第八章 并行输入输出系统8-2.ppt

1 第8章常用可编程接口芯片及应用 8 1可编程定时器 计数器82548 2常用可编程并行接口芯片及应用8 3可编程串行接口芯片及应用 2 1并行接口系统概述 2可编程并行接口芯片8255A 8 2并行输入 输出系统 3 并行接口系统概述 外部设备和主机之间进行数据交换 称为 数据通信 传输方式 串行通信 并行通信 串行通信 就是在一条传输线上一位一位地传送 外设通过串行接口与系统总线相连接 并行传送 同时在多条传输线上 数据以字节 字 为单位进行传输 外设通过并行接口与系统总线相连接 如打印机是通过并行接口与主机相连 需要指出的是 这里所说的串行 并行传送都是指接口与I O设备 或被控对象之间的数据传送方式 而不是指接口与CPU之间的数据传送方式 8 2并行输入 输出系统 4 并行接口系统概述 主要用于传输速率要求较高 而传输距离较短的场合 并行通信特点 速度快 信息率高 随着通信距离延长 线路成本不断上升 电磁干扰持续加大 适用场合 在一般计算机系统中 CPU与存储器之间 主机与显示器之间多采用并行通信方式 8 2并行输入 输出系统 5 一 内部结构 数据寄存器 控制寄存器 状态寄存器 其它控制电路 二 外部信号 1 与I O设备的接口信号 1 数据信号 用于接口电路与I O设备进行输入 输出数据 2 控制信号 用于接口电路向I O设备提供控制信号 3 状态信号 用于接口电路接收I O设备提供的状态信号 2 与CPU的接口信号 1 数据信息 用于实现接口电路与CPU的数据交换 2 地址信号 用于选择不同的接口电路以及接口电路内部不同的寄存器 3 读 写控制信号 用于确定CPU当前对接口电路的操作性质 是读或是写 4 中断应答信号 用于实现中断请求和中断响应操作 8 2并行输入 输出系统 并行接口系统概述 6 1 并行接口的输入过程 8 2并行输入 输出系统 并行接口系统概述 7 1 并行接口的输入过程 1 输入设备将数据送往I O接口 同时向接口发送数据输入选通 STB 信号 2 STB信号一方面将输入数据保存在接口内的输入寄存器 另一方面将接口内状态寄存器的输入数据就绪 READY 状态置位 供CPU查询 或者在中断控制方式下 向CPU发出数据输入中断请求 3 CPU通过查询状态得知数据进入接口或者收到中断请求后 执行输入指令读取数据 4 接口状态寄存器中的READY状态复位 同时向输入设备发送数据输入应答 ACK 信号 此后 周而复始 等待输入设备进入下一个数据输入过程 8 2并行输入 输出系统 并行接口系统概述 8 2 并行接口的输出过程 8 2并行输入 输出系统 并行接口系统概述 9 2 并行接口的输出过程 1 CPU执行输出指令 将数据送到接口中的数据输出寄存器 2 接口将寄存器中数据送往外设 同时向外设发出数据输出选通 STB 信号 并将接口内状态寄存器的设备忙 BUSY 状态置位 3 外设接收到数据 并将数据输出完成后 向接口发一个数据输出应答 ACK 信号 4 接口收到ACK信号 将状态寄存器中的设备忙 BUSY 状态复位 BUSY信号既可以作为状态信号供CPU查询 又可以作为向CPU发送的数据输出中断请求信号 此后 CPU可以开始进入下一个数据输出过程 8 2并行输入 输出系统 并行接口系统概述 10 1并行接口系统概述 2可编程并行接口芯片8255A 8 2并行输入 输出系统 11 8 2并行输入 输出系统 1 8255A内部结构和外部引脚2 8255A使用的控制字3 8255A的工作方式4 8255A应用举例 12 8 2可编程并行接口芯片8255 8 2 18255A的逻辑结构和引脚功能 一 逻辑结构 1 3个数据端口A B C8255A芯片内部有3个8位的输入输出接口 分别为A口 B口和C口 可用指令将它们分别设置成输入或输出端口 它们在结构和功能上有各自的特点 Intel8255是一个与Intel系列完全兼容的可编程并行接口芯片 它具有3个8位的I O端口 3种可编程工作方式 通常只需要少量的外部电路 便可实现CPU与外设之间的并行接口 13 逻辑结构 1 3个数据端口A B C 1 端口A 包含一个8位的数据输入锁存器和一个8位的数据输出锁存器 缓冲器 端口A无论用作输入口还是输出口 其数据均能受到锁存 2 端口B 包含一个8位的数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器 缓冲器 端口B作为输出口时 其数据能得到锁存 作为输入口时 它不具有锁存能力 因此 外设输入的数据必须维持到被CPU读取为止 8 2可编程并行接口芯片8255 3 端口C 包含一个8位的数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器 缓冲器 端口C作为输出口时 其数据能得到锁存 作为输入口时 它不具有锁存能力 14 逻辑结构 1 3个数据端口A B C端口A和端口B一般作为独立的I O口使用 与外设的数据线相连 端口C可以作为一个独立的8位I O口使用 也可以拆分为高4位和低4位端口 