1、第6章 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)6.1 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述6.2 輸入與輸出6.3 并行數(shù)據(jù)接口6.4 串行數(shù)據(jù)接口6.5 DMA接口6.6 8253可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器6.7 數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口本章學(xué)習(xí)目的掌握輸入/輸出接口電路和基本概念、掌握I/O端口編址方法和特點(diǎn)及地址譯碼方法。掌握CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式方法。掌握并行數(shù)據(jù)接口的基本概念、可編程輸入/輸出接口芯片8255A的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。掌握串行數(shù)據(jù)接口的基本概念、RS232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)、可編程串行接口芯片8250的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。掌握DMA的基本概念、可編程DMA控制器芯片8237A的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方

2、法。掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)電路的基本概念、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片8253的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。掌握模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念、應(yīng)用方法，了解DAC0832芯片和ADC0809、AD574等芯片的應(yīng)用 。返回本章首頁6.1 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述 一個(gè)簡單的微機(jī)系統(tǒng)需要CPU、存儲(chǔ)器、基本的輸入輸出系統(tǒng)以及將它們連接在一起的各種信號(hào)線和接口電路。 外部設(shè)備通過接口電路和系統(tǒng)總線相聯(lián)，接口電路的作用是把計(jì)算機(jī)輸出的信息變成外設(shè)能夠識(shí)別的信息，把外設(shè)輸入的信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)所能接受的信息。 返回本章首頁6.2 輸入與輸出6.2.1 概述 6.2.2 CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式返回本章首頁6.2.1 概述

3、1 輸入/輸出接口的編址方式（1）I/O端口與內(nèi)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址（2）I/O端口單獨(dú)編址（如圖6-1所示）2Intel 86CPU中的端口訪問（1）8086/8088采用IN和OUT指令訪問端口（2）80286和80386/80486還支持INSB/INSW和OUTSB/OUTSW指令訪問端口3Intel CPU的輸入輸出時(shí)序 在CPU進(jìn)行輸入輸出操作時(shí)，若8086 CPU處在最大組態(tài)下，則T1期間，S0S1的編碼為I/O操作；若8086 CPU在最小組態(tài)下，則使IO/信號(hào)為高電平，指明是對(duì)I/O操作（如圖6-2所示）。圖6-2 I/O讀寫時(shí)序圖4I/O端口地址譯碼（1）當(dāng)接口電路的I/O端口固

4、定不變時(shí)，采用固定式譯碼電路。（2）當(dāng)端口地址可需適應(yīng)不同的場合而改變時(shí)，采用可選式譯碼電路。地址范圍I/O接口名稱000H01FHDMA控制器020H03FH中斷控制器040H05FH定時(shí)器8253/8254060H07FH并行接口芯片82550A0H0BFHNMI屏蔽寄存器080H09FHDMA頁面寄存器表6-1 PC/XT機(jī)系統(tǒng)板配置的端口地址表6-2 PC/XT機(jī)適配器控制卡的端口地址圖6-3 門電路譯碼 門電路譯碼圖6-4 PC/XT機(jī)系統(tǒng)板I/O接口電路的片選信號(hào)的產(chǎn)生電路 專用譯碼器譯碼電路返回本節(jié)6.2.2 CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式1程序控制方式（如圖6-6、6-7所示）無條

5、件傳送方式 、查詢傳送方式2中斷傳送方式如圖6-8所示3直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）方式4I/O處理機(jī)方式圖6-6 查詢傳送方式控制流程D6D7（a）輸入時(shí)狀態(tài)信息 （b）輸出時(shí)狀態(tài)信息圖6-7 查詢式傳送時(shí)讀入的狀態(tài)信息D6 D7 返回本節(jié)6.3 并行數(shù)據(jù)接口6.3.1 簡單并行口6.3.2 8255A可編程輸入/輸出接口返回本章首頁6.3.1 簡單并行口1行輸入穩(wěn)定量的輸入、變化量的輸入2行輸出輸出接口中要有數(shù)據(jù)鎖存能力，以便輸出設(shè)備能夠得到正確的數(shù)據(jù)。 3雙向輸入/輸出接口利用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行雙向傳送信息 返回本節(jié)6.3.2 8255A可編程輸入/輸出接口18255A的結(jié)構(gòu)框圖（如圖6-9所示）

