CH7 常用數(shù)字接口電路

1、 第7章 常用數(shù)字接口電路1主要內(nèi)容：掌握兩種可編程并行接口芯片的應(yīng)用27.1 并行通信和串行通信通信：計算機與計算機之間，或者計算機與外部設(shè)備之間的信息交換兩種基本通信方式：串行 并行串行通信：在通信過程中，數(shù)據(jù)時逐位順序傳送的并行通信：在通信過程中，能同時傳送數(shù)據(jù)的所有位37.1.2 串行通信CPU與外設(shè)之間的信息交換，在每一個時間單位僅傳送一位信息，信息的所有位按順序一位一位地傳送，稱為串行通信。1. 串行通信的傳送方式單工：單方向傳送半雙工：采用分時傳送的辦法全雙工：發(fā)送和接收同時進行A發(fā)送器B接收器單工發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器半雙工發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器全雙工42. 調(diào)制與解調(diào)計算

2、機遠距離的通信可以借助電話電纜來傳輸信息。發(fā)送：把數(shù)字信號調(diào)制在載波信號。接收：把載波信號解調(diào)成數(shù)字信號。3種調(diào)制方法：調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相。調(diào)頻是把數(shù)字“1”與“0”調(diào)制成兩個頻率不同的模擬信號；調(diào)幅是把數(shù)字“1”與“0”調(diào)制成不同幅度的模擬信號，頻率保持不變；調(diào)相是把數(shù)字“1”與“0”調(diào)制成不同相位的模擬信號，頻率和幅度保持不變；53.同步通信和異步通信串行通信中有同步通信和異步通信兩種基本方式。同步通信及規(guī)程：定義：由若干個字符組成一個信息組，字符間無間隔，稱為幀。發(fā)送端和接收端的時鐘信號頻率和相位始終保持一致。數(shù)據(jù)格式：單、雙同步格式、SDLC同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程、HDLC高級數(shù)據(jù)鏈路控制

3、規(guī)程；傳送速率：可達幾百K波特同步信息 數(shù)據(jù) 校驗信息CRC1數(shù)據(jù)NCRC2數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1SYN2SYN1CRC1數(shù)據(jù)NCRC2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1SYN16 異步通信方式及規(guī)程定義：一個字符作為一個獨立的信息單元，稱為幀；字符間的間隔時間不固定 ，字符內(nèi)位和位的間隔時間固定；格式：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位；傳送速率： 用波特率表示bps奇偶校驗位停止位空閑位起始位起始位數(shù)據(jù)位58高位低位0110011 1 000017波特率是指每秒傳送信息的位數(shù)。異步通信波特率：7519200波特，分為10級；75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200如：

4、每秒傳送120個字符（1個起始位、7個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗、1個停止位，共計10位） 波特率10位120字符/秒1200位/秒8串行通信的接口標準RS-232-C標準是EIA電子工業(yè)協(xié)會推薦的串行通信接口標準，接口的兩端稱為DTE和DCE，25芯。特點：信號線少；多種傳送速率50、75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19.2K ，33.6K，56K；傳送距離遠；基帶傳輸3050M負邏輯：1-5-15V 0+5+15V2TXD發(fā)送3RXD接受7GND 9計算機MODEMMODEM計算機電話網(wǎng)DTEDCEDTEDCERS-232-C10可編程定時器8253

5、11軟件定時：采用軟件編程來實現(xiàn)定時和計數(shù)要求,通用靈活,但占用CPU時間；硬件定時：采用專用的硬件電路來實現(xiàn)。定時/計數(shù)器從計數(shù)方式上分為加法計數(shù)器和減法計數(shù)器。計數(shù)器啟動后與CPU并行工作，不占CPU時間。如可編程定時/計數(shù)器8253芯片；常用定時方法：12掌握:引線功能及計數(shù)啟動方法6種工作方式及其輸出波形應(yīng)用:芯片與系統(tǒng)的連接芯片的初始化編程138253芯片特點可編程的邏輯器件；非通道型的接口，具有特定功能；可實現(xiàn)計數(shù)和定時；工作方式：減法計數(shù)計數(shù)值減為0時輸出相應(yīng)控制信號輸出控制信號的形式可通過軟件設(shè)置14151. 外部引線及內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)端的主要引線：D0-D7CSRDWRA0，

