第八章接口技术.ppt

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1、8.1 概述 8.1.1 接口的功能 8.1.2 接口与系统的连接 8.2 并行通行和并行接口芯片 8.2.1 并行通信 8.2.2 8255A可编程并行接口芯片 8.3 串行通信和串行接口芯片 8.3.1 串行通信的基本概念 8.3.2 8251A可编程串行通信接口,8.4 计数器/定时器接口电路 8.4.1 可编程计数器/定时器的工作原理 8.4.2 8253可编程计数器/定时器 8.5模拟通行道接口 8.5.1 概述 8.5.2 数/模（D/A）转换器 8.5.3 模/数（A/D）转换器,接 口 技 术,第 八 章,811 接口的功能,概述,接口的功能,信息的输入与输出,信息的转换功能,

2、联络和中断管理功能,可编程功能,错误检测功能,81,地址译码和I/O设备的选择,接口与系统的连接,总线收发 器和相应 逻辑电路,联络 信号,地址 译码器,菊花链 逻 辑,输入/ 输出 设备,地址总线,控制总线,数据总线,数据/状态/控制,控制,读/写,使能,存储器和I/O选择,片选,寄存器选择,状态 寄存器 控制 寄存器,数据输 入寄存 器和数 据输出 寄存器,控制线,数据线,DMA控制器,中断请求,中断回答信号,图8-1 典型I/O接口与系统总线连接逻辑图,812,接口,与系统总线相连,与I/O设备相连,实现与CPU的启动、选中接口等控制信号的配合，提供传输数据信 息的I/O端口。,随接口类

3、型的不同而异，其电路结构与设备传输数据的要求以及数据格式紧 密相关。,812,接口与系统的连接,821 并行通信,并行通信和并行接口芯片,并行接口内部设置有一个控制寄存器，用来寄存CPU写出的控制命令。另有一个状态寄存器提供各种状态位供CPU查询。,所谓并行通信就是把一个字符的全部n个数据位用n条线同时进行传输。与串行通信相比，它具有传输速度快、信息率高等优点。,82,图8-2 并行接口连接外设示意图,821,并行通信,822,8255A可编程并行接口芯片,图8-3 8255A的结构框图,8255A可编程并行接口芯片,1. 8255A的内部逻辑结构,(1) 外设接口部分（数据端口A、B、C）,

4、1) 端口A。端口A内部包含一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。,2) 端口B。端口B内部包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。,3) 端口C。端口C内部包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。通过向芯片写入方式选择控制字，端口C可以被分成两个4位端口。,822,(2),这两组控制电路，根据芯片内部的控制寄存器内容（存放着CPU输出的方式选择控制字）和“读/写控制逻辑”发出的读/写命令，控制两组端口的工作方式和读/写操作。,A组控制电路控制端口A、端口C高4位（PC7PC4）。,B组控制电路控制端口B、端口C低4位（PC3PC0）。,内部

5、逻辑,（A组和B组控制电路）,(3),1) 读/写控制逻辑电路,地址线A1和A0、CS（片选）、RD（读控制）、WR（写控制）、RESET（复位）信号的组合，用来控制8255A进行数据信息、状态信息和控制信息的传输。,2) 数据总线缓冲器,它是一个8位的双向三态数据缓冲器，它是8255A与CPU数据总线的接口，所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传送的。,CPU接口部分,8255A的引脚及功能,2.,图6-10 8255A引脚分布图,8255A的引脚及功能,8255A

6、 的引脚,与外设相连的引脚,与CPU相连的引脚,PA7PA0,PB7PB0,PC7PC0,数据线引脚,控制线引脚,2.,8255A的控制字,(1) 方式选择控制字,1） 8255A有三种工作方式,方式0基本的输入/输出方式方式1选通的输入/输出方式方式2双向传输方式,2） 端口A可以工作于三种工作方式中任何一种，端口B只能工作于方式0或者方式1，端口C既可以分为两个4位端口，作一般的输入/输出端口使用，更经常的是用于配合端口A和B工作，为它们提供控制信号和状态信号。,3） 由内部逻辑（A组和B组控制电路）可以将三个数据端口划分为两组，分别为A组（端口A和端口C高4位PC7PC4）和 B组（端口

