第五章 輸入輸出及接口芯片的應用

1、5.1 5.1 總線技術總線技術5.2 I/O5.2 I/O接口概述接口概述5.3 5.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)5.4 5.4 定時與計數(shù)定時與計數(shù)5.5 5.5 并行接口并行接口5.6 5.6 串行接口串行接口PC機從其誕生以來就采用了總線結構方式。自1970年美國DEC公司在PDP11/22小型計算機上采用Unibus總線以來,隨著計算機技術的迅速發(fā)展，各大公司相繼推出了各種標準的、非標準的總線，總線速度是總線速度是制約計算機整體性能的最大因素。當前總線結構方制約計算機整體性能的最大因素。當前總線結構方式已經(jīng)成為微機性能的重要指標之一。式已經(jīng)成為微機性能的重要指標之一。 1 1、總線的概念、總

2、線的概念計算機系統(tǒng)中各模塊之間互連的鏈路叫做總線，計算機系統(tǒng)中各模塊之間互連的鏈路叫做總線，它支持模塊之間的信息傳送。總線就是各種信號線的集合，是計算機各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路。從物理結構來看，它是由一組導線和相關的控制、驅(qū)動電路組成。在微型計算機系統(tǒng)中有各式各樣的總線，總線常被作為一個獨立部件看待。1)1)地址總線地址總線 A0A19A0A19：用來對系統(tǒng)存儲器或 I/O接口進行尋址。2)2)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 D0D7D0D7：雙向，數(shù)據(jù)總線，用來在微處理器、存儲器和 I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)、控制命令或信息。 3)3)控制線（控制線（2121根）根） ALE ALE ：輸

3、出，地址鎖存允許信號。該信號由8288總線控制器提供，用來鎖存 CPU送出的地址信息，供其它的芯片或外設讀取。在I/O通道中它與 AEN配合作為 CPU地址有效的指示。ANE：地址允許信號地址允許信號。該信號用來切斷 CPU對總線的控制。允許在I/O通道中(即在 I/O擴展總線中)進行 DMA傳送。當AEN為高電平(有效電平)時，由 DMA控制器控制地址總線和數(shù)據(jù)總線，并提供讀寫命令。MEMRMEMR* *，MEMWMEMW* *：輸出，：輸出， 內(nèi)存讀取、寫入信號內(nèi)存讀取、寫入信號。此信號在 CPU啟動存儲器訪問總線周期時，由總線控制器所驅(qū)動。 IORIOR* *，IOWIOW* *：輸出，

4、：輸出，I/OI/O讀、寫信號讀、寫信號。當 CPU需要向 I/O接口讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時，相應信號會變成低電平。 IRQ7IRQ2 IRQ7IRQ2 ：輸入，：輸入， 第第2 2級至第級至第7 7級硬件中斷請求級硬件中斷請求輸入信號。輸入信號。這些信號是 I/O接口向CPU發(fā)出的請求服務信號，其中 IRQ2優(yōu)先級最高， IRQ7優(yōu)先級最低。中斷請求信號由IRQ信號的上升沿(由低至高的跳變)產(chǎn)生，它應一直保持高電平，直到 CPU響應為止。 DRQ3DRQlDRQ3DRQl： DMADMA請求輸入信號請求輸入信號。此信號用來表示外部設備要求進入DMA周期。若某一外設或 I/O接口具有高速傳輸能力且有

5、大量數(shù)據(jù)要傳輸，希望與內(nèi)存直接進行數(shù)據(jù)傳輸(即 DMA)，而不希望通過CPU時，可啟動此號信。此信號直接進入主板上的 DMA控制器，由 DMA控制器按優(yōu)先順序，決定讓哪個I/O接口傳輸數(shù)據(jù)。 DACK0DACK3 DACK0DACK3 ：DMA通道03的 DMA響應信號。此信號由 DMA控制器發(fā)出，表示對應的 DRQ信號(DMA請求 DRQ1DRQ3)已被接受。4)4)狀態(tài)線（狀態(tài)線（2 2根）根）5)5)輔助線（輔助線（1111根）根）1)1)時鐘周期：時鐘周期：時鐘信號CLK的周期，是微處理器處理操作的最基本的時間單位 (CPU的主頻) 。2)2)指令周期：指令周期：取出并執(zhí)行一條指令的時

6、間。一般由若干個機器周期組成。機器周期：通常用內(nèi)存中讀取一個指令字的最短時間周期。指令不同，所需的機器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機器周期。對于一些比較復雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機器周期。3)3)總線周期總線周期由于存儲器和I/O端口是掛接在總線上的，CPU對存儲器和I/O接口的訪問，是通過總線實現(xiàn)的。通常把CPU通過總線對微處理器外部（存儲器或I/O接口）進行一次訪問所需時間稱為一個總線周期。一個總線周期一般包含4個時鐘周期，T1狀態(tài)、T2狀態(tài)、T3狀態(tài)和T4狀態(tài)，必要時，可在T

7、3、T4間插入一個至數(shù)個Tw。 T1狀態(tài) 輸出存儲器地址或I/O地址。 T2狀態(tài) 輸出控制信號。 T3和Tw狀態(tài) 總線操作持續(xù)，并檢測READY以決定是否延長時序。 T4狀態(tài) 完成數(shù)據(jù)傳送 1 1、總線標準與性能指標、總線標準與性能指標 所謂總線標準，可視為系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間一個互連的標準界面。這個界面對兩端的模塊都是透明的，即界面的任一方只需根據(jù)總線標準的要求完成自身一面接口的功能要求，而無需了解對方接口與總線的連接要求。因此，按總線標準設計的接口可視為通用接口。（1 1）ISAISA（Industrial Standard ArchitectureIndustrial Stand

