典型接口芯片原理和应用课件

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1、嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用1第第5 5章章 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用5.15.1 简单简单I/OI/O接口电路及其应用接口电路及其应用5.25.2 可编程外围接口芯片可编程外围接口芯片8255A8255A及其应用及其应用5.35.3 可编程计数器可编程计数器/定时器定时器82538253及其应用及其应用5.45.4 串口通信和可编程接口芯片串口通信和可编程接口芯片8251A8251A及其应用及其应用嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用25.15.1 简单简单I/OI

2、/O接口电路及其应用接口电路及其应用nI/OI/O接口的功能接口的功能n采用采用I/OI/O接口的必要性接口的必要性计算机和外设之间的信息交换带来一些问题：计算机和外设之间的信息交换带来一些问题：n速度不匹配速度不匹配n信号电平不匹配信号电平不匹配n信号格式不匹配信号格式不匹配n时序不匹配时序不匹配因此因此I/OI/O设备不能直接与设备不能直接与CPUCPU的系统总线相连，必须在的系统总线相连，必须在CPUCPU与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用3n接口的

3、功能：接口的功能：n设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的不协设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的不协调问题调问题n设置信号电平转换电路设置信号电平转换电路n设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求n设置时序控制电路来同步设置时序控制电路来同步CPUCPU和外设的工作和外设的工作n提供地址译码电路，使提供地址译码电路，使CPUCPU在同一时刻只能选中某在同一时刻只能选中某一个一个I/OI/O端口。端口。I/OI/O接口电路是外设和计算机之间传送信息的交换部件，接口电路是外设和计算机之间传送信息的交换部件，也称为界面，它使两者之间能很好地协调工作，每一也

4、称为界面，它使两者之间能很好地协调工作，每一个外设都要通过接口电路才能和主机相连。个外设都要通过接口电路才能和主机相连。CPUCPU接口接口外设外设嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用4l随着大规模集成电路技术的发展，出现了许多通用的随着大规模集成电路技术的发展，出现了许多通用的可编程接口芯片，可用它们来方便地构成接口电路。可编程接口芯片，可用它们来方便地构成接口电路。后面几章将介绍常见的可编程后面几章将介绍常见的可编程I/OI/O接口芯片的原理、接口芯片的原理、编程方法及与编程方法及与CPUCPU的连接方法。的连接方法。l可编程中断控制器可编

5、程中断控制器8259A8259Al可编程计数器可编程计数器/定时器定时器82538253l可编程外围接口芯片可编程外围接口芯片8255A8255Al串行通信和可编程接口芯片串行通信和可编程接口芯片8251A8251AlA/DA/D和和D/AD/A转换芯片。转换芯片。l本章介绍最常用的简单本章介绍最常用的简单I/OI/O接口芯片接口芯片,主要有缓冲器主要有缓冲器(Buffer)(Buffer)和锁存器和锁存器(Latch)(Latch)。可编程输入输出接口芯片可编程输入输出接口芯片嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用5二、简单的输入输出接口芯片二

6、、简单的输入输出接口芯片n缓冲器缓冲器74LS24474LS244和和74LS24574LS245u连接在总线上的缓冲器都具有连接在总线上的缓冲器都具有三态输出三态输出能力。能力。u在在CPUCPU或或I/OI/O接口电路需要输入输出数据时，在接口电路需要输入输出数据时，在它的使能控制端它的使能控制端ENEN（或（或GG）作用一个低电平脉冲，）作用一个低电平脉冲，使它的内部的各缓冲单元接通，即处在输出使它的内部的各缓冲单元接通，即处在输出0 0或或1 1的透明状态。数据被送上总线。的透明状态。数据被送上总线。u当使能脉冲撤除后，它处于当使能脉冲撤除后，它处于高阻态高阻态。这时，各缓。这时，各缓

7、冲单元像一个断开的开关，等于将它所连接的电冲单元像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。路从总线脱开。u74LS24474LS244和和74LS24574LS245就是最常用的数据缓冲就是最常用的数据缓冲器。除缓冲作用外，它们还能提高总线的驱器。除缓冲作用外，它们还能提高总线的驱动能力。动能力。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用6（1 1）74LS244 74LS244 单向数据缓冲器单向数据缓冲器n8 8个三态缓冲单元，分成两组，分别由门个三态缓冲单元，分成两组，分别由门控信号控信号1G1G和和2G2G控制。控制。1G1G和和2G

8、2G为低电平为低电平时，数据传送；高电平时，输出高阻态。时，数据传送；高电平时，输出高阻态。n单向缓冲器，只能从单向缓冲器，只能从A A端到端到Y Y端。端。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用7（2 2）74LS245 74LS245 双向数据缓冲器双向数据缓冲器n8 8个双向、三态缓冲器。个双向、三态缓冲器。n门控信号输入端门控信号输入端GG。n方向控制端方向控制端DIRDIR，高电平时，数据，高电平时，数据从从A A端传向端传向B B端；低电平时，从端；低电平时，从B B端传向端传向A A端。端。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验