6、A1 連接外設(shè)端的主要引線：CLK - 時鐘脈沖輸入GATE - 門控信號輸入OUT - 定時輸出 1516結(jié)構(gòu)特點每個計數(shù)器含控制寄存器16位初值寄存器16位計數(shù)寄存器存放控制命令字內(nèi)部3個計數(shù)器均為減法計數(shù)器根據(jù)計數(shù)脈沖的頻率及需要定時的時間長度確定計數(shù)初值相同端口地址存放計數(shù)初值計數(shù)初值1617外部引線及內(nèi)部結(jié)構(gòu)三個可獨立工作的16位定時/計數(shù)器，一個控制寄存器。共占用4個端口地址，4個端口的地址編碼： A1 A0 0 0 CNT0 0 1 CNT1 1 0 CNT2 1 1 控制寄存器引線178253的功能：具有三個功能完全相同的獨立的16位減法計數(shù)器；每個計數(shù)器都包括一個16位的初值

7、寄存器、一個計數(shù)執(zhí)行單元和一個輸出鎖存器；每個計數(shù)器的計數(shù)時鐘頻率最高為：2MHZ每個計數(shù)器可以按十進制數(shù)或二進制數(shù)預(yù)置初值；（00009999;0000HFFFFH）每個計數(shù)器有六種工作方式，可通過編程設(shè)定或改變；每個計數(shù)器的計數(shù)定時值，可由CPU隨時讀?。?88253的工作原理當置入初值后，計數(shù)執(zhí)行單元開始對輸入脈沖CLK進行減1計數(shù)，減到0時從OUT端輸出一個信號；整個過程可以重復(fù)進行；19計數(shù)器的啟動的方法軟啟動：由程序指令啟動。 CPU用輸出指令向計數(shù)器寫入初值后，如果GATE為1，就啟動計數(shù)；計數(shù)初值也叫時間常數(shù)；硬件啟動：由外部信號啟動。寫入初值后并不啟動計數(shù)，門控信號GATE由

8、低變高電平后，在CLK的下降沿開始計數(shù)；20計數(shù)器的工作方式計數(shù)器啟動的方法、OUT端輸出波形、是否自動重復(fù)計數(shù)、GATE的控制作用、新寫入計數(shù)初值對計數(shù)過程的影響等等的組合，構(gòu)成8253的工作方式；8253一共有6種工作方式；在多數(shù)工作方式下，計數(shù)器每啟動一次只工作一個周期；有兩種工作方式可以進行自動重復(fù)計數(shù)；21軟件啟動、不自動重復(fù)計數(shù)方式；計數(shù)結(jié)束后，OUT端輸出為高電平，可以作為中斷請求信號使用；1.只計數(shù)一個周期；2.在計數(shù)過程中GATE變?yōu)榈碗娖剑瑒t暫停計數(shù)；3.在計數(shù)過程中，可以隨時修改計數(shù)初值；WRCLKGATEOUTCWN=443210方式0：計數(shù)結(jié)束中斷22方式1：可重復(fù)觸

9、發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器硬件啟動、不自動重復(fù)的工作方式；當寫入控制字后，OUT端輸出高電平。寫入計數(shù)初值后計數(shù)器并不開始工作；當GATE端由低到高觸發(fā)后，在下一個CLK脈沖的下降沿開始計數(shù)，OUT端立刻由高到低，計數(shù)結(jié)束后OUT端輸出高電平；4 3 2 1 023方式1的特點：GATE的上升沿觸發(fā)計數(shù)器，計數(shù)過程中GATE即使變低也不影響計數(shù)；可重復(fù)觸發(fā)；OUT端的負脈沖寬度=計數(shù)初值NTCLK計數(shù)器0CLKGATEOUT如果CLK=2MHz，則：fc= 2MHzTc=1/fc=0.5x10-6 ，如果時間常數(shù)N=1000，則OUT端的負脈沖寬度=NxTc=1000 x 0.5x10-6 =500us

