输入和输出接口技术.ppt

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1、第5章 输入与输出接口技术 本章主要内容：本章主要内容：1、接口技术的基本概念、接口技术的基本概念2、输入输出传送方式、输入输出传送方式3、I/O端口读写技术端口读写技术4、可编程定时器、可编程定时器/计数器计数器82535、可编程并行输入输出接口芯片、可编程并行输入输出接口芯片8255A5/17/20231版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳微机硬件系统组成5/17/20232版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳接 口 的 概 念接接口口：是是中中央央处处理理器器与与存存储储器器、外外部部设设备备，或或者者两两种种外外设设之之间间，或或者者两两种种机机器器之之间间通通过过系系

2、统统总总线线进行连接的进行连接的一组控制电路一组控制电路。一一个个接接口口一一般般含含有有几几个个端端口口，CPU通通过过输输入入输输出指令向端口存或取信息。出指令向端口存或取信息。端口端口主要有三类：主要有三类：状态口、命令口和数据口状态口、命令口和数据口5/17/20233版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳I/O装置装置CPU接口电路I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3端口地址端口地址数据数据IORQRDWR数据数据状态状态控制控制5/17/20234版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳接 口 的 功 能1)设备的选择功能：设备的选择功能：端口的地址译码端口的

3、地址译码2)数据的寄存与缓冲：数据的寄存与缓冲：外设的速度慢外设的速度慢3)信号转换：信号转换：串并、并串转换，数模、模数的转换、串并、并串转换，数模、模数的转换、光电隔离等光电隔离等4)对外设的控制和监测：对外设的控制和监测：提供命令译码和状态信息提供命令译码和状态信息5)中断或中断或DMA管理管理6)可编程功能可编程功能接接口口的的基基本本功功能能就就是是对对数数据据传传送送实实现现控控制制，具具体体包括以下包括以下六种六种功能：功能：5/17/20235版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳CPU与I/O设备之间的接口信息 1数据信息：数据信息：1)数字量：数字量：以二进制或以二进

4、制或ASCII码表示的数或字符；码表示的数或字符；2)模拟量模拟量：如温度、压力、位移等；如温度、压力、位移等；3)开关量：开关量：只有两个状态的量，如开关的和与断，阀门的只有两个状态的量，如开关的和与断，阀门的开与关等，只要用开与关等，只要用1位二进制数即可表示。位二进制数即可表示。2状态信息：状态信息：指输入或输出设备的状态信息指输入或输出设备的状态信息1)输入装置的信息：是否准备好输入装置的信息：是否准备好Ready；2)输出时输出装置：是否空输出时输出装置：是否空Empty；3)若输出装置正在输出信息，则以忙若输出装置正在输出信息，则以忙Busy指示；指示；3控制信息：控制信息：如控制

5、输入输出装置启动或停止等信息。如控制输入输出装置启动或停止等信息。CPU与与I/O设设备备之之间间要要传传送送的的信信息息包包括括数数据据信信息息、状状态态信信息和控制信息息和控制信息。5/17/20236版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳端口的编址方式 标准的标准的I/O寻址方式寻址方式(独立编址独立编址)：(1)I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的，即的，即I/O接口地址不占用存储器的地址空间。接口地址不占用存储器的地址空间。(2)微处理器对微处理器对I/O设备的管理是用专门的设备的管理是用专门的IN和和OUT指令来指令

6、来实现数据传送的。实现数据传送的。(3)CPU对对I/O设备的读写控制是用设备的读写控制是用I/O读写控制信号读写控制信号(IOR、IOW)通通常常有有两两种种I/O接接口口结结构构：一一种种是是标标准准的的I/O接接口口，一一种种是是存存储储器器映映像像I/O结结构构。与与之之对对应应的的有有两两种种I/O结结构构寻寻址址方方式。式。5/17/20237版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳特点：特点：l端口与存储器分别独立编址端口与存储器分别独立编址端口不占用内存空间端口不占用内存空间l设有专门的设有专门的I/O指令对端口进行读写，指令对端口进行读写，对内存操作的指令不能用于对内存操

