微型计算机原理第8章.ppt

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1、,第8章 可编程接口芯片及应用,8.1 可编程定时器/计数器芯片8253/8254 8.2 可编程并行接口芯片8255A 8.3 串行通信及可编程串行接口芯片 8.4 模/数(A/D)与数/模(D/A)转换技术及其接口,8.1 可编程定时器/计数器芯片8253/8254,实现定时的方法有三种：软件定时、不可编程的硬件定时和可编程的硬件定时。软件定时是通过让机器执行一段没有具体操作目的的程序来实现的。由于CPU执行每条指令都需要一个确定的时间，因此，只要选择适当的指令和安排适当的循环次数就很容易实现软件定时，但软件定时占用CPU资源，降低了CPU的利用率；不可编程的硬件定时尽管定时电路并不很复杂

2、，但这种定时电路在硬件连接好以后，定时值和定时范围不能由程序来控制和改变，使用不灵活；可编程定时器/计数器是为方便计算机系统的设计和应用而研制的，定时值及其范围可以很容易地由软件来控制和改变，能够满足各种不同的定时和计数要求，因此得到了广泛的应用。,8.1.1 8253的结构与功能 1.8253的引脚 8253是24脚双列直插式芯片，用+5V电源供电。芯片内有三个相互独立的16位定时/计数器。8253的引脚和功能框图如图8.1所示。,图8.1 8253引脚及功能结构,(7)门控脉冲信号GATE0GATE2：计数器0、计数器1和计数器2的门控制脉冲输入端，是由外部送入的门控脉冲，该信号的作用是控

3、制启动定时器/计数器工作。(8)输出信号OUT0OUT2：计数器0、计数器1和计数器2的输出端。当计数器计数到0时，该端输出一标志信号，从而产生不同工作方式时的输出波形。,28253的内部结构 8253内部结构框图如图8.2所示。它由数据总线缓冲器、读/写逻辑、控制字寄存器以及3个独立的16位计数器组成。,图8.2 8253内部结构框图,1)3个独立的16位计数器 每个计数器具有相同的内部结构，其逻辑框图如图8.3所示。它包括一个8位的控制寄存器、一个16位的计数初值寄存器CR、一个16位的减1计数器CE和一个16位的输出锁存寄存器OL。16位的计数初值寄存器CR和16位的输出锁存寄存器OL共

4、同占用一个I/O端口地址，CPU用输出指令向CR预置计数初值，用输入指令读回OL中的数值，这两个寄存器都没有计数功能，只起锁存作用。16位的减1计数器CE执行计数操作，其操作方式受控制寄存器控制，最基本的操作是：接受计数初值寄存器的初值，对CLK信号进行减1计数，把计数结果送输出锁存寄存器中锁存。,图8.3 计数器内部结构框图,2)控制寄存器 控制寄存器用来保存来自CPU的控制字。每个计数器都有一个控制命令寄存器，用来保存该计数器的控制信息。控制字将决定计数器的工作方式、计数形式及输出方式，亦决定如何装入计数初值。8253的3个控制寄存器只占用一个地址号，而靠控制字的最高两位来确定将控制信息送

5、入哪个计数器的控制寄存器中保存。控制寄存器只能写入，不能读出。,3)数据缓冲器 数据缓冲器是三态、双向8位缓冲器。它用于8253和系统数据总线的连接。CPU通过数据缓冲器将控制命令字和计数值写入8253计数器，或者从8253计数器中读取当前的计数值。,表8.1 8253端口地址及内部操作,8253计数器在工作之前。用户必须对其进行初始化编程：首先CPU用输出指令向控制寄存器送控制字，然后再用输出指令向计数初值寄存器CR预置计数/定时的初值。启动工作后，CR中的初值就送入减1计数器CE对CLK输入的计数/定时脉冲信号进行减1计数。当CE中的内容减为0，表示计数/定时到，则OUT端输出信号。输出信

6、号的波形形式由工作方式决定。,8.1.2 8253的编程 8253在工作之前，用户首先要为某一计数器(计数器02)写入控制字以确定其工作方式；写入定时/计数初值；在定时/计数工作过程中，有时还需要读取某计数器当前的计数值。本节首先介绍8253的控制字格式，然后对8253的读写操作进行介绍，并给出8253编程实例。1.8253的控制字格式 8253的控制字格式如图8.4所示。,图8.4 8253控制字格式,D7D6位是控制字的计数器编号。由于8253有3个独立的控制寄存器，但它们共用一个端口地址(A1A0=11时，见表8.1)，因此，控制字中使用最高两位表明将控制字写入哪个计数器的控制寄存器中。

