第六章　输入 / 输出方式与接口芯片

第一节　输入 / 输出方式

第二节　中断及中断控制器 8259A

第三节 DMA及 DMA控制器 8237A

第四节　可编程定时 / 计数器 8254及其应用 第五节　可编程并行 I/O 接口芯片 8255A 及其应用 第六节　串行通讯及可编程串行接口芯片 16550

第七节　多功能接口芯片 82380

第一节　输入 / 输出方式 一、 I/O接口

第一节　输入 / 输出方式 一、 I/O接口

(1)I/O接口的分类

并行 I/O接口和串行 I/O接口 可编程接口和不可编程接口 专用接口和通用接口

(2)I/O接口的基本结构

主要包含有数据端口、状态端口和控制端口

(3)I/O端口的寻址方式

在一个微机系统中既有存储单元地址又有 I/O端口地址，根据两者地址的不同安排可分为以下两种寻址方式。

a. 存储器统一编址

在这种方式中，把 I/O端口作为存储器的一个单元来对待，即每个端口占用一个存储单元地址。此时，对 I/O端口操作可以使用全部的存储器指令，而不必另设专门的 I/O指令。由于该方式是将 I/O地址映射到了存储器地址空间，所以也称为存储器映像方式。

CPU

译码

存储器

外设

WE

D

RD

A

b. I/O 端口独立编址 在这种方式下， I/O端口与存储器各自独立编址，这样存储器地址和 I/O端口地址可以重叠。此时， CPU利用专门的 I/O指令来操作 I/O端口以防混淆。

二、 CPU与外设之间的数据传送方式

在 CPU与外设之间进行数据传送的方式有：无条件传送、查询传送、中断控制、直接存储器存取（ Direct

Memory Access 简称 DMA）传送方式和 I/O处理机方式。(1) 无条件传送方式

适用于随时都是准备就绪的简单外设。接口电路中仅需数据端口。

(2) 查询方式 适用于 CPU与慢速的外设间的数据传送。

读外设状态

准备好？Y

数据输入 / 输出

N

查询式接口电路一般有：数据端口、状态端口、控制端口。

(3) 中断控制方式 适用对象同程序查询方式

该方式下，微机与外设并行工作，外设有请求时，微机对其进行服务，否则不对该外设进行任何操作。这样可大大提高 CPU的利用率。

(4)直接存储器存取（ DMA）传送方式 在主存与外设间建立直接数据通道，进行数据传送。有传送过程不需 CPU干预，速度快的特点。其传送过程受专用硬件 DMAC控制。

(5)I/O 处理机传送方式 该方式中， I/O处理机用自己专门的指令和程序，负责输入输出。此时主 CPU将只负责“数据处理”工作。

第二节　中断及中断控制器8259A

一、中断的基本概念什么是中断 在 CPU正常运行程序时，由于内部或外部某个非预料事件

的发生，使 CPU 暂停正在运行的程序，而转去执行处理引起中断事件的程序，然后再返回被中断了的程序，继续执行。这个过程就是中断。

中断服务程序 1

中断服务程序 2

非预料事件 1

非预料事件 2

CPU 执行流程

中断源与中断向量表

中断源 能够引发 CPU 中断的信息源 , 称为中断源。 80X86 微机系统中最多允许有 256种中断源，其中中断源类型编号为 0 ～ 255。 按中断源的性质可以把中断分为内中断和外中断两类。

不可屏蔽中断 (2)

8086 CPU 中断逻辑

INT n指令

INT 3断点

除法出错(0)

单步中断(1)

  

 8259A

可屏蔽中断请求INTO

溢出(4)

NMI

INTR

中断名 中断号 指令 说明除法错中断 0 DIV/IDIV 除数为 0 或商过大单步 1 任何指令NMI 2 INT2 NMI

断点 3 INT3

溢出 4 INTO 在 OF=1 时执行INTO

数组边界检查 5 BOUND

IRQ0~7 8~FH 主 8259A

BIOS 调用 10H~1FH

BOS 功能调用 20H~3FH

IRQ8~15 70~77H 从 8259A

中断源与中断号分配

中断向量表 在实模式下，中断向量表就是中断服务程序入口地址。

中断向量表的设置 当 CPU响应中断时，将从中断向量表中读取中断向量送给 CS和 IP ，转去执行中断服务程序。因此，用户必须将中断服务程序的入口地址填入系统的中断向量表中，填入的方法有两种。

