1、第八章 可編程接口芯片,微機系統(tǒng)中使用的接口芯片一般都是通用的、可 編程設置工作方式的。,第一節(jié)并行通信接口,計算機與外設交換信息的過程中： 并行通信：多位數(shù)據(jù)通過多條數(shù)據(jù)線同時傳送 串行通信：多位數(shù)據(jù)通過同一條數(shù)據(jù)線按位傳送 在計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)是并行傳送的。因此，并行接口電路相對簡單，串行接口電路由于要進行串并行轉(zhuǎn)換相對復雜。 并行接口電路芯片常用的有兩類： 1、普通的8位鎖存器及緩沖器 2、可編程設置工作方式的并行接口,一、并行接口電路,（一）輸入接口（數(shù)據(jù)部分）,如果外設送來的數(shù)據(jù)都是靜態(tài)數(shù)據(jù)，接口可以簡化為緩沖器。,外 部 數(shù) 據(jù) 引 腳,選通,緩沖器,（二）輸出接口（數(shù)據(jù)部分）,如果送

2、給外設的數(shù)據(jù)都是靜態(tài)數(shù)據(jù)，接口可以簡化為鎖存器。,外 部 數(shù) 據(jù) 引 腳,鎖存控制,D,C,Q,D,C,Q,D,C,Q,（三）實例,開關狀態(tài)輸入接口電路 74LS244是雙4位的三態(tài)緩沖器，由G1和G2各控制4位的選通。 注意：電阻用來限制輸入電流。,發(fā)光二極管輸出接口電路 74LS373是8位的三態(tài)鎖存器，由LE控制鎖存，OE控制選通。 注意：電阻用來限制輸入電流。,二、通用并行接口8255A,8255A 是INTEL系列的并行接口芯片，可編程來設置工作方式。用來連接外設時，一般不需要再附加外部電路。 40PIN、DIP封裝，芯片體積大，設計簡單的系統(tǒng)通常不用。 在目前的主板中，功能已經(jīng)集成

3、在芯片組中，但使用和編程與8255A完全一致。,（一）芯片的引腳 8255A和總線連接的引腳： D7D0，A1A0，CS，RESET，RD，WR。 說明：有22=4個8位的端口可被CPU尋址訪問。 8255A和外設連接的引腳： PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0。 說明：有A、B、C三組8位的口線。 電源和地線： Vcc和GND。,（二）內(nèi)部結(jié)構框圖,上C口,說明： （1）A1A0 端口口線 00端口APA7PA0 01端口BPB7PB010端口CPC7PC0 11 對控制端口寫控制字 （2）端口C又可以分成“上C口”和“下C口”2個部分，用作A口和B口的控制信號線，所以把A口+上C口稱

4、為A組，B口+下C口稱為B組。 （3） PA口：輸入有鎖存器，輸出有鎖存器和緩沖器， PB和PC口：輸入有緩沖器，輸出有鎖存器和緩沖器。,（三）控制字編程 （1）工作方式控制字：對A1A0=11的端口寫入D7=1的數(shù)據(jù),（2）置位復位控制字： 對A1A0=11的端口寫入D7=0的數(shù)據(jù)表示對C口進行位操作。（注意：對A1A0=10的端口操作表示對C口進行字節(jié)操作）,（四）工作方式 （1）工作方式0：基本的輸入輸出方式。 A口、B口、上C口、下C口都可以獨立設置作為輸入或輸出使用。 適合用于無條件或查詢式傳送。 （2）工作方式1：應答式輸入輸出方式。 A口、B口可以分別作為數(shù)據(jù)口工作在方式1。 需

5、要使用C口中特定的引腳作為選通和應答使用。C口中其余的引腳仍可工作在方式0，定義為輸入或輸出使用。 適合用于中斷式傳送。,圖例1,外設響應信號 表示外設已經(jīng)接收到數(shù)據(jù),輸出緩沖器滿信號 表示CPU已經(jīng)輸出了數(shù)據(jù),中斷請求信號 請求CPU再次輸出數(shù)據(jù),說明： 1、當CPU向端口A輸出數(shù)據(jù)以后，在WR的上升沿使OBFA變?yōu)榈碗娖健?2、當外設接收到數(shù)據(jù)以后，發(fā)出一個負脈沖ACKA送給8255A，使OBFA變?yōu)楦唠娖健?3、ACKA和OBFA都變?yōu)楦唠娖揭院?，如果INTEA允許，則8255A發(fā)出中斷請求信號，以便使CPU再次輸出數(shù)據(jù)。WR的下降沿使INTRA恢復低電平。 可以通過對PC6的置位和復位