7、D5D4位用来设定计数器的数据读/写方式。在给计数器写入计数初值时，可以赋16位的初值，也可以只赋8位(另8位被自动置0)，8位初值可以是高字节，也可以是低字节。在读取计数器当前的计数值时，计数器并未停止计数，有可能在先后读高低字节时，计数器的值发生变化，因此有必要先锁存当前的计数值，然后再分字节读出，先读出低8位数据，后读出高8位数据。,当D5D4=00时，计数器的当前计数值被锁存在OL中，此时计数器照常计数，但OL中的值不变，待CPU将OL中的两字节数据读走后，OL中的内容又随减1计数器CE变化。当D5D4=01，只读/写低8位，高8位自动置0(写计数初值时)；D5D4=10时，只读/写高

8、8位，低8位自动置0(写计数初值时)；D5D4=11时，先读/写低8位，再读/写高8位。D3D2D1位决定了计数器的工作方式。8253共有六种工作方式，后面将一一介绍。D0位决定计数器的数制。D0=0，选择二进制计数；D0=1，选择十进制计数。,28253的读/写操作 1)写操作 所谓写操作是指CPU对8253写入控制字或写入计数初值。8253在开始工作之前，CPU要对其进行初始化编程(写入控制字和计数初值)，具体应注意以下两点：对每个计数器，必须先写控制字，后写计数初值。因为后者的格式是由前者决定的。写入的计数初值必须符合控制字(D5D4两位)决定的格式。16位数据应先写低8位，再写高8位。

9、当给8253中的多个计数器进行初始化编程时，其顺序可以任意，但对每个计数器进行初始化时必须遵循上述原则。,2)读操作 所谓读操作是指读出某计数器的当前计数值到CPU中。有两种读取当前计数值的方法：先使计数器停止计数(在GATE端加低电平或关闭CLK脉冲)：根据送入的控制字中的D5D4位的状态，用一条或两条输入指令读CE的内容。实际上，CPU是通过输出锁存器OL读出当前计数值的，因为在计数过程中，OL的内容是跟随CE内容变化的。此时由于CE不再计数，故可稳定地读出OL(即CE)的内容。,在计数的过程中不影响CE的计数而读取计数值：为达此目的，应先对8253写入一个具有锁存功能的控制字，即D5D4

10、位应为00，这样就可以将当前的CE内容锁存入OL中，然后再用输入指令将OL的内容读到CPU中。当CPU读取了计数值后，或对计数器重新进行初始化编程后，8253会自动解除锁存状态，OL中的值又随减1计数器CE值变化。,例8.1 设8253芯片的端口地址为388H38BH。现要求计数器0工作在方式3，计数初值为2354，十进制计数；计数器1工作在方式2，计数初值为18H，二进制计数。试根据上述要求编写初始化程序及读取计数器0当前计数值的程序。,；计数器0的初始化程序MOVDX，38BH；给计数器0送控制字MOVAL，00110111BOUTDX，ALMOVDX，388H；送计数初值的低8位MOVA

11、L，54HOUTDX，ALMOVAL，23H；送计数初值的高8位OUTDX，AL,；计数器1的初始化程序MOVDX，38BH；给计数器1送控制字MOVAL，01010100BOUTDX，ALMOVDX，389H；计数初值送低8位MOVAL，18HOUTDX，AL,；计数器0当前计数值读出程序MOVDX，38BH；送计数器0当前计数值锁存命令MOVAL，00HOUTDX，ALMOVDX，388H；读出当前计数值的低8位INAL，DXMOVCL，ALINAL，DX；读出当前计数值的高8位MOVCH，AL,8.1.3 8253的工作方式 8253有六种不同的工作方式。在不同的工作方式下，计数过程的启

12、动方式不同，OUT端的输出波形不同，自动重复功能、GATE的控制作用以及更新计数初值对计数过程的影响也不完全相同。同一芯片中的三个计数器，可以分别编程选择不同的工作方式。,图8.5 方式0的波形,图8.6 方式0时GATE信号的作用,在计数过程中，随时可以写入新的计数值初值，计数器使用新的初值重新开始计数(若新初值是16位，则在送完第一字节后中止现行计数，送完第二个字节后才重新开始计数)。由上述可知，方式0主要用于单次计数，计数到时，利用OUT信号作为查询信号或中断请求信号。由于8253内部没有中断控制管理电路，故用OUT作为中断请求信号时，需要通过中断优先级控制电路(如8259)向CPU申请

