diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md b/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md new file mode 100644 index 0000000..75ec063 --- /dev/null +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md @@ -0,0 +1,195 @@ +--- +tags: + - 接口与通讯技术 + - 8251A + - 串行通信 + - 可编程芯片 +create time: 2026-06-26 23:05 +--- + +# 8251A 串行通信接口 + +## 概述 + +8251A 是 Intel 公司生产的可编程串行通信接口芯片（USART，Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter），**在试题 A、B、D 中均有出现**。它负责 CPU（并行数据）与串行外设之间的数据格式转换，支持异步和同步两种通信方式。 + +> [!tip] 考试要点 +> - **两个控制字的写入顺序**：先方式控制字，再命令控制字 +> - **方式控制字各位含义**：D7D6（波特率因子）、D1D0（数据位） +> - **异步帧格式**：起始位 + 数据位 + 校验位 + 停止位的总位数计算 +> - **状态信号**：TXRDY、RXRDY 的含义 + +## 正文 + +### 1. 串行通信基础概念 + +#### 异步通信 vs 同步通信 + +| 特性 | 异步通信 | 同步通信 | +|------|----------|----------| +| 同步方式 | 起始位/停止位实现字符同步 | 同步字符实现数据块同步 | +| 数据单位 | 逐字符传送 | 以数据块为单位 | +| 传输效率 | 较低（每字符有冗余位） | 较高 | +| 适用场景 | 低速、不连续数据 | 高速、连续数据 | +| 硬件要求 | 简单 | 较复杂 | + +#### 异步通信帧格式 + +```mermaid +graph LR + A["起始位(1)"] --> B["数据位(5~8)"] + B --> C["校验位(0或1)"] + C --> D["停止位(1, 1.5, 2)"] +``` + +> [!example] 帧长度计算 +> 1 位起始 + 8 位数据 + 1 位奇偶校验 + 1 位停止 = **10 位/帧** +> +> 波特率 2400 bps → 每秒最多传输 2400 / 10 = **240 个字符** + +#### RS-232C 电平标准 + +| 逻辑值 | RS-232C 电平 | TTL 电平 | +|:------:|:------------:|:--------:| +| 逻辑 "1" | -3V ~ -15V | +2.4V ~ +5V | +| 逻辑 "0" | +3V ~ +15V | 0V ~ +0.4V | + +> [!warning] RS-232C 采用 **负逻辑**，与 TTL 电平 **完全相反**！因此 RS-232C 接口需要电平转换芯片（如 MAX232）。 + +### 2. 8251A 的两个控制字 + +8251A 的编程核心是 **两个控制字**，写入顺序不可颠倒： + +```mermaid +graph LR + A["硬件/软件复位"] --> B["写入方式控制字"] + B --> C["写入命令控制字"] + C --> D["正常工作"] + D --> E["可随时写入新命令控制字"] +``` + +#### 工作方式控制字 + +在复位后 **必须首先写入**，定义通信格式参数： + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +[波特率因子] [校验控制] [停止位] [数据位] + +异步模式下: +D7D6: 00=同步 01=x1 10=x16 11=x64 +D5D4: 00=无校验 01=奇校验 10=偶校验 +D1D0: 00=5位 01=6位 10=7位 11=8位 +``` + +> [!example] 方式控制字计算 +> **要求**：异步通信，波特率因子 x16，偶校验，8 位数据 +> +> D7D6=10（x16）, D5D4=10（偶校验）, D3D2=01（1 位停止位）, D1D0=11（8 位数据） +> +> 控制字 = `1010 0111B` = **A7H** +> +> --- +> +> **要求**：异步通信，波特率因子 x16，偶校验，8 位数据，1 位停止位 +> +> D7D6=01（x1 → 按试卷答案 D7D6=01 即因子 1）, D3D2=11, D1D0=11 +> +> 控制字 = `0100 1111B` = **4FH** + +#### 命令控制字 + +定义 8251A 的操作行为： + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +EH IR RTS ER SBRK RxE TxD TxEN +0=正常 0 0=RTS高 0 0 0 0 0=禁止 +1=内部 1 1=RTS低 1 1 1 1 1=允许 +复位 +``` + +各位功能： + +| 位 | 符号 | 含义 | +|:--:|------|------| +| D0 | **TxEN** | 发送允许（1=允许发送） | +| D1 | **DTR** | 数据终端准备好（0=DTR 输出低） | +| D2 | **RxE** | 接收允许（1=允许接收） | +| D3 | **SBRK** | 发送 Break 字符 | +| D4 | **ER** | 错误标志复位（1=清除 FE/OE/PE 错误标志） | +| D5 | **RTS** | 请求发送（0=RTS 输出低电平） | +| D6 | **IR** | 内部复位（1=回到等待方式控制字状态） | +| D7 | **EH** | 进入搜索方式（同步模式用） | + +> [!example] 命令控制字计算 +> **要求**：允许发送和接收，清除错误标志 +> +> TxEN=1, RxE=1, ER=1, 其余=0 +> +> 命令控制字 = `0001 0101B` = **15H** + +### 3. 