微型计算机原理及其应用第八章并行通信和并行接口.ppt

1,微型计算机原理及其应用 第八章：并行通信和并行接口8255A,合肥工业大学计算机与信息学院,2,第八章：并行通信和并行接口8255A,可编程接口芯片概述 串行通信和并行通信 可编程并行接口芯片8255A,3,第八章：并行通信和并行接口8255A,可编程接口芯片概述 串行通信和并行通信 可编程并行接口芯片8255A,4,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,可编程接口芯片概述,5,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,可编程接口芯片概述 CPU要同外设交换信息，必需通过接口电路，一般在接口电路中应具有如下电路单元： (1)输入/输出数据锁存器和缓冲器：解决CPU与外设之间速度不匹配的矛盾，以及起隔离和缓冲的作用； (2)控制命令和状态寄存器：存放CPU对外设的控制命令，以及外 设的状态信息； (3)地址译码器：用来选择接口电路中的不同端口(寄存器)； (4)读写控制逻辑：产生内部读写控制命令； (5)中断控制逻辑：产生可屏蔽中断请求信号。,6,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,可编程接口芯片概述,7,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,可编程接口芯片概述 用于微机输入输出的接口芯片种类极多，功能各异。 按功能选择的灵活性来分，可分为可编程接口芯片和不可编程的接口芯片。 可编程：能通过指令指定接口的功能和运行控制参数等。 按接口的通用性来分，可分为通用接口芯片和专用接口芯片。,8,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,片选概念 同内存储器的读/写操作相仿，必须要有一个地址信号选中接口芯片后，才能使该接口芯片进入电路工作状态，实现数据的输入输出。CPU的8条地址线A7A0形成地址，通过地址译码器输出到接口芯片的选通端CE#(或片选端CS#)。CE#端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。片选究竟是高电平有效(标为CE)还是低电平有效(标为CE#)由接口芯片决定。只有CE#(或CE)被选中后，CPU才能通过该芯片与对应的I/O设备传送数据。,9,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,读/写的概念 使输入口信息由数据总线进入CPU，何时读入CPU，由RD#控制。 输入指令：IN AL(AX) ;口地址 指令执行过程：CPU内的指令寄存器和译码器分析此指令代码后，知道是I/O设备的读操作，就将口地址(8位)送上地址总线A7A0，经CPU外的地址译码器译码后，产生片选信号，送输入口CE#端，同时还将M/IO#=0和RD#=0信号送到输入口，输入口把输入设备的数据送上数据总线，由CPU读入AL或AX。,10,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,读/写的概念,11,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,读/写的概念 对于输出口，当地址信息稳定后，写信号WR*=0及M/IO*0，通知接口芯片，片选信号CE*已稳定，输出口己与数据总线接通，CPU可进行I/O设备的写操作，发出WR*=0，M/IO*=0。这样，M/IO*、WR*、CE*以及数据总线DB构成输出口的必备引脚。 输出指令：OUT AL(AX) ;口地址 CPU内的指令寄存器和译码器分析此指令代码后，知道是I/O设备的写操作，就将口地址(8位)送上地址总线A7A0，经CPU外的地址译码器译码后，产生片选信号，送输出口CE*端，同时还将M/IO*=0和WR*=0信号送到输出口，CPU把AL或AX中的数据送上数据总线，由CPU写入输出口。,12,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,可编程接口的概念 目前所用的接口芯片大部分是多通道、多功能的。 多通道：一个接口芯片一面与CPU连接，另一面可接几个外设。 多功能：一个接口芯片能实现多种接口功能。接口芯片中的各硬件单元不是固定接死的，可编程控制。 编程控制：通过计算机指令选择通用接口中的不同通道和不同功能。 可编程接口芯片：功能组态(电路的工作状态)可由计算机指令编程控制的芯片。,13,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,联络的概念 CPU通过接口芯片同外设交换信息时，接口芯片常常需要和外设间有一定的“联络”信号，以保证信息的正常传送。 STB#：Strobe，选通，=0表示外设收到或发出数据。 RDY：Ready，就绪，=1表示接口芯片中数据寄存器已空； =0表示接口芯片中数据寄存器已满。,14,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,联络的概念 外设把数据送上接口芯片端口后，用STB#信号有效打入接口芯片输入寄存器，在STB#的后沿，置RDY=0，表明输入寄存器已有数据。外设接收RDY=0后暂不送新数，CPU发出读数指令，读入该数据，并使RDY=1。然后又开始新一轮的输入操作。,15,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,联络的概念 CPU发写命令，将数据写入输出接口中，然后将RDY=1，通知I/O取数据，I/O取走数据后，将STB#=0，其后沿将RDY=0，开始新一轮的数据输出过程。