13、中断。,2方式1可编程单次脉冲 这是一种硬件启动、不能自动重复但通过GATE的正跳变可使计数过程重新开始的计数方式。在写入方式1的控制字后OUT成为高电平，在写入计数初值后，要等GATE信号出现正跳变时才能开始计数。在下一个CLK脉冲到来后，OUT变低，将计数初值送入CE并开始减1计数，直到计数器减到0后OUT变为高电平。如图8.7所示，计数过程一旦启动，GATE即使变成低电平也不会使计数中止。计数完成后若GATE再来一个正跳变，计数过程又重复一次。也就是说对应GATE的每一个正跳变，计数器都输出一个宽度为N*TCLK(其中N为计数初值，TCLK为CLK信号的周期)的负脉冲，因此称这种方式为可

14、编程单次脉冲方式。,图8.7 方式1的波形,在计数过程启动之后计数完成之前，若GATE又发生正跳变，则计数器又从初值开始重新计数，OUT端仍为低电平，两次的计数过程合在一起使OUT输出的负脉冲加宽了。在方式1计数过程中，若写入新的计数初值，也只是写入到计数初值寄存器中，并不马上影响当前计数过程，同样要等到下一个GATE正跳变启动信号，计数器才接收新初值重新计数。,3方式2分频工作方式 方式2既可以用软件启动(GATE=1时写入计数初值后启动)，也可以用硬件启动(GATE=0时写入计数初值后并不立即开始计数，等GATE由低变高时启动计数)。方式2一旦启动，计数器就可以自动重复地工作。如图8.8所

15、示，写入控制字后，OUT信号变为高电平，若计数初值N=3，启动计数后，以CLK信号的频率进行减1计数。当减到1时，OUT输出一个宽度为一个CLK时钟周期的负脉冲，OUT恢复成高电平后，计数器又重新开始计数。可以看出，OUT输出信号的频率为CLK信号频率的1/N，即N次分频，故称这种工作方式为分频工作方式。,图8.8 方式2的波形,方式2需要GATE信号保持高电平。当GATE变为低电平时，停止计数。GATE由低变高后，CR中的计数初值又重新装入减1计数器CE中开始计数。方式2在计数过程中若写入新的计数初值，并不影响当前的计数过程。在本次计数结束后，才以新的计数初值开始新的分频工作方式。,4方式3

16、方波发生器 工作于方式3时，在计数过程中其输出前一半时间为高电平，后一半时间为低电平。其输出是可以自动重复的周期性方波，输出的方波周期为N*TCLK，如图8.9所示。,图8.9 方式3的波形,在写入方式3控制字后，计数器OUT端立即变高。若GATE信号为高，在写完计数初值N后，开始对CLK信号进行计数。计数到N/2时，OUT端变低，计完余下的N/2，OUT又变高，如此自动重复，OUT端产生周期为N*TCLK的方波。实际上，电路中对半周期N/2的控制方法是每来一个CLK信号，便让计数器减2。因此来N/2个CLK信号后，计数器就已经减到0，OUT端发生一次高低电位的变化，且又将初值置入计数器重新开

17、始计数。若计数初值为奇数，则计数的前半周期为(N+1)/2，计数的后半周期为(N1)/2。,在写入计数初值时，如果GATE信号为低电平，计数器并不开始计数。待GATE变为高电平时，才启动计数过程。在计数过程中，应始终使GATE=1。若GATE=0，不仅中止计数，而且OUT端马上变高。待恢复GATE=1时，产生硬件启动，计数器又从头开始计数。在计数过程中写入新的计数初值时不影响当前的半个周期的计数。在当前的半个周期结束(OUT电位发生变化)时，将启用新的计数初值开始新的计数过程。,5方式4软件触发选通 方式4是一种软件启动、不自动重复的计数方式。如图8.10所示，在写入方式4的控制字后，OUT变

18、为高电平。当写入计数初值后立即开始计数(这就是软件启动)。当计数到0后，OUT输出变为低电平，持续一个CLK脉冲周期后恢复为高电平，计数器停止计数。故这种方式是一次性的。只有CPU再次将计数初值写入CR后才会启动另一次计数过程。,图8.10 方式4的波形,6方式5硬件触发选通 方式5是一种硬件启动、不自动重复的计数方式。如图8.11所示，在写入方式5控制字后，OUT变高，写入计数初值时即使GATE信号为高电平，计数过程仍不启动，而是要求GATE信号出现一个正跳变，然后在下一个CLK信号到来后才开始计数。计数器减到0时，OUT变低，经一个CLK信号后变高且一直保持。,图8.11 方式5的波形,由

