第四部分输入与输出IO接口教学课件.ppt

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1、第四章 输入与输出(I/O)接口,4.1 I/O接口基础 4.2 82C54的功能和结构 4.3 82C55 PPI 4.4 8250/16450 UART,本章学习目标,I/O接口的基本概念 82C54的结构、功能和应用程序 82C55的结构、功能和应用程序 串行通信及RS-232接口标准 8250的结构、功能和应用程序,接口是介于主机和外设之间的缓冲电路和相应软件 。 I/O接口的功能包括数据缓冲、接收和执行CPU的命令、信号转换、设备选择、中断管理、数据宽带交换和可编程等。,4.1 I/O接口基础,CPU,接口,外设,常见接口插槽,CPU对I/O端口的编址方式分为端口统一编址和端口独立编

2、址。,4.1 I/O接口基础,4.2 82C54的功能和结构,1.82C54的功能 （1）计数。有3个独立的计数器通道，每个可按二进制或BCD码进行计数，工作方式有6种。 （2）定时。提供的时间基准。,4.2 82C54的功能和结构,2 82C54 的结构,82C54的四个端口选择,4.2 82C54的功能和结构,控制字 寄存器,控制 逻辑,状态锁存,状态寄存器,CRm,CRl,计数部件CE,OLm,OLl,CLKn,GATEn,OUTn,内部总线,计数器内部结构图,控制字 寄存器,控制 逻辑,CRl,CRm,计数部件CE,OLl,OLm,状态寄存器,状态锁存,4.2.2 82C54控制字,1

3、.控制字,(1)写工作方式控制字 (2)设置计数初值,例: MOV AL, 01110101B; CNT1,先低后高字节,方式2,BCD OUT 43H, AL MOV AX, 2000H ; 计数初值为2000 OUT 41H, AL ; MOV AL, AH OUT 41H，AL ; MOV AL，00010110B; CNT0,只低字节,方式3,二进制 OUT 43H，AL OUT 40H，50H ; 计数初值为50H（80）,注意：(1)每个使用的CNT均要初始化； (2)计数初值的设置与CNT的CLK密切相关； (3)计数初值的设置方法由控制字决定。,CNT初始化,2.当前计数值的读

4、取,(1)读取当前计数值方法1 工作方式控制字(A1A0=11)D7D60001，D5D4=00,(a)锁存当前计数值或禁止计数 (b)读取当前计数值,例：MOV AL，01000101B； CNT1,锁存 ；先低后高字节,方式2,BCD OUT 43H，AL IN AL，41H MOV AH，AL IN AL，41H XCHG AH，AL ；AX为T/C1当前计数值,4.2.2,4.2.2,(2)读取当前计数值方法2使用读回命令,2.当前计数值的读取,特点：控制字同时只能锁存单个通道， 读回命令可同时锁存多个通道。,功能选择：锁存状态D5D4=10； 锁存计数值D5D4=01； 锁存状态与计

5、数值 D5D4=00。(先读状态再读计数值）,例： MOV AL，11010100B ； CNT1,锁存计数值 OUT 43H，AL IN AL，41H； MOV AH，AL IN AL，41H XCHG AH，AL ；AX为当前计数值 MOV AL，11011010B ； CNT0、CNT2锁存计数值 OUT 43H，AL IN AL，40H； MOV AH，AL IN AL，40H XCHG AH，AL ；AX为CNT0当前计数值 IN AL，42H； MOV AH，AL IN AL，42H XCHG AH，AL ；AX为CNT2当前计数值,3.状态寄存器,4.2.2,例：MOV AL，1

6、1100100B ; CNT1,锁存状态值 OUT 43H，AL IN AL，41H ；若AL=00110101，表示CNT1 ; 为方式2,BCD码，先低后高 ;读/写，当前OUT为低电平 MOV AL，11100010B ;CNT0,锁存状态值 OUT 43H，AL IN AL，40H ；若AL=00010110，表示T/C0 ;为方式3，二进制码，只有低 ；字节，当前OUT为低电平,4.2.3 82C54工作方式,1.工作方式与时序（方式0、方式4）,写CW,1CLK,CRCE,CRCE,CR,写2,写3,3,2,2,2,1,2,1,0,2.工作方式与时序（方式1、方式5）,写3,CR,