7、作的指令不能用于I/O端口端口例例Intel的的80X86系列、系列、Z80系列系列I/O空空间间内内存存空空间间端口与存储器分别独立编址（端口与存储器分别独立编址（I/O映射方式）映射方式）例例 MOV10H,AL;对内存操作对内存操作IN10H,AL;对端口操作对端口操作5/17/20238版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳端口的编址方式 存储器映像存储器映像I/O寻址方式寻址方式(统一编址统一编址)：(1)I/O设备的与存储器共用同一个地址空间。设备的与存储器共用同一个地址空间。(2)微处理器用对存储器进行操作的指令来实现对微处理器用对存储器进行操作的指令来实现对I/O设备的管

8、理。设备的管理。(3)CPU用对存储器的读写控制信号用对存储器的读写控制信号MEMR、MEMW对对I/O设备进行读写控制。设备进行读写控制。5/17/20239版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳端口与存储器统一编址（存储器映射方式）端口与存储器统一编址（存储器映射方式）特点特点:lI/O端口相当于内存的一部分端口相当于内存的一部分,使内存容量减小使内存容量减小l对对I/O端口的读端口的读/写与对存储器的读写与对存储器的读/写相同，写相同，所有可对内存操作的指令对所有可对内存操作的指令对I/O端口均可使用，端口均可使用，指令系统中不专设指令系统中不专设I/O指令。指令。例例:motor

9、ola的的M6800系列系列日立日立H8S单片机系列单片机系列内内存存空空间间I/O空空间间5/17/202310版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳输入输出传输方式(1)无条件传送方式无条件传送方式(2)查询传送方式查询传送方式以上两种方式合称以上两种方式合称程序控制传送方式程序控制传送方式，即在程，即在程序的编制中利用序的编制中利用I/O指令来执行输入输出，指令来执行输入输出，CPU处于主动地位。处于主动地位。(3)中断传送方式中断传送方式(4)直接存储器存取直接存储器存取(DMA)方式方式CPU与外部设备交换信息通常有如下几种方式：与外部设备交换信息通常有如下几种方式：5/17/

10、202311版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳无条件传输方式 最最简简单单的的传传送送方方式式，适适于于外外设设总总是是处处于于准准备备好好的的情况，如发光二极管、开关设备等，较少使用。情况，如发光二极管、开关设备等，较少使用。1无条件传送的输入方式无条件传送的输入方式由由于于简简单单外外设设用用为为输输入入设设备备时时，输输入入数数据据的的保保持持时时间间相相对对于于CPU的的处处理理时时间间要要长长得得多多，所所以以可可直直接接使使用用三三态态缓缓冲冲器器和和总总线线相相连连。输输入入时时认认为为来来自自外外设设的数据已出现在三态缓冲器的输入端。的数据已出现在三态缓冲器的输入端。

11、2无条件传送的输出方式无条件传送的输出方式在在输输出出时时，CPU的的输输出出数数据据经经数数据据总总线线加加至至输输出出锁存器锁存器的输入端。的输入端。5/17/202312版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳说明：AEN为低电平，为CPU控制总线。三态缓冲器地址译码器数据来自外设无条件传送的输入方式数据总线地址总线AENIORA0A9Y5/17/202313版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳无条件传送的输出方式锁存器地址译码器数据数据到外设到外设数据总线数据总线地址总线地址总线AENIOWA0A9CY5/17/202314版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳查询传

12、输方式 查查询询传传送送方方式式就就是是在在输输入入和和传传送送前前先先查查询询外外设设的的状状态态，当外设准备好了才传送；若未准备好，则当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU等待。等待。1查询式输入查询式输入CPU先先从从状状态态口口输输入入外外设设的的状状态态信信息息，检检查查外外设设是是否否已已准准备备好好数数据据。若若未未准准备备好好，则则CPU进进入入循循环环等等待待，直直到到准准备好才退出循环，输入数据。备好才退出循环，输入数据。2查询式输出查询式输出查查询询式式输输出出时时，CPU必必须须先先查查外外设设的的BUSY状状态态，看看外外设设的的数数据据缓缓冲冲区区是是否否已已空