10、4 3 2 1 024方式2：頻率發(fā)生器也叫分頻器；可以軟件啟動，也可以硬件啟動，計數(shù)器自動重復(fù)工作。在寫入控制字和計數(shù)初值期間GATE一直為高電平，則在下一個CLK開始計數(shù)，既軟啟動；若寫入計數(shù)初值時GATE為低電平，則要等到GATE由低到高時才啟動，即硬件啟動；一旦計數(shù)器啟動，計數(shù)器可以自動重復(fù)工作；GATE為低，停止計數(shù)；WRCLKGATEOUTCWN=332132125寫入控制字后，OUT為高電平。如果GATE為高，寫入初值后開始減1計數(shù)。當計數(shù)值減到1時，OUT輸出變?yōu)榈碗娖剑俳?jīng)過一個CLK之后計數(shù)值減為0 ，OUT變?yōu)楦唠娖剑又詣又匦卵b入初值， 計數(shù)器重復(fù)工作。WRCLKGA

11、TEOUTCWN=332132126在OUT端連續(xù)輸出一個寬度為TCLK的負脈沖信號，其脈沖周期為： ToN TCLK 脈沖頻率： fo=fc/NN也叫分頻系數(shù)： N=fc/fo27例如：8253端口地址為80H-83H，利用計數(shù)器1作頻率發(fā)生器，給定CLK1為2MHz，要求產(chǎn)生頻率為1KHz的脈沖。計數(shù)器1工作在方式2：0111X100B時間常數(shù) Nfc/fo =2106/(1103)=2000程序設(shè)計如下： MOV AL,01110100B ； OUT 83H,AL MOV AX,2000 ；先寫入低字節(jié)計數(shù)值， OUT 81H,AL MOV AL,AH；后寫入高字節(jié)計數(shù)值 OUT 81H

12、,AL；OUT輸出脈沖周期為1ms28可以軟啟動，也可以硬件啟動，計數(shù)器自動重復(fù)工作；寫入控制字后，OUT為高電平。如果GATE為高，寫入初值后開始減1計數(shù)。當計數(shù)值減到N/2時，OUT輸出變?yōu)榈碗娖剑钡接嫈?shù)值減為0；接著自動重新裝入初值， OUT變?yōu)楦唠娖?，計?shù)器自動重復(fù)工作。OUT輸出對稱方波：若計數(shù)初值為奇數(shù)， OUT輸出非對稱方波：GATE由高變低，停止計數(shù)。N/2（N+1）/2方式3方波發(fā)生器29例如：利用計數(shù)器2作脈沖發(fā)生器，給定CLK2為1MHz，要求產(chǎn)生周期為20ms的方波。計數(shù)器2工作在方式3：1011X110B計數(shù)初值 Nfc/fo=1106 2010-3=20000=4

13、E20H 程序設(shè)計如下：MOV AL,10110110B ；2 ，方式3，二進制 OUT 83H,AL MOV AL,20H ：先寫入低字節(jié)計數(shù)值 OUT 82H,AL MOV AL,4EH ；后寫入高字節(jié)計數(shù)值 OUT 82H,AL ； OUT輸出周期為20ms的方波 30方式4：軟件觸發(fā)選通軟件啟動、不自動重復(fù)計數(shù)方式；寫入控制字后，OUT為高電平，計數(shù)器裝入初值后即啟動計數(shù)，計數(shù)結(jié)束時 OUT輸出寬度為TCLK的負脈沖，如下：WRCLKGATEOUTCWN=44321031方式5：硬件觸發(fā)選通硬件啟動、不自動重復(fù)的工作方式。GATE的上升沿觸發(fā)計數(shù)器；計數(shù)結(jié)束時，在OUT端輸出一個脈沖寬

