[嵌入式]基本IO接口技术——微机第七章笔记

基本I/O接口技术——微机第七章笔记

前言

明天考试，速通！

这一章主要是一些并行接口知识点，涉及到8255、8253还有一些串行接口。

MindMap

并行通信和串行通信

通信

指计算机与外设、计算机与计算机之间的 信息交换。

基本方法

并行通信和 串行通信。

并行通信

就是将数据的各位 同时 在 多根并行传输线上进行传输。

优点

传输速度快，适用于数据传输率较高、传输距离较短的场合。

串行通信

和并行相反，将数据的各位按 时间顺序 依次在一根传输线上传输。

特点

传输速度慢、远程、费用低，适用于长距离、中低速的通信。

并行接口概述

并行接口连接CPU 与 并行外设，实现两者间的 并行通信。

硬件结构（典型）

1. 锁存或缓冲的数据端口。
2. 与CPU、外设进行数据交换所必须的 控制 和 状态信号。
3. 端口译码电路。
4. 控制电路。

8255A

引脚结构图

具有三个 8位并行端口， 40个引脚。

工作原理

结构和功能

数据端口

有3个 8位 I/O端口（A、B、C），24根I/O线和外设交换数据或通信，C口分两个 4位口。

A、B口用为8位数据I/O口，C可8位，也可两个4位，还常用于配合A口和B口，作为 控制信号输出、或作为 状态信号 输入。

端口地址

控制字

方式选择控制字

定义 各端口的工作方式。

三种方式：

1. 方式0——基本输入输出
2. 方式1——选通输入输出
3. 方式2——双向总线I/O方式

置位复位控制字

对C端口的 任一进行置位或者复位操作。

端口C常用于 控制或 应答信号，我们可以对其进行复位和置位，通过对控制口进行写入 按位置位/复位控制字。

状态字

工作方式

前面提到，8255A有三种工作方式，在方式1和方式2时，C口用于A口/B口的联络信号，用IN指令可以读取C口的状态。

方式0——基本输入输出方式

适用于不需应答信号的简单I/O场合。

输出有锁存，输入无锁存。

方式1——选通输入/输出方式

输入

输入或输出都通过 应答信号实现，这是A/B用作数据口，C的部分用于 握手信号线 与 中断请求线。

数据口的输入、输出都可以锁存。

PC3_5和PC02分别用于A口和B口的状态和控制线，PC6~7用作IO线。

STB－数据选通输入信号，低电平有效，由外设输入；

IBF－输入缓冲器满信号，高电平有效，由8255A输出的状态信号，表示输入锁存器已满，向外设指明不能再送入数据。

INTEA: Interrupt Enable，中断允许信号，设置中断允许或屏蔽中断的信号。INTE没有外部引出端，由软件对C口某位进行置0或置1的操作实现。对A口，中断允许端是PC4，对B口，是PC2。置1允许中断，置0屏蔽中断。

INTRA: 8255向CPU申请中断，高有效，请求CPU中断。
INTR为高有3个条件: 1) STB为高，即数据已打入8255； 2) IBF为高，即8255已收到数据；3) INTE(中断请求允许)为高，即8255允许以中断方式应答。
INTRA为高，通知CPU可以取8255A口中的数。

输出

PC3、PC6和PC7作A口的应答信号，PC0、PC1和PC2作B口的应答信号。余下的PC4和PC5可作输入或输出线。

OBF－输出缓冲器满信号，输出，低电平有效。表示CPU已输出数据到指定端口。

ACK－外设的回答信号，低电平有效，由外设送给8255A。表示CPU送到指定端口的数据已被外设接受。

INTE－中断允许信号。

INTR－中断请求信号，高电平有效。

方式2——双向总线方式（仅A口）

这时PA7~PA0作为双向数据总线，PC3 _{PC7用作A口的联络控制信号。PC2}PC0可用作B口的应答信号线,或作I/O线。

INTRA－中断请求信号,高电平有效.

OBFA－输出缓冲器满,低电平有效.

ACKA－外设响应信号,低电平有效.

IBFA－输入缓冲器满信号,高电平有效.

STBA－选通输入信号,低电平有效.