9、典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用82.2.锁存器锁存器74LS37374LS373n锁存器具有暂存数据的能力，能将数锁存器具有暂存数据的能力，能将数据锁住，在输出控制信号的作用下将据锁住，在输出控制信号的作用下将数据传送出去。数据传送出去。74LS37374LS373是一种常用是一种常用的的8D8D锁存器，它可以直接挂在总线上，锁存器，它可以直接挂在总线上，并具有三态总线驱动能力。并具有三态总线驱动能力。n两个控制输入端：输入使能端两个控制输入端：输入使能端G G和允许和允许输出端输出端OEOE。nOEOE为低时：为低时：G G为高时为高时，D D端数据到端数据到O O端；端；GG

10、为低时为低时，O O端将是前面锁存的数端将是前面锁存的数据，不受据，不受D D端的变化影响。端的变化影响。nOEOE为高时为高时：输出将呈高阻态。：输出将呈高阻态。OEOEG GD DOO低低高高高高高高低低高高低低低低低低低低X X锁存锁存高高X XX X高阻态高阻态真值表真值表嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用9三、三、I/OI/O端口及其寻址方式端口及其寻址方式nI/OI/O端口端口lCPUCPU与外设通信时，传送的信息主要包括与外设通信时，传送的信息主要包括数据信息、数据信息、状态信息和控制信息。状态信息和控制信息。l这些信息分别进入

11、不同的寄存器，通常将这些寄存器这些信息分别进入不同的寄存器，通常将这些寄存器和它们的控制逻辑统称为和它们的控制逻辑统称为I/OI/O端口（端口（PortPort），），CPUCPU可可对端口中的信息直接进行读写。对端口中的信息直接进行读写。数据信息数据信息状态信息状态信息控制信息控制信息I/OI/O接口接口外设外设数据端口数据端口数据端口数据端口状态端口状态端口控制端口控制端口嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用10n数据端口（数据端口（Data PortData Port）用来存放用来存放CPUCPU与外设之间交换的数据，长度一般为与外设之间

12、交换的数据，长度一般为1-21-2个字节，个字节，主要起缓冲作用。主要起缓冲作用。n状态端口（状态端口（Status PortStatus Port）用来指示外设的当前状态。每种状态用用来指示外设的当前状态。每种状态用1 1位表示，由位表示，由CPUCPU读取。读取。几种最常用的状态位有：几种最常用的状态位有：n准备就绪位（准备就绪位（ReadyReady）n针对针对CPUCPU输入端口输入端口：1 1：数据寄存器已准备好数据，等待数据寄存器已准备好数据，等待CPUCPU读取，读取，取走后，位清取走后，位清0 0。n针对针对CPUCPU输出端口输出端口：1 1：输出数据寄存器已空，可以接收下一

13、个数输出数据寄存器已空，可以接收下一个数据；新数据到达后，位清据；新数据到达后，位清0 0。n忙碌位（忙碌位（BusyBusy）n表明外设是否能接收数据。表明外设是否能接收数据。1 1：外设忙，暂时不允许外设忙，暂时不允许CPUCPU送信的数送信的数据过来。据过来。0 0：外设已空闲，允许外设已空闲，允许CPUCPU发送下一个数据。发送下一个数据。n错误位（错误位（ErrorError）n1 1：指示在数据传送过程中出现错误。指示在数据传送过程中出现错误。CPUCPU进行相应的处理，如重进行相应的处理，如重新传送或中止操作等。新传送或中止操作等。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接

14、口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用11n命令端口（命令端口（Command PortCommand Port）n也称为控制端口（也称为控制端口（Control PortControl Port），用来存放），用来存放CPUCPU向接口发出向接口发出的各种命令和控制字，以便控制接口和设备的动作。的各种命令和控制字，以便控制接口和设备的动作。n常见的命令信息有常见的命令信息有启动位、停止位、允许中断位启动位、停止位、允许中断位等。等。n接口芯片不同，控制字的格式和内容是各不相同的，常见的控接口芯片不同，控制字的格式和内容是各不相同的，常见的控制字有制字有方式控制字、操作命令字方式控制字、操作命

15、令字等。等。在微型计算机系统中，在微型计算机系统中，CPUCPU通过接口和外设交换数据时，通过接口和外设交换数据时，只有输入（只有输入（ININ）和输出（）和输出（OUTOUT）两种指令，所以只能把）两种指令，所以只能把状态信息和命令信息当作数据来传送，并且状态信息和命令信息当作数据来传送，并且将状态信息作将状态信息作为输入数据，控制信息作为输出数据为输入数据，控制信息作为输出数据，于是，于是三种信息都可三种信息都可以通过数据总线来传送了以通过数据总线来传送了。这三种信息被送入三种不同端口的寄存器，因而能实施不这三种信息被送入三种不同端口的寄存器，因而能实施不同的功能。同的功能。嵌入式系统原理

16、与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用122.I/O2.I/O端口的寻址方法端口的寻址方法n存储器映像寻址方式（存储器映像寻址方式（Memory Mapped I/OMemory Mapped I/O）nI/OI/O单独编址方式单独编址方式 CPU CPU对外设的访问实质上是对对外设的访问实质上是对I/OI/O接口电路中相应接口电路中相应端口的访问，因此和存储器一样，也需要由译码电路端口的访问，因此和存储器一样，也需要由译码电路来形成来形成I/OI/O端口地址。端口地址。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用13