,16,第八章：并行通信和并行接口8255A可编程接口芯片概述,通用接口芯片的常用引脚 DB7DB0: 数据总线，与CPU交换数据用； WR#:写信号； RD#:读信号； AB:地址总线； CE#:片选信号； INT#:可屏蔽中断请求信号； D7D0:数据线，与外设交换数据用； RDY:就绪信号,=1接口芯片中数据寄存器已空； STB#:选通信号,=0表示外设收到或发出数据。,17,第八章：并行通信和并行接口8255A,可编程接口芯片概述 串行通信和并行通信 可编程并行接口芯片8255A,18,第八章：并行通信和并行接口8255A串行通信和并行通信,在计算机领域中有两种数据通信方式：串行传送和并行传送。 并行传送：数据在多条并行1位宽的传输线上同时由源传送到目的。以1字节的数据为例，在并行传送中，1字节的数据通过8条并行传输线同时由源传送到目的。 串行传送：数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送。以1字节为例，在串行传送中，1字节的数据要通过一条传输 线分8次由低位到高位按顺序一位一位地传送。,19,第八章：并行通信和并行接口8255A串行通信和并行通信,20,第八章：并行通信和并行接口8255A串行通信和并行通信,串行通信和并行通信比较 距离：并行近距离传送（通常小于30米） 串行远距离传送（几米数千公里） 速度：二者的传送速率与距离成反比，但在短距离内并行快得多。 设备费用：随着大规模和超大规模集成电路的发展、逻辑器件价格趋低，而通信线路费用趋高，因此对远距离通信而言，串行通信的费用显然会低得多。另一方面串行通信还可利用现有的电话网络来实现远程通信，降低了通信费用。,21,第八章：并行通信和并行接口8255A,可编程接口芯片概述 串行通信和并行通信 可编程并行接口芯片8255A,22,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,概述 Intel8255A是一种通用的可编程序并行I/O接口芯片，又称“可编程外设接口芯片”，是为Intel8080/8085系列微处理据设计的，也可用于其它系列的微机系统。可由程序来改变其功能，通用性强、使用灵活。通过8255A，CPU可直接同外设相连接，是应用最广的并行I/O接口芯片。 含3个独立的8位并行输入/输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力。可通过编程设置各端口的工作方式和数据传送方向(入/出/双向)。,23,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的内部结构,24,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的内部结构 数据总线缓冲器：三态8位双向缓冲器，与系统数据总线连接的缓冲部件；传送数据、控制字、状态字的通道。 3个8位数据端口(PA、PB、PC)：通常PA口与PB口用作输入输出的数据端口，PC口用作数据传输或提供联络线的端口。在方式字的控制下，PC口可以分成两个4位的端口，其中PC7PC4同端口A配合使用， PC3PC0同端口B配合使用。 A组、B组控制电路：这两组控制电路根据CPU发出的方式选择控制字来控制8255A的工作方式，每个控制组都接收来自读写控制逻辑的“命令”，接收来自内部数据总线的“控制字”，并向与其相连的端口发出适当的控制信号。A组控制电路控制PA口和PC口高4位，B组控制电路控制PB口和PC口低4位。 读/写控制逻辑：用来管理数据、控制字和状态字的传送，接收系统总线发来的有关信号，并向A、B两组控制部件发送命令。,25,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的引脚功能 DIP封装，共40个引脚。 1. 连接系统总线的主要引脚 D0D7：数据线，双向，连CPU数据总线； RESET：复位输入，接系统总线的RESET； CS*：片选控制输入，接译码器； RD*：读命令输入，接CPU的RD*或IOR*； WR*：写命令输入，接CPU的WR*或IOW*； A0，A1：片内端口地址输入，可选4个片内 端口。接AB的任2位。,26,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的引脚功能 A1、A0端口选择情况，见右表 由CS*、A1、A0、RD*、WR*引脚的不 同组合，实现各种不同的功能。见下表：,27,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的引脚功能 2. 连接外设端的引脚 PA0PA7：A口外设数据线，接外设； PB0PB7：B口外设数据线，接外设； PC0PC7：C口外设数据线或联络线，接外设。,28,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A与系统的连接示意图,29,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式 方式0基本输入/输出方式（A、B、C口） 方式1选通工作方式（A、B口） 方式2双向选通传送方式（仅A口） 某端口工作于哪一种方式，可通过软件编程来指定。即向8255写入方式控制字来决定其工作方式。,30,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式0(基本输入/输出方式) 特点： 8255A相当于三个独立的8位数据口。 