7、B和端口C低4位PC3PC0）。,3.,(2),端口C经常用于配合端口A和B工作，为它们提供控制信号和状态信号，因此端口C的各个位经常作为控制位或状态位来使用，为了方便用户单独设置某一个控制位或状态位， 8255A提供了端口C置位/复位控制字。,端口C置位/复位控制字,(1) 方式0基本输入/输出方式,8255A的工作方式,两个8位端口A、B及两个4位端口（端口C的高4位、低4位）中的任一端口，均可以作为输入端口或输出端口，且各端口均是独立的。,四个端口的输入或输出，可以有16种不同的组合，故可以适用于多种用途。,各端口输入时无锁存，输出时有锁存。,特点,4.,(2),两个8位数据输入/输出端

8、口（均带锁存功能）A和B，在端口C 的配合下工作。,端口C中有3位用于端口A的输入/输出控制，另有三位用于端口B的输入/输出控制，并且均提供中断逻辑。,若只有一个数据端口工作在方式1，那么另一个数据端口及端口C余下的五位可工作于方式0；若两个数据端口都工作于方式1，那么端口C余下的两位仍可由程序指定作为输入或输出位，也可进行置位/复位操作。,特点,方式1,选通的输入/输出方式,8255A应用举例,【例8-2】 某接口设计采用一片8255A实现。其端口A连接并行打印机,端口B连接纸带读入机, 8255A工作于方式0，以查询方式传送数据。,本例使用端口C传送控制和状态信息。各控制信号的意义为：,

9、DATA STROBE 数据选通信号。打印机要有一个宽度为05s的脉冲，作为数据选通信号。由PC4位输出。 BUSY当其有效时为高电平，此时表示打印机“忙”，不能接收新的输出数据。这是打印机的状态信号。由PC2位读入。 DRIVE RIGHT此信号驱动纸带前进一步，并读一个字符。它是8255A给外设的启动信号。由PC5位输出。 DATA READY纸带读入器的状态信号。其为高电平表示纸带读入器已将数据准备好。由PC3位读入。,5.,8255A在键盘和数码管显示接口中的应用,键盘扫描的硬件采用矩阵式结构。 倘若键盘具有mn个键，那么键盘矩阵应有m行n列，其中m行由一个输出端口控制，n列由一个输入

10、端口控制。当某一行输出为低电平时，如果某一列上有键按下，则该列的输入也为低电平，这个低电平通过列输入端口读入CPU。通过识别行和列线上的电平状态，即可以识别键是否闭合，即键是否按下。,(1) 键盘接口,6.,(2),1) 七字段LED显示器,LED的主要部分为七段发光二极管，如图7-20a所示。七个字段分别称为a、b、c、d、e、f、g段，通常还有一个小数点段DP。通过七段的亮与灭的组合，可以显示09和AF等字符，从而实现十六进制数的显示。,2) 利用8255A实现LED显示接口,8255A的端口A用来输出显示字符的七段LED代码，故端口A为段控端口。255A的端口B用来控制LED的显示位，即

11、位控端口。,LED显示接口,8.3.1 串行通信的基本概念,串行通信和串行接口芯片,1. 全双工方式与半双工方式,两个串行接口之间分别用两根独立的传输线发送和接收信号，使发送和接收数据可同时进行。,全双工方式,在半双工方式中，输入过程和输出过程使用同一根传输线，因此，半双工方式在某一时刻只能进行发送数据或者接收数据。,半双工方式,2. 同步通信和异步通信,一般将若干字符组成一个信息组，字符一个接着一个传输，但是，在每组信息（通常称之为信息帧）开始要加上1至2个同步字符，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的“空闲”字符或同步字符，其原因是同步传输字符必须连续传输，不允许有间隙。,同步通信,8.

12、3,是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信方式。,异步通信必须遵循的两项规定为：,每个字符传送时，必须前面加一位起始位，后面加上1、1.5或2位停止位。例如ASCII码传送时，这一帧应该是，前面一个起始位，接着七位ASCII编码，之后是一位奇偶校验位，最后是一位停止位，共10位为一帧。,(1) 字符的格式,(2) 波特率（Baud Rate）,波特率就是传送数据位的速率，用位/秒（bit/s）表示。例如，数据传送的速率为120字符/秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为： 10120=1200bit/s=1200Bd,异步通信,信号的调制

