微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課件-第4章

4.1微型計(jì)算機(jī)接口的基本概念

輸入/輸出設(shè)備即I/O設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為外部設(shè)備（外設(shè)），它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。主機(jī)將數(shù)據(jù)送到外設(shè)，稱(chēng)為輸出外設(shè)將數(shù)據(jù)送到主機(jī)，稱(chēng)為輸入簡(jiǎn)稱(chēng)I/O操作

接口——“橋梁”，系統(tǒng)與外部設(shè)備之間，主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必須經(jīng)過(guò)接口，協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和傳送控制任務(wù)的電路。4.1.1I/O接口傳遞的信息I/O接口傳遞的信息包括數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。1.數(shù)據(jù)信息2.狀態(tài)信息3.控制信息I/O接口傳遞的最基本信息包括數(shù)字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量。CPU通過(guò)I/O接口與外設(shè)之間傳遞的反映外設(shè)工作狀態(tài)的信息。CPU向外設(shè)發(fā)出的控制信號(hào)或CPU寫(xiě)給可編程接口控制字等。4.1.2I/O接口的端口

I/O接口傳遞信息的通道，稱(chēng)為“端口”，

I/O接口的基本單元，端口有自己的地址（稱(chēng)為端口地址），CPU用地址對(duì)每個(gè)端口進(jìn)行讀寫(xiě)操作。1.端口的定義端口有寬度，一般以字節(jié)為單位，也可以用兩個(gè)地址相鄰的8位端口構(gòu)成1個(gè)16位寬度的端口，其中較低的1個(gè)地址可作為16位端口的共同地址在16位I/O指令中使用。2.端口的分類(lèi)（1）數(shù)據(jù)端口（2）狀態(tài)端口（3）控制端口

執(zhí)行輸入指令時(shí)，無(wú)論對(duì)數(shù)據(jù)端口還是狀態(tài)端口，讀入的內(nèi)容都送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB上，進(jìn)而到達(dá)CPU；執(zhí)行輸出指令時(shí)，無(wú)論是對(duì)數(shù)據(jù)端口還是控制端口，寫(xiě)出的內(nèi)容也都經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB輸出。所以對(duì)I/O指令而言，三類(lèi)端口僅地址不同而已，其內(nèi)容全都可以看成是“數(shù)據(jù)”在數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳輸。CPU與I/O設(shè)備傳送數(shù)據(jù)信息的中轉(zhuǎn)站。CPU讀取I/O設(shè)備的工作狀態(tài)的通道。CPU向I/O設(shè)備的發(fā)送控制命令的通道。4.1.3I/O接口的主要功能1.數(shù)據(jù)緩沖、隔離、和鎖存2.對(duì)信號(hào)的形式和數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行變換3.對(duì)I/O端口進(jìn)行尋址4.1.4I/O接口編址1.統(tǒng)一編址方式2.獨(dú)立編址方式I/O端口和存儲(chǔ)單元統(tǒng)一編址，又稱(chēng)為I/O的存儲(chǔ)器映像編址。I/O端口和存儲(chǔ)單元各自編址，即使地址編號(hào)相同也無(wú)妨。4.1.5I/O接口控制方式1.程序控制方式用程序控制CPU與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，可分為無(wú)條件傳送方式和有條件傳送方式。（1）無(wú)條件傳送方式（同步傳送方式）