状态信号 + +| 信号 | 含义 | 用途 | +|------|------|------| +| **TXRDY** | 发送缓冲器空且允许发送 | 通知 CPU 可以写入新数据 | +| **RXRDY** | 接收缓冲器满 | 通知 CPU 可以读取数据 | +| **TxE** | 发送器空 | 所有数据已发送完毕 | +| **SYNDET/BRKDET** | 同步检测/Break 检测 | 同步模式或 Break 条件 | + +> [!question] TXRDY 何时变高？ +> 当发送缓冲器空 **且** 命令控制字中 TxEN=1（允许发送）时，TXRDY 变高。CPU 查询到 TXRDY=1 后可以写入下一个待发送的数据字节。 + +### 4. 引脚功能 + +| 引脚 | 功能 | +|------|------| +| **TxD** | 发送数据输出 | +| **RxD** | 接收数据输入 | +| **TxC** | 发送时钟（控制发送速率） | +| **RxC** | 接收时钟（控制接收速率） | +| **RTS** | 请求发送（输出，通知外设） | +| **CTS** | 清除发送（输入，外设应答） | +| **DTR** | 数据终端准备好（输出） | +| **DSR** | 数据装置准备好（输入） | + +> [!info] 硬件流控制 +> RTS/CTS 和 DTR/DSR 两对信号实现硬件握手中的数据流方向控制： +> - 发送方：发 RTS（请求发送）→ 等待 CTS（允许发送）→ 开始发送 +> - 接收方：通过 CTS 控制发送方是否可以继续发数据 + +### 5. 8251A 初始化流程 + +```asm +; 8251A 完整初始化程序 +; 端口地址：04F0H（数据口），04F2H（控制口） + +; 步骤 1：确保复位状态 +MOV DX, 04F2H ; 控制口 +MOV AL, 00H +OUT DX, AL +OUT DX, AL +OUT DX, AL ; 连续写 3 次 00 +MOV AL, 40H +OUT DX, AL ; 内部复位命令 + +; 步骤 2：写方式控制字 +MOV AL, 4FH ; 波特率 x16, 偶校验, 8 位数据 +OUT DX, AL + +; 步骤 3：写命令控制字 +MOV AL, 15H ; 允许收发, 清除错误标志 +OUT DX, AL +``` + +> [!danger] 初始化顺序不可乱 +> 8251A 硬件复位后处于"等待方式控制字"状态。**必须**先写方式控制字，再写命令控制字。若想重新初始化，需先写命令控制字中 IR=1（40H）进行内部复位，再按顺序重写两个控制字。 + +## 关联笔记 + +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[接口与通讯技术/DMA控制器8237A]] +- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md b/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md new file mode 100644 index 0000000..6739cd2 --- /dev/null +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md @@ -0,0 +1,186 @@ +--- +tags: + - 接口与通讯技术 + - 定时器 + - 计数器 + - 可编程芯片 +create time: 2026-06-26 23:05 +--- + +# 8254 定时计数器 + +## 概述 + +8254（兼容 8253）是 Intel 公司生产的可编程定时/计数器芯片（Programmable Interval Timer, PIT），**在全部 4 套试卷中均有出现**，其中 **方波产生和计数初值计算** 是最高频题型。芯片内部包含 3 个独立的 16 位计数器，每个计数器有 6 种工作方式。 + +> [!tip] 考试要点 +> - **计数初值计算**：`计数初值 = CLK频率 / 输出频率` +> - **方式 3（方波发生器）** 是最常考的工作方式 +> - **控制字编写**：计数器选择 + 读写格式 + 工作方式 + 数制选择 +> - **BCD 与二进制** 初值装入的区别 + +## 正文 + +### 1. 