13、空。若若缓缓冲冲区区为为空空，即即BUSY为为假假，则则CPU执行输出指令；否则若执行输出指令；否则若BUSY为真，为真，CPU就等待。就等待。5/17/202315版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳查询式输入的接口电路锁存器数据口地址译码数据系统地址总线IOR AENA0A9状态口地址译码去系统数据总线三态缓冲器缓冲器输入装置数据AEN IOR+5RDQ选通信号Ready状态信息5/17/202316版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳查询式输入MOVDX,STATUS-PORTPOLL:INAL,DXTESTAL,80HJEPOLL;未准备好等待未准备好等待MOVDX,D

14、ATA-PORTINAL,DXD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0数据口：D7状态口：Ready5/17/202317版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳查询式输出的接口电路锁锁存存器器数据口数据口地址译码地址译码数据数据系统系统地址总线地址总线A0A9状态口状态口地址译码地址译码系统数据总线系统数据总线三态三态缓冲器缓冲器输输出出装装置置AENIORIOWAEN+5RDQ状态信息状态信息“Busy”去系统数据总线去系统数据总线BusyACK5/17/202318版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳查询式输出MOVDX,STATUS-PORTPOLL:INAL,DXT

15、ESTAL,80HJNEPOLL;未准备好等待未准备好等待MOVDX,DATA-PORTMOVAL,BUFFEROUTDX,ALD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0数据口：D7状态口：Busy5/17/202319版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳中断传输方式 在在查查询询传传送送方方式式中中，CPU要要不不断断地地询询问问慢慢速速的的外外设设，当当外外设设没没有有准准备备好好，CPU就就要要等等待待，不不能能做做其其它的操作，这样就浪费了它的操作，这样就浪费了CPU的时间。的时间。为为了了提提高高CPU的的工工作作效效率率，提提出出了了中中断断的的概概念念。采采用用中中断

16、断的的传传送送方方式式，可可允允许许CPU和和多多个个外外设设同同时时工作，此时外设处于主动地位工作，此时外设处于主动地位。在在一一定定的的条条件件下下，外外设设向向CPU提提出出中中断断请请求求，CPU响响应应中中断断请请求求后后，暂暂停停原原程程序序的的执执行行，转转至至为为中断服务，中断处理结束后继续原程序的执行。中断服务，中断处理结束后继续原程序的执行。5/17/202320版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳锁存器地址译码数据ABIOR AENA0A9去系统数据总线三态缓冲器三态缓冲器输入装置数据+5RDQ选通中断矢量去数据总线装置中断允许中断请求 INTR中断响应 INTA

17、5/17/202321版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳直接存储器存取方式(DMA)中中断断传传送送方方式式相相对对于于查查询询传传送送方方式式来来说说，大大大大提提高高了了CPU的的利利用用率率，但但中中断断传传送送方方式式仍仍然然是是由由CPU通通过过指指令令来来传传送送的的。每每次次中中断断，都都要要进进行行保保护护断断点点、保保护护现现场场，传传送送数数据据、存存取取数数据据以以及及最最后后恢恢复现场、返回主程序等操作，需要执行多条指令。复现场、返回主程序等操作，需要执行多条指令。DMA方式是在存储器与方式是在存储器与I/O设备间在设备间在DMA控制控制器的控制下，直接进行数

18、据交换而不通过器的控制下，直接进行数据交换而不通过CPU。这。这样数据传送上限将主要取决于存储器的存取速度。样数据传送上限将主要取决于存储器的存取速度。5/17/202322版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳数据 状态/控制端口 端口DMA控制器控制器CPU存存储储器器数据缓冲寄存器DMA请求触发器输入设备地址寄存器计 数 器控制/状态寄存器HOLDHLDAReadyDMA请求DMA响应总 线DMA控制器原理框图5/17/202323版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳I/O接口的端口地址译码全译码方式：全译码方式：即译码电路的一个输出引脚对应唯即译码电路的一个输出引脚对应唯

19、一的地址。一的地址。部分译码方式：部分译码方式：在译码电路里只使用了部分地址在译码电路里只使用了部分地址线，译码电路的每个输出引脚对应着一个地址区线，译码电路的每个输出引脚对应着一个地址区域。域。5/17/202324版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳利用门电路进行地址译码A9A8A6A3A2A1A7A5A4A0AENCS经过译码后的端口号地址为：34EHA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0AEN110100111005/17/202325版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳利用门电路进行地址译码A9A6A4A3A1A0A8A7A5A2AENCS经过译码后的端口号地址为：