在傳送數(shù)據(jù)時(shí)總是假定外部設(shè)備已準(zhǔn)備就緒，因而不必查詢(xún)外部設(shè)備的狀態(tài)而直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）有條件傳送方式（異步傳送方式）為了保證數(shù)據(jù)可靠傳送，CPU通過(guò)執(zhí)查詢(xún)行程序不斷讀取并測(cè)試外部設(shè)備狀態(tài)，如果輸入設(shè)備處于已準(zhǔn)備好發(fā)送狀態(tài)或輸出設(shè)備為空閑狀態(tài)時(shí)，則CPU才執(zhí)行傳送數(shù)據(jù)指令。由于條件傳送方式是CPU在不斷查詢(xún)外部設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)后才進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所以又稱(chēng)為“查詢(xún)傳送方式”。條件傳送方式的接口電路應(yīng)包括：數(shù)據(jù)端口和狀態(tài)端口。查詢(xún)傳送方式輸入接口電路查詢(xún)傳送方式輸出接口電路2.中斷控制方式查詢(xún)傳送方式中，CPU需要不斷的查詢(xún)外設(shè)狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)沒(méi)有準(zhǔn)備好時(shí)，CPU需要等待，而多數(shù)外設(shè)（如鍵盤(pán)、打印機(jī)等）的工作速度比CPU要慢的多，CPU等待將浪費(fèi)掉大量的時(shí)間。由此為提高CPU利用率，可采用中斷控制方式，中斷控制數(shù)據(jù)傳送方式一般用于低速外部設(shè)備與CPU之間的信息交換。3.DMA控制方式DMA控制方式是一種塊傳送數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)某一外部設(shè)備需要輸入/輸出一批數(shù)據(jù)時(shí)，向DMA控制器發(fā)出請(qǐng)求，DMA控制器接收到這一請(qǐng)求后，向CPU發(fā)出總線(xiàn)請(qǐng)求；若CPU響應(yīng)DMA的請(qǐng)求把系統(tǒng)總線(xiàn)使用權(quán)賦給DMA控制器，數(shù)據(jù)傳送不再通過(guò)CPU，而直接在DMA控制器操縱下進(jìn)行。當(dāng)這批數(shù)據(jù)傳送完畢后，DMA控制器向CPU發(fā)出“結(jié)束請(qǐng)求”，CPU響應(yīng)這一請(qǐng)求，收回總線(xiàn)使用權(quán)。因此，采用DMA控制方式，CPU只需在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)收回中斷控制權(quán)，不僅減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的傳送速度。4.1.6I/O接口的驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ贗/O接口的驅(qū)動(dòng)程序而言，CPU執(zhí)行I/O指令僅僅作用于端口而已。由于I/O接口的引入，微機(jī)I/O驅(qū)動(dòng)程序從面向設(shè)備變成了面向端口，I/O端口與I/O設(shè)備之間，往往靠電路信號(hào)再進(jìn)一步完成傳送。I/O接口的驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵸|(zhì)上是CPU通過(guò)狀態(tài)端口讀取外設(shè)狀態(tài)信息（可缺?。治鰻顟B(tài)信息后滿(mǎn)足條件通過(guò)控制端口發(fā)出設(shè)定的控制信息（命令字等），最后利用數(shù)據(jù)端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳送，所以I/O技術(shù)是軟件、硬件緊密結(jié)合的技術(shù)。4.2I/O接口結(jié)構(gòu)及芯片分類(lèi)4.2.1I/O接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)寄存器，輸入時(shí)保存外設(shè)發(fā)往CPU的數(shù)據(jù)（輸入寄存器）；在輸出時(shí)保存CPU發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù)（輸出寄存器）。狀態(tài)和控制寄存器，分別用來(lái)保存狀態(tài)和命令；通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，CPU可以從狀態(tài)口中讀取當(dāng)前的接口狀態(tài)，也可向控制口寫(xiě)入命令。4.2.2I/O接口的外部特性I/O接口的外部特性由其對(duì)外的引出信號(hào)體現(xiàn)。接口信號(hào)分為面向主機(jī)或CPU一側(cè)的信號(hào)和面向外設(shè)一側(cè)的信號(hào)。對(duì)面向CPU一側(cè)的信號(hào)，有數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。面向外設(shè)一側(cè)功能定義、時(shí)序及有效電平等差異較大。4.2.3I/O接口芯片分類(lèi)1.通用接口芯片2.面向微機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)用接口芯片3.面向外設(shè)的的專(zhuān)用接口芯片支持通用的輸入/輸出及控制接口芯片；它適用于大部分外部設(shè)備，在某些專(zhuān)用的接口電路中也會(huì)用到它們。例如并行接口芯片8255，串行接口芯片8251等。與CPU配套使用，以增強(qiáng)其整體性能。例如用來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)中斷功能的中斷控制器8259A，用來(lái)支持DMA數(shù)據(jù)高速傳送的DMA控制器8237，用來(lái)為系統(tǒng)提供定時(shí)和計(jì)數(shù)功能的定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253等。針對(duì)某種外設(shè)而設(shè)計(jì)，僅用于某些特定的外設(shè)接口，例如鍵盤(pán)/顯示器接口芯片8279可支持簡(jiǎn)易鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示器。4.2.4I/O接口芯片編程控制可編程的意思是指接口芯片的功能和工作方式可以通過(guò)程序來(lái)進(jìn)行設(shè)定（控制字或命令字）?？删幊探涌谛酒哂卸喾N功能和工作方式，可以通過(guò)程序來(lái)選定其中的一種，有的芯片還可選定引腳信號(hào)的形式，為設(shè)定芯片的工作方式而編寫(xiě)的程序段一般被稱(chēng)為初始化程序段。由于可編程芯片具有多種工作方式和內(nèi)部資源，可以通過(guò)程序加以設(shè)置和選用，并且還可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)加以改變，不僅簡(jiǎn)化了接口的設(shè)計(jì)，并且為靈活運(yùn)用接口開(kāi)辟了很大的空間。4.3可編程并行接口芯片8255A4.3.18255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能4.3.1.18255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.與外部設(shè)備設(shè)接口PA口(雙向8位)PB口(雙向8位)PC口(雙向8位),可單獨(dú)使用,也可以拆成兩個(gè)4位使用。PC口(高4位)PC口(低4位)A組B組與外設(shè)連接2.內(nèi)部控制邏輯電路設(shè)有專(zhuān)門(mén)的控制寄存器，可根據(jù)CPU送來(lái)的命令控制8255的工作方式或?qū)C口的指定位進(jìn)行置位/復(fù)位操作。3.與CPU接口數(shù)據(jù)線(xiàn)D0～D7PA、PB和PC3個(gè)I/O口與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通道；地址線(xiàn)A0A1對(duì)PA、PB、PC口及控制寄存器進(jìn)行區(qū)分選擇；