①　用程序设置中断向量表 、、、CLI

MOV AX， 0; 中断向量表段地址是 0

MOV ES， AX

MOV DI， 4*32H

LEA AX， INTSUB

CLD

STOSW ;AX 中的偏移量存入ES:DI

MOV AX， SEG INTSUB

STOSW ;AX 中的段地址存入ES:DI

、、、、、、

INTH ：

假设中断类型号为 32H ，中断服务程序入口处的标号为INTSUB 。 中断向量表中先放 ( 小地址 ) 中断服务程序的偏移地址IP, 然后是段地址 (CS) ( 大地址 )

利用 INT 21H 的 25H 号功能可实现设置新中断向量，新中断向量应放在 DS： DX 中。

CLIPUSH DSMOV AX， SEG INTSUB ； INTSUB段基址存入 DSMOV DS， AXMOV DX， OFFSET INTSUB； INTSUB 有效地址存入 DXMOV AL， N ；中断类型号 NMOV AH， 25HINT 21H ；将 DS:DX放置中断向量表中POP DSSTI

②　用 DOS 功能设置中断向量表

用 DOS 功能取出中断向量

利用 INT 21H 的 35H 号功能可实现保存原中断向量，所取得中断向量放在 ES： BX 中。

MOV AL， N； N 为被保存的中断类型号MOV AH， 35H

INT 21H ； ES： BX 中为原中断向量PUSH ESPUSH BX

若要在主程序结束前恢复原中断向量可采用以下程序段实现：

、、、 POP DX

POP DS ；将保存于堆栈的原中断向量弹出，送入; DS:DX

MOV AL ， N

MOV AH ， 25H

INT 21H

、、、

中断描述符表

80486工作在保护模式下时，采用“中断描述符”来描述中断服务程序，用中断描述符表（ IDT）取代中断向量表。 IDT可位于线性地址空间中的任何地方， CPU通过中断描述符表寄存器 IDTR确定 IDT的基地址，该寄存器保存有 32

位的基地址和 IDT界限。

80486保护方式下中断 / 异常处理程序进入过程 乘 8 是因为每个 IDT占用 8 字节

中断优先级与中断嵌套

中断优先级 当有多个中断源同时产生中断申请时， CPU先响应优先权最高的中断源，再响应优先级较低的中断源。

中断嵌套 当多个中断源同时发出中断请求时， CPU按照中断优先权的高低顺序 , 依次响应。这种中断套中断的过程称为中断嵌套。

中断嵌套可以有多级，具体级数原则上不限，主要取决于堆栈区的大小（因为中断处理前后均需要保护断点和现场，而断点信息和现场数据的保护是通过堆栈来完成的）。

CPU响应中断的条件① CPU内部中断是开放的。②　现行指令内无总线请求，没有更高优先级别的中断请求正在被响应或正发出、正挂起。③ CPU在现行指令结束后，即运行到最后一个机器周期的最后一个 T 状态时，才能采样 INTR线而响应可能提出了的外中断请求。

内中断处理过程① CPU自动产生中断类型号 n ；②（ SP） -2→（ SP），标志寄存器 F 内容入栈；③（ SP） -2→（ SP），当前代码段 CS内容入栈；④（ SP） -2→（ SP），当前指令计数器 IP内容入栈；⑤ 禁止外部中断 IF＝ 0 ，禁止单步中断 TF＝ 0 ；

中断处理过程

⑥ 从中断向量表中取中断服务程序入口地址（ 4*N单元的字内容送 IP， 4*N＋ 2 单元里的内容送 CS）；⑦ 转中断服务程序；⑧ 执行中断服务程序并返回，弹出 IP， CS， F ，返回断点，继续执行。

外中断（ INTR）执行过程① CPU发出两个中断响应信号 INTA，第二个 INTA时， CPU从当前数据总线上取中断类型码 N （通常由管理 INTR的控制器 8259A提供）；②（ SP） -2→（ SP），标志寄存器 F 内容入栈； ③（ SP） -2→（ SP），当前代码段 CS内容入栈；④（ SP） -2→（ SP），当前指令计数器 IP内容入栈；⑤ 禁止外部中断 IF＝ 0 ，禁止单步中断 TF＝ 0 ；

⑥ 首先从中断向量表中取 4*N单元的字内容送 IP，然后再取4*N＋ 2 单元里的内容送 CS；⑦ 转中断服务程序；⑧ 执行中断服务程序并返回，弹出 IP， CS， F ，返回断点，继续执行。

二、中断控制器 82598259A 的内部结构与引脚功能

对 SP/EN引脚说明(1)根据情况，可作为输入或输出使用(2)若是缓冲模式（由 ICW4 的 D3=1决定），则作为输出，作为数据缓冲器的选通线；此时该 8259A是主片还是从片由 ICW4 的 D2决定 : D2=0,从片； D2=1,主片