17、四、四、CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式n软件实现：程序控制方式、中断方式。软件实现：程序控制方式、中断方式。n硬件实现：硬件实现：DMADMA方式。方式。程序控制方式程序控制方式 无条件方式（同步传送方式）无条件方式（同步传送方式）u 最简单的传送方式，主要用于对简单的外设进行操作，最简单的传送方式，主要用于对简单的外设进行操作，或者外设的定时是固定的或已知的场合。或者外设的定时是固定的或已知的场合。u 程序可以不必检查外设的状态，而在需要进行程序可以不必检查外设的状态，而在需要进行I/OI/O操操作时，直接执行作时，直接执行I/OI/O指令。指令。嵌入式系统原理与实

18、验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用14无条件传送方式无条件传送方式n开关连接到三态缓冲器，开关连接到三态缓冲器，缓冲器输出端接到缓冲器输出端接到CPUCPU的的数据总线。数据总线。n开关断开：高电平输入；开关断开：高电平输入；n开关闭合：低电平输入。开关闭合：低电平输入。n执行输入指令，使执行输入指令，使M/IOM/IO、RDRD和片选信号和片选信号CSCS同时变同时变为低电平，经过反向与非为低电平，经过反向与非门变成有效的低电平开启门变成有效的低电平开启缓冲器的三态门，使开关缓冲器的三态门，使开关的当前状态以二进制的形的当前状态以二进制的形式被读入式被读入C

19、PUCPU。n检查字节各位的内容，就检查字节各位的内容，就能了解各开关当前状态。能了解各开关当前状态。简单输入端口简单输入端口CPU查询按键开关的状态嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用15无条件传送方式无条件传送方式n用一个由锁存器构成的用一个由锁存器构成的输出端口来把输出端口来把LEDLED接到接到计算机的数据总线上，计算机的数据总线上，并串接一个限流电阻，并串接一个限流电阻，共阴连接。共阴连接。n点燃点燃LEDLED的位是的位是1 1，灭的，灭的是是0 0。n输出指令使输出指令使M/IOM/IO、WRWR和片选信号和片选信号CSCS同时变

20、低，同时变低，相与后的低电平信号经相与后的低电平信号经反相后出发锁存器。反相后出发锁存器。n由于锁存器的作用，输由于锁存器的作用，输出值能一直保持到下一出值能一直保持到下一个输出指令到达为止，个输出指令到达为止，这段时间内，这段时间内，LEDLED的状的状态也将保持不变。态也将保持不变。简单输出端口简单输出端口控制LED显示器的点灭嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用16 条件传送（查询式传送）条件传送（查询式传送）n一般情况下，一般情况下，CPUCPU在执行在执行I/OI/O时，很难保证输入时，很难保证输入设备总是准备好数据，或是输出设备已经

21、处在接设备总是准备好数据，或是输出设备已经处在接收数据状态。收数据状态。CPUCPU必须先确认外设已处于准备传必须先确认外设已处于准备传送数据状态，才能进行传送。送数据状态，才能进行传送。nCPUCPU必须先执行一条输入指令，从外设的状态口必须先执行一条输入指令，从外设的状态口读取当前的状态。读取当前的状态。如果外设未准备好或处于忙碌如果外设未准备好或处于忙碌状态，则程序要转回去反复执行读状态指令，不状态，则程序要转回去反复执行读状态指令，不断检测外设的状态断检测外设的状态；直到外设准备就绪为止，然；直到外设准备就绪为止，然后后CPUCPU才可以进行正常的才可以进行正常的I/OI/O操作。操作

22、。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用17A A、查询式输入方式、查询式输入方式n当输入设备准备好数据后，就向当输入设备准备好数据后，就向I/OI/O接口电路发一个选通信号。接口电路发一个选通信号。n将外设的数据打入数据锁存器中。将外设的数据打入数据锁存器中。n使使DD触发器的触发器的Q Q端置端置1 1，表明数据准备好。，表明数据准备好。nCPUCPU先执行先执行ININ指令读状态口的信息，三态门开启，指令读状态口的信息，三态门开启，Q Q端的端的1 1送到送到D0D0位，并被读入位，并被读入累加器。累加器。n程序检测到程序检测到D0D0为为

23、1 1后，便执行后，便执行ININ指令读数据口。指令读数据口。n开启数据缓冲器，将外设送到锁存器中的数据经缓冲器送到数据总线后进累开启数据缓冲器，将外设送到锁存器中的数据经缓冲器送到数据总线后进累加器。加器。n将将DD触发器清触发器清0 0，一次数据传送完毕。，一次数据传送完毕。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用18A A、查询式输入方式、查询式输入方式n设状态口的地址是设状态口的地址是PORT_S1,PORT_S1,输入数据输入数据口的地址是口的地址是PORT_IN,PORT_IN,传送数据的总字传送数据的总字节数为节数为COUNT_1:C

24、OUNT_1:MOV BX,0；初始化地址指针BXMOV CX,COUNT_1；字节数READ_S1:IN AL,PORT_S1；读入状态位TEST AL,01H；数据准备好否？JZ READ_S1；否，循环检测IN AL,PORT_IN；已准备好，读数据MOV BX,AL；存到内存缓冲区INC BX；修改地址指针LOOP READ_S1；未传送完，继续传送 .嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用19查询式输查询式输出方式出方式n当当CPUCPU准备向外设输出数据时，先执行准备向外设输出数据时，先执行ININ指令读状态口的信息。三态门开启，指令

