可編程接口芯片及應用

第八章2概述：可編程并行接口芯片8255A可編程定時器/計數器8254可編程串行通信接口芯片8251A模擬信號接口8.1概述3計算機接口框圖接口1CPUD0—D7譯碼器A0—A15操縱對象1接口2操縱對象2D0—D748.2可編程并行接口芯片8255A圖：8255A與CPU的連接例子計算機控制對象5

對比：不可編程接口設計

無條件傳送接口——透明的輸入接口輸出接口8.2.18255A的工作原理8255A由以下幾個部分組成：數據端口A、B、C(其口被分成上下兩部分)A組和B組控制邏輯數據總線緩沖器和讀／寫控制邏輯。678255A的內部結構

88255A的基本操作

注：請將書上260頁表8-1修改一下98255A的工作方式及初始化8255A具有3種基本的工作方式方式0——基本輸入輸出方式方式1——選通輸入輸出方式方式2——雙向總線I/0方式********通過初始化確定某個工作方式*********當系統復位時，8255A的RESET輸入端為高電平，使8255A復位，所有的數據端口都被置成輸入方式（方式0的一種）（無條件接口）（有條件接口）10控制字1：方式選擇控制字此字送入控制寄存器

11例1：設8255芯片的地址為80H,81H,82H,83H.對8255初始化，使其達到下列功能：全工作于方式0，A口為輸入，B口為輸出，C口為輸出。解：MOVAL,10010000BOUT83H,AL例2：如上題，全工作于方式0，A口、B口和C口的高4位為輸出，C口的低4位為輸入。解：MOVAL,10000001BOUT83H,AL12例1：設8255芯片的地址為80H,81H,82H,83H.電路如右圖所示。試編程序使開關K0-K7相應控制發光管LED0-LED7。要求開關合上時相應的發光管熄滅，開關打開時相應的發光管點亮。解：MOVAL,10010000BOUT83H,ALNOPINAL,80HOUT81H,AL作業：電路不變，要求：開關動作與相應發光管的亮暗變化相反，試編程。13控制字2：C口置位/復位控制字端口C很特別，可以位操作，可以通過置位/復位控制字使端口C的任意一個引腳的輸出單獨置1或置0。在基于控制的應用中，經常希望在某一位上產生一個TTL電平的控制信號，利用端口C的這個特點，只需要用簡單的程序就能形成這樣的信號，從而簡化了編程。14控制字2：C口置位/復位控制字例:

設一片8255A的口地址為60H~63H，要求從PC5的引腳輸出一個正脈沖。15解：

可以用程序先將PC5置0，再值1輸出一個高電平(脈沖前沿)，再把PC5清0，輸出一個低電平(脈沖后沿)，結果，PC5引腳上便可輸出一個正脈沖。實現這個功能的程序段如下：

MOVAL，00001010BOUT63H，AL；置PC5為低電平

MOVAL，00001011BOUT63H，AL；置PC5為高電平

NOP;合理設置脈寬

NOPMOVAL，00001010BOUT63H，AL；置PC5為低電平作業：讓PC1產生一個正脈沖。168255工作方式1：選通輸入/輸出

8255A具有3種工作方式方式0——基本輸入輸出方式（無條件I/O）方式1——選通輸入輸出方式（有條件I/O）方式2——雙向總線I/0方式（不講）178255工作方式1：選通輸入/輸出

選通輸入：STB選通信號IBF緩沖器滿信號INTR中斷請求信號INTE中斷允許，

A口用PC4控制

B口用PC2控制注：請修改書上圖8-8的INTRA的剪頭方向18選通輸入方式工作時序圖例此8255芯片地址為80H、81H、82H、83H，選通輸入，允許產生中斷請求INTRa，初始化芯片（A組）解：Moval，10110000bOut83H，al；PA口置為選通輸入方式Moval，00001001b；PC4位置1，允許產生INTRaOut83H，al作業此8255芯片地址為80H、81H、82H、83H，選通輸入允許產生INTRb，初始化芯片（B組）198255工作方式1：選通輸入/輸出