内部结构 + +```mermaid +graph TB + A["数据总线缓冲器 D0~D7"] --> B["读/写逻辑"] + B --> C["计数器 0"] + B --> D["计数器 1"] + B --> E["计数器 2"] + C --> F["CLK0, GATE0, OUT0"] + D --> G["CLK1, GATE1, OUT1"] + E --> H["CLK2, GATE2, OUT2"] +``` + +每个计数器有 3 条信号线： + +| 信号 | 方向 | 功能 | +|------|------|------| +| **CLK** | 输入 | 时钟输入，每个下降沿使计数值减 1 | +| **GATE** | 输入 | 门控信号，控制计数的启动/暂停/触发 | +| **OUT** | 输出 | 根据工作方式输出不同波形 | + +> [!question] 思考题 +> 8254 的计数器是递增还是递减计数？计数值减到 0 后会怎样？ +> +> 答：**递减计数**。装入初值后每来一个 CLK 下降沿计数值减 1。减到 0 后的行为取决于工作方式——方式 0 停止，方式 2/3 自动重装初值继续计数。 + +### 2. 端口地址 + +8254 占用 **4 个端口地址**： + +| A1 A0 | 选中 | 说明 | +|:------:|:----:|------| +| 0 0 | 计数器 0 | 读写计数初值 | +| 0 1 | 计数器 1 | 读写计数初值 | +| 1 0 | 计数器 2 | 读写计数初值 | +| 1 1 | 控制寄存器 | 只写，用于写入控制字 | + +> [!note] 每个计数器占用 1 个还是 2 个地址？ +> 每个计数器只占用 **1 个端口地址**。16 位初值通过同一地址分两次写入（先低字节后高字节）。整个芯片共需 4 个端口地址。 + +### 3. 控制字格式 + +控制字写入控制寄存器（A1A0=11 的端口），格式如下： + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +[计数器] [读写格式] [工作方式] [数制] + 00=计数器0 00=锁存 000=方式0 0=二进制 + 01=计数器1 01=仅低字节 001=方式1 1=BCD + 10=计数器2 10=仅高字节 010=方式2 + 11=先低后高 011=方式3 + 100=方式4 + 101=方式5 +``` + +> [!example] 控制字速算 +> **要求**：计数器 0，方式 3（方波），先低后高，二进制 +> +> D7D6=00（计数器 0）, D5D4=11（先低后高）, D3D2D1=011（方式 3）, D0=0（二进制） +> +> 控制字 = `0011 0110B` = **36H** +> +> **要求**：同上但 BCD 计数 → D0=1 → 控制字 = **37H** + +### 4. 六种工作方式 + +> [!tip] 考试重点 +> 方式 2 和方式 3 的区别几乎每卷必考！ + +| 方式 | 名称 | 输出波形 | 触发 | 自动重装 | 典型应用 | +|:----:|------|----------|------|:--------:|----------| +| 0 | 计数结束中断 | 计数到 0 后 OUT 变高 | 软件 | 否 | 定时中断 | +| 1 | 可编程单稳态 | 触发后输出 N 个 CLK 宽度的负脉冲 | 硬件 | 否 | 单稳态触发器 | +| 2 | **频率发生器** | 每 N 个 CLK 输出 1 个 CLK 宽的负脉冲 | 软件 | 是 | **分频器** | +| 3 | **方波发生器** | 对称方波，占空比约 50% | 软件 | 是 | **方波产生** | +| 4 | 软件触发选通 | 计数到 0 后输出 1 个 CLK 宽的负脉冲 | 软件 | 否 | 软件定时选通 | +| 5 | 硬件触发选通 | 触发后计数到 0 输出 1 个负脉冲 | 硬件 | 否 | 硬件延迟脉冲 | + +#### 方式 2 vs 方式 3 对比 + +```mermaid +graph LR + subgraph "方式 2 - 频率发生器" + A2["CLK 输入"] --> B2["计数器 N 分频"] + B2 --> C2["OUT: 周期性窄脉冲"] + end + subgraph "方式 3 - 方波发生器" + A3["CLK 输入"] --> B3["计数器 N 分频"] + B3 --> C3["OUT: 对称方波 50%"] + end +``` + +| 对比项 | 方式 2 | 方式 3 | +|--------|--------|--------| +| 输出波形 | 负脉冲（宽 1 个 CLK） | 对称方波 | +| 占空比 | 很小 | ≈ 50% | +| 输出频率 | CLK / N | CLK / N | +| 重装机制 | 计数到 1 时 OUT 变低，到 0 时重装 | 计数到 0 时自动重装，交替翻转 OUT | + +> [!question] GATE 引脚在方式 2 和方式 3 中的作用？ +> - GATE=0：暂停计数，OUT 输出高电平 +> - GATE 上升沿：重新装入初值，开始计数 +> - GATE=1：允许计数正常进行 + +### 5. 