控制線(xiàn)所以為片選、復(fù)位、讀、寫(xiě)信號(hào)。1.面向CPU的引腳功能4.3.1.2引腳功能（1）D0~D7。8位三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)，雙向，連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)線(xiàn)。（2）RESET。復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。RESET有效時(shí)，清除8255A中所有控制寄存器，并將各端口置成輸入

方式。（3）CS片選信號(hào)，輸入，低電平有效。CS有效，表示8255A被選中。（4）RD/WR讀寫(xiě)控制信號(hào)，輸入，低電平有效。若RD有效，表示CPU讀8255A,即8255A向CPU傳送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。若WR有效，表示CPU寫(xiě)8255A,即8255A將控制字或數(shù)據(jù)寫(xiě)入8255A。（5）A1A0。端口選擇信號(hào)，輸入。8255A內(nèi)部包含PA端口、PB端口、

PC端口和控制端口（控制字寄存器）4個(gè)端口。2.面向外部設(shè)備的引腳及功能（1）PA0～PA7。PA數(shù)據(jù)口，雙向，用來(lái)連接外部設(shè)備。（2）PB0～PB7。PB數(shù)據(jù)口，雙向，用來(lái)連接外部設(shè)備。

（3）PC0～PC7。

PC數(shù)據(jù)口，雙向，用來(lái)連接外部設(shè)備數(shù)據(jù)口或其

控制及狀態(tài)信號(hào)。4.3.28255A控制字8255A有兩類(lèi)控制字：一類(lèi)用于定義各I/O口的工作方式，稱(chēng)為方式選擇控制字；另一類(lèi)專(zhuān)門(mén)用于對(duì)PC口的某一位進(jìn)行置位或/復(fù)位操作，稱(chēng)為PC口置位/復(fù)位控制字。兩類(lèi)控制字共用一個(gè)端口地址，都必須寫(xiě)入控制口。1.工作方式選擇控制字用來(lái)設(shè)定各I/O口的工作方式及數(shù)據(jù)的傳送方向，通過(guò)定義工作方式控制字可將3個(gè)I/O口分別定義為不同的工作方式。2.PC口置位/復(fù)位控制字PC口可以對(duì)PC口的某一根I/O線(xiàn)實(shí)施單獨(dú)輸出控制，即位控制方式。PC口的位控功能可用于設(shè)置諸如電機(jī)啟停、繼電器開(kāi)關(guān)、指示燈亮滅等外設(shè)的狀態(tài)，還可用于設(shè)置PA口和PB口工作于方式1時(shí)的中斷允許位。3.兩個(gè)控制字的差別工作方式控制字特征是最高位為1，放在程序的開(kāi)始部分；PC口的置位/復(fù)位控制字特征是最高位為0，可放在初始化程序以后的任何地方。4.3.38255A工作方式

8255A有3種工作方式，用戶(hù)可通過(guò)設(shè)置方式控制字來(lái)設(shè)置。1.方式0：基本輸入/出方式PA口、PB口及PC口均可以工作在方式0，CPU可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息，適用于無(wú)條件數(shù)據(jù)傳送或查詢(xún)方式數(shù)據(jù)傳送。2.方式1:選通輸入/出方式PA、PB口可工作在方式1，可單獨(dú)連接外設(shè)，通過(guò)控制字可將它們分別設(shè)置為輸入口或輸出口，方式1需要PC口提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)與外設(shè)連接；PC口的高5位為PA口提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)，低3位為PB口提聯(lián)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)。（1）方式1輸入。3）INTR。中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸出，高電平有效。在A組和B組控制電路中分別設(shè)置一個(gè)內(nèi)部中斷觸發(fā)器INTEA和INTEB。1）STB。選通信號(hào)，輸入，低電平有效。STB有效時(shí)，將外部輸入的數(shù)據(jù)鎖存到所選端口的輸入鎖存器中。2）IBF。輸入緩沖存儲(chǔ)器滿(mǎn)信號(hào)，輸出，高電平有效。IBF有效時(shí)，表示由輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)已占用該端口的輸入鎖存器，它實(shí)際上是對(duì)STB信號(hào)的回答信號(hào)。8255A工作方式1的輸入時(shí)序（2）方式1輸出。3）INTR。中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸出，高電平有效。在A組和B組控制電路中分別設(shè)置一個(gè)內(nèi)部中斷觸發(fā)器INTEA和INTEB。1）OBF。輸出緩沖存儲(chǔ)器滿(mǎn)信號(hào)，輸出，低電平有效。OBF有效時(shí)，表示CPU已將數(shù)據(jù)寫(xiě)入該端口正等待輸出。2）ACK。外部應(yīng)答信號(hào)，輸入，低電平有效。ACK有效，表示外部設(shè)備已收到8255A輸出的8位數(shù)據(jù)，它實(shí)際上是對(duì)OBF信號(hào)的回答信號(hào)。8255A工作方式1的輸出時(shí)序3.方式2:雙向選通輸入/出方式