19、于方式5是由GATE的上升沿启动计数，同方式1一样，计数启动后，即使GATE变成低电平，也不影响计数过程的进行。但若GATE信号产生了正跳变，则不论计数是否完成，计数初值将被置入计数器，并重新开始新一轮计数。若在计数过程中给计数器写入新的计数初值，此时只是将计数初值保存到CR中，并不影响当前的计数过程，在GATE产生正跳变时新的计数初值才被置入减1计数器CE开始计数。表8.2给出了8253定时器/计数器六种工作方式的特点，读者可结合上面的介绍进一步加深理解。,表8.2 8253工作方式比较,8.1.4 8254与8253的区别 8254是8253的改进型，它们的引脚定义与排列、硬件组成等基本上

20、是相同的。因此8254的编程方式与8253是兼容的，凡是使用8253的地方均可用8254代替。允许最高计数脉冲(CLK)的频率不同。8253的最高频率为2 MHz，而8254允许的最高计数脉冲频率可达10 MHz(8254为8 MHz，82542为10 MHz)。8254每个计数器内部都有一个状态寄存器和状态锁存器，而8253没有。8254有一个读回命令字，用于读出当前减1计数器CE的内容和状态寄存器的内容，而8253没有此读回命令字。,8.1.5 8253应用举例 例8.2 使用8253计数器2产生频率为40 kHz的方波，设8253的端口地址为0040H0043H，已知时钟端CLK2输入信

21、号的频率为2 MHz。试设计8253与8088总线的接口电路，并编写产生方波的程序。8253与8088总线的接口电路如图8.12所示。为了使计数器2产生方波，应使其工作于方式3，输入的2 MHz的CLK2时钟信号进行50次分频后可在OUT2端输出频率为40 kHz的方波，因此，对应的控制字应为10010111B，计数初值为十进制数50。程序如下所示：,MOVAL，10010111B；对计数器2送控制字MOVDX，0043HOUTDX，ALMOVAL，50H；送计数初值50MOVDX，0042HOUTDX，AL,图8.12 8253与8088总线的连接,例8.3 8253在IBM PC/XT机中

22、的应用。,图8.13 8253在IBM PC/XT机中的连接,可以看出，要使8253的片选信号CS有效，应使A9A8A7A6A5=00010，由于A4A3A2未参加译码，这三位为任意状态均可使8253选中，因此8253的端口地址为40H5FH，若取A4A3A2=000，则8253计数器0、计数器1、计数器2以及控制寄存器的端口地址分别为40H、41H、42H和43H。如图中所示，8253三个计数器使用相同的时钟频率，它们是由8284时钟发生器输出时钟信号PCLK，再经过D触发器74LS175(图中未画出)二分频后得到的，频率为1.19 MHz，8253的GATE0和GATE1接+5 V，始终处

23、于选返状态，GATE2接8255的PB0。,1)计数器0 该计数器向系统日历时钟提供定时中断，工作方式为方式3，设置的控制字为36H。门控GATE0接+5V为常启状态，计数器计数初值预置为0(即65536)。因此，OUT0输出方波的频率为1.19 MHz/65536=18.21Hz，即每秒产生18.2次中断，或者说每隔55ms申请一次日历时钟中断。其程序如下：MOV AL，36H；设置计数器0为工作方式3，采用二进制计数OUT43H，AL；写入控制字MOVAL，0；计数值OUT40H，AL；写入低字节计数值 OUT40H，AL；写入高字节计数值,2)计数器1 该计数器向DMA控制器定时发送动态

24、存储器刷新请求，它选用方式2工作，设置的控制字为54H。门控GATE1接+5V为常启状态。OUT1输出从低电平变为高电平使触发器置1，Q端输出一个正电平信号，作为内存刷新的DMA请求信号DRQ0。DRAM每个单元要求在2 ms内必须刷新一次。实际芯片每次刷新完成512个单元的刷新，故经过128次刷新操作就能将全部芯片的64 KB个单元刷新一遍。,由此可以算出每隔2 ms/128=15.6s进行一次刷新操作，将能保证每个单元在2ms内都刷新一遍。为实现上述要求，将计数器1设置为工作方式2，计数初值取为18，这样，每隔181/1.19=15.126s就可产生一次DMA请求，从而可满足DRAM的刷新

25、要求。其程序如下：MOV AL，54H；选择计数器1，方式2，只写入低8位，二进制计数 MOV43H，AL OUTAL，12H；预置计数初值18 OUT41H，AL,3)计数器2 该计数器控制扬声器发声，作为机器的报警信号或伴音信号，选用方式3工作。计数器2输出的方波经电流驱动器75477放大后驱动扬声器发声。门控GATE2接8255的PB0，用它控制计数器2的计数过程。输出OUT2经过一个与门，这个与门受PB1控制，所以扬声器由PB0和PB1来控制发声。在IBM PC/XT机的BIOS中有一个声响子程序BEEP，它将计数器2设置为工作方式3，作为方波发生器输出约1 KHz的方波，经滤波驱动后

