第7章_输入输出和接口应用

第七章输入/输出和接口应用(input/outputandinterfaceapplication)§7.1接口(interface)外设的工作状态及数据通过接口送给主机，主机对外设的命令及数据通过接口送到外设主机接口外设信息：数据（数字量，模拟量，开关量），状态，控制接口：CPU与内存及CPU与外设之间通过总线进行连接的逻辑部件（电路），有存储器接口和I/O接口端口：I/O接口内的寄存器，用来暂存和传送CPU与外设交换的数据、状态和控制信息，每个端口都有一个地址一．I/O接口的作用1．外设与主机速度匹配2．主机与外设交换信息：状态信息、数据信息和控制信息3．变换传输方式二．I/O接口的主要职能实现数据缓冲，地址译码（提供I/O地址），信息转换，提供命令译码和状态信息，定时和控制.三．I/O端口的编址方式1．统一编址：也叫存储器编址，即存储器对应输入输出方式2．独立编址：也叫I/O编址，即端口寻址的输入输出方式§7.2输入/输出方式(I/Omode)通常采用三种输入/输出方式，即程序控制、程序中断、直接存储器存取一．程序控制输入/输出方式1．无条件传送CPU不考虑外设状态，只管用IN、OUT指令传送数据2．条件传送，即查询方式CPU在传送数据之前先查询外设状态，如果外设准备就绪，就与外设交换数据，否则继续查询┇CHECK：INAL，STATUS；读状态端口ANDAL，80H；检查最高位是否为0（0为准备好）JNZCHECK；未准备好，继续检查MOVAL，STORE；准备好，从内存取数OUTDATA，AL；从数据端口输出┇二．程序中断输入/输出方式CPU执行主程序，不用查询外设状态，而由外设通过中断请求线INTR（或NMI）向CPU请求中断，CPU响应后与外设进行信息交换，完成后继续执行主程序三．直接存储器存取方式DMA（DiractMemoryAccess）在DMA方式中，CPU响应总线请求让出总线，由DMA控制器直接控制存储器与外设的互相传送（见P237，F8-14）·另有一种叫专用I/O处理机方式被广泛采用，原来由CPU完成的各种I/O操作与控制全部由I/O处理机（IOP）完成，与CPU并行工作。如8086/8088系列中的8089（IOP），它有2个独立通道，每个都兼有CPU功能和DMA功能。IOP专门用于处理高速I/O设备。§7.3定时与计数(timingandcounting)Intel8253可编程定时器/计数器（可编程间隔定时器PIT——ProgrammableIntervalTimer）采用NMOS工艺，单一+5V电源，24脚双列一．8253的基本结构和功能1．结构：内部结构及引脚（见P226，F8-2，F8-3）8253由数据总线缓冲器、读/写逻辑、控制字寄存器、三个计数器组成·数据总线缓冲器·读/写逻辑（见P227，T8-1）CSRDWRA1A0寄存器选择和操作01000010010101001011001000010100110写入计数器0#写入计数器1#写入计数器2#写入控制寄存器读计数器0#读计数器1#读计数器2#001111xxxx011xx无操作（三态）未选中（三态）无操作（三态）·控制字寄存器·三个计数器（见P225，F8-1）由一个16位的可预置值的减法计数器构成，引脚CLK——输入脉冲，其周期不能小于380ns（即f2.5MHZ）GATE——门控信号，作为控制计数器工作的外部信号，低电平禁止计数OUT——输出，计数到0时输出，可作为中断请求线2．主要功能（1）三个独立的16位计数器通道，每个计数器都可以二进制或二——十进制方式计数（2）每个计数器的计数频率范围为0~2MHZ（3）每个通道有6种工作方式由编程选择（4）所有的输入/输出都与TTL兼容二．