6、，從功能上來分，8255A的結(jié)構(gòu)可分為：總線接口電路、內(nèi)部控制邏輯和輸入/輸出接口電路。 （1）總線接口電路數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫控制邏輯。（2）內(nèi)部控制邏輯（3）輸入/輸出接口電路圖6-9 8255A的結(jié)構(gòu)框圖28255A的引腳說明 8255A是40根引腳，雙列直插式芯片。40根引腳的分布圖如圖6-10所示，這些引腳可分成：（1）與外設(shè)連接的引腳（2）與CPU連接的引腳圖6-10 8255A引腳分布圖表6-3 8255A端口選擇表 38255A的編程控制字 （1）工作方式控制字：用來設(shè)定通道的工作方式及數(shù)據(jù)的傳送方向的。（2）C口按位置位/復(fù)位控制字：向控制寄存器寫入控制字，而使它的每一位置

7、位或復(fù)位。（3）兩個(gè)控制字的差別工作方式控制字放在程序的開始部分；按位置位/復(fù)位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。圖6-11 8255A工作方式控制字格式圖6-12 8255AC口按位置位/復(fù)位控制48255A的工作方式及應(yīng)用（1）方式0及其應(yīng)用（如圖6-13所示）（2）方式1及其應(yīng)用（如圖6-14、6-18所示）（3）方式2及其應(yīng)用（如圖6-19、6-23所示）圖6-13 系統(tǒng)連接圖圖6-16 8255A方式1輸出圖6-17 8255A方式1輸出時(shí)序OBFWR輸出INTRACKtWOBtWBtAOBtAKtAITtWIT圖6-18 8255A方式1狀態(tài)字圖6-19 8255A方式2引腳定

8、義 圖6-20 方式2的輸入輸出時(shí)序圖6-21 方式2的狀態(tài)字圖6-22 方式2應(yīng)用接口電路圖圖6-23 程序的流程返回本節(jié)6.4 串行數(shù)據(jù)接口6.4.1 概述6.4.2 可編程串行接口芯片8250返回本章首頁6.4.1 概述1通信的概念 串行通信就是數(shù)據(jù)在一根傳輸線上一位一位的按順序傳送的通信方式。串行通信時(shí)，所有的數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制信息都是在這一根傳輸線上傳送的。這樣，在通信時(shí)所連接的物理線路最少，也最經(jīng)濟(jì)，因而特別適合遠(yuǎn)距離的信息傳輸。2串行通信的一些基本術(shù)語（1）串行數(shù)據(jù)在傳輸線上的形式：采用調(diào)幅和調(diào)頻如圖6-24、6-25所示。（2）數(shù)據(jù)傳輸速率的單位：波特率、比特率（3）串行通信的連

9、接方式：單工、雙工、半雙工。圖6-26所示。（4）同步通信和異步通信：異步通信是利用起始位使收發(fā)雙方同步。同步通信通知收方，開始接收數(shù)據(jù)（如圖6-27、6-28所示）。（5）信息的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)：檢錯(cuò)是指如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤；糾錯(cuò)是指發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后應(yīng)如何消除錯(cuò)誤（如圖6-29所示） 。（6）信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)：調(diào)制采用調(diào)制器，解調(diào)采用解調(diào)器。 圖6-24 mark/space串行數(shù)據(jù)格式圖6-25 曼徹斯特標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)格式圖6-26 單工、雙工、半雙工連接示意圖圖6-27 異步通信信息格式同步信息數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n校驗(yàn)1校驗(yàn)2同步信息圖6-28 同步通信信息格式圖6-29 方陣校驗(yàn)字符生成原理3串行接

