《和通过对比,熟悉8253和8254和8255芯片的基本功能结构,工作方式及其工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《和通过对比,熟悉8253和8254和8255芯片的基本功能结构,工作方式及其工作原理.docx（13页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、微型计算机原理与接口技术实验报告教姓学班 导指一：实验时间：2014年11月25二：实验地点：2601号机房三：实验名称：认识8253/8254和8255芯片四：实验目的：通过对比，熟悉8253/8254和8255芯片的基本功能结 构、工作方式及其工作原理。五：实验内容及步骤：（一）8253/8254和8255芯片的基本功能结构（1）8253芯片的基本功能结构：8253芯片有24条引脚，封装在双列直插式陶瓷管壳内。下图为：可编程定时器8253内部结构框图D7-D0/I一数据总线/ 代 8缓冲器一计数器0号RDWR目CS读/写逻辑控制字寄:存器；内 部 数 据 总线|一叫Jgat与|一0叽计数器
2、-1号计数器2号CLK1GATE1 OUCLK2 GATE2OUT；.8253的引脚功能:124=vm虹12.1二丽虹32221=ics虹虹63=iAoD匚7K CLK:Db匚87二 OUT】CLKoC：96DGATI-jOUToC1015= CLK|GATEL114-UaTIiGNDl=2U= ()UT|D0 D7:8位数据线,用来传送控制字和计数初值CS*片选信号，低电平有效。该信号有效说明系统选中该芯片，此时，CPU可以对 本片8253进行读/写操作。RD*读信号，低电平有效。该信号有效时，表示CPU正在对8253的一个计数器进 行读当前计数值的操作。WR*写信号，低电平有效。该信号有效
3、时，表示CPU正在向8253的控制寄存器写 入控制字或者向一个计数器写入计数初值。A1 A0:是用来对3个计数器通道和控制寄存器进行寻址的引脚，由A1和A0的四 种编码来选择四个端口之一。（2）8254芯片的基本功能结构8254芯片主要由四部分组成：数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个三态、双向8位寄存器主要作用是与cpu进行数据交换， 8位数据线D7D0与CPU的系统数据总线连接，构成CPU和8254之间信息传 送的通道，CPU通过数据总线缓冲器向8254写入控制命令、计数初始值或读取计 数值。读写逻辑读写逻辑是芯片的控制部分，编程人员通过控制信号的选择来选择芯片的工作 方式。读/写控制逻辑用
4、来接收CPU系统总线的读、写控制信号和端口选择信号， 用于控制8254内部寄存器的读/写操作。控制字寄存器控制寄存器是一个只能写不能读的8位寄存器，系统通过指令将控制字写入控 制寄存器，设定8254的不同工作方式。计数器8254内部有三个结构完全相同而又相互独立的16位减“计数器，每个计数器 有六种工作方式，各自可按照编程设定的方式工作。（3）8255芯片的基本功能结构8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数 据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、B、C 口。由于 8255可编程，所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：
5、与 CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。1）与CPU连接部分根据定义，8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0D7。由于8255 具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、B、C 口及控制寄存器， 故地址线为两根A0A1。此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线 为片选、复位、读、写信号。各信号的引脚编号如下：（1）数据总线DB：编号为D0D7，用于8255与CPU传送8位数据。（2）地址总线AB:编号为A0A1，用于选择A、B、C 口与控制寄存器。（3）控制总线CB:片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。当CPU要对 8255进行读、写操作时，必
6、须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号 或写信号对8255进行读或写数据的操作。2）与外设接口部分根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设 连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控 制24路开关。各通道的引脚编号如下：（1）A 口：编号为PA0PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（2）B 口：编号为PB0PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（3）C 口：编号为PC0PC7,用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255 工作于应答I/O方式时，C 口用于应答信号的通信。3）控制