25、读状态口的信息。三态门开启，从数据总线从数据总线D1D1位读入位读入BUSYBUSY状态。状态。n若若BUSY=1BUSY=1，表示外设在接收上一个数据的忙碌状态。，表示外设在接收上一个数据的忙碌状态。n只有在只有在BUSY=0BUSY=0时，时，CPUCPU才能向外设输出新的数据。才能向外设输出新的数据。n程序检测到程序检测到D1(BUSY)D1(BUSY)为为0 0后，便执行后，便执行OUTOUT指令输出数据。指令输出数据。n选通数据锁存器，将数据送向外设。选通数据锁存器，将数据送向外设。n选通信号的后沿使选通信号的后沿使D D触发器翻转，置触发器翻转，置Q Q为高电平，将状态口的为高电平

26、，将状态口的BUSYBUSY置置1 1。n输出设备从接口中取出数据后，就送回一个应答信号输出设备从接口中取出数据后，就送回一个应答信号ACKACK，将，将DD触发器清触发器清0 0，即，即置置BUSYBUSY为为0 0，允许，允许CPUCPU送出下一个数据。送出下一个数据。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用20B B、查询式输出方式、查询式输出方式n设状态口的地址是设状态口的地址是PORT_S2,PORT_S2,输出数据输出数据口的地址是口的地址是PORT_OUT,PORT_OUT,传送数据的总传送数据的总字节数为字节数为COUNT_2:CO

27、UNT_2:MOV CX，COUNT_2；传送的字节数READ_S2:IN AL,PORT_S2；读入状态位TEST AL,02H；忙否？JNZ READ_S2；忙，循环检测 MOV AL,输出数据；不忙 OUT PORT_OUT,AL；存到内存缓冲区 LOOP READ_S2；未传送完，循环.；已送完嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用212 2、中断方式、中断方式n用查询方式须反复查询外设的状态。由于许多外设的速度很用查询方式须反复查询外设的状态。由于许多外设的速度很低，查询等待过程会占去低，查询等待过程会占去CPUCPU的绝大部分时间，而

28、真正用于的绝大部分时间，而真正用于数据交换的数据却很少，使数据交换的数据却很少，使CPUCPU的利用率变得很低。为了提的利用率变得很低。为了提高高CPUCPU的利用率和进行实时数据处理，的利用率和进行实时数据处理，CPUCPU常采用常采用中断方式中断方式与外设交换数据。与外设交换数据。n采用中断方式后，采用中断方式后，CPUCPU平时可以执行主程序，只有当输入设平时可以执行主程序，只有当输入设备将数据准备好，或输出设备的数据缓冲器已空时，才向备将数据准备好，或输出设备的数据缓冲器已空时，才向CPUCPU发出中断请求。发出中断请求。nCPUCPU响应中断后，暂停执行当前的程序，转去执行管理外设响

29、应中断后，暂停执行当前的程序，转去执行管理外设的中断服务程序。其中，用输入或输出指令在的中断服务程序。其中，用输入或输出指令在CPUCPU和外设之和外设之间进行一次数据交换。间进行一次数据交换。n等输入输出操作完成之后，等输入输出操作完成之后，CPUCPU又回去执行原来的程序。又回去执行原来的程序。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用225.25.2 可编程外围接口芯片可编程外围接口芯片8255A8255A及其应用及其应用0.0.概述概述1.82551.8255的外部引脚及内部结构的外部引脚及内部结构2.82552.8255的工作方式的工作方式

30、3.82553.8255的控制字及状态字的控制字及状态字4.82554.8255的应用举例的应用举例嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用230.0.概述概述n 并行接口：一次可以同时传送一个数据的所有位并行接口：一次可以同时传送一个数据的所有位n 并行接口的数据传送方向：一是单向传送并行接口的数据传送方向：一是单向传送(只作为输入口或只作为输入口或输出口输出口)，另一种是双向传送，另一种是双向传送(既可作为输入口，也可作为输既可作为输入口，也可作为输出口出口)n 并行接口的可编程性：并行接口的可编程性：不可编程：简单不可编程：简单(如锁存器或三

31、态门如锁存器或三态门)可编程：复杂，功能完善的并行接口中一般都包括输入可编程：复杂，功能完善的并行接口中一般都包括输入/输出数据寄存器、控制寄存器输出数据寄存器、控制寄存器(存放控制命令存放控制命令)、状态寄存器、状态寄存器(保存当前工作状态保存当前工作状态)和总线缓冲器等部件和总线缓冲器等部件 82558255是是IntelIntel公司为公司为80808686系列系列CPUCPU配套的可编程并行接配套的可编程并行接口芯片。通用性较强；使用灵活；典型的可编程并行接口。口芯片。通用性较强；使用灵活；典型的可编程并行接口。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯

32、片原理和应用241.82551.8255的外部引脚及内部结构的外部引脚及内部结构A A1 1 A A0 0定义定义0 00 00 10 11 01 01 11 1选择选择A A口口选择选择B B口口选择选择C C口口选择控制寄存器选择控制寄存器嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用25内部结构内部结构嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用26与系统总线的连接示意图与系统总线的连接示意图 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用272.82552.8255