10、口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C（1）電氣特性：對(duì)數(shù)據(jù)，邏輯“1”的電平低于-3V，邏輯“0”的電平高于+3V；對(duì)控制信號(hào)，接通狀態(tài)的電平高于+3V，斷開狀態(tài)的電平低于-3V。（2）機(jī)械特性：RS-232C采用DB-25型25針連接器（如圖6-30所示）。（3）RS-232C的接口信號(hào)：設(shè)備狀態(tài)信號(hào)線、送控制信號(hào)線 、接收控制線、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線圖6-30 DB-25型連接器表6-4 RS-232連接器信號(hào)返回本節(jié)6.4.2 可編程串行接口芯片82501主要功能INS 8250的主要功能有：1）8250支持異步通信規(guī)程，2）8250的異步通信的數(shù)據(jù)格式可由用戶編程選擇。3）內(nèi)部具有可編程時(shí)鐘產(chǎn)生電路。4）

11、具有獨(dú)立的接收時(shí)鐘輸入引腳。5）有CPU發(fā)向調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)，還有能接收并記錄由調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息。可方便地與MODEM相連。6）具有帶優(yōu)先級(jí)排序的中斷系統(tǒng)，有多種中斷源。7）具有可記錄所有狀態(tài)信息的狀態(tài)寄存器和檢查起始位出錯(cuò)的能力。 28250的結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖6-31 8250的結(jié)構(gòu)框圖圖6-32 8250的引腳配置38250的內(nèi)部寄存器及初始化編程（1）8250的內(nèi)部寄存器及其尋址表6-5 8250內(nèi)部寄存器尋址（2）8250內(nèi)部寄存器的編程格式圖6-33 傳輸線控制寄存器LCR的控制字格圖6-34 LSR寄存器的格式傳輸線狀態(tài)寄存器LSR表6-6 分頻次數(shù)與波特率對(duì)應(yīng)表分

12、頻次數(shù)鎖存器DLH和DLL圖6-35 MCR寄存器的格式MCR是8位的寄存器圖6-36 MSR的格式MODEM狀態(tài)寄存器MSR圖6-37 中斷識(shí)別寄存器IIR的狀態(tài)字格式中斷識(shí)別寄存器IIR圖6-38 中斷允許寄存器IER格式中斷允許寄存器IER48250編程舉例例：設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率1200波特，通信格式為7位/字符，2 位停止位，奇校驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳輸不采用中斷方式，則其初始化程序段為：MOVDX，2FBH ；LCR的口地址MOV AL，80H ；將DLAB位置1OUT DX，AL MOV DX，2FBH ；DLL的口地址MOV AL，60H ；寫入1200波特的DLL值，通過查表可知1200對(duì)應(yīng)的

13、 ；DLH DLL值分別為0060HOUT DX，AL MOV DX，2F9H ；DLH口地址MOVAX，0 OUT DX，AX ；寫入12000波特的DLH值MOV DX，2FBH ；設(shè)定LCR的口地址MOV AL，0EH ；7位字符，1位停止位，奇校驗(yàn)OUT DX，AL ；寫入LCR控制字MOV DX，2FCH ；設(shè)定MCR口地址MOV AL，03H ；置MCR控制字OUT DX，ALMOV DX，2F9H ；設(shè)定IER口地址MOV AL，0 ；禁止一切中斷OUT DX，AL ；置IER控制字返回本節(jié)6.5 DMA接口6.5.1 概述6.5.2 可編程DMA控制器Intel 8237返回本

14、章首頁6.5.1 概述1DMA傳送的基本原理圖6-39 DMA方式傳送路徑2DMA數(shù)據(jù)傳送的基本過程1）向DMAC發(fā)出DMA傳送請(qǐng)求信號(hào)（DREQ）。2）DMAC向總線仲裁機(jī)構(gòu)請(qǐng)求占用總線。3）DMAC接到HLDA信號(hào)后成為總線的主控者。4）向存儲(chǔ)器和進(jìn)行DMA傳送的外設(shè)發(fā)出讀寫命令，開始DMA傳送。5）撤消對(duì)CPU的總線請(qǐng)求，交回系統(tǒng)總線的管理和控制權(quán)。3DMA控制器的功能結(jié)構(gòu)1）總線控制功能。2）具有用于提供交換數(shù)據(jù)地址的地址寄存器。3）具有數(shù)據(jù)塊長度計(jì)數(shù)器。4）具有編程寄存器和狀態(tài)寄存器。 返回本節(jié)6.5.2 可編程DMA控制器Intel 823718237的結(jié)構(gòu)框圖和引腳（如圖6-40