選通輸出：OBF輸出緩沖器滿信號

ACK外設的回答信號INTR中斷請求信號INTE中斷允許，

A口用PC6控制

B口用PC2控制注:請修改265頁圖8-1020選通輸出方式工作時序圖例此8255芯片地址為80H、81H、82H、83H，選通輸出，允許產生中斷請求INTRa，初始化芯片（A組）解：Moval，10100000bOut83H，al；PA口置為選通輸出方式Moval，00001101b；PC6位置1，允許產生INTRaOut83H，al作業此8255芯片地址為80H、81H、82H、83H，選通輸出，允許產生INTRb，初始化芯片（B組）實驗八8255并行接口應用實驗信號線寄存器編址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H228.3可編程定時器/計數器

8254應用例子：驗鈔機計數器CLKGATEOUT238.3.18254的工作原理一、8254的基本結構和功能①有3個獨立的16位計數器；（充分體現了“集成”）②每個計數器可按二進制或十進制(BCD)計數；（單位問題，注意BCD數和16進制數格式一樣）③每個計數器可編程工作于6種不同工作方式；④每個計數器允許的最高計數頻率為10MHz；⑤8254有讀回命令(8253沒有)，除了可以讀出當前計數單元的內容外，還可以讀出狀態寄存器的內容。24二、8254的內部結構和外部引腳

1、內部結構初值寄存器+減1寄存器；減到0時OUT輸出一信號，同時減1寄存器重新開始，由初值寄存器負責重裝（方式0不重裝！）能控制減1寄存器立即停止工作（GNTE0=0）計數器CLKGATEOUT252、外部引腳26三、8254的工作方式

8254的3個計數器均有6種工作方式，6種工作方式的主要區別在于輸出波形不同、啟動觸發方式不同和計數過程中門控信號GATE對計數操作的影響不同。工作于任何一種方式，都必須先寫控制字至控制字寄存器，以選擇所需方式；對二進制形式計數為0000H~FFFFH，其中0000H為最大值，代表65536；對十進制(BCD碼)計數為0000~9999，其中。0000為最大值，代表10000。（共同點：最高位看不到）27地址分配286種工作方式（模式）方式命令字【寫入控制字寄存器內】29方式命令字注：對8283定時器，D7D6為1、1無意義，但對8284定時器有定義，見下頁。看定時器結構30讀出控制字：

D7D6D5D4D3D2D1D0

11CNT2

CNT1CNT00鎖存當前計數值鎖存當前計數器狀態

工作方式選擇

注：因用的很少，不講此控制字。311.方式0：

方式0計數減到0輸出正躍變信號方式(OutSignalonEndofCount(＝0))。它是典型的事件計數用法，當計數單元為全零時，OUT信號由低變高，一般作為中斷請求信號使用。方式0的基本功能是：當寫入控制字后，OUT信號變為低電平，并維持低電平，直到計數內容減到零時，OUT信號立即變為高電平，并維持高電平直到再次寫入新的計數值或重新寫入控制字。門控信號GATE用于開放或禁止計數，GATE為1允許計數，為0則停止計數。32

方式0波型圖：如GATE恒為高電平，且不再寫入新初值，則OUT將一直維持高電平。計數器CLKGATEOUT332.方式1：不學343.方式2：分頻方式方式2的特點是計數器有“初值自動重裝”的功能，即計數值減到0后，原計數初值會自動地重新裝入計數器,同時OUT端輸出一個脈沖，所以能夠輸出固定頻率的脈沖，即有分頻功能。如果初始值為4，則輸出頻率將是輸入脈沖頻率的1/4。