7、器部分8255将3个通道分为两组，即PA0PA7与PC4PC7组成A组，PB0PB7与 PC0PC3组成B组。如图7.5所示，相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器， 各组控制器的作用如下：(1) A组控制器：控制A 口与上C 口的输入与输出。(2) B组控制器：控制B 口与下C 口的输入与输出。如352E边miJ 的fEIbiJ IF； JK J PT*15 WYrto , ? 3 1莅55引野(二)8253/8254和8255芯片的工作方式(1) 8253芯片的工作方式8253的通道工作方式8253中各通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生 器等多种功能。8253的各
8、种工作方式如下：1. 方式0：计数结束则中断工作方式0被称为计数结束中断方式。当任一通道被定义为工作方式0时， OUTi输出为低电平；若门控信号GATE为高电平，当CPU利用输出指令向该通道 写入计数值WR#有效时，OUTi仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数，直到 计数值为“0”，此刻OUTi将输出由低电平向高电平跳变，可用它向CPU发出中断请 求，OUTi端输出的高电平一直维持到下次再写入计数值为止。在工作方式0情况下，门控信号GATE用来控制减“1”计数操作是否进行。当 GATE=1时，允许减“1”计数；GATE=0时，禁止减“1”计数；计数值将保持GATE 有效时的数值不变，待GA
9、TE重新有效后，减“1”计数继续进行。显然，利用工作方式0既可完成计数功能，也可完成定时功能。当用作计数器 时，应将要求计数的次数预置到计数器中，将要求计数的事件以脉冲方式从CLKi 端输入，由它对计数器进行减“1”计数，直到计数值为0,此刻OUTi输出正跳变， 表示计数次数到。当用作定时器时，应把根据要求定时的时间和CLKi的周期计算出 定时系数，预置到计数器中。从CLKi，输入的应是一定频率的时钟脉冲，由它对计 数器进行减“1”计数，定时时间从写入计数值开始，到计数值计到“0”为止，这时OUTi 输出正跳变，表示定时时间到。有一点需要说明，任一通道工作在方式0情况下，计数器初值一次有效，经
10、过 一次计数或定时后如果需要继续完成计数或定时功能，必须重新写入计数器的初值。2. 方式1：单脉冲发生器工作方式1被称作可编程单脉冲发生器。进入这种工作方式，CPU装入计数 值n后OUTi输出高电平，不管此时的GATE输入是高电平还是低电平，都不开 始减“1”计数，必须等到GATE由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程 才会开始。与此同时，OUTi输出由高电平向低电平跳变，形成了输出单脉冲的前沿， 待计数值计到“0”，OUTi输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲的后沿，因 此，由方式l所能输出单脉冲的宽度为CLKi周期的n倍。如果在减“1”计数过程中，GATE由高电平跳变为低电乎，
11、这并不影响计数过程， 仍继续计数；但若重新遇到GATE的上升沿，则从初值开始重新计数，其效果会 使输出的单脉冲加宽，如教材图9-22(b)中的第2个单脉冲。这种工作方式下，计数值也是一次有效，每输入一次计数值，只产生一个负极 性单脉冲。3. 方式2：速率波发生器工作方式2被称作速率波发生器。进入这种工作方式，OUTi输出高电平，装 入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变；待 计数值减到“1”和“0”之间，OUTi将输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲，计数值为“0” 时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUTi将输出一定频率的负脉冲序列， 其脉冲宽度固定
12、为一个CLKi周期，重复周期为CLKi周期的n倍。如果在减“1”计数过程中，GATE变为无效(输入0电平)，则暂停减“1”计数， 待GATE恢复有效后，从初值n开始重新计数。这样会改变输出脉冲的速率。如果在操作过程中要求改变输出脉冲的速率，CPU可在任何时候，重新写人新 的计数值，它不会影响正在进行的减“1”计数过程，而是从下一个计数操作用期开 始按新的计数值改变输出脉冲的速率。4. 方式3：方波发生器工作方式3被称作方波发生器。任一通道工作在方式3,只在计数值n为偶数， 则可输出重复周期为n、占空比为1： 1的方波。进入工作方式3, OUTi输出低电平，装入计数值后，OUTi立即跳变为高电平
13、。 如果当GATE为高电平，贝U立即开始减“1”计数，OUTi保持为高电平，若n为偶数， 则当计数值减到n/2时，OUTi跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才自动 重新置入计数值n，实现循环计数。这时OUTi端输出的周期为nxCLKi周期，占空 比为1:1的方波序列；若n为奇数，则OUTi端输出周期为nxCLKi周期，占空比 为(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。如果在操作过程中，GATE变为无效，则暂停减“1”计数过程，直到GATE再 次有效，重新从初值n开始减“l”计数。如果要求改变输出方波的速率，则CPU可在任何时候重新装入新的计数初值 n，并从下一个计数操作周期