26、推动扬声器发声。程序如下所示：,BEEP PROC MOVAL，10110110B；设计数器2为方式3，二进制计数 OUT43H，AL；按先低后高顺序写入16位计数初值 MOVAX，0533H；初值为0533H=1331，1.19MHz/1331=896Hz OUT42H，AL；写入低8位 MOVAL，AH OUT42H，AL；写入高8位 INAL，61H；读8255的B口原输出值 MOVAH，AL；将B口原值送AH保存 ORAL，03H；使PB1和PB0位均为1 OUT61H，AL；输出使扬声器发声 SUBCX，CX,G7：LOOPG7；延时DECB1；B1为控制发声长短的入口条件JNZG7

27、；B1=6为长声，B1=1为短声MOVAL，AHOUT61H，AL；恢复8255的B口原值，停止发声RETBEEPENDP,8.2 可编程并行接口芯片8255A,8.2.1 8255A的引脚与结构 18255A的引脚 8255A是可编程的并行输入输出接口芯片，它具有三个8位并行端口(A口、B口和C口)，具有40个引脚，双列直插式封装，由+5V供电，其引脚与功能示意图如图8.14所示。A、B、C三个端口各有8条端口I/O线：PA7PA0，PB7PB0和PC7PC0，共32个引脚，用于8255A与外设之间的数据(或控制、状态信号)的传送。,图8.14 8255A引脚及功能示意图(a)引脚；(b)功

28、能示意图,表8.3 8255A各端口读/写操作时的信号关系,28255A的内部结构 8255A的内部结构框图如图8.15所示，其内部由以下四部分组成。1)端口A、端口B和端口C 端口A、端口B和端口C都是8位端口，可以选择作为输入或输出。还可以将端口C的高4位和低4位分开使用，分别作为输入或输出。当端口A和端口B作为选通输入或输出的数据端口时，端口C的指定位与端口A和端口B配合使用，用做控制信号或状态信号。,图8.15 8255A内部结构框图,2)A组和B组控制电路 这是两组根据CPU送来的工作方式控制字控制8255工作方式的电路。它们的控制寄存器接收CPU输出的方式控制字，由该控制字决定端口

29、的工作方式，还可根据CPU的命令对端口C实现按位置位或复位操作。,3)数据总线缓冲器 这是一个8位三态数据缓冲器，8255A正是通过它与系统数据总线相连，实现8255A与CPU之间的数据传送。输入数据、输出数据、CPU发给8255A的控制字等都是通过该部件传递的。,4)读/写控制逻辑 读/写控制逻辑电路的功能是负责管理8255A与CPU之间的数据传送过程。它接收CS及地址总线的信号A1、A0和控制总线的控制信号RESET、WR、RD，将它们组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令送给这两个部件，再由它们控制完成对数据、状态信息和控制信息的传送。各端口读/写操作与对应的控制信

30、号之间的关系见表8.3。,8.2.2 8255A的工作方式与控制字 18255A的工作方式 8255A在使用前要先写入一个工作方式控制字，以指定A、B、C三个端口各自的工作方式。8255A共有三种工作方式：方式0基本输入输出方式，即无须联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作。A口、B口、C口的高4位和低4位均可设置为方式0。,方式1选通输入输出方式，此时8255A的A口和B口与外设之间进行输入或输出操作时，需要C口的部分I/O线提供联络信号。只有A口和B口可工作于方式1。方式2选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，只有A口可工作于方式2。此种方式下

31、需要C口的部分I/O线提供联络信号。,28255A的控制字 1)工作方式选择控制字 8255A的工作方式可由CPU写一个工作方式选择控制字到8255A的控制寄存器来选择。其格式如图8.16所示，可以分别选择端口A、端口B和端口C上下两部分的工作方式。端口A有方式0、方式1和方式2三种工作方式，端口B只能工作于方式0和方式1，而端口C仅工作于方式0。注意8255A工作方式选择控制字的最高位D7(特征位)应为1。,图8.16 8255的工作方式选择控制字,2)C口按位置位/复位控制字 8255A的C口具有位控功能，即端口C的8位中的任一位都可通过CPU向8255A的控制寄存器写入一个按位置位/复位

