可编程定时计数器8253

• 可编程芯片：可以通过软件命令，控制芯片的工作方式
  • 数据传输方向
  • 输入/输出方式

• 时钟脉冲由外部时钟电路提供
• 给定计数初值，芯片启动后，开始数脉冲个数

• 功能：定时、计数

外部引线及内部结构

• #CS：片选信号
• 两位片内地址A0，A1，说明片内有4个端口
• GATE：输入信号，启动计数的控制信号
• OUT：输出信号，在定时时间到，或定时过程中，OUT端呈现波形特点
• 三组CLK、GATE、OUT信号，说明芯片内部有三个完全独立的定时计数器

• 三个计数器可以独立工作
• 因为每个计数器内部有2个16位的寄存器，两个寄存器共用一个地址，所以每个计数器占用一个端口地址
  • 16位的初值寄存器：用来存初值，不变化
  • 16位的计数寄存器：用来计数，一开始是存初值，然后开始递减
• 控制寄存器：8位，占一个端口地址，存放控制命令字
• 综上，8253接口芯片占4个端口地址

• 4个端口的地址是固定的
• A1和A0区分3个计数器和控制寄存器

计数启动方式

• 一般把GATE接到正电源上，表示软件启动

工作方式

• 8253接口芯片有6中工作方式
• 不同的工作方式，OUT端输出波形不同

• 方式0是软件启动，GATE端需要输入高电平
• 不自动重复计数，意味着计数器中的计数寄存器减到0，这一计数过程就结束
• #WR：由图知，有两个写入信号，也就是两条OUT指令被执行
  • 第一个OUT指令写入命令字，写完后，OUT端一定变成低电平
    • 命令字：告诉IO接口芯片如何工作，其中有一个信息就是工作在方式几，该命令字存到IO接口中的控制寄存器
  • 第二个OUT指令写入初值，写完后，OUT端一定变成低电平
    • 初值：存到IO接口芯片中的计数器
• 必须先写命令字，再写初值
• 当初值写完，开始计数，每过一个CLK脉冲，值减1，直至0，计数结束后，OUT端变成高电平，
• 其输出信号(高电平)，可用于外部可屏蔽中断请求信号，方式0也称为计数结束产生中断请求的一种工作方式

控制字

• 0000：将计数器0中的计数寄存器内容读入CPU
• 最大计数初值为0：若选择16位BCD数，则0-1=9999；若选择16位二进制数，则0-1=FFFF

8253的应用

硬件设计

• 与系统的连接
• 每一次启动计数，需有两次写操作：
  • 写控制字
  • 写计数器初值
    • 如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为16位字长，由于芯片数据通道只有8位，则需两次写入
  • 每个计数器的控制命令字均送入控制寄存器
  • 各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器及初值寄存器

软件设计

• 初始化程序流程
  • 写入控制字
  • 置计数初值

【例】8253芯片应用

• CNT0：“每”，说明输出连续波形，不是方式2就是方式3，方式3是输出对称方波，方式2是每次计数结束，输出一个低电平，所以是方式2
• CNT1：能输出连续波形的只有方式23，方式3是输出对称方波，所以是方式3
• CNT2：定时时间到，输出高电平，可以是方式01，区别是方式0软件启动，方式1硬件启动，由于题目没有其他要求，所以选择方式0软件启动，线路简单

• 时钟频率2MH=1/2MH=0.5微秒，CNT0要求每10ms输出一个负脉冲，所以，计数初值为10ms/0.5us=20000
• 00：计数器0；11：先读计数器低8位，再读高8位；010：方式2；0：二进制计数

• GATE端高电平：软件启动
• CLK端连接外部时钟电路
• OUT端连接外部设备

• A0和A1区分3个计数器和控制寄存器
  • 0123H=0000 0001 0010 0011，说明0123H是控制寄存器的地址
  • 0120H=0000 0001 0010 0000，说明0120H是计数器0的地址
• 上面已经得到控制字0011 0100=34H
• 前三句：将控制字写入控制寄存器
• CNT0计数初值：20000
• 第六句：先将低8位写入计数器0
• 第七句：因为OUT指令不需要操作数是AH，所以要先将AH送入AL