13、与解调,为了保证信号传送的正确性，故在长距离通信中，采用调制/解调器来改善信号的品质。 调制器(Modulator)把数字信号转换为模拟信号，经过传输线送到目的地后，再用解调器（Demodulator）检测此模拟信号，并把它转换成数字信号， 在实际应用中，通常把调制器和解调器做在一起，构成调制/解调器。,3.,RS-232-C接口, RS-232-C是EIA（Electronics Industring Association）推荐的国际通用的一种串行通信接口标准。实际上，它是一个25芯或者9芯的D型连接器。,由于它的每个引脚都有标准规定，必须连接规定的信号，所以对任何具备RS-232-C接口

14、的设备，都可以不需要附加任何硬件而与计算机相连。, RS-232-C除了对信号引脚的定义作了规定外，对信号电平标准也作了规定。,4.,1. 8255A的基本性能,8251A可编程串行通信接口,(1)外设接口部分（数据端口A、B、C）(1) 可工作于同步方式或异步方式。 (2) 同步方式下，每个字符可为58位，可内同步或外同步，能自动插入同步字符。 (3) 异步方式下，每个字符可为58位，时钟速率为传输波特率的1、16倍或64倍。,8.3.2,(4) 自动产生中止字符，自动检测和处理中止字符；可产生1、1.5个或2个停止位；可检测假启动位。 (5) 同步方式下，波特率为064Kb/s；异步方式下

15、，波特率为0192Kb/s。 (6) 全双工方式；双缓冲的发送器和接收器。 (7) 具有自动错误检测功能，可检测奇偶错、数据丢失和 帧错误，用户可通过输入状态寄存器内容进行查询。 (8) 全部输入/输出与TTL兼容。,1.,8255A的基本性能,8251A的逻辑结构及工作原理,(1) 8251A逻辑结构,数据输入缓冲寄存器和数据输出缓冲寄存器 接收移位寄存器 发送移位寄存器 模式寄存器 控制寄存器 状态寄存器 步字符寄存器,2.,1）, 异步方式下的数据接收,在异步方式下，当准备好接收数据时，即开始检测RXD线上的信号。, 同步方式下的数据接收,在同步方式下，当接收数据时，首先要搜索同步字符。

16、这又分为内同步和外同步。在内同步方式下，8251A通过监测RXD线，来搜索同步字符。在外同步方式下，由外部其它设备在其SYNDET引脚加一个高电平实现同步。,(2) 8251A内部工作原理方框图,接收器,2）, 在异步方式下,发送器在发送每一个字符前先自动发送1个起始位，然后再发送字符数据，最后根据编程所规定的要求加上1位奇/偶校验位以及1个、15个或者2个停止位。, 在同步方式下,当发送器从CPU接收到至少1个待发送字符后，在发送数据前，依据初始化编程时的设定插入一个或两个同步字符，然后发送字符数据块。,发送器,(1) 8251A与CPU接口信号,8251A的接口信号,1） 数据线D7D0。

17、, 8251A的数据总线D7D0为双向三态、8位缓冲器的引线，它们与CPU系统数据总线相连，用于在CPU与8251A之间传送数据（包括CPU对8251A的编程命令和8251A送往CPU的状态信息）。,2） 片选信号线。,只有当信号为低电平时，8251A被选中，8251A才能与CPU之间传送数据。如果为高电平,8251A未被选中，8251A的数据线处于高阻状态，8251A才能与CPU之间不能传送数据。,3.,3）, RD读信号，一般直接连接到CPU的引脚RD或IORC引脚。RD为低电平时，表示CPU正在从8251A读取数据或状态信息。 WR写信号，一般直接连接到CPU的WR引脚或IOWC引脚。W

18、R为低电平时，表示CPU正在向8251A写入数据或控制信息。 C/D控制/数据信号，是CPU送往8251A的信号，用来区分当前数据总线上的信息是数据还是控制或状态信息。,读/写控制信号线,4）, TXRDY 发送器准备好信号，输出，高电平有效。它用于告知CPU，8251A已为接收一个发送字符准备就绪。 TXE 发送器空信号，输出，高电平有效。 RXRDY 接收器准备好信号，输出，高电平有效。该信号有效表示当前8251A已经从外部设备或调制解调器上接收到了一个字符，正等待CPU读取。 SYNDET 同步检测信号，高电平有效。SYNDET引脚只用于同步方式，既可以作为输入，也可以作为输出。,收发联