20、25BHA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0AEN100101101105/17/202326版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳采用译码器进行地址译码74LS138译码器有译码器有3个输个输入端入端(A,B,C)，3个控制端个控制端(G1,G2A,G2B)，8个输出端个输出端(Y0Y7)。只有当只有当G1端为高电平，端为高电平，G2A、G2B都为低电平时，都为低电平时，译码器才对来自输入端的译码器才对来自输入端的C、B、A的某一组合进行译码。的某一组合进行译码。译码电路常用的典型译码器为译码电路常用的典型译码器为74LS138(三八译码器三八译码器)5/17/202327版权保留

21、(C)南京理工大学机械工程学院 王芳控制端控制端输入端输入端输输出出端端G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71000000111111100110111111010110111110111110111110011110111101111110111101111110111111111110非上述情况非上述情况1111111174LS138(三八译码器)逻辑功能表5/17/202328版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳A9A8A6A7A5A4A3340H341H342H343H344H345H346H347HA0A1A2AENA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0A

22、EN11010000采用译码器进行地址译码5/17/202329版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳A2A3A4A0A1340343HA9A8A6A7A5AENA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0AEN110100假如假如A,B,C三端的电平为三端的电平为0,0,0时，则时，则Y0端输出的地址为一端输出的地址为一个地址区域个地址区域(340H343H)。8253接口芯片共有接口芯片共有4个端口地址。个端口地址。采用译码器进行地址译码5/17/202330版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳I/O端口的地址分配和地址译码qI/O接接口口电电路路必必须须有有自自己己的的地地址址

23、，以以便便让让CPU能能随随时时访访问问。80X86微微处处理理器器由由低低16位位地地址址线线寻寻址址I/O端端口口，故故可可寻寻址址64K个个I/O端端口口地地址址。但但实实际际上上8086/8088PC机机只只用用了了最最前前面面的的1K个个端端口口地地址址，即即03FFH，因因此此只只使使用用了了地地址址总总线的低线的低10位，即只有地址线位，即只有地址线A0A9用于用于I/O地址译码。地址译码。q对对于于端端口口地地址址通通常常采采用用两两级级译译码码方方法法，通通常常高高位位地地址址产产生译码的片选信号；低位产生接口芯片内的寄存器地址。生译码的片选信号；低位产生接口芯片内的寄存器地

24、址。高位地址：高位地址：接芯片的接芯片的CS端端(CHIPSELECT片选信号片选信号)低位地址：低位地址：如如A0，A1地址线直接接芯片的对应端。地址线直接接芯片的对应端。q地地址址译译码码可可用用一一般般的的组组合合逻逻辑辑电电路路，也也可可以以用用门门电电路路或或译码器芯片实现。译码器芯片实现。5/17/202331版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳可编程定时器/计数器芯片8253 要实现定时或延时控制，有三种主要方法：要实现定时或延时控制，有三种主要方法：1)软件：软件：循环语句循环语句优点：容易实现，不需硬件开销；优点：容易实现，不需硬件开销；缺点：占用缺点：占用CPU，降

25、低了，降低了CPU的利用率的利用率2)不可编程的硬件定时：不可编程的硬件定时：如集成电路如集成电路555优点：电路简单，修改电路参数可使定时范围变化优点：电路简单，修改电路参数可使定时范围变化缺点：硬件连接好后，定时值将不能改变，不可编程。缺点：硬件连接好后，定时值将不能改变，不可编程。3)可编程的硬件定时：可编程的硬件定时：芯片芯片8253（Intel公司）。公司）。可可编编程程定定时时/计计数数器器是是为为方方便便微微型型计计算算机机系系统统的的设设计计和和应应用用而而研研制制的的，很很容容易易和和系系统统总总线线连连接接。它它的的定定时时值值和和范范围围可可以以很很容容易易地地由由软软件

26、件来来确确定定和和改改变变，能能够够满满足足各各种种不不同同的的定定时时和和计计数数要要求求，因因而而在在微微型型计计算算机机系系统统的的设设计计和和应应用用中中得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。5/17/202332版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的结构及引脚 8253有有24条引脚，双列直插式封装：条引脚，双列直插式封装：1、与数据总线相连：、与数据总线相连：D0D72、与、与CPU的控制线相连：的控制线相连：RD、WR、A0、A1、CS3、3个计数器通道：个计数器通道：CLK，GATE，OUT(共共9个个)4、电源和地线：、电源和地线：Vcc、GND5/17/202