14、开始改变输出方波的速率。5. 方式4：软件触发方式计数工作方式4被称作软件触发方式。进入工作方式4, OUTi输出高电平。装入 计数值n后，如果GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为 止，OUTi输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲。由软件装入的计数值只有一次有效， 如果要继续操作，必须重新置入计数初值n。如果在操作的过程中，GATE变为无 效，则停止减“1”计数，到GATE再次有效时，重新从初值开始减“1”计数。显然，利用这种工作方式可以完成定时功能，定时时间从装入计数值n开始， 则OUTi输出负脉冲（表示定时时间到），其定时时间=nxCLK周期。这种工作方 式也可完
15、成计数功能，它要求计数的事件以脉冲的方式从CLKi输入，将计数次数作 为计数初值装入后，由CLKi端输入的计数脉冲进行减“1”计数，直到计数值为“0”， 由OUTt端输出负脉冲（表示计数次数到）。当然也可利用OUTj向CFU发出中 断请求。因此工作方式4与工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端输出正阶跃 信号、方式4在OUTi端输出负脉冲信号。6. 方式5：硬件触发方式计数工作方式5被称为硬件触发方式。进入工作方式5，OUTi输出高电平，硬件 触发信号由GATE端引入。因此，开始时GATE应输入为0，装入计数初值n后， 减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信
16、号，减 “1”计数才会开始，待计数值计到“0”，OUTi将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLKi 周期，表示定时时间到或计数次数到。这种工作方式下，当计数值计到0”后，系统将自动重新装入计数值n，但并不 开始计数，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才会开始进行减1”计数，因此 这是一种完全由GATE端引入的触发信号控制下的计数或定时功能。如果由CLKi 输入的是一定频率的时钟脉冲，那么可完成定时功能，定时时间从GATE上升沿开 始，UOUTi端输出负脉冲结束。如果从CLKi端输入的是要求计数的事件，则可完 成计数功能，计数过程从GATE上升沿开始，到OUTi输出负脉冲结束。GATE可 由外部电
17、路或控制现场产生，故硬件触发方式由此而得名。如果需要改变计数初值，CPU可在任何时候用输出指令装入新的计数初值m， 它将不影响正在进行的操作过程，而是到下一个计数操作周期才会按新的计数值进 行操作。从上述各工作方式可看出，GATE作为各通道的门控信号，对于各种不同的工 作方式，它所起的作用各不相同。在8253的应用中，必须正确使用GATE信号， 才能保证各通道的正常操作。（2）8254芯片的工作方式8254芯片共有六种工作方式，分别对应与六种不同的用途。（1）方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。（2）方式1：硬件可重触发单稳方式。（3）方式2：频率发生器方式。（4）方式3：方波发生器。（5
18、）方式4：软件触发选通方式。（6）方式5：硬件触发选通方式。（3）8255芯片的工作方式3种工作方式可用软件编程对控制口设置来指定。三种基本的工作方式为：方 式0基本的输入输出，方式1一选通输入输出方式，方式2 双向传送方式。1）工作方式0（基本输入输出方式）功能：方式0不使用联络信号，也不使用中断，A 口和B 口可定义为输入或输 出口，C 口分成两个部分（高四位和低四位），C 口的两个部分也可分别定义为输 入或输出。在方式0，所有口输出均有锁存，输入只有缓冲，无锁存，C 口还具有 按位将其各位清0或置1的功能。常用于与外设无条件的数据传送或接收外设的数 据。2）工作方式1（选通输入输出方式）
19、A 口借用C 口的一些信号线用作控制和状态信号，组成A组，B 口借用C 口的 一些信号线用作控制和状态信号，组成B组。在方式1下，C 口的某些位被占用。方式1的输出：当A 口工作于方式1且用作输出口时，C 口的PC7线用作输出 缓冲器满OBF信号，PC6用作外设B 口输出收到数据后的响应信号ACK，PC3用作中断请求输出信号线INTR。当B 口工作于方式l且用作输出口时，C 口的PC1线用作输出缓冲器满OBF 信号，PC2用作外设收到数据后的响应信号ACK，PC0用作中断请求输出信号线 INTR。3）工作方式2 （双向输入输出方式）功能:方式2是A组独有的工作方式。外设既能在A 口的8条引线上
20、发送数据， 又能接收数据。此方式也是借用C 口的5条信号线作控制和状态线，A 口的输入和 输出均带有锁存。(三)8253/8254和8255芯片的工作原理(1) 8253芯片的工作原理1. 数据总线缓冲器数据总线缓冲器与系统总线连接，8位双向，与CPU交换信息的通道。这是 8253与CPU之间的数据接口，它由8位双向三态缓冲存储器构成，是CPU与8253 之间交换信息的必经之路。2. 读/写控制表 8253端口选择A1A0端1-10, 通道0:0地道11通道21控制口读/写控制分别连接系统的IOR#和IOW#，由CPU控制着访问8253的内部通 道。接收CPU送入的读/写控制信号，并完成对芯片