計數器CLKGATEOUT35方式2波形圖：364.方式3：方波發生器方式3稱為方波發生器(SquareWaveOutput)方式。它的典型用法是作為波特率發生器。方式3有初值自動重裝的功能。其工作特點如下：①寫入控制字后，OUT輸出為低電平。寫入計數初值n后，如果GATE為高電平，則在下一個CLK脈沖下降沿時，OUT跳變為高電平，同時計數器開始計數。②當計數初值為偶數的時候，每來—個CLK脈沖，計數值減2；當計數值減到0的時候輸出端改變極性，內部完成初值自動重裝，繼續計數。因此，輸出端為1:1的方波，正脈沖和負脈沖的寬度均為n/2的CLK周期。③當計數初值為奇數的時候，負脈沖比正脈沖窄1個CLK脈沖寬度。如計數初值為9，則正脈沖寬度為5個CLK脈寬，而負脈沖寬度為4個CLK脈寬。37方式3波形圖：388254的編程

8254復位后，3個計數器的OUT引腳均為低電平，8254內所有寄存器狀態未知。和所有的可編程接口芯片一樣，要讓8254工作，首先必須對8254進行初始化。39

初始化編程：

8254的初始化編程包括兩方面：一是向控制字寄存器寫入方式控制字，如3個都用要寫3次（1個地址）。二是向所使用的計數器寫入計數初值。如3個都用要寫3次（3個地址）。注意：每個計數器在使用前，都要向控制字寄存器中為該計數器寫入一個方式控制字。例如：某8254的地址為40~43H則：計數器0：40H計數器1：41H計數器2：42H控制字：43H40例：

計數器CLKGATEOUT+5V

方波10MHz5kHz試使用8254的計數器0做成一個頻率為5kHz的方波發生器，設8254的端口地址為40H~43H，時鐘fclk0=10MHz。解：根據8254的工作方式，計數器0應工作于方式3。計數初值＝fclk0÷fout0＝10MHz÷5kHz＝2000。

41初始化程序：

MOVAL，00110110BOUT43H，AL；寫控制字，定義計數器0;使用16位二進制計數

;工作于方式3，MOVAX，2000OUT40H，AL；為計數器0送計數初值;先送低8位MOVAL，AHOUT40H，AL;為計數器0送計數初值高8位至此時刻起，OUT0開始輸出所要求的方波。428.3.28254在微機中的應用PC系列機的定時系統由獨立的兩部分組成。一部分是控制時序產生電路，主要用于CPU內部指令的執行過程：指令時鐘。另一部分主要用于CPU的外圍接口芯片，這部分定時電路可按不同的接口芯片產生不同的時序脈沖信號。8254主要應用于后—種43PC系列機定時系統結構圖8255A地址60~63H61H為B口地址。DMA請求刷新中斷號為8產生方波頻率：1.1931816MHz輸出方波頻率（系統時鐘用）：18.2Hz（周期約55ms）返回揚聲器門注意：書284頁圖有錯TATE2改為GATE244定時器的應用思路1.如何應用于電腦時鐘計數器CLKGATEOUTIRQ01.1931816MHz18.2Hz方波（周期約55ms）8259ACPU中斷請求+5V2.如何應用于實現電腦歌曲計數器CLKGATEOUT1.1931816MHz+5V

方波452.如何應用于實現電腦歌曲計數器CLKGATEOUT1.1931816MHz+5V

方波名曲：12311231345—345—4.65.4314.65.431151—151—簡譜：1234567262286311349392440494HZ男中音123---493Hz，男高音164---698Hz女中音123---493Hz，女高音220---1.1KHz

46計數器0作用——系統計時器：PC系列微機系統中，計數器0是一個產生時鐘信號的系統計時器。系統主要利用它完成秒、分、時、天、月、年的計數。計數器的地址為40h--43h，初始化程序如下：MOVAL，00110110B；計算器0控制字，；方式3，16位2進制計數OUT43H，ALMOVAL，0；初值為0000H=65536OUT40H，AL；產生方波頻率為1.1931816MHz÷65536=18.2HzOUT40H，AL；周期為1/18.2=54.925ms（近似為55ms）