只有PA口可工作于方式2。當(dāng)PA口設(shè)定為方式2時(shí)，它的控制信號(hào)由PC口提供，并可向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；同時(shí)，允許PB口工作于方式0或方式1完成輸入/輸出功能。4.3.48255A的狀態(tài)字

若8255A的工作方式設(shè)定為方式1或方式2時(shí)，讀PC口便可讀得相應(yīng)的狀態(tài)字，以便了解8255A的工作狀態(tài)，并供CPU查詢(xún)。方式1的狀態(tài)字格式方式2的狀態(tài)字格式4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)技術(shù)及其控制芯片8253A4.3.1定時(shí)/計(jì)數(shù)技術(shù)1.定時(shí)/計(jì)數(shù)概念定時(shí)：學(xué)校的課間定時(shí)打鈴、交通紅綠燈、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的定時(shí)刷新、系統(tǒng)的日歷時(shí)鐘、定時(shí)采樣計(jì)數(shù)：生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品計(jì)數(shù)、出租車(chē)計(jì)費(fèi)、點(diǎn)鈔機(jī)、電機(jī)編碼采樣、智能手環(huán)、心率計(jì)、電子投票2.計(jì)數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)方法

計(jì)數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)方法比較單一，大多是利用外部設(shè)備產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖完成計(jì)數(shù)功能。3.定時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)方法（1）軟件定時(shí)

延遲子程序,包含一定的指令,設(shè)計(jì)者要求對(duì)這些指令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算或者精確的測(cè)試,以便確立延遲時(shí)間是否符合要求,時(shí)間長(zhǎng)時(shí)用循環(huán)程序。

優(yōu)點(diǎn)：不需添加硬件設(shè)備，只需編制有關(guān)延時(shí)程序缺點(diǎn)：增加CPU的開(kāi)銷(xiāo)，浪費(fèi)CPU資源。單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路或計(jì)數(shù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)或定時(shí)器件容易老化，導(dǎo)致定時(shí)不準(zhǔn)（RC決定脈沖寬度）

優(yōu)點(diǎn)：與CPU并行工作，不占用CPU資源。

缺點(diǎn)：定時(shí)時(shí)長(zhǎng)不靈活，器件老化等（2）不可編程硬件定時(shí)（3）.可編程硬件定時(shí)

可編程硬件定時(shí)器在定時(shí)時(shí)長(zhǎng)可利用CPU對(duì)其進(jìn)行初始化，一旦設(shè)置完畢，啟動(dòng)定時(shí)后，與CPU并行工作，定時(shí)結(jié)束時(shí)可通過(guò)產(chǎn)生溢出信號(hào)等方式提供結(jié)束標(biāo)志，供CPU查詢(xún)或向CPU提出中斷請(qǐng)求以完成具體的任務(wù)。4.微機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

微機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都是可編程的，計(jì)數(shù)功能和定時(shí)功能本質(zhì)上都是由數(shù)字計(jì)數(shù)器來(lái)完成的，兩者區(qū)別僅在于計(jì)數(shù)脈沖特征不同。

定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖一般由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻提供，其脈沖周期是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)度。

計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖則沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)限制，大多來(lái)自外部設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)脈沖信號(hào)。4.4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)控制芯片8253A8253A功能特點(diǎn)如下：（1）具有3個(gè)獨(dú)立的16位減1計(jì)數(shù)器通道；（2）每個(gè)計(jì)數(shù)器通道都可以單獨(dú)進(jìn)行二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)；（3）每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率可達(dá)2MHz；（4）每個(gè)計(jì)數(shù)通道都可有程序選擇6種工作方式；（5）所有輸入\出電平都與TTL兼容。4.4.2.18253A內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.與外部設(shè)備的接口8253A內(nèi)部包含三個(gè)功能完全相同的通道，每個(gè)通道內(nèi)部設(shè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行二進(jìn)制或十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù)。與計(jì)數(shù)器相對(duì)應(yīng)，每個(gè)通道內(nèi)設(shè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器，必要時(shí)可用來(lái)鎖存計(jì)數(shù)值。

計(jì)數(shù)過(guò)程中，計(jì)數(shù)器受門(mén)控信號(hào)GATE的控制。計(jì)數(shù)器的輸入與輸出以及門(mén)控信號(hào)之間的關(guān)系，取決于工作方式。2.與CPU的接口（1）數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器