6、來設置INTEA。,圖例2,數(shù)據(jù)選通信號 表示外設已經(jīng)準備好數(shù)據(jù),輸入緩沖器滿信號 表示A口已經(jīng)接收數(shù)據(jù),中斷請求信號 請求CPU接收數(shù)據(jù),說明： 1、當外設數(shù)據(jù)準備好以后，發(fā)出一個負脈沖選通信號STB ，使A口打開鎖存器接收數(shù)據(jù)。 2、A口接收到數(shù)據(jù)以后，發(fā)出IBFA，由RD信號的上升沿使IBFA恢復低電平。 3、STB和IBFA都變?yōu)楦唠娖揭院?，如果INTEA允許，則8255A發(fā)出中斷請求信號，以便使CPU接收數(shù)據(jù)。RD信號的下降沿使INTRA恢復低電平。 可以通過對PC4的置位和復位來設置INTEA。,圖例3圖例4 可通過對PC2置位或復位來設置INTEB。,（3）工作方式2：雙向應答式

7、輸入輸出方式。 A口可以作為數(shù)據(jù)口工作在方式2。相當于是A口工作在方式1的輸入和輸出的疊加。,用PC6設置INTE1， 用PC4設置INTE2。,輸入和輸出中斷通過 或門輸出INTR信號。,三、8255A在PC機中的應用,PC機中有一片8255A，用作鍵盤輸入和系統(tǒng)設置開關輸入的并行接口，同時提供揚聲器發(fā)聲和其他控制信號。 端口地址是60H63H。正常工作時A、B、C三個口都是方式0，其中A口、C口輸入，B口輸出。工作方式控制字是： = 99H。,在PC機中，主板上產(chǎn)生接口電路芯片片選信號的電路： 由于A4、A3、A2既沒有作為片選地址線，也沒有作為片內(nèi)地址線使用，所以是不完全譯碼。端口地址會

8、有重疊。 例如：70H73H、64H67H等都同于60H63H。,74LS138,G1,G2A,G2B,Y0,Y1,Y2,Y3,8237.CS （00H1FH）,8259A.CS （20H3FH）,8253.CS （40H5FH）,8255A.CS （60H7FH）,AEN,A9,A8,A7,A6,A5,8255A,PB1 PB0,PA7PA0,PB7 PB6,四、8255A接口實例,例1：8255A作為連接打印機的接口，工作在方式0，輸出。 工作過程：需要打印時，查詢打印機是否忙？不忙時通過8255A發(fā)送一個字符給打印機。為使打印機接收數(shù)據(jù)，要生成一個選通脈沖（初始值是1，置0，再置1 ）。

9、 例2：使用8255A的工作方式1，設計中斷式的打印機接口。 工作過程：在主程序中設置中斷向量，開放中斷（IF標志、8259A的IMR、8255A的INTE）。在中斷服務程序中，發(fā)送打印字符、選通脈沖。,打印機接口簡介 Centronic并行打印機接口標準。 25芯D型連接器，在計算機機箱上是孔狀插座。 主要引腳：1、D7D08條數(shù)據(jù)引腳 2、STB打印機數(shù)據(jù)選通（負脈沖0.5ms） 3、BUSY打印機忙 4、ACK打印機響應（負脈沖12ms） 5、缺紙、聯(lián)機、出錯、初始化等引腳 打印機驅(qū)動程序有兩種設計方案： 1、查詢BUSY引腳，當為低電平時可以發(fā)送打印字符；2、利用ACK響應信號，引發(fā)中