14、度為TCLK的負脈沖信號： WRCLKGATEOUTCWN=543210GATE的上升沿，將重新計數(shù)。323. 工作方式小結(jié)方式0 計數(shù)結(jié)束中斷軟件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)；計數(shù)結(jié)束輸出高電平。方式1 重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器硬件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)；計數(shù)開始輸出低電平，結(jié)束后又變高。33工作方式方式2 頻率發(fā)生器軟、硬件啟動，自動重復(fù)計數(shù)。計數(shù)到最后一個脈沖時輸出低電平方式3 方波發(fā)生器軟、硬件啟動，自動重復(fù)計數(shù)。輸出對稱方波34工作方式方式4 軟件觸發(fā)選通軟件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)。計數(shù)結(jié)束輸出一個CLK寬度的低電平方式5 硬件觸發(fā)選通硬件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)波形與方式4相同35工作方式小結(jié)需要兩

15、個寫脈沖第1個寫脈沖寫入控制字第2個寫脈沖寫入計數(shù)初值不同的工作方式，有不同的計數(shù)啟動方法?？筛鶕?jù)對輸出波形的要求，選擇不同的工作方式。能輸出連續(xù)波形的只有方式2和方式3。兩條OUT指令364. 控制字用于確定各計數(shù)器的工作方式格 式37SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD數(shù)制選擇：0 二進制1 BCD碼方式選擇：000方式0001方式1X10方式2X11方式3100方式4101方式5計數(shù)初值長度選擇：00計數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存于緩沖器01只讀/寫低8位,高8 位默認為010只讀/寫高8位，低8位默認為011先讀/寫低8位 后讀/寫高8位計數(shù)器選擇：00選計數(shù)器001選計數(shù)器110選計數(shù)器2

16、11無效7.2.3 8253的控制字二進制計數(shù)范圍：000065535；十進制計數(shù)范圍：00009999；當初值為0000時，對應(yīng)最大值：二進制65536，十進制10000385. 8253的應(yīng)用與系統(tǒng)的連接初始化程序設(shè)計寫入控制字置計數(shù)初值39與系統(tǒng)的連接示意CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器高位地址外設(shè)8253外部時鐘門控信號408253與系統(tǒng)的連接D0D7A1A0IORIOWD0D7RDWRA1A08253GATE0GATE1GATE2OUT0OUT1OUT2CLK0CLK1CLK2CS&1GG2AG2BCBAY0IOWIORA3A4A5A6A

17、7A2A8A9A10A11A12A13A14A15系統(tǒng)總線信號74LS13841應(yīng)用中的注意點每一次啟動計數(shù)，需有兩次寫操作：寫控制字寫計數(shù)器初值如果初值為8位字長，則一次寫入；若初值為16位字長，則 需兩次寫入每個計數(shù)器的控制命令字均送入控制寄存器各計數(shù)器的計數(shù)初值送到該計數(shù)器的計數(shù)寄存器及 初值寄存器；42初始化程序流程寫控制字寫計數(shù)值低8位寫計數(shù)值高8位*非必須43初始化程序流程當有兩個以上計數(shù)器被應(yīng)用時的初始化程序設(shè)計流程：初始化CNT0初始化CNT1初始化CNT2寫CNT0控制字寫CNT0計數(shù)初值44初始化程序流程寫入全部計數(shù)器控制字寫CNT0計數(shù)初值寫CNT1計數(shù)初值寫CNT2計數(shù)

