08常用可编程并行接口芯片及应用

۞主要内容8.1可编程接口芯片的概念8.2计数器/定时器82538.3可编程并行接口8255A8.4可编程DMA控制器8237A۞学习要求1.掌握8253的编程应用2.掌握8255A的编程应用第八章可编程接口芯片及应用8.1可编程接口芯片的基本概念（1）CPU与I/O外设交换信息的方式有两种：①并行通信：数据各位同时向外传送。优点：传输速率快；缺点：传输多少位至少要多少根传输线，工程造价高。②串行通信：数据一位一位传送，通信双方沿单根线或双根线实现二进制序列传输称串行通信。优点：一根或两根线，线路简单，成本低，适用于远距离传输。缺点：传输速率慢。（2）可编程接口芯片①不可编程接口芯片，接口功能单一，用户不可改变。如74LS244、74LS273②可编程接口芯片，大多是多功能、多通道的。一个通道用户可定义为输入端口，也可以规定为输出端口。选择的方法是在芯片正式工作之前，编写一段程序写入该该芯片的控制寄存器中，用来选择不同的通道和不同的电路功能，使之按照人们所希望的方式工作，这个过程称为“初始化编程”。8.1可编程接口芯片的基本概念（3）多通道、多功能多通道：是指一个接口芯片一方面可与CPU相连，另一方面可连接多个外设。多功能：是指一个接口芯片能够实现多种接口功能，使接口芯片具有不同的电路工作状态。8.2计数器/定时器8253/8254定时及计数技术在计算机中具有很重要的作用。比如：定时采样、定时中断、定时启动电机等，这都需要一类定时及计数电路，因此微机系统都必须有定时技术。为获得稳定准确的定时，必须有准确稳定的时间基准（简称时基）。定时：本质是计数，把时间片加起来就获得一段时间。定时方式：软件或硬件件。软件定时：利用CPU执行指令需要若干指令周期的原理，运用软件编程，然后循环一段程序而产生延时，再配合简单接口可以向外发送定时控制信号。优点：不需增加硬件电路只需编制相应的延时子程序即可；缺点：占用CPU的工作时间，浪费CPU资源。硬件定时：硬件定时有专用的多谐振荡器件或单稳态触发器。缺点：改变定时要改变硬件。可编程通用定时器/计数器芯片：使用灵活，定时时间长，改变定时时间或工作方式只要改变编程控制参数即可。初始化编程后，就按设定的方式工作，不再占用CPU的时间。8.2.18253功能概述计数器0CNT0计数器1CNT1计数器2CNT2D7~D0RDWR0ACS0CLK0GATE0OUT1CLK1GATE1OUT2CLK2GATE2OUT主要功能特点：8253是可编程的计数定时器每个8253有三个独立的16位计数器通道，有六种工作方式可供选择。每个计数器可按二-十进制计数。每来一个脉冲计数器减1，当计数器减到0时，输出端OUT产生一个跳变。每个计数器可用作定时器，也可用作计数器。二者的本质都是基于计数器减1工作方式。所有输入/输出都与TTL电平兼容。8.2.2计数/定时的内部结构及工作原理控制寄存器初始值寄存器减1计数器计数输出寄存器状态寄存器CLKGATEOUT组成：控制寄存器——决定工作模式状态寄存器——反应工作状态初值寄存器——计数的初值计数输出寄存器——CPU从中读当前计数值计数器——执行计数操作，CPU不能访问每个计数器有三个引脚与外设相连：CLK——外脉冲输入端GATE——门控输入端OUT——计数器回零/时间到的信号输出端8.2.3计数/定时的工作原理工作原理：对CLK信号进行减1计数首先，CPU把控制字写入控制寄存器，计数初始值写入初值寄存器计数从初值开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1当计数值减到0，从OUT端输出规定的信号CLK信号出现时，计数器是否减1，由门控信号GATE控制8.2.3计数/定时的工作原理CLK是计数输入信号，计数器对CLK端出现的脉冲个数进行计数•CLK端可以输入外部事件•CLK端可以接入固定频率的时钟信号，从而实现计时OUT信号在计数结束时发生变化•可将OUT作为外部设备的控制信号•可将OUT作为向CPU申请中断的信号CPU可以从计数输出寄存器读出当前计数值。读前，应向控制寄存器发送锁存命令8.2.48253的编程结构1片8253内部有三个计数器，结构完全相同8253的引脚如下图所示。DIP24，+5V电源。其内部结构和寻址方式见：P.388一片8253占用四个连续的端口地址，分别对应三个计数器CNT0、CNT1、CNT2和控制寄存器。每个计数器内部都有一个8位控制寄存器，三个控制寄存器共用一个端口，在编程结构图中画为一个。8253内部寄存器与地址码A1、A0的关系A1A000选中CNT0计数器进行读写01选中CNT1计数器进行读写10选中CNT2计数器进行读写11选中控制寄存器进行写8.2.48253的编程结构8.2.48253的编程结构8253控制字的格式每个计数器的初值寄存器（CR）、输出锁存器（OL）都是16位的，但它们对应相同的一个8位端口地址，所以16位的CR、OL作为两个8位寄存器读写，由控制寄存器控制读写高8位/低8位SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCDD7D6D5D4D3D2D1D0：非法112数器：选101:010选择计数器:00择计选择计数器再读写高字节先读写低字节只读写高字节只读写低字节计数值锁存:11:10:01:005:1014:1003:112:101:0010:000方式方式方式方式方式方式码计数二进制计数BCD:1:08.2.58253的编程命令初始化①写入控制字②按控制字要求写入计数初值计数器初值计算：N=fCLK/fOUT=TOUT/TCLK例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器0，工作模式2，CR/OL仅使用低8位，初值为100，计数值使用二进制MOVAL,14HOUT73H,ALMOVAL,100OUT70H,AL8.2.58253的编程命令例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器2，工作模式1，CR/OL使用16位，初值为1234，计数值使用BCDMOVAL,B3HOUT73H,ALMOVAX,1234HOUT72H,ALMOVAL,AHOUT72H,AL8.2.58253的编程命令读出命令1）发出锁存命令，使当前计数值锁存在OL中2）读OL，获得当前计数值例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。