19、络信号,2） 收发联络信号,1）, TXD 发送数据信号端，输出。 CPU送往8251A的并行数据，在8251A内部转变为串行数据后，自TXD线上被逐位地发送。 RXD 接收数据信号端，输入。 外部装置通过RXD线送来串行数据，在8251A内部被接收移位寄存器逐位接收，当接收了一个完整的数据后变换成并行数据，供CPU读取。,数据信号,2）, DTR数据终端准备好信号，输出，低电平有效。这是8251A送往外设的信号，用以表示CPU已经准备好接收数据。 DSR数据装置准备好信号，输入，低电平有效。这是来自外设的信号，表示外设已经准备好发送数据。 RTS请求发送信号，输出，低电平有效。 CTS清除发

20、送（允许发送）信号，输入，低电平有效。,收发联络信号,3）, CLK8251A内部工作时钟信号，输入。8251A由这个CLK输入产生其内部工作时序。 RxC接收器时钟信号，输入。此时钟信号控制8251A接收器接收字符的速率。 TXC发送器时钟信号，输入。此时钟信号控制8251A发送器发送字符的速率。TXC的频率和波特率之间的关系与RxC相同。,时钟信号,(1) 方式选择控制字,8251A的编程, D1D0用于确定工作于同步方式还是异步方式。 D3D2用于确定字符的位数。当D3D2=00时，传输字符被定义为5位；D3D2=01、10或11时，传输字符分别被定义为6、7、8位。 D5D4用于确定奇

21、偶校验性质。当D5D4的编码为00或10时，无奇偶校验；D5D4=01时，为奇校验；D5D4=11时，为偶校验。 D7D6在同步方式和异步方式下的意义不同：在异步方式下，这两位除编码为00时无意义外，其它编码定义停止位的位数。D7D6=01时，为1个停止位；D7D6=10时，为15个停止位；D7D6=11时，为2个停止位。,4.,(2),操作命令控制字用于规定8251A的工作状态启动串行通信开始工作或者芯片复位。,初始化8251A芯片时，当写入方式选择控制字，定义8251A芯片为异步通信，或者定义为同步通信且同步字符已经写入8251A后，接下来应该向8251A写入操作命令控制字。,操作命令控制

22、字,(1) 异步方式下的初始化编程,8251A初始化编程及应用举例,经分析，知其方式选择控制字应该为9BH，操作命令控制字应该为37H。初始化编程如下： MOV DX，1A2H MOV AL，9BH OUT DX，AL ；设置工作方式 MOV AL，37HOUTDX，AL ；设置工作状态,【例74】 设在某8086系统中有一片8251A，其占用的端口地址分别为1A0H和1A2H，并要求其工作方式选择为：异步通信,字符用7位二进制数表示,奇校验,15个停止位,波特率系数为64。对其工作状态的要求是：使发送允许TxEN有效，接收允许RxE有效，使数据终端准备好信号有效，复位出错标志，将请求发送信号

23、置于有效电平。,5.,经分析，知其方式选择控制字应该为9BH，操作命令控制字应该为37H。初始化编程见下页。,【例7-5】 设某8251A芯片端口地址分别为1A0H和1A2H。要求其工作方式为：同步方式、内同步、两个同步字符、奇校验、每个字符8位。并设第一个同步字符为EFH，第二个同步字符为7EH。要求其工作状态是：复位出错标志，启动发送器和接收器，当前CPU已经准备好且请求发送。,同步方式下的初始化编程,(2),MOV DX，1A2H MOV AL，40H OUT DX，AL ；复位8251A MOV AL，1CH OUT DX，AL ；写入方式选择控制字，规定其工作方式 MOV AL，0E

24、FH OUT DX，AL ；写入第一个同步字符 MOV AL，7EH OUT DX，AL ；写入第二个同步字符 MOV AL，0B7H OUT DX，AL ；写入操作命令控制字，设置其工作状态,(2),同步方式下的初始化编程,【例7-6】 8251A工作于异步方式，7个数据位，15个停止位，奇校验，波特率系数为64。其数据端口地址为A0H，控制端口地址为A2H。,通过查询8251A状态寄存器中的RXRDY位，可以确定8251A是否已经从外设接收到了一个字符。若已接收到，即RXRDY有效，CPU就可执行输入指令从8251A的数据端口（C/D=0）取回一字节数据放在内存缓冲区。程序中还要检测状态寄