7、CRCE,CRCE,CR,写3,4.2.3,写CW,1,0,3.工作方式与时序（方式2、方式3）,方式2：,方式3：,OUT,CLK,GATE,写CW 写3,3 2 2 3 2 1 2 1 2 1,CR,CRCE,CRCE,CR,写2,GATE,EVEN,4 2 4 2 4 2 4 2 4 2,5 4 2 5 2 5 4 2 5 2,ODD,GATE,CRCE,写4,写5,4 2 4 2 2 2 4 2 4 2,OUT,4.2.3,方式 2:,方式 3:,软件启动：GATE=1，软件启动。 硬件启动：写计数值后GATE启动。自动重计数。 连续工作：每（N-1）CLK减到1时输出1CLK低电平。

8、 GATE=0，停止计数，GATE后下一个CLK重计数。 改变计数值是计数到1有效或GATE触发有效。 两种启动，自动重计数。 偶计数：N/2高，N/2低。 奇计数：（N+1）/2 高，（N-1）/2低， 当OUT=0，GATE=0，OUT停止计数， GATE后下一个CLK重计数。 改变计数值是计数到0有效或GATE触发有效。,4.2.3,3.工作方式与时序（方式2、方式3）,（1）82C54写操作 先写控制字，后写计数值 控制字确定写低/高8位，然后送计数初始值低/高8位 16位数先低后高 在计数过程中可按控制字重写计数值 计数值 CRCECE减1 初始化顺序灵活 先写3个CNT的控制字，再

9、写3个CNT的计数值； 写一个CNT的控制字，再写该CNT的计数值 ，所有计数器初始化,82C54读写操作,下一CLK,再下一CLK,82C54读写操作,（2）82C54读操作 只能读计数值，不能读控制字 按控制字格式读，16位计数值先低后高读 先停止计数，后用IN读 GATE=0 或停止CLK输入 先锁存计数值，后用IN读 方式控制字 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD 0010 0 0 x x x x 00H、40H、 80H 锁存CNT0、CNT1、CNT2计数值用IN读。 读回命令 1 1 0 0 1/0 1/0 1/0 0,82C54工作方式比较,典型计数器定时

10、器比较,4.2.4 可编程定时器/计数器的应用,1.8254在系统中的连接,2.8254初始化编程 ;对CNT0初始化 MOV AL,36H ;CNT0控制字 OUT 43H,AL ;写入控制字寄存器 MOV AL,0 ;计数器初值为65536 OUT 40H,AL ;写入初值低位 OUT 40H,AL ;写入初值高位 ;CNT1初始化 MOV AL,54H ;CNT1控制字 OUT 43H,AL ; MOV AL,18 ;计数器初值 OUT 41H,AL ;对应16.12us,;CNT2初始化并让扬声器发声 MOV AL, 0B6H ; CNT2控制字 OUT 43H, AL; MOV AX

11、, 0533H ; 计数器初值 OUT 42H, AL; MOV AL, AH; 对应896Hz的发声频率 OUT 42H, AL; IN AL, 61H; 取8255PB口 MOV AH, AL; 保护 OR AL, 03; 设PB1=PB0=1 OUT A1H, AL; 使扬声器发声 . MOV AL, AH; 恢复8255PB口 OUT 61H, AL;,2.分频器设计,用8254(地址40H43H)将5MHz的脉冲变为1Hz的脉冲。,初值=fCLK/fOUT=510665536，怎么办？,需要2个CNT级联，CNT0采用方式3产生连续分频方波，做CNT1的CLK，CNT1 采用方式2产