8、ard Architecture）總線，又稱AT總線，它采用獨立于CPU的總線時鐘，因此CPU可采用比總線頻率更高的時鐘，有利于CPU性能的提高。但ISA總線沒有支持總線仲裁的硬件邏輯，因此不支持多臺主設備系統(tǒng)，且ISA上的所有數(shù)據(jù)的傳送必須通過CPU或DMA接口來管理，因此使CPU花費了大量時間來控制與外部設備交換數(shù)據(jù)。ISA總線時鐘頻率為8MHz，最大傳輸率為16MB/s。 2 2）EISA(Extended EISA(Extended Industrial Standard Industrial Standard Architecture)Architecture)總線總線，是一種在IS

9、A基礎上擴充開放的總線標準，它與ISA完全兼容，它從CPU中分離出了總線控制權，是一種智能化的總線，能支持多總線主控和突發(fā)方式的傳輸。 EISA總線的時鐘頻率為8MHz， 最大傳輸率可達33MB/s，數(shù)據(jù)總線為32位，地址總線為32位，擴充DMA訪問。 3)PCI(Peripheral Component Interconnect3)PCI(Peripheral Component Interconnect外外部設備互連總線部設備互連總線) )是由Intel公司提供的總線標準。具體特點：具體特點： 32位總線，擴展支持64位總線，包括數(shù)據(jù)總線和地址總線； 33M總線時鐘，增強方式66M總線時鐘

10、； 支持多總線結構，在一條總線上，可多個CPU同時工作，共享總線資源； 5V、3.3V兩種信號電壓標準。 1)1)總線寬度總線寬度 總線寬度又稱為總線位寬指的是總線中數(shù)據(jù)總線的數(shù)量，用bit（位）表示，總線的位寬指的總線的位寬指的是總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即我們常說的是總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即我們常說的1616位、位、3232位、位、6464位等總線寬度的概念位等總線寬度的概念。在工作頻率固定的條件下，總線的位寬越寬則總線每秒數(shù)據(jù)傳輸率越大，也即總線帶寬越寬。 2)2)總線時鐘頻率總線時鐘頻率 總線時鐘是總線中各種信號的定時標準，也稱為總線的工作頻率，以MHz為單位。它是指用于它是指用于

11、協(xié)調(diào)總線上的各種操作規(guī)程的時鐘信號的頻率。協(xié)調(diào)總線上的各種操作規(guī)程的時鐘信號的頻率。工作頻率越高則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。 一般來說，總線時鐘頻率越高，其單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸量越大，但不完全成正比例關系。 3)3)最大數(shù)據(jù)傳輸速率（帶寬最大數(shù)據(jù)傳輸速率（帶寬bandwidthbandwidth）。最大數(shù)據(jù)傳輸速率指的是在總線中每秒鐘傳輸?shù)脑诳偩€中每秒鐘傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量，最大字節(jié)量，有時也被稱為帶寬帶寬（bandwidth），用MB/s表示，即每秒多少兆字節(jié)?？偩€數(shù)據(jù)傳輸速率總線寬度總線數(shù)據(jù)傳輸速率總線寬度* *總線頻率總線頻率/8/8在現(xiàn)代微機中，一般可做到一個總線時鐘周期完成一次數(shù)

12、據(jù)傳輸，因此，總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為總線寬度除以8（每次傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)）再乘以總線時鐘頻率。例如，PCI總線的寬度為64位，總線時鐘頻率為33.3MHz，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為64833.3266MB/s。但有些總線采用了一些新技術（如在時鐘脈沖的上升沿和下降沿都選通等），使最大數(shù)據(jù)傳輸速率比上面的計算結果高?？偩€是用來傳輸數(shù)據(jù)的，所采取的各項提高性能的措施，最終都要反映在傳輸速率上，所以在諸多指標中最大數(shù)據(jù)傳輸速率是最重要的?？偩€帶寬、總線位寬、總線工作時鐘頻率的關系舉個例子就很容易明白了。高速公路上的車流量取決于公路車道的數(shù)目和車輛行駛速度，車道越多、車速越快則車流量越大；總線帶寬總線帶寬就

13、象是高速公路的車流量車流量，總線位寬總線位寬仿佛高速公路上的車車道數(shù)道數(shù)，總線時鐘工作頻率總線時鐘工作頻率相當于車速車速，總線位寬越寬、總線工作時鐘頻率越高則總線帶寬越大。 當然，單方面提高總線的位寬或工作時鐘頻率都只能部分提高總線的帶寬，并容易達到各自的極限。只有兩者配合才能使總線的帶寬得到更大的提升。1 1）按照總線傳遞的內(nèi)容分類：地址總線）按照總線傳遞的內(nèi)容分類：地址總線ABAB、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)總線總線DBDB、控制總線、控制總線CBCB。2 2）按總線所處的位置可分為：）按總線所處的位置可分為： 片內(nèi)總線：片內(nèi)總線：在CPU內(nèi)部，寄存器之間和算術邏輯部件ALU與控制部件之間傳輸數(shù)據(jù)所用的總

14、線稱為片內(nèi)總線。 （即芯片內(nèi)部的總線）又稱為內(nèi)部總線或內(nèi)總線。(Internal Bus)片外總線：片外總線：CPU與內(nèi)存RAM、ROM和輸入/輸出設備接口之間進行通訊的通路。 把片外總線又稱為外部總線或外總線 (External Bus)。 CPU通過總線實現(xiàn)程序取指令、內(nèi)存與外設的數(shù)據(jù)交換。3 3）按照總線的結構分類）按照總線的結構分類單總線結構：單總線結構：在這種結構中，將CPU、主存和I/O設備都掛到一組總線上， 形成單總線結構的計算機。這種結構最明顯的特點就是最明顯的特點就是，當I/O與主存交換信息時，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續(xù)處理不訪問主存或I/O的操作，這就使CPU

