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1、第七章 可编程并行接口8255A,7.1并行接口的概述7.2 可编程并行接口8255A7.3 8255A的0方式及其应用7.4 8255A的1方式及其应用7.5 8255A的2方式及其应用,2,CPU与外设之间的信息传送都是通过接口电路来进行的。计算机与外部设备、计算机与计算机之间交换信息称之为计算机通信,计算机通信可分为两大类：并行通信：8位或16位或32位数据同时传输，速度快，信息 率高，成本高串行通信：一位一位数据传送(在一条线上顺序传送)，成本低 实现并行通信的接口就是并行接口。,7.1并行接口的概述,一、串行与并行通信,3,并行接口最基本的特点是在多根据数据线上以数据字节（字）为单位
2、与I/O设备或被控对象传送信息。如:打印机接口，A/D、D/A转换器接口，IEEE-488接口，开关量接口，控制设备接口等。在并行接口中，除了少数据场合之外，一般都要求在接口与外设之间设置并行数据线的同时，至少还要设置两根握手（联线）信号线，以便进行互锁异步握手方式（即查询方式）的通信。在并行接口中，8位或16位是一起行动的，因此，当采用并行接口与外设交换数据时，即使是只用到其中的一位，也是一次输入/输出8位或16位。并行传送信息，不要求固定的格式，这与串行传送的数据格式的要求不同。,二、并行接口的特点,对于各种型号的CPU都有与其配套的并行接口芯片。如Intel公司8255A（PPI），Zi
3、log公司Z-80PIO，MC6820（PIO）等，它们的功能虽有差异，但工作原理基本相同。,7.2 可编程并行接口8255A,一、8255A的外部特性和内部结构,1.8255A的基本特性具有两个8位（A口和B口）和两个4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片。能适应CPU与I/O接口之间的多种数据传送方式的要求。,PC口的使用比较特殊，除作数据口外，当工作在1方式和2方式时，它的大部分引脚被分配作专用联络信号；PC口可以进行按位控制；在CPU读取8255A状态时，PC口又作1，2方式的状态口用，等等。可执行功能很强，内容丰富的命令（方式字和控制字）为用户如何根据外界条件（I/O设备需要
4、哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用8255A构成多种接口电路，组成微机应用系统提供了灵活方便的编程环境。8255芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄器组成。,2.8255A的外部引线与内部结构 8255A是一个单+5V电源供电，40个引脚的双列直插式组件，其外部引线如图所示。（1）外部引脚与系统总线的连接信号面向数据总线的有：D0D7：双向数据线，用于CPU向8255A发送命令、数据和8255A向CPU回送状态、数据和8255A向CPU回送状态、数据。面向地址总线的有：,8255A引脚,RD：读信号，低电平有效。WR：写信号，低电平有效。RESET：复位信号，高电平有效。它清除控
5、制寄存器并将8255A的A、B、C三个端口均置为输入方式；输入寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24条面向外设信号线呈现高阻悬浮状态。,与外部设备的连接信号 PA0PA7：端口A的输入/输出线。PB0PB7：端口B的输入/输出线。PC0PC7：端口C的输入/输出线。这24根信号线均可用来连接I/O设备和传送信息。其中，A口和B口只作输入/输出的数据口用，尽管有时也利用它们从I/O设备读取一些状态信号，如打印机的“忙”（Busy）状态信号、A/D转换器的“转换结束”（EOC）状态信号，但对A口和B口来说，都是作8255A的数据口读入，而不是作8255A的状态口读入的。,C口的作用与82
6、55A的工作方式有关，它除了作数据口以外，还有其他用途，故C口的使用比较特殊，单独介绍如下：a.作数据口。b.作状态口。c.作专用（固定）联络（握手）信号线。d.作按位控制用。（2）内部结构8255A的内部结构如图所示。它由以下4个部分组成。,数据总线缓冲器。这是一个三态双向8位缓冲器，它是8255A与CPU系统数据总线的接口。读/写控制逻辑。读/写控制逻辑由读信号RD、写信号WR、选片信号CS以及端口选择信号A1A0等组成。输入/输出端口A、B、C。8255A包括3个8位输入输出端口（port）。每个端口都有一个数据输入寄存器和一个数据输出寄存器。A组和B组控制电路。控制A、B和C三个端口的