作为两个独立的4位I O使用 端口C拆分开的高4位和低4位还可以与端口A和端口B配合 用作它们的联络信号线 8 2可编程并行接口芯片8255 15 逻辑结构 2 A组控制 B组控制8255A将端口A B C分为两组 1 A组控制 端口A和端口C的高4位构成 2 B组控制 端口B和端口C的低4位构成 这两组控制电路一方面接收芯片内部总线上的控制字 一方面接收来自读写控制逻辑电路的读写命令 据此而决定两组端口的工作方式和读写操作 8 2可编程并行接口芯片8255 16 逻辑结构 3 数据总线缓冲器是一个双向三态的8位缓冲器 直接与系统数据总线连接 是8255A与CPU之间传输数据的必经之路 数据的输入输出以及控制字的写入都是通过这个缓冲器传递的 8 2可编程并行接口芯片8255 4 读 写控制逻辑读 写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程 1 接收来自控制总线的控制信号WR RD RESET 2 地址总线的A1 A0以及由地址译码电路输出的片选信号CS 由这些信号形成对端口的读 写控制 并通过A组控制和B组控制电路实现对数据 状态和控制信号的传输 17 8255A的引脚功能 8 2可编程并行接口芯片8255 18 8255A的引脚功能 1 面向CPU的引脚信号及功能 D0 D7 8位 双向 三态数据线 用来与系统数据总线相连 RESET 复位信号 高电平有效 输入 用来清除8255A的内部寄存器 并置A口 B口 C口置为方式0下的输入端口 8 2可编程并行接口芯片8255 读信号 低电平有效 输入 控制8255A将数据或状态信息送给CPU 写信号 低电平有效 输入 控制CPU将数据或控制信息送到8255A A1 A0 内部端口地址选择 输入 片选 输入 低电平有效 决定芯片是否被选中 19 8 2可编程并行接口芯片8255 20 8255A的引脚功能 2 面向外设的引脚信号及功能 PA0 PA7 A口与外设连接的数据线 由A口的工作方式决定这些引脚用作输入 输出或双向 PB0 PB7 B口与外设连接的数据线 由B口的工作方式决定这些引脚用作输入或输出 PC0 PC7 C口输入输出的数据线 这些引脚的用途由A组 B组的工作方式决定 这24根信号线均可用来连接I O设备 它们可以传送数字量或开关量信号 端口C还常用来传递控制和状态信号 8 2可编程并行接口芯片8255 21 8255A的控制字 8255A有两类控制字 一类用于定义各端口工作方式 称为方式选择控制字 另一类用于对端口C的一位进行置位操作 称为端口C置位 复位控制字 1 方式选择控制字 1 8255A共有3种基本工作方式 方式0 基本的输入输出方式方式1 带选通的输入输出方式方式2 双向传输方式8255A各数据端口的工作方式由方式选择控制字进行设置 8 2可编程并行接口芯片8255 22 8255A的控制字 2 8255A方式选择控制字 8 2可编程并行接口芯片8255 D7位是方式选择控制字的标志位 它必须是1 D6D5位用于选择A组的工作方式 D4 D3用于选择A口 C口高四位输入输出功能设置 D2位用于选择B组的工作方式 D1 D0用于选择B口 C口低四位输入输出功能设置 端口A可工作在3种工作方式中的任何一种 端口B只能工作在方式0或方式1 端口C则常常配合端口A和端口B工作 只有端口A可工作在方式2 23 8255A的控制字 例1 如果把端口A设定为方式0 输出 端口B设定为方式0 输入端口C高4位定为输入 低4位设定为输出 设控制口地址为303H 写出初始化程序段 解 初始化编程的目的是向8255A的控制寄存器写入方式控制字 以确定3个数据端口的工作方式 1 控制字 10001010B 2 初始化程序 8 2可编程并行接口芯片8255 2 8255A方式选择控制字 24 8255A的控制字 例2 某8255A的控制端口地址为273H 要求将某3个数据端口设置为基本的输入输出方式 其端口A和端口C的低4位为输入 端口B和端口C的高4位为输出 写出初始化程序段 解 1 控制字 10010001B 2 初始化程序 8 2可编程并行接口芯片8255 2 8255A方式选择控制字 25 8255A的控制字 1 方式选择控制字 3 端口C按位置位 复位控制字 端口C有一种特殊的控制方式 可以将端口C的某一位置1或清0 而不影响端口C的其他位的状态 作用 是使端口C的某一位输出为高电平或低电平 以用于控制或应答信号 如 在控制应用中 经常希望在某一位上产生一个TTL电平的控制信号 利用端口C的这一特点 就能很方便的实现 8 2可编程并行接口芯片8255 一个控制字只能完成使端口C中的某一位置0或置1 若要将多位置0或置1时 必须使用多个控制字 按位置位 复位控制字虽然是对端口C的操作 但必须写入8255A的控制口而不是写入端口C 26 8255A的控制字 例 如果要使端口C的PC4端输出高电平 写出按位置位 复位控制字 8255A的端口地址为60H 61H 62H 63H 写出PC4引脚得到一个高电平信号的程序 端口C按位置位 