33、的工作方式的工作方式n三种基本的工作方式：三种基本的工作方式：方式方式0 0：基本输入：基本输入/输出方式输出方式 方式方式1 1：选通的输入：选通的输入/输出方式输出方式 方式方式2 2：双向传输方式：双向传输方式 nA A口可以工作在方式口可以工作在方式0 0、方式、方式1 1或方式或方式2 2，B B口和口和C C口只能工作于方式口只能工作于方式0 0或方式或方式1 1。n3 3个端口的工作方式可通过软件编程来设定。个端口的工作方式可通过软件编程来设定。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用28方式方式0 0nA A口、口、C C口的高口的

34、高4 4位，位，B B口、口、C C口的低口的低4 4位可分别定义为位可分别定义为输入或输出，它们互相独立，输入或输出，它们互相独立，故共有故共有1616种不同的组合。种不同的组合。例如，可定义例如，可定义A A口和口和C C口高口高4 4位为输入口，位为输入口，B B口和口和C C口低口低4 4位为输出口位为输出口n定义为输出的口均有锁存数据的能力，而定义为输入的定义为输出的口均有锁存数据的能力，而定义为输入的口则无锁存能力口则无锁存能力n在方式在方式0 0下，下，C C口有按位进行置位和复位的能力口有按位进行置位和复位的能力 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用

35、典型接口芯片原理和应用29方式方式0 0的应用方式之一的应用方式之一n 无条件传送方式：传送数据的双方互相了解，不需无条件传送方式：传送数据的双方互相了解，不需要发控制信号给对方，也不需要查询对方状态，要发控制信号给对方，也不需要查询对方状态，CPUCPU只需直接执行输入只需直接执行输入/输出指令便可将数据读入输出指令便可将数据读入或写出。或写出。n 在无条件传送方式下，在无条件传送方式下，A A、B B、C 3C 3个口的全部个口的全部2424位都可以用做数据线位都可以用做数据线嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用30方式方式0 0的应用方式

36、之二的应用方式之二n 查询工作方式：需要通信双方互相了解对方的状态，查询工作方式：需要通信双方互相了解对方的状态，但方式但方式0 0由于没有规定固定的应答信号，这时常将由于没有规定固定的应答信号，这时常将C C口的高口的高4 4位位(或低或低4 4位位)定义为输入，用来接收外设定义为输入，用来接收外设的状态信号；而将的状态信号；而将C C口的另外口的另外4 4位定义为输出，用位定义为输出，用来产生控制信号。来产生控制信号。n 此时的此时的A A、B B口可用来传送数据。口可用来传送数据。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用31方式方式1 1n也

37、称为选通的输入也称为选通的输入/输出方式输出方式nA A、B B、C 3C 3个口被分为两组个口被分为两组nA A组：组：A A口和口和C C口的高口的高4 4位，位，A A口口可由编程任意设定为输入口或输可由编程任意设定为输入口或输出口，出口，C C口的高口的高4 4位则用作位则用作A A口输口输入入/输出操作的控制和同步信号输出操作的控制和同步信号nB B组包括组包括B B口和口和C C口的低口的低4 4位，位，B B口可由编程任意设定口可由编程任意设定为输入口或输出口，为输入口或输出口，C C口的低口的低4 4位则用作位则用作B B口输入口输入/输输出操作的控制和同步信号出操作的控制和同

38、步信号nA A口和口和B B口的输入数据和输出数据都被锁存口的输入数据和输出数据都被锁存 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用32方式方式1 1（A A口、口、B B口都设定为输出口口都设定为输出口 ）n利用利用C C口的口的6 6根线作为根线作为A A口和口和B B口的控制信号。控制信号线的口的控制信号。控制信号线的安排是固定的，不允许改变：安排是固定的，不允许改变：A A口使用口使用PCPC3 3、PCPC6 6和和PCPC7 7，而，而B B口用口用PCPC0 0、PCPC1 1和和PCPC2 2。输出缓冲器满输出缓冲器满 外设响应信号外

39、设响应信号 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用33嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用34方式方式1 1（A A口、口、B B口都设定为输入口口都设定为输入口 ）n利用利用C C口的口的6 6根线作为根线作为A A口和口和B B口的控制信号。控制信号线口的控制信号。控制信号线的安排是固定的，不允许改变：的安排是固定的，不允许改变：A A口使用口使用PCPC3 3、PCPC4 4和和PCPC5 5，而而B B口用口用PCPC0 0、PCPC1 1和和PCPC2 2。输入缓冲器满输入缓冲器满 输入

40、选通信号输入选通信号 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用35嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用36方式方式2 2n双向传输方式。只有双向传输方式。只有A A口可以工作在这种方式口可以工作在这种方式n外设能利用外设能利用8 8位数据线与位数据线与CPUCPU进行双向通信，此进行双向通信，此时时A A口既作为输入口又口既作为输入口又作为输出口作为输出口n利用利用C C口的口的5 5根线来提供双向传输所需的控制信号根线来提供双向传输所需的控制信号n当当A A口工作于方式口工作于方式2 2时，时，B

41、 B口可以工作在方式口可以工作在方式0 0或方式或方式1 1，而，而C C口剩下的口剩下的3 3根线可作为零散的输入根线可作为零散的输入/输出线使输出线使用或用做用或用做B B口方式口方式1 1之下的控制信号线。之下的控制信号线。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用373.82553.8255的控制字及状态字的控制字及状态字方式控制字方式控制字 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用38C C口的位控制字口的位控制字 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理