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端口即可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口。 设置为输出口时有锁存能力，设置为输入口时无锁存能力。 适用于： 无条件输入输出方式。 查询输入输出方式：把A、B口作为8位数据的输入或输出口，C口的高/低4位分别定义为A、B口的控制位和状态位。,31,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式0(基本输入/输出方式) IN AL,PORT 外设将数据送到8255输入缓冲器中； CPU给出有效的8255地址； CPU发读命令，将8255A输入缓冲器中数据读入CPU的AL寄存器中。,32,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式0(基本输入/输出方式) 方式0输入时序：,有效,33,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式0(基本输入/输出方式) OUT PORT,AL CPU给出有效的8255地址； CPU发写命令，将CPU的AL寄存器中数据写入8255A输出锁存器中。,34,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式0(基本输入/输出方式) 方式0输出时序：,有效,35,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) 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。 特点： A、B口作输入或输出口，C口分为两部分，其部分位（6位）固定用作A口、B口的选通控制信号。 C口的剩余位仍可作数据位使用。 A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同。 方式1的应用： 主要用于中断控制方式下的输入输出。 说明：C口除部分位用作选通信号外，其余位(2位)可工作在方式0下，作 为输入或输出线，用程序指定其数据传送方向。,36,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) A、B口都设为方式1输入 C口的联络信号： STB#选通信号，由外设输入。=0时， 将外设数据送入8255的输入锁存器。 A组 对应PC4；B组对应PC2。 IBF输入锁存器满信号，由8255A输出。 =1时通知外设输入的数据已写入缓冲器，此 时不能送下一个数据。此信号由STB#的前沿 产生。CPU用IN指令取走数据后（RD#的后 沿），此信号被清除。 A组对应PC5；B组对 应PC1。,37,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) A、B口都设为方式1输入 C口的联络信号： INTE中断允许，是否允许发出INTR请求。 INTE =1和IBF为高电平时，允许发出INTR请 求。无引出。 INTR中断请求，由8255A输出。中断允许 时，由STB#的后沿产生，向CPU请求中断，让 CPU读走输入锁存器中的数据。INTR信号由 RD#的前沿清除。 A组对应PC3；B组对应PC0。,38,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) 方式1输入时序：,39,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) A、B口都设为方式1输出 C口的联络信号： OBF#输出缓冲器满信号，8255A输出。 =0时通知外设取走数据。 A组对应PC7；B 组对应PC1 ACK#响应信号，外设输入。0时表示 外设已从数据端口取走数据。此信号使OBF# 变高。 A组对应PC6；B组对应PC2。,40,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) A、B口都设为方式1输出 C口的联络信号： INTRACK#上升沿产生，8255输出。=1 时请求CPU输出下一个数据(通常接到8259)。 A组对应PC3；B组对应PC0。 INTE中断允许位，INTE=1和OBF#为高 电平时，允许产生INTR信号。无引出。,41,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式1(选通工作方式) 方式1输出时序：,42,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式2(双向选通传送方式) 特点： 双向方式既是输入口，又是输出口。 利用C口的5条线提供传输联络信号。 类似于A口方式1下输入和输出的组合。工作时输入、输出都能锁存。 只有A口可工作在方式2下。 当A组工作在方式2时，B组可工作在方式0或方式1下。 应用： 可用于中断控制输入输出方式。 也可用查询方式与CPU联系。 当A口工作于方式2时，B口可工作于方式1（此时C口的剩余位刚好用作B口选通控制线）；B口也可工作于方式0（此时C口的剩余位只能用作方式0下的输入输出线）。,43,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式2(双向选通传送方式) C口的联络信号： STB#选通信号，由外 设输入。=0时，将外设数据 送入8255的输入锁存器。 对应PC4。 IBF输入锁存器满信号， 由8255A输出。=1时通知外 设输入的数据已写入缓冲器， 此时不能送下一个数据。