复位控制字D7D6D5D4D3D2D1D00000100109H 使PC4引脚得到一个高电平信号的程序段MOVAL 09HOUT63H AL 8 2可编程并行接口芯片8255 27 8 2可编程并行接口芯片8255 8255A的工作方式 方式0 简单输入 输出 无条件传送方式 查询传送方式 A B C三个端口均可使用 方式1 选通输入 输出 查询传送方式 中断传送方式 A B两个端口均可使用 方式2 双向输入 输出 查询传送方式 中断传送方式 只有A端口可以使用 三种工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 1 方式0的工作特点 A口和B口作为两个8位端口 可为输入或输出口 C口的高4位和低4位可以用作两个4位端口 为输入或输出口方式0有16种不同的输入输出组态 28 8 2可编程并行接口芯片8255 8255A的工作方式 29 8255A的工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 2 方式0下的输入时序 方式0输入时 PA PB PC7 4 PC3 0引脚状态被送入相应的数据输入寄存器 CPU可用输入指令IN从8255A数据引脚D7 D0读入这些寄存器的值 从而获得输入引脚的状态 此时输入口起缓冲器作用 当RD下降沿使三态的缓冲器接通时 输入的数据经内部稍许延迟 便放到数据总线上由CPU接走 8 2可编程并行接口芯片8255 30 8255A的工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 2 方式0的的输入时序 发出地址信号 使CS A1 A0有效 经tAR时间后发出RD 注意 在tAR前就开始输入数据了 CPU开始读数据 需要的时间tRD 8 2可编程并行接口芯片8255 31 8255A的工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 3 方式0下的输出时序 方式0输出时 PA PB PC7 4 PC3 0引脚状态由相应的数据输出寄存器决定 CPU可用输出指令OUT经8255A数据引脚D7 D0向数据输出寄存器送一个值 从而改变输出引脚PA PB PC7 4 PC3 0的状态 此时输出口起锁存器和缓冲器作用 8 2可编程并行接口芯片8255 32 8255A的工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 3 方式0下的输出时序 发出地址信号 使CS A1 A0有效 经tAW时间后 发出写信号WR 写信号WR结束前tDW CPU输出的数据就应出现在8255的数据引脚D7 D0上 且在写信号WR结束后 还应维持时间tWD CPU送出的数据被锁存在8255A数据输出寄存器中 且写信号WR结束后tWB时间 数据输出寄存器的值反应在8255A的输出引脚上 从而可以送到外部设备 8 2可编程并行接口芯片8255 33 8255A的工作方式 1 方式0 基本输入 输出方式 4 总结执行方式0输入操作时 若外设数据已经准备好 CPU可以通过输入指令从这个端口读入数据 执行方式0输出操作时 由输出指令把CPU的数据输出给外设 在CPU执行OUT指令以后 输出数据就锁存在相应的端口上 所以 方式0时 8255A在输入操作时相当于一个三态缓冲器 8255A在输出操作时相当于一个锁存器 8 2可编程并行接口芯片8255 5 应用范围方式0适合于两种情况 一种是无条件传送 另一种是查询方式传送 无条件传送 发送方与接受方不需要应答信号 即不需要查询外设的状态 这种情况下 对接口要求很简单 只要能传送数据就可以 查询方式传送 需要应答信号 由于方式0不提供固定的应答信号 所以 通常PA和PB作为数据端口 用PC的高4位 和低4位分别设置为输入和输出 作为控制信号的输出和状态信号的输入 34 1 方式0 基本输入 输出方式 6 应用举例1 开关断开 相应的LED点亮 开关合上 LED熄灭 例4 在工业控制等实际应用中 经常需要检测某些开关量的状态 例如 在某一系统中 有8个开关K7 K0 要求不断检测它们的通断状态 并随时在发光二极管LED7 LED0上显示出来 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 35 1 方式0 基本输入 输出方式 6 例1 开关断开 相应的LED点亮 开关合上 LED熄灭 地址译码 A7A6A5A4A3A2A1A0111100000F0HA口111100100F2HB口111101000F4HC口111101100F6H控制口 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 36 1 方式0 基本输入 输出方式 6 例1 开关断开 相应的LED点亮 开关合上 LED熄灭 地址译码 4个端口地址为 0F0H 0F2H 0F4H 0F6H初始化编程 控制字为10010000B 端口A工作于方式0 作数据输入端 端口B工作于方式0 