15、工作效率有所提高。但是，因為只有一組總線，當某一時刻各部件都要占用時，就會出現(xiàn)爭用現(xiàn)象。雙總線結構：雙總線結構：在單總線基礎上，又單獨開辟一條CPU與主存之間的通路，叫存儲總線。這組總線速度高，只供主存與CPU之間傳輸信息。這樣既提高了傳輸效率，又減輕了系統(tǒng)總線的負擔，還保留了I/O與存儲器交換信息時不經(jīng)過CPU的特點。5.2.15.2.1 接口的概念與接口的概念與I/OI/O接口接口 計算機兩部件之間的界面稱之為接口接口。 接口的主要功能接口的主要功能是：（1）數(shù)據(jù)緩沖及輸入、輸出（2）尋址功能（3）命令譯碼（4）同步、聯(lián)絡和控制功能1）I/OI/O接口與接口與I/OI/O設備之間交換的信號

16、通常有四種設備之間交換的信號通常有四種：數(shù)字量、模擬量、開關量、脈沖量。數(shù)字量、模擬量、開關量、脈沖量。2 2）I/OI/O接口與接口與CPUCPU之間交換的信息通常有三種：之間交換的信息通常有三種：數(shù)數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息。據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息。內(nèi)部結構內(nèi)部結構數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器：存放外設與主機之間傳送的信息存放外設與主機之間傳送的信息，在緩沖區(qū)可存放一批數(shù)據(jù)。狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器：存放外設或接口的狀態(tài)。存放外設或接口的狀態(tài)?？刂疲睿┘拇嫫鳎嚎刂疲睿┘拇嫫鳎捍娣趴刂仆庠O的信號或命令。存放控制外設的信號或命令。注：同樣的二進制代碼，在不同的寄存器中將有注：同樣的二進制代

17、碼，在不同的寄存器中將有不同的作用。不同的作用。外部特性外部特性接口電路的外部特性由其引出信號來體現(xiàn)：（1）面向處理器一側的信號（與CPU的連接）：類似處理器總線或系統(tǒng)總線，主要處理地址譯碼。（2）面向外設一側的信號（與外設連接）：與外設有關，但可以籠統(tǒng)地分成外設的數(shù)據(jù)信號、狀態(tài)信號和控制信號主要功能主要功能（1 1）數(shù)據(jù)緩沖：）數(shù)據(jù)緩沖：匹配快速的處理器與相對慢速的外設的數(shù)據(jù)交換（2 2）信號變換）信號變換：把信號相互轉(zhuǎn)換為適合對方的形式CPU通過接口對外設進行控制的方式有以下幾種： 1 1）程序控制方式）程序控制方式 這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設當前的狀態(tài)，如果外設準備就緒

18、，則進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。 這種方式的優(yōu)點是結構簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于CPU的速度遠遠高于外設，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低。 2 2）中斷處理方式）中斷處理方式 在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設為數(shù)據(jù)交換準備就緒，可以向CPU提出服務請求，CPU如果響應該請求，便暫時停止當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應的服務程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 中斷處理方式的優(yōu)點：中斷處理方式的優(yōu)點：為CPU省去了查詢外設狀態(tài)和等待外設就緒所花費的時間；提高了CPU的工作效率，還滿足了外設的實時要求。 中斷處理方式

19、的缺點：中斷處理方式的缺點：需要為每個IO設備分配一個中斷請求號和相應的中斷服務程序；每傳送一個字符都要進行中斷，啟動中斷控制器，還要保留和恢復現(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行。3 3）DMADMA（直接存儲器存取）傳送方式（直接存儲器存?。﹤魉头绞?DMADMA最明顯的一個特點最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采采用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設之間的數(shù)據(jù)用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設之間的數(shù)據(jù)交流，無須交流，無須CPUCPU介入介入，大大提高CPU的工作效率。 在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會向CPU申請總線控制權。5.3.1 5.3.1 中斷概述中斷概述5.3.2 8086/80

20、885.3.2 8086/8088的中斷系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)5.3.3 8259A5.3.3 8259A可編程控制器可編程控制器5.3.4 82595.3.4 8259的應用的應用中斷響應的條件中斷響應的條件： CPU應工作在中斷方式（CPU開中斷，IF=1） 申請中斷的事件優(yōu)先級別到位 CPU執(zhí)行完當前一條完整的指令以后作用作用： 提高CPU的工作效率 提高實時數(shù)據(jù)的處理時效 可以實現(xiàn)多任務多用戶管理5.3.1 中斷概述中斷概述中斷中斷源：源：引起中斷的原因或來源。中斷源可分為兩大類：一類是來自CPU內(nèi)部，稱之為內(nèi)部中斷源；另一類來自于CPU外部。稱之為外部中斷源。中斷處理流程：保護斷點；轉(zhuǎn)入中斷

21、服務程序；返回斷點。1. 1. 中斷中斷分類分類中斷中斷特點特點： 矢量型中斷，有矢量型中斷，有256256個中斷矢量號個中斷矢量號( (設備號設備號) (0) (0255)255)軟件中斷軟件中斷硬件中斷硬件中斷中斷矢量：中斷矢量：是中斷處理子程序的入口地址，每個中斷類型對應一個中斷矢量中斷矢量表：中斷矢量表：在內(nèi)存中，開辟一個區(qū)域存放中斷服務程序的入口地址的表。對于8086，這個區(qū)域的首地址00000H00000H（固定）（固定）問題：問題：已知中斷矢量號代碼，怎樣找到中斷服務程序的入口地址？（例入口地址？（例5-45-4）例： 鍵盤中斷的矢量號為09H，它的中斷服務程序入口地址為0BA9

