并行通信和并行接口课件

1

並行通信和並行介面27.1並行介面概述

微機與I/O設備的介面按照數據傳送方式的不同，可分為：並行介面和串行介面。並行介面（通信）就是把一個字元（或字）的各個數位用多條數據線同時進行傳輸。CPU和I/O設備之間傳送資訊的數據單位一般為“位元組”或“字”。如印表機介面等。3串行介面（通信）就是把一個字元（或字）的各個數位用一根數據線進行傳輸。CPU和I/O設備之間傳送資訊的數據單位一般為“位”，即一次傳送一個資訊位。如USB、鍵盤等。CPU解碼器與控制邏輯並行介面串行介面並行設備串行設備數據（8位）選通就緒/忙地數據輸出數據輸入地ABCBDB圖7.1並行介面和串行介面的結構示意圖4並行介面優點和缺點傳輸速度高，但由於用的電纜多，信號線之間相互干擾，所以，不適合於長距離傳輸，一般用於近距離傳送。而串行介面適合於較遠距離的傳輸，傳送速度不小於並行介面。並行介面傳送數據時，一般不要求固定格式。而串行介面一般要求固定格式。串行介面需要實現並/串（發送數據時）和串/並轉換（接收數據時），而並行介面不需要並/串和串/並轉換。並行介面電路有不可編程介面和可編程介面兩類。前者電路簡單，但靈活性差；後者電路複雜但靈活性強。57.2

可編程並行介面晶片82C557.2.18255基本功能7.2.28255內部結構和外部引腳7.2.38255工作方式7.2.48255的控制字與初始化編程7.2.58255應用舉例67.2.18255的基本功能有2個獨立的8位I/O口（A口和B口），2個4位的I/O口（C口高4位和C口低4位）；A、B口具有3種傳輸方式(8255和外設之間）：方式0（基本輸入/輸出）方式1（選通輸入/輸出）方式2（雙向選通I/O，僅A口具有）；CPU與8255之間能使用多種數據傳送方式：無條件方式查詢方式中斷方式；佔用4個I/O端口地址（A口、B口、C口、控制端口）；C口除用做數據口外，當8255工作在方式1和方式2時，C口的部分引腳作為固定的聯絡線。77.2.28255內部結構和外部引腳圖7.28255的內部結構框圖數據匯流排緩衝器數據匯流排A組控制端口C(上半部分)端口APA7~PA0PC7~PC4B組控制端口C(下半部分)端口BPC3~PC0PB7~PB0CSRDWRA0A1RESET讀／寫控制邏輯與CPU介面內部邏輯與外設介面內部數據匯流排（8位）D0~D781.內部結構：4部分組成（1）數據匯流排緩衝器雙向、三態、8位，8255通過它與系統數據匯流排相連。用來傳送輸入/輸出數據、CPU發給8255的控制字和CPU從8255接收的狀態資訊。（2）讀/寫控制邏輯電路接收來自系統匯流排的信號A1、A0（在8086系統中為A2、A1）和控制匯流排的信號，將這些信號進行組合，以完成對數據、狀態資訊和控制資訊的傳輸。9表7.18255的端口與操作選擇表A1A0操作00001讀端口A數據00101讀端口B數據01001讀端口C數據(或狀態)00010數據寫入端口A00110數據寫入端口B01010數據寫入端口C01110如D7=1，則數據為控制字，寫入控制寄存器；如D7=0，則數據為對C端口的置位/複位命令