C口状态字

在方式1和2时，C口产生与外设的联络信号，此时读取C口的内容，可检查或测试外设的状态。

来段8255的汇编助兴

MOV DX, 1023H           ; set control port address
MOV AL, 1001X000B       ; set function control word
OUT DX, AL
MOV AL, 0               ; line light port PC0, set low
OUT DX, AL

MOV DX, 1021H           ; port B address
MOV AL, 80H             ; pb7
OUT DX, AL              ; open control

A:
MOV DX, 1020H           ; port A address
IN AL, DX               ; get data
CMP AL, 0               ; if PA0~PA7 have one is hight, it impress have abnormal
JZ A                    ; keep monitor

MOV CX, 3               ; set loop times
MOV DX, 1022H           ; port C address

B:
MOV AL, 1
OUT DX, AL              ; alarm lamp light on
CALL DELAY
MOV AL, 0
OUT DX, AL              ; alarm lamp light off
CALL DELAY
LOOP B
JMP A                   ; keep monitor

可编程定时/计数器 8253

8253 是一种 硬件定时/计数器芯片

一、外部引线级内部结构

3个16位的定时/计数器（通道）
24引脚双列直插式
最高计数频率2.6MHz
TTL电平兼容
单电源+5V供电

通道选择

二、计数启动方式

分 程序指令启动（软启动） 和 外部电路信号启动（硬件启动）两种过程。

编程结构

控制字

8253 控制字格式

工作过程

1. 设置8253的工作方式
2. 设置计数初值到初值寄存器
3. 第一个CLK 下降沿信号使初值寄存器的内容置入计数寄存器
4. 以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1
5. 减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号
   注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制

三、工作方式

控制字的D1~D3其实就是 工作方式的选择，有如下6种工作方式：

方式0——计数结束中断
方式1——可重复触发的单稳态触发器
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

方式0 计数结束中断

软件启动，不自动重复计数。装入控制字后OUT端变低电平，计数结束OUT输出高电平。

计数过程中，GATE端应保持高电平。GATE信号变低，则暂停计数，直到GATE恢复。OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。计数过程中可随时修改初值重新开始计数。

方式1 单稳态触发器

硬件启动，不自动重复计数。装入控制字后OUT端变高电平。计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。

门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。计数过程中写入新初值不影响本次计数。

方式2 频率发生器

软、硬件启动，自动重复计数。装入控制字后OUT端变高电平，计数到最后一个CLK时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。

GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。
每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。
计数过程自动重复进行。
计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。

方式3 方波发生器

软、硬件启动，自动重复计数。装入控制字后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波：前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高，后N/2或（N-1）/2 个CLK， OUT为低。

OUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。
计数过程中修改初值不影响本半周期计数过程。
GATE可以作为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。

方式4 软件触发选通

软件启动，不自动重复计数。装入控制字后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲。

计数过程中，GATE端应保持高电平。
每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。
每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。
计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。

方式5 硬件触发选通

硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式4相同。

写入初值时，GATE端应保持低电平。
GATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。
每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。
计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。

四、8253的应用

分三部分：连接系统、设置工作方式、置计数初值。后面两个就是编程了。

初始化程序流程

CNT0:
MOV DX, 0123H       ; set control port address
MOV AL, 34H         ; set word funtion is 2
OUT DX, AL
MOV DX, 01020H      ; counting channel 0
MOV AX, 20000
OUT DX, AL          ; clock frequency
MOV AL, AH
OUT DX, AL

这个我也没懂，随便看看吧

MOV DX, 3E3H        ; set control port address
MOV AL, 00110110B   ; chanel 0, function 3
OUT DX, AL
MOV DX, 3E0H        ; chanel 0 port address
MOV AX, 20000       ; 2MHz
OUT DX, AL
MOV AL, AH
OUT DX, AL

XOR AL, AL
MOV DX, 3E5H
OUT DX, AL          ; set 0 let cp goto
MOV DX, 3E4H        ; trisate gate

NEXT:
IN AL, DX
AND AL, 01H
JZ NEXT

MOV DX, 3E5H
MOV AL, 2
OUT DX, AL

GOON:
MOV AH, 1
INT 16H
JZ GOON
XOR AL, AL
OUT DX, AL
MOV AH, 4C
INT 21H

后话

其他的，像串行接口和并行异步这些不是重点，所以不写了。