42、和应用39方式方式1 1时的状态字时的状态字 方式方式2 2时的状态字时的状态字 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用40查询方式的打印机接口查询方式的打印机接口 打印机工作时序打印机工作时序 4.82554.8255的应用举例的应用举例嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用4182558255的初始化程序如下：的初始化程序如下：(8255(8255的地址范围为的地址范围为0FF00H0FF00H0FF03H)0FF03H)INIT:MOV DX,FF03H ;8255INIT:MOV DX,FF

43、03H ;8255的控制寄存器端口地址送的控制寄存器端口地址送DXDX MOV AL,10000001B ;A MOV AL,10000001B ;A组方式组方式0 0：A A口、口、C C口高口高4 4位输出位输出 ;B;B组方式组方式0 0：B B 口、口、C C 口低口低4 4位输入位输入 OUT DX,AL ;OUT DX,AL ;方式控制字送控制寄存器方式控制字送控制寄存器 MOV AL,00001101B ;C MOV AL,00001101B ;C 口的按位操作控制字口的按位操作控制字 ;使使PCPC6 6初始状态置为初始状态置为1 1 OUT DX,AL ;C OUT DX,A

44、L ;C口位操作控制字送控制寄存器口位操作控制字送控制寄存器嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用42打印一批字符的程序段：打印一批字符的程序段：MOV CX,COUNT ;MOV CX,COUNT ;将字符串长度作为循环次数将字符串长度作为循环次数 MOV SI,OFFSET DATA ;MOV SI,OFFSET DATA ;取字符串首地址取字符串首地址GOON:MOV DXGOON:MOV DX，0FF02H ;0FF02H0FF02H ;0FF02H为为C C口的地址口的地址 IN AL,DX ;IN AL,DX ;从从C C口读入打印机

45、的口读入打印机的BUSYBUSY信号状态信号状态 AND AL,02H ;AND AL,02H ;测试打印机状态测试打印机状态(位位1)1)JNZ GOON ;JNZ GOON ;若若BUSYBUSY为高电子，则循环等待为高电子，则循环等待 MOV AL,SI ;MOV AL,SI ;否则取一个字符否则取一个字符 MOV DX,0FF00H ;0FF00HMOV DX,0FF00H ;0FF00H为为A A口的地址口的地址 OUT DX,AL ;OUT DX,AL ;输出一个字符到输出一个字符到A A口口 MOV DX,0FF02HMOV DX,0FF02H ;准备在准备在PCPC6 6上生成

46、一个负脉冲上生成一个负脉冲 MOV AL,0MOV AL,0 OUT DX,ALOUT DX,AL ；因仅；因仅PCPC6 6接打印机，故由接打印机，故由C C口输出口输出00H00H将使将使PCPC6 6变变低低 MOV AL,40HMOV AL,40H OUT DX,ALOUT DX,AL ;再使再使PCPC6 6变高，在变高，在PCPC6 6上生成一个上生成一个STROBESTROBE负脉冲负脉冲 INC SI ;INC SI ;指向下一个字符指向下一个字符 LOOP GOON ;LOOP GOON ;若未结束，则继续若未结束，则继续 HLTHLT MOV DX,0FF03H MOV D

47、X,0FF03H MOV AL,00001100B MOV AL,00001100B ;PC6;PC6复位复位(=0)(=0)OUT DX,AL OUT DX,AL MOV AL,00001101B MOV AL,00001101B ;PC6;PC6置位置位(=1)(=1)OUT DX,AL OUT DX,AL 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用43共阴极段码DPgfedcba共阳极段码DPgfedcba0123456789数码管数码管嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用445.35.3 可编

48、程计数器可编程计数器/定时器定时器82538253及其应用及其应用0.0.概述概述1.82531.8253的外部引脚及内部结构的外部引脚及内部结构2.82532.8253的工作方式的工作方式3.82533.8253的控制字的控制字4.82534.8253的应用举例的应用举例嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用450.0.概述概述定时信号的产生定时信号的产生p软件编程的方法软件编程的方法p硬件的方法硬件的方法p软件定时：设计一个延时子程序，子程序中全部指令执行软件定时：设计一个延时子程序，子程序中全部指令执行时间的总和就是该子程序的延时时间。时间

49、的总和就是该子程序的延时时间。特点：简单，易实现，需要了解延时子程序中每条指令的执特点：简单，易实现，需要了解延时子程序中每条指令的执行时间；定时时间不太精确；仅适用于延时时间较短、重行时间；定时时间不太精确；仅适用于延时时间较短、重复次数有限的场合；占用复次数有限的场合；占用CPUCPU大量的时间，使大量的时间，使CPUCPU的利用的利用率降低。率降低。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用46硬件的方法：利用专用的硬件定时硬件的方法：利用专用的硬件定时/计数器，在计数器，在简单软件控制下产生准确的延时时间。简单软件控制下产生准确的延时时间。基

50、本原理：基本原理：p 通过软件确定通过软件确定定时定时/计数器计数器的工作方式、设的工作方式、设置计数初值并启动计数器工作置计数初值并启动计数器工作p 当计数到给定值时，便自动产生定时信号当计数到给定值时，便自动产生定时信号p 成本不高，程序简单，几乎不占用成本不高，程序简单，几乎不占用CPUCPU资源资源p 适合长时间、多次重复的定时，也可用于延适合长时间、多次重复的定时，也可用于延时时间较短的场合时时间较短的场合嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用47定时定时/计数器的计数方式：计数器的计数方式：p加法计数器和减法计数器加法计数器和减法计数