10、斷發(fā)送打印字符。,8088,8255A,打印機,D7D0,PA,PC2,PC6,STB,BUSY,查詢式打印機接口示意圖,例題1 題解：,A口：方式0、輸出數(shù)據(jù) 上C口：方式0、PC6輸入狀態(tài)信號 下C口：方式0、PC2輸出選通信號,方式控制字為： 10001000B。,為增強驅(qū)動能力， 可加門電路驅(qū)動,設端口地址是：0D0H0D3H，要打印的字符放在BL中。 程序如下： Setup：MOVAL，88H ；設置工作方式 OUT0D3H，AL MOV AL，5；置PC2為1 OUT0D3H，AL Ready：IN AL，0D2H TESTAL，40H；測試PC6狀態(tài) JNZReady MOVAL

11、，BL；打印的字符送AL中 OUT0D0H，AL MOV AL，4；置PC2為0 OUT0D3H，AL MOV AL，5；置PC2為1 OUT0D3H，AL,8088,8255A,打印機,D7D0,PA,PC2,PC6,STB,ACK,中斷式打印機接口示意圖,例題2 題解：,A口：方式1、輸出數(shù)據(jù) PC6輸入外設響應信號 下C口：方式0、PC2輸出選通信號,PC3,IR2,INTR,INTA,8259A,方式控制字為： 10100000B。,設端口地址是：0D0H0D3H，用DI指示字符在緩沖區(qū)的位置。 程序如下： 1、中斷服務程序：（假設開始位置是2000H：1000H） PRNDRV：MO

12、VAL， DI ；打印的字符送AL中 OUT0D0H，AL INC DI MOV AL，4；置PC2為0 OUT0D3H，AL MOV AL，5；置PC2為1 OUT0D3H，AL MOV AL，20H；向8259A發(fā)EOI命令 OUT 20H，AL IRET ；該程序做了簡化處理。,2、主程序 INIT8259A：MOV AL，13H ；初始化8259A OUT 20H，AL MOV AL， 8 OUT 21H，AL MOV AL，9 OUT 21H，AL INIT8255A：MOV AL，0A0H；設置8255A工作方式 OUT0D3H，AL MOV AL，5；置PC2為1 OUT0D3H

13、，AL,INSTDRV：MOV AX，0；安裝中斷向量 MOV DS，AX；IR2的中斷類型是0AH MOV Word Ptr 0AH*4 ，1000H MOV Word Ptr 0AH*4+2 ，2000H SETUPIF：MOV AL，0DH；設置8255A的INTEA OUT0D3H，AL IN AL，21H；設置8259A的IMR，允許IR2 AND AL，0FBH OUT 21H，AL STI；開中斷,1,2,3,3、打印驅(qū)動程序 假設字符緩沖區(qū)從3000H：0000H處開始存放， 在3000H：1000H處存放一個字，表示打印字符數(shù)。 PRINT：MOV AX，3000H MOV

14、DS，AX MOV DI，0000H INT 0AH；第一次中斷，可以軟件觸發(fā) LOOP1：CMPDI，1000H JB LOOP1 MOV AL，0CH；關閉INTEA OUT 0D3H，AL 說明：打印結(jié)束也可以在中斷服務程序中進行判斷。,第二節(jié)定時/計數(shù)器,在接口電路設計中，常用到定時、計數(shù)、分頻單元。 Intel 8253采用NMOS工藝，DIP封裝，24pin 最高計數(shù)時鐘頻率為2.6MHz。 8253內(nèi)部有3個完全相同、又相互獨立的16位減法計數(shù)器。 可以用二進制或十進制計數(shù)。 工作方式和計數(shù)常數(shù)編程設置。,一、內(nèi)部結(jié)構,說明： 1、每個計數(shù)器各有三根I/O線 CLK：時鐘信號輸入

15、 OUT：計數(shù)器輸出 GATE：門控信號，用于啟動或允許計數(shù)器工作 2、通過對控制寄存器寫操作，來設置工作方式。 3、有A1A0兩條地址線，在PC機中的端口地址是40H43H。 A1A0端口定義 0040H0#計數(shù)器 0141H1#計數(shù)器 1042H2#計數(shù)器 1143H控制寄存器,二、工作方式,8253有六種工作方式，在輸出波形和啟動方式上略有區(qū)別。 工作方式 輸出波形的比較 計數(shù)值,方式 0軟件置數(shù) 禁止 允許,方式 1硬件觸發(fā) 啟動 ,方式 2 軟件置數(shù) / 硬件觸發(fā) 禁止 啟動 允許,方式 3 軟件置數(shù) / 硬件觸發(fā) 禁止 啟動 允許,方式 4軟件置數(shù) 禁止 允許,方式 5硬件觸發(fā) 啟