作数据输出端 即可将A口的开关状态读入寄存器AL 若开关合上 AL中的相应位为 0 断开为 1 当把AL中的内容从B口输出时 相应的0位上的LED熄灭 表示对应的开关是合上的 否则LED点亮 指示开关断开 具体程序如下 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 37 例2 利用8255A的A口方式0与微型打印机相连 将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出 工作流程是 主机将要打印的数据送上数据线 然后发选通信号 打印机将数据读入 同时使BUSY线为高 通知主机停止送数 这时 打印机内部对读入的数据进行处理 处理完以后使ACK有效 同时使BUSY失效 通知主机可以发下一个数据 方式0应用实例 8 2可编程并行接口芯片8255 38 说明 由PC0充当打印机的选通信号 通过对PC0的置位 复位来产生选通 同时 由PC7来接收打印机发出的 BUSY 信号作为能否输出的查询 8255A的控制字为 10001000B即88H A口方式0 输出 C口高位方式0输入 低位方式0输出 PC0置位 00000001B即01HPC0复位 00000000B即00H8255A的4个口地址分别为 00H 01H 02H 03H 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 39 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 40 8 2可编程并行接口芯片8255 方式0应用实例 41 8 2可编程并行接口芯片8255 2 方式1 主要功能 1 有2组选通工作方式的端口 每组包含一个8位数据端口和3条控制信号 控制线是指定的 不能用程序改变 2 每组端口提供有中断请求逻辑和中断允许触发器 3 2组端口若只有1组工作于方式1 剩下的13位都可以工作于方式0 4 若2组端口都工作于方式1 C口剩下的2位 还可以由方式控制字指定为输入或输出 同时具有置位复位功能 8255A的工作方式 42 8255A的工作方式 2 方式1 输入方式 联络信号的定义 STB 选通信号 低电平有效 由外设提供 当STB 0时 将输入设备送来的数据打入8255A的输入缓冲器中 端口A的选通信号STBA从PC4引入 端口B的选通信号STBB从PC2引入 IBF InputBufferFull 输入缓冲器满信号 高电平有效 输出联络信号 IBF 1时 表示输入数据已传送到8255A的输入缓冲器中 不再接受别的数据 IBF信号由STB前沿置高 RD信号的后沿置低 PC5作为端A的输入缓冲器满信号IBFAPC1作为端B的输入缓冲器满信号IBFB 8 2可编程并行接口芯片8255 43 2 方式1 输入方式 联络信号的定义 INTE 中断允许信号它控制8255A是否能向CPU发出中断申请 用按位置位 复位控制字 使PC4 1 INTEA置1 允许A口中断 使PC4 0 INTEA置0 禁止A口中断 同样 通过编程PC2位 INTEB 来允许或禁止B口中断 INTR 中断请求信号 高电平有效8255A输出信号 可用于向CPU提出中断请求 要求CPU读取外设数据 当STB 1 IBF 1 中断允许时被置为有效 RD信号的前沿将其恢复为低电平 INTRA A组的中断请求对应于PC3INTRB B组的中断请求对应于PC0 8 2可编程并行接口芯片8255 44 8255A的工作方式 2 方式1 输出方式 1 方式1的输出组态8255A的端口A 端口B工作于方式1输出时 端口组态如图所示 2 联络信号 OBF OutputBufferfull 输出缓冲器满 低电平有效 8255A输出给外设的控制信号 OBF 0时 有效 表示CPU已将数据输出给指定的端口 外设可将数据取走 它由WR的后沿置为有效 由ACK有效恢复为高电平 8 2可编程并行接口芯片8255 45 8255A的工作方式 2 方式1 输出方式 2 联络信号 ACK Acknowledge 外设应答信号 低电平有效 表示8255A的端口数据已被外设取走 INTR Interrupt 中断请求信号 高电平有效 当输出设备已接收数据后 8255A输出此信号向CPU提供中断请求 请求CPU继续提供数据 当ACK为高电平 OBF为高电平和INTE为高电平 允许中断 时 使其有效 而写信号WR的前沿使其复位 8 2可编程并行接口芯片8255 46 8255A的工作方式 3 方式1的状态字 作用 在方式1下8255A有固定的状态字 用输入指令读取C端口 可获得8255A的状态字 状态字为查询方式提供了状态标志 如IBF和OBF 同时 由于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 方式1的两种用法如下 中断方式 将INTE置为1 A组和B组可以使用各自的INTR信号申请中断 CPU接受中断请求后转到相应的中断服务程序 进行数据传输 查询方式 CPU通过读C端口 可