7、工作方式。,表7.1 8255A基本操作与端口地址,二、8255A的编程命令1.方式命令作用：指定8255A的工作方式及其方式下3个并行端口（PA、PB、PC）的功能，是作输入还是作输出。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写1，其余各位定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0。,例1：要把A口指定为1方式，输入，C口上半部为输出；B组指定为0方式，输出，C口下半部定为输入，则工作方式命令代码是：10110001B或B1H。若将此命令代码写到8255A的命令寄存器，即实现了对8255A工作方式及端口功能的指定，或者说完成了对8255A的初始化。初始化的程序段为：MOV DX，203H；825
8、5A命令口地址 MOV AL，0B1H；初始化命令 OUT DX，AL；送到命令口,2.按位置位/复位命令作用：指定PC口的某一位（某一个引脚）输出高平或低电平。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写0，其余各位的定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0.,例2：若要把C口的PC2引脚置成高电平输出，则命令字应该为00000101B或05H。将该命令的代码写入8255A的命令寄存器，就会使得从PC口的PC2引脚输出高电平，其程序段为：MOV DX，203H；8255A命令口地址 MOV AL，05H；使PC2=1的命令字 OUT DX，AL；送到命令口 如果要使引脚PC2输出低电位，则程序段
9、为：MOV DX，203H；8255A命令口地址 MOV AL，04H；使PC2=0的命令字 OUT DX，AL；送到命令口,利用C口的按位控制特性还可以产生、负脉冲或方波输出，对外设进行控制。例3：利用8255A的PC7产生负脉冲，作打印机接口电路的数据选通信号，其程序段为：MOV DX，203H；8255A命令口 MOV AL，00001110B；置PC7=0 OUT DX，AL NOP；维持低电平 NOP MOV AL，00001111B；置PC7=1 OUT DX，AL,3.关于两个命令的讨论 方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能进行指定，即进行初始化，初始工作要在使用82
10、55A之前做。按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它产不破坏已经建立的3种工作方式，而是对它们实现动态控制的一种支持。它可放在初始化程序以后的任何地方。两个命令的最高位（D7）都分配作了特征位，之所以要设置特征位，是为了识别两个不同的命令。按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。,4.A口和B口另一个使用方法 A口、B口也可以按位输出高低电平，但是，它与前面的按位置位/复位命令有本质的差别，并且实现的方法也不同，。C口按位输出是以送数据到A口、B口来实现的。其具体作法是：若要使某一位置高电平，则先对端口进行读操作，将读入的原输出值，“或”上一个字节，字节中使该位为1，其他位为0，
11、然后再送到同一端口，即可使该位为0，然后再送到同一端口，即可使该位置位。,例4：若要使PA7位输出高/低电平，则用下列程序段：使PA7输出高电平.MOV DX，200H；PA数据口地址 IN AL，DX；读入A口原输出内容 MOV AH，AL；保存原输出内容 OR AL，80H；使PA7=1 OUT DX，AL；输出PA7 MOV AL，AH；恢复原输出内容 OUT DX，AL,使PA7输出低电平MOV DX，200H；A口地址IN AL，DX；读入端口原输出值MOV AH，AL；保存原输出值AND AL，7FH；使PA7=0OUT DX，AL；输出PA7 MOV AL，AH；恢复原输出内容O
12、UT DX，AL,三、8255A的工作方式 8255A的工作方式与端口有关，PA口有三种方式（0方式、1方式、2方式），PB口和PC口只有两种方式（0方式、1方式)。,23,7.3 8255A的0方式及其应用,一、特点0方式是一种基本输入/输出工作方式。通常不用联络信号，或不使用固定的联络信号。基本I/O方式是指查询方式传送，也包括无条件传送。在0方式下，彼此独立的两个8位和两个4位并行口，都能被指定作为输入或者输出用，共有16种不同的使用状态。,在0方式下不设置专用联络信号线，需要联络时，可由用户任意指定C口中的哪 根线完成某种联络功能，这与后面要讨论的在1方式、2方式下设置固定的专用联络信
13、号线不同。是单向I/O，一次初始化只能指定端口（PA、PB和PC）作输入或输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。二、并行打印机接口设计1.要求 为某应用系统配置一个并行打印机接口，并且通过接口CPU采用查询方式把存放在BUF缓冲区的256个字（ASCII码）送去打印。,2.分析 由于打印接口直接面向的对象是打印机接口标准，而不是打印机本身，因此打印机接口要按照接口标准的要求进行设计。有关打印机接口标准的信号线定义和工作时序如下。,过程:采用查询方式时，打印机与CPU之间传送数据的过程是：首先查询BUSY。若BUSY=1，打印机忙，则等待；若BUSY=0，打印机不忙，则送数据。通过并行接口把数