16、動 ,啟動方式的比較：,三、設置工作方式和計數(shù)值,對8253設置工作方式和設置計數(shù)值是連續(xù)進行的。 步驟是： 1、對控制端口寫：設置工作方式及計數(shù)值格式 2、對計數(shù)端口寫：計數(shù)值低8位（可選） 3、對計數(shù)端口寫：計數(shù)值高8位（可選） 控制字格式： 說明： SC1SC0 ：選擇計數(shù)器（0#，1#，2#） M2M1M0：設置工作方式（05）,SC1,RL1,M1,M0,M2,BCD,SC0,RL0,RL1RL0 設置計數(shù)值格式 00當前計數(shù)值鎖存到輸出緩沖器 01寫 / 讀計數(shù)值的低8位 10寫 / 讀計數(shù)值的高8位 11寫 / 讀計數(shù)值的16位(先低8位，后高8位) BCD：計數(shù)值是二進制還是B

17、CD碼表示的十進制。 =1BCD碼表示的十進制 =0二進制 如果是BCD碼計數(shù)則范圍是：00009999 二進制計數(shù)則范圍是：0000H0FFFFH （065535）,四、在PC機中的應用,在PC機中使用1片8253。 三個計數(shù)器的CLK端輸入PCLK的二分頻信號 14.31818MHz / 3 / 2 / 2 =1.1931816MHz 0#計數(shù)器用于定時中斷（方式3，初值0） MOV AL, 00110110B OUT 43H, AL MOV AL, 0 OUT 40H, AL OUT 40H, AL 8253.OUT0連接到8259.IR0，每隔55ms產(chǎn)生一次定時中斷， 中斷服務程序?qū)?/p>

18、0046CH0046FH中的雙字類型數(shù)據(jù)每次加1。,有關系統(tǒng)時鐘的話題 1、通常有三種方法獲取系統(tǒng)的時鐘 （1）RTC時鐘 （2）BIOS時鐘 （3）操作系統(tǒng)時鐘 2、什么是CMOS和RTC CMOS 通常為64-128字節(jié)的RAM，內(nèi)部存放著電腦的硬件配置信息。例如：軟硬驅(qū)型號、RAM大小等。 RTC（Real-time Clock）實時時鐘電路。通常和CMOS集成在同一芯片中，在系統(tǒng)關機時由電池供電工作。,3、CMOS中和時間有關的字節(jié) CMOS 中前14個字節(jié)提供給RTC使用的（包括年份的后兩位數(shù)），而第50個字節(jié)則是存放世紀（年份的前兩位數(shù)）這是IBM公司在設計PC機時制定的標準。 4

19、、BIOS時鐘和RTC時鐘的切換 系統(tǒng)開機后，從CMOS中獲得RTC的當前時間，然后由8253產(chǎn)生BIOS時鐘。 在操作系統(tǒng)中設置日期和時間時，自動存入CMOS作為RTC的當前時間。 系統(tǒng)關機后，RTC由電池供電繼續(xù)工作。,5、對CMOS中數(shù)據(jù)的操作 在PC-AT以后的計算機中，都安裝CMOS。端口地址的分配電路也重新作了調(diào)整，70H和71H端口分配CMOS電路。 70H端口是控制口，71H端口是數(shù)據(jù)口。 操作時序是： （1）先寫控制口，確定對某個字節(jié)操作 （2）再對數(shù)據(jù)口進行讀寫操作 例：讀取CMOS中50H的數(shù)據(jù) MOV AL，50H OUT 70H，AL IN AL，71H,1#計數(shù)器用

20、于DRAM刷新時鐘（方式2，初值0012H） MOV AL, 01010100B OUT 43H, AL MOV AL, 12H OUT 41H, AL 8253.OUT1連接8237.DREQ0，定時刷新DRAM。 2#計數(shù)器為揚聲器提供震蕩頻率（方式3，初值533H） BEEP：MOV AL, 10110110B OUT 43H, AL MOV AX, 533H,OUT 42H, AL MOV AL, AH OUT 42H, AL 打開PB1PB0 延時 關閉PB1PB0 RET,如果需要自定義頻率值為263，則可以： MOV DX, 12H MOV AX, 3480H MOV SI, 2