(3)若是非缓冲模式（由 ICW4 的 D3=0决定），则作为输入，用于区分主片还是从片：为高电平则是主片，低电平则是从片。此时不由 ICW4 的 D2决定主从片关系，所以不关心该位的值。

方 波键 盘保 留串 口 2

硬 盘软 盘

打印机

IOW

18.2Hz

A0

CS

8259A

总线

A0

数 据 线

IOR RD

WR

片选译码

IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7

A5~

A9

D0~

D7

D0~

D7

Vcc

SP/ENCAS0CAS1CAS2

GND

+ 5V

20~3FH 用于多片8259A

级连情况INTAINT

INTA INTR

串 口 1

8259A 与总线的连接

8259A 的中断优先权管理方式 8259A有五种优先级管理方式，所有的优先级管理方式均可通过编程来设置。

⑴ 全嵌套方式 ( 由 ICW4设置 )( 普通方式 , 不需写 OCW1-3,IRQ0优先级最高 ,IRQ7优先级最低 )

⑵ 特殊全嵌套方式 ( 由 ICW4设置 )( 适用于 8259A级联的系统 , 在从片有中断时 , 主片不封锁从片 INT输入端 )

⑶ 优先级自动循环方式 ( 由 OCW2设置 )( 某中断源被响应中断后 , 其优先级自动排为最低 )

⑷ 优先级特殊循环方式 ( 由 OCW2设置 ) ( 可指定最低优先级 )

⑸ 特殊屏蔽方式 ( 由 OCW3设置 ) ( 可屏蔽高优先级 , 开放低优先级中断 )

8259A 处理过程

分两步 :

⑴　处理外设中断申请，决定是否向 CPU发中断申请信号。

⑵　若发出中断申请信号，且 CPU响应，则在 CPU中断响应周期送出中断类型号。

8259A 中断处理过程

IOR

IOW

数 据 线D0~

D7

INTA

A0片选译码

A5~

A9CS

A0

RD

INTA

WR

INT

D0~

D7

ICW1 芯片控制 ICW2 中断类型号 ICW3 主从片关系 ICW4 方式控制

ISR当前中断服务寄存器

IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7

OCW1 中 断屏蔽寄存 器 IMR 0 0

OCW2 优先级、 发EOI OCW3 特殊屏蔽设置

PR优先级裁决器

IRR中断申请寄存器

1 0 0 1 0 1 0 0

INTR

10

00

01

00

00

00

00

00

1中断未屏蔽优先级高

01

IF=1

执行中断程序

EOI

0

① 取中断类型号 N

② 当前 PSW 的内容入栈③ 当前 CS 的内容入栈④当前 IP 的内容入栈⑤清 IF、 TF标志为 0

⑥ 取内存单元 ( 0 : N ×4 )字内容送 IP 取中断子程⑦ 取内存单元 ( 0 : N ×4 + 2 )字内容送 CS 入口地址 此时 CS:IP 指向中断程序的入口，开始执行中断程序。

CPU响应中断过程：

保存现场

执行完中断子程中最后一条指令 IRET后，返回被中断处，继续执行被中断的程序。

发中断结束命令 EOI 由 8259A 的工作过程可知： ISR 中的内容是优先级裁决器进行裁决的重要依据 ,CPU响应某级中断后， 8259A 自动将 ISR 的对应位置 1 ，如果 CPU已执行完中断子程，而 ISR 中的对应位仍为 1， 8259A 的优先级裁决器仍会据 ISR 的内容做裁决，从而会屏蔽同级的中断申请。因此，在中断响应后，对 ISR 中相应位的清 0很重要，它是 8259A认为中断结束的标志。① 自动结束方式

8259A 在接收到第二个中断响应脉冲 INTA 时就会自动清除 ISR 中的相应位。该方式只能用在系统中只有一片 8259A且多个中断不会嵌套的情况下。 ② 非自动结束方式※　一般结束方式 8259A 在接收到一般结束命令时，就会把 ISR 中最高优先级的 1复位，结束当前正在处理的中断。该方式适用于 8259A 工作在全嵌套方式下的情况。 ※　特殊结束方式 当 8259A 工作在非全嵌套方式下，可选特殊结束方式。该方式下，通过命令使 8259A ISR 中的指定位复位，结束当前中断。