22、H:0125H，求它在中斷矢量表中的地址及相應單元內(nèi)容解：鍵盤中斷對應的中斷矢量表位于0000:0024H (09H4=24H)開始的4單元 這4個單元的內(nèi)容見表:1 1、8259A8259A的內(nèi)部結構及管腳分配的內(nèi)部結構及管腳分配特點：可編程、八級向量優(yōu)先中斷、級連、優(yōu)先權動態(tài)地改變。1)1)中斷請求寄存器中斷請求寄存器(IRR)(IRR)中斷請求IR7IR0,當某個為高電平時，IRR相應位置“1”。2)2)中斷服務寄存器中斷服務寄存器(ISR)(ISR)任何一級中斷被響應，執(zhí)行其中斷服務程序，ISR相應位置“1” 。多重中斷情況下，ISR中多位被同時置“1”。3)3)優(yōu)先權判別器優(yōu)先權判別

23、器(PR)(PR)當IR7 IR0中有多個中斷請求信號同時產(chǎn)生時，PR判定哪個中斷請求具有最高優(yōu)先權，并把它置入ISR的相應位。4)4)中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器(IMR)(IMR)通過IMR可實現(xiàn)對各級中斷的有選擇的屏蔽。2 2、8259A8259A的中斷處理順序的中斷處理順序當有一條或若干條中斷請求輸入線(IR0IR7)上的中斷請求信號有效則IRR的相應位置1。若中斷請求線中至少有一條是中斷未被屏蔽的，則8259A由INT引腳向CPU發(fā)出中斷請求信號INTR。若CPU是處于開中斷狀態(tài)，則在當前指令執(zhí)行完以后。CPU用INTA信號作為對INTR的響應。8259A在接收到CPU發(fā)出的第一個I

24、NTA脈沖后，使最高優(yōu)先權的ISR位置并使相應的IRR位復位。在第二個中斷響應總線周期中，CPU再輸出一個INTA脈沖，這時8259 A就把剛才選定的中斷源所對應的8位中斷類型碼放到數(shù)據(jù)總線上。CPU讀取該中斷類型碼并乘以4，就可以從中斷向量表中取出中斷服務程序的人口地址并轉(zhuǎn)去執(zhí)行。若8259A工作在自動中斷結束AEOI方式。在第二個INTA脈沖結束時，就會使中斷源所對應的ISR中的相應位復位。對于非自動中斷結束方式則由CPU在中斷服務程序結束時向8259A寫入EOI命令，才能使ISR中的相應位復位。3 3、8259A8259A與總線的連接與總線的連接4 4、8 8259A259A編程編程82

25、59A8259A接收來自接收來自CPUCPU的兩類命令字：初始化命令字的兩類命令字：初始化命令字ICWICW、操作命令字、操作命令字OCWOCW。 8259A8259A屬于屬于I/OI/O接口芯片，接口芯片，向向8259A8259A寫入用寫入用OUTOUT，讀取其狀態(tài)用，讀取其狀態(tài)用ININ。（1 1）8259A8259A的初始化的初始化初始化初始化: :第一部分稱預置命令字第一部分稱預置命令字ICW1ICW1ICW4ICW4。預置命。預置命令字是要令字是要按規(guī)定順序按規(guī)定順序?qū)懭雽懭?259A8259A中的。中的。預置命令字功能：預置命令字功能： ICW1ICW1:8259A:8259A是單

26、一式還是主從式；是單一式還是主從式； ICW2ICW2: :設置中斷類型碼的初始化命令字，必須寫到設置中斷類型碼的初始化命令字，必須寫到8259A8259A的奇地址端口中；的奇地址端口中； ICW3ICW3: :只有在系統(tǒng)中包含只有在系統(tǒng)中包含有多片有多片8259A8259A時，時，ICW3ICW3才才有效。而系統(tǒng)中是否有多有效。而系統(tǒng)中是否有多片片8259A8259A由由ICW1ICW1指示。指示。 ICW3ICW3是標志主片是標志主片/ /從片的從片的初始化命令字，必須寫到初始化命令字，必須寫到8259A8259A的奇地址端口中；的奇地址端口中； ICW4ICW4: :完成中斷管理方式完成

27、中斷管理方式的設定。的設定。不是任何情況下都需要不是任何情況下都需要設置設置4 4個預命令，可根個預命令，可根據(jù)據(jù)8259A8259A的使用情況而的使用情況而定。定。芯片初始化命令字芯片初始化命令字 標記：標記：A A0 0=0=0，D D4 4=1=1D7D6D5D4D3D2D1D01LTIM0SNGLIC4習慣上填習慣上填01-中斷請求電平觸發(fā)中斷請求電平觸發(fā)0-中斷請求邊沿觸發(fā)中斷請求邊沿觸發(fā)對對8086系統(tǒng)總為系統(tǒng)總為01-單片，單片，0-級聯(lián)級聯(lián)1-設置設置ICW40-不設置不設置A00設置中斷類型碼初始化命令字，緊跟在設置中斷類型碼初始化命令字，緊跟在ICWICW1 1之后，定義之

28、后，定義中斷類型碼的高中斷類型碼的高5 5位，低位，低3 3位由位由IRIRi i確定確定 。 標記：標記：A A0 0=1=1D7D6D5D4D3T7T6T5D2D1D0T4T3A10A9A8A01與用戶選擇類型碼有關，與用戶選擇類型碼有關，選擇系統(tǒng)沒有占用的選擇系統(tǒng)沒有占用的0 0 0 IR00 0 1 IR10 1 0 IR20 1 1 IR31 0 0 IR41 0 1 IR51 1 0 IR61 1 1 IR7注注：中斷類型碼一定是連續(xù)的！：中斷類型碼一定是連續(xù)的！ 級聯(lián)方式初始化字，緊跟在級聯(lián)方式初始化字，緊跟在ICWICW2 2之后，之后， 標記：標記：A A0 0=1=1 自學