注：54.925×18=988.25ms,此11.75ms的誤差是專門為18次中斷引起的小延時預留的。47計數器1作用——動態存儲器定時刷新控制：PC系列微機系統中，計數器1專門用做動態存儲器刷新的定時控制。初始化程序如下：MOVAL，01010100B；方式2，分頻方式OUT43H，ALMOVAL，18；OUT輸出信號頻率為1.1931816MHz÷18=66287HzOUT41H，AL；OUT輸出信號周期為1/66287=15.08us，每15.08us刷新用一次48

計數器2作用———揚聲器音頻發生器：計數器2用于為系統機箱內的揚聲器發聲提供音頻信號。系統利用揚聲器發聲進行開機提示和故障報警(如內存條不存在和顯卡故障等)；此外，應用程序還可對計數器2初始化編程，用于樂曲演奏等。計數器CLKGATEOUT+5V

方波49作業：

8254計數器的端口地址為30H，31H，32H，33H，3個通道使用同一個輸入時鐘，頻率=1MHZ，要求如下：（1）用計數器0，計數10次后申請中斷。（2）用計數器1作為分頻器，輸出頻率為1KHZ。（3）用計數器2作方波發生器，輸出方波頻率為2KHZ。請編寫該8253的初始化程序。（均采用2進制式）50518.4可編程串行通信接口芯片8251A電腦電腦52并行通信與串行通信圖1、2并行通信與串行通信538.4可編程串行通信接口芯片8251A做實驗用的芯片及電路54異步通信與同步通信

(均屬串行通信)1、異步通信起時位結束位有效信息間隙期全155

異步通信與同步通信

(均屬串行通信)2、同步通信

外同步自同步56

串行通信的波特率

每秒傳送的位數，單位是bps。國際上固定了標準波特率系列：

110，300，600，1200，1800，2400，4800，9600，19200

如：串行打印機工作在110波特。近距離串行通信工作在9600波特。注意：在同樣波特率下，在同一個時間段內同步方式比異步方式能傳送更多的信息。例如：異步通信，設每個字符對應一個起始位，8個信息位，一個停止位，波特率為1200bps。則每秒的最大字符數為1200/10=120，所含的8位信息個數為：

120個。用同步通信，用2個8位同步字符作為信息幀頭部，也按

1200波特率，則每秒能傳送的8位字符個數為：

1200/8=150，減去2個非信息的8位同步字符，既每秒能傳送8位信息的個數：148

57

串行通信的波特率系數

同步方式時，波特率系數等于1；異步方式時，波特率系數等于1，16，32，64。

通常取16

既傳送時所用時鐘的頻率是波特率的16倍。如波特率:1200則需要時鐘頻率為:19200Hz

588251A的基本性能1、8251A通過編程，可以工作在同步方式，也可以工作在異步方式。同步方式下，波特率為0~64Kbps，異步方式下，波特率為0~19.2Kbps。2、8251A在異步方式下能自動為每個數據增加一個啟動位，并能根據編程為每個數據增加1個、1.5個或2個停止位。