8086CPU如何获取中断类型号 由前面介绍知，当中断源产生中断请求后，不论是内中断、非屏蔽中断，还是可屏蔽中断，只要满足响应条件，在执行完当前指令后， CPU

内部硬件会自动完成响应中断的过程 ,共七个步骤，而第一步就是获取中断类型号。

不同的中断源， 8086CPU 获取中断类型号的方法不同，一般具有以下几步：

① CPU从引脚 INTA 发中断响应信号，接口芯片接收此信号，把中断类型号准备好；同时 ISRi=1,IRRi=0 。

② CPU 再从引脚 INTA 发中断响应信号，接口芯片接此信号后，将中断类型号送至数据总线上；

③　从数据总线获取中断类型号。

④　 CPU 根据读取到的中断类型号寻找中断程序的入口地址。

8259A 的编程

8259A 中断控制器内部有 9个可读写的寄存器

1 × I3 I4ICW1 芯片控制

ICW2 中断类型号

ICW3 主从片关系

ICW4 方式控制

处理部分

控制部分

000 0 0 0 0 0

ISR当前中断服务寄存器

PR优先级裁决器

IRR中断申请寄存器

000 0 0 0 0 0

中 断 屏 蔽 寄 存 器 IMR

OCW2

1 0 0 1 0 1 0 0

0 0

0 1

OCW3

OCW1

8259A 有两个 I/O 端口地址

• 对 9 个寄存器的读写均通过这两个端口实现

写入数据的特征位

• 写入的先后顺序

区分是对哪个寄存器进行操作

根据

1 × I3 I4ICW1 芯片控制

ICW2 中断类型号

ICW3 主从片关系

ICW4 方式控制

处理部分

控制部分

000 0 0 0 0 0

ISR当前中断服务寄存器

PR优先级裁决器

IRR中断申请寄存器

000 0 0 0 0 0

中断屏蔽寄存器

OCW2

1 0 0 1 0 1 0 0

0 0

0 1

OCW3

OCW1

D0~

D7

A0

CS

RD

WR

8

0

1

1

1

A01

0

0

A0

8259A 的初始化编程8259A 的初始化编程的顺序及内容① ICW1

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 × × × ×1 LTIM SNGL IC4

② ICW2

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 T7 T6 T5 ×T4 T3 × ×

③ ICW3

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1

④ ICW4A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 T7 T6 T5 ×T4 T3 × ×

0:不要 ICW41:要 ICW4

0:有级连1:无级连

0:边沿触发1:电平触发

标志

中断号高 5位

主片 ,1:有从片从片 , 低 3 位代表位置

0:非缓冲1:缓冲

0:一般嵌套1:特殊嵌套

8259A 的操作编程① OCW1

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 M7 M6 M5 M2M4 M3 M1 M0

② OCW2

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 R SL EOI L20 0 L1 L0

③ OCW3

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 0 ESMM SMM P0 1 RR RIS

D7 D6 D5

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

功 能

清除自动循环优先级命令

发出 EOI

无操作

发 出 SEOI （ special end of interruption)

设置自动循环优先级命令

设置自动循环优先级并发 EOI

设置特殊循环优先级命令

设置特殊循环优先级并发 SEOI

OCW2 的 D7 ～ D5 位的功能说明

教材 P178,P179页有错

0:中断开放

最低优先级编码1:最低优先级有效

1:发结束命令1:优先级循环

1 0 :读IRR

1 1 :读ISR

1:查询1 0 :特殊屏蔽清除 1 1 :特殊屏蔽设置

OCW3 的的几种用法

1) 向 8259A 送入 D2 ＝ 0 、 D1D0 ＝ 10B 的 OCW3 指令后，向着 8259A 偶地址的读指令可读入中断请求寄存器IRR的内容；

2)若 D1D0 ＝ 11B，则可读入中断服务寄存器 ISR的内容。

3) 送入 8259A的 OCW3的 D2＝ 1 时，可使 8259A进入查询工作方式（非中断方式）。读取 8259A偶地址（ A0＝0 ），可得到 8259A 的状态字，若状态字的 D7＝ 1 ，表示8259A的 IR7～ IR0中有中断请求发生， D2～ D0给出了最高优先级中断请求的编码；若 D7＝ 0 ，则表示没有中断请求发生。

通过往奇地址端口写入 IMR 内容实现 (即 OCW1)

