《微机原理》PPT课件

7.1概述7.2CPU与外设数据传送的方式7.3可编程计数器/定时器82537.4串行通讯和串行接口7.5 并行接口 7.6 DMA控制器82377.7 D/A和A/D转换技术第七章 输入/输出接口 7.1 概述一、接口电路的分类和功能外设必须通过接口电路与CPU相连接数据总线控制总线地址总线接口电路外部设备数据线控制线状态线 一、接口电路的分类和功能接口电路按通用性分为两类：通用接口和专用接口通用接口：可供多种外部设备使用的标准接口，目的是使微机正常 工作通用接口通常制造成集成电路芯片，称为接口芯片。最初的IBM-PC使用了6块接口芯片：8284、8288、8255、8259、8237、8253后来的微机将这些芯片集成为大规模集成电路芯片，称为芯片组。如82430TX芯片组，由两片芯片组成：北桥：82439TX南桥：82371AB 一、接口电路的分类和功能 一、接口电路的分类和功能专用接口：为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路，目的 在于扩充微机系统的功能。专用接口通常制造成接口卡，插在主板总线插槽上使用。通用接口和专用接口的界限并不严格。按照可编程性，接口芯片分成硬步线逻辑接口芯片和可编程接口芯片。可编程接口芯片的功能可以由指令来控制。 一、接口电路的分类和功能接口电路的功能：1）缓冲锁存数据2）地址译码3）传递命令4）码制转换5）电平转换P. 228 二、接口电路的基本结构接口电路通常包含一组能够与处理器交换信息的寄存器，称为I/O端口寄存器，简称为I/O端口1）数据端口存放数据信息2）状态端口存放状态信息，即反映外设当前工作状态的信息3）控制端口存放控制信息状态信息与控制信息可以广义地看作数据信息，因此可以通过数据总线传送P. 196 三、I/O端口的编址方式I/O端口与存储单元统一编址I/O端口独立编址PC系列机采用I/O端口独立编址方式Port 65535Port 255Port 3Port 2 Port 1Port 0 Port 0(16位)Port 1(16位) Port 0 (32位) 三、I/O端口的编址方式端口地址是一种重要资源 三、I/O端口的编址方式端口的寻址把端口地址放在DX寄存器中，对该端口进行读写IN AL, DXOUT DX, AL P. 83可寻址的端口号为065535(FFFFH)端口地址小于或等于FFH(255)，可以用立即数表示端口地址IN AL, 42HOUT 43H, AL 7.2 CPU与外设数据传送的方式程序传送方式中断传送方式DMA传送方式无条件传送程序查询传送（条件传送） 一、程序传送方式（一）无条件传送CPU与外设间的数据交换在程序控制下进行不查询外设状态，认为外设已经准备就绪，直接与外设传送数据外设准备就绪：对于输入设备，已经把数据放入接口电路的数据输入寄存器，CPU可以读取；对于输出设备，已经准备好接收数据（接口电路的数据输出寄存器已空），CPU可以向它输出数据由于不查询外设状态，接口电路不需要状态寄存器 一、程序传送方式输入缓存输出锁存无条件程序传送的原理，P. 197 一、程序传送方式（二）程序查询传送在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数据是否已经准备就绪输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲P. 199 二、中断传送方式使用查询方式，CPU必须检测接口电路的状态寄存器，如果设备未准备好，CPU就要不断地查询，降低了CPU的运行效率中断方式：当外设作好传送准备后，主动向CPU请求中断，CPU响应中断后在中断处理程序中与外设交换数据。若外设未准备好，CPU可以执行其他程序，提高了CPU的利用率每条指令完成后，CPU均可响应中断，因此当设备准备好时，可及时与CPU交换数据，提高了实时性 三、DMA传送方式对于高速外设（如磁盘、高速A/D），中断方式不能满足数据传输速度的要求。DMA=Direct Memory Access直接存储器访问DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O的数据传送方式，它可以让外设接口直接与内存进行高速的数据传送，而不必经过CPU。