32、控制字来置1或清0，而C口中其他位的状态不变。其格式如图8.17所示，注意8255A的C口按位置位/复位控制字的最高位D7(特征位)应为0。例如，要使端口C的PC4置位的控制字为00001001B(09H)，使该位复位的控制字为00001000B(08H)。应注意的是，C口的按位置位/复位控制字必须跟在方式选择控制字之后写入控制字寄存器，即使仅使用该功能，也应先选送一个方式控制字。方式选择控制字只需写入一次，之后就可多次使用C口按位置位/复位控制字对C口的某些位进行置1或清0操作。,图8.17 8255A的C口按位置位/复位控制字,8.2.3 各种工作方式的功能 1方式0基本输入输出方式 方式

33、0无须联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作。它适用于无须应答(握手)信号的简单的无条件输入/输出数据的场合，即输入/输出设备始终处于准备好状态。在此方式下，A口、B口、C口的高4位和低4位可以分别设置为输入或输出，即8255A的这四个部分都可以工作于方式0。需要说明的是，这里所说的输入或输出是相对于8255A芯片而言的。当数据从外设送往8255A时为输入，反之，数据从8255A送往外设则为输出。,图8.18 方式0查询方式的接口电路,方式0也可以用于查询方式的输入或输出接口电路，此时端口A和B分别作为一个数据端口，而用端口C的某些位作为这两个数据端口的控制和状态信息。图8

34、.18是一个A口和B口工作在方式0时利用C口某些位作为联络信号的接口电路。在此例中将8255A设置为：A口输出，B口输入，C口高4位输入(现仅用PC7、PC6两位输入外设的状态)，C口低4位输出(现仅用PC1、PC0两位输出选通及清除信号)。此时8255A的工作方式控制字为10001010B(8AH)。,其工作原理如下：在向输出设备送数据前，先通过PC7查询设备状态，若设备准备好则从A口送出数据，然后通过PC1发选通信号使输出设备接收数据。从输入设备取数据前，先通过PC6查询设备状态，设备准备好后，再从B口读入数据，然后通过PC0发清除信号，以便输入后续字节。与下面介绍的选通输入输出方式(方式

35、1)和选通双向输入输出方式(方式2)相比，方式0的联络信号线可由用户自行安排(方式1和方式2中使用的C口联络线是已定义好的)，且只能用于查询，不能实现中断。,2方式1选通输入输出方式 与方式0相比，它的主要特点是当A口、B口工作于方式1时，C口的某些I/O线被定义为A口和B口在方式1下工作时所需的联络信号线，这些线已经定义，不能由用户改变。现将方式1分为A口和B口均为输入、A口和B口均为输出以及混合输入与输出等三种情况进行讨论。,1)A口和B口均为输入,图8.19 方式1输入时端口线的功能,IBF(Input Buffer Full)：输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。当IBF有效时，表示当

36、前已有一个新数据进入端口A或端口B缓冲器，尚未被CPU取走，外设不能送新的数据。一旦CPU完成数据读入操作后，IBF便复位(变为低电平)。INTR(Interrupt Request)：中断请求信号，输出，高电平有效。在中断允许信号INTE=1且IBF=1的条件下，由STB信号的后沿(上升沿)产生，该信号可接至中断管理器8259A作中断请求。它表明数据端口已输入一个新数据。若CPU响应此中断请求，则读入数据端口的数据，并由RD信号的下降沿使INTR复位(变为低电平)。,图8.20 方式1输入信号时序图,INTE(Interrupt Enable)：中断允许信号，高电平有效。它是8255A内部控

37、制8255A是否发出中断请求信号(INTR)的控制信号。这是由软件通过对C口的置位或复位来实现对中断请求的允许或禁止的。端口A的中断请求INTRA可通过对PC4的置位或复位加以控制：PC4置1，允许INTRA工作；PC4清0，则屏蔽INTRA。端口B的中断请求INTRB可通过对PC2的置位或复位加以控制。,2)A口和B口均为输出,图8.21 方式1输出时端口线的功能,图8.22 方式1输出时信号时序图,3)混合输入与输出 在实际应用中，8255A端口A和端口B也可能出现一个端口工作于方式1输入，另一个工作于方式1输出的情况，这有以下两种情况：,图8.23 方式1A口输入B口输出,图8.24 方

38、式1A口输出B口输入,3方式2选通双向输入输出方式 选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，只有A口可工作于方式2。此时C口有5条线(PC7PC3)被规定为联络信号线。剩下的3条线(PC2PC0)可以作为B口工作于方式1时的联络线，也可以独立工作于方式0。8255A的A口工作于方式2时C口各I/O线的功能如图8.25所示。,图8.25 8255A工作于方式2时端口线的功能,8.2.4 8255A的应用举例 例8.4 8255A初始化编程。设8255A的A口工作方式1输出，B口工作方式1输入，PC4和PC5输入，禁止B口中断。设片选信号CS由A9A2=10000000确定