18、初值原則：先寫入控制字后寫入計數(shù)初值458253應(yīng)用例一采用8253作定時/計數(shù)器，其接口地址為0120H0123H。輸入8253的時鐘頻率為2MH。要求：CNT0每10ms輸出一個CLK周期寬的負脈沖CNT1輸出10KHz的連續(xù)方波信號CNT2在定時5ms后產(chǎn)生輸出高電平畫線路連接圖，并編寫初始化程序. 工作的計數(shù)器工作方式計數(shù)初值啟動方式計數(shù)脈沖頻率468253應(yīng)用例計算計數(shù)初值： CNT0：10ms/0.5us=20000 CNT1：2 MHz/10KHz=200 CNT2： 5ms/0.5us=10000確定控制字： CNT0：方式2，16位計數(shù)值 CNT1：方式3，低8位計數(shù)值 CN

19、T2：方式0，16位計數(shù)值478253應(yīng)用例CLK0GATE0OUT1D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2488253應(yīng)用例初始化程序CNT0：MOV DX，0123HMOV AL，34HOUT DX，ALMOV DX，0120HMOV AX，20000OUT DX，ALMOV AL，AHOUT DX，ALCNT1： CNT2： 498253應(yīng)用例二安全檢測和報警控制系統(tǒng)。508253應(yīng)用例二初始狀態(tài)下，D觸發(fā)器的Q端輸出低電平；系統(tǒng)通過三態(tài)門循環(huán)讀取檢測器狀態(tài)，有異常出現(xiàn)時，檢測器輸出高電平。此時

20、在D觸發(fā)器的Q端輸出高電平，啟動8253計數(shù)器的通道0輸出100Hz的連續(xù)方波信號，使報警燈閃爍，直到有任意鍵按下時停止；使計數(shù)器停止輸出方波的方法是在Q端輸出低電平。CLK0的輸入脈沖為2MHz。要求：設(shè)計8253的譯碼電路；編寫8253計數(shù)器的初始化程序及實現(xiàn)上述功能的控制程序。 51例二解8253地址范圍：0011 1110 00000011 1110 0011譯碼電路：G1G2AG2BCBA&1IOWIORA9A5:A11A10A4A3A2Y052例二解8253計數(shù)初值：2MHz/100Hz=200008253工作方式：方式38253初始化程序：MOV DX，3E3HMOV AL，OU

21、T DX，ALMOV DX，3E0HMOV AX，20000OUT DX，ALMOV AL，AHOUT DX，AL 53例二解控制程序 XOR AL，AL MOV DX，3E5H OUT DX，AL MOV DX，3E4HNEXT：IN AL，DX AND AL，01H JZ NEXT MOV DX，3E5H MOV AL，2 OUT DX，ALGOON：MOV AH，1 INT 16H ；BIOS1號功能，有鍵按下ZF=0 JZ GOON XOR AL，AL OUT DX，AL MOV AH，4C INT 21H 54寫出8253的初始化程序。其3個計數(shù)器的時鐘頻率均為2MHz，計數(shù)器0在定

22、時100us后產(chǎn)生中斷請求；計數(shù)器1用于產(chǎn)生周期為10us的對稱方波，計數(shù)器2每1 ms產(chǎn)生一個負脈沖，BCD碼計數(shù)。計數(shù)器0：方式0，時間常數(shù)=100us/0.5us=200控制字為：00110000B計數(shù)器1：方式3，輸出方波信號，時間常數(shù)=10us/0.5us=20控制字為：01110110B計數(shù)器2：方式2，時間常數(shù)為= 1ms/0.5us=2000控制字為：10110101B55MOV DX,0FF07H ； MOV AL,30H OUT DX,AL MOV AL,76H OUT DX,AL MOV AL,0B5H OUT DX,AL MOV DX,0FF04H;計數(shù)器0 MOV A

23、X,200 ；先寫入低字節(jié)計數(shù)值， OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL8253的初始化編程56MOV DX,0FF05H;計數(shù)器1 MOV AX,20 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,ALMOV DX,0FF06H;計數(shù)器2 ，BCD碼計數(shù) MOV AL, 00H OUT DX,AL MOV AL,20H OUT DX,AL578253的初始化編程例7-1 IBM-PC/XT中使用了一片8253，其3個計數(shù)器的輸入時鐘頻率均為1.19MHz。計數(shù)器0 （CNT0）為系統(tǒng)的電子鐘提供時間基準，它的輸出作為系統(tǒng)的中斷源，接到8259的IR0端。計數(shù)器1