51、器p加法计数器是每有一个计数脉冲就加加法计数器是每有一个计数脉冲就加1 1，当加到预，当加到预先设定的计数值时，产生一个定时信号先设定的计数值时，产生一个定时信号p减法计数器是在送入计数初值后，每来一个计数脉减法计数器是在送入计数初值后，每来一个计数脉冲就减冲就减1 1，减到，减到0 0时产生一个定时信号输出时产生一个定时信号输出p可编程定时可编程定时/计数器计数器82538253就是一个减法计数器，它就是一个减法计数器，它是是IntelIntel公司专为公司专为80808686系列配套开发的系列配套开发的1616位可编位可编程定时程定时/计数器芯片。计数器芯片。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统

52、原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用481.82531.8253的外部引脚及内部结构的外部引脚及内部结构三通道的三通道的1616位定时位定时/计数器计数器;计数器的工作方式及计数常数分计数器的工作方式及计数常数分别由软件编程选择别由软件编程选择;可进行二进制或十进制计数或定可进行二进制或十进制计数或定时操作时操作;最高计数频率为最高计数频率为2 MHz;2 MHz;使用单电源使用单电源+5 V+5 V供电供电;输入输入/输出均与输出均与TTLTTL电平兼容。电平兼容。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用49计数器的时钟计数器

53、的时钟信号输入端信号输入端 门控信号，用于启动或门控信号，用于启动或禁止计数器的减禁止计数器的减1操作操作 计数器输出信号计数器输出信号 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用50CSRDWRA0 A1定义定义01000写入计数器写入计数器001001写入计数器写入计数器101010写入计数器写入计数器201011写入控制寄存写入控制寄存器器00100读计数器读计数器000101读计数器读计数器100110读计数器读计数器200111无操作无操作1禁止使用禁止使用011无操作无操作嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典

54、型接口芯片原理和应用51(1)(1)计数器计数器n计数器计数器0 0、1 1和和2 2：3 3个相同的个相同的1616位减位减1 1计数计数器器n互相独立按各自的方式进行工作互相独立按各自的方式进行工作n每个计数器都包括一个每个计数器都包括一个1616位的初值寄存器、位的初值寄存器、一个计数执行单元和一个输出锁存器一个计数执行单元和一个输出锁存器嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用52计数器工作过程计数器工作过程n当置入初值后，计数执行单元开始对输入脉冲当置入初值后，计数执行单元开始对输入脉冲CLKCLK进行减进行减1 1计数，在减到计数，在减

55、到0 0时，从时，从OUTOUT端输端输出一个信号出一个信号n整个过程可以重复进行整个过程可以重复进行n计数器既可按二进制计数，也可按十进制计数计数器既可按二进制计数，也可按十进制计数n在计数过程中，计数器还受到门控信号在计数过程中，计数器还受到门控信号GATEGATE的控制的控制n在不同的工作方式下，计数器的输入在不同的工作方式下，计数器的输入CLKCLK、输、输出出OUTOUT和门控信号和门控信号GATEGATE之间的关系将会不同之间的关系将会不同嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用53(2)(2)控制寄存器控制寄存器n存放操作方式控制字存

56、放操作方式控制字n通过向控制寄存器中写入所需的控制字，通过向控制寄存器中写入所需的控制字，决定计数器的工作方式决定计数器的工作方式n控制字是在控制字是在82538253初始化时用输出指令写初始化时用输出指令写入控制寄存器的入控制寄存器的n该寄存器只能写入，不能读出。该寄存器只能写入，不能读出。嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用54n8 8位，双向，三态位，双向，三态n用于用于82538253和和CPUCPU数据总线之间的接口数据总线之间的接口nCPUCPU通过该数据缓冲器对通过该数据缓冲器对82538253进行读进行读/写。写。(3)(3)数

57、据总线缓冲器数据总线缓冲器 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用55n选片信号有效时，读选片信号有效时，读/写控制逻辑从系统写控制逻辑从系统总线接收输入信号，经过逻辑组合，产生总线接收输入信号，经过逻辑组合，产生对各部分的控制信号对各部分的控制信号n当选片信号无效当选片信号无效(高电平高电平)时，数据总线缓时，数据总线缓冲器处于高阻态，冲器处于高阻态，82538253与总线断开，与总线断开，CPUCPU不能对其进行读不能对其进行读/写操作。写操作。(4)(4)读读/写控制逻辑写控制逻辑嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和

58、应用典型接口芯片原理和应用56n82538253计数器的计数过程，可以由程序指计数器的计数过程，可以由程序指令启动，称为软件启动令启动，称为软件启动n也可由外部电路信号启动，称为硬件启也可由外部电路信号启动，称为硬件启动动计数启动方法计数启动方法嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用57(1)(1)软件启动软件启动从从CPUCPU写入计数初值到计数结束，实际的写入计数初值到计数结束，实际的CLKCLK脉冲个数比编程脉冲个数比编程写入的计数初值写入的计数初值N N要多一个，即要多一个，即N N+1+1（不可避免）。（不可避免）。嵌入式系统原理与实验

