微型计算机原理第8章.ppt

第8章 可编程接口芯片及应用 第8章 可编程接口芯片及应用 8.1可编程定时器可编程定时器/计数器芯片计数器芯片8253/82548.2可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8.3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8.4模模/数数(A/D)与数与数/模模(D/A)转换技术及其接口转换技术及其接口第8章 可编程接口芯片及应用 8.1可编程定时器可编程定时器/计数器芯片计数器芯片8253/8254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，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。第8章 可编程接口芯片及应用 8.1.1 8253的结构与功能的结构与功能 1.8253的引脚的引脚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。图图8.18253引脚及功能结构引脚及功能结构第8章 可编程接口芯片及应用 (1)数据引脚D7D0：数据线，双向三态，与系统数据总线连接。(2)片选信号CS：输入信号，低电平时选中此片。由CPU输出的地址经地址译码器产生。(3)地址线A0，A1：这两根线接到系统地址总线的A0，A1上，当CS为低电平，且8253被选中时，用它们来选择8253内部的四个寄存器。(4)读信号RD：输入信号，低电平有效。由CPU发出，用于控制对选中的8253内寄存器的读操作。第8章 可编程接口芯片及应用 (5)写信号WR：输入信号，低电平有效。由CPU发出，用于控制对选中的8253内部寄存器的写操作。(6)时钟脉冲信号CLK0CLK2：计数器0、计数器1和计数器2的时钟输入端。由CLK引脚输入的脉冲可以是系统时钟(或系统时钟的分频脉冲)或其他任何脉冲源所提供的脉冲。该脉冲可以是均匀的、连续的并具有精确周期的，也可以是不均匀的、断续的、周期不确定的脉冲。时钟脉冲信号的作用是在8253进行定时或计数时，每输入一个时钟信号，便使计数值减1。若CLK是由精确的时钟脉冲提供，则8253作为定时器使用；若CLK是由外部事件输入的脉冲，则8253作为计数器使用。第8章 可编程接口芯片及应用 (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。第8章 可编程接口芯片及应用 28253的内部结构的内部结构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8.28253内部结构框图第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.3计数器内部结构框图第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 4)读/写逻辑读/写逻辑的任务是接收来自CPU的控制信号，完成对8253内部操作的控制。这些控制信号包括读信号RD、写信号WR、片选信号CS以及用于片内寄存器寻址的地址信号A0和A1。当片选信号有效，即CS=0时，读写逻辑才能工作。该控制逻辑根据读/写命令及送来的地址信息，决定三个计数器和控制寄存器中的哪一个工作，并控制内部总线上数据传送的方向。第8章 可编程接口芯片及应用 8253共占用4个I/O地址。当A1A0=00时，为计数器0中的CR(计数器0的计数初值写入该寄存器)和OL(计数器0的当前计数值从该寄存器读出)寄存器的共用地址，至于是将计数初值写入CR，还是从OL中读出当前计数值，则由控制信号WR和RD决定，这两个信号同时只能有一个有效。当A1A0=01和10时，分别为计数器1和计数器2的CR和OL的共用地址。当A1A0=11时，是3个计数器内的3个控制寄存器的共用地址，至于CPU是给哪个计数器送控制字，则由控制字中的最高两位的编码来决定。第8章 可编程接口芯片及应用 表表8.18253端口地址及内部操作端口地址及内部操作第8章 可编程接口芯片及应用 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。输出信号的波形形式由工作方式决定。第8章 可编程接口芯片及应用 8.1.2 8253的编程的编程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的控制字格式的控制字格式8253的控制字格式如图8.4所示。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.48253控制字格式第8章 可编程接口芯片及应用 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。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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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MOVAL，54HOUTDX，ALMOVAL，23H；送计数初值的高8位OUTDX，AL第8章 可编程接口芯片及应用 ；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第8章 可编程接口芯片及应用 ；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第8章 可编程接口芯片及应用 8.1.3 8253的工作方式的工作方式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。第8章 可编程接口芯片及应用 1方式0计数结束产生中断这是一种软件启动、不能自动重复的计数方式。如图8.5所示，写入方式0的控制字(CW)后，其输出端变低。再写入计数初值N(图中N=5)，在写信号WR以后经过CLK的一个上升沿和一个下降沿，初值进入减1计数器CE。计数器减到0后，OUT成为高电平。此信号通常接至8259A的IR端作为中断请求信号。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.5方式0的波形第8章 可编程接口芯片及应用 图8.6方式0时GATE信号的作用第8章 可编程接口芯片及应用 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申请中断。第8章 可编程接口芯片及应用 2方式方式1可编程单次脉冲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编程单次脉冲方式。