29、自學（4 4）ICW4 對于8086/8088系統(tǒng)是必須設置的預置命令字 方式控制初始化命令字，寫ICW4的標記為A0=1P218例5-5：例：若例：若8259A8259A以兩片級聯(lián)方式管理以兩片級聯(lián)方式管理1515級中斷級中斷, ,從片從片INTINT接到主片的接到主片的IR2IR2上上, ,主、從片的中斷請求采用邊緣觸發(fā)方式，選用完全嵌套、主、從片的中斷請求采用邊緣觸發(fā)方式，選用完全嵌套、非緩沖方式。主片的中斷類型碼為非緩沖方式。主片的中斷類型碼為8 80FH0FH，從片的中斷類型碼為，從片的中斷類型碼為70H70H77H77H，設主片的地址為，設主片的地址為20H20H，21H21H；從

30、片的地址為；從片的地址為22H22H，23H23H。請初始化請初始化8259A8259A。；初始化主片；初始化主片MOV AL，11HOUT 20H，ALMOV AL，08HOUT 21H，ALMOV AL，04HOUT 21H，ALMOV AL，01HOUT 21H，AL；初始化從片；初始化從片MOV AL，11HOUT 22H，ALMOV AL，70HOUT 23H，ALMOV AL，02HOUT 23H，ALMOV AL，01HOUT 23H，AL5.4.1 定時與計數(shù)概述5.4.2 8253/8254可編程間隔定時器58軟件方法：用一段程序?qū)崿F(xiàn)延時軟件方法：用一段程序?qū)崿F(xiàn)延時利用程序循

31、環(huán)延遲指定的時間利用程序循環(huán)延遲指定的時間缺點：缺點：CPUCPU占用率？延時精度？兼容？占用率？延時精度？兼容？硬件方法：定時硬件方法：定時/ /計數(shù)器電路計數(shù)器電路利用脈沖計數(shù)在設定的時間輸出定時信號，靈利用脈沖計數(shù)在設定的時間輸出定時信號，靈活性較差？活性較差？采用可編程定時器計數(shù)器采用可編程定時器計數(shù)器定時時間與計數(shù)值可由軟件來確定和改變，設定時時間與計數(shù)值可由軟件來確定和改變，設定后與定后與CPUCPU并行工作，不占用并行工作，不占用CPUCPU的時間的時間。5.4.1 定時與計數(shù)概述定時與計數(shù)概述5982538253是一種可編程的計數(shù)器是一種可編程的計數(shù)器/ /定時器接口芯片。內(nèi)部

32、定時器接口芯片。內(nèi)部有有三個獨立的計數(shù)器三個獨立的計數(shù)器，通過設置控制字，各計數(shù)器，通過設置控制字，各計數(shù)器可以工作于不同方式。該芯片的可以工作于不同方式。該芯片的最高計數(shù)頻率為最高計數(shù)頻率為2MHz2MHz，可用于產(chǎn)生各種定時波形，也可用于對外部，可用于產(chǎn)生各種定時波形，也可用于對外部事件計數(shù)。事件計數(shù)?？梢詫崿F(xiàn)定時與計數(shù)兩個功能，可用于： 系統(tǒng)時鐘 DRAM刷新定時 定時采樣 實時控制 脈沖的計數(shù)5.4.2 8253/8254可編程間隔定時器可編程間隔定時器60數(shù)據(jù)線：寫控制數(shù)據(jù)線：寫控制字，讀寫計數(shù)器字，讀寫計數(shù)器的計數(shù)值的計數(shù)值計數(shù)器計數(shù)器0的時鐘輸?shù)臅r鐘輸入端入端計數(shù)器計數(shù)器0的輸出

33、端的輸出端為低電平的時候，為低電平的時候，CPU將計數(shù)值寫入計數(shù)器或?qū)⒂嫈?shù)值寫入計數(shù)器或?qū)⒖刂谱謱懭肟刂谱旨拇嫫骺刂谱謱懭肟刂谱旨拇嫫鳛榈碗娖降臅r候，為低電平的時候，CPU讀取所選計數(shù)器的內(nèi)容讀取所選計數(shù)器的內(nèi)容 A1 A0選中端口選中端口0 0計數(shù)器計數(shù)器00 1計數(shù)器計數(shù)器11 0計數(shù)器計數(shù)器21 1控制字寄存器控制字寄存器計數(shù)器計數(shù)器0的門控信的門控信號脈沖輸入端，控號脈沖輸入端，控制計數(shù)制計數(shù)（1）8253的外部引腳的外部引腳61編址部件編址部件0編址部件編址部件1編址部件編址部件2編址部件編址部件362計數(shù)器計數(shù)器(3(3個個)每個包括每個包括控制寄存器控制寄存器 存放控制命令字（

34、只寫）存放控制命令字（只寫）占用占用4 4個地址個地址 3 3個計數(shù)器，個計數(shù)器，1 1個控制寄存器個控制寄存器計數(shù)（初值）寄存器計數(shù)（初值）寄存器16位計數(shù)工作單元位計數(shù)工作單元輸出鎖存器輸出鎖存器（減法）（減法）（兩個（兩個8位）位）（兩個（兩個8位）位）63設置設置82538253的工作方式：的工作方式：此時，全部控制邏輯電路復位，輸出此時，全部控制邏輯電路復位，輸出OUTOUT為初始為初始狀態(tài)（高電平或低電平）；狀態(tài)（高電平或低電平）；設置計數(shù)初值到計數(shù)（初值）寄存器設置計數(shù)初值到計數(shù)（初值）寄存器第一個第一個CLKCLK信號使初值寄存器的內(nèi)容置入計數(shù)工作單信號使初值寄存器的內(nèi)容置入計

35、數(shù)工作單元元以后每來一個以后每來一個CLKCLK信號信號在在CLKCLK的上升沿時，計數(shù)器對門控信號的上升沿時，計數(shù)器對門控信號GATEGATE進行進行采樣，來決定工作狀態(tài)（計數(shù)、觸發(fā)、停止、重采樣，來決定工作狀態(tài)（計數(shù)、觸發(fā)、停止、重新置初值）；新置初值）；在在CLKCLK的下降沿時，計數(shù)器執(zhí)行部件從初值開始的下降沿時，計數(shù)器執(zhí)行部件從初值開始作減作減1 1計數(shù)；其中計數(shù)；其中0 0是最大初值，是最大初值，1 1是最小初值；是最小初值；若以二進制數(shù)制計數(shù)，則若以二進制數(shù)制計數(shù)，則0 0相當于相當于2 21616=65536=65536；若；若以以BCDBCD碼數(shù)制計數(shù)時，則碼數(shù)制計數(shù)時，則0