21、63 DIV SI ；在AX中就得到了計數(shù)值,音階和頻率的對應關系：,音符12345671 頻率262294330347392440493524 音符12345671 頻率5245886606987848809881048,五、應用實例,用8253產(chǎn)生A / D轉(zhuǎn)換器的啟動控制信號。,8253,啟動轉(zhuǎn)換,時鐘源,頻率 F,+5V,說明： 計數(shù)器 模式 計數(shù)值 0 2 M 1 1 N 2 3 L 計數(shù)器1和2串連工作，門控信號由開關提供 CLK2F OUT2F / L CLK1OUT2F / L OUT1F / (L*N) T(L*N) / F 計數(shù)器0的門控信號由OUT1提供，時間是(L*N)

22、 / F CLK0F OUT0F / M 輸出負脈沖，經(jīng)過反相后變成正脈沖，啟動A / D 轉(zhuǎn)換器。,如果F10KHz，要求采樣時間5秒，采樣頻率100Hz，則 MF / 100 = 100 N*L = 5 * 10K = 50K，選N50，L1000 （假設端口地址是0C0H0C3H） 程序如下： MOV AL, 00010100BMOV AL, 10110111B OUT 0C3H, ALOUT 0C3H, AL MOV AL, 100MOV AX, 1000H OUT 0C0H, ALOUT 0C2H, AL MOV AL, 01010010BMOV AL, AH OUT 0C3H, A

23、LOUT 0C2H, AL MOV AL, 50 OUT 0C1H, AL,第三節(jié)DMAC 8237,DMA控制器可以獲得總線控制權，發(fā)出地址信號和控制信號，用Direct Memory Access 方式實現(xiàn)外部設備和存儲器之間的數(shù)據(jù)高速傳輸。 DMAC 8237有四個獨立通道，可以級聯(lián)擴充。 可以進行四種操作， DMA寫操作、DMA讀操作、DMA校驗、存儲器刷新 可以有四種傳送方式： 字節(jié)傳送、成組傳送、請求傳送、級聯(lián)傳送,聯(lián)絡過程： (1)外設向DMAC發(fā)出DMA請求； (2)DMAC向CPU發(fā)總線請求； (3)CPU發(fā)出總線響應信號； (4)DMAC發(fā)地址信號，響應外設，并發(fā)出讀/寫控

24、制信號； (5)外設發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線，撤銷DMA請求； (6)內(nèi)存接收數(shù)據(jù)給DMAC回送一個準備好信號，DMAC計數(shù)； (7)計數(shù)到0，DMAC撤銷總線請求，CPU收回總線控制權。,在PC機中使用一片8237，端口地址是00FH。 0通道 用于DRAM刷新 15s一次 1通道 保留 2通道 軟驅(qū)控制器 3通道 硬盤控制器 03通道優(yōu)先級由高到低。 在PC/AT機中使用兩片8237級聯(lián)。 性能比較 PC機中CPU控制傳送，每字節(jié)要20100 s DMAC控制傳送，每字節(jié)2.1 s PC/AT機中，DMAC控制傳送，每字2.16 s。,關于“倍速”的概念 指在PC機中軟驅(qū)的數(shù)據(jù)讀寫速度 150

25、kbyte/sec 4 x CD 的光驅(qū)的讀寫速度 150 x 4 kbyte/sec,第四節(jié)串行通信,串行通信多位數(shù)據(jù)通過一條信號線一位一位地按順序傳輸。 串行通信有同步和異步兩種方式： 同步：按數(shù)據(jù)塊傳輸，字符連續(xù)發(fā)送，收發(fā)雙方時鐘（頻率和相位）嚴格同步。 異步：按字符傳輸，字符可以不連續(xù)發(fā)送，收發(fā)時鐘不要求嚴格同步。 異步傳輸以字符為單位，稱為一個信息幀。一幀包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位四部分。收發(fā)雙方速率和幀格式要完全相同。,幀格式：,空閑位,58位 數(shù)據(jù)位,空閑位,波特率：每秒鐘傳送的位數(shù)，記為 bps （bit/sec）。 校驗位：可以奇校驗、偶校驗或沒有校驗位。 通常把數(shù)據(jù)