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.7方式1的波形第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.8方式2的波形第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 4方式方式3方波发生器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的波形第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.10方式4的波形第8章 可编程接口芯片及应用 6方式方式5硬件触发选通硬件触发选通方式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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.11方式5的波形第8章 可编程接口芯片及应用 由于方式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。第8章 可编程接口芯片及应用 表表8.28253工作方式比较工作方式比较第8章 可编程接口芯片及应用 8.1.4 8254与与8253的区别的区别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2MHz，而8254允许的最高计数脉冲频率可达10MHz(8254为8MHz，82542为10MHz)。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。第8章 可编程接口芯片及应用 8.1.5 8253应用举例应用举例例8.2使用8253计数器2产生频率为40kHz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2MHz。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2MHz的CLK2时钟信号进行50次分频后可在OUT2端输出频率为40kHz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：第8章 可编程接口芯片及应用 MOV AL，10010111B；对计数器2送控制字MOV DX，0043HOUTDX，ALMOV AL，50H；送计数初值50MOV DX，0042HOUTDX，AL第8章 可编程接口芯片及应用 图8.128253与8088总线的连接第8章 可编程接口芯片及应用 例8.38253在IBMPC/XT机中的应用。图8.138253在IBMPC/XT机中的连接第8章 可编程接口芯片及应用 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1.19MHz，8253的GATE0和GATE1接+5V，始终处于选返状态，GATE2接8255的PB0。第8章 可编程接口芯片及应用 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1.19MHz/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：MOVAL，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；写入高字节计数值第8章 可编程接口芯片及应用 2)计数器1该计数器向DMA控制器定时发送动态存储器刷新请求，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2ms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64KB个单元刷新一遍。第8章 可编程接口芯片及应用 由此可以算出每隔2ms/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的刷新要求。其程序如下：MOVAL，54H；选择计数器1，方式2，只写入低8位，二进制计数MOV 43H，ALOUTAL，12H；预置计数初值18OUT41H，AL第8章 可编程接口芯片及应用 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IBMPC/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1KHz的方波，经滤波驱动后推动扬声器发声。程序如下所示：第8章 可编程接口芯片及应用 BEEPPROCMOV AL，10110110B；设计数器2为方式3，二进制计数OUT 43H，AL；按先低后高顺序写入16位计数初值MOV AX，0533H；初值为0533H=1331，1.19MHz/1331=896HzOUT 42H，AL；写入低8位MOV AL，AHOUT 42H，AL；写入高8位INAL，61H；读8255的B口原输出值MOV AH，AL；将B口原值送AH保存ORAL，03H；使PB1和PB0位均为1OUT 61H，AL；输出使扬声器发声SUB CX，CX第8章 可编程接口芯片及应用 G7：LOOPG7；延时DECB1；B1为控制发声长短的入口条件JNZG7；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第8章 可编程接口芯片及应用 8.2可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8.2.1 8255A的引脚与结构的引脚与结构 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。第8章 可编程接口芯片及应用 D7D0：8位三态数据线，接至系统数据总线。CPU通过它实现与8255之间数据的读出与写入，控制字的写入，以及状态字的读出等操作。A1A0：地址信号。A1和A0经片内译码产生四个有效地址分别对应A、B、C三个独立的数据端口以及一个公共的控制端口。在实际使用中，A1、A0端接到系统地址总线的A1、A0。CS：片选信号，由系统地址译码器产生，低电平有效。第8章 可编程接口芯片及应用 读写控制信号RD和WR：低电平有效，用于决定CPU和8255A之间信息传送的方向：当RD=0时，从8255A读至CPU；当WR=0时，由CPU写入8255A。CPU对8255各端口进行读/写操作时的信号关系如表8.3所示。RESET：复位信号，高电平有效。8255A复位后，A、B、C三个端口都置为输入方式。