1、,主講人：陳朋 博士、講師 地 址：廣C321室 Phone600+） Email：Chenpeng,微機(jī)原理及應(yīng)用,微機(jī)與外設(shè)交換信息, 都必須通過(guò)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已生產(chǎn)了各種各樣通用的可編程接口芯片，不同系列的微處理器都有其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的接口芯片可供選用。因此，學(xué)會(huì)典型通用接口芯片的工作原理和使用方法，是掌握微機(jī)接口技術(shù)的重要基礎(chǔ)。 本章主要介紹Intel系列的8255A、8250、8253-5、8259A等幾種典型通用的接口芯片，以及常用的DAC0832與ADC0809轉(zhuǎn)換芯片。并簡(jiǎn)要介紹幾種新型的通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口。,第7章

2、可編程接口芯片及通用I/O接口芯片,7.1 接口的分類及功能,7.2 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253-5,7.4 可編程并行通信接口芯片8255A,第7章 可編程接口芯片及通用I/O接口芯片,7.1 接口的分類及功能 7.1.1 接口的分類 按接口的功能可分為通用接口和專用接口兩類。通用接口適用于大部分外設(shè)，如行式打印機(jī)、電傳打字機(jī)和鍵盤等都可經(jīng)通用接口與CPU相連。通用接口又可分為并行接口和串行接口。并行接口是按字節(jié)傳送的；串行接口和CPU之間按并行傳送，而和外設(shè)之間是按串行傳送的。專用接口僅適用于某臺(tái)外設(shè)或某種微處理器，用于增強(qiáng)CPU的功能。 此外，在微機(jī)控制系統(tǒng)中專為某個(gè)被控制的對(duì)象而設(shè)計(jì)

3、的接口，也是專用接口。,7.1.2 接口的功能 接口的功能很豐富，視具體的接口芯片而定，其主要的功能有： 1.緩沖鎖存數(shù)據(jù) 通常CPU與外設(shè)工作速度不可能完全匹配,在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中難免有等待的時(shí)候。為此，需要把傳輸數(shù)據(jù)暫存在接口的緩沖寄存器或鎖存器中，以便緩沖或等待；而且，要為CPU提供有關(guān)外設(shè)的狀態(tài)信息，如外設(shè)“準(zhǔn)備好”、“忙”，或緩沖器“滿”、“空”等。 2. 地址譯碼 在微機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)外設(shè)都被賦予一個(gè)相應(yīng)的地址編碼，外設(shè)接口電路能進(jìn)行地址譯碼，以選擇設(shè)備。,3. 傳送命令 外設(shè)與CPU之間有一些聯(lián)絡(luò)信號(hào),如外設(shè)的中斷請(qǐng)求，CPU的響應(yīng)回答等信號(hào)都需要接口來(lái)傳送。 4. 碼制轉(zhuǎn)換 在一些

4、通信設(shè)備中，其信號(hào)是以串行方式傳輸?shù)?，而?jì)算機(jī)的代碼是以并行方式輸入輸出的，這就需要進(jìn)行并行碼與串行碼的互相轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換中，根據(jù)通信規(guī)程還要加進(jìn)一些同步信號(hào)等，這些工作也是接口電路要完成的任務(wù)之一。 5. 電平轉(zhuǎn)換 一般CPU輸入輸出的信號(hào)都是TTL電平，而外設(shè)的信號(hào)就不一定是TTL電平。為此，在外設(shè)與CPU連接時(shí)，要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，使CPU與外設(shè)的電壓(或電流)相匹配。,在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平=2.0V，輸入低電平=0.8V。,Transistor Transistor Logic,7.2 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253-5,

5、8253-5是可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。 7.2.1 8253-5的引腳與功能結(jié)構(gòu) 8253-5是一種24腳封裝的雙列直插式芯片。,8253-5引腳的定義如下: D0D7: 數(shù)據(jù)線。 A0、A1: 地址線，用于選擇3個(gè)計(jì)數(shù)器中的一個(gè)及選擇 控制字寄存器。 RD: 讀控制信號(hào)，低電平有效。 WR： 寫控制信號(hào)，低電平有效。 CS： 片選端，低電平有效。 CLK02： 計(jì)數(shù)器0#、1#、2#的時(shí)鐘輸入端。 GATE02: 計(jì)數(shù)器0#、1#、2#的門控制脈沖輸入端, 由外部設(shè)備送入門控脈沖。 OUT02： 計(jì)數(shù)器0#、1#、2#的輸出端，由它接至 外部設(shè)備以控制其啟停。 8253-5的功能體現(xiàn)在兩個(gè)方面