25、存器的第3、4、5位，看是否出现了奇偶错、溢出错或帧错误。若发现错误，应停止输入，并转错误处理程序。,使用查询方式接收传送数据举例,(3),MOV AL，9BH OUT 0A2H，AL ；写入异步方式选择字 MOV AL，37H OUT 0A2H，AL ；写入命令指令字 MOV BX，BUFPTR ；设缓冲区首址存放在DS段BUFPTR变量名下 MOV DI，0 ；变址寄存器清0 MOV CX，0064H ；设置计数器值100 IN AL，0A2H ；输入状态字送AL TEST AL，02H ；测试状态字第2位，即RXRDY,程序,WAIT：,JZ WAIT ；若8251A未收到字符，则重新取

26、状态字 IN AL，0A0H ；若RXRDY有效，则从数据口输入数据 MOV BX+DI，AL ；将接收到的字符送入缓冲区 IN CDI ；缓冲区指针下移一个单元 IN AL，0A2H ；再读入状态字 TEST AL，38H ；测试有无三种错误 JNZ ERROR ；若有错，转错误处理程序ER LOOP WAIT ；如已输入100个字符，则继续进行数据处理,程序,8251A在CRT接口中的应用,其一，电平转换问题。在远距离串行通信时，发送方要使用调制器，接收方要使用解调器。 其二，同步方式下对同步字符的检测问题。如果采用内同步方式，则由8251A自身来检测同步字符。,在实际使用8251A时，还

27、应注意以下两个问题：,(4),计数器/定时器接口电路,本节主要介绍计数器/定时器的基本工作原理和计算机系统中广泛采用的计数器/定时器芯片Intel 8253PIT,8.4,可编程计数器/定时器具有两种功能：,作为计数器,作为定时器,典型的计数器/定时器的基本原理图如图7-39所示,8.4.1 可编程计数器/定时器的工作原理,图8-39 计数器/定时器中包括了四个寄存器和一个计数器,预置计数值,计数器输出寄存器,控制寄存器,状态寄存器,四个寄存器,控制寄存器用来控制计数器/定时器的工作方式,(1) 门脉冲控制时钟输入。 (2) 用门脉冲重新启动计数。 (3) 用门脉冲停止计数。 (4) 单一计数

28、。 (5) 循环计数。,8253可编程计数器/定时器, 8253是微机系统中广泛使用的可编程计数器/定时器芯片。在PC机中，即以一片8253作为CPU的外围支持电路，用来产生系统实时钟定时信号、动态存储器刷新信号和扬声器的发声信号。,1 . 8253基本情况,8253具有3个独立的16位计数器通道，分别称为:,计数器0通道,计数器2通道,计数器1通道,8.4.2,8253的内部结构 8253的内部结构如图 8-40a 所示,主要功能, 每个芯片内部有3个独立的16位计数器通道。 每个计数器通道都可以单独作为定时或计数使用，且都可以按照二进制或二十进制计数。 每个计数器的计数速率可高达2 MHz

29、，最高计数速率为2.6 MHz。 每个计数器通道有6种工作方式，可由程序设置或改变。 所有输入输出都与TTL兼容。,这是8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器,这是8253内部操作的控制部分,在8253初始化编程时，CPU写入芯片的控制字就存放在控制字寄存器中，该控制字规定了通道的工作方式,这是3 个完全独立的计数器/定时器通道，各自可按不同的方式工作,数据总线缓冲器,1）, D7D0 ：三态数据线 CLK0CLK2：计数器02的时钟输入端 GATE0GATE2：计数器02的门控输入，当GATE引脚为低电平时，禁止计数器工作，只有GATE引脚为高电平时，才允许计数器工作 OUT0OU

30、T2：计数器02的输出，其输出波形取决于工作方式,8253引脚功能,8253引脚定义如图7-40b所示。, 8253是一个双列直插式24脚芯片，每个引脚的意义如下：,每个引脚的意义, A1A0：来用对3 个计数器通道和控制寄存器进行寻址的引脚，由A1和A0的四种编码来选择四个端口之一。 ：读信号，低电平有效。该信号有效时，表示CPU正在对8253的一个计数器进行读计数当前值的操作。 W：写信号，低电平有效。该信号有效时，表示CPU正在向8253的控制寄存器写入控制字或者向一个计数器写入计数初值。 CS：片选信号，低电平有效。该信号有效说明系统选中该芯片，此时，CPU可以对本片8253进行读/写