8位三態(tài)緩沖器,CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器向8253寫(xiě)入數(shù)據(jù)和命令或從數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器向8253讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。a.向8253寫(xiě)入確定工作方式的命令b.向8253計(jì)數(shù)器寄存器裝入計(jì)數(shù)值c.讀出8253的計(jì)數(shù)值（2）

讀寫(xiě)控制電路8253內(nèi)部操作的控制部分,接收來(lái)自系統(tǒng)總線(xiàn)的信息,產(chǎn)生控制整個(gè)芯片的控制信號(hào)。4.4.2.2引腳功能1.面向CPU的引腳及功能（1）D7~D0。8位三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)，雙向，用來(lái)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接。（2）CS

。片選信號(hào)，低電平有效。

（3）A1A0—端口選擇信號(hào)，由CPU輸入，選擇3個(gè)通道和控制端口。

（4）RD/WR。讀寫(xiě)控制信號(hào)，輸入，低電平有效。RD—CPU讀取A1A0所選定通道內(nèi)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值WR—CPU向8253控制字寄存器或向計(jì)數(shù)器置計(jì)數(shù)初值。2.面向外部設(shè)備的引腳及功能（1）CLKi（i=0，1，2）。計(jì)數(shù)脈沖輸入端，輸入。計(jì)數(shù)脈沖上升沿檢測(cè)門(mén)控信號(hào)GATEi，計(jì)數(shù)脈沖下降沿實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)，8253A計(jì)數(shù)脈沖最高頻率不能超過(guò)2MHz。（2）GATEi（i=0，1，2）。門(mén)控信號(hào)，輸入。8253A計(jì)數(shù)過(guò)程需要檢測(cè)門(mén)控信號(hào)，門(mén)控信號(hào)可以使能和禁止計(jì)數(shù)。門(mén)控信號(hào)可以是高電平也可以是上升沿。（3）OUTi（i=0，1，2）。計(jì)數(shù)結(jié)束的輸出信號(hào)，輸出。8253A計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)OUTi輸出一個(gè)結(jié)束信號(hào)表示本次計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束，結(jié)束輸出信號(hào)形式由其對(duì)應(yīng)工作方式確定。4.4.38253A控制字及工作方式4.5.48253A初始化編程及鎖存命令1.8253A的初始化編程（2）設(shè)置計(jì)數(shù)器初值，即設(shè)置計(jì)數(shù)的初始值，其初始值可以是8位，也可以是16位，若是16位則需要用兩次輸出指令完成計(jì)數(shù)初值設(shè)定，順序是先送低字節(jié)，后送高字節(jié)。計(jì)數(shù)器的初值必須在開(kāi)始計(jì)數(shù)之前，由CPU用輸出指令預(yù)置。

（1）設(shè)置控制字，由CPU向8253A的控制寄存器輸出一個(gè)控制字，用來(lái)選擇計(jì)數(shù)器、設(shè)定工作方式和計(jì)數(shù)格式；

8253初始化后進(jìn)入工作狀態(tài),鎖存命令是配合CPU讀計(jì)數(shù)器當(dāng)前值而設(shè)置的，在讀計(jì)數(shù)值時(shí)，必須先用鎖存命令，將當(dāng)前計(jì)數(shù)值在輸出鎖存器中鎖定，方可由CPU讀取，否則計(jì)數(shù)器的數(shù)值有可能正在改變過(guò)程中，可能讀取一個(gè)不確定的結(jié)果。鎖存命令一旦寫(xiě)入8253，減法計(jì)數(shù)器計(jì)到某一個(gè)值，該值被鎖定，輸出鎖存器跟隨減法計(jì)數(shù)器，所以鎖存器鎖定的值就是計(jì)數(shù)器在同一時(shí)刻的值。2.8253的鎖存命令

注意：當(dāng)CPU將鎖定值用輸入指令在讀走時(shí)，鎖存器自動(dòng)失鎖，又跟隨減法計(jì)數(shù)器工作，在鎖存和讀出計(jì)數(shù)值的過(guò)程中，不影響計(jì)數(shù)進(jìn)行。4.4.58253A的工作方式6種方式，遵從3個(gè)基本原則：

①控制字寫(xiě)入8253A后，控制邏輯復(fù)位，OUTi進(jìn)入初始狀態(tài)；

②裝入計(jì)數(shù)初值后，要經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期，計(jì)數(shù)器才開(kāi)始工作，時(shí)鐘下降沿使計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)；

③CLK上升沿，采樣門(mén)控信號(hào)。1.工作方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束中斷2.工作方式1—可編程單脈沖發(fā)生器3.工作方式2—速率發(fā)生器4.工作方式3—方波發(fā)生器5.工作方式4—軟件觸發(fā)方式6.工作方式5—硬件觸發(fā)方式4.5.1串行通信基礎(chǔ)知識(shí)1.串行通信基本概念所謂串行通信，就是使數(shù)據(jù)一位一位依次進(jìn)行傳輸進(jìn)行通信。在傳輸過(guò)程中，每一位數(shù)據(jù)占用1個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。只用幾根數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以在系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換。與并行通信相比，串行通信可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離從幾十米到幾千米的通信，節(jié)省傳輸介質(zhì)。全球互聯(lián)網(wǎng)就是串行通信方式最典型的應(yīng)用。2.傳輸方式分類(lèi)4.5串行通信及其接口芯片8251A（1）按通信的方向和時(shí)間分類(lèi)，可分為單工、半雙工和全雙工。