计数初值计算（核心公式） + +$$ +计数初值 = \frac{f_{CLK}}{f_{OUT}} +$$ + +> [!example] 试卷真题计算汇总 +> +> | 题目来源 | CLK 频率 | 要求频率 | 计数初值 | 控制字 | +> |:--------:|:--------:|:--------:|:--------:|:------:| +> | 试题 A | 2 MHz | 2000 Hz | 1000 (03E8H) | 34H | +> | 试题 B | 1.193182 MHz | 100 Hz | 11932 (2EA4H) | 36H | +> | 试题 B | 1 MHz | 1 kHz | 1000 (03E8H) | 36H | +> | 试题 C | 1.19318 MHz | 1 kHz | 1193 (04A9H) | 36H | +> | 试题 D | 1 MHz | 1 kHz | 1000 (03E8H) | 36H | + +### 6. BCD 计数 vs 二进制计数 + +| 项目 | 二进制（D0=0） | BCD（D0=1） | +|------|---------------|-------------| +| 计数范围 | 0000H~FFFFH (0~65535) | 0000~9999 | +| 初值装入 | 直接装入十六进制值 | 按 BCD 码装入 | +| 初值 1000 | 03E8H | 1000 (低字节=00, 高字节=10) | + +> [!warning] BCD 方式装入初值的坑 +> BCD 方式下初值 11932 的装入： +> - 低字节 = **32H**（低 2 位 BCD） +> - 高字节 = **11H**（高 2 位 BCD） +> +> 而不是 2EA4H！控制字也要从 36H 改为 **37H**（D0=1）。 + +### 7. 初始化编程模板 + +```asm +; 8254 初始化通用模板 +; 假设端口地址为 PORT_0 ~ PORT_3 + +; 步骤 1：写控制字 +MOV DX, PORT_3 ; 控制寄存器地址 +MOV AL, 36H ; 控制字：计数器0, 方式3, 先低后高, 二进制 +OUT DX, AL + +; 步骤 2：写计数初值（先低后高） +MOV DX, PORT_0 ; 计数器 0 地址 +MOV AX, 03E8H ; 计数初值 = 1000 +OUT DX, AL ; 先写低字节 E8H +MOV AL, AH +OUT DX, AL ; 再写高字节 03H +``` + +> [!danger] 易错点 +> 写初值时必须 **先低后高**（与控制字 D5D4=11 对应），而且低字节和高字节要 **分两次** `OUT` 到同一个端口地址。用 `OUT DX, AX` 一次写 16 位是错误的。 + +## 关联笔记 + +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[8251A串行通信接口]] +- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md b/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md new file mode 100644 index 0000000..fc66aeb --- /dev/null +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md @@ -0,0 +1,194 @@ +--- +tags: + - 接口与通讯技术 + - 8255A + - 并行接口 + - 可编程芯片 +create time: 2026-06-26 23:05 +--- + +# 8255A 可编程并行接口 + +## 概述 + +8255A（Programmable Peripheral Interface, PPI）是 Intel 公司生产的通用可编程并行 I/O 接口芯片，**在全部 4 套试卷中均有出现**，是本课程最高频考点。它提供 3 个 8 位端口（A、B、C），支持 3 种工作方式，可通过程序灵活配置为输入/输出功能。 + +> [!tip] 考试要点 +> - **控制字计算**：方式控制字（D7=1）和 C 口按位控制字（D7=0）的区别 +> - **工作方式对比**：方式 0/1/2 的特点、联络信号 +> - **端口地址推算**：已知一个端口地址推算其余端口和控制口地址 + +## 正文 + +### 1. 内部结构 + +8255A 内部由 **4 个功能模块** 组成： + +```mermaid +graph LR + A["CPU 数据总线"] --> B["数据总线缓冲器"] + B --> C["读/写控制逻辑"] + C --> D["A 组控制"] + C --> E["B 组控制"] + D --> F["端口 A (PA0~PA7)"] + D --> G["端口 C 高 4 位 (PC4~PC7)"] + E --> H["端口 B (PB0~PB7)"] + E --> I["端口 C 低 4 位 (PC0~PC3)"] +``` + +| 模块 | 功能 | +|------|------| +| 数据总线缓冲器 | 三态 8 位缓冲器，实现 CPU 与 8255A 之间的数据传输 | +| 读/写控制逻辑 | 根据 CS、RD、WR、A1、A0 信号控制端口的读写操作 | +| A 组控制 | 控制端口 A 和端口 C 高 4 位的工作方式 | +| B 组控制 | 控制端口 B 和端口 C 低 4 位的工作方式 | + +### 2. 三个端口的能力 + +| 端口 | 可用工作方式 | 说明 | +|:----:|:----------:|------| +| **端口 A** | 方式 0、方式 1、方式 2 | 功能最全，唯一支持双向传输（方式 2）的端口 | +| **端口 B** | 方式 0、方式 1 | 不支持方式 2 | +| **端口 C** | 仅方式 0 | 可分为高 4 位和低 4 位两组独立使用；在方式 1/2 下部分引脚被复用为联络信号 | + +> [!question] 思考题 +> 为什么只有端口 A 支持方式 2（双向传输）？这与 8255A 的硬件设计有什么关系？ +> +> 提示：方式 2 需要同时占用输入和输出的联络信号线，这些信号来自端口 C——只有 A 组控制能支配足够多的 C 口引脚（5 根）来支持双向握手。 + +### 3. 三种工作方式详解 + +#### 方式 0 — 基本输入/输出 + +最简单的工作方式，无需任何联络信号（握手信号），CPU 可直接通过 `IN`/`OUT` 指令读写端口。 + +- A、B、C 三个端口均可工作在此方式下 +- 适用于无条件传送或简单的外设控制（如 LED、开关） + +#### 方式 1 — 选通输入/输出 + +利用端口 C 的部分引脚作为 **联络信号**（握手信号），实现 CPU 与外设之间的同步数据传输。 + +**方式 1 输入时的联络信号（以 A 口为例）：** + +| 信号 | 方向 | 含义 | +|------|------|------| +| **STB** (PC4) | 外设 → 8255A | 选通信号，低电平有效，将数据锁存到输入锁存器 | +| **IBF** (PC5) | 8255A → 外设 | 输入缓冲器满，高电平有效，通知外设数据已被接收 | +| **INTRA** (PC3) | 8255A → CPU | 中断请求，请求 CPU 读取数据 | +| **INTE A** | 内部触发器 | 通过 PC4 的置位/复位控制，决定是否允许中断 | + +**方式 1 输出时的联络信号（以 A 口为例）：** + +| 信号 | 方向 | 含义 | +|------|------|------| +| **OBF** (PC7) | 8255A → 外设 | 输出缓冲器满，低电平有效，通知外设数据已准备好 | +| **ACK** (PC6) | 外设 → 8255A | 应答信号，低电平有效，外设确认已取走数据 | +| **INTRA** (PC3) | 8255A → CPU | 中断请求，通知 CPU 可以写入下一个数据 | + +> [!info] 方式 1 工作流程（输入） +> 外设准备数据 → 发 STB 锁存数据 → 8255A 发 IBF → 条件满足时发 INTR → CPU 响应中断并读数据 → IBF 变低 → 准备接收下一个数据。 + +#### 方式 2 — 双向总线方式 + +**仅端口 A 可用**，同一端口既可输入又可输出，利用端口 C 的 5 个引脚（PC3~PC7）作为联络信号。 + +```mermaid +graph LR + A["外设"] -- "数据 + STB/IBF" --> B["8255A 端口 A"] + B -- "数据 + OBF/ACK" --> A + B -- "INTR" --> C["CPU"] +``` + +### 4. 控制字格式 + +8255A 有两类控制字，通过 **D7 位** 区分，写入同一个端口地址（控制口）： + +#### 方式控制字（D7 = 1） + +用于设置各端口的工作方式和输入/输出方向。 + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + 1 [A组方式] [A口] [C口高] [B组方式] [B口] [C口低] + ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ + 00=方式0 1=入 1=入 0=方式0 1=入 1=入 + 01=方式1 0=出 0=出 1=方式1 0=出 0=出 + 10=方式2 +``` + +**速算技巧**：先确定 D7=1，然后按"A 组方式 → A 口方向 → C 高方向 → B 组方式 → B 口方向 → C 低方向"依次填入。 + +> [!example] 典型控制字计算 +> **要求**：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输出 +> +> 分析：D7=1, D6D5=00（方式 0）, D4=0（输出）, D3=0（输出）, D2=0（方式 0）, D1=0（输出）, D0=0（输出） +> +> 控制字 = `1000 0000B` = **80H** + +#### C 口按位置位/复位控制字（D7 = 0） + +用于对端口 C 的 **某一位** 进行置 1 或清 0 操作，而不影响其他位。 + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + 0 × × × [位号选择] [1=置位, 0=复位] + 000=PC0 + 001=PC1 + ... + 111=PC7 +``` + +> [!example] 典型位控制字计算 +> **要求**：使 PC3 = 1 +> +> 分析：D7=0, D6D5D4 无关（填 0）, D3D2D1=011（选 PC3）, D0=1（置位） +> +> 控制字 = `0000 0111B` = **07H** + +> [!question] 关键考点 +> 方式控制字和 C 口位控制字写入的是 **同一个端口地址**（控制口），如何区分？ +> +> 答：通过 D7 位区分。D7=1 是方式控制字，D7=0 是位控制字。 + +### 5. 端口地址推算 + +8255A 占用 **4 个连续端口地址**，由 A1、A0 引脚选择： + +| A1 A0 | 选中端口 | 相对偏移 | +|:------:|:--------:|:--------:| +| 0 0 | 端口 A | 基地址 + 0 | +| 0 1 | 端口 B | 基地址 + 2 | +| 1 0 | 端口 C | 基地址 + 4 | +| 1 1 | 控制口 | 基地址 + 6 | + +> [!example] 地址推算示例 +> 已知 A 口地址 = 2F0H，则： +> - B 口 = 2F0H + 2 = **2F2H** +> - C 口 = 2F0H + 4 = **2F4H** +> - 控制口 = 2F0H + 6 = **2F6H** +> +> 若 A 口地址 = 20H（小地址系统），则控制口 = **23H**。 + +### 6. 初始化编程模板 + +```asm +; 8255A 初始化通用模板 +; 假设控制口地址为 PORT_CTL + +MOV DX, PORT_CTL ; 控制口地址 +MOV AL, 80H ; 方式控制字（按需修改） +OUT DX, AL ; 写入方式控制字 + +; 若需要对 C 口某位置位/复位： +MOV DX, PORT_CTL +MOV AL, 07H ; 位控制字：PC3=1 +OUT DX, AL +``` + +## 关联笔记 + +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[8251A串行通信接口]] +- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md b/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md new file mode 100644 index 0000000..e30610f --- /dev/null +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md @@ -0,0 +1,231 @@ +--- +tags: + - 接口与通讯技术 + - 8259A + - 中断控制器 + - 可编程芯片 +create time: 2026-06-26 23:05 +--- + +# 8259A 中断控制器 + +## 概述 + +8259A 是 Intel 公司生产的可编程中断控制器（Programmable Interrupt Controller, PIC），**在全部 4 套试卷中均有出现**。它负责管理和控制 8086 系统中的外部中断请求，支持 8 级优先级中断，可通过级联扩展。本芯片的知识点主要集中在 **初始化命令字（ICW）编写**、**中断响应过程** 和 **优先级管理** 三个方面。 + +> [!tip] 考试要点 +> - **ICW 写入顺序**：ICW1 → ICW2 → ICW3（可选）→ ICW4（可选） +> - **ICW2 与中断类型码**的关系 +> - **中断响应时序**：两个 INTA 脉冲期间 8259A 做了什么 +> - **全嵌套方式**的优先级规则 + +## 正文 + +### 1. 8259A 的核心功能 + +```mermaid +graph TB + A["IR0~IR7 中断请求输入"] --> B["8259A"] + B -- "INT" --> C["CPU"] + C -- "INTA" --> B + B -- "中断类型码 D0~D7" --> C + B --> D["优先级判别器"] + B --> E["中断屏蔽寄存器 IMR"] + B --> F["中断服务寄存器 ISR"] + B --> G["中断请求寄存器 IRR"] +``` + +| 寄存器 | 缩写 | 功能 | +|--------|------|------| +| 中断请求寄存器 | **IRR** | 记录哪些 IR 引脚有中断请求（8 位，对应 IR0~IR7） | +| 中断屏蔽寄存器 | **IMR** | 某位=1 则屏蔽对应 IR 的中断请求（通过 OCW1 设置） | +| 中断服务寄存器 | **ISR** | 记录当前正在被服务的中断（用于嵌套管理） | +| 优先级判别器 | **PR** | 从 IRR 中未被 IMR 屏蔽的请求里选出最高优先级 | + +> [!question] IRR、IMR、ISR 三者如何协作？ +> 1. 外设在 IRi 引脚产生中断请求 → **IRR** 对应位置 1 +> 2. **IMR** 检查该位是否被屏蔽（=1 则忽略） +> 3. 未屏蔽的请求送入 **PR** 进行优先级判别 +> 4. 若当前无更高优先级中断正在服务（查 **ISR**），则 8259A 向 CPU 发出 INT 信号 + +### 2. 初始化命令字（ICW） + +8259A 有 **4 个初始化命令字**，必须按顺序写入： + +```mermaid +graph LR + A["ICW1 写入偶地址"] --> B["ICW2 写入奇地址"] + B --> C{"需要级联?"} + C -- "是" --> D["ICW3 写入奇地址"] + C -- "否" --> E{"需要 ICW4?"} + D --> E + E -- "是" --> F["ICW4 写入奇地址"] + E -- "否" --> G["初始化完成"] + F --> G +``` + +#### ICW1（偶地址端口，A0=0） + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +[A7 A6 A5] 1 [LTIM] [SNGL] [IC4] + 0=边沿 0=级联 0=不需要ICW4 + 1=电平 1=单片 1=需要ICW4 +``` + +> [!info] ICW1 标志位 +> D4 位 **固定为 1**，这是识别 ICW1 的标志。写入时 A0 必须为 0（偶地址端口）。 + +#### ICW2（奇地址端口，A0=1） + +ICW2 提供 **中断类型码的高 5 位**（T7~T3），低 3 位由 8259A 自动填入 IR 编码。 + +``` +中断类型码 = T7 T6 T5 T4 T3 [IR2 IR1 IR0] + ↑ 自动填充 +``` + +> [!example] ICW2 计算示例 +> **要求**：IR0~IR7 对应中断类型码 80H~87H +> +> 80H = `1000 0000B`，高 5 位 = `10000` +> +> ICW2 = **80H** +> +> 验证：IR0 → 80H, IR1 → 81H, ..., IR7 → 87H ✓ + +#### ICW3（奇地址端口，仅级联时需要） + +- **主片**：某位=1 表示对应 IR 引脚连接了从片 +- **从片**：低 3 位表示从片的 INT 输出接到主片的哪个 IR 引脚 + +#### ICW4（奇地址端口，按需） + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + 0 0 0 [SFNM] [BUF] [M/S] [uPM] + 0=普通 0=非缓冲 0=从片 0=8080/8085 + 1=特殊全嵌套 1=缓冲 1=主片 1=8086/8088 +``` + +> [!warning] 8086 系统中 ICW4 必须写 +> 8086/8088 系统下，ICW4 的 D0=1（uPM=1，表示 8086 模式）是必须的。考试中常见最小初始化序列为：ICW1 → ICW2 → ICW4。 + +### 3. 操作命令字（OCW） + +8259A 有 **3 个操作命令字**，在初始化完成后的工作过程中写入： + +| OCW | 端口 | 功能 | +|-----|------|------| +| **OCW1** | 奇地址 (A0=1) | 设置中断屏蔽字（直接写入 IMR） | +| **OCW2** | 偶地址 (A0=0) | 控制中断结束方式和优先级轮换 | +| **OCW3** | 偶地址 (A0=0) | 设置特殊屏蔽、读寄存器命令 | + +> [!info] EOI 命令 +> OCW2 中的 **EOI（End of Interrupt）** 命令用于在中断服务程序结束时清除 ISR 中对应的位： +> - **普通 EOI**：OCW2 = 20H（非自动 EOI 模式下必须手动发送） +> - **特殊 EOI**：指定要清除的 ISR 位 + +### 4. 中断响应过程 + +```mermaid +sequenceDiagram + participant P as "外设" + participant I as "8259A" + participant C as "CPU" + P->>I: "IRi 引脚产生中断请求" + Note over I: "IRR 对应位置 1" + Note over I: "PR 判别优先级" + I->>C: "INT = 1" + C->>I: "第一个 INTA 脉冲" + Note over I: "ISR 对应位置 1, IRR 对应位清 0" + C->>I: "第二个 INTA 脉冲" + I->>C: "送出中断类型码 (D0~D7)" + Note over C: "根据类型码查向量表, 跳转 ISR" +``` + +> [!warning] 两个 INTA 脉冲的作用不同 +> - **第一个 INTA**：8259A 内部操作（置 ISR、清 IRR），CPU 此时还未获取类型码 +> - **第二个 INTA**：8259A 将中断类型码送上数据总线，CPU 读取后计算向量表地址 + +### 5. 中断向量表 + +8086 的中断向量表位于内存最低地址 **00000H~003FFH**（共 1KB），可存放 256 个中断向量。 + +$$ +中断向量地址 = 中断类型号 \times 4 +$$ + +每个向量占 4 字节：**低 2 字节 = IP，高 2 字节 = CS**。 + +```mermaid +graph LR + A["类型号 N"] -- "x4" --> B["向量地址 N*4"] + B --> C["IP 低字节"] + B --> D["IP 高字节"] + B --> E["CS 低字节"] + B --> F["CS 高字节"] +``` + +### 6. 优先级管理方式 + +| 方式 | 特点 | 适用场景 | +|------|------|----------| +| **全嵌套**（默认） | IR0 最高 → IR7 最低，固定不变 | 大多数应用 | +| **自动轮换** | 服务完的中断降为最低优先级 | 公平服务 | +| **特殊全嵌套** | 允许同级中断嵌套 | 级联系统的主片 | + +> [!question] 全嵌套方式下，IRQ5 正在服务，哪些中断可以打断它？ +> 答：只有优先级更高的 IRQ0~IRQ4 可以打断。IRQ6 和 IRQ7 必须等待 IRQ5 服务完成后才能获得响应。 + +### 7. 级联扩展 + +| 配置 | 中断级数 | 说明 | +|------|:--------:|------| +| 单片 8259A | 8 级 | IR0~IR7 | +| 一主一从级联 | 15 级 | 从片占用主片 1 个 IR 端口（8+8-1=15） | + +### 8. 