12、生1Hz脉冲。两个CNT的GATE统一控制。,应用举例,MOV AL，00110111B；T/C0 OUT 43H，AL MOV AX, 5000H OUT 40H，AL MOV AL, AH OUT 40H，AL MOV AL，01110101B；T/C1 MOV AX, 1000H OUT 41H，AL MOV AL, AH OUT 41H，AL,应用举例,某产品的包装流水线中，一个包装箱能装24罐饮料。装箱时希望流水线上每通过24罐饮料，流水线要停4秒以等待包装箱封口，然后继续通过下一箱的24罐。流水线就是这样周而复始的运作。试利用一片8254来完成流水线控制中的定时和计数功能。假设82

13、54的端口地址为8CH8FH，采用的时钟频率是2KHz。,3.包装流水线控制,思路：用8254的计数通道1作为计数器，用于24个罐的计数；计数通道2作为定时器，定时为4S。当计数通道1的OUT脚出现0到1的跳变的时候，将启动计数通道2开始定时，而计数通道2定时阶段将控制计数通道1停止计数，只有其定时结束并停止定时阶段才可再次启动计数通道1开始计数。,计数通道1工作在方式2，计数初值24 计数通道2工作在方式1，计数初值8000,；初始化程序 ；计数通道1初始化 MOV AL, 01010100B OUT 8FH, AL MOV AL, 24 OUT 8DH, AL ；初始化计数通道2 MOV

14、AL, 10110010B OUT 8F, AL MOV AX, 8000 OUT 8EH, AL MOV AL, AH OUT 8EH, AL,4.3 82C55 PPI,4.3.1 8255的功能和结构,82C55端口的选择,1、8255控制字,（1）方式控制字,4.3.2 8255控制字及工作方式,（2）C口位设置字,4.3.2 8255控制字及工作方式,2、8255工作方式,（1）方式0 直接I/O方式，状态驱动I/O接口，仅I/O、无联络信号。 2个8位端口，2个4位端口； 任一端口都可I/O输入输出，输出有锁存，输入缓冲，不能同时I/O。 （2）方式1 选通I/O方式，中断驱动I/

15、O接口 A组： PA7PA0 数据 PC5PC3 控制 B组： PB7PB0 数据 PC2PC0 控制 PC7PC6 方式0的I/O,4.3.2 8255控制字及工作方式,方式1输入,4.3.2 8255控制字及工作方式,方式1输出,4.3.2 8255控制字及工作方式,（3）方式 2,A口双向选通传送，I/O口均锁存，中断和查询方式。 A口双向，PC7PC3作联络，PC2PC0方式0的I/O或B口方式1联络 A口方式2时，B组可以工作于方式0，PB7PB0、PC2PC0作I/O B组可以工作于方式1的I/O，PC2PC0作联络信号,4.3.2 8255控制字及工作方式,82C55的三个端口、

16、三种工作方式可以相互组合，其数据输入、输出以及控制联络信号如下。,82C55的状态字,82C55通过读端口C的状态可以了解3个端口在三种不同的工作方式下的状态，如同工作方式的组合一样，工作状态也是组合的。,82C55A的应用举例,以甲乙两台微机并行通信为例。 双方端口地址设定为：300H303H,发送、接受数据长度为1KB，数据存放起点甲机为：0030:0000H;乙机为：0040：0000H。,MOV DX, 303H MOV AL, 10100000B OUT DX, AL MOV AL, 0DH OUT DX, AL MOV AX, 030H MOV ES, AX MOV BX, 00H

17、,MOV CX, 3FFH MOV DX, 300H MOV AL, ES:BX OUT DX, AL INC BX DEC CX L:MOV DX, 302H IN AL, DX AND AL, 08H,JZ L MOV DX, 300H MOV AL, ES:BX OUT DX,AL INC BX DEC CX JNZ L MOV AX, 4C00H INT 21H,甲机发送程序,乙机接收程序,MOV DX, 303H MOV AL, 10011000B OUT DX, AL MOV AL, 01H OUT DX, AL MOV AX, 040H MOV ES, AX MOV BX, 00

