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第7章可编程并行接口8255A 7 4 1并行接口的概述 7 4 2可编程并行接口8255A 7 4 38255A的0方式及其应用 7 4 48255A的1方式及其应用 7 4 58255A的2方式及其应用 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 4 1并行接口的概述 一 串行与并行通信 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 8255A 8255A 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 并行接口连接外设示意图 不可编程并行接口和可编程并行接口不可编程并行接口的工作方式和功能 是由硬件接线决定 不能用软件来控制 可编程并行接口的工作方式和功能 可用软件编程的方法改变 使接口具有更大的灵活性和通用性 一般情况下不交叉使用 因为 只有本系列的芯片才能更好地保证时序上的配合 和各种功能的发挥 使CPU可靠与外设交换信息 在并行接口芯片中 不同的产品系列研制出与之相匹配的接口芯片 例在80X86系列中使用8255A芯片在Z80系列中使用Z80 PIO芯片在6800系列中使用MC6820PIA芯片 8255A 8255A 8255A的内部结构 8255A 8255A 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PC7 PC4同端口A配合使用 PC3 PC0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 DIP封装 共40个引脚 1 连接系统总线的主要引脚D0 D7 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 1 面向CPU一侧的引脚信号 D7 D0 8位 双向 三态数据线 RESET 复位信号 CS 片选信号 RD 读信号 WR 写信号 A1 A0 端口选择信号 8255A的读 写操作控制 2 面向外设一侧的引脚信号 端口A PA0 PA7A组 支持工作方式0 1 2端口B PB0 PB7B组 支持工作方式0 1端口C PC0 PC7仅支持工作方式0A组控制高4位PC4 PC7B组控制低4位PC0 PC3 端口A PA0 PA7常作数据端口 功能最强大端口B PB0 PB7常作数据端口端口C PC0 PC7可作数据 状态和控制端口分两个4位 每位可独立操作控制最灵活 最难掌握 功能 8255A与系统的连接示意图 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 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 8255A的工作方式 方式0 基本输入 输出方式 INAL 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 8255A的工作方式 方式0 基本输入 输出方式 方式0输入时序 8255A的工作方式 方式0 基本输出方式 OUTPORT 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 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 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 1 端口A方式1作输入 数据选通信号表示外设已经准备好数据 输入缓冲器满信号表示A口已经接收数据 中断请求信号请求CPU接收数据 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 MOVDX 203H 8255A命令口MOVAL 00001001B 置PC4 1 允许中断请求OUTDX ALMOVAL 00001000B 置PC4 0 禁止中断请求OUTDX AL 端口B方式1作输入 方式1输入联络信号定义 STB 选通信号 低电平有效由外设提供的输入信号 当其有效时 将输入设备送来的数据锁存至8255A的输入锁存器IBF 输入缓冲器满信号 高电平有效8255A输出的联络信号 当其有效时 表示数据已锁存在输入锁存器INTR 中断请求信号 高电平有效8255A输出的信号 可用于向CPU提出中断请求 要求CPU读取外设数据INTE 中断允许信号 高电平有效用于控制中断允许或中断屏蔽 8255A方式1作输入时的各联络信号对应关系 8255A工作在方式1下的输入时序 3 端口A方式1作输出 外设响应信号表示外设已经接收到数据 输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据 