6、,即計(jì)數(shù)與定時(shí)。兩者的工作原理在實(shí)質(zhì)上是一樣的，都是利用計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，減至0發(fā)信號(hào)；兩者的差別只是用途不同。,7.2.2 8253-5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尋址方式,內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8253-5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有3個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)完全相同的16位計(jì)數(shù)器和1個(gè)8位控制字寄存器。在每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部,又可分為計(jì)數(shù)初值寄存器CR、計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE和輸出鎖存器OL這3個(gè)部件，它們都是16位寄存器，也可以作8位寄存器來(lái)用。在計(jì)數(shù)器工作時(shí),通過(guò)程序給初值寄存器CR送入初始值，該值再送入執(zhí)行部件CE作減1計(jì)數(shù)；而輸出鎖存器OL則用來(lái)鎖存CE的內(nèi)容，該內(nèi)容可以由CPU進(jìn)行讀出操作。,2. 尋址方式 8253-5內(nèi)部有3個(gè)計(jì)數(shù)器和1個(gè)控制

7、字寄存器,可通過(guò)地址線A0、A1，讀寫控制線RD、WR與選片CS進(jìn)行尋址,并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。,7.2.3 8253-5的6種工作方式及時(shí)序關(guān)系 8253-5的方式控制字格式如圖7.4所示，各計(jì)數(shù)器有6種可供選擇的工作方式，以完成定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。,1. 方式 計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 8253-5在方式0工作時(shí)，有以下特點(diǎn)： （1）當(dāng)寫入控制字后，OUT端輸出低電平作為起始電平，在有兩個(gè)負(fù)脈沖寬度的信號(hào)的上升沿將初值寫入初值寄存器CR，待計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)器后，輸出仍保持低電平。若GATE端的門控信號(hào)（圖中有兩組門控信號(hào)，但未畫出上面的第1組高電平的GATE信號(hào)）為高電平，當(dāng)CLK端每來(lái)

8、一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器就作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，OUT端輸出變?yōu)楦唠娖?；若要使用中斷，則可利用此上跳的高電平信號(hào)向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。,（2） GATE為計(jì)數(shù)控制門。 方式0的計(jì)數(shù)過(guò)程可由門控信號(hào)GATE控制暫停，即當(dāng)GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)；GATE=0時(shí)，停止計(jì)數(shù)。GATE信號(hào)的變化并不影響輸出OUT端的狀態(tài)。 （3） 計(jì)數(shù)過(guò)程中可重新裝入計(jì)數(shù)初值。 如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中，重新寫入某一計(jì)數(shù)初值，則在寫完新的計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器將從該值重新開始作減1計(jì)數(shù)。,2.方式1 可編程單穩(wěn)觸發(fā)器,(1)寫入控制字后，OUT端輸出高電平作為起始電平。當(dāng)計(jì)數(shù)初值送到計(jì)數(shù)器后，若無(wú)GATE的上升沿，不管此時(shí)GAT

9、E輸入的觸發(fā)電平是高電平還是低電平,都不開始減1計(jì)數(shù)，必須等到GATE端輸入正跳變觸發(fā)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)過(guò)程才會(huì)開始。,(2)工作時(shí),由GATE輸入觸發(fā)脈沖的上升沿使OUT變?yōu)榈碗娖剑縼?lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí), OUT再變?yōu)楦唠娖?。OUT端輸出的單穩(wěn)負(fù)脈沖的寬度為計(jì)數(shù)器的初值乘以CLK端輸入脈沖周期。,(3)如果在計(jì)數(shù)器未減到0時(shí),門控端GATE又來(lái)一觸發(fā)脈沖,則由下一個(gè)時(shí)鐘脈沖開始,計(jì)數(shù)器將從初始值重新作減1計(jì)數(shù).當(dāng)減至0時(shí)，輸出端又變?yōu)楦唠娖?。這樣,使輸出脈沖寬度延長(zhǎng)。,3.方式2 分頻器（又叫分頻脈沖產(chǎn)生器） 此方式是n分頻計(jì)數(shù)器,n是寫入計(jì)數(shù)器的初值。寫入控制字后

