暂停计数；在GATE变高后的下一个CLK脉 冲使计数器恢复初值，重新开始计数。这种通过 门控信号实现计数器的同步，称为硬件同步 微机原理常用可编程接口芯21 u在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的 计数过程没有影响，但在计数到1时输出变低，过 一个CLK周期输出又变高，

10、计数器将按新的计数 值计数，所以改变计数值是下次有效的 微机原理常用可编程接口芯22 方式3：方波发生器 03124 GATE OUT CLK 4 方式3 03124 03124 03124 WR 微机原理常用可编程接口芯23 u方式3和方式2的输出都是周期性的，它们 的主要区别是：方式3在计数过程中输出有 一半时间为高，另一半时间为低。 u若计数值为N，则方式3的输出为方波，周 期是N个CLK脉冲。在这种方式，当CPU设 置控制字后，输出将为高，在写完计数值 后就自动开始计数，输出保持为高；当计 数到一半计数值时，输出变为低，直至计 数到0，输出又变高，重新开始计数。 微机原理常用可编程接口

11、芯24 方式3的主要特点 u若计数值为偶数，在装入计数值后，每一个CLK 脉冲都使计数值减2，当计数值减到0时，一方面 使输出改变状态，另一方面又重新装入计数值开 始新的计数 u若计数值为奇数，则在装入计数值后的第一个 CLK脉冲使计数器减1，其后每一个CLK脉冲使 计数器减2。当计数到0时，改变输出状态，同时 重新装入计数值。这以后的第一个CLK脉冲使计 数器减3，以后每一个CLK脉冲，计数器仍减2， 直到计数器再次到0时，输出恢复为高。所以，如 果计数值N是奇数，则输出有(N+1)/2个CLK脉冲 周期为高，而在(N-1)/2脉冲周期为低。即OUT为 高将比其为低多一个CLK周期时间。 微

12、机原理常用可编程接口芯25 微机原理常用可编程接口芯26 uGATE信号能使计数过程重新开始。GATE=1允 许计数，GATE=0禁止计数。如果在输出OUT为 低期间，GATE=0，OUT将立即变高，停止计数 。当GATE变高以后，计数器将重新装入初始值 ，重新开始计数。 微机原理常用可编程接口芯27 u若在计数期间写入一个新的计数值，并不 影响现行的计数过程。但是若在方波半周 期结束之前和新计数值写入之后收到GATE 脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装人 新的计数值并以这个计数值开始计数。否 则，新计数值将在现行半周结束时装入计 数器 微机原理常用可编程接口芯28 方式4：软件触发选通信号

13、 GATE OUT CLK 03124 4 方式4 2233 3 1 0 WR 微机原理常用可编程接口芯29 方式4的特点 uCPU写入计数值后的下一个CLK脉冲，把 计数值写入计数器，再下一个CLK脉冲开 始减数。因此，若设置的计数值为N，则是 在写了计数值后的N+1个脉冲，才输出一个 负脉冲。 u若计数值是双字节，则在设置第一字节时 停止计数，在设置第二字节后，按照新的 计数值开始计数 微机原理常用可编程接口芯30 u当GATE=1时允许计数，而GATE=0时禁止计数 。所以，要做到软件启动，则GATE应保持为1 微机原理常用可编程接口芯31 u若在计数过程中，改变计数值，则按新的计数值

14、重新开始计数。 微机原理常用可编程接口芯32 方式5：硬件触发选通信号 GATE OUT CLK 03124 4 方式5 2233 3 11 0 WR 微机原理常用可编程接口芯33 方式5的特点 u若设置计数值为N，则在门控脉冲触发后，经过 N+1个CLK脉冲，才输出一个负脉冲 u若在计数过程中使用门控脉冲，则使计数器重新 开始计数，但对输出的状态没有影响 微机原理常用可编程接口芯34 u若在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发 ，不影响计数过程。当计数到0后，若有新的门控信号 的触发，则按新的计数值计数 u但若在写入了新的计数值后，在没有计数到0之前，有 新的门控脉冲触发，则立即按新

15、的计数值重新开始计数 微机原理常用可编程接口芯35 各种工作方式的输出波形 方式 0 方式 1 方式 2 方式 3 方式 4 方式 5 0 N0N0 N0/N110 NN/2 N/2 0/N0 N0 1 N0 1N0 1 微机原理常用可编程接口芯36 8253/8254的编程 u8253加电后的工作方式不确定 u8253必须初始化编程，才能正常工作 写入控制字 写入计数初值 读取计数值 D7D6D5D4D3D2D1D0 微机原理常用可编程接口芯37 1. 写入方式控制字 计数器读写格式工作方式数制 D7D6D5D4D3D2D1D0 00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法 0

16、0 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节 后读写高字节 000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5 0 二进制 1 十进制 控制字写入控制字I/O地址（A1A011） 微机原理常用可编程接口芯38 2. 写入计数值 u选择二进制时 计数值范围：0000HFFFFH 0000H是最大值，代表65536 u选择十进制（BCD码） 计数值范围：00009999 0000代表最大值10000 计数值写入计数器各自的I/O地址 微机原理常用可编程接口芯39 3. 读取计数值 u对8位数据线，读取16位计数值需分两次