31、操作。,表7-10,A0、A1、RD、WR和各种组合对8253的操作表,8253初始化编程和工作方式,(1) 8253初始化编程,编程时必须遵守以下两条原则：,其二，初始值设置时，要符合控制字中的格式规定。是只写低字节，还是只写高字节，或者是先写低字节，后写高字节。,编程命令可以分为两类：,其一，对计数器设置计数初始值前必须先将控制字写入,读出命令，用来读取计数器的当前值,写入命令，它包括写入控制字、写入计数初值和写入锁存命令,2.,设置初值命令用来设置计数的初始值。根据在控制字中D5D4位的约定，计数初始值可以是8位，也可以是16位。, 8253在设置初值后就开始工作了。锁存命令是为了配合C

32、PU读取计数器当前值而设置的。,锁存命令,设置初值命令,在8253初始化编程中，由CPU向8253的控制寄存器输出一个控制字，用来选择计数器通道、设置工作方式和计数格式。,8253的控制命令,控制字的格式如 图7-41所示,8253的工作方式,8253具有6种不同的工作方式，它们遵守以下三点基本规则：,其一，控制字写入8253时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。,其二，计数器初始值写入以后，要经过一个时钟周期，减法计数器才开始工作。,其三，一般情况下，在时钟脉冲CLK的上升沿时，采样门控信号。,(2),8253的6种工作方式,1） 方式0计数结束中断, 在此种方式下，控制

33、字写入8253的控制字寄存器后，使OUT输出端变低。,其二是写入计数器初值。满足以上两个条件计数器开始计数，直到计数到“0”时，OUT输出端变高,开始计数要有两个条件：,其一是门控GATE信号必须为高电平,其过程如图 8-42所示。,方式0特点,第一，计数器只计数一遍。,第二，在CPU执行向8253输出计数值指令的WR信号上升沿，8253将计数值写入通道的可预置计数值寄存器中。,第三，在计数过程中，可由门控信号控制暂停。,第四，在8253计数过程中可以改变计数值。,第五，若用于中断方式，可把OUT输出信号接到8259的中断请求输入端，以满足中断要求。,方式1可重复触发的单稳态触发器,在这种方式

34、下，CPU执行输出指令向8253写入控制字之后，输出OUT将保持为高电平（若原为低，则变为高）。,当CPU又写入计数值后，计数器并不开始计数，要等到外部门控脉冲GATE启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿开始计数。开始计数时输出OUT变低，在整个计数过程中，输出OUT都维持为低电平，直到计数到0，输出OUT方变为高。,该方式可输出一个单稳脉冲，若外部再次触发启动，则再次产生一个单稳脉冲，如图7-45所示。,2),在方式1下，8253的主要特点,第三，在计数过程中，CPU改变初始计数值，这时计数过程不受影响。只有再次触发启动后，计数器才开始按新计数值对应的脉冲宽度输出单稳脉冲。如图8-46所示

35、。,第一，若设置的初始计数值为N，则输出的单稳脉冲的脉宽为N个CLK时钟周期。,第二，可重复触发。其含义是，当计数到零后，不用再次送计数值，只要再次由外部触发脉冲启动，8253可以再输出一个同样宽度的单稳脉冲。,第四，在计数过程中，若外部GATE触发脉冲提前到来（即计数器未减至0时），则在触发脉冲上升沿之后的下一个CLK脉冲的下降沿时，计数器将重新开始计数。这将使输出的单稳脉冲比原先设计值加宽了。如图8-47所示。,方式2分频器,当计数到1时，输出OUT变低，经过一个CLK周期输出OUT变高，并且计数器开始重新计数。 如图8-48所示。,在这种方式下，CPU向8253输出控制字后，计数器输出O

36、UT变高。在写入计数值后，计数器在下一个CLK的下降沿对输入时钟CLK计数。,3）,方式2的主要特点,第一，不用重新设置计数值，通道能连续工作，输出固定频率的脉冲。,第三，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，但在计数器计数到1时输出OUT变低，经过一个CLK周期输出OUT又变高，之后，计数器将按新的计数值进行计数。换言之，方式2改变计数值是在下次计数周期有效。如图8-50所示。,第二，计数过程可以由门控脉冲GATE控制。当GATE为低电平时，暂停计数。GATE变为高电平后的下一个CLK脉冲使计数器按原初始值重新开始计数。如图7-49所示。,方式3方波发生器,方式3和方式