14、据送给标准插座DATA BIT1DATA BIT8 数据线上，此时数据并未送入打印机。再送出一个数据选通信号DATA STROBE-（负脉冲）给 标准插座的1号引脚，把数据线上的数据打入到打印机的内部缓冲器。打印机在收到数据后，通过插座的11号引肢发出“忙”（BUSY=1）信号，表明打印机正在处理输入的数据。最后在10号引脚上送出一个回答信号ACK-给主机，表示上一个字符已经处理完毕。,3.设计接口电路的设计包括硬件接口电路和软件驱动程序两部分。打印机接口电路。打印机接口电路原理框图如图所示。该电路的设计思路是：按照并行打印接口标准对打印机接口信号线的定义，最基本的信号线需要8根数据线（DAT
15、ABIT18）,1根控制线（STB），1根状态线（BUSY）和1根地线。选用8255A的PA口作数据口输出8位打印数据，工作方式为0方式。接口驱动程序。其程序流程图如右图所示。驱动程序的程序段如下：,CODE SEGMENTASSUME CS：CODE，DS：CODEORG100HSTART：MOV AX，CODE MOV CS，AX MOV DS，AX MOV DX，203H；8255A命令口 MOV AL，10000001B；工作方式字 OUT DX，AL；（A口0方式，输出，C4C7 输出，C0C3输入）,MOV AL，00001111B；PC7位置高，使STB-=1OUT DX，ALM
16、OV SI,OFFSET BUF；打印字符内存首地址MOV CX，OFFH；打印字符个数MOV DX，202H；PC口地址IN AL，DX；查BUSY=0？（PC2=0）AND AL，04H;00000100B JNZ L；忙，则等待；不忙，则向A口送数MOV DX，200H；PA口地址MOV AL，SI；从内存取数OUT DX，AL；送数据到A口MOV AL，203H；8255A命令口MOV AL，00001110B；置STB-信号为低（PC7=0）,L:,OUT DX，ALNOP；负脉冲宽度（延时）NOPMOV AL，00001111B；置STB-为高（PC7=1）OUT DX，ALINC
17、 SI；内存地址加1DEC CX；字符数减1JNZ L；未完，继续MOV AX，4C00H；已完，退出INT 21H BUF DB 256个ASCII字符代码CODE ENDSEND START,7.4 8255A的1方式及其应用一、特点 1方式是一种选通输入/输出方式或叫应答方式，因此，需设置专用的联络信号线或应答信号线，以便对I/O设备和CPU两侧 进行联络。这种方式通常用于查询（条件）传送或中断传送。数据的输入输出都有锁存功能。PA和PB为数据口，而PC口的大部分引脚分配作专用（固定）的联络信号的C口引脚，用户不能再指定作其他作用。各联络信号线之间有固定的时序关系，传送数据时，要严格按照
18、时序进行。,输入/输出操作过程中，产生固定的状态字，这些状态信息可作为查询或中断请求之用。状态字从PC口读取。单向传送。一次初始化只能设置在一个方向上传送，不能同时作两个方向的传送。二、1方式下联络信号线的定义及其时序1方式下输入的联络信号线定义及时序（1）联络信号的定义 因为输入是从I/O设备向8255A送数据进来，所以I/O设备应先把数据准备好，并送到8255A，然后CPU再从8255A读取数据。这个传递过程中需要使用一些联络信号线。所以当A口和B口为输入时，各指定了C口的3根线作为8255A与外设及CPU之间应答信号，如图所示。STB：外设给8255A的“输入选通”信号，低电平有效。,1
19、方式输入时联络信号线定义,IBF：8255A给外设的回答信号“输入缓冲器满”，高电平有效。INTR：8255A给CPU的“中断请求”信号，高电平有效。,（2）1方式输入的工作时序 1方式的工作时序如图和表7.3所示。其信号交接过程如下：,数据输入时，外设处于主动地位，当外设准备好数据并放到数据线上后，首先发STB信号，由它把数据输入到8255A。在STB的下降沿约300ns，数据已锁存到8255A的缓冲器后，引起IBF变高，表示8255A的“输入缓冲器满”，禁止输入新数据。,表7.3 1方式输入工作时序表,在STB的上升沿约300ns后，在中断允许（INTE=1）的情况下IBF的高电平产生中断
20、请求，使INTR上升变高，通右CPU，接口中已有数据，请求CPU读取。CPU得知INTR信号有效之后，执行读操作时，RD信号的下降沿使INTR复位，撤消中断请求，为下一次中断请求作好准备。从上述分析，可知在1方式下，数据从I/O设备发出，通过8255A，送到CPU的整个过程有如下4步：,CPU,8255A,I/O设备,STB,INTR,IBF,RD,2.1方式下输出的联络信号线定义及时序（1）联络信号的定义,（2）1方式输出的工作时序1 方式输出的工作时序，如图所示。,1方式输出时工作时序,其信号交接的过程如下：数据输出时，CPU应先准备如数据，并把数据写到8255A输出数据寄存器。当CPU向