8253的控制字由CPU向8253写入，用来选择8253的工作方式D7D6D5D4D3D2D1D0计数器读/写格式工作方式数制（见P232，F8-10）D7D6=00选择计数器0#01选择计数器1#10选择计数器2#11非法选择D5D4=00计数器锁存命令（这时计数单元CE的数据锁存到输出锁存器OL中）01只读/写计数器低8位（高8位自动设0）10只读/写计数器高8位（低8位自动设0）11先读/写计数器低8位，再读/写计数器高8位D3D2D1=000方式0001方式1X10方式2X11方式3100方式4101方式5D0=0二进制（0~FFFFH）1BCD（0~9999）三．8253的工作方式1．方式0：计数结束产生中断(见P228，F8-4)特点：(1)不重复计数，计数到OUT保持高，只有写入新计数值时OUT变低才开始新计数(2)计数过程若GATE=0时暂停计数，GATE=1时继续计数(3)计数中若改写计数值，则立即按新值重新计数（若写16位，写第一字节停止计数，写第二字节按新值重新计数）(4)计数在WR信号上升沿后的下一个时钟脉冲开始设8088CPU系统地址总线A1A0与8253的A1A0相连，A15~A2经译码器输出后与8253的CS相连，则8253的端口地址为40H~43H，以下初始化使计数器2#工作于方式0MOVAL，90H；10010000——2#，低8位，方式0，二进制OUT43H，AL；送往控制字寄存器MOVAL，60H；计数值OUT42H，AL；送往通道2（PC机只用A0~A9共10条作I/O地址）2．方式1：可编程单拍脉冲（见P229，F8-5）特点：(1)单脉冲宽度为N个输入脉冲周期（CLK）（可以是外部事件不等间隔脉冲）(2)计数到后可用GATE再次启动(3)计数过程中，可用GATE重新触发，重新计数(4)计数过程中可重写计数值而不影响计数，计数到后再次触发则按新值计数3．方式2：速率发生器（分频脉冲发生器）（见P230，F8-6）特点：(1)通道可连续工作，输出固定频率的脉冲(2)GATE变低时停止计数，变高后的下一个CLK重新计数(3)计数过程可改变计数值不影响计数，计数到后下一次按新值计数4．方式3：方波速率发生器（见P230，F8-7）特点：(1)若计数值为偶数则OUT输出一半高一半低，若计数值为奇数则OUT输出高电平比低电平多一个CLK(2)GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数．若计数过程中GATE变0又变1则重新装入初值计数(3)计数过程中写入新值要等现行计数的半方波结束之前收到GATE脉冲才用新值开始计数5．方式4：软件触发选通（见P231，F8-8）特点：(1)GATE必须保持1才能软件触发（GATE为0时禁止计数）计数过程中GATE为0停止计数，恢复1时重新计数(2)计数过程中若改变计数值，则按新值重新计数（若写16位，写第一字节停止计数，写第二字节开始计数）6．方式5：硬件触发选通（见P231，F8-9）特点：(1)计数过程中若有GATE触发则重新计数(2)计数过程中写入新值不影响计数，（计数到或未完）若有GATE触发则按新值开始计数8253工作方式小结：1．方式2、4、5输出波形相同，为一个CLK周期的负脉冲初始时方式0在写入CW后OUT为低，其余方式为高2．方式1、5由硬件触发计数，方式1输出的单脉冲为N个CLK周期时间的负脉冲，N为计数值，方式5为一个CLK周期时间的负脉冲3．方式0、2、3、4由软件触发（仍受GATE控制）计数4．方式2、3连续计数，方式0、1、4、5一次计数，计数到后从最大值（十六进制FFFFH或BCD9999）继续倒计数5．方式0、4在计数过程中写入新值后立即有效，其他方式须在外部触发或计数到后才有效6．方式1、5由GATE启动计数，方式0、2、3、4由GATE控制计数四．8253的初始化编程步骤1．写入通道控制字选择工作方式2．