串行通信在信息格式的約定上可分為兩種方式異步串行通信同步串行通信1）.異步串行通信方式

異步串行通信規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳輸格式，即每個(gè)數(shù)據(jù)以相同的幀格式傳送。（2）.按數(shù)據(jù)格式分類(lèi)

起始位：通信線(xiàn)上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)處于邏輯“1”狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送設(shè)備要發(fā)送1個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)出1個(gè)邏輯“0”信號(hào)，此信號(hào)就是起始位。起始位通過(guò)通信線(xiàn)傳向接收設(shè)備，當(dāng)接收設(shè)備檢測(cè)到起始信號(hào)后，就開(kāi)始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位。因此，起始位所起的作用就是表示通信過(guò)程開(kāi)始，從而實(shí)現(xiàn)通信雙方的同步。

數(shù)據(jù)位：當(dāng)接收設(shè)備收到起始位后，緊接著就是數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位數(shù)可以選擇5、6、7或8位。在字符數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，數(shù)據(jù)位從最低位開(kāi)始傳送。

奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)用于差錯(cuò)檢測(cè)，通常分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)兩種方式，通信雙方在通信時(shí)須約定一致的奇偶校驗(yàn)方式。該位可以發(fā)送也可以不發(fā)送。

停止位：奇偶位或數(shù)據(jù)位（當(dāng)無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí)）之后發(fā)送的是停止位。停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位是1個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。

空閑位：在發(fā)送間隙，即空閑時(shí)，通信線(xiàn)路總是處于邏輯高電平（“1”）狀態(tài)，每個(gè)字符數(shù)據(jù)的傳送均以邏輯低電平（“0”

）開(kāi)始。2）.同步串行通信方式特點(diǎn):利用同步字（SYN）獲得雙方的同步信息，數(shù)據(jù)之間無(wú)間隔符（數(shù)據(jù)流）所以傳輸速率較高，同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式：

傳送數(shù)據(jù)作為被除數(shù)，發(fā)送器本身產(chǎn)生一固定除數(shù)，前者除以后者得到余數(shù)即為該“冗余”字符。當(dāng)數(shù)據(jù)和冗余字符一起被傳送到接收器時(shí)，接收器產(chǎn)生和發(fā)送器相同的除數(shù)，和數(shù)據(jù)位相除，得到余數(shù)進(jìn)行比較。（99%）3串行通信的時(shí)鐘和波特率（1）.發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘發(fā)送方要靠發(fā)送脈沖（移位脈沖）將數(shù)據(jù)移出，經(jīng)TXD引腳→對(duì)方

接收方要靠接收脈沖（移位脈沖）將數(shù)據(jù)接入，經(jīng)RXD引腳→串口

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器用發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出，并且對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位的前沿；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收器用接收時(shí)鐘的上升沿將數(shù)據(jù)位移入移位寄存器，對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位的中間位置，以保障可靠的接收數(shù)據(jù)。（2）.檢測(cè)時(shí)鐘

接收方需對(duì)發(fā)送方發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)位進(jìn)行檢測(cè)，以決定是”0“還是”1“。

通常檢測(cè)脈沖是移位脈沖的16和64倍（常選16）。

檢測(cè)脈沖的上升沿采樣RxD線(xiàn)，在一個(gè)字符的結(jié)束或若干個(gè)空閑位之后，每當(dāng)連續(xù)采樣到RxD線(xiàn)上8個(gè)低電平（起始位之半）后，便確認(rèn)對(duì)方發(fā)送的是起始位，認(rèn)為下一位送來(lái)的應(yīng)是數(shù)據(jù)位，此后，便每隔16個(gè)檢測(cè)脈沖連續(xù)采樣RxD線(xiàn)三次，按三中取二的原則確定采到的數(shù)據(jù)位是0還是1，并把采樣到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，由移位脈沖將數(shù)據(jù)移入接收移位寄存器。（3）.波特率（bps）波特率就是傳送數(shù)據(jù)位的速率（用位/秒）表示。例數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，每幀包括10個(gè)數(shù)據(jù)位，則波特率為120×10=1200位/秒=1200bps