18、H MOV CX, 3FFH,L1:MOV DX, 302H IN AL, DX AND AL, 10H JNZ L1 MOV DX,300H IN AL, DX MOV ES:BX, AL MOV DX, 303H MOV AL, 00H OUT DX, AL,NOP NOP MOV AL, 01H OUT DX, AL INC BX DEC CX JNZ L1 MOV AX, 4C00H INT 21H,4.4 8250/16450 UART,串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传输一个二进制位。串行通信与并行通信是两种基本的数据通信方式

19、。,发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。,4.4.1 串行通信概述,(1) 异步串行通信 发收双方允许没有共同时钟,但频率必须一致,双方同步方法是在字符格式中设置起始位和停止位,称为起止同步控制方式。 以字符作为数据传输单位,字符间是异步的,同一字符内是同步的。 传输格式,ASYNCASYNChronous Communications,4.4.1,1.同步通信与异步通信,(2) 同步串行通信 发收双方使用同一时钟源，同步字符间和字符内各位用同步字符或同步信号进行同步：软件和硬件同步方式。 面向字符的通信规程 BSCBinary Synchron

20、ous Communication IBM 字符流 BISYNBinary SYNchronous Communication IBM SYNC SYNC SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX CRC1 CRC2 同步字符 序始符 文始符 组终符/文终符 数据透明：能将特殊字符当作数据字符处理 利用12个转义字符DLE（Data Link Escape）,1.同步通信与异步通信,4.4.1,(2) 同步串行通信（续） 面向比特的通信规程 位流 SDLCSynchronous Data Link Control IBM HDLCHighLevel Data Link Control IS

21、O ADCCPAdvanced Data Communications Procedure ANSI 01111110 A场 C场 I场 FC场 01111110 标志 地址 控制 信息 CRC1 CRC2 标志 没有传输控制字符，用某些比特组合来实现传输控制，每帧数据 可以是任意位，即不是字符的整数倍。 “0” 比特的插入/删除技术 0 1 1 1 1 1 0 1 0 异常结束字符,1.同步通信与异步通信,4.4.1,单工（Simplex） 单向传送 发收固定 半双工（Halfduplex） 单线 非同时双向 全双工（Fullduplex） 双线 同时双向,A,B,B,A,B,A,2.工作方

22、式,4.4.1,基波传输 利用数字信号直接进行近距离传输。由于线路电阻、电感、电容、漏电电导及漏感分布参数的影响，矩形波会发生畸变和延迟，所以基带传输速率与距离成反比关系。 载波传输 利用调制器可以将数字信号调制成模拟信号，能够进行远距离传输，然后再用解调器把模拟信号变换为数字信号。调制常用的方法有调幅、调频和调相，利用幅移键控ASK、频移键控FSK和相移键控PSK使正弦波的幅值、频率和相位随着数字信号1和0变化。,3.基波传输和载波传输,4.4.1,数字传输率，又称比特率，为单位时间内传送的二进制位数，单位是b/s，用C表示。 调制速率，又称波特率，为单位时间内信号（或线路）状态变化数量，单

23、位是baud，用B表示。 当用N表示调制信号（或线路）状态数，比特率与波特率的关系为C=Blog2N。若单位时间内调制或解调1个信号（2种状态），则两种速率在数值上是相等的。 调制1个信号2种状态：Log22=1，C=B 调制3个信号8种状态：C=B Log28=3B Example： C=1200b/s ，B=12003=400 baud,4.数据传输速率和调制速率,4.4.1,时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)，就是将一条物理传输线路按时间分成若干时间片轮换地为多个信号所占用，每个时间片由复用的一个信号占用。,频分多路复用FDM(Frequency

24、Division Multiplexing)就是利用频率调制原理，将要同时传送的多个信号进行频谱搬移，使它们互不重叠地占据信道频带的不同频率段，然后经发送器从同一信道上同时或不同时地发送出去。,计算机串行数据通信及其接口中使用时分多路复用系统。,5 .信道复用,4.4.1,4.4.2 RS-232串行接口标准（EIA）, RS-232是与CCITT的系列建议基本相似的数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的接口。 按位串行传输的机械、电气、功能和规程特性。 DTE与DCE之间的接口（Computer与Modem） 1. 机械规程 RS-232使用25针D型插头座DB-25。 其它使用DB-

