并行通信和并行接口课件

并行通信和并行接口8255A8.1.1并行通信

所谓通信就是计算机与外部设备或者计算机之间的信息交换、数据传输，在计算机中，通信是通过输入输出（I/O）接口电路来实现的与外部设备或者其他的计算机数据传输及信息交换的。计算机的两种基本通信方式是并行通信和串行通信。 并行通信是指将构成一组数据的各位同时进行传送的一种通信方式，并行通信强调的是被传送的各位同时输入或输出，例如一组8位数据或16位数据的同时传入或传出。 并行通信的优点是传输速度快，信息率高，缺点是电缆耗损高。由于同时传送所需的每一位二进制位都需要一根通信电缆，在进行长距离传输时，电缆的损耗会成为突出的问题,而且传输的可靠性随着距离的增加而下降，因此并行通信适用于数据传输率较高、传输距离较短的场合。8.1并行通信与并行接口8255A

8.1.2并行I/O接口

实现并行通信的接口称为并行接口。一个并行接口可以设计成负责输入信息的输入接口，也可以设计成负责输出信息的输出接口，如果设计成同时具有输入/输出功能的接口就是所谓的双向通信接口。在计算机系统中连接打印机的接口、显示器接口就是输出接口；连接磁盘驱动器的接口是双向接口。 并行接口可以分为不可编程的硬件接口和可编程接口。不可编程的硬件接口是接口的工作方式及功能是由硬件连接来设定，不能用软件编程的方法加以改变的，采用这种方式完成的硬件电路的连接设计，接口的工作方式就被固定下来，例如8位双向三态缓冲驱动器74LS245、8位三态数据锁存器74LS373等。所以多用于组成功能比较简单的接口电路，如前面所讲述开关量信号的读取、LED发光管的控制等。可编程接口电路一般由可编程通用接口芯片组成，如有Zilog公司的Z80PIO，Intel的8255A等。这些芯片除了具有硬件连接接口的性能外，最主要的就是具有可选择性。如选择端口的哪一位或哪几位作为输入，哪一位或哪几位作为输出；选择端口与CPU之间采用哪种方式传送数据等，都可由编程人员通过编程来进行设定。因而可编程接口具有广泛的适应性和很高的灵活性，在微机系统中得到广泛的应用。

8.2并行I/O接口芯片8255A8.2.18255A的外部引脚及内部结构1.8255A的外部引脚

8255A的外部引脚布局如图8-1所示。它有40根引脚，可分为与系统总线（如8086）连接的引脚和与外部设备连接的引脚。

图8-18255A的外部引脚 D7～D0为双向数据信号线，用于8255A与系统数据线相连，传送CPU与8255A之间的数据、控制信息、状态信息。 （输入）：8255A读信号，低电平有效。当有效时，CPU从8255A的指定端口读取数据或状态信息。通常接系统总线的信号。 （输入）：8255A写信号，低电平有效。当有效时，CPU向8255A指定端口写入控制字或数据。通常接系统总线的信号。 （输入）：片选信号，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255A芯片，使8255A正常工作。

A1、A0（输入）为片内地址选择信号。当有效选中8255A时，由A1A0的编码来决定是选中A口、B口、C口，还是选中控制字寄存器，如表8-1所示A1A0选中对象000A端口010B端口100C端口110控制字寄存器╳╳1未选中