常用的異步通信的波特率的值為：9600、19200、115200。4.5.28251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能（1）可用于異步串行通信，也可用于同步串行通信。（2）在異步通信時(shí)，8251A可設(shè)定1位、1.5位或2位停止位。數(shù)據(jù)位可以在5~8位之間選擇，時(shí)鐘頻率可設(shè)定為通信波特率的1倍、16倍或64倍，通信波特率為0-9600bps。（3）在同步通信時(shí)，8251A可設(shè)定為內(nèi)同步和外同步工作方式，同步字符的個(gè)數(shù)有單同步字符和雙同步字符之分，由用戶(hù)根據(jù)情況選定。數(shù)據(jù)位可以在5~8位之間選擇，通信波特率為0~56000bps。（4）8251A有奇偶校驗(yàn)、幀校驗(yàn)和溢出校驗(yàn)等3種字符數(shù)據(jù)的校驗(yàn)方式，校驗(yàn)位的插入、檢出和出錯(cuò)標(biāo)志的建立均可由芯片自動(dòng)完成。（5）8251A能提供和MODEM直接相連接的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)均可存放在各自的緩沖器內(nèi)，以便實(shí)現(xiàn)全雙工通信。4.5.2.18251A內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.與外部設(shè)備的接口8251A與外部設(shè)備的接口由兩部分組成，連接外部串行設(shè)備。一部分是發(fā)送數(shù)據(jù)，包含發(fā)送緩沖器和發(fā)送控制電路，將內(nèi)部并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)在發(fā)送脈沖控制下向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)；另一部分是接收數(shù)據(jù)部分，包含接收緩沖器和接收控制電路，將接收脈沖控制下接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并傳送至內(nèi)部總線(xiàn)。2.調(diào)制/解調(diào)控制電路

當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)，需要使用調(diào)制/解調(diào)器。8251A的調(diào)制/解調(diào)電路提供1組通用的控制信號(hào)，使8251A可以直接與調(diào)制解調(diào)器相連，完成遠(yuǎn)程通信。3.與CPU接口（1）數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。（2）讀/寫(xiě)控制邏輯電路。4.5.2.2引腳功能1.面向CPU的引腳及功能（1）D7~D0。8位三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)，雙向，用來(lái)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接。（2）RESET。復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。RESET有效時(shí)，清除8251A中所有寄存器內(nèi)容。（3）CS

。片選信號(hào)，低電平有效。CS有效，表示8251被選中。

（4）RD/WR。讀寫(xiě)控制信號(hào)，輸入，低電平有效。RD—CPU讀取8251A的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。WR—CPU向8251A寫(xiě)入控制字和數(shù)據(jù)。

（5）C/D。命令數(shù)據(jù)選擇線(xiàn)，輸入。與CPU地址總線(xiàn)中的A0相連，若使C/D=0，則選中8251A的數(shù)據(jù)口；若使C/D=1,則選中8251A的命令和狀態(tài)口。（6）CLK。時(shí)鐘輸入線(xiàn)，輸入。用于產(chǎn)生8251A內(nèi)部時(shí)序。在同步通信時(shí)，CLK至少為發(fā)送或接收時(shí)鐘的30倍；在異步通信時(shí)，CLK至少為發(fā)送或接收時(shí)鐘的4.5倍。2.面向外部設(shè)備的引腳及功能（1）接收和接收控制線(xiàn)1）RXD。接收數(shù)據(jù)線(xiàn)，輸入。3）RXRDY。接收準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出。2）RXC。接收時(shí)鐘輸入線(xiàn)，輸入。4）SYNDET。同步檢測(cè)線(xiàn)，輸入/輸出。（2）接收和接收控制線(xiàn)1）TXD。發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)，輸出。3）TXRDY。接收準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出。2）TXC。發(fā)送時(shí)鐘輸入線(xiàn)，輸入。4）TXE。發(fā)送空信號(hào)，輸出。（3）MODEM控制線(xiàn)1）DTR。數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，輸出，低電平有效。3）RTS。請(qǐng)求發(fā)送線(xiàn)，輸出，低電平有效。2）DSR。數(shù)據(jù)通信裝置準(zhǔn)備好信號(hào)，輸入，低電平有效。4）CTS。同步檢測(cè)允許發(fā)送輸入線(xiàn)，輸入，低電平有效。4.5.38251A控制字及工作方式8251A控制字是其初始化和編程的基礎(chǔ)，共有方式控制字、命令控制字和狀態(tài)字3個(gè)。1.方式控制字

8251A的方式控制字用于確定8251A的工作方式、校驗(yàn)方式、波特率和數(shù)據(jù)位數(shù)等。2.命令控制字8251A的命令控制字用于接收/發(fā)送控制字、中斷控制、復(fù)位和出錯(cuò)復(fù)位等操作，由CPU通過(guò)程序在命令方式下送出。8251A的狀態(tài)字能夠反映8251的出錯(cuò)狀態(tài)和有關(guān)控制引腳的電平狀態(tài)，CPU通過(guò)對(duì)控制/命令口讀出操作可以獲取狀態(tài)字。3.狀態(tài)字4.5.48251A的初始化8251A使用前均需初始化。8251A初始化由復(fù)位狀態(tài)開(kāi)始，CPU先輸入方式控制字，以決定8251A的通信方式、數(shù)據(jù)位數(shù)和校驗(yàn)方式等。若為同步通信，則緊接著輸入1個(gè)或兩個(gè)同步字符；若為異步通信，則在輸入方式控制字后可直接輸入命令控制字。命令控制字送入后，8251A便可發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。4.6D/A、A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)及接口芯片4.6.1模擬信號(hào)的輸入/輸出通道1.模擬信號(hào)輸入通道2.模擬信號(hào)輸出通道（1）傳感器。（2）信號(hào)處理環(huán)節(jié)。（3）多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。（4）采樣保持器。（5）A/D轉(zhuǎn)換器。4.6.2D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)1.D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理n位D/A轉(zhuǎn)換器則2.D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率。