这种专门的硬件电路称为DMA控制器，简称DMAC 7.3 可编程计时器/计数器8253一、计数/定时的工作原理计数/定时的功能对外部事件发生次数进行计数计算机系统经常用到定时信号，如DRAM刷新定时计数和计时本质上是相同的，它们都是对一个输入脉冲进行计数，如果输入脉冲的频率一定，那么记录脉冲的个数与所需的时间是一一对应的关系。例如输入脉冲频率为2MHz，那么计数210 6 计时1秒因此，使用同一个芯片，既能计数，又能计时计时器/计数器 一、计数/定时的工作原理控制寄存器初始值寄存器计数器计数输出寄存器状态寄存器CLKGATEOUT组成：控制寄存器决定工作模式状态寄存器反应工作状态初值寄存器计数的初值计数输出寄存器CPU从中读当前计数值计数器执行计数操作，CPU不能访问 一、计数/定时的工作原理工作原理：对CLK信号进行减1计数首先，CPU把控制字写入控制寄存器，计数初始值写入初值寄存器计数从初值开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1当计数值减到0，从OUT端输出规定的信号CLK信号出现时，计数器是否减1，由门控信号GATE控制 一、计数/定时的工作原理CLK是计数输入信号，计数器对CLK端出现的脉冲个数进行计数CLK端可以输入外部事件CLK端可以接入固定频率的时钟信号，从而实现计时OUT信号在计数结束时发生变化可将OUT作为外部设备的控制信号可将OUT作为向CPU申请中断的信号CPU可以从计数输出寄存器读出当前计数值。读前，应向控制寄存器发送锁存命令 二、8253的编程结构1片8253内部有三个计数器，结构完全相同8253的引脚、内部结构、寻址方式P. 229每个计数器内部都有一个8位控制寄存器，三个控制寄存器使用相同的端口，在编程结构图中画为一个8253没有状态寄存器 二、8253的编程结构8253控制字的格式P. 230每个计数器的初值寄存器（CR）、输出锁存器（OL）都是16位的，但它们对应相同的一个8位端口地址，所以16位的CR、OL作为两个8位寄存器读写，由控制寄存器控制读写高8位/低8位 三、8253的编程命令初始化1）写入控制字2）按控制字要求写入计数初值计数器初值计算：N=fCLK/fOUT例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器0，工作模式2，CR/OL仅使用低8位，初值为100，计数值使用二进制MOV AL, 14HOUT 73H, ALMOV AL, 100 OUT 70H, AL 三、8253的编程命令例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。计数器1，工作模式1，CR/OL使用16位，初值为1234，计数值使用BCDMOV AL, 73HOUT 73H, ALMOV AX, 1234HOUT 71H, ALMOV AL, AHOUT 71H, AL 三、8253的编程命令读出命令1）发出锁存命令，使当前计数值锁存在OL中2）读OL，获得当前计数值例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。读出计数器0的当前计数值，放在BX中MOV AL, 0HOUT 73H, ALIN AL, 70HMOV BL, AL IN AL, 70HMOV BH, AL 四、8253的工作模式工作模式决定以下内容：1）门控信号的影响高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK，也不计数模式0，2，3，4上升沿允许（上升沿触发）模式1，52）OUT信号的状态写入控制字后， OUT的状态计数过程中， OUT的状态计数终了， OUT的状态3）计数操作可否重复不可重复模式0，4自动重复模式2，3 条件重复模式1，5 四、8253的工作模式六种工作模式P. 230计数初值写入初值寄存器后，要经过一个CLK输入后才开始计数（或，经过一个CLK后，计数初值才到达计数执行部件）计数器在CLK的下降沿使计数值减1 四、8253的工作模式方式0：计数初值写入CR后，OUT由0到1跳变出现在n+1个时钟脉冲之后延迟时间TD=(n+1)TCLK方式1：单脉冲宽度T=n TCLK方式2：对输入端n个时钟脉冲，在输出端仅出现一个时钟脉冲N分频计数器 四、8253的工作模式方式3：例：计数器工作模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定OUT端输出方波的特性。