中断请求信号请求CPU再次输出数据 端口B方式1作输出 方式1输出联络信号 OBF 输出缓冲器满信号 低有效8255A输出给外设的一个控制信号 当其有效时 表示CPU已把数据输出给指定的端口 外设可以取走ACK 响应信号 低有效外设的响应信号 指示8255A的端口数据已由外设接受INTR 中断请求信号 高有效当输出设备已接受数据后 8255A输出此信号向CPU提出中断请求 要求CPU继续提供数据 8255A方式1作输出时的各联络信号对应关系 8255A工作在方式1下的输出时序 A端口 B端口方式1比较 A端口输入用C端口位PC3 PC4 PC5A端口输出用C端口位PC3 PC6 PC7B端口输入用C端口位PC0 PC1 PC2B端口输出用C端口位PC0 PC1 PC2A端口输入 输出用不同的C端口的位B端口输入 输出用相同的C端口的位B端口只有方式1选通输入 输出A端口还有方式2双向数据传送 C端口未被使用的位 A端口方式0 B端口方式0C端口所有位未被使用 PC0 PC7可作I O用A端口方式0 B端口方式1PC0 PC2被用 PC3 PC7可作I O用A端口方式1输入 B端口方式0PC3 PC4 PC5被用 PC0 PC2 PC6 PC7可作I O用A端口方式1输出 B端口方式0PC3 PC6 PC7被用 PC0 PC2 PC4 PC5可作I O用A端口方式1输入 B端口方式1PC6 PC7可作I O用A端口方式1输出 B端口方式1PC4 PC5可作I O用A端口方式2 B端口方式1 C口被用完 都不可作I O用 3 方式2 双向选通方式 方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个双向数据端口 可以发送数据和接收数据只有端口A可以工作于方式2 需要利用端口C的5个信号线 其作用与方式1相同方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一点不同 数据输出时8255A不是在OBF 有效时向外设输出数据 而是在外设提供响应信号ACK 时才送出数据 1 方式2的信号定义 用PC6设置INTE1 输出 用PC4设置INTE2 输入 输入和输出中断通过或门输出INTRA信号 8255A工作在方式2下的工作时序 当数据端口作为输入工作时 在STB有效时 由外设把输入数据送入端口 并发出IBF有效信号 当CPU执行IN指令对该数据口进行读入操作后 由RD的上升沿使IBF复位 为下一次输入数据作好准备 如果该数据端口的中断允许INTE被置位 则在STB信号回复到高电平时 8255A通过INTR向CPU发中断请求 若CPU响应该中断请求 读取该数据端口的输入数据 则RD由下降沿使INTR复位 为下一次数据输入请求中断作好准备 当数据端口作为输出口时 在CPU把数据写入端口后 由WR的上升沿使OBF有效并使INTR复位 OBF由8255A输出到外设 并通知外设可以取走端口的输出数据 当外设取走一个数据时 应向8255A发回应答信号ACK ACK的有效低电平可以使OBF恢复高电平 为下一次输出作好准备 方式2应用接口电路图 返回 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 8255A的初始化 方式选择控制字 8255A的初始化 C口置位 复位控制字 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 8255A的初始化MOVDX 387H 设控制口地址MOVAL 82H 10000010OUTDX AL 输出控制字XORAL AL A口输出全0MOVDX 384H 设A口地址OUTDX AL 输出到A口 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 例 利用8255A作为打印机的连接接口 要求CPU通过接口采用查询方式 把存放在从BUF单元开始的内存缓冲区中的256个字符 ASCII码 输出给打印机去打印 假定8255A的端口地址范围为0FBD0H 0FBD3H 则8255A与打印机接口的初始化程序段如下 8255A与打印机接口的初始化程序段 INIT MOVDX 0FBD3H 8255A的控制寄存器端口地址 MOVAL 10000001B 方式选择控制字 A组方式0 A口输出 PC7 PC4输出 B组方式0 B口输出 PC3 PC0输入 OUTDX AL 控制字送控制口寄存器MOVAL 00001101B C口置位 复位控制字 使PC6置位 即 1OUTDX AL C口置位 复位控制字送控制寄存器 对8255A初始化编程 并使PC6初始化状态置1 为发选通脉冲 负脉冲 准备 打印一组字符的程序段如下 MOVSI OFFSETBUF 取字符串的内存首地址 MOVCX 0FFH 将打印字符长度作为循环次数 PL MOVDX 0FBD2H C口地址 INAL DX 从C口查询打印机的状态信息BUSY 0 即PC2 0 ANDAL 