兩種方式均可實現奇偶校驗。即自動在每個數據后加上奇偶校驗位59從功能上看，8251A芯片有下面7個模塊組成：（發送時鐘信號）

（發送準備好指示）

（發送器空指示）

（接收準備好指示）

（接收時鐘信號）

（同步信號檢測到指示）

60發送時加上包裝接收時自動去掉包裝異步通信618251A作為遠程通信調制解調器MODEM的接口

C/D=0：傳送數據地址C/D=1：控制口地址和讀狀態地址SYNDET同步檢測信號TxRDY發送器準備好信號。

RxRDY接收器準備好信號。TxD：發信息端RxD：收信息端TxD發RxD收串行發送快慢控制（波特率）遠程傳輸628251A對特殊外設——調制解調器MODEM

所設置的聯絡信號TxD發信息RxD收信息

遠程傳輸調制器直接短距離通信63

從右圖看出：如將8251A作同步串行口用，則要向該芯片寫入模式字、同步字符、控制字等。

8251A如何與CPU的總線相連哪？尤其是如何與地址總線相連。？8251A提供的地址端口有：

CSC/D

8251A的編程模式字格式控制字格式初始化舉例控制字復位向1地址送復位字向1地址送模式字向1地址送控制字向0地址送數據64控制字格式，寫入地址：C/D=1返回返回舉例處返回79復位字：40H65模式字格式寫入地址：C/D=1返回返回舉例處返回7966MOVAL，40H；內部復位命令

OUT41H，ALMOVAL,0FAH;裝模式字:異步模式，波特率因子=16，7個數據位，

;1個偶校驗位，2個停止位.OUT41H,AL;送8251A,C/D=1MOVAL,37H;裝控制字：使發送啟動，使接收啟動，并設置有關

;信息。

OUT41H,AL;送8251A,C/D=1

異步模式下的初始化程序片段假定8251A的地址為：40H,41H.按8251初始化流程圖編初始化程序67狀態字讀出地址：C/D=1

MOVDX，41H（C/D=1

控制和狀態口地址）INAL，DXTESTAL，2；接收到數據了嗎？問狀態字………….TESTAL，38H；接收數據的有問題嗎？問狀態字………….MOVDX，40H（C/D=0數據口地址）INAL，DX；若接收數據無問題，則讀數據到AL寄存器。返79返8068例：兩臺計算機串行通信，第一臺計算機8251A的數據口和控制口地址分別為1F0H和1F2H，兩臺電腦之間采用查詢方法、異步傳送、半雙工通信。實際電路如下頁。設第一臺計算機要求發送的數據存放在以BUFF_T為初始址(偏移量)的內存單元中，發送數據個數為COUNT_T；第一臺計算機接收數據存放到以BUFF_R為初始址的內存單元中，接收數據的個數為COUNT_R。請編寫第一臺計算機的串行通信發送程序。第一臺計算機第二臺計算機第一臺第二臺1F0HlF2HTxDRxDGND69異步串行近距離通信的硬件電路：P300工作于方式3f=16×波特率70分析：發送端將數據送到端口發送緩沖器后，CPU不斷查詢TxRDY的狀態是否為有效的高電平，若為高，表示已發送完從而發送緩沖器變空，可用OUT指令向8251A輸出下一個數據字節進行發送，直至發送完COUNT_T字節數據

。接收數據時，CPU不斷檢測RxRDY是否為有效的高電平，若為高則表示字符的全部位已接收完，CPU可用IN指令從8251A取走一個完整的字符數據，用同樣方法接收下一個數據，直至接收完COUNT_R字節數據。第一臺計算機第二臺計算機71BET-T：MOVDX，1F2H；控制口1F2HMOVAL，40H；向控制口寫入控制字40H，OUTDX，AL