通常A1、A0分别接系统的A1、A0，它们与一起来决定8255的接口地址。

RESET（输入）：复位信号，高电平有效。当RESET信号到来时，8255A所有内部寄存器均被清零。复位后，8255的A口、B口、C口均被定义为输入状态。

PA7～PA0（双向）：8255AA口的输入输出信号线，用于8255A与外设进行数据传送。这8条引线是输入、输出还是双向（输入、输出）方式由软件编程决定。

PB7～PB0（双向）：8255AB口的输入输出信号线，用于8255A与外设进行数据传送。这8条引线是输入还是输出方式可由软件编程决定。

PC7～PC0(双向)：8255AC口的输入输出信号，可用于8255A与外设进行数据的输入或输出线，也可用作控制信号的输出或状态信号的输入线。

2．8255A的内部结构

8255A的内部结构框图如图8-2所示，它由四个部分组成： （1）输入输出接口 从图8-2中可以看到，左边的信号与系统总线连接，而右边是与外设相连接的3个口，即PA、PB、PC，3个口均为8位，将这三个口分为两组：A组（A口的8位和C口的高4位）、B组（B口的8位和C口的低4位），每个端口都可由程序设定为各种不同的工作方式。 端口A（PA口）有一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存/缓冲器，所以，用端口A作为输入或输出时，数据均受到锁存； 端口B（PB口）有一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器； 端口C(PC口)有一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。 （2）数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是8位双向三态缓冲器，8255A与系统总线之间的命令、数据、控制字等信息都是通过它来完成的，它是系统总线与8255A之间交换信息的必经之路。 （3）读/写控制逻辑 用来管理数据信息、控制字和状态字的传送，地址线A1、A0，片选信号（）和读、写控制信号（、），完成内部端口的选择和读写操作。 （4）A组和B组控制电路 这两组控制电路根据CPU发出的方式控制字来控制8255A的工作方式，每个控制组都接受来自读/写控制逻辑的命令，接受来自内部数据线的控制字，然后向各有关端口发出相应的控制命令。

图8-28255A的内部结构

8.2.28255A的工作方式

8255A有三种基本的工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。 方式0---基本输入/输出方式 方式1---选通输入/输出方式 方式2---双向输入/输出方式1．方式0:基本输入/输出工作方式 在方式0下，8255A与外设相连的三个端口均被定义为输入/输出传送方式，包括A口的8条线、C口的高4位对应的4条线、B口的8条线、C口的8条线。因为上述4部分的输入或输出是可以独立定义的，故它们输入输出有16种不同的组合。

8255A在方式0工作时，CPU可以采用无条件传输方式与8255A交换数据，如果把C口的两个部分用作控制和状态口，与外设的控制和状态端相连，CPU也可以通过对C口的读写实现A口与B口的查询工作方式。方式0仅有输出数据锁存功能，输入数据是不锁存的。且在方式0下，C口还有按位置位和复位的功能。

概括地说，方式0的基本特点如下： （1）任何一个端口可以作为输入口，也可以作为输出口，各端口之间没有规定必然的关系。 （2）各端口的输入或输出，可以有16种不同的组合，所以可以使用在多种不同的场合。 方式0的使用的场合： 方式0的使用场合有两种，一种是同步传送，另一种视察寻访时传送。

2．方式1:选通的输入/输出方式

在方式1下，A口和B口仍作为数据的输入和输出口而同时要利用C口的某些位作为控制和状态信号。

A组将A口作为数据口，可设定为输入或输出，并指定C口某些位为控制和状态信号。B组将B口作为数据口，也设定为输入或输出，并以C口某些位作为控制和状态信号。工作在方式1时，数据的输入/输出均有锁存功能，这种方式常用于中断和程序查询传送。

①方式1的输入操作 当A口和B口设定为输入时，各指定了C口的3根线作为8255A与外设及CPU之间的控制信号，如图8-3所示。

图8-3方式1输入时引脚定义和端口结构

（一）各控制信号的定义如下：

·（Strobe）：输入选通信号，低电平有效。它有效时，表示外设的数据已准备好，同时将外设送来的数据锁存到8255A端口的输入数据缓冲器中,等待CPU通过INTR信号输入。

·IBF(InputBufferFull)：输入缓冲器满信号，高电平有效。当它有效时，说明输入缓冲器中锁存有信息，且尚未被CPU取走，通知外设不能再传送新数据；只有当它为低电平时，即表示CPU已读取了数据，输入缓冲器变空，此时才允许外设传送新的数据。

·INTR：中断请求信号，高电平有效。它有效时，请求CPU从8255A读取外设已送入的数据。

·INTE：中断允许信号，它既不是输入也不是输出信号，而是一个内部控制位。通过对PC4（端口A）或者PC2(端口B)置位/复位来开放/禁止端口输入中断请求。

·PC7、PC6：通用输入输出信号。图8-4方式1输出时引脚定义和端口结构图.