59、嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用58n写入计数初值后并不启动计数，而是在门写入计数初值后并不启动计数，而是在门控信号控信号GATEGATE由低电平变高后，再经由低电平变高后，再经CLKCLK信号的上升沿采样，之后在该信号的上升沿采样，之后在该CLKCLK的下降的下降沿才开始计数。沿才开始计数。n由于由于GATEGATE信号与信号与CLKCLK信号不一定同步，信号不一定同步，故在极端情况下，从故在极端情况下，从GATEGATE变高到变高到CLKCLK采采样之间的延时可能会经历一个样之间的延时可能会经历一个CLKCLK脉冲宽脉冲宽度，因此在计数初值与实际的度，因此

60、在计数初值与实际的CLKCLK脉冲个脉冲个数之间也会有一个时钟脉冲的误差。数之间也会有一个时钟脉冲的误差。(2)(2)硬件启动硬件启动嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用59n不自动重复的计数方式：计数器每启动一次不自动重复的计数方式：计数器每启动一次只工作一个周期只工作一个周期(即从初值减到即从初值减到0)0)n自动重复的计数方式：一旦计数启动，只要自动重复的计数方式：一旦计数启动，只要门控信号门控信号GATEGATE保持高电平，计数过程就会保持高电平，计数过程就会自动周而复始地重复下去，这时自动周而复始地重复下去，这时OUTOUT端可以端可

61、以产生连续的波形输出。产生连续的波形输出。n在自动重复计数方式下，达到稳定状态后，在自动重复计数方式下，达到稳定状态后，因启动造成的实际计数值和计数初值之间的因启动造成的实际计数值和计数初值之间的误差就不再存在。误差就不再存在。计数方式计数方式嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用602.82532.8253的工作方式的工作方式方式方式启动计数启动计数中止中止计数计数自动自动重复重复更新初值更新初值输出波形输出波形0 0软件软件(写入初值写入初值)GATEGATE=0=0否否立即有效立即有效延时时间可变的延时时间可变的上跳沿上跳沿1 1硬件硬件(

62、GATE(GATE正跳变正跳变)否否下一轮有下一轮有效效宽度为宽度为N NT TCLKCLK的的单一负脉冲单一负脉冲2 2软件软件(写入初值写入初值)硬件硬件(GATE(GATE正跳变正跳变)GATEGATE=0=0是是下一轮有下一轮有效效周期为周期为N NT TCLKCLK、宽度为宽度为T TCLKCLK的连的连续负脉冲续负脉冲3 3软件软件(写入初值写入初值)硬件硬件(GATE(GATE正跳变正跳变)GATEGATE=0=0是是下半轮有下半轮有效效周期为周期为N NT TCLKCLK的的连续方波连续方波4 4软件软件(写入初值写入初值)GATEGATE=0=0否否下一轮有下一轮有效效宽度为

63、宽度为T TCLKCLK的单的单一负脉冲一负脉冲5 5硬件硬件(GATE(GATE正跳变正跳变)否否下一轮有下一轮有效效宽度为宽度为T TCLKCLK的单的单一负脉冲一负脉冲嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用61方式方式0 0工作波形工作波形(计数结束中断方式计数结束中断方式)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用62方式方式1 1工作波形工作波形(可重复触发的单稳态可重复触发的单稳态触发器触发器)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用63方式方式

64、2 2工作波形工作波形(频率发生器频率发生器)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用64方式方式3 3工作波形工作波形(方波发生器方波发生器)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用65方式方式4 4工作波形工作波形(软件触发选通软件触发选通)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用66方式方式5 5工作波形工作波形(硬件触发选通硬件触发选通)嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用673.82533.8253

65、的控制字的控制字嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用6882538253的初始化的初始化n写入方式控制字写入方式控制字n三个通道用的控制字端口地址是相同的三个通道用的控制字端口地址是相同的n三个控制字写入后存入通道对应的寄存器中三个控制字写入后存入通道对应的寄存器中n写入计数初始值写入计数初始值n读计数值（计时）读计数值（计时）n以普通对计数器端口读的方法取得当前计数以普通对计数器端口读的方法取得当前计数值值n锁存计数器的当前计数值锁存计数器的当前计数值嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用69例

66、：某例：某80868086微机系统中，微机系统中，82538253的三个计数器端口地的三个计数器端口地址分别为址分别为3F0H3F0H，3F1H3F1H，3F2H3F2H，控制字寄存器，控制字寄存器端口地址为端口地址为3F3H3F3H，要求通道，要求通道0 0工作于方式工作于方式3 3，且计数，且计数初值初值n=1234 n=1234。则初始化程序为：。则初始化程序为：MOV ALMOV AL，000011110110111 1B B；控制字；控制字MOV DXMOV DX，3F3H3F3H ；控制端口控制端口OUTOUT DX DX，ALAL ；送控制字；送控制字MOV DXMOV DX，3F0H3F0H ；通道；通道0 0口的地址口的地址MOV ALMOV AL，34H34H ；计数值低字节；计数值低字节OUTOUT DX DX，ALAL；写低字节；写低字节MOV ALMOV AL，12H12H；计数值高字节；计数值高字节OUTOUT DX DX，ALAL；写高字节；写高字节 嵌入式系统原理与实验嵌入式系统原理与实验 典型接口芯片原理和应用典型接口芯片原理和应用70例：接上例，例：