25、9或DB-15的插头座可用连接器转换 。, 主信道15线，辅信道及未定义10线 如P185 表4.6,2.功能特性,引脚1,2,3,4,5,6,7,8,20,22,23用于异步通信,4.4.2,+3,-3,输入,输出,RS-232按负逻辑工作，逻辑0为+3V或+5V到+15V之间的任一电压，逻辑1为-3V或-5V到-15V之间的任一电压。RS-232使用的EIA电平与计算机使用的TTL电平需要用集成电路芯片或分立元件电路进行转换。,3.电气特性,4.4.2,(1)计算机通过RS-232接口与Modem连接,4.规程特性和连接方式,4.4.2,(2)两台DTE设备的正规连接;,4.规程特性和连接

26、方式,4.4.2,(3)两台DTE设备的简单连接,4.规程特性和连接方式,4.4.2,4.4.3 8250/16450的结构及功能,1.8250的引脚 除Vcc和GND外,其他信号可分成对系统和对通信设备,2.8250的内部结构,4.4.3,通过跳线 COM1：3F8H3FFH、IRQ4（如 INT 0CH） 选择串口 COM2：2F8H2FFH、IRQ3（如 INT 0BH）,2 8250的内部寄存器及编程,（1） 线路控制与状态 LCR 串行通信数据格式，W/R,4.4.3, LSR 串行数据收发状态， R /W（D6除外）,2 8250的内部寄存器及编程,4.4.3,2 8250的内部寄

27、存器及编程,（2） 波特率控制,除数=,工作频率,16波特率,=,1.8432MHz,16波特率,见对照表,置LCR71 (3F9H) 除数高8位 (3F8H) 除数低8位 设置LSR (DLAB=0),4.4.3,2 8250的内部寄存器及编程,（3） Modem控制与状态, MCR W,4.4.3,在回送方式下，8250的发送、接收和Modem的中断仍然工作，但Modem中断源为MCR低4位、非状态输入端，并受IER控制。改变MCR低4位，可产生Modem变化中断。 8250中断系统测试方法：向LSR低6位、MSR低4位写入适当值（写1），中断允许时，可产生中断。 Loop方式返回正常工作

28、时，重新编程8250，并将MCR置成全0。,2 8250的内部寄存器及编程,4.4.3, MSR R/W,4.4.3,2 8250的内部寄存器及编程, IER DLAB=0 W/R,2 8250的内部寄存器及编程,（4）中断允许与标识,4.4.3, IIR R,4.4.3,2 8250的内部寄存器及编程, RBR、RSR DLAB=0 只读,SIN,停止 奇偶 数据 起始,RSR,奇偶校验,RBR,CPU,LSR.DR=1 IER0=1 INTRPT=1 LSR.DR=0 D4D3D2D1为0 MCR.OUT2=1 IF=1,（5）数据收发,4.4.3,数据,数据,THR、TSR DLAB=0

29、 只写,数据,数据,停止 奇偶 数据 起始,THRE=0,THRE=1,IF=1,IRE1=1 MCR.OUT2=1,INTRPT=1,MSBD7D6D5D4D3D2D1D0LSB 串行发送第1位数据,CPU,THR,TSR,SOUT,（5）数据收发, 测试8250/适配器存在？IIR高5位为全0。 设置波特率除数：LCR.DLAB=1，DLL和DLM。 设置通道线路控制：LCR.DLAB=0，LCR各位。 设置Modem控制：MCR中DTR、RTS、OUT1、OUT2 （中断输出）LOOP。 设置中断允许：LCR.DLAB=0，IER。,（6）8250初始化,4.4.3,(7)采用中断方式的