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.148255A引脚及功能示意图(a)引脚；(b)功能示意图第8章 可编程接口芯片及应用 表表8.38255A各端口读各端口读/写操作时的信号关系写操作时的信号关系A1A0操操作作01000写端口写端口A01001写端口写端口B01010写端口写端口C01011写控制寄存器写控制寄存器00100读端口读端口A00101读端口读端口B00110读端口读端口C00111无操作无操作第8章 可编程接口芯片及应用 28255A的内部结构的内部结构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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.158255A内部结构框图第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 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号之间的关系见表8.3。第8章 可编程接口芯片及应用 8.2.2 8255A的工作方式与控制字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。第8章 可编程接口芯片及应用 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。此种方式下需要C口的部分I/O线提供联络信号。第8章 可编程接口芯片及应用 28255A的控制字的控制字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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.168255的工作方式选择控制字第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 图图8.178255A的的C口按位置位口按位置位/复位控制字复位控制字第8章 可编程接口芯片及应用 8.2.3 各种工作方式的功能各种工作方式的功能 1方式方式0基本输入输出方式基本输入输出方式方式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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.18方式0查询方式的接口电路第8章 可编程接口芯片及应用 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8.18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)。第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 2方式方式1选通输入输出方式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。第8章 可编程接口芯片及应用 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第8章 可编程接口芯片及应用 A口工作于方式1输入时，用PC5PC3作联络线。B口工作于方式1输入时，用PC2PC0作联络线。C口剩余的两个I/O线PC7和PC6工作于方式0，它们用做输入还是输出，由工作方式控制字中的D3位决定：D3=1，输入；D3=0，输出。各联络信号线的功能解释如下(请参考图8.20所示的方式1输入时序图来理解各信号的功能)：STB(Strobe)：选通信号，输入，低电平有效。当STB有效时，允许外设数据进入端口A或端口B的输入数据缓冲器。STBA接PC4，STBB接PC2。第8章 可编程接口芯片及应用 IBF(InputBufferFull)：输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。当IBF有效时，表示当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(InterruptRequest)：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)。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.20方式1输入信号时序图第8章 可编程接口芯片及应用 INTE(InterruptEnable)：中断允许信号，高电平有效。它是8255A内部控制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。第8章 可编程接口芯片及应用 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第8章 可编程接口芯片及应用 图8.22方式1输出时信号时序图第8章 可编程接口芯片及应用 OBF(OutputBufferFull)：输出缓冲器满信号，输出，低电平有效。当CPU把数据写入端口A或B的输出缓冲器时，写信号WR的上升沿把OBF置成低电平，通知外设到端口A或B来取走数据，当外设取走数据时向8255A发应答信号ACK，ACK的下降沿使OBF恢复为高电平。ACK(Acknowledge)：外设应答信号，输入，低电平有效。当ACK有效时，表示CPU输出到8255A的数据已被外设取走。第8章 可编程接口芯片及应用 INTR(InterruptRequest)：中断请求信号，输出，高电平有效。该信号由ACK的后沿(上升沿)在INTE=1且OBF=1的条件下产生，该信号使8255A向CPU发出中断请求。若CPU响应此中断请求，则向数据口写入一新的数据，写信号WR上升沿(后沿)使INTR复位，变为低电平。INTE(InterruptEnable)：中断允许信号，与方式1输入类似，端口A的输出中断请求INTRA可以通过对PC6的置位或复位来加以允许或禁止。端口B的输出中断请求信号INTRB可以通过对PC2的置位或复位来加以允许或禁止。第8章 可编程接口芯片及应用 3)混合输入与输出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口输出第8章 可编程接口芯片及应用 图8.24方式1A口输出B口输入第8章 可编程接口芯片及应用 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。第8章 可编程接口芯片及应用 图8.258255A工作于方式2时端口线的功能第8章 可编程接口芯片及应用 8.2.4 8255A的应用举例的应用举例例例8.48255A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