39、。试编写程序对8255A进行初始化。根据题意，设计接口电路如图8.26所示。,图8.26 8255方式1接口电路及控制字,初始化程序如下：MOVAL，10101110B；控制字送ALMOVDX，1000000011B；8255A控制字寄存器地址送DXOUTDX，AL；控制字送8255A的控制寄存器MOVAL，00001101B；PC6置1，允许A口中断OUTDX，ALMOVAL，00000100B；PC2置0，禁止B口中断OUTDX，AL,例8.5 利用8255A对非编码键盘进行管理。,图8.27 矩阵键盘接口,图中8255A的A口工作于方式0输出，B口工作于方式0输入。键盘工作过程如下：首先

40、进行第1次键盘扫描(判断是否有键按下)。使A口PA3PA0输出均为0，然后读入B口的值，查看PB3PB0是否有低电平，若没有低电平，则说明没有键按下，继续进行扫描。若PB3PB0中有一位为低电平，使用软件延时1020 ms以消除抖动，若低电平消失，则说明低电平是由干扰或按键的抖动引起的，必须再次扫描，否则，则确认有键按下，接着进行第2次扫描(行扫描，判断所按键的位置)。首先通过A口输出使PA0=0，PA1=1，PA2=1，PA3=1对第0行进行扫描，此时，读入B口的值，判断PB3PB0中是否有某一位为低电平，若有低电平，则说明第0行某一列上有键按下。如果没有低电平，接着使A口输出PA0=1，P

41、A1=0，PA2=1，PA3=1对第1行进行扫描，按上述方法判断，直到找到被按下的键，并识别出其在矩阵中的位置，从而可根据键号去执行该键对应的处理程序。,设图中8255A的A口、B口和控制寄存器的地址分别为80H、81H和83H，其键盘扫描程序如下：,JZ LOOA；PB3PB0没有一位为低电平时转LOOA继续扫描CAL LD20ms；PB3PB0有一位为低电平时调用延时20 ms子程序IN AL，81H；再次读入B口值。如果PB3PB0仍有一位为低电平，AND AL，0FH；说明确实有键按下，继续往下执行，以判断是哪个键CMP AL，0FH；按下；如果延时后PB3PB0中低电平不再存在，JZ

42、 LOOA；说明是由干扰或抖动引起的，则转LOOA继续扫描；判断哪一个键按下,START：MOVBL，4；行数送BLMOVBH，4；列数送BHMOVAL，0FEH；D0=0，准备扫描0行MOVCL，0FH；键盘屏蔽码送CLMOVCH，0FFH；CH中存放起始键号LOP1：OUT80H，AL；A口输出，扫描一行ROLAL，1；修改扫描码，准备扫描下一行MOVAH，AL；暂时保存INAL，81H；读B口，以便确定所按键的列值,ANDAL，CLCMPAL，CLJNZLOP2；有列线为0，转LOP2，找列值ADDCH，BH；无键按下，修改键号，以方便下一行找键号MOVAL，AH；恢复扫描码DECBL；

43、行数减1JNZLOP1；行未扫描完转LOP1JMPSTART；重新扫描LOP2：INCCH；键号加1RORAL，1；右移一位,JCLOP2；无键按下，查下一列线MOVAL，CH；已找到，键号送ALCMPAL，0JZKEY0；是0号键按下，转KEY0执行CMPAL，1JZKEY1；是1号键按下，转KEY1执行CMPAL，0EHJZKEY14；是14号键按下，转KEY14执行JMPKEY15；不是014号键，一定是15号键，转KEY15执行,图8.28 两台PC机并行通信接口电路,MOV DX，300H；向A口写第1个数据，产生第一个OBF信号，MOV AL，ES：BX；对方查询到OBF信号有效后

44、，读入数据，并通；过软件，在PC0上发出ACK信号，该信号上升沿；使A机8255A的PC3产生有效的INTR信号，；A机CPU查询到OUT DX，AL；该信号有效后，再接着发下一个数据INC BX；缓冲区指针加1DEC CX；计数器减1LOOP0：MOV DX，302H；指向8255A的C口，读有关状态信息LOOP1：IN AL，DX；AND AL，08H；查询中断请求信号INTR(PC3)=1？JZ LOOP1；若INTR=0则等待，否则向A口发数据,；对B机的8255A初始化 MOVDX，303H；指向B机8255A的控制寄存器 MOVAL，10011000B；设A口和C口高4位为方式0输