（二）方式1的输入工作过程 当外设准备好数据，在送出数据的同时，送一个选通信号，使8255A的IBF为高电平，告诉外设当前输入缓冲器已满，暂时不要送入数据。再由后沿将INTE置“1”,它使输出的INTR有效，向CPU发出中断请求信号，待CPU响应这一中断请求时，可以在中断服务程序中安排IN指令读取数据，然后将IBF置“0”,外设才可以继续输入后面的数据。

②方式1的输出 当A口与B口设定为方式1输出时，也各指定了C口的3根线为信号线，其引脚定义和端口结构如图8-4所示。

（一）各控制信号的定义如下：

·（OutputBufferFull）：输出缓冲器满信号，低电平有效。它有效时，表示CPU已将数据写到8255A的输出端口，通知外设来取数。

·：外设送来的响应信号，低电平有效。当它为低电平时，表示外设已经接收到了CPU送来的数据。它是对的回答信号。

·INTR：中断请求信号输出，高电平有效。当它有效时，请求CPU向8255A端口写入数据。

·INTE：中断允许控制位，它既不是输入也不是输出信号，而是一个内部控制位。通过对PC6（端口A）或者PC2(端口B)置位/复位来开放/禁止端口输入中断请求。

·PC5、PC4：通用输入输出信号。（二）方式1的输出工作过程当外设接受了由CPU送给8255A的数据后，对8255A发送一个响应信号“”，同时被复位为高电平，并将相应端口的INTE置成高电平，于是INTR信号向CPU发出中断请求，请求CPU再输出后面的数据。可以在中断服务程序中安排OUT指令继续输出后续字节。3．方式2：双向选通输入/输出方式

在方式2下，即能发送数据，又能接收数据，通过8位数据线与外设进行双向通信，只限于端口A使用，它用A口的8位数据线，C口的5根线（PC3—PC7）进行信息传送。这种方式提供了一组与外设通信时既能发送又能接收的8位双向输入/输出数据端口。此时A口就像一个数据传送站，CPU和外设可同时向A口发送或读取数据。当A口工作在方式2时，B口仍可以工作在方式0或方式1。 在A口方式2的情况下，各控制信号定义如下：· INTR：中断请求信号，高电平有效。它有效时，输入输出都用这个信号向CPU申请中断。· ：输入选通信号，低电平有效。它有效时，外设送来的数据锁存到8255A端口的输入数据缓冲器中。

·：输出缓冲器满信号，低电平有效。它有效时，表示CPU已将数据写到8255A的输出端口，通知外设来取数。

·：外设送来的响应信号，低电平有效。它有效时，启动口A的三态输出缓冲器送出数据，否则，输出缓冲器处于高阻态。

·INTE1：与有关的中断允许信号，由PC6置/复位。

·IBF：输入缓冲器满信号，高电平有效。当它有效时，说明输入缓冲器中锁存有信息。

·INTE2：与IBF有关的中断允许信号，由PC4置/复位。

在方式2下，C口实际上就是A口在方式1输入和输出时两组信号线的组合。因此，各个引脚的定义也与方式1的相同，只不过中断请求信号INTR既可在输入时向CPU请求中断，也可在输出时向CPU请求中断。其引脚定义和端口结构如图8-5所示。

图8-5方式2的引脚定义和端口结构

A口方式2的工作过程简要叙述如下。工作在方式2的A口，可以认为是前面方式1的输入和输出相结合而分时工作的。其工作过程和方式1的输入输出过程一样。值得注意的是，在这种工作方式下，8255A与外设之间是通过A口的8条线PA7～PA0交换数据的。在PA7～PA0上，可能出现8255A口输出数据到外设，也可能出现外设通过PA7～PA0的数据送给8255A。这就要防止PA7～PA0上的数据线竞争问题。概括地说，方式2的基本特点如下：（1）方式2只适用于端口A。（2）端口A工作与方式2时端口C用5个数位自动配合端口A提供控制信号和状态信号。方式2的使用场合：方式2是一种双向工作方式，如果一个并行外部设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备，并且输入输出动作不会同时进行，那么，将这个外设和8255A的端口A相连，并使它工作于方式2，就会非常合适。比如，磁盘驱动器就是这样一个外设，主机即可以往磁盘输出数据，也可以从磁盘输入数据，但数据输出过程和数据输入过程总是不重合的，所以，可以将磁盘驱动器的数据线与8255A的PA7～PA0相连，再使PC7～PC3和磁盘驱动器的控制线和状态线相连即可。