27、333版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳数据总线数据总线缓冲器缓冲器计数器计数器0号号D7D0内内部部数数据据总总线线RDWRA0A1CS读读/写写控制控制逻辑逻辑计数器计数器1号号计数器计数器2号号控制字控制字寄存器寄存器CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT28253的内部结构5/17/202334版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的内部结构数据总线缓冲器数据总线缓冲器vCPU向向8253所所写写的的控控制制字字通通过过它它和和8253内内部部的的数数据据总总线线传传送给控制字寄存器寄存；送给控制字寄存器寄存；vCPU向向各

28、各计计数数器器所所写写的的计计数数初初值值经经它它和和内内部部总总线线送送到到指指定定的计数器中；的计数器中；vCPU读读某某计计数数器器的的现现行行计计数数值值时时，该该值值经经内内部部总总线线和和缓缓冲冲器传送到系统的数据总线上，被器传送到系统的数据总线上，被CPU读取读取读读/写控制逻辑写控制逻辑读读写写逻逻辑辑接接收收系系统统总总线线的的5个个输输入入信信号号，根根据据这这5个个信信号号产产生整个器件操作的控制信号。见生整个器件操作的控制信号。见P186表表5-4控制字寄存器控制字寄存器(CW)控控制制寄寄存存器器寄寄存存数数据据缓缓冲冲器器送送来来的的控控制制字字，控控制制每每个个计

29、计数数器器的的工工作作方方式式，选选择择计计数数器器按按什什么么进进制制计计数数，并并确确定定初初值值的写入顺序。控制字寄存器只能写入，不能读出。的写入顺序。控制字寄存器只能写入，不能读出。5/17/202335版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的内部结构计数器计数器0、计数器、计数器1、计数器、计数器2 计数器计数器0、1、2是是3个独立的计数器，它们个独立的计数器，它们的内部结构相同。的内部结构相同。每个计数通道都必须由每个计数通道都必须由CPU写入控制字和计写入控制字和计数初始值后才能开始工作。数初始值后才能开始工作。5/17/202336版权保留(C)南京理工大学机械

30、工程学院 王芳8253的内部结构计数器的计数器的逻辑框图逻辑框图如下：如下：计数初值计数器减1计数器输出寄存器CLKOUT写写入入计计数数器器的的初初值值保保存存在在计计数数初初值值寄寄存存器器中中，由由CLK脉脉冲冲的的一一个个上上升升沿沿和和一一个个下下降降沿沿将将其其装装入入减减1计计数数器器。输输出出寄寄存存器器的的值值跟跟随随减减1计计数器的变化。数器的变化。每每个个计计数数器器都都是是对对输输入入的的CLK脉脉冲冲按按二二进进制制或或十十进进制制的预置值开始递减计数。的预置值开始递减计数。5/17/202337版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的控制字定义SC1S

31、C0RL1RL0M2M1M0BCD510140013110201011000000方式方式M0M1M2BCD码计数码计数1二进制计数二进制计数08253有6种工作方式：方式0：计数结束产生中断方式1：单稳态触发器方式2：频率发生器方式3：方波发生器方式4：软件触发选通方式5：硬件触发选通5/17/202338版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的控制字定义SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCDSC1SC0选择计数器选择计数器00计数器计数器001计数器计数器110计数器计数器211非非法法RL1RL0操操作作类类型型00计数器锁存计数器锁存01只读写低位字节只读写低位字节1

32、0只读写高位字节只读写高位字节11先读写低位字节先读写低位字节后读写高位字节后读写高位字节 每个计数通道都必须由每个计数通道都必须由CPU写入控制字和计数初始值后写入控制字和计数初始值后才能开始工作。才能开始工作。5/17/202339版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的接口方法一一个个8253占占用用4个个端端口口地地址址，由由A0A1的的取取值值来来区区分分，00、01、10分分别别寻寻址址0号号、1号号、2号号3个个计计数数器器，11寻寻址址控控制制字字寄寄存存器器，4个个端端口口的的具具体体地地址是由址是由CS和和A1A0共同决定。共同决定。在在80X86系系列列计计