30、异步通信驱动程序编程要点,修改中断向量表中COM1/COM2对应的0CH/0DH的向量指向中断程序 初始化8250：置IER相应位，MCR.OUT2=1 =0 WPRPT 信号能送到8259的IR3或IR4 根据通信规程，设置数据帧格式；根据波特率设置分频除数 开放异步中断：清除8259 OCW中 的D3或D4位允许IR3或IR4上请求, 中断初始化, 中断主程序（根据应用自行编制）, 中断子程序, 辨别发生中断的中断源：读IIR，根据其中D2D1D0和状态转入相应子程序。, 中断处理：IIR的D2D1D0表示ID1、ID2、IP， 当D2D1D0110，接收数据出错，读LSR中D4D3D2D

31、1，判断是间断还是何种错误，转相应处理子程序。 D2D1D0100，接收数据就绪，从RBR中读数据存接收缓冲区。 D2D1D0010，发送保持寄存器空，从发送缓冲区取数据送THR。 D2D1D0000，Modem状态变化，读MSR中D3D2D1D0，判断是哪些Modem引脚改变了状态，转相应处理子程序。 判断有无尚未处理的中断请求：每种中断源的中断处理完之后，再次读取IIR的D2D1D0位，D00，根据D2D1转入相应子程序；若D01，说明8250所有中断处理结束，对8259发EOI命令返回被中断的程序。,4.4.3, 中断子程序,3 8250/16450的编程,两台微机通过各自的异步通信口C

32、OM1按三线连接法通信，通信波特率为2400。 1、初始化程序,MOV DX, 3FBH MOV AL, 80H OUT DX, AL MOV DX, 3F9H MOV AL, 0 OUT DX, AL MOV DX, 3F8H MOV AL, 30H OUT DX, AL,MOV DX, 3FBH MOV AL, 1AH ;数据长7位， 1个停 OUT DX, AL ；止位。 偶校验 MOV DX, 3FCH MOV AL, 03H OUT DX, AL MOV DX, 3F9H MOV AL, 0 OUT DX, AL,2、通信工作程序 用查询方式进行通信,KEEP-TRY:MOV DX,

33、 3FDH IN AL, DX TEST AL, 1EH JNZ ERROR-ROUTINE TEST AL, 1 JNZ RECEIVE TEST AL, 20H JZ KEEP-TRY,MOV DX, 3F8H MOV AL, CL OUT DX, AL JMP SHORT KEEP-TRY RECEIVE:MOV DX, 3F8H IN AL, DX,3、综合举例 在IBM PC机上按查询方式编写发送程序，按中断方式编写接收程序。该程序能连续符号“*”从串口COM1发送出去并在CRT上显示；同时能把从串口COM1上接收到的字符显示在CRT上显示出错标志“#”,START:CLI MOV

34、AX, 0 MOV ES, AX MOV DI, 4*12 MOV AX, OFFSET PRINT CLD STOSW MOV AX, CS,STOSW IN AL, 21H AND AL, 0EFH OUT 21H, AL MOV DX, 3F8H MOV AL, 0CH OUT DX, AL MOV AL, 0,OUT DX, AL MOV AL, 0BH MOV DX, 3F8H OUT DX, AL MOV DX, 3FCH MOV AL, 0BH OUT DX, AL MOV DX, 3F9H MOV AL, 01H OUT DX, AL STI TR:MOV DX, 3FDH,I

35、N AL, DX TEST AL, 20H JZ TR MOV AL, * MOV DX, 3F8H OUT DX, AL MOV AH, 02 MOV DL,AL INT 21H JMP TR,RINTPROC STI PUSH DX PUSH AX MOV DX, 3FDH IN AL, DX TEST AL, 1EH JNZ RERR MOV DX, 3F8H IN AL, DX MOV DL, AL MOV AH,02,INT 21H REND:MOV AL, 20H OUT 20H, AL POP AX POP DX IRET PERR:MOV DX, 3F8H IN AL, DX MOV DL,# MOV AH, 2 INT 21H JMP REND RINT ENDP,作 业 题,教材203页： 4.11，1.12，4.13，4.15，4.16，4.17，4.18。,