8.2.38255A的控制字8255A是可编程的并行接口，通过前面的叙述可知，8255A有很强的功能，可以工作在不同的工作方式下。可以利用软件编程来指定8255A的工作方式。只要将不同的控制字装入芯片中的控制寄存器，即可确定8255A的工作方式。8255A共有两个控制字：方式选择控制字和C口按位置位/复位控制字。这两个控制字共用一个端口地址，用特征位D7来区分。若控制字的D7=1，则为方式选择控制字；若控制字D7=0，则是C口按位置位/复位控制字。控制字必须写入控制寄存器。1．控制字（1）方式选择控制字(D7=1)方式选择控制字的格式如图8-6所示。图8-68255A的方式选择控制字（2）C口按位置位/复位控制字(D7=0) C口按位置位/复位控制字的格式如图8-7所示。图8-78255AC口按位置位/复位控制字【例8-1】编写8255A工作在方式0、方式1、方式2等不同形式的初始化程序。 假设8255A端口地址为0500H～0503H，试编写8255A工作在以下方式： （1）将A组和B组置成方式0，端口A和C作为输入口，端口B作为输出口； （2）将A组置成方式2，B组置成方式1，端口B作为输出口； （3）将A组置成方式1，且端口A作为输入口，PC6和PC7作为输出，B组置成方式1，且端口B作为输入口。 以下为8255A工作在上述三种情况下的方式控制字及程序。 （1）方式控制字为：10011001B即99H； 程序为：MOVDX,0503HMOVAL,99HOUTDX,AL(2)方式控制字为：11XXX10XB,其中X为0或1任意，将X设为0则方式控制字为11000100B,即C4H；程序为：(3)方式控制字为：1011011XB或10110110B即B6H。因为B口设定为方式1输入，所以PC2～PC0已自动确定了输入/输出；端口A被设定为方式1输入，所以PC3自动作为中断请求线，因此PC3～PC0不受D0位的控制。程序为：

MOVDX,0503HMOVAL,0C4HOUTDX,ALMOVDX,0503HMOVAL,0B6HOUTDX,AL【例8-2】用程序将PC口的第7位置“1”，第3位置“0”，设控制字的地址为0EBH。

第7位的编码为D3D2D1=111，使之置1的控制字编码为00001111B=0FH

第3位的编码为D3D2D1=011，使之置0的控制字编码为00000110B=06H

初始化程序如下：MOVAL，0FH；设置PC7为“1”的控制字送ALOUT0EBH，AL；将控制字送8255A控制寄存器MOVAL，06H；设置PC3为“0”的控制字送ALOUT0EBH，AL；将控制字送8255A控制寄存器8.38255A与CPU的连接使用

8255A占外设的4个地址，即A口、B口、C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别进行读写工作。例如：读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出。利用8255A的片选信号、A0、A1，以及读写信号，既可方便的对8255A进行寻址。这些信号的功能如下表所示。

A1A0

操作00001读A口00101读B口01001读C口00010写A口00110写B口01010写C口01110写控制寄存器1××11D0～D7三态

图8-8为8255A与8086总线连接，8255A右边的信号线与系统总线连接，左边的3个口分别与外设的数据输入输出线、状态信息连接。

图8-88255A与8086系统连接图8.48255A初始化和应用实例

8.4.18255A初始化

8255A初始化编程可以分两步进行：首先把方式选择控制字写入控制口，确定所用端口的工作方式，如果端口选择为工作方式1或方式2，还要确定CPU和8255A之间是用查询方式还是用中断方式交换信息，并以此来组织C口置位/复位控制字，写入8255A控制口，使相应的中断允许标志（INTE）置0或置1，从而达到禁止或开放中断的目的。完成了初始化编程之后，CPU就可以用IN和OUT指令通过8255A与外设交换数据了。【例8-3】：8255A的控制器寄存器地址为0120H，工作状态为A口方式0输入，B口方式1输出，C口低半字节输入，C口高半字节输出，写出它的初始化程序段；如果要把C口的PC4置位，写出它的初始化程序段。 方式选择控制字：10010101B=95H C口置位/复位控制字：00001001=09H