解：TCLK=1/2MHz=500ns计数器初值15为奇数，输出分频波高电平宽度 TCLK(N+1)/2=4s输出分频波低电平宽度 T CLK(N-1)/2=3.5s方式4、5：触发后n+1个时钟脉冲之后输出端产生选通脉冲信号 四、8253的工作模式例：计数器0工作模式4，初始化计数器，使装入计数器10 s后产生选通信号(设时钟频率2MHz,8253端口地址为50H53H)。解：n+1=T/ TCLK=10/0.5=20 n=19=13HMOV AL, 18HOUT 53H, ALMOV AL, 13HOUT 50H, AL 五、8253的应用1. PC机中8253的应用计数器0：向系统日历时钟提供定时中断模式3，控制字36H，计数器初始值0计数器1：动态RAM刷新模式2，控制字54H，计数器初始值18（12H）计数器2：控制扬声器发声模式3，控制字B6H，计数器初始值1331（533H）PC机中，8253的端口地址为40H43H 五、8253的应用2. 扬声器控制设计一个程序，使扬声器发出600Hz频率的声音，按下任意键声音停止PC机的发声系统以计数器2为核心。CLK2的输入频率1.19MHz,改变计数器初值可以由OUT2得到不同频率的方波输出对于600Hz，计数初值1.19MHz/600Hz=1938发声系统受8255芯片B口的两个输出端线PB0、PB1的控制PB0为1，使GATE2为1，计数器2能正常计数PB1为1，打开输出控制门 五、8253的应用2. 扬声器控制CODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: IN AL, 61H OR AL, 03H OUT 61H, AL MOVAX, 1983 OUT 42H, AL MOVAL, AH OUT 42, AL MOVAH, 01H INT 21H IN Al, 61H AND AL, 0FCH OUT 61H, AL MOVAH, 4CH INT 21HCODE ENDS END START 五、8253的应用3. 以2MHz输入8253，实现每5秒定时中断（设8253端口地址40H43H）分析：8253最大初值65536，CLK=2MHz可实现最大时间间隔65536/(2106)=32.769ms所以需要两个计数器串联，一个计数器的输出作为另一个计数器的输入 五、8253的应用计数器1：模式2，OUT1每5ms输出一个脉冲初值(2106)/(1/0.005)=10000计数器0：模式2，OUT0每5s输出一个脉冲初值(1/0.005)/(1/5)=1000 OUT0GATE0CLK0OUT1 GATE1CLK1 +5V+5V2MHz每5秒产生一个脉冲 五、8253的应用程序：MOV AL, 74HOUT 43H, ALMOV AX, 10000OUT 41H, ALMOV AL, AHOUT 41H, ALMOV AL, 74H MOV AL, 34HOUT 43H, ALMOV AX, 1000OUT 40H, ALMOV AL, AH OUT 40H, AL 作业1.试述CPU与外设交换数据的方式及其特点2.设8253三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。编写程序片段，使：计数器0，工作模式1，使用16位，初值为1234，BCD计数计数器1，工作模式4，使用低8位，初值为100，二进制计数计数器2，工作模式2，使用16位，初值为65536，二进制计数3.设8253的端口地址同2，编写程序片段，读出计数器2的内容，并把读出的数据装入寄存器AX.4.设计数器的时钟输入频率为1.91MHz，为产生25KHZ的 方波输出信号，应向计数器装入的计数初值为多少？5.音符1、2、3、4、5、6、7的频率分别为350、393、441、467、525、589、661，编写一个程序，使用户按下17键时扬声器发出相应的音符，按下其他键退出程序。