24、（CNT1）用于DRAM的定時刷新；計數(shù)器2（CNT2）作為揚聲器的音頻信號源，輸出不同頻率的方波信號。8253的端口地址設(shè)為40H, 41H, 42H,43H58分析計數(shù)器0：方式3，輸出方波信號，時間常數(shù)= 65536 ，置入0000H，1.19MHz/65536=18.2Hz，每秒產(chǎn)生18.2次中斷請求；計數(shù)器1：方式2，分頻系數(shù)為18，OUT1的輸出脈沖頻率為1.19/18，即DRAM的定時刷新周期為15us；計數(shù)器2：方式3，控制揚聲器發(fā)出1KHz的聲音，時間常數(shù)為：1.19MHz/1KHz=1190=04A6H59CNT0:MOV AL,00110110BOUT 43H,AL MO

25、V AL,00H OUT 40H,AL OUT 40H,ALCNT1: MOV AL, 01010100BOUT 43H,AL MOV AL,18 OUT 41H,ALCNT2: MOV AL, 10110110BOUT 43H,AL MOV AL,A6H OUT 42H,AL MOV AL,04H OUT 42H,AL60課堂練習(xí)接口芯片及初始化編程采用8253作定時/計數(shù)器，其接口地址為0131H0134H。輸入8253的時鐘頻率為2MHz。計數(shù)器0: 每5ms輸出1個CLK脈沖寬的負脈沖；計數(shù)器1: 產(chǎn)生100KHz的連續(xù)方波信號；計數(shù)器2: 啟動計數(shù)5ms后OUT輸出高電平。寫出825

26、3的初始化程序段。618253控制字的格式 62三、可編程并行接口825563掌握:主要引線功能及結(jié)構(gòu)3種工作方式及其特點應(yīng)用:芯片與系統(tǒng)的連接芯片的初始化編程數(shù)據(jù)輸入/輸出控制程序設(shè)計64并行接口8255的特點：通道型接口含3個獨立的8位并行輸入/輸出端口，各 端口均具有數(shù)據(jù)的控制和鎖存能力可通過編程，設(shè)置各端口工作在某一確定 狀態(tài)下。651. 引線連接系統(tǒng)端的主要引線：D0-D7CSRDWRA0，A1 REAST A1 A00 0 A端口0 1 B端口1 0 C端口1 1 控制寄存器66引線連接外設(shè)端的引腳：PA0 PA7PB0 PB7PC0 PC7分別對應(yīng)A、B、C三個端口678255與

27、系統(tǒng)的連接示意圖D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8255A口B口C口D0D7外 設(shè)682. 結(jié)構(gòu)A組B組 端口A端口C的高4位端口B端口C的低4位693. 工作方式基本輸入/輸出方式（方式0）選通工作方式（方式1）雙向傳送方式（方式2）A: 0、1、2B：0、1C：070方式0：相當于三個獨立的8位簡單接口各端口既可設(shè)置為輸入口，也可設(shè)置為輸出 口，但不能同時實現(xiàn)輸入及輸出C端口可以是一個8位的簡單接口，也可以分為 兩個獨立的4位端口常用于連接簡單外設(shè)，適于無條件或查詢方式71方式0的應(yīng)用：習(xí)慣上：A端口和B端口作為8位數(shù)據(jù)的輸入或輸出口C口的某些位作為狀態(tài)輸入注：若使C端口低4位中某一位作為輸入口，則低4位中其他位都應(yīng)作為輸入口。同時可設(shè)高4位作為輸出。728255工作于方式0的連接示意圖D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8255PA0 |PA7B口PC0D0D