10、，OUT端輸出高電平作為起始電平。當(dāng)計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)器后，從下一個(gè)時(shí)鐘脈沖起，計(jì)數(shù)器開始作減1計(jì)數(shù)。當(dāng)減到1時(shí)，OUT端輸出將變?yōu)榈碗娖?。?dāng)計(jì)數(shù)端CLK輸入n個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后,在輸出端OUT輸出一個(gè)n分頻脈沖,其正脈沖寬度為（n-1）個(gè)輸入脈沖時(shí)鐘周期,而負(fù)脈沖寬度只是一個(gè)輸入脈沖時(shí)鐘周期。 GATE用來(lái)控制計(jì)數(shù),GATE=1,允許計(jì)數(shù)；GATE=0，停止計(jì)數(shù)。因此，可以用GATE來(lái)使計(jì)數(shù)器同步。要注意的是，在方式2下，不但高電平的門控信號(hào)有效，上升跳變的門控信號(hào)也是有效的。,4.方式3 方波頻率發(fā)生器 此方式類似于方式2，但輸出為方波或者為對(duì)稱的矩形波。當(dāng)寫入控制字后,OUT端輸出低電平作為起始

11、電平，裝入計(jì)數(shù)值n后，OUT端輸出變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)前GATE為高電平，則立即開始作減1計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值n為偶數(shù)時(shí)，每當(dāng)計(jì)數(shù)值減到n/2時(shí)，則OUT端由高電平變?yōu)榈碗娖?，并一直保持?jì)數(shù)到0，故輸出的n分頻波為方波;當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，輸出分頻波高電平寬度為(n+1)/2計(jì)數(shù)脈沖周期，低電平寬度為(n-1)/2計(jì)數(shù)脈沖周期。,5.方式4 軟件觸發(fā)選通脈沖 按方式4工作時(shí)，寫入控制字后，輸出OUT變?yōu)楦唠娖?。?dāng)由軟件觸發(fā)寫入初始值后，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0時(shí),在OUT端輸出一個(gè)寬度等于一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期的負(fù)脈沖。若GATE=1,允許計(jì)數(shù);GATE=0，停止計(jì)數(shù)。 6.方式5 硬件觸發(fā)選通脈沖 此方

12、式類似于方式4，所不同的是GATE端輸入信號(hào)的作用不同。按方式5工作時(shí)，由GATE輸入觸發(fā)脈沖，從其上升沿開始，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，在OUT端輸出一個(gè)寬度等于一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期的負(fù)脈沖。在此方式中，計(jì)數(shù)器可重新觸發(fā)。在任何時(shí)刻，當(dāng)GATE觸發(fā)脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，將把計(jì)數(shù)初值重新送入計(jì)數(shù)器，然后開始計(jì)數(shù)過(guò)程。,.4 可編程并行通信接口芯片8255A,7.4.1 8255A芯片引腳定義與功能,.數(shù)據(jù)端口、 8255A的3個(gè)8位數(shù)據(jù)端口A、B、C各有不同特點(diǎn)，可以由設(shè)計(jì)者用軟件使它們分別作為輸入端口或輸出端口。 在實(shí)際使用中，A口與B口常常作為獨(dú)立的輸入端口或者輸出端口，C口則配合A口和B口工

13、作。具體地說(shuō)，C口常常通過(guò)控制命令分成為2個(gè)4位端口，每個(gè)4位端口包含1個(gè)4位的輸入緩沖器和1個(gè)4位的輸出鎖存器/緩沖器，它們分別用來(lái)為A口和B口輸出控制信號(hào)和輸入狀態(tài)信號(hào)。 .A組控制和B組控制部件 這兩組控制部件有兩個(gè)功能: 一是接收來(lái)自芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的控制字；二是接收來(lái)自讀寫控制邏輯電路的讀/寫命令,以此來(lái)決定兩組端口的工作方式和讀/寫操作.,.讀/寫控制邏輯電路 讀/寫控制邏輯電路的功能是負(fù)責(zé)管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。它接收CS及來(lái)自地址總線的信號(hào)A1、A0（在8086總線中為A2、A1）和控制總線的信號(hào)RESET、WR、RD,將它們組合后,得到對(duì)A組控制部件和B組控制部件的控