对应位为 0 ，允许该级中断申请进入 对应位为 1 ，禁止该级中断申请进入

对 8259A 的奇地址的读指令可读得中断屏蔽寄存器 IMR 的内容，也可修改 IMR的内容。

IOR

IOW

总线数 据 线

D0~

D7

INTA

A0片选译码

A5~

A9CS

A0

RD

INTA

WR

INT

D0~

D7

ICW1 芯片控制 ICW2 中断类型号 ICW3 主从片关系 ICW4 方式控制

000 0 0 0 0 0

ISR当前中断服务寄存器

IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7

OCW1 中 断 屏 蔽 寄 存 器 IMR 0 0

OCW2 优 先 级 、 发EOI OCW3 特殊屏蔽设置

PR优先级裁决器

IRR中断申请寄存器

100 0 0 0 0 1

1 0 0 1 0 1 0 0

INTR

新增允许 IR2 的中断申请 IN AL, 21H ; 读入原 IMR 的内容 AND AL, 1111 1011B ;D2=0, 允许 IR2 的中断申请 OUT 21H, AL ;写入 IMR(OCW1) 禁止 IR4 的中断申请 IN AL, 21H ; 读入原 IMR 的内容 OR AL, 0001 0000B ;D4=1,禁止 IR4 的中断申请 OUT 21H, AL ;写入 IMR

例 已知 IBM PC/XT 系统中 8259A 的奇地址端口地址为21H

8259A在 PC 中的基本应用

从8259A

IRQ8IRQ9

IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13 IRQ14IRQ15

主8259A

IRQ0IRQ1

IRQ3IRQ4IRQ5 IRQ6IRQ7

INT至 CPU

INT中断路由器

IRQ

7IR

Q6

IRQ

5IR

Q4

IRQ

3IR

Q2 ISA总线

PCI

总

线

PCI

总

线

系统时钟键盘

主、从 8259A级连的中断控制逻辑

主片的端口地址： 20H, 21H

从片的端口地址： A0H, A1H

8259A各中断请求的功能分配情况中断申请引脚

IRQ0IRQ1IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7IRQ8IRQ9

IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14IRQ15

中断类型号08h09h0Ah0Bh0Ch0Dh 0Eh0Fh70h71h72h73h74h75h76h77h

哪个设备使用系统时钟 (8254)

键盘连接从 8259

COM2 串口 2COM1 串口 1

保留软盘控制器LPT1 并口

实时时钟 (RTC)保留 (软件指向 0Ah 类型 )

保留显卡鼠标

数值协处理器硬盘控制器保留

主、从 8259A 的中断结束命令

对主 8259A 有：

MOV AL， 20H ； EOI命令

OUT 20H， AL ；写主片的 OCW2

IRET

对从 8259A 有：

MOV AL， 20H ； EOI命令，

OUT 0A0H， AL ；写从片的 OCW2

IRET

8259A 编程总结

操作 寄存器 地址 (A0) 数据 说明写 ICW1 0 D4D3:1x 触发方式 , 是否级联等

写 ICW2 1 定义中断号写 ICW3 1 定义级联写 ICW4 1 定义嵌套与结束方式写 OCW1 1 中断允许与屏蔽写 OCW2 0 D4D3:00 定义循环方式 / 写

EOI(20h)

写 OCW3 0 D4D3:01 定义屏蔽方式 / 查询等功能

读 IRR 0 写 OCW3 (D1D0:10)

读 ISR 0 写 OCW3 (D1D0:11)

读 IMR 1

查询 0 写 OCW3 (D2:1)

8259A 编程方法

ICW1 （ 0 ） 、 ICW2 （ 1 ） 、 ICW3 （ 1 ） 、 ICW4（ 1 ）通常由 系统初始化

OCW1 （ 1 ）中断屏蔽OCW2 （ 0 ）特殊操作（如 EOI 等）OCW3 （ 0 ）特殊命令（如读命令）中断编程（ 1 ）确定奇地址、偶地址（如 20H 、 21H ）（ 2 ）写 OCW1（ 3 ）开 IF （ STI ）（ 4 ）设置中断向量（ 5 ）在中断服务程序中写 OCW2 （发 EOI ）（ 6 ）如需要 , 读 ISR 、 IRR 、 IMR

中断程序例子 如图 , 中断程序从初值 0 开始对开关 K 的按

键 次 数 计 数 ， 并 在 CRT 上 显 示 次 数（ 0,1,2…F ），到 F 后结束程序。

CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE

START:MOV AX,350BHINT 21H

PUSH ES PUSH BX ; 保留原中断向量 ;////////////////////////////////////////////

MOV AX,SEG INTPROCMOV DS,AXMOV DX,OFFSET INTPROCMOV AX,250BHINT 21H ; 设置新的中断向量

IN AL,21HAND AL,0F7HOUT 21H,AL ;8259 的 IR3 不屏蔽STI ;CPU 中断开放

 

