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1、第第8 8章章 可编程接口芯片及应用可编程接口芯片及应用主要内容:可编程定时器计数器芯片可编程定时器计数器芯片8253825382548254可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8255A串行通信及可编程串行接口芯片串行通信及可编程串行接口芯片8251A8251A模数与数模转换技术及接口模数与数模转换技术及接口8.1 8.1 可编程定时器可编程定时器/计数器芯片计数器芯片8253/82548253/8254定时信号的产生 1.软件定时 方法：根据所需时间常数设计一个延迟子程序。优点：节省硬件 缺点：执行延时程序期间CPU一直被占用，降低了CPU效率，不易提供多作业环境。适用：延时时间
2、较短、重复次数有限的情况。2.硬件定时 方法：利用专门的定时/计数器作为主要硬件，在简单软件控制下，产生准确时间延迟。优点：定时/计数器与CPU并行工作，不占CPU时间，利用定时/计数器产生中断信号，可以建立多作业环境，大大提高了CPU利用率。适用：广泛应用。82538254是Intel公司生产的一种通用的计数定时器CTC，也称为可编程序间隔定时器PIT，它是采用NMOS工艺由单一+5V电源供电的双列直插式封装24引脚芯片。82538254芯片两者的外形引脚及功能都是兼容的，仅是工作的最高频率有所不同，以满足不同的接口要求。例如：8253(2MHz)、8253-5(5MHz)，8254(8MH
3、z)、8254-5(5MHz)、8254-2(10MHz)。8.1.1 8253的结构及功能 1.82531.8253的引脚的引脚图图8.1 8253引脚及功能结构引脚及功能结构 8253124223322421520619718817916101511141213D7CLK0OUT0GATE0GNDOUT1VCCA1CLK2OUT2GATE2CLK1GATE1D6D5D4D3D2D1D0WRRDCSA0 0#8253D7D0A0CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2WRRDA1CS 1#2#2.8253内部结构内部结构(1)数据总线缓冲器是8253用于
4、和CPU数据总线连接的8位、双向、三态缓冲器，CPU读写8253的所有数据都经过该缓冲器。CPU用输出指令向8253写入方式控制字至控制寄存器、写入计数值至某个计数器，都是经数据总线缓冲器和8253内部总线传送的。CPU用输入指令读某个计数器值时，该计数器的现行计数值经8253内部总线和数据总线缓冲器传送到系统数据总线上，读入CPU。(2)读/写逻辑 是8253内部操作的控制部件 接收系统总线输入信号，转换成8253内部操作的各种控制信号 选择读写操作的对象（某计数器或控制寄存器由A0、A1决定）决定内部总线上数据的传送方向（输入还是输出由WR、RD决定）8253端口地址及内部操作端口地址及内
5、部操作(3)控制寄存器 8253初始化时接收CPU写入的控制字 控制字指定计数器的工作方式，选择以二进制或二十进制计数等 该寄存器为只写寄存器 (4)计数器0、计数器1、计数器2 三个计数器结构完全相同、操作完全独立 每个计数器内部包含：一个16位计数初值寄存器（CR）、计数执行部件（CE）、一个16位输出锁存器（OL）和一个控制寄存器 每个计数器外部有两个输入端（CLK、GATE）和一个输出端（OUT）3.计数器的内部结构计数器的内部结构 计数器 0控制寄存器计数初值寄存器(CR)减1计数器(CE)输出锁存寄存器(OL)CRHCEHOLHCRLCELOLL 4.8253的工作过程的工作过程
6、(1)由CPU向控制寄存器写入控制字，以确定工作方式；(2)由CPU向计数器寄存器写入计数初值或定时常数；(3)计数单元从计数器寄存器中获得初值，在CLK端输入的计数脉冲控制下进行减1计数（CLK决定计数速率）；(4)减到0时，该状态由OUT输出或由状态寄存器的某一位表示，以作为中断请求信号或供查询方式使用，也可将OUT 连到一个I/O设备上，去启动一个I/O操作；(5)任何时候都可以将计数单元的当前值送到输出锁存器被CPU读取而不干扰计数器继续计数；(6)门脉冲GATE是由设备送来的，作为对时钟脉冲的控制信号，门脉冲对时钟的控制方法有多种，以形成多种工作方式。8.1.2 8253的编程825
7、3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。1.82531.8253的控制字格式的控制字格式8253的控制字格式如下图所示。0 二进制计数1 十进制计数00 将减1计数器CE中的数据 锁存到OL中(锁存功能)000 方式0D7D6计数器选择读写格式工作方式数制00 选择计数器001 选择计数器110 选择计数器211 非法01 对计数器的低8位读或写10 对计数器的高8位读或写11 计数器16位操作(先低8 位，后高8位读或写)001 方式110 方式211 方式3100 方式41