；使系統先夏位MOVAL，7AH；方式宇：異步方式，7個數據位，1個停止位；偶校驗、波特率系數為16OUTDX，AL

MOVCX，02H；延時D1：LOOPD1;注意：改正書上錯誤P301MOVAL，11H；控制字

OUTDX，AL；清除錯誤標志，允許發送

MOVCX，02H；延時D2：LOOPD2MOVDI，BUFF_T；發送數據的緩沖區首地址

MOVCX，COUNT_T；發送數據個數NEXT_T：movdx,1f2h控制口1F2HINAL，DX；讀入狀態

TESTAL，1

；TxRDY有效嗎？ 注意：改正書上錯誤P301JZNEXT_T；無效，則等待

MOVDX，1F0H；數據口地址送DX數據口1F0H控制口1F2HMOVAL，[DI]；從緩沖區取一個數據

OUTDX，AL；向8251A輸出一個數據（送發送緩沖單元）進行發

INCDI；修改緩沖區指針

LOOPNEXT_T；沒送完則繼續

……；送完

發送數據的編程部分數據口地址1F0H

控制口地址1F2H

72

……；使系統復位BEG_R：MOVDX,1F2H；控制口

MOVAL,7AHOUTDX,AL；送出方式字，同發送部分

MOVCX,02H；延時D3：LOOPD3MOVAL,14HOUTDX,AL；輸出命令字，清錯誤標志，允許接收

MOVCX,02H；延時D4：LOOPD4MOVDI，BUFF_R；接收數據緩沖區地址

MOVCX，BOUNT_R；接收數據個數NEXT_R：movdx,1f2hINAL，DX

；讀入狀態字注意：改正書上錯誤P302TESTAL，02H；RxRDY有效嗎？

JZNEXT_R；否，循環等待

TESTAL，38H；是，檢查是否有錯

JNZERROR；有錯，則轉出錯處理程序

MOVDX，1F0H；無錯送數據口地址

INAL，DX；讀入一個數據并開始一位一位的發

MOV[DI]，AL；輸入數據到緩沖區

INCDI；修改緩沖區指針

LOOPNEXT_R；數據沒有完成則繼續

.......；完成ERROR：.......；出錯處理接收數據的編程部分73計算機總線計算機接口芯片總匯74758.5模擬信號接口計算機系統數字信號數字信號模擬信號？？？溫度？大氣壓？風速？768.5模擬信號接口計算機系統數字信號？？？模擬信號？？？模擬信號778.5.1D／A轉換器(DAC)數字量模擬量040801201602002402552V4V5V781.DAC的基本原理[權電阻DAC網絡

]V0I0=Vref/(8R)I1=Vref/(4R)I2=Vref/(2R)I3=Vref/(1R)V0=-(I0D0+I1D1+I2D2+I3D3)RfV0=-((D0/8+D1/4+D2/2+D3)Rf*Vref)/R位控電子開關：0：斷；1：閉合79T型電阻(R-2R)電阻網絡作業：自己推導V0與二進制數的關系V080DAC0832DAC0832是8位D／A轉換器，是DAC0800系列的一種。DAC0832與微機接口方便，轉換控制容易，且價格便宜，因此在實際中得到了廣泛的應用。3.典型DAC器件81（1）DAC0832內部邏輯功能示意圖

三種工作方式：①雙緩沖方式②單緩沖方式③直通方式

DAC的參數指標:（1）轉換精度（2）轉換速率（3）線性誤差DAC的輸出方案

電流型82用DAC0832可產生各種波形的接口電路（3）DAC0832應用舉例

設8255A的端口地址分別為3F0H、3F1H、3F2H、3F3H。通過編程，改變DAC0832的輸入數字量，在V0端獲得各種輸出電壓波形

83MOVDX，3F3H；8255A控制口地址MOVAL，80H；設置8255A方式字OUTDX，AL；A，B，C口均為方式0輸出MOVDX，3F2H；8255A的C口地址MOVAL，10H；置DAC0832為直通方式OUTDX，ALMOVDX，3F0H；8255A口地址MOVAL，00H；輸出數據初值LOP：OUTDX，AL；鋸齒波輸出

INCAL；修改數據

JMPLOP；鋸齒波循環

產生鋸齒波的硬件和軟件硬件：將DAC0832接成直通型；軟件：利用8255的A口以一定速度給0832

送：0、1、2……255、0、1、2……8255A的端口地址分為:3F0H、3F1H、3F2H、3F3H。845.17858.5.2A／D轉換器(ADC)A／D是D／A的逆過程，它把模擬信號轉換成數字信號。

A／D轉換器的主要參數

(1)轉換速率

(2)分辨率868.5.2A／D轉換器(ADC)轉換方法之一：逐次逼近式ADCD/A轉換87轉換方法之二：雙積分式ADC

被測信號反積分電壓思路：先給Vi定時積分：

再用反電壓（大小已知）積分：根