MOV CX,0MOV DL,'0'MOV AH,2INT 21H

WAIT0: CMP CH,1 ；产生中断后给出标志 JNZ WAIT0 MOV CH,0

MOV DL,CL;CL 记录中断次数AND DL,0FHCMP DL,9JBE NEXTADD DL,7

NEXT: ADD DL,30H MOV AH,2

INT 21HCMP CL,0FH

JNZ WAIT0

;//////////////////////////

POP DX POP DS MOV AX,250BH INT 21H ; 恢复原中断向量

;/////////////////////////////////////////  MOV AH,4CH INT 21H 

INTPROC PROC FAR ; 中断程序 INC CL ; 计数值 +1

MOV CH,1 ; 产生中断的标志MOV AL,20H

OUT 20H,AL; 发结束命令IRET ; 中断返回

INTPROC ENDP

CODE ENDS

END START

第四节　可编程定时器 / 计数器 8254及其应用

微机系统实现定时功能，主要有三种方法：软件定时、不可编程硬件定时和可编程硬件定时。

软件定时是通过执行一个固定的程序段来实现定时。由于 CPU

执行每条指令都需要一定时间，因此执行一个固定的程序段就需要一个固定的时间。定时或延时时间的长短可通过改变循环次数来控制。

不可编程的硬件定时常采用中小规模集成电路实现。如使用 555

定时器等，硬件定时方案不占用 CPU时间，但电路连接好后，定时值就不能改变。

可编程硬件定时用可编程定时器 / 计数器来实现，本节主要介绍IBM PC系列微机使用的 Intel 8254可编程定时器 / 计数器。

一、 8254的内部结构和引脚功能(24pin)

计数器 0 、 1 、 2 的内部结构

16位初值寄存器由 CPU分两次写入

16位减 1 计数器：在CLK的作用下， 对计数初值 N 进行减 1 ，当减为 0 时 , 在 OUT引脚上产生回零时间到信号

16位锁存器其值随减 1 计数器改变而改变

二、 8254的工作方式

三、 8254的编程

1. 方式控制字 (A1 A0: 1 1)

2. 计数初值（ N ）

定时时间T=

CLK时钟周期 tCL×计数初值（ N ） N=T/tCL

• 关于初值计算问题 , 设输入 CLK 频率为 f,周期为 T=1/f, 设初值为 N, 以方式 3 为例 :

从图可以看出 , 在方式 3 为方波方式 , 若初值设为 N,则 OUT 脉冲的高电平占 N/2 个 CLK 周期 , 低电平也为 N/2 个 CLK 周期 ( 设 N 为偶数 ), 也就是 OUT 的周期为 CLK 周期的 N 倍 , 则 OUT 脉冲的频率为 CLK的 1/N, 即若初值为 N, 则输出时钟是输入时钟频率的1/N

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A1A0

0 0 0 0 x x x x 1 1 0 1 1 0

写初值 (若选择先低后高时应写 2次 )A1 A0: 0 0 通道 0, 0 1 通道 1, 1 0 通道 2

3.写命令字(1)锁存命令字 : 将指定通道的 CE 存入 OL

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

(2) 读回命令字 : 将选定（可多个）通道的 CE 或（和） SR 存入 OL及SL

1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 存 CE 存 SR 通道 2 通道 1 通道 0

A1A0

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A1A0

OUT 状态 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ：同控制字 0 0 0 1

1 0

4.读 OL ：在某通道 CE 被锁存后读出A1 A0: 00 通道 0, 01 通道 1, 10 通道 2

5.读 SL ：在某通道 SR 被锁存后读，若 SL、 OL 同时有效，则先读SL

D6 0 ：可读计数 1 ：无效计数

8254编程总结 功能 端口 D7 D6 D5 D4

写通道的方式控制字，对用到的每个通道各写一次

3 （ 1 1 ） 0 00 11 0

0 11 01 1

写锁存命令字，只锁存计数值，对用到的每个通道

各写一次

3 （ 1 1 ） 0 00 11 0

0 0

写读回命令字，可一次锁存所有通道的计数和状态

值

3 （ 1 1 ） 1 1  

写初值或修改初值 0 （ 00 ）通道 0

1 （ 01 ）通道 1

2 （ 10 ）通道 2

   

读计数值 0 （ 00 ）通道 0

1 （ 01 ）通道 1

2 （ 10 ）通道 2

   

读状态值 0 （ 00 ）通道 0

1 （ 01 ）通道 1

2 （ 10 ）通道 2

   

三、 8254在 PC中的应用 PC使用一片 8254，其 3 个计数通道分别用于日时钟计时、 DRAM刷新定时和控制扬声器发声声调

定时中断和定时刷新MOV AL， 36H ； 00110110 计数器 0 为方式 3 ，采用二进制计数，先低后高写入计数值OUT 43H， AL ；写入方式控制字MOV AL， 0 ；计数值为 0OUT 40H， AL ；写入低字节计数值OUT 40H， AL ；写入高字节计数值注 :1.19318M/65536=18.206Hz 周期为 55ms