00000100B JNZPL 若BUSY 1 则循环等待 BUSY 0 则向A口送出数据 8255A与打印机接口的初始化程序段 续 MOVAL SI 否则 从内存中取一个字符准备输出 MOVDX 0FBD0H A口地址送DX OUTDX AL 将内存中的一个字符输出到A口 MOVDX 0FBD3H 控制口地址 MOVAL 00001100H 设定C口按位操作控制字 置为低 PC6 0 NOP 使负脉冲宽度延时 NOP MOVAL 00001101B 置为高电平 PC6 1 在PC6上生成1个负脉冲OUTDX AL INCSI 指向内存中下一个字符 DECCX 字符数减1 JNZPL 若输出字符未完 则继续HLT 若输出字符已完 则暂停 返回 方式1输出的联络信号定义 8255A方式1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 BUSY 0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BUSY 1 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 例2 设8255A为工作方式1 A口为输出 当外设向8255A发回的应答信号变为高电平时 若允许8255A向CPU发中断请求信号 则必须设置中断允许信号INTEA 1 即置PC6 1 若禁止它产生中断请求 则INTEA 0 即置PC6 0 假定端口的地址范围为300H 303H 其程序段为 MOVDX 303H 置8255A控制口 MOVAL 00001101B 置C口按位控制字 使PC6 1 允许发中断请求 OUTDX AL MOVAL 00001100B 置PC6 0 禁止发中断请求 OUTDS AL 8255A打印机接口 8255口线的使用 A为数据通道 方式1 输出PC0产生打印机的选通脉冲PC7未用 PC6为 ACK输入PC3自动作INTR 接中断控制器8259A的IR3 中断类型号0BH 中断向量在0002CH 0002FH单元通道C其他位及通道B未用 8255初始化 MOVDX 303H MOVAL 0A0H 初始化 1010XXX0OUTDX AL A口方式1 出 PC0出MOVAL 1 PC0 1 选通无效OUTDX AL 设置中断向量 设置中断服务入口0100H 2000HPUSHDS 保护原数据段XORAX AXMOVDS AX 设向量表段地址为0000HMOVAX 2000HMOVWORDPTR 002CH AX 中断服务程序偏移地址MOVAX 0100HMOVWORDPTR 002EH AX 中断服务程序段地址POPDS 恢复原数据段 8255中断设置 MOVAL 0DH 00001101 PC6置1OUT0C6H AL 允许8255A中断STI CPU开中断 主程序 中断服务程序 中断服务程序发选通信号 将数据送打印机打印机接收并打印字符后发出应答信号 清除8255A的数据缓冲区满信号RINT MOVAL DI 输出字符送A通道MOVDX 300HOUTDX ALMOVAL 0 PC0产生低电平脉冲选通信号MOV DX 303HOUTDX AL 00000000 PC0置0INCALOUT0C6H AL 00000001 PC0置1 后续处理IRET 中断返回 当外设向8255A发回的应答信号变为高电平时 若允许8255A向CPU发中断请求信号 即中断允许信号INTE A 1 从PC3引脚发出中断申请要求CPU发送新的数据 例3利用OBF 作为触发打印机选通信号方式1输出 若将8255A的端口A与打印机相连 使A口工作于方式1下输出 并利用中断方式向打印机输出一组 字符串长度为256字节 字符 打印机接口连接电路如图所示 试编写采用中断方式传送一组打印字符的程序段 假定8255A的端口地址范围为300H 303H 8259A的端口地址为020H与021H 初始化时使A口为方式1 输出 B口可任意设定为方式0 输出 C口除联络线以外的5位线也均设定为输出 则方式选择控制字为10100000B 0A0H 允许A口输出中断请求的INTEA中断允许信号 由C口置位 复位控制字对PC6置位来设定 中断打印输出字符的程序由主程序MAIN和中断服务子程序SUBP两部分组成 主程序MAIN MAIN PUSHDS 保存原DS MOVAX SEGSUBP 为打印驱动子程序入口SUBP设置新的中断向量DS DX MOVDS AX SUBP的段地址送DS MOVDX OFFSETSUBP SUBP的偏移地址送DX MOVAH 25H 设置中断向量的功能号AH MOVAL 0AH 为8259A的IR2建立0AH号中断向量表项 INT21H POPDS 恢复原DS MOVDX 303H 设定8255A控制端口地址 MOVAL 0A0H 8255A初始化 设置方式选择控制字 OUTDX AL 控制字送端口 MOVAL 00001101B 设定C口置位 复位控制字 MOVDX