15、、6-41、表6-7所示）。28237的內(nèi)部寄存器（1）當(dāng)前地址寄存器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器 （2）基地址寄存器和基字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器（3）請(qǐng)求寄存器（如圖6-426-44所示）圖6-40 8237的結(jié)構(gòu)框圖表6-7 8237的內(nèi)部寄存器名稱位數(shù)數(shù)量CPU訪問方式基地址寄存器164只寫基字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164只寫當(dāng)前地址寄存器164可讀可寫當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164可讀可寫地址暫存器161不能訪問字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器161不能訪問命令寄存器81只寫工作方式寄存器64只寫屏蔽寄存器41只寫請(qǐng)求寄存器41只寫狀態(tài)寄存器81只讀暫存寄存器81只讀圖6-41 8237的引腳配置圖6-42 請(qǐng)求寄存器的格式圖6-43

16、同時(shí)對(duì)四個(gè)通道設(shè)定屏蔽標(biāo)志的命令字格式圖6-44 狀態(tài)寄存器格式表6-8 8237循環(huán)優(yōu)先權(quán)的變化第1次服務(wù)第2次服務(wù)第3次服務(wù)通道通道通道02服務(wù)完畢3服務(wù)完畢1服務(wù)完畢3請(qǐng)求服務(wù)0201最低優(yōu)先權(quán)31238237的工作方式及編程控制字圖6-45 工作方式寄存器格式圖6-46 命令寄存器的命令格式48237的初始化編程舉例例：PC機(jī)系統(tǒng)，程序中的變量DMA地址為00H，設(shè)對(duì)8237的0通道編程，使其工作于單一傳送方式，地址加1，自動(dòng)預(yù)置，讀出操作。MOV AL，04H ；命令字禁止8237操作OUT DMA+8，AL ；命令字送命令寄存器OUT DMA+0DH，AL；發(fā)主清命令MOV AL，

17、0FFH ；傳送字節(jié)數(shù)送ALOUT DMA+1，AL；寫0通道字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器低8位OUT DMA+1，AL；寫0通道字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器高8位MOVAL，58H；DMA工作方式字，單一傳送，地址加1，自動(dòng)預(yù)置，；讀出，0通道OUTDMA+0BH，ALMOV AL，0 ；置命令寄存器OUT DMA+08H，AL；命令字送命令寄存器OUT DMA+10 ；寫單一屏蔽寄存器，允許通道0請(qǐng)求58237在PC系列機(jī)中的應(yīng)用（1）PC/XT機(jī)的DMA系統(tǒng)：PC/XT機(jī)支持4個(gè)DMA通道， （2）PC/AT機(jī)的DMA系統(tǒng)：PC/AT機(jī)支持7個(gè)DMA通道，其中通道4用作主片與從片的級(jí)聯(lián)。 返

18、回本節(jié)6.6 8253可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器6.6.1 概述6.6.2 8253定時(shí)計(jì)數(shù)器返回本章首頁6.6.1 概述實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)有兩種方法：硬件定時(shí)和軟件定時(shí)。軟件定時(shí)是利用CPU每執(zhí)行一條指令都需要幾個(gè)固定的指令周期的原理，運(yùn)用軟件編程的方式進(jìn)行定時(shí)。硬件定時(shí)，是利用專門的定時(shí)電路實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)。這種定時(shí)方式又可分為簡單硬件定時(shí)和利用可編程接口芯片實(shí)現(xiàn)定時(shí)。 返回本節(jié)6.6.2 8253定時(shí)計(jì)數(shù)器圖6-47 8253的結(jié)構(gòu)框圖圖6-48 8253的引腳配置A1A0編碼與8253內(nèi)部寄存器的對(duì)應(yīng)關(guān)系表6-9 8253寄存器尋址 A1 A2寄存器選擇和操作0 1 0 0 0寫入0通道計(jì)數(shù)寄存器0 1