可编程并行接口8255

并行接口芯片8255特点

• 8253是一个非通道型的接口，用来控制外部设备
• 8255是一个通道型的接口，用来控制外部设备，可以用来做数据的输入和输出

8255接口芯片结构

引线

• A0和A1是两个低位地址信号，选择3个端口和控制寄存器

• 译码器输入端是高位地址信号，片选

工作方式

基本输入/输出方式(方式0)

• 相当于三个独立的8位简单接口
• 各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出
• C端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口
• 常用于连接简单外设，适于无条件或查询方式

方式0的应用：

• 习惯上：
  • A端口和B端口作为8位数据的输入或输出口
  • C口的某些位作为状态输入
• 注：
  • 若使C端口低4位中某一位作为输入口，则低4位中其他位都应作为输入口
  • 同时可设高4位作为输出

• 假设外设状态信息(打印机缓冲区是否空闲)连接到PC0
• 若外设当前状态适合传输数据，则通过A端口(PA0-PA7)输出数据到外设
• 同时，B口可作为其他外设的输入
• 若B口连接的外设也可以提供状态信息，则可以用C口的高位读入第二个外设的状态信息

选通工作方式(方式1)

• 利用一组选通控制信号控制A端口和B端口的数据输入输出
• A口、B口作输入或输出口，C口的部分位用作选通控制信号
• A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同

• A端口工作在方式1，输出时，C端口的PC367作为选通信号
• B端口工作在方式1，输出时，B端口的PC012作为选通信号
• 综上，若AB端口同时工作在方式1输出时，C端口只有PC45空余
• IBF信号通知外部设备数据已经准备好，可以取走了
• INTR是外部可屏蔽的中断请求信号，告诉CPU，数据已经被读走，可以继续发来数据

• 方式1的应用：
  • 方式1主要用于中断控制方式下的输入输出
  • C口的8位除用作选通信号外，其余位可工作于方式0下，作为输入或输出口

双向传送方式(方式2)

• 双向输入输出方式

  • 可以既作为输入口，又作为输出口
  • 不需要通过软件控制字命令来改变数据传输方向，只需要时钟脉冲就可以改变数据传输方向

• 只有A端口可工作在方式2下

  • 因为选通信号有限

• PC34567作为A端口的选通控制信号
• IOW：A口作为输出
• STB信号有效：外部设备将数据写入A口，A口作为输入

方式2的应用：

• 可使A端口作为双向端口所有

• 用于中断控制方式

• 当A口工作于方式2时：

  • B口可工作于方式1
    • 此时C口的所有位都用作选通控制信号的输入输出
  • B口也可工作于方式0
    • 此时C口的剩余3位也可工作于方式0

• 8255的ABC三个端口都可以工作在方式0，AB端口可以工作在方式1，只有A端口可以工作在方式2

方式控制字及位控制字

• 方式控制字：
  • 用于确定3个端口的工作方式及数据传送方向；
• 位控制字
  • 仅用于C端口
  • 可设置C口某位的初始状态（为高电平或低电平）
  • 当其工作于方式0下且作为输出口时，一般需要对作为输出的位设置初始状态（即初始化）

• 方式控制字最高位一定为1
• 最高位后面的4位控制A组，A组中包含A端口，A端口有3种工作方式，所以用高2位进行工作方式选择
  • 8255内部的3个端口在控制逻辑上分为A组和B组
    • A组：A端口8位和C端口高4位
    • B组：B端口8位和C端口低4位
  • 由于C端口不能工作在方式12，所以01、1x对C端口无意义
• 低三位控制B组，B组中包含B端口，B端口有2种工作方式，所以用高1位进行工作方式选择
• 8255一个控制字可以控制3个端口

8255芯片的应用

• 芯片与系统的连接
• 芯片的初始化
• 相应的控制程序

【例】8255应用

• 地址信号低2位A0、A1是片内寻址，不参与译码

• 1023H：控制寄存器地址
• 10010000：方式控制字
• 1021H：B端口地址
• 80H：1000 0000，PB7位保证为高电平
• 1020H：A端口地址
• 3：计数，亮灭3次
• 1022H：C端口地址
• 1：0000 0001，PC0为高电平