8、01 方式5D5D4D3D1D2D0D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0SC1RL1M1M0M2BCDSC0RL0 2.82532.8253的读的读/写操作写操作 对8253的读/写操作不仅要用到RD和WR控制信号，还要根据计数/定时工作的要求利用门控信号GATE和锁存功能来控制8253的读/写操作。读操作。所谓读操作是指读出计数器的计数值至CPU中。有两种读数方法：直接读出(停读)。直接用输入指令读取所选择的端口计数器值。锁存读出(飞读)。锁存计数值以供读取，是专为在计数过程中读数据而设计的。写操作所谓写操作是指CPU对8253写入
9、控制字或计数初值。3.3.初始化编程初始化编程8253投入工作之前，CPU要对它进行初始化编程。初始化编程的步骤为：写入计数器的控制字，规定其工作方式及相应功能；写入计数初值。例如，若选择0计数器，工作在方式3，计数初值为2354H，十进制计数方式；或选择l计数器，工作在方式2，计数初值为18H，二进制计数方式。并设8253端口地址为4043H。则根据上述各计数器的功能，其初始化编程如下：0计数器的控制字为：37H 1计数器的控制字为：54H 0 00 01 11 10 01 11 11 1SC1RL1M1M0M2BCDSC0RL00 01 10 01 10 01 10 00 0对对0 0计数
10、器初始化编程计数器初始化编程 MOV ALMOV AL，37H 37H ；对；对0 0计数器送控制字。计数器送控制字。OUT 43HOUT 43H，ALAL MOV AL MOV AL，54H 54H ；送初值的低送初值的低8 8位。位。OUT 40HOUT 40H，ALAL MOV AL MOV AL，23H 23H ；送初值的高送初值的高8 8位。位。OUT 40HOUT 40H，ALAL对对1 1计数器初始化编程。计数器初始化编程。MOV AL,01010100B MOV AL,01010100B ；对；对1 1计数器送控制字。计数器送控制字。OUT 43HOUT 43H，ALAL MO
11、V AL MOV AL，18H 18H ；计数初值送低计数初值送低8 8位。位。OUT 41HOUT 41H，ALAL 当采用当采用“飞读飞读”的方法读取的方法读取1 1计数器的计数值时，计数器的计数值时，可采用如下程序片段：可采用如下程序片段：MOV ALMOV AL，010100000100100B 0B ；对；对1 1计数器送锁存控制字。计数器送锁存控制字。OUT 43HOUT 43H，ALAL IN AL IN AL，41H 41H ；读低读低8 8位。位。MOV CLMOV CL，AL AL ；读取的计数值存于读取的计数值存于CLCL中。中。当计数值为当计数值为1616位时，则位时，
12、则“飞读飞读”时还应读取高时还应读取高8 8位锁位锁存器中的计数值。即：存器中的计数值。即：IN ALIN AL，41H 41H ；读低读低8 8位。位。MOV CLMOV CL，ALAL IN AL IN AL，41H 41H ；读高读高8 8位。位。MOV CHMOV CH，ALAL 8.1.3 8253的工作方式及时序图 8253定时器计数器的每个计数器都有六种可编程选择的工作方式。对于每一种工作方式，由时钟输入信号CLK确定计数器递减的速率。门控信号GATE用于允许或禁止CLK信号进入计数器，或者根据工作方式用作计数器的启动信号。计数结束时，在输出线OUT上产生一个标志信号，该信号可编
13、程定义为脉冲、恒定电位或周期信号。区分六种工作方式的主要标志有三点：一是输出波形不同；二是启动的触发方式不同；三是计数过程中门控信号CATE对计数操作的影响不同。现在分别讨论不同工作方式的特点。1.方式0 计数结束产生中断方式CLKCLKGATEGATE5 54 43 32 20 01 1OUTOUTCWCWWRWRN N5 5322201CLKGATEOUTWRCWN32方式1可编程单次脉冲12120CLKGATEOUTWRCWN2图8.7 方式1的波形 3方式2分频工作方式CLKGATEOUTWRCWN3TOUTN*TCLK1321233图8.8 方式2的波形 2143342CLKGATE
14、OUTWRCWN4TOUTN*TCLK图8.9 方式3的波形 4方式3方波发生器5方式4软件触发选通21034CLKGATEOUTWRCWN46方式5硬件触发选通04312CLKGATEOUTWRCWN4 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
15、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总线的接口电路如下图所示。&74LS138ABC8253D0A0CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D7D7D0RDWRA1CS0Y1G2BG2AG
16、1&A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A15WRRDIOM2MHz20kHz1.工作方式控制字2.计数初值 计数初值=输入频率/输出频率 =2000000Hz/40000Hz =50 =0032HD7D6D5D4D3D2D1D0SC1RL1M1M0M2BCDSC0RL011110110 根据上述要求2计数器应设置成方式3工作状态，按双字节传送的50分频计数值应为0032H。此时，2计数器的初始化程序如下：MOV AL，11110110B ；对2计数器送控制字。OUT 43H，ALMOV AL，32H ；送低8位计数值32H。OUT 42H，AL XOR AL，AL ；送高8位计数值00H。OUT 42H，AL