21、内部各功能部件的控制功能， 因此，它实际上是8253芯片内部的控制器。A1A0：端口选择信号，由CPU输入。 8253内部有3个独立的通道，加上控制字寄存器，构成8253芯片的4个端口，CPU 可对3个通道进行读/写操作3对控制字寄存器进行写操作。这4个端口地址由最 低2位地址码A1和A0来选择。如表所示。3. 通道选择(1) CS#片选信号，由CPU输入，低电平有效，通常由端口地址的高位地 址译码形成。(2) RD#、WR#读/写控制命令，由CPU输入，低电平有效。RD#效时， CPU读取由A1A0所选定的通道内计数器的内容。WR#有效时，CPU将计数值写 入各个通道的计数器中，或者是将方式
22、控制字写入控制字寄存器中。CPU对8253 的读/写操作。4. 计数通道02每个计数通道内含1个16位的初值寄存器、减1计数器和1个16位的(输出) 锁存器。8253内部包含3个功能完全相同的通道，每个通道内部设有一个16位计 数器，可进行二进制或十进制(BCD码)计数。采用二进制计数时，写入的初值9 / 13 范围为0000H0FFFFH，最大计数值是0000H，代表65536。采用BCD码计数 时，写入的初值范围为00009999，最大计数值是0000，代表10000。与此计数 器相对应，每个通道内设有一个16位计数值锁存器。必要时可用来锁存计数值。（特 别说明：8253计数器的值先减1再
23、判断是否为0，为0就中断了，所以最大初始值 为0，这样减1以后，不为0，所以为最大的，取决于CF标志位）当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中、被计 数的事件应以脉冲方式从CLK端输入，每输入一个计数脉冲，计数器内容减“1”， 待计数值计到“0”。OUT端将有输出。表示计数次数到。当某个通道用作定时器时。 由CLK输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的计数值。并 预置到计数器中，每输入一个时钟脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。OUT 将有输出，表示定时时间到。允许从CLK输入的时钟频在12MHz范围内。因此， 任一通道作计数器用或作定时器用
24、，其内部操作完全相同，区别仅在于前者是由计 数脉冲进行减“1”计数。而后者是内时钟脉冲进行减“1”计数。作计数器时，要求计 数的次数可直接作为计数器的初值预置到减“1”计数器中。作定时器时，计数器的 初值即定时系数应根据要求定时的时间进行如下运算才能得到：定时系数=需要定时的时间/时钟脉冲周期 设置通道：向方式控制字寄存器端口写入方式选择控制字，用于确定要设置 的通道及工作方式； 计数/定时：向通道写入计数值，启动计数操作； 读取当前的计数值：向指定通道读取当前计数器值时，8253将计数器值存入 锁存器，从锁存器向外提供当前的计数器值，计数器则继续作计数操作。 计数到：当计数器减1为0时，通过
25、引脚OUTi向外输出“到”的脉冲信号。 计数初值输入存放在初值寄存器中，计数开始或重装入时被复制到计数器中。 锁存器在非锁存状态，其值随计数器的变化而变化；一旦锁存了计数器的当前值，直到锁存器值被读取后才能解除锁存状态。5.方式选择控制字8253的初始化编程就是对其工作方式的确定。具体实现就是在8253上电后， 由CPU向8253的控制寄存器写入一个控制字，就可以规定8253的工作方式、计 数值的长度以及计数所用的数制等，另外根据要求将计数值写入8253的相应通道。8253的一个方式控制字只决定一个技术通道的工作模式。（2）8254芯片的工作原理芯片是一种集成电路，由大量的晶体管构成。不同的芯
26、片有不同的集成规模，大到 几亿；小到几十、几百个晶体管。品体管有两种状态，开和关，用1、0来表示。多个晶体管产生的多个1与0的信号，这些信号被设定成特定的功能（即指令和数 据），来表示或处理字母、数字、颜色和图形等。芯片加电以后，首先产生一个启动指令，来启动芯片，以后就不断接受新指令和数 据，来完成功能。（3）8255芯片的工作原理1. 数据端口8255A内部包含3个8位I/O端口 A 口、B 口和C 口，通过外部24根I/O线与外 设交换数据或进行通信联络。其中C口可分为两个4位口使用。端口 A和端口 B可用作8位数据I/O 口，端口 C既可作为8位I/O 口，又可作为 两个4位I/O 口，
27、还常用来配合A 口和B 口工作，作为控制信号输出、或作为状态 信号输入。2. 控制逻辑这是两组根据CPU的编程命令控制8255A工作的电路，控制寄存器用来接收CPU 送来的命令字，以决定A组、B组的工作方式，或对C 口的每一个位执行位操作。内部总线3. 数据总线缓冲器是双向三态的8位缓冲器，用作8255A和系统数据总线的接口。1）传送系统对8255A的控制字；2）传送各端口的输入、输出数据。4. 读/写控制逻辑控制总线的开放与关闭；控制信息传送的路径和方向。IRI)WR fAO A1 RESET k制rl.HdN ri 罗一 Ta至控制*寄存器孑至数据端口六：实验总结:通过对8253/8254和8255芯片的基本功能结构、工作方式及其工作原理的总 结和分析，我更加熟悉了他们的基本功能结构、工作方式及其工作原理，了解了他 们在实际生活中的应用，并且对芯片的了解更加深入、全面！
