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。,随接口类型的不同而异，其电路结构与设备

3、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）,1)端口A。端口A内部包含一个8位数

4、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）。,内部逻辑,（A组和B组控制电路）,(3),1)

5、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的引脚,与外设相连的引脚,与CPU相连的引脚,

6、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B和端口C低4位PC3PC0）。,3.,(2),端口C经

7、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/输出端口（均带锁存功能）A和B，在端口C 的配合下工作。,端口C中

8、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：,DATA STROBE 数据选通信号。打印机要有一个宽度为05s的

9、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

10、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

11、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,8.3,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

12、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

13、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

14、，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，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

15、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。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

16、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。,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82

17、51A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。WR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

18、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

19、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

20、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

21、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，1A2HMOV AL，9BHOU

22、T 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

23、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，1A2HMOV AL，40HOUT DX，AL；复位8251AMOV AL，1CHOUT DX，AL；写入方式选择控制字，规定其工作方式MOV AL，0EFHOUT DX，AL；写入第一个同步字符MOV AL，7EHOUT DX，AL；写入第二个同步字符MOV AL，0B7HOUT 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】825

24、1A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，37HOUT 0A2H，AL

25、；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0MOV CX，0064H；设置计数器值100IN AL，0A2H；输入状态字送ALTEST 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ERLOO

26、P 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

27、/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。(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

28、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，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

29、，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 OUT0OUT2：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

30、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

31、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CPU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

32、，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

33、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

34、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。,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

35、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OUT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

36、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

37、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

38、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

39、。,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，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

40、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8

41、253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，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

42、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。

43、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,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

44、.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8-67 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

45、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/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

46、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（+）、IN（-）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、AD5

47、72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。输出具有三态缓冲控制。采用置+5V单一电源供电，此时模拟电压输入范围为0

48、5V。输出电平与TTL兼容。,（1）主要性能,（1）主要性能,（3）,ADC0809是一个具有28引脚的双列直插式芯片图8-72示出了各引脚信号,（4）应用ADC0809实现A/D转换,ADC0809芯片和CPU总线连接原理图如图8-73所示。,ADC0809芯片的内部结构如图8-71所示。,（2）,ADC0809芯片的引脚,ADC0809的结构和工作原理,6,（1）A/D574内部结构,带有基准源和时钟的完整的12位A/D转换器。带有三态缓冲器输出的8位或16位微处理器总线接口。快速逐次逼近式A/D转换，典型的转换时间为25s。分辨率：12位；精度：1LSB。,典型12位A/D转换器芯片A/

49、D574,由图8-74可以看到，A/D574内部由两大部分构成,（2）A/D574主要特性,1）A/D574芯片为双列直插式28脚封装，如图7-74所示。,2）A/D574工作时序如图8-75所示。,A/D574的引脚及工作时序,（3）,DB11DB0：12位数字输出端，最高有效位（MSB）为DB11，最低有效位（LSB）DB0。10VIN和20VIN：均为模拟量输入端。其中10VIN可输入0+10V的单极性信号，也可输入5V范围内的双极性信号；20VIN端可输入0+20V的单极性信号，也可输入10V范围内的双极性信号。,Vi为模拟输入电压的实际值；Umax为允许输入的模拟电压最大值；n为转换

50、的位数，取8和12之一；D为转换输出的数字量。8位时，为0255；12位时，为04095。,图8-76是单极性输入时的连接图 图8-77是双极性输入时的连接图,A/D574芯片的连接,（4）,在单极性输入时，其模/数转换关系为：Vi=Vmax/2nD,在双极性输入时，其模/数转换关系为：Vi=2Vmax/2nD,其中,小结,8.1 概述 7.1.1 接口的功能 7.1.2 接口与系统的连接8.2 并行通信和并行接口芯片 7.2.1 并行通信 7.2.2 8255A可编程并行接口芯片8.3 串行通信和串行接口芯片 7.3.1 串行通信的基本概念 7.3.2 8251A可编程串行通信接口,8.4