37、2的工作类似，它们的输出都是周期性的，但方式3的输出为方波。方式3下，计数过程中OUT有一半时间为高，另一半时间为低。所以，若计数值为N，则方式3的输出是周期为N个CLK脉冲的方波。,这种方式下，当CPU将控制字用输出指令写入8253后，其输出OUT为高，CPU继续写入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，重新从初始计数值开始计数。如图8-51所示。,4）,方式3的主要特点,第一， 若计数值为偶数， 在装入计数值后， 每一个CLK脉冲使计数值减2， 当计数到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， 此过程

38、将周而复始地重复进行。,第二，GATE信号能使计数过程重新开始。原则上，GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数。,第三，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。,方式4软件触发选通信号发生器,在这种方式下，写入控制字后，输出OUT为高。,写入计数值后立即开始计数（相当于软件启动），当计数到0后，输出OUT变低，经过一个时钟脉冲后，输出又自动变为高，计数器停止计数，如图8-54所示。故这种计数方式也是一次性的，只有输入新的计数值后，才能开始新的计数。,5）,方式4的特点,第一，CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，把计数值写入计数器，再下一个CLK脉冲开始减1计数。所以，如果设

39、置计数值为N，则在写入计数值后的N+1个CLK时钟脉冲，才输出一个负脉冲。,第二，当GATE=1时允许计数，GATE=0时禁止计数。所以要做到软件启动，则GATE应该保持为1。GATE信的控制作用如图7-55所示。,第三，若在计数过程中改变计数值，则按新计数值重新开始计数，如图8-56所示。若计数值为双字节，则在设置第一个字节时停止计数，在设置第二个字节后，按新计数值开始计数。,方式5硬件触发选通信号发生器,之后，写入初始计数值并不立即计数，而是由门控GATE信号脉冲的上升沿触发启动。当计数到0时，输出OUT变低，经过一个CLK脉冲，输出恢复为高，停止计数。重新启动计数要由下次门控脉冲触发引起

40、，如图7-57所示。,在这种方式下，当写入控制字后输出OUT变为高电平。,6）,方式5的主要特点,第一，若设置计数初始值为N，则在门控脉冲触发后，经过N+1个CLK脉冲，输出端才输出一个负脉冲。,第三，若在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发，就不影响计数过程。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，如图8-59所示。,第二，在计数过程中，通过施加门控GATE脉冲，可使计数器重新开始计数。如图8-58所示。,8253应用举例,在使用8253芯片时，首先要对其进行初始化编程。 初始化编程包括写入控制字和写入计数值两个步骤。,第二步，写入计数初始值。计数初始值经由各通道的

41、端口地址写入。,第一步，写入控制字。任一通道的控制字都要从8253的控制口地址写入，控制哪个通道由控制字的D7D6位来决定。,3.,例7-7,设在8086系统中有一片8253，其端口地址分配是： 通道0为120H，通道1为122H ，通道2为124H，控制端口为126H。要求对其通道0进行初始化，使其工作于方式0、二进制计数、计数初始值为6688H。,针对此问题，经分析可知应写入8253的控制字为30H。 其初始化程序段为：,MOV AL，30H ； MOVDX，126H； OUTDX，AL； MOVAL，88H； MOVDX，120H； OUTDX，AL； MOVAL，66H； OUTDX，

42、AL；,控制字送AL 控制口地址送DX 向控制口写入控制字 低8位计数值是88H 通道0端口地址送DX 向通道0写入计数初值的低8位 高8位计数值为66H 向通道0写入计数初值的高8位,例8-7,模拟通道接口,8.5.1 概述,模拟量输入/输出通道，是生产过程计算机控制系统的重要组成部分，是计算机与控制对象之间的一种典型接口方式。,典型计算机控制系统组成框图如图8-61所示。,8.5,图8-61 计算机控制系统组成框图,数/模（D/A）转换器,1. 数/模转换器的工作原理,数/模转换器的功能是将数字量转换成模拟量。,把一个数字量变成模拟量，就是要把每一位的代码按照权值转换为对应的模拟量，再把各