描述D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度，通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，如8位、10位等。

基準(zhǔn)電壓為10V的8位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為10×2-8=39mV（2）穩(wěn)定時(shí)間。（3）輸出電平。（4）轉(zhuǎn)換精度。（5）相對(duì)精度。（6）線(xiàn)性誤差。（7）溫度系數(shù)。1.引腳功能（1）DI7~DI0。D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入信號(hào)。（2）CS。片選輸入信號(hào)，低電平有效。（3）WR1。D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)寫(xiě)入信號(hào)，低電平有效。4.6.3D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832（4）ILE。輸入寄存器的允許信號(hào)，高電平有效。（5）CS、WR1。輸入寄存器的選通信號(hào)，低電平有效，配合ILE=1產(chǎn)生IE1=1，選通8位輸入寄存器。（6）XFER、WR2。DAC寄存器的選通信號(hào)，低電平有效，產(chǎn)生IE2=1，裝入數(shù)據(jù)并啟動(dòng)換換。（7）VCC。芯片電源，其值可在+5~+15V之間，典型值為+15V。（8）Vref?；鶞?zhǔn)電源，DAC的最大輸出電壓，即數(shù)字量全1對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓值。（9）AGND。模擬信號(hào)地。（10）DGND。數(shù)字信號(hào)地。

（11）Rfb。內(nèi)部反饋電阻引腳，用來(lái)外接D/A轉(zhuǎn)換器輸出增益調(diào)整電位器。（12）IOUT1。D/A轉(zhuǎn)換器輸出電流1。（13）IOUT2。D/A轉(zhuǎn)換器輸出電流2。2.主要技術(shù)性能（1）電流穩(wěn)定時(shí)間：1μS。（2）分辨率：8位。（3）線(xiàn)性誤差：0.2%FSR，即該芯片的線(xiàn)性誤差為滿(mǎn)量程的0.2%。（4）非線(xiàn)性誤差：0.4%FSR。（5）三種輸入方式：雙緩沖、單緩沖和直接輸入三種方式。（6）數(shù)字量輸入與TTL兼容。（7）增益溫度系數(shù)：0.002%FSR/℃。（8）低功耗：20mW。（9）單電源：+5V~+15V。（10）參考電壓：－10V~+10V。3.工作方式單緩沖方式DAC0832工作方式包括直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式3種工作方式。雙緩沖方式4.6.3A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)1.A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程A/D轉(zhuǎn)換器主要有逐位比較（逐次逼近）型、積分型以及計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓-頻率型（即V/F型）等。（1）采樣。香農(nóng)-奈奎斯特采樣定理表明，采樣頻率一般應(yīng)高于或至少等于輸入信號(hào)最高頻率的2倍，才能完全恢復(fù)和表征被采樣信號(hào)。（2）量化。量化是把采樣值取整為最小單位的整數(shù)倍，這個(gè)最小單位稱(chēng)為量化單位?。它等于輸入信號(hào)的最大范圍與數(shù)字量的最大范圍的比值，對(duì)應(yīng)于數(shù)字量1。（3）編碼。量化得到的數(shù)值通常用二進(jìn)制表示，對(duì)有正負(fù)極性（雙極性）的模擬量一般采用偏移碼表示，數(shù)值為負(fù)時(shí)符號(hào)位為0，數(shù)值為正時(shí)符號(hào)位為1。3.A/D轉(zhuǎn)換器（1）逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。（2）雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。3.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率。反映A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小模擬信號(hào)變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字量輸出最低位（LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬輸入的電平值表示。3.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（2）精度。精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。1）絕對(duì)精度。對(duì)應(yīng)于1個(gè)給定的數(shù)字量的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬

量輸入之差。通常以數(shù)字量的最小有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)值表示絕

對(duì)精度，如±1LSB、±LSB/2、±LSB/4等。2）相對(duì)精度。絕對(duì)誤差與滿(mǎn)量程之比，一般用百分比來(lái)表示。

例如

，滿(mǎn)量程為5V的8位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，若其絕對(duì)精度為

±LSB/2，則其最小有效位的量化單位△=19.53mV，其絕對(duì)精度

為△/2=9.77mV，其相對(duì)精度為9.77mV/5V=0.195%。3.A/