14、制命令,并將命令送給這兩個(gè)部件，再由它們完成對(duì)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。 .數(shù)據(jù)總線緩沖器 它是一個(gè)雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，8255A正是通過(guò)它與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、CPU發(fā)給8255A的控制字都是通過(guò)該部件傳遞的。,7.4.2 8255A尋址方式 8255A內(nèi)部有3個(gè)I/O端口和一個(gè)控制字端口,通過(guò)地址線A0、A1，讀寫控制線RD、WR與片選端CS進(jìn)行尋址并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。,7.4.3 8255A的3種工作方式 1. 方式0 方式0是基本的輸入輸出工作方式 方式0有以下特點(diǎn)： (1) 任何一個(gè)端口都可用作輸入或輸出。 (2) 由A口、B口、C口高4位與C口低4位4組

15、組合成16種不同的輸入/輸出組態(tài)。,2. 方式1 方式1和方式0不同，它要利用端口C所提供的選通信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，來(lái)控制輸入/輸出操作。所以,方式1又稱為選通輸入輸出方式。 （1） 端口A和端口B均為輸入方式，其控制字格式和連接圖如圖7.27所示。,P250,當(dāng)8255A接收到寫入控制口的控制字時(shí)，就會(huì)對(duì)D7位標(biāo)志位進(jìn)行測(cè)試。如D71，則為方式選擇字；若D70，則為C口的置1/復(fù)0控制字。圖7.28是對(duì)C口直接置位或復(fù)位的控制命令字格式。,（2） 端口A與B均為輸出方式。其控制字格式和連線圖如圖7.29所示。,（3） 混合輸入與輸出 端口A為輸入，端口B為輸出，其控制字格式和連線圖如圖7.30所

16、示。,端口A為輸出，端口B為輸入，其控制字格式如圖7.31所示。,3. 方式2 此方式稱為選通雙向傳輸，僅適用于端口A。圖7.32是方式2的控制字格式和連線圖。,7.4.4 時(shí)序關(guān)系 方式1的工作時(shí)序如圖7.33和圖7.34所示。,從時(shí)序圖上，可以把它們的工作過(guò)程歸納如下： (1)當(dāng)數(shù)據(jù)端口作為輸入工作時(shí)，在STB有效時(shí)，外設(shè)輸入數(shù)據(jù)存入端口，并發(fā)出IBF有效信號(hào)，該信號(hào)可供外設(shè)作通信聯(lián)絡(luò)信號(hào)，也可以由CPU查詢C口相應(yīng)位獲得。當(dāng)CPU對(duì)該數(shù)據(jù)口進(jìn)行讀入操作后，由RD上升沿使IBF復(fù)位, 為下一次輸入數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。如果該數(shù)據(jù)端口中斷允許INTE置位，則在STB信號(hào)回復(fù)到高電平時(shí)，8255A通過(guò)INTR向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。若CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求，讀取該數(shù)據(jù)端口的輸入數(shù)據(jù)，則由RD下降沿使INTR復(fù)位,為下一次數(shù)據(jù)輸入請(qǐng)求中斷做好準(zhǔn)備。,(2)當(dāng)數(shù)據(jù)端口作為輸出口時(shí),在CPU把數(shù)據(jù)寫入端口后，由WR的上升沿使OBF有效并使INTR復(fù)位。OBF輸出通知外設(shè)可以取走端口的輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)外設(shè)取走一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí), 應(yīng)向8255A發(fā)回應(yīng)答信號(hào)ACK。ACK的有效低電平可以使OBF復(fù)位，為下一次輸出做好準(zhǔn)備。如果該端口輸出中斷允許INTE位置位，則當(dāng)ACK回到高電平時(shí)，8255A可以通過(guò)INTR發(fā)輸出中斷請(qǐng)求。若CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求