36、 0相當于相當于10104 4=10000.=10000.減到減到0 0時，時，OUTOUT端輸出一特殊波形的信號端輸出一特殊波形的信號（3）8253的工作原理的工作原理64CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器高位地址A15-A28253共三組2、8253與總線的連接與總線的連接65 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD1-計數(shù)值為計數(shù)值為BCD碼格式碼格式0-計數(shù)值為二進制格式計數(shù)值為二進制格式M2 M1 M0 模式選擇模式選擇 0 0 0 模式模式0 0 0 1 模式模式1 / 1 0 模式模式2 / 1 1 模式模式3 1 0

37、 0 模式模式4 1 0 1 模式模式50 0-對計數(shù)器進行鎖存對計數(shù)器進行鎖存0 1-只讀只讀/寫低寫低8位字節(jié)位字節(jié) 1 0-只讀只讀/寫高寫高8位字節(jié)位字節(jié)1 1-只讀只讀/寫低寫低8位字節(jié)位字節(jié), 再讀再讀/寫高寫高8位字節(jié)位字節(jié).0 0-選計數(shù)器選計數(shù)器00 1-選計數(shù)器選計數(shù)器11 0-選計數(shù)器選計數(shù)器21 1-無意義無意義3、8253的編程的編程設置設置8253的某一計數(shù)工作方式的編程只需兩個的某一計數(shù)工作方式的編程只需兩個步驟：步驟：1）寫入控制字；）寫入控制字；2）寫入計數(shù)初值。）寫入計數(shù)初值。例1：設地址總線上A7A2=100101B時，某8253的CS*有效，8253的A

38、1和A0分別與地址總線的A1和A0相連。1）試確定該8253各端口的地址；2）如果控制字為00110110B，試確定該8253的設置。（1）設置計數(shù)器的工作方式例2：某8253的端口地址范圍為94H97H，三個CLK端均輸入1MHz的時鐘脈沖，試分析下面的程序，確定計數(shù)器0和計數(shù)器1的工作方式及OUT端輸出的波形。MOV AL，00010100BOUT 97H，ALMOV AL，0OUT 94H，ALMOV AL，01010001BOUT 97H，ALMOV AL，0OUT 95H，AL有三種途徑可以讀取計數(shù)器當前值：1）使用端口讀指令 IN AL,XXXXXX01B2）使用鎖存命令D7D6選

39、擇計數(shù)器，D5D4=00B。3）使用讀回命令（8254增加）（1）方式）方式0：計數(shù)結束中斷：計數(shù)結束中斷（2）方式）方式1：可由硬件重復觸發(fā)的單脈沖：可由硬件重復觸發(fā)的單脈沖（3）方式）方式2：序列脈沖發(fā)生器：序列脈沖發(fā)生器（4）方式）方式3：方波發(fā)生器：方波發(fā)生器（5）方式）方式4：軟件觸發(fā)選通脈沖：軟件觸發(fā)選通脈沖（6）方式）方式5：硬件觸發(fā)選通脈沖：硬件觸發(fā)選通脈沖70在在GATE=1時時寫入控制字，寫入控制字，OUT端輸出低電平為起始電平，裝入計數(shù)初值端輸出低電平為起始電平，裝入計數(shù)初值n，開始，開始計數(shù)。計數(shù)。寫信號后沿（寫信號后沿（ ）經(jīng)一個）經(jīng)一個CLK（ ）將）將n值裝入計數(shù)

40、器。值裝入計數(shù)器。每經(jīng)過一個每經(jīng)過一個CLK，在，在CLK下降沿，計數(shù)器減下降沿，計數(shù)器減1。n=0時，計數(shù)結束，時，計數(shù)結束，OUT由低電平變?yōu)楦唠娖剑衫迷撾娖阶兓蛴傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剑衫迷撾娖阶兓駽PU發(fā)出中斷請求），并保持，發(fā)出中斷請求），并保持，不開始重新計數(shù)不開始重新計數(shù)。只有寫入另一個計。只有寫入另一個計數(shù)值時，開始新的計數(shù)。數(shù)值時，開始新的計數(shù)。在在GATE=0時時 停止計數(shù)，直至停止計數(shù)，直至GATE恢復高電平，再繼續(xù)計數(shù)恢復高電平，再繼續(xù)計數(shù)71軟件啟動，不自動重復計數(shù)。軟件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后裝入初值后OUTOUT端變低電平，計數(shù)結束端變低電平，計數(shù)結

41、束OUTOUT輸出高電輸出高電平。平。計數(shù)過程中，計數(shù)過程中，GATEGATE端應保持高電平。端應保持高電平。每寫入一次初值計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。每寫入一次初值計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。OUTOUT端輸出是一個約端輸出是一個約(n+1) (n+1) * *CLKCLK寬度的負脈沖。寬度的負脈沖。計數(shù)過程中可隨時修改初值重新開始計數(shù)。計數(shù)過程中可隨時修改初值重新開始計數(shù)。7273在計數(shù)過程中，若再次產(chǎn)生在計數(shù)過程中，若再次產(chǎn)生GATE的上升沿觸發(fā)的上升沿觸發(fā)，則要，則要重新重新裝入裝入n值，值，在再觸發(fā)脈沖上升沿之后的一個在再觸發(fā)脈沖上升沿之后的一個CLK脈沖的下降脈沖的下降沿，計數(shù)器重