1xxx

xD7～D0進入高阻狀態

01101非法的信號組合（不允許讀控制寄存器）

0xx11D7～D0進入高阻狀態

禁止輸入（讀）輸出（寫）10（3）A組控制和B組控制模組這兩組控制電路接收CPU輸出的控制字，以及讀/寫控制邏輯電路命令，以決定兩組端口（A組、B組）的工作方式和讀/寫操作。A組控制電路：控制端口A和端口C高4位（PC7～PC4）的工作方式和讀/寫操作。B組控制電路：控制端口B和端口C低4位（PC3～PC0）的工作方式和讀/寫操作。11（4）數據端口A、B、C（稱為PA、PB、PC）端口A：具有1個數據輸入鎖存器和1個輸出鎖存器/緩衝器。作輸入或輸出時，數據均受到鎖存。所以可用作雙向數據傳輸。端口B：具有1個數據輸入緩衝器和1個輸出鎖存器/緩衝器。只能工作在輸入或者輸出方式，不具有同時雙向數據傳輸功能。端口A和端口B作為數據口輸入/輸出時，是8位一起行動，即使只用其中1位，也要同時輸入/輸出8位。端口C：每個4位的端口對應1個輸入緩衝器和1個輸出鎖存器/緩衝器。C口只有在端口A、B都工作在簡單I/O方式時，才具有2個4位的I/O功能。在更多情況下是作為A、B口的應答聯絡信號，分別為端口A和端口B提供控制信號和狀態信號。12關於C端口的補充說明：作為數據口（端口A、B都工作在方式0時）高4位PC7~PC4與A端口一起組成A組；低4位PC3~PC0與B端口一起組成B組。C端口作為數據口輸入/輸出時，4位一起行動。作為狀態口（8255工作在方式1和2時）C端口作為狀態口。作為專用（固定）聯絡（握手）信號線（8255工作在方式1和2時）方式1或2時，C口大部分引腳作為固定聯絡線。做按位控制用C口的8個引腳可單獨從1個引腳輸出高/低電平。此時，C口做按位控制用。132.外部引腳PA3PA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PB0PB1PB2PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB3D48255APC7PC2PC6(IBFA)PC5PC4

(INTRB)PC0(IBFB)PC1(INTRA)PC3輸出聯絡信號：輸入聯絡信號：圖7.38255

外部引腳14引腳說明（1）與系統匯流排的連接信號D0~D7：雙向三態數據線，與系統數據匯流排相連。CS：片選信號。低電平有效，有效時表示本晶片被選中。A1和A0：用於選擇8255片內寄存器。00：選擇A口、01：選擇B口、10：選擇C口、11：選擇控制口）RD和WR：讀/寫信號，低電平有效。用於CPU從8255讀數據或狀態；用於CPU往8255寫控制字或數據。RESET：複位信號。高電平時清除所有內部寄存器內容，並將3個數據端口置為方式0下的輸入端口。（2）與外部設備的連接信號PA7~PA0：端口A與外設連接的數據線，輸入/輸出線。PB7~PB0：端口B與外設連接的數據線，輸入/輸出線。PC7~PC0：端口C與外設連接的數據線，輸入/輸出線。分為兩組（高4位、低4位）。157.2.38255工作方式8255工作方式有三種： 方式0：簡單輸入/輸出方式 方式1：選通輸入/輸出方式（應答方式） 方式2：雙向傳輸方式。1.方式0----簡單輸入/輸出方式端口A、端口B和端口C都可以工作在方式0。此方式下，3個端口中的任何一個端口可作為輸入口，也可作為輸出口。方式0的使用場合有兩種：同步傳送（無條件傳送）查詢式傳送16無條件傳送時一般用於連接簡單的外部設備。例如，鍵盤和開關狀態輸入，狀態指示燈輸出。介面和外部設備之間不需要聯絡信號線，8255A的3個數據端口可以實現三路數據傳輸。查詢式傳輸時需要有應答聯絡信號。一般將端口A和端口B作為數據輸入輸出口，端口C的若干位用作聯絡信號。把端口C的一組（4位）規定為輸出口，用來輸出一些控制信號，而把端口C的另一組（4位）規定為輸入口，用來讀入外設的狀態，兩組中剩餘的引腳信號還可以用於其他控制，例如控制指示燈或者開關輸入。17方式0下，輸入時的時序（圖7.4）（1）發送地址信號，啟動8255，確定端口。（2）RD有效前，外設已將數據發送到8255輸入緩衝區。（3）CPU從8255讀取數據。讀數據的要求：讀期間，地址信號保持有效“輸入”必須在RD後結束讀脈衝RD必須保持足夠寬度（>=300ns）（4）讀結束後，“輸入”、D7~D0和地址信號相繼無效。182.方式1----選通輸入/輸出方式端口A和端口B可以工作在方式1。方式1使用場合有兩種：中斷方式查詢方式採用方式1進行數據傳輸時，要利用端口C提供選通信號和應答信號，且這些信號與端口C中的引腳關係固定，程式不可以改變。方式1特點：①端口A、B均可工作在方式1，均可作為輸入口或者輸出口。②若有一個端口為方式1，則端口C中有3位被規定為方式1的應答聯絡信號。此時，端口C中的其他引腳可以作輸入或輸出。③若端口A、B都工作在方式1，則端口C中有6位被作為應答聯絡信號，剩下的2位，仍可作為輸入或輸出。19（1）方式1的輸入111端口B為輸入B組工作於方式1輸入的控制字D7D6D5D4D3D2D1D0