此 信号由STB#的前沿产生。 CPU用IN指令取走数据后 （RD#的后沿），此信号被 清除。 对应PC5。,44,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式2(双向选通传送方式) C口的联络信号： OBF#输出缓冲器满信号， 8255A输出。=0时通知外设取 走数据。 对应PC7。 ACK#响应信号，外设输入。 0时表示外设已从数据端口取 走数据。此信号使OBF#变高。 对应PC6。 INTR输入时由STB#的后沿 产生，输出时由ACK#上升沿产 生，8255输出。=1提出中断请 求。 A组对应PC3。,45,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的工作方式方式2(双向选通传送方式) 方式2的时序：,46,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的初始化 可以利用软件编程确定8255的3个端口工作于何种方式下。 8255A的各种工作方式由CPU对8255A写入控制命令字来设定，这个过程称为“初始化”。 8255A有2种控制命令字： 方式选择控制字确定3个端口的工作方式； C口置位/复位控制字确定C口某一位的初始状态，或用于设置INTE位(方式1,2)。,47,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的初始化方式选择控制字,48,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的初始化C口置位/复位控制字,49,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的初始化方式选择控制字 在方式 1、2下，C口作为A口、B口联络信号的引脚，其动作关系在芯片设计和制造时已固定，不由用户自己安排，也不能编程改变。即C口作为联络信号的引脚：不受方式控制字的控制。该出则出，该入则入。,50,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A的初始化 MOV DX，387H ；设控制口地址 MOV AL，82H ；1 00 0 0 0 1 0 OUT DX，AL ；输出控制字 XOR AL，AL ；A口输出全0 MOV DX，384H ；设A口地址 OUT DX，AL ；输出到A口,51,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 例8-1打印机接口。为某应用系统配置一个并行打印机接口，并且通过接口CPU采用查询方式打印。已知欲打印数据存放在数据段中有效地址位2000H的单元中。8255的口地址位80H、81H、82H、83H。 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，主要是8位并行数据线DATA0DATA7，2条握手联络线STB#、ACK#和1条忙线BUSY。有关打印机接口工作时序见下图。,52,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 从图可见，当CPU通过接口要求打印机打印数据时，先要查看BUSY信号，BUSY0时，才能向打印机输出数据，在把数据送上DATA线后，先发STB#=0信号通知打印机，打印机接到STB#=0后，发出BUSY1，接收效据，当数据接收好并存入内部打印缓冲器后，送出ACK#=0信号，表示打印机已准备好接收新数据，并复位BUSY=0。,53,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 图中用8255A的PA口作为输出打印数据 口，工作于方式0，PC口高4位工作于输 出方式，PC6产生STB#信号；PC口低4位 工作于输入方式，PC2接收打印机的BUSY 信号。程序流程如右示。,54,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 MOV AL，81H ；工作方式字100001B OUT 83H，AL MOV AL， 0DH ；置/复位字 01101B PC0位置高，使STB#=1 OUT 83H，AL TESBY: IN AL，82H ；查BUSY=0？（PC2=0） TEST AL，04H ;00000100B JNZ TESBY ；忙，则等待；不忙，则向A口送数 MOV AL，2000H ；从内存取数 OUT 80H，AL ；送数据到A口 MOV AL，0CH ；00001100B置STB#信号为低（PC6=0） OUT 83H，AL NOP ；负脉冲宽度（延时） NOP INC AL ；置STB#为高（PC6=1） OUT 83H，AL,55,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 例8-2LED开关接口。8086CPU通过8255用开关与8段LED显示器的接口如图示。8255A PA口加驱动器接LED显示输出；PB口低4位接开关输入；PC口不用。8255A的A0、A1接地址总线的A1、A2，其端口地址为：0FFF8H、0FFFAH、0FFFCH、0FFFEH。要求：开关设置的二进制信息由8255A的PB口输入后，通过PA口输出给8段LED显示器，显示开关状态所对应的十六进制值，试编制其控制程序。,56,第八章：并行通信和并行接口8255A8255A,8255A应用举例 (1)控制字的设置 8255A的负载能力较小，PA输出口加驱动。 PA口设为方式0输出，PB口设为方式0输入。 由于地址总线的A0位未用，则82