初始化程序段：

MOVDX，0120H ；8255A控制字寄存器口地址MOVAL，95H；设置方式选择控制字OUTDX，AL；送入控制字寄存器中MOVDX，0120H

MOVAL，09H；使PC4=1的控制字OUTDX，AL

8.4.28255A应用举例1.简单开关接口电路【例8-4】：在工业控制领域，经常需要检测某些开关量的状态。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，并通过发光二极管LED7～LED0显示出来。开关断开，相应的LED点亮；开关合上，LED熄灭。选用8086CPU，8255A和译码器等芯片，构成应用电路。如图8-9所示，8255A的PA口做输出口，8个开关K7～K0分别接PB7～PB0,PB口为输入口。8255A端口地址为0120H～0123H,编写一个完整的程序完成此功能。PA7～PA0分别接显示器LED7～LED0。8255A的、和RESET引脚分别与CPU的相应位置输出相连。8255A的数据线D7～D0与8086的低8位数据总线D7～D0相连。编程时先要确定方式控制字。因为PB口工作于方式0输入，PA口为方式0输出，PC口未用，其中的各位可以被置0，这样，写入控制口0123H的控制字为82H。完成初始化后，即可将PA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，断开则为1。当把AL中的内容从PB口输出时，相应于0的位上的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。

STACKSEGMENTSTACK

DW256DUP(?）

STACKENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS：CODE

START：MOVDX,0123H；控制字寄存器初始化

MOVAL，10000010B

OUTDX，AL

TESTA：MOVDX,0122H；读PB口的状态

INAL，DX

MOVDX,0121H；PA口控制LED，指示开关状态

OUTDX，AL

JMPTESTA；循环检测CODEENDS

ENDSTART

图8-98086CPU、8255A和开关的接口电路2.D/A、A/D与接口电路可编程并行接口芯片8255A与数模转换器DAC连接，可以控制输出模拟量的大小，这个模拟量可以是电压的高低，电流的大小，速度的快慢，声音的强弱等等，而模数转换器ADC可将它们变换为数字量，通过8255A送回到微机系统中，这种闭环式的调节系统在实践中应用非常广泛。【例8-5】：利用8255A，数模转换器DAC,模数转换器ADC及8086CPU进行检测电压是否超标，电路如图8-10所示：此系统的功能是检测电压信号是否符合标准，如果符合则停止检测；否则将预先设置好的标准数字量通过数模转换器DAC传送给控制现场。当然，实践中用到的闭环式的调节系统比这个要复杂得多，有些需要配合中断系统，定时系统等等来完成。ADC的变换的工作过程是由8255A的START输入一个正脉冲启动ADC转换器，开始将传感器送来的电压信号的模拟量变换为数字量,ADC变换一次结束的同时BUSＹ变为低电平，从ＡＤＣ变换器的D7～D0端输出稳定的数字量。

图8-10闭环式电压的调节系统原理图DAC变换器是由负脉冲降加在D7～D0上的数字量，锁存在ＤＡＣ转换器中，再把它变成模拟信号输出给传感器，送给控制电压现场。它的整个工作过程都是用查询的方式完成的，设8255Ａ的Ａ口、Ｂ口均工作在方式０下，Ａ口为输出，Ｂ口初始化为输入，Ｃ口的高４位为输入，Ｃ口的低４位为输出。为了启动ADC和DAC要从Ｃ口的PC1和PC0分别送一个正脉冲和一个负脉冲，利用Ｃ口的按位置位／复位控制字来完成。8255Ａ的端口地址为：0FFFCＨ～0FFFFＨ,设电压标准数字量为78H,它的初始化编程及控制编程如下：STACKSEGMENTSTACK

DW256DUP(?)

STACKENDS

DATASEGMENT

ADCDBDUP(?)