21、8255A写完一个数据后，WR的上升沿使OBF有效，表示8255A的输出缓冲器已满，通知外设读取数据。并且WR使中断请求INTR变低，封锁中断请求。外设得到OBF有效的通知后，开始读数。当外设读取数据后，用ACK回答8255A，表示数据已收到。ACK的下降沿将OBF置高，使OBF无效，表示输出缓冲器变空，为下一次输出作准备，在中断允许（INTE=1）的情况下ACK上升沿使INTR变高，产生中断请求。CPU响应中断后，在中断服务程序中，执行OUT指令，向8255A写下一个数据。,从上述分析，在1方式下，数据从CPU，通过8255A送到I/O设备有4步：,三、1方式的状态字状态字的作用 在1方式下
22、8255A有固定的状态字。状态字为查询方式提供了状态标志位，如IBF和OBF，同时，由于8255A不能直接中断矢量，因此当8255A采用中断方式时，CPU也要通过读状态字来确定中断源，实现查询中断。,2.状态字的格式状态字的格式如图所示。,状态字有8位，分A和B两组，A组状态位占高5位，B组状位占低3位，并且输入和输出时的状态字不相同。3.使用状态字时要注意的几个问题状态字是在8255A输入/输出操作过程中由内部产生，从C口读取的，因此从C口读出的状态字是独立于C口的外部引脚的，或者说与C口的外部引脚 无关。状态字中供CPU查询的状态位有：输入时-IBF位和INTR位；输出-OBF位和INTR
23、位。状态字中的INTE位，是控制标志位，是控制标志位，控制8255A能否提出中断请求，因此它不是I/O操作过程中自动产生的状态，而是由程序通过按位置位/复位命令来设置或清除的。,例：若允许PA口输入时，产生中断请求，则必须设置INTEA=1，即置PC4=1；若禁止它产生中断请求，则置INTEA=0，即置PC4=0，其程序段为：MOV DX，203H；8255A命令口 MOV AL，00001001B；置PC4=1，允许中断请求 OUT DX，AL MOV AL，00001000B；置PC4=0，禁止中断请求 OUT DX，AL五、两种方式并行传送接口设计1.要求 在甲乙两台微机之间并行传送1K
24、字节数据。甲机发送，乙机接收。甲机一侧的8255A采用1方式工作，乙机一侧的8255A采用0方式工作。两机的CPU与接口之间都采用查询方式交换数据。,2.分析 双机均采用可编程并行接口芯片8255A构成接口电路，只是8255A的工作方式不同。此时，双方的8255A把对方视为I/O设备。3.设计（1）硬件连接 根据上述要求，接口电路的连接如图所示。（2）软件编程 接口驱动程序包含发送与接收两个程序。,甲机发送程序段：MOV DX，203H；8255A命令口MOV AL，10100000B；初始化工作方式字OUT DX，AL MOV AL，00001101B；置发送中断允许INTEA=1OUT D
25、X，AL；PC6=1MOV SI，OFFSET BUFS；设置发送数据区的指针MOV CX，3FFH；发送字节数MOV DX，200H；向A口写第一个数，产生第一;个 OBF-信号MOV AL，SI；送给乙方，以便获取乙方的ACK-信号OUT DX，AL,INC SI；内存地址加1 DEC CX；传送字节数减1L：MOV DX，202H；8255A状态口 IN AL，DX；查发送断请求INTRA=1？AND AL，08H；PC3=1？JZ L；若无中断请求，则等待；若有中断请求，则向A口写数 MOV DX，200H；8255APA口地址 MOV AL，SI；从内存取数 OUT DX，AL；通过
26、A口向乙机发送第二个数据 INC SI；内存地址加1,DEC CX；字节数减1 JNZ L；字节未完，继续 MOV AH，4CH；已完，退出 INT 21H；返回 BUFS DB 1024个数据乙机接收程序段：（略）,50,7.5 8255A的2方式及其应用,一、特点PA口为双向选通输入/输出或叫双向应答式输入/输出。一次初始化可指定PA口既作输入口又作输出口。设置专用的联络信号线和中断请求号信线，因此，2方式下可采用中断方式和查询方式与CPU交换数据。各联络线的定义及其时序关系和壮态基本上是在1方式下输入和输出两种操作的组合。,二、2方式下联络信号线的定义及其时序1.联络信号线的定义,2方式
27、是一种双向选通输入输出方式，它把A口作为双向输入/输出口，把C口的5根线（PC3PC7）作为专用应答线，所以，8255A只有A口才有2方式。其引脚定义如图所示。,2.工作时序 2方式的时序关系如图所示。,三、2方式的状态字 2方式的状态字的含义是在1方式下输入和输出状态位的组合，不再述。四、中断方式的双向并行接口设计1.要求 主从两个微机进行并行传送，共传送256个字节。主机一侧的8255A采用2方式并且用中断方式传送数据。从机一侧8255A工作在0方式，采用查询方式传送数据。3.设计（1）硬件设计 由图可知主机一侧的8255A的PA口作双向传送，既输出又输入，它的中断请示线接到8259A的IR2上。从机一侧的8255A的PA和PB口是单向传送，分别作输出和输入。（2）软件设计,55,本 章 结 束，谢谢您的合作！,