典型初始化程序 + +```asm +; 8259A 初始化示例 +; 端口地址：20H（偶地址，A0=0），21H（奇地址，A0=1） +; 中断类型码：80H~87H + +; ICW1：边沿触发，单片，需要 ICW4 +MOV AL, 13H +OUT 20H, AL + +; ICW2：中断类型码基址 = 80H +MOV AL, 80H +OUT 21H, AL + +; ICW4：8086 模式，非自动 EOI +MOV AL, 03H +OUT 21H, AL + +; OCW1：设置中断屏蔽字（可选） +MOV AL, 00H ; 允许所有中断 +OUT 21H, AL +``` + +> [!example] 中断服务程序模板 +> ```asm +> INT_ISR PROC FAR +> PUSH AX ; 保护现场 +> PUSH BX +> ; ... 中断处理逻辑 ... +> MOV AL, 20H ; 普通 EOI 命令 +> OUT 20H, AL ; 发送到 8259A +> POP BX ; 恢复现场 +> POP AX +> IRET ; 中断返回 +> INT_ISR ENDP +> ``` + +## 关联笔记 + +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8251A串行通信接口]] +- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]] diff --git a/接口与通讯技术/试题册/index.md b/接口与通讯技术/试题册/index.md index 59a33ab..39dd26e 100644 --- a/接口与通讯技术/试题册/index.md +++ b/接口与通讯技术/试题册/index.md @@ -48,7 +48,7 @@ quadrantChart ``` ## 关联笔记 -- [[接口与通讯技术/8255A可编程并行接口]] -- [[接口与通讯技术/8254定时计数器]] -- [[接口与通讯技术/8259A中断控制器]] -- [[接口与通讯技术/8251A串行通信接口]] +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[8251A串行通信接口]] diff --git a/接口与通讯技术/试题册/试题A.md b/接口与通讯技术/试题册/试题A.md index 1f92345..ee36855 100644 --- a/接口与通讯技术/试题册/试题A.md +++ b/接口与通讯技术/试题册/试题A.md @@ -384,7 +384,7 @@ create time: 2026-06-26 22:20 --- ## 关联笔记 -- [[接口与通讯技术/8255A可编程并行接口]] -- [[接口与通讯技术/8254定时计数器]] -- [[接口与通讯技术/8259A中断控制器]] -- [[接口与通讯技术/8251A串行通信接口]] +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[8251A串行通信接口]] diff --git a/接口与通讯技术/试题册/试题B.md b/接口与通讯技术/试题册/试题B.md index ef789db..8cc0838 100644 --- a/接口与通讯技术/试题册/试题B.md +++ b/接口与通讯技术/试题册/试题B.md @@ -375,8 +375,8 @@ create time: 2026-06-26 22:20 --- ## 关联笔记 -- [[接口与通讯技术/8255A可编程并行接口]] -- [[接口与通讯技术/8254定时计数器]] -- [[接口与通讯技术/8259A中断控制器]] +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] - [[接口与通讯技术/DMA控制器8237A]] -- [[接口与通讯技术/8251A串行通信接口]] +- [[8251A串行通信接口]] diff --git a/接口与通讯技术/试题册/试题C.md b/接口与通讯技术/试题册/试题C.md index 13a3d54..bb60fd3 100644 --- a/接口与通讯技术/试题册/试题C.md +++ b/接口与通讯技术/试题册/试题C.md @@ -568,6 +568,6 @@ create time: 2026-06-26 22:20 --- ## 关联笔记 -- [[接口与通讯技术/8255A可编程并行接口]] -- [[接口与通讯技术/8254定时计数器]] -- [[接口与通讯技术/8259A中断控制器]] +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] diff --git a/接口与通讯技术/试题册/试题D.md b/接口与通讯技术/试题册/试题D.md index e9e35c2..3e18071 100644 --- a/接口与通讯技术/试题册/试题D.md +++ b/接口与通讯技术/试题册/试题D.md @@ -425,7 +425,7 @@ create time: 2026-06-26 22:20 > 解析：计数初值 = 1MHz / 1kHz = 1000 = 03E8H。控制字 36H 各位含义：D7D6=00 选择计数器 0，D5D4=11 先低后高读写，D3D2=011 方式 3（方波发生器），D0=0 二进制计数。先写低字节（E8H），再写高字节（03H）到计数器 0 的端口 20H。 ## 关联笔记 -- [[接口与通讯技术/8255A可编程并行接口]] -- [[接口与通讯技术/8254定时计数器]] -- [[接口与通讯技术/8259A中断控制器]] -- [[接口与通讯技术/8251A串行通信接口]] +- [[8255A可编程并行接口]] +- [[8254定时计数器]] +- [[8259A中断控制器]] +- [[8251A串行通信接口]]