33、算算机机中中，定定时时/计计数数器器的的端端口口地地址址为为40H(计计数数器器0),41H(计计数数器器1),42H(计计数数器器2),43H(控制字寄存器控制字寄存器)。例：见例：见P190图图5-385/17/202340版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳1)当控制字当控制字CW写入到控制字寄存器后写入到控制字寄存器后,则则OUT端变低端变低(只有只有方式方式0独有独有)。2)8253在在CPU写入计数初值后，开始计数写入计数初值后，开始计数。3)门控信号门控信号GATE为高电平开始计数为高电平开始计数,低电平则暂停计数低电平则暂停计数；4)计数结束计数结束,OUT输出端变为高

34、电平输出端变为高电平,计数器只计一遍计数器只计一遍；5)在计数过程中可改变计数值在计数过程中可改变计数值,则计数器以新值开始计数。则计数器以新值开始计数。6)8253内内部部没没有有中中断断控控制制电电路路,也也没没有有专专用用的的中中断断请请求求引引线线,若若要要用用于于中中断断,可可用用OUT信信号号作作为为中中断断请请求求信信号号,但但需需要要由外接的中断优先权排队电路与向量产生电路。由外接的中断优先权排队电路与向量产生电路。方式0：计数结束中断方式5/17/202341版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式0：计数结束中断方式WRCLKGATEOUT43210FFCW=10L

35、SB=45/17/202342版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式1：硬件触发单拍脉冲1)当当CPU写入控制字之后写入控制字之后，输出输出OUT将变为高电平将变为高电平。2)当当CPU写写完完计计数数值值后后，计计数数器器并并不不马马上上开开始始计计数数，直直到到外外部部门门控控信信号号GATE启启动动之之后后才才开开始始计计数数，输输出出OUT变低。变低。3)在在整整个个计计数数过过程程中中，OUT都都维维持持为为低低，直直到到计计数数到到0，输出变为高，因此输出为一个，输出变为高，因此输出为一个单拍脉冲单拍脉冲。4)通通过过GATE的的重重复复触触发发和和计计数数到到0两两种种

36、动动作作，OUT脚脚可输出一定宽度的脉冲信号。可输出一定宽度的脉冲信号。5)在在计计数数过过程程中中，CPU可可改改变变计计数数值值，这这时时计计数数过过程程不不受受影影响响，计计数数到到零零后后输输出出为为高高。若若再再次次触触发发启启动动，则则计计数数器器将将按按新新输输入入的的计计数数值值计计数数，即即计计数数值值是是下下次次有有效的效的。5/17/202343版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳WRCLKGATEOUT3210FF 3CW=12LSB=3方式1：硬件触发单拍脉冲5/17/202344版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式2：频率发生器1)当当CPU输出

37、控制字后输出控制字后，输出端输出端OUT将为高将为高。2)在在写写入入计计数数值值之之后后，计计数数器器将将立立即即自自动动对对输输入入时时钟钟CLK计计数数。在在计计数数过过程程中中输输出出始始终终保保持持为为高高，直直到到计计数数器器减减为为1时时，输输出出将将变变低低，经经过过一一个个CLK周周期期，输输出恢复为高出恢复为高，且计数器开始重新计数。，且计数器开始重新计数。3)不不用用重重新新设设置置计计数数值值，通通道道能能够够连连续续工工作作，输输出出固固定定频率的脉冲频率的脉冲。4)计计数数过过程程可可由由门门控控脉脉冲冲控控制制。当当GATE变变低低时时，就就暂暂停计数。停计数。5

38、)在计数过程中可以改变计数值，但也是在计数过程中可以改变计数值，但也是下次有效下次有效的的。5/17/202345版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳WRCLKGATEOUT321321CW=14LSB=3方式2：频率发生器5/17/202346版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式3：方波发生器1)当当CPU设置控制字后，设置控制字后，OUT输出变为高。输出变为高。2)在写完计数值之后就自动开始计数，输出保持为高；在写完计数值之后就自动开始计数，输出保持为高；3)若若计计数数值值为为偶偶数数，在在装装入入计计数数之之后后，每每一一个个CLK脉脉冲冲使使计计数数值值减减2，当