42、新開始計數(shù)?？梢酝ㄟ^該方法沿，計數(shù)器重新開始計數(shù)。可以通過該方法改變脈沖的寬度改變脈沖的寬度。74硬件啟動，不自動重復計數(shù)。硬件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后裝入初值后OUTOUT端變高電平，計數(shù)開始端變高電平，計數(shù)開始OUTOUT端變?yōu)槎俗優(yōu)榈碗娖?，計?shù)結束后又變高。低電平，計數(shù)結束后又變高。門控信號門控信號GATEGATE端的跳變觸發(fā)計數(shù)，可重復觸發(fā)。端的跳變觸發(fā)計數(shù)，可重復觸發(fā)。若下一次若下一次GATEGATE上升沿提前到達，則上升沿提前到達，則OUTOUT端負脈端負脈沖拉寬為兩次計數(shù)過程之和。沖拉寬為兩次計數(shù)過程之和。計數(shù)過程中寫入新初值不影響本次計數(shù)。計數(shù)過程中寫入新初值不影響本次

43、計數(shù)。75寫入控制字，寫入控制字，OUT端輸出高電平為起始電平，裝入計數(shù)初值端輸出高電平為起始電平，裝入計數(shù)初值n，開始計數(shù)。開始計數(shù)。每一個計數(shù)脈沖下降沿每一個計數(shù)脈沖下降沿n減減1，當，當n減至減至1時，時，OUT變低，變低，n減減為為0時，時，OUT變高，產(chǎn)生一個周期一樣寬的負脈沖。變高，產(chǎn)生一個周期一樣寬的負脈沖。接著接著自動裝入自動裝入n連續(xù)計數(shù)連續(xù)計數(shù)，輸出頻率為與時鐘脈沖：，輸出頻率為與時鐘脈沖：fclk/n。計數(shù)過程中，允許重新裝入新的計數(shù)過程中，允許重新裝入新的n值，下一個計數(shù)周期按新的值，下一個計數(shù)周期按新的n值計數(shù)。值計數(shù)。在在GATE=1時時：76計數(shù)過程中，若計數(shù)過程

44、中，若GATE0，停止計數(shù)，并強迫，停止計數(shù)，并強迫OUT輸出高電平，在輸出高電平，在GATE變?yōu)楦唠娖胶螅優(yōu)楦唠娖胶?，重新重新裝入裝入n值值，開始計數(shù)。，開始計數(shù)。77軟、硬件啟動，軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)自動重復計數(shù)。裝入初值后裝入初值后OUTOUT端變高電平，端變高電平，計數(shù)到最后一個計數(shù)到最后一個CLKCLK時時OUTOUT輸出負脈沖，輸出負脈沖，并連續(xù)重復此過程。并連續(xù)重復此過程。GATEGATE為計數(shù)的控制信號為計數(shù)的控制信號：GATEGATE變低計數(shù)停止，再變變低計數(shù)停止，再變高時的下一個高時的下一個CLKCLK下降沿，從初值開始重新計數(shù)。下降沿，從初值開始重新計數(shù)。每個計數(shù)

45、周期結束時（減到每個計數(shù)周期結束時（減到1 1時），時），OUTOUT端輸出一端輸出一個個CLKCLK寬度的負脈沖。寬度的負脈沖。計數(shù)過程自動重復進行。計數(shù)過程自動重復進行。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。78(5)(4)(4)(5)輸出頻率為：輸出頻率為：fclk/n的方波。的方波。寫入控制字后，寫入控制字后，OUT端輸出低電平作為起始電平，裝入計數(shù)值端輸出低電平作為起始電平，裝入計數(shù)值n后，變?yōu)楹?，變?yōu)楦唠娖?。高電平。n為偶數(shù)，每個時鐘脈沖下降沿為偶數(shù)，每個時鐘脈沖下降沿n值減值減1，至，至n/2后，電平變?yōu)榈碗娖?，并后，電平變?yōu)榈碗娖?，并繼續(xù)減繼

46、續(xù)減1計數(shù)至計數(shù)至0，然后改變，然后改變OUT電平，電平，重新裝入重新裝入n，開始計數(shù)。，開始計數(shù)。n為奇數(shù)，輸出高電平寬度為為奇數(shù)，輸出高電平寬度為(n+1)/2,低電平寬度為低電平寬度為(n-1)/2的方波。的方波。GATE=0 停止計數(shù)，并強迫停止計數(shù)，并強迫OUT輸出高電平，在輸出高電平，在GATE變高后，變高后，重新將重新將n裝入裝入，開始計數(shù)。開始計數(shù)。注：注：GATE功能同方式功能同方式2GATE=179軟、硬件啟動，軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)。自動重復計數(shù)。裝入初值后裝入初值后OUTOUT端變高電平，然后端變高電平，然后OUTOUT連續(xù)輸出連續(xù)輸出對稱方波：對稱方波：前前 N/

47、2N/2或（或（N+1N+1）/2 /2 個個CLKCLK，OUTOUT為高為高后后N/2N/2或（或（N-1N-1）/2 /2 個個CLKCLK， OUTOUT為低。為低。計數(shù)過程中修改初值不影響本半輪計數(shù)過程計數(shù)過程中修改初值不影響本半輪計數(shù)過程其余的與方式其余的與方式2 2 類似。類似。80寫入控制字后，寫入控制字后，OUT端變?yōu)楦唠娖?，寫入初始值后，計?shù)器端變?yōu)楦唠娖?，寫入初始值后，計?shù)器作減作減1計數(shù)，計數(shù)，OUT電平保持不變。電平保持不變。計數(shù)器減至計數(shù)器減至0時，時，OUT端輸出一個脈沖周期的負脈沖，然后端輸出一個脈沖周期的負脈沖，然后停止計數(shù)，停止計數(shù)，只有輸入新的計數(shù)值后只有