26、位和校驗位中1的個數(shù)為奇數(shù)個稱為奇校驗。 異步傳輸信息冗余較大，例如：1+8+1+2中有效位數(shù)只有8位。,相關的幾個問題 1、調(diào)制和解調(diào) 主要有：相移鍵控、頻移鍵控、幅移鍵控三種方式。 常用的調(diào)制解調(diào)器MODEM使用的是頻移鍵控。 33.6kbps的MODEM的最大傳輸速率是多少字節(jié)/秒？ 2、傳輸方式 點對點方式：單工、半雙工、全雙工 一點對多點：總線型、星型、環(huán)形、復合型,3、串行接口 UART （通用異步收發(fā)器） USART（通用同步異步收發(fā)器） 還有一些專用串并行轉(zhuǎn)換芯片74LS165、74LS164等。 4、微機中的串行接口 UART 以前使用 INS 8250 ，最高速率9600

27、bps 。 目前使用 8250的后續(xù)芯片16450、16550等，最高速率可達115200 bps。 5、串行通信標準 RS232C 由美國電子工程師協(xié)會（EIA）制定。 它規(guī)定了串行通信所需的信號引腳功能、電平和連接器。,1、使用D型25針連接器 2、數(shù)據(jù)線上：MARK（表示1）3V25V SPACE（表示0）3V25V 3、控制線上：ON3V25V OFF3V25V 4、DTE：數(shù)據(jù)終端設備DCE：數(shù)據(jù)通信設 5、典型引腳（25針D型連接器）： 2TxD發(fā)送數(shù)據(jù) 3 RxD接受數(shù)據(jù) 4RTS請求發(fā)送 5CTS允許發(fā)送 6DSR數(shù)據(jù)設備準備好 20DTR數(shù)據(jù)終端準備好 7GND信號地,6、最

28、簡單的連接方案 計算機A 計算機B 3223 2332 5775,9針插座,9針插座,25針插座,25針插座,7、串行通信的其它RS標準 RS422 RS485 8、TTL電平和RS-232C電平的轉(zhuǎn)換電路 SN75150和MC1488 TTL RS -232C SN75154和MC1489 TTL RS - 232C 9、PC機中的COM1 ：IRQ=4 IO=3F8H3FFH COM2 ：IRQ=3 IO=2F8H2FFH 10、通常使用PC的BIOS提供的INT 14H 進行串行口操作。 也可以使用DOS調(diào)用或直接對接口電路編程。,第五節(jié) ADC和DAC,過程對象,測量元件,執(zhí)行器,變送

29、器,調(diào)節(jié)器,傳統(tǒng)控制回路：,安全柵,過程對象,檢測元件,執(zhí)行器,變送器,計算機,簡單的計算機控制回路：,ADC,DAC,模擬量信號通過ADC和DAC轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號； 開關量信號通過并行接口轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號。,安全柵,一、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC,(一) 八位DAC接口電路,MOV AL, XX MOV DX, 160H OUT DX, AL,(二) 多于8位的DAC接口電路,用雙緩沖結(jié)構 避免輸出毛刺,程序片斷： LEA SI,DAMEM MOV AL,SI MOV DX,0160H OUT DX,AL MOV AL,SI+1 MOV DX,0162H OUT DX,AL MOV DX,0164H OUT DX,AL,(三) 一些應用實例,例1 產(chǎn)生正向鋸齒波 WAVE1 PROC XOR AL，AL CIRL：MOV DX，160H OUT DX，AL CALL DELA INC AL JMP CIRL WAVE1 ENDP,例2 產(chǎn)生負向鋸齒波 WAVE2 PROC XOR AL，AL MOV DX，160H CIRL：DEC AL OUT DX，AL CALL DELA JMP CIRL WAVE2 ENDP,例3 產(chǎn)生三角波 WAVE3 PROC XOR AL，AL MOV DX，0160H UP：OUT