AL 置PC6 1 使INTE A 1 允许8255A产生中断 MOVDX 300H MOVAL 00H 设置空白字符的ASCII码 OUTDX AL A口输出一个空白字符 以引发第一次中断请求 MOVAX OFFSETDATA 打印字符串的标号DATA 首地址 的偏移地址送AX MOVSTR PTR AX 设置增1的打印字符串指针的偏移地址 MOVAX SEGDATA MOVSTR PTR 2 AX 设置增1的打印字符串指针的段地址 STI CPU开中 中断服务子程序SUBP SUBP PUSHSI PUSHDS PUSHAX LDSSI DWORDPTRSTR PTR 设置打印字符串地址的指针DS SI CLD LODSB 从SI寻址的字符串中取一个8位字符送AL MOVSTR PTR SI 将自动增1后的SI保存于新的字符串指针 MOVDX 300H 8255A的A口地址 OUTDX AL 将AL的一个打印字符输出到A口 MOVCX 0FFH DECCX JNZNEXT 字符送完否 未完 转NEXT MOVAL 00001100B 已送完 重设C口置位 复位控制字 MOVDX 303H 8255A控制端口地址 MOVDX AL 置PC6 0 使INTEA 0 禁止8255A产生中断 NEXT MOVAL 20H 设置8259A的OCW2命令 OUT20H AL 送中断结束命令给8259A的端口 POPAX POPDS POPSI IRET 中断返回 8255A应用举例LED开关接口 8086CPU通过8255用开关与8段LED显示器的接口如图示 8255APA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 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8255A的每个端口有两个地址 通常使用A0 0的地址 则方式选择控制字为 1000 01 B因未使用C口 故不需设置置位 复位控制字 8255A应用举例 2 开关状态与LED显示值关系开关Ki闭合 则PBi 0 否则PBi 1 PB3 PB0值与LED显示值关系 8255A应用举例 3 PA口输出值与LED显示值间关系 8255A应用举例 4 PB口输入值转换成PA口输出值方法将前述8段码按0 F顺序连续存放于内存中 将PB3 PB0对应值置于AL中 执行换码指令XLAT 指令执行 AL BX AL 8255A应用举例 ORG2000H 定位程序的段内地址MOVAL 82H 82H 10000010BMOVDX 0FFFEH 设控制口地址OUTDX AL 写方式控制字MOVDL 0FAH 设PB口地址INAL DX 读开关状态ANDAL 0FH 屏蔽掉无用的高4位MOVBX OFFSETSSEGCODEXLAT 查表取段选码MOVDL 0F8H 设PA口地址OUTDX AL 开关值段选码输出显示MOVAX 56CH 显示延时DECAXJNZDELAYJMPRDPORTB 循环读开关新状态HLTORG2500H 定位段选码表的段内地址SSEGCODEDB0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 92H 82H 段码表DB0F8H 80H 98H 88H 83H 0C6H 0A1H 86H 8EH RDPORTB DELAY 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 MOVDX 203H 8255A命令口MOVAL 10100000B 初始化工作方式字OUTDX ALMOVAL 00001101B 置发送中断允许INTEA 1OUTDX AL PC6 1MOVSI OFFSETBUFS 设置发送数据区的指针MOVCX 3FFH 发送字节数MOVDX 200H 向A口写第一个数 产生第一个OBF 信号MOVAL SI 送给乙方 以便获取乙方的ACK 信号OUTDX AL INCSI 内存地址加1DECCX 传送字节数减1L MOVDX 202H 8255A状态口INAL DX 查发送断请求INTRA 1 ANDAL 08H PC3 1 JZL 若无中断请求 则等待 若有中断请求 则向A口写数MOVDX 200H 8255APA口地址MOVAL SI 从内存取数OUTDX AL 通过A口向乙机发送第二个数据INCSI 内存地址加1 DECCX 字节数减1JNZL 字节未完 继续MOVAH 4CH 已完 退出INT21H 返回BUFSDB1024个数据乙机接收程序段 略 例设甲 乙两机之间进行并行通信 共传送1KB数据 甲机一方的8255A的PA口采用方式2并用中断方式传送数据 乙机一方8255A的PA口与PB口采用方式0输出与输入 按查询方式传送数据 两机的CPU与接口之间都采用查询方式交换数据 硬件设计 接口电路的连接如图所示 甲机一侧的8255A的A口作双向传送 既作输出又作输入 它的中断请求线由