MOV AL， 54H ； 01010100 计数器 1 工作为方式2 ，采用 二进制计数，只写低 8 位计数值 , 方式二是频 率发生器OUT 43H， AL ；写入方式控制字MOV AL ， 18 ； 计 数 初 值 为 18; 18*1/1.19=15.084uSOUT 41H， AL ；写入计数值

扬声器控制 ；发音频率设置子程序; 入口参数： AX=1.19318×106÷发音频率SPEAKER PROC

PUSH AX

MOV AL， 0B6H ； 10110110 定时器 2 为方式 3 ， ; 先低后高写16位计数值

OUT 43H， AL POP AX OUT 42H， AL ；写入低 8 位计数值 MOV AL， AH OUT 42H， AL ；写入高 8 位汁数值 RET

SPEAKER ENDP

注 :61H:8255B口SPEAKON PROC ；扬声器开子程序

PUSH AX IN AL， 61H ；读取 61H端口的原控制信息 OR AL， 03H ； D1D0＝ PB1PB0＝ 11B，

其他位不变 OUT 61H， AL ；直接控制发声 POP AX

RETSPEAKON ENDPSPEAKOFF PROC ；扬声器关子程序 PUSH AX

IN AL， 61H AND AL， 0FCH ； D1D0＝ PB1PB0＝ 00B，

其他位不变 OUT 61H， AL ；直接控制闭音 POP AX RETSPEAKOFF ENDP

可编程硬件延时 采用日时钟延迟 5S,日时钟中断来自 8254的 OUT0,接到主片 8259的 IRQ0,周期约 55mS

；延时开始MOV AH， 0 ；读取日时钟功能调用（附录 5 ）

INT 1AH ;返回 : CH:CL 时 : 分 ;

DH:DL 秒 : 时钟中断次数(55mS,1/18 S)

ADD DX， 90 ；加 5 秒（ 5×18＝ 90） MOV BX， DX ；期望值送 BX

L1： INT 1AH ；再读日时钟 CMP BX， DX ；与期望值比较 JNE L1 ；不等，则循环 …… ；相等，则延时结束

可编程硬件延时

采用实时时钟中断可实现更短延时 . 实时时钟中断周期为976uS,接到从片 8259IRQ0(即 IRQ8,中断号 70h),延迟时间必须是 976uS的倍数 .

下面程序实现 2mS延时

MOV CX， O ;CX:DX延迟的微秒数 .

MOV DX， 1952 ；延时 1.952MS＝ 2×976uS

MOV AH， 86H

INT 15H ；功能调用返回时，定时时间到

第五节　可编程并行 I/O接口芯片 8255及其应用 并行传送是主机与外设之间交换信息的一种基本方式，其特点是

数据的各位同时传送。 8255是一种通用可编程并行 I/O接口芯片，在 PC中常用于传递键盘信息、扬声器信息等。

一、 8255的内部结构和引脚功能

二、 8255的工作方式8255A有三种工作方式： 方式 0 、 方式 1 、 方式 2

1.方式 0 ：基本输入输出方式

这种方式下，端口与外设间不需要联络信号。 8255A的 3 个端口都可以工作在该方式下，并由控制字规定为输入或输出。当 8255A

的端口工作在方式 0 时， CPU只要用输入或输出指令就可以与外设进行数据交换。因此，方式 0 也称为无条件的输入 / 输出方式。

2.方式 1 ：选通输入输出方式

这种方式下，只有 A 口和 B 口可以作为 8 位的输入或输出端口， C 口主要作为 A 、 B 两个端口输入 / 输出时的联络信号。且 A 口和 B 口无论输入或输出都有数据锁存功能。该方式下 CPU与 8255A间可以用中断方式或查询方式进行信息交换。

选通输入方式

A 口、 B 口中有一个为方式 1 时，余下 13根可为方式0 （入 / 出）A 口、 B 口同为方式 1 时，余下 2 根 C 口线可为输入 / 出联线定义固定，不可更改 .