DACDB78H；定义电压标准数字量DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:CODE,DS:DATA,SS:STACK

START：MOVAX,STACK；段寄存器的装入

MOVSS,AX

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVDX,0FFFFH；初始化8255A

MOVAL,10001010B

OUTDX,AL

MOVAL,00000010B；Ｃ口初始化（PC1＝０）

OUTDX,AL

MOVAL,00000001B；Ｃ口初始化（PC0＝１）

OUTDX,AL

ATEST：MOVAL,00000001H；使START有效（PC0＝１）

OUTDX,AL

MOVAL,00000010H；使PC0＝０

OUTDX,AL；输出正脉冲TESTX：INAL,DX；读PC口状态

TESTAL,40H；检测BUSY（PC6）状态

JNZTESTX；PC6＝１，循环查询

MOVDX,0FFFDH；PC6＝０，进行A/D转换

INAL,DX；读PB口状态

MOVADC,AL；将数据写入ADC单元

CMPAL,DAC；比较ADC是否等于标准电压值

JNZDTEST；不等于，进行D/A转换

JMPOK；等于，转去执行OKDTEST：MOVAL,DAC；输入标准值，进行D/A转换

MOVDX,0FFFCH

OUTDX,AL

MOVAL,00H；使PC0＝０

MOVDX,0FFFFH

OUTDX,AL

MOVAL,01H；使PC0＝１

OUTDX,AL；输出负脉冲OK：MOVAL,4CH；返回ＤＯＳ

INT21H

CODEENDS

ENDSTART

3．红绿灯控制电路【例8-6】编制程序，通过8255A控制发光二极管，以模拟交通路灯的管理。其中L1～L4为黄灯，L5～L8为红灯，L9～L12为绿灯。

（1）图8-11为连接硬件线路： （2）编程提示 首先我们应该了解交通灯的熄灭规律。设有一个十字路口1，3为南、北方向，2，4位东、西方向，初始状态为4个路口的红灯全亮。之后，1，3路口的绿灯亮，2，4路口的红灯亮，1，3路口方向通车。延迟一段时间后，1，3路口的绿灯熄灭，而1，3路口的黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，1，3路口的红灯亮，而同时2，4路口的绿灯亮，2，4路口方向开始通车，延迟一段时间后，2，4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，再切换到1，3路口方向。之后，重复上述过程。（注：L1～L4分别为黄灯的1、2、3、4；L5～L8分别为红灯的1、2、3、4；L9～L12分别为绿灯的1、2、3、4） 程序中应设定好8255A的工作模式，使3个端口均工作于方式0，并处于输出状态。各LED发光二极管共阳极，使其点亮应使8255A相应端口的相应位清0。图8-11红绿灯模拟显示图DATASEGMENT

PBDB?

MESSDB‘ENTERANYKEYCANEXITTO

DOS!’,0DH,0AH,’$’DATAENDS

STACKSEGMENTSTACK

DW50DUP(?)

STACKENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:CODE,DS:DATAES:DATA,SS:

STACKSTART:MOVAX,DATA

MOVDS,AX；段寄存器初始化

MOVES,AX

MOVAH,09H

MOVDX,OFFSETMESS；显示提示信息

INT21H

MOVDX,21BH

MOVAL,82H；写控制字，均工作于方式0，B口为输入，A口、C口为输出

OUTDX,AL

MOVDX,219H

INAL,DX；读取PB数据，保存在PB单元中

MOVPB,AL

MOVDX,21BH

MOVAL,80H；写控制字，均工作于方式0，均为输出口

OUTDX,AL

MOVDX,219H

MOVAL,PB；置位PB口的高4位，熄灭黄灯

ORAL,0F0H

OUTDX,AL

MOVDX,21AH

MOVAL,0F0H；使PC0～PC3为0，PC4～PC7为1，

OUTDX,AL即点亮红灯，熄灭绿灯

CALLDELAY10；延迟LLL：MOVAL,10100101B

MOVDX,21AH；使1、3路口绿灯亮，同时2，4路口

OUTDX,AL红灯亮

CALLDELAY10

CALLDELA