48、輸入新的計數(shù)值后，才能開始新的計數(shù)。，才能開始新的計數(shù)。計數(shù)過程中，若計數(shù)過程中，若GATE變低電平，停止計數(shù)，在其變高后，變低電平，停止計數(shù)，在其變高后，重新將重新將n裝入裝入，開始計數(shù)。，開始計數(shù)。81軟件啟動，不自動重復計數(shù)。軟件啟動，不自動重復計數(shù)。裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)結束輸出一個裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)結束輸出一個CLKCLK寬度的負脈沖寬度的負脈沖計數(shù)過程中，計數(shù)過程中，GATEGATE端應保持高電平。端應保持高電平。每寫入一次初值，計數(shù)一個周期，然后停止計每寫入一次初值，計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。數(shù)。每個計數(shù)周期結束時（減到每個計數(shù)周期結束時（減到0 0時），時

49、），OUTOUT端輸出端輸出一個一個TCLKTCLK寬度的負脈沖。寬度的負脈沖。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。82寫入控制字后，寫入控制字后，OUT端變?yōu)楦唠娖?，寫入初始值端變?yōu)楦唠娖?，寫入初始值n后，必后，必須等待須等待GATE的上升沿的上升沿觸發(fā)才轉(zhuǎn)入計數(shù)。觸發(fā)才轉(zhuǎn)入計數(shù)。計數(shù)器減至計數(shù)器減至0時，時，OUT端輸出一個脈沖周期的負脈沖。然端輸出一個脈沖周期的負脈沖。然后后n值自動裝入計數(shù)器，但要等值自動裝入計數(shù)器，但要等GATE的上升沿來后才再次的上升沿來后才再次開始計數(shù)。開始計數(shù)。計數(shù)過程中，若計數(shù)過程中，若GATE變低電平，變低電平，不影響

50、計數(shù)不影響計數(shù)，但其上升，但其上升沿將使得沿將使得n重新裝入計數(shù)器重新裝入計數(shù)器，開始計數(shù)。，開始計數(shù)。83硬件啟動，不自動重復計數(shù)。硬件啟動，不自動重復計數(shù)。OUTOUT端波形與方式端波形與方式4 4相同相同寫入初值時，寫入初值時，GATEGATE端應保持低電平。端應保持低電平。GATEGATE每出現(xiàn)一次正脈沖，計數(shù)一個周期，然后每出現(xiàn)一次正脈沖，計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。停止計數(shù)。每個計數(shù)周期每個計數(shù)周期結束時（減到結束時（減到0 0時），時），OUTOUT端輸出端輸出一個一個CLKCLK寬度的負脈沖。寬度的負脈沖。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過

51、程。84在使用在使用82538253芯片時，首先要對其進行初始化編芯片時，首先要對其進行初始化編程。程。初始化編程包括寫入控制字和寫入計數(shù)值初始化編程包括寫入控制字和寫入計數(shù)值兩個步驟。兩個步驟。第一步，寫入控制字。第一步，寫入控制字。任一計數(shù)任一計數(shù)器的控制字都要從器的控制字都要從8253的控制口的控制口地址寫入，控制哪個計數(shù)器由控地址寫入，控制哪個計數(shù)器由控制字的制字的D7D6位來決定。位來決定。第二步，寫入計數(shù)初始值。第二步，寫入計數(shù)初始值。計數(shù)初始值經(jīng)由各計數(shù)器的端口地計數(shù)初始值經(jīng)由各計數(shù)器的端口地址寫入。址寫入。若是若是16位計數(shù)值，則分兩次寫入，先寫入低位計數(shù)值，則分兩次寫入，先寫

52、入低8位，再寫入高八位，再寫入高八位。位。寫入順序： 可按計數(shù)器分別寫入控制字和初值。 也可先寫所有計數(shù)器控制字，再寫入它們的初值5、8253/8254的應用的應用書本P242例5-8：MOV DX, 26BHMOV AL, 00110000BOUT DX, ALMOV DX, 268HMOV AL, 00HOUT DX, ALMOV AL, 40HOUT DX, AL2008.1-39;2007-38；2010-3886包含包含3 3個個1616位計數(shù)器通道位計數(shù)器通道4 4個編址部件：計數(shù)器個編址部件：計數(shù)器0/1/20/1/2和控制寄存器和控制寄存器每個計數(shù)器通道工作前必須初始化：每個計

53、數(shù)器通道工作前必須初始化：控制字和計數(shù)初值6 6種工作方式種工作方式每種工作方式：啟動方式、輸出波形、是否可重每種工作方式：啟動方式、輸出波形、是否可重復計數(shù)等各不相同復計數(shù)等各不相同1、8255A的 外部引腳和 內(nèi)部結構1）引腳 數(shù)據(jù)線：與CPU交換數(shù)據(jù)PC口PB口PA口地址選擇A1A000端口A01端口B10端口C11控制字寄存器2 2、8255A8255A與總線的連接與總線的連接3 3、8255A8255A的編程的編程（1 1）設置工作方式和端口讀）設置工作方式和端口讀/ /寫寫（2 2）置位復位端口）置位復位端口C C應用注意應用注意 ：PCPC口控制字雖然是對端口口控制字雖然是對端口C C操作，但操作，但應寫入到控制口地址，而不是寫入到應寫入到控制口地址，而不是寫入到PCPC數(shù)據(jù)口。數(shù)據(jù)口。4 4、8255A8255A的工作方式的工作方式（1 1）方式）方式0 0：基本輸入：基本輸入/ /輸出。輸出。在方式在方式0 0下，下，A A、B B、C C三個端口均用作輸入三個端口均用作輸入/ /輸出，輸出，這種輸入這種輸入/ /輸出只是簡單的輸入輸出只是簡單的輸入/ /輸出，無聯(lián)絡信輸出，無聯(lián)絡信號。號。（2）方式）方式1：帶選通的輸入：帶選通的輸入/輸出輸出1）方式）方