读出计数器0的当前计数值，放在BX中MOVAL,0HOUT73H,ALINAL,70HMOVBL,ALINAL,70HMOVBH,AL8.2.68253的工作模式工作模式决定以下内容：1）门控信号的影响高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK，也不计数——模式0，2，3，4上升沿允许（上升沿触发）——模式1，52）OUT信号的状态写入控制字后，OUT的状态计数过程中，OUT的状态计数终了，OUT的状态3）计数操作可否重复不可重复——模式0，4自动重复——模式2，3条件重复——模式1，58.2.68253的工作模式六种工作模式详见P.230各种工作模式相同之处：控制字写入计数器，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态计数初始值写入（GATE上升沿）之后，要经过一个时钟周期，计数执行部件才可以开始进行计数操作。因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数注意区分的几点：不同的工作方式启动计数器工作的方式不同OUT输出波形不同GATE信号的作用不同本次计数过程中，GATE信号的改变对计数的影响本次计数过程中，写入计数初值对计数的影响8.2.68253的工作模式8.2.68253的工作模式方式0：计数初值写入CR后，OUT由0到1跳变出现在n+1个时钟脉冲之后延迟时间TD=(n+1)TCLK方式1：单脉冲宽度T=nTCLK方式2：对输入端n个时钟脉冲，在输出端仅出现一个时钟脉冲(负脉冲)——N分频计数器8.2.68253的工作模式方式（方波发生器）例：计数器工作模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定OUT端输出方波的特性。解：TCLK=1/2MHz=500ns计数器初值15为奇数，输出分频波高电平宽度TCLK(N+1)/2=4s输出分频波低电平宽度TCLK(N-1)/2=3.5s方式4、5：触发后n+1个时钟脉冲之后输出端产生选通脉冲信号计数的启动方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后，就开始计数的而方式1和方式5需要GATE端来外部触发脉冲（条件），才开始计数输出波形方式2、4、5的输出波形相似方式2、3的波形连续，方式3为方波方式1输出的是宽度为为N个CLK脉冲周期的低电平有效脉冲方式0在计数数过程中输出为低电平，计数结束时变为高电平8.2.78253计数器小结（1）8253工作方式小结门控信号GATE可以控制计数过程方式0、2、3、4是电平起作用，允许/禁止计数方式1、2、3、5是上升沿起作用，启动计数对方式2、3来说，GATE信号的电平、上升沿都可以起作用8.2.78253计数器小结8253的编程初始化编程①写入控制字②写入计数初值③计数初值=CLK脉冲频率/输出脉冲频率=定时时间（输出脉冲周期）/CLK周期操作编程①写入计数初值（新）②读取计数器的计数值③向计数器发锁存命令④读取计数器锁存的计数值8.2.78253计数器小结（2）8253的编程小结8253的工作模式举例例：计数器0工作模式4，初始化计数器，使装入计数器10s后产生选通信号(设时钟频率2MHz,8253端口地址为50H~53H)。解：n+1=T/TCLK=10/0.5=20n=19=13HMOVAL,18HOUT53H,ALMOVAL,13HOUT50H,AL8.2.88253的应用1.PC机中8253的应用计数器0：向系统日历时钟提供定时中断模式3，控制字36H，计数器初始值0计数器1：动态RAM刷新模式2，控制字54H，计数器初始值18（12H）计数器2：控制扬声器发声模式3，控制字B6H，计数器初始值1331（533H）PC机中，8253的端口地址为40H~43H8.2.88253的应用2.扬声器控制设计一个程序，使扬声器发出600Hz频率的声音，按下任意键声音停止PC机的发声系统以计数器2为核心。CLK2的输入频率1.19MHz,改变计数器初值可以由OUT2得到不同频率的方波输出对于600Hz，计数初值1.19MHz/600Hz=1938发声系统受8255芯片B口的两个输出端线PB0、PB1的控制PB0为1，使GATE2为1，计数器2能正常计数PB1为1，打开输出控制门8.2.88253的应用2.扬声器控制CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:INAL,61HORAL,03HOUT61H,ALMOVAX,1983OUT42H,ALMOVAL,AHOUT42,ALMOVAH,01HINT21HINAl,61HANDAL,0FCHOUT61H,ALMOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART8.2.88253的应用3.以2MHz输入8253，实现每5秒定时中断（设8253端口地址40H~43H）分析：8253最大初值65536，CLK=2MHz可实现最大时间间隔65536/(2106)=32.769ms所以需要两个计数器串联，一个计数器的输出作为另一个计数器的输入8.2.88253的应用计数器1：模式2，OUT1每5ms输出一个脉冲初值(2106)/(1/0.005)=10000计数器0：模式2，OUT0每5s输出一个脉冲初值(1/0.005)/(1/5)=1000OUT0GATE0CLK0OUT1GATE1CLK1+5V+5V2MHz每5秒产生一个脉冲程序：MOVAL,74HOUT43H,ALMOVAX,10000OUT41H,