45、入 OUTDX，AL；C口低4位为方式0输出 MOVAL，00000001B；置PC0=ACK=1 OUTDX，ALLOOP0：MOVDX，302H；指向C口LOOP1：INAL，DX；查A机的OBF(B机的PC4)=0？ANDAL，10H；即查询A机是否发来数据JNZLOOP1；若未发来数据，则等待MOVDX，300H；发来数据，则从A口读数据,8.3 串行通信及可编程串行接口芯片8251A,在数据通信与计算机领域中，有两种基本的数据传送方式：串行通信与并行通信。有关并行通信的知识已在上一节做了详细介绍。本节将介绍串行通信的概念、特点及接口电路。随着大规模集成电路技术的发展，通用的可编程串行

46、同步/异步接口芯片种类越来越多。常用的有Intel 的8251A，National Semiconductor的8250，Motorola的6850以及Zilog的SIO等。本节重点介绍Intel的8251A串行同步/异步接口芯片的工作原理及使用方法。,8.3.1 串行通信的基本概念 1.概述 计算机之间以及计算机与一些常用的外部设备之间的数据交换，往往需要采用串行通信的方式。在计算机远程通信中，串行通信更是一种不可缺少的通信方式。在并行通信中，数据有多少位就要有多少根传输线，而串行通信中只需要一条数据传输线，所以串行通信可以节省传送线。在位数较多、传输距离较长的情况下，这个优点更为突出，但串

47、行通信的速度比并行通信的低。,2串行通信中数据的传送模式,图8.29 串行通信中数据的传送模式(a)单工通信模式；(b)半双工通信模式；(c)全双工通信模式,(1)单工(Simplex)通信模式：该模式仅能进行一个方向的数据传送，数据只能从发送器A发送到接收器B。(2)半双工(Half Duplex)通信模式：该模式能够在设备A和设备B之间交替地进行双向数据传送。即数据可以在一个时刻从设备A传送到设备B，而另一时刻可以从设备B传送到设备A，但不能同时进行。(3)全双工(Full Duplex)通信模式：该模式下设备A或B均能在发送的同时接收数据。,3串行通信中的异步传送与同步传送 在数据通信中

48、为使收、发信息准确，收发两端的动作必须相互协调配合。这种协调收发之间动作的措施称为“同步”。在串行通信中数据传送的同步方式有异步传送和同步传送两种。1)异步传送 所谓异步传送，是指发送设备和接收设备在约定的波特率(每秒钟传送的位数)下，不需要严格的同步，允许有相对的延迟。即两端的频率差别在1/10以内，就能正确地实现通信。在进行异步传送时必须确定字符格式及波特率。,(1)字符格式。字符格式即字符的编码形式及规定。,图8.30 异步传送数据格式(a)有空闲位；(b)无空闲位,起始位：每个字符的开始必须是持续一个比特时间的逻辑“0”电平，标志着一个字符的开始。数据位：有58位，紧跟起始位之后，是字

49、符中的有效数据位。传送字符时，先送低位，后送高位。奇偶校验位：仅占一位。可根据需要设置为奇校验或偶校验，也可以不设校验位。停止位：可设置为1位、1.5位或2位，并规定为逻辑“1”状态。,每个字符传送前，其传输线上必须处于高电平“1”状态，这样，当传输线由“1”变为“0”状态，并持续1比特时间时，就表明是字符的起始位，下面传送的位信息必然是有效数据位信息。当一个字符传送完后，立即传送下一个字符，那么，下一个字符的起始位便紧挨着前一个字符的停止位(即无空闲位)，如图8.30(b)所示。如果后续数据跟不上，则在停止位后加高电平的空闲位等待下一个字符的到来，如图8.30(a)所示。可以看出，异步串行通

50、信时，字符的发送和接收可以随时地间断进行，不受时间限制。因此，这种传送方式在同一字符内各位是以固定的时间传送的，而字符间是异步的。这种异步传送是靠收发双方在字符格式中设置起始位和停止位来协调“同步”的。,在计算机通信中，传送的数据格式可通过对可编程的串行接口电路设置相应的命令字来确定。在同一个通信系统的发送站和接收站，双方约定的字符格式必须一致，否则将会造成数据传送的错误与混乱。串行通信的异步传送方式每发送一个字符都需要附加起始位和停止位，从而使有效数据传输率降低，故该方式只适用于数据量较少或对传输率要求不高的场合。对于需要快速传输大量数据的场合，一般应采用串行同步传送方式。,(2)波特率。波