43、位所对应的模拟量相加，其和便是数字量所对应的模拟量。,数字量由若干个数位构成，每个数位都有一定的权，如8位二进制数的最高位D7的权为27=128，只要D7=1，就表示具有了128这个数值。,8.5.2,T型电阻解码网络,（1）, T型电阻解码网络中，节点A的左边为两个2R的电阻并联，它们的等效电阻为R，节点B的左边也是两个2R的电阻并联，等电阻也是R，依次类推，最后的D点等效于一个电阻R连接在标准参考电压VREF上。 根据分压原理，C点、B点、A点的电位分别为 VREF/2、 V REF/4、VREF/8。,D/A转换器的有关参数及术语,（2）,绝对精度,相对精度（非线性度）,分辩率,建立时间

44、,温度系数,数/模转换器与CPU的接口,1.,常用的D/A转换器中，有价格低廉的8位芯片，也有速度和分辩率较高、价格较贵的12位、16位芯片。各种D/A芯片是否能直接和系统总线相连，取决于芯片内部有没有数据输入寄存器。,(1) 不带数据输入寄存器的D/A芯片的使用, 具有数据输入寄存器的D/A芯片的使用,模/数（A/D）转换器,所谓模/数转换器就是把模拟量转换成为数字量的电路。模/数转换器是计算机控制系统的重要组成部分。,1. 概述,图8-67是典型微机控制系统的组成框图。,2. 模/数转换器的工作原理,实现模/数转换的方法很多，常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼近法等。,8.5.3,图8-

45、67 典型微机控制系统组成框图,现场 信号1,现场 信号2,现场 信号2,现场 信号n,其中，Vi是模拟输入电压，VO是D/A转换器的输出电压，C是计数器的计数控制端，当C=1时计数器开始计数，当C=0时则停止计数，D7D0是计数器的当前计数值，该计数值作为一个D/A转换器的输入。D7D0同时也是A/D转换器的输出。,计数式A/D转换法,（1）,计数式A/D转换的工作原理如图8-68所示。,电路中的主要部件包括积分器、比较器、计数器和标准电压源。,（2）双积分式A/D转换法,双积分式A/D转换器的工作原理如图8-69a所示。,逐次逼近式A/D转换法，是一种广泛应用的A/D转换方法。它与计数式A

46、/D转换法有相似之处。,（3） 逐次逼近式A/D转换法,模/数转换器的主要参数,3,（1） 转换精度,转换精度反映了A/D转换器的实际输出接近理论输出的精确程度。,所谓转换时间是指完成一次A/D转换所需要的时间。转换率为转换时间的倒数。它们都表示了A/D转换的速度。,（2） 转换时间和转换率,分辨率是指A/D转换器能够分辨最小量化信号的能力。一个n位的A/D转换器，其分辨率等于模拟量输入的满量程值除以2n 。,（3） 分辨率,模/数转换器与系统的连接,4, A/D转换器芯片的模拟输入电压，往往既可以是单端方式，也可以是差动方式。这种类型的A/D芯片常用VIN（+）、VIN（-）或IN（+）、I

47、N（-）表示模拟输入端。,（1） 模拟输入电压的连接,一种芯片，其输出端具有可控的三态输出门，例如ADC0809。 另一种芯片，其内部输出端虽有三态门，但这个三态门不受外界信号的控制，而是由A/D转换电路在转换结束时自动接通。例如ADC570。,（2） 数据输出线和系统总线的连接, A/D转换器芯片的输出方式可分为两种：, A/D转换器要求的启动信号可分为两种形式:,A/D转换器的启动转换信号,（3）,电平启动信号,使用电平启动信号的芯片如AD570、AD572 采用脉冲启动信号的A/D芯片，如ADC0804、ADC0809、ADC1210等,脉冲启动信号,（4） 转换结束信号以及CPU读取转换数据的方式,同步方式,查询方式,中断方式, A/D转换器的地线可分为两种类型,（5）,在一个系统中有数字量又有模拟量，就会有两类芯片:,地线的连接,数字地,模拟地,数字电路芯片 例如CPU、译码器、门电路等,模拟电路芯片 如D/A转换电阻网络、运放等,5,典型8位A/D转换器芯片ADC0809, 分辨率为8位。 总的不可调误差在1LSB范围内。 典型转换时间为100s。 具有锁存控制的8路多路开关。