选通输入方式方式 1 工作时序，分为输入与输出

选通输入方式端口 A 和端口 B 工作于方式 1 的输入方式时，其引脚和时序如下

选通输出方式端口 A 和端口 B 工作于方式 1 的输出方式时，其引脚和时序如下

3.方式 2 ：双向选通方式 方式 2 是将方式 1 的选通输入输出功能组合成一个双向数据端口，外设利用这个端口既能发送数据，又能接收数据。 8255A只有端口 A 可以工作于方式 2 ，端口 A 工作在方式 2 的引脚和时序如下：

三、 8255的编程1. 方式选择控制字

2. C口按位置位 / 复位控制字

3.初始化举例 例如，若规定端口 A 为方式 1 输出，端口 C 上半部分为输出，端口 B 指定为方式 0 输入，端口 C 下半部分为输入，则方式选择控制字应是：1 01 0 0 0 1 1 B 或 A3H。 若将此控制字的内容写入 8255A 的控制寄存器，即完成了对8255A的初始化。初始化程序段为： MOV DX ， 20bH ；假设控制端口的地址为20bH

MOV AL， 0A3H ；方式选择控制字 OUT DX， AL ；送到控制端口 又如：要使端口 C 的 PC5置“ 1”， PC2置“ 0”，可通过下面的程序段实现（假设 8255A的控制端口地址为 20BH）：

MOV AL ， 0BH ； 0 000 101 1 PC5置“ 1”

MOV DX,20BH

OUT DX， AL ；送到控制端口 MOV AL ， 04H ； 0 000 010 0 PC2置“ 0”

OUT DX， AL ；送到控制端口

四、 8255A的应用1.8255A 在 PC 中的应用

PC使用一片 8255A管理键盘、控制扬声器和输入系统配置开关的状态等。这片 8255A的端口 A 、 B 、 C 和控制口的地址分别为 60H、 61H、 62H和 63H。 在 PC机中， 8255A工作在基本输入 / 输出方式。端口 A为方式 0 输入，用来读取键盘扫描码。端口 B 工作于方式 0 输出， PB6和 PB7控制键盘接口电路、 PB0和 PB1控制扬声器发声。端口 C 为方式 0 输入，存放系统配置开关的状态。这样，系统利用如下两条指令就完成了 8255A的初始化编程： MOV AL， 100 1 1 0 0 1B ； 8255A的方式控制字99H OUT 63H， AL ；设置端口 A 和端口 C 为方式 0 输入、端口 B 方式 0 输出 80286 以上的微机系统中，由其他的多功能芯片取代了8255A 的功能，为了保证和低档微机的兼容性，系统仍使用8255A的口地址，仍然可从 60H端口地址读取按键扫描码，可使用 PB0和 PB1来控制发声系统。

2. 8255A 在简单输入输出中的应用 设系统中外扩了一片 8255A和相应的实验电路，如图所示。

要求每按一次 K 键，则使发光二极管 LEDi的状态随开关 Ki的状态变化（ Ki闭合， LEDi亮； Ki断开， LEDi灭 , 需将读入的状态取反）。主机键盘有任意键按下结束。

按查询方式完成该例 , 方式选择控制字为： 1 000 0 11

0B，即 86H.参考程序如下： CODE SEGMENT

ASSUME CS： CODEMAIN： MOV AL， 86H

OUT 83H， AL ；写入方式选择控制字AGAIN： MOV AH， 1

INT 16H ；键盘有键按下？（无按键时 ZF=1）JNZ DONE ；有 ,ZF=0，转 DONEIN AL， 82H ；读 8255A C口TEST AL ， 00000010B ； K 键已按 下 （ IBFB 即

PC1=1）？JZ AGAIN ；没有，重复IN AL， 81H ；读 8255A B口NOT ALOUT 80H， AL ；输出到 8255A 口JMP AGAIN

DONE： MOV AH， 4CHINT 21H

CODE ENDSEND MAIN

按中断方式完成该例 , 方式选择控制字为： 10000110B ，即 86H.

INTEB 为 1 ，即将 PC2置“ 1”，其控制字为： 00000101B或 05H，参考程序如下： CODE SEGMENT

ASSUME CS： CODE MAIN： MOV AL， 86H

OUT 83H， AL ；写入方式选择控制字MOV AL， 05HOUT 83H， AL ； PC2=1（ INTEB=1）MOV AX， 0MOV DS， AXMOV BX， 0AH*4 ； IR2,0A号中断LEA AX， INTSUB ；填充中断向量表MOV [BX]， AXMOV AX， SEG INTSUBMOV [BX+2]， AXIN AL， 21H ；读 8259A的 IMRAND AL， 11111011BOUT 21H， AL ；开放 8259A IR2的中断STI ；开中断

AGAIN： MOV AH， 1INT 16H ；键盘有键按下？JZ AGAIN ； ZF=1,没有，等待MOV AH， 4CHINT 21H ；返回 DOS操作系统

INTSUB PROC FAR

IN AL， 81H ；读 8255A端口 BNOT ALOUT 80H， AL ；输出至 8255A端口 AMOV AL， 20HOUT 20H， AL ；中断结束命令IRET ；中断返回

INTSUB ENDP

CODE ENDSEND MAIN