39、当计计数数到到0时时，一一方方面面使使输输出出改改变变状状态态，另另一一方方面面又又重重新新装装入入计计数数值值开开始始新新的的计计数数，过过程程就就这这样样周周而而复复始始地重复进行。它可以在地重复进行。它可以在OUT脚获得一个脚获得一个完全对称的方波完全对称的方波。4)若若计计数数值值为为奇奇数数，则则在在装装入入计计数数值值后后的的第第一一个个CLK脉脉冲冲使使计计数数器器减减1，其其后后每每一一个个CLK脉脉冲冲使使计计数数器器减减2。当当计计数数到到0时时，改改变变输输出出状状态态，同同时时重重新新装装入入计计数数值值。这这以以后后的的第第一一个个CLK脉脉冲冲使使计计数数器器减减3

40、，以以后后每每一一个个CLK脉脉冲冲，计计数数器仍减器仍减2。它可以在。它可以在OUT脚获得一个脚获得一个不对称的方波。不对称的方波。5)如如果果n=4，则则方方波波的的宽宽度度为为N/2。如如果果N=5，则则高高电电平平为为(N+1)/2，低电平为低电平为(N-1)/2。5/17/202347版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳WRCLKGATEOUT424242CW=16LSB=4方式3：方波发生器5/17/202348版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式4：软件触发选通1)当当写写入入控控制制字字后后，输输出出OUT为为高高(原原为为高高则保持为高，原为低则变为高则保

41、持为高，原为低则变为高)。2)当当写写入入计计数数值值后后立立即即开开始始计计数数(相相当当于于软软件件启启动动)，当当计计数数到到0后后，输输出出变变低低，经经过过一一个个输输入入时时钟钟周周期期，输输出出又又变变高高。计计数器停止计数。数器停止计数。3)与与方方式式0相相似似，不不同同的的是是到到零零时时OUT由由高变低，说明计数值到。高变低，说明计数值到。5/17/202349版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳WRCLKGATEOUT3210FF FECW=18LSB=3方式4：软件触发选通5/17/202350版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳方式5：硬件触发选通1

42、)设置控制字后，输出设置控制字后，输出OUT变为高。变为高。2)在在设设置置计计数数值值之之后后，计计数数器器并并不不立立即即开开始始计计数数，而是而是由门控脉冲由门控脉冲GATE的上升沿触发启动的上升沿触发启动。3)当当计计数数到到0时时，输输出出变变低低，经经过过一一个个CLK脉脉冲冲，输输出出恢恢复复为为高高，停停止止计计数数。要要等等到到下下次次门门控控脉脉冲冲的触发才能再计数。的触发才能再计数。4)与与方方式式1不不同同的的是是此此方方式式必必须须等等GATE上上升升沿沿出出现现后后，先先是是输输出出一一个个高高电电平平，然然后后当当计计数数为为零零时时在在OUT产产生生宽宽度度为为

43、一一个个时时钟钟周周期期的的负负脉脉冲冲，用用作硬件触发选通。作硬件触发选通。5/17/202351版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳WRCLKGATEOUT3210FF 3CW=1ALSB=3方式5：硬件触发选通5/17/202352版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的编程对对8253的的初初始始化化编编程程包包括括两两方方面面的的内内容容：向向控控制制字字寄寄存存器器写入控制字；向相应通道计数器写入计数值写入控制字；向相应通道计数器写入计数值(时间常数时间常数)。解：解：8253计数器计数器0只能工作于方式只能工作于方式2计算计数初值：计算计数初值：控制字为：控

44、制字为：00110100B（34H，采用二进制计数），采用二进制计数）00110101B（35H，采用，采用BCD码计数）码计数）例例：利利用用8253的的通通道道0产产生生2KHz的的频频率率波波形形，其其中中负负脉脉冲冲宽宽度度为为1s。假假设设CLK0输输入入的的时时钟钟是是1MHz，8253的的地地址址为为4043H。5/17/202353版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253的编程1 1、计计数数初初值值用用二二进进制数表示：制数表示：MOVAL，34HOUT43H，ALMOVAL，0F4HOUT40H，ALMOVAL，01HOUT40H，AL2 2、计计数数初初值值用