19、 0 0 1寫入1通道計(jì)數(shù)寄存器0 1 0 1 0寫入2通道計(jì)數(shù)寄存器0 1 0 1 1寫入3通道計(jì)數(shù)寄存器0 0 1 0 0讀0通道鎖存器0 0 1 0 1讀1通道寄存器0 0 1 1 0讀2通道寄存器28253的編程控制字圖6-49 8253控制字格式本節(jié)以下各例均設(shè)8253占用端口地址40H43H。方式0 減1計(jì)數(shù)到0時(shí)發(fā)中斷請(qǐng)求 38253的工作方式及舉例圖6-50 方式0的時(shí)序圖例：設(shè)8253計(jì)數(shù)器通道0工作于方式0，用8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值為50，二十進(jìn)制，則它的初始化程序段如下：MOVAL，11H ；設(shè)置控制字OUT 43H，AL ；寫入控制字寄存器MOV AL，50 ；設(shè)置計(jì)

20、數(shù)初值OUT 40H，AL ；寫入計(jì)數(shù)初值寄存器圖6-51 方式1的時(shí)序圖 方式1 可編程單脈沖輸出例：設(shè)計(jì)數(shù)器通道1工作于方式1，按二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為40H，它的初始化程序段為：MOVAL，62H ；工作方式控制字OUT 43H，ALMOVAL，40H；送計(jì)數(shù)初值OUT 41H，AL圖6-52 方式2的時(shí)序圖方式2 周期性時(shí)間間隔計(jì)時(shí)器（頻率發(fā)生器） 例：設(shè)8253計(jì)數(shù)器0工作于方式2，按二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為0304H。MOVAL，00110100B；設(shè)控制字，通道0，先讀/寫高8位 ；再讀寫低8位，方式2，二進(jìn)制。OUT43H，ALMOV AL，04H ；送計(jì)數(shù)值低字節(jié)OUT 40H

21、，AL MOV AL，03HOUT 40H，AL ；送計(jì)數(shù)值高字節(jié)圖6-53 方式3的時(shí)序圖方式3 方波發(fā)生器例：設(shè)8253計(jì)數(shù)器2工作在方式3，按二十進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為4，則它的初始化程序段如下：MOV AL，10010111B；計(jì)數(shù)器2，只讀/寫低8位，工作方式3，二十進(jìn)制OUT 43H，AL；控制字送控制字寄存器MOV AL，4；送計(jì)數(shù)初值OUT 42H，AL圖6-54 方式4的時(shí)序圖方式4 軟件觸發(fā)選通例：設(shè)8253計(jì)數(shù)器1工作于方式4，按二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為3，則初始化程序段為：MOVAL，058H；設(shè)置控制字寄存器OUT43H，AL；送控制字MOVAL，3；置計(jì)數(shù)初值OUT41H，AL；送計(jì)數(shù)初值圖6-55 方式5時(shí)序圖方式5 硬件觸發(fā)脈沖例：設(shè)8253的通道1工作于方式5，按二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為4000H，則它的初始化程序段為：MOV AL，01101010B；通道1，只讀寫高字節(jié)，方式5，二進(jìn)制計(jì)數(shù)。OUT 43H，ALMOV AL，40HOUT 41H，AL ；送計(jì)數(shù)初值48253的讀操作（1）讀之前先停止計(jì)數(shù)（2）讀之前先送計(jì)數(shù)值鎖存命令5PC/XT機(jī)中8253的應(yīng)用（1）計(jì)數(shù)器0：用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)（2）計(jì)數(shù)器1：用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新的地址更新信號(hào)（3）計(jì)數(shù)器2：產(chǎn)生揚(yáng)生器的發(fā)音驅(qū)動(dòng)信號(hào)返回本節(jié)6.7 數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器