17、 u计数在不断进行，应该将当前计数值先行 锁存，然后读取： 向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令 从计数器I/O地址：读取锁存的计数值 读取计数值，要注意读写格式和计数数制 微机原理常用可编程接口芯40 8254 Intel 8254是Intel 8253的改进型，因此它 的操作方式以及引脚与8253完全相同。它 的改进主要反映在两个方面： u（1）8254的计数频率更高。8254计数频 率可达到6MHz，8254-2频率可高达10MHz 。 u（2）8254多了一个读回命令，可锁存最多 三个计数器的当前计数值和状态信息 微机原理常用可编程接口芯41 u读回命令格式 A1A0=11，CS

18、*=0，RD*=1，WR*=0 微机原理常用可编程接口芯42 u当读回命令把某通道的计数值和状态信息锁存后，对该端 口第一次读操作读取状态字节，第二（或三）次读操作读 取计数值 u状态字格式 uD5D0：写入此通道的控制字的相应部分。 uD6： 反映预置寄存器中的计数值是否已经写入计数单元 D6=1：空计数值 D6=0：计数值有效 uD7反映了该计数器的输出引脚OUT信号的状态，输出（ OUT）为高电平，则D7=1；输出为低电平，则D7=0。 微机原理常用可编程接口芯43 8253在IBM PC系列机上的应用 A0 A1 A0 A1 D0D7D0D7 OUT1 OUT2 OUT0 GATE0

19、GATE1 GATE2 CLK0 CLK1 CLK2 D Q CLK +5V 接至DMA控制器 接至扬声器驱动器 PB0 PB1 IRQ0 DRQ0 8253 +5V 1.19318MHz DACK0 BRD IOR IOW RD WR CST/CCS 微机原理常用可编程接口芯44 1. 定时中断和定时刷新 u从阅读初始化程序段看计数器0 作为定时中断的作用 n将计数器1作为定时刷新看 如何编写初始化程序段 微机原理常用可编程接口芯45 计数器0：初始化程序 mov al,36h；36H00 11 011 0B ；计数器0为方式3，采用二进制计数 ；先低后高写入计数值 out 43h,al；写

20、入方式控制字 mov al,0 ；计数值为0 out 40h,al；写入低字节计数值 out 40h,al；写入高字节计数值 微机原理常用可编程接口芯46 计数器0：定时中断 u计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率为 1.19318MHz6553618.206Hz的方波 u门控为常启状态，这个方波信号不断产生 uOUT0端接8259A的IRQ0，用作中断请求信号 u每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms（ 54.925493ms）申请一次中断 uDOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号中断 服务程序实现了日时钟计时功能 微机原理常用可编程接口芯47 计数器1：定时刷新

21、u需要重复不断提出刷新请求 门控总为高，选择方式2或3 n2ms内刷新128次，即15.6s刷新一次 计数初值为18 微机原理常用可编程接口芯48 计数器1：初始化程序 mov al,54h；54H01 01 010 0 B ；计数器1为方式2，采用二进制计数 ；只写低8位计数值 out 43h,al；写入方式控制字 mov al,18；计数初值为18 out 41h,al；写入计数值 微机原理常用可编程接口芯49 2. 扬声器控制 u计数器2的输出控制扬声器的发声音调 u计数器2只能工作在方式3，才能输出一定 频率的方波，经滤波后得到近似的正弦波 ，进而推动扬声器发声 u扬声器还受控于并行接

22、口（8255芯片） u必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才 能发出预先设定频率的声音 微机原理常用可编程接口芯50 发音频率设置子程序 ；入口参数AX1.19318106发音频率 speakerproc push ax mov al,0b6h；b6h10110110b out 43h,al；写入控制字 pop ax out 42h,al；写入低8位计数值 mov al,ah out 42h,al；写入高8位计数值 ret speakerendp 微机原理常用可编程接口芯51 扬声器开子程序 speakon proc push ax in al,61h；PB端口的地址为61H or al,

23、03h ；D1D0PB1PB011B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakon endp 微机原理常用可编程接口芯52 扬声器关子程序 speakoffproc push ax in al,61h；PB端口的地址为61H and al,0fch ；D1D0PB1PB000B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakoffendp 微机原理常用可编程接口芯53 例 扬声器声音的控制 ；数据段 freq dw 1193180/600 ；代码段 mov ax,freq call speaker；设置扬声器音调 call speakon；打开扬声

24、器声音 mov ah,1；等待按键 int 21h；按键后 call speakoff；关闭扬声器声音 微机原理常用可编程接口芯54 3. 扩充定时计数器的应用 A0 A1 A0 A1外部事件产生源 8253 OUT0 GATE0 CLK0 200207H IRQ D0D7D0D7 译码 电路 AEN A3A9 +5V CS IOR IOW RD WR 微机原理常用可编程接口芯55 例 外部事件的计数 mov dx,203h；设置方式控制字 mov al,10h out dx,al mov dx,200h；设置计数初值 mov al,64h；计数初值为100 out dx,al 输出：明确向哪个端口输出什么数据 输入：清楚从哪个端口输入什么数据 微机原理常用可编程接口芯56