写入计数值，若规定只写8位，则另8位自动设0；若规定写16位，则分二次写入，先低8位，后高8位例：把通道1设为工作方式1，计数1024次，则通道控制字01110010011100111#写16位方式1二进制1#写16位方式1BCD计数值0400H（二进制计数）1024H（BCD计数）MOVAL，72HMOVAL，73H；控制字OUT43H，ALOUT43H，ALMOVAL，00HMOVAL，24H；计数值低8位OUT41H，ALOUT41H，ALMOVAL，04HMOVAL，10H；计数值高8位OUT41H，ALOUT41H，AL；1#口地址二进制计数值0400H低8位为0故可只写高8位，控制字为01100010·CPU可用IN指令随时读入8253任一通道的计数现行值，因需先低后高分二次读取，必须锁存计数以免计数值不断变化，可用GATE信号暂停计数或CPU送一个通道控制字（D5D4=00），后者不影响计数器计数，而只锁存当前值，CPU二次读取后锁存自动解除例：读通道1的计数值MOVAL，40H；01000000锁存1#OUT43H，ALINAL，41H；读低8位MOVDL，ALINAL，41H；读高8位MOVDH，AL；计数值保存在DX中·时间常数（计数值）的计算：N=T/τN——计数值（时间常数即计数常数）T——定时量τ——CLK脉冲周期（IBMPC/XT为1.19MHZ,14.31818÷3÷4，τ=840ns）一个通道的定时范围（取τ=840ns）Tmax=840ns×65536≈55ms（BCD计数840ns×10000≈8.4ms）Tmin=840ns×1=840ns五．IBMPC/XT中的定时器/计数器使用IBMPC/XT使用8253-5，端口地址：0#为40H，1#为41H，2#为42H，控制字寄存器为43H·0#通道为方式3，GATE0=1，OUT0作为中断请求接至8259A中断控制器的IRQ0，用于报时时钟和磁盘驱动器的马达定时（CW=36H，N=0即216）·1#通道为方式2，GATE1=1，OUT1经D触发器对8237A-5DMA控制器通道0的DMA请求DREQ0，用于定时启动刷新动态RAM（CW=54H，N=12H）·2#通道为方式3，用于产生1KHZ的方波输出，OUT2经与门并滤掉高频分量后送扬声器发声，用8255-5的PB1、PB0来控制与门和GATE2以控制发声时间，PB1、PB0同时为高的时间长短即发音长短，长3秒，短0.5秒（CW=B6H，N=533H）ROM—BIOS对8253-5的编程如下：；计数器0用于定时（约55ms）中断MOVAL，00110110B；0#，方式3，写16位，二进制计数OUT43H，ALMOVAL，0；计数值65536（840ns×65536≈55ms）OUT40H，AL；写入低字节OUT40H，AL；写入高字节；计数器1用于定时（约15s）DMA请求（2ms内可刷新132行多于全部128行）MOVAL，01010100B；1#，方式2，只写低字节，二进制计数OUT43H，ALMOVAL，12H；计数值18（840ns×18≈15s）OUT41H，AL；计数器2用于产生1KHZ的方波送至扬声器发声，声响子程序为BEEP，入口地址为FFA08HBEEPPROCNEARMOVAL，10110110B；2#，方式3，写16位，二进制计数OUT43H，ALMOVAX，0533H；计数值1331OUT42H，AL；写低8位MOVAL，AH；（初始化结束）OUT42H，AL；写高8位INAL，61H；读8255的B口原输出值MOVAH，AL；存于AHORAL，03H；使PB1、PB0均为1OUT61H，AL；输出使扬声器发声SUBCX，CX；CX为65536作延时用G7：LOOPG7；循环延时DECBL；BL为发声长短的入口条件JNZG7；BL=6长声（3秒），BL=1短声（0.5秒）MOVAL，AH；取回AH中的8255B口输出值OUT61H，AL；恢复8255B口，停止发声RET；返回例：8253计数器2产生600HZ方波使扬声器发声，当按任意键时发声停止STACKSEGMENTSTACKDB256DUP（0）STACKENDSDATASEGMENTFREDDW1983；