45、用BCDBCD数数即十进制数表示：即十进制数表示：MOVAL，35HOUT43H，ALMOVAL，00HOUT40H，ALMOVAL，05HOUT40H，ALq用二进制计数时，初值的范围是用二进制计数时，初值的范围是0000HFFFFH，0000H代表最大值代表最大值65536；q用用BCD码计数时，初值的范围是码计数时，初值的范围是0000H9999H，0000H代表最大值代表最大值10000；5/17/202354版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253在生产线自动计数系统中的应用 电路由一个红外电路由一个红外LED发发光管、一个复合型光电晶体光管、一个复合型光电晶体管、两个施

46、密特触发器管、两个施密特触发器74LS14及及1片片8253芯片构成。芯片构成。用用8253的通道的通道1来计数。安装来计数。安装时将红外时将红外LED发光管装在生发光管装在生产线的一侧，复合型光电晶产线的一侧，复合型光电晶体管装在生产线的另一侧，体管装在生产线的另一侧，对称安装。对称安装。5/17/202355版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253在生产线自动计数系统中的应用 当当LED发光管与光电管之间无发光管与光电管之间无工件通过时，工件通过时，LED发出的光能够发出的光能够照在光电管上，使光电管导通，照在光电管上，使光电管导通，集电极变为低电平。此信号经集电极变为低电平。

47、此信号经74LS14驱动整形后送到驱动整形后送到8253的的CLK1，使，使8253的的CLK1端也为低端也为低电平。当电平。当LED发光管与光电管之发光管与光电管之间有工件通过时，间有工件通过时，LED发出的光发出的光被工件挡住，光电管截止，集电被工件挡住，光电管截止，集电极变为高电平，使极变为高电平，使8253的的CLK1端端也为高电平。待工件通过后，也为高电平。待工件通过后，CLK1端又回到了低电平。这样，端又回到了低电平。这样，每通过一个工件，就从每通过一个工件，就从CLK1端输端输入一个正脉冲，利用入一个正脉冲，利用8253对此脉对此脉冲计数，就可以统计出工件的个冲计数，就可以统计出

48、工件的个数来。数来。5/17/202356版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253在生产线自动计数系统中的应用 8253的的A1和和A0分别与分别与CPU地址总线的地址总线的A2和和A1相连。相连。GATE1接接+5V，OUT1作为中作为中断信号断信号INT接到接到8259A的一个的一个中断请求输入端中断请求输入端IR2。本系统。本系统中设计的中设计的8253的端口地址分的端口地址分别为别为0350H，0352H，0354H，0356H。5/17/202357版权保留(C)南京理工大学机械工程学院 王芳8253在生产线自动计数系统中的应用 选择选择计数器计数器1 1工作在方式工作在

49、方式0 0。在。在82538253的方式的方式0 0工作方式中，从将工作方式中，从将计数初值写入计数器到开始减计数初值写入计数器到开始减1 1计数之间，有一个时钟脉冲的延计数之间，有一个时钟脉冲的延迟。若计数初值为迟。若计数初值为n=999n=999，那么经过，那么经过n+1n+1个即个即10001000个脉冲时计数值个脉冲时计数值减为减为0 0，并在，并在OUT1OUT1端输出一正跳变，这可以作为中断请求。在中端输出一正跳变，这可以作为中断请求。在中断服务子程序中断服务子程序中CPUCPU可以做其他处理，如送下一个包装箱等。可以做其他处理，如送下一个包装箱等。若要求一个包装箱内装工件若要求一

50、个包装箱内装工件20002000个，则计数初值为个，则计数初值为19991999，按，按十进制计数，先送低十进制计数，先送低8 8位，再送高位，再送高8 8位，控制字为位，控制字为01110001B01110001B。初始。初始化程序为：化程序为：MOV ALMOV AL，01110001B01110001BMOV DX,0356HMOV DX,0356HOUT DX,ALOUT DX,ALMOV AL,99HMOV AL,99HMOV DX,0352HMOV DX,0352HOUT DX,ALOUT DX,ALMOV AL,19HMOV AL,19HOUT DX,ALOUT DX,AL 5/