方式1INTEBPC2PC1PC0INTRBIBFBSTBBRDIBFINTEINTRPC2PC1PC0PA7~PA0INTEAPC4PC5PC3PC6PC7INTRAIBFASTBAI／O2RD10111/0端口A為輸入PC6、PC7：A組工作於方式1輸入的控制字D7D6D5D4D3D2D1D01—輸入0—輸出

方式1I/OI/OIBFINTEINTRPC7PC6PC5PC4PC3狀態字（C口）圖7.6方式1的輸入組態（來自外設）（到外設）（中斷請求）（來自外設）（到外設）（中斷請求）20對於各控制信號，說明如下：①（Strobe）：選通信號輸入端，低電平有效，由外設送往8255A。有效時，外設將一個8位數據，打入8255A的輸入緩衝器中。②IBF（InputBufferFull）：緩衝器滿信號，高電平有效。是8255A輸出給外設的聯絡信號，作為的回應。當其有效時，表示數據已經輸入到8255的輸入緩衝器中，且數據未被CPU取走，通知外設停止送數。查詢方式時可以讀取該信號狀態以確定CPU是否從8255讀取數據。IBF信號是由信號使其置位，而由讀信號的後沿即上升沿使其複位。21③

INTR（InterruptRequest）：8255A送往CPU的中斷請求信號，高電平有效。INTR在、IBF均為高時被置為高電平，即選通信號將一個數據送進輸入緩衝器中，且輸入緩衝器滿時，8255A向CPU發出中斷請求信號。在CPU回應中斷讀取輸入緩衝器中的數據時，由讀信號RD的下降沿將INTR降為低電平。④INTE（InterruptEnable）：中斷允許信號，控制中斷允許或遮罩。由軟體通過對C端口的置1/置0指令來實現對中斷的控制。對PC4置1，則使A端口處於中斷允許狀態；對PC2置1，則使B端口處於中斷允許狀態；對PC4、PC2置0，則使A、B端口處於中斷遮罩狀態。22方式1的輸入時序圖7.7方式1的輸入時序INTRtSIT從外設來的輸入數據tPStPH①STBtST②③tRIB④IBFtSIBtRITRD238255A與外設之間的應答聯絡信號RDWRA1A0INTCPU緩沖器並行介面D7~D0A9~A2CS地址譯碼緩沖器外設8位數據IBFSTBACKOBF24CPU經8255A輸入數據的流程：初始狀態時，並口輸入緩衝器為空，IBF為無效。IBF有效電平將阻止外設數據送出新數據，並使INTR有效數據由外設->8255，選通信號STB有效8255在STB有效電平下將數據鎖存，並送出IBF有效到外設CPU回應中斷並在中斷處理程式中讀入並口數據。而該操作產生的RD有效信號會使INTR和IBF無效CPU經8255A輸入數據的步驟：CPU8255I/O設備③INTR①STB②IBF④RD25（2）方式1輸出圖7.8方式1時輸出組態110端口B為輸出D7D6D5D4D3D2D1D0

方式1INTEBPC2PC1PC0INTRBACKBWRPB7~PB0OBFB端口BOBFINTEINTRPC2PC1PC010101/0端口A為輸出PC4、PC5D7D6D5D4D3D2D1D01—輸入0—輸出方式1INTEAPC6PC7PC3PC4、PC5INTRAACKAI/OWRPA7~PA0OBFA端口AOBFINTEI/OI/OINTRPC7PC6PC5PC4PC3狀態字（C口）26對於各控制信號，說明如下：①（OutputBufferFull）：輸出緩衝器滿標誌，低電平有效，由8255A送給外設。有效時，表示CPU已經向端口輸出了數據，用來通知外設取走數據。由寫信號的上升沿將其置成低電平，由的有效信號使它恢復為高電平。②

（Acknowledge）：外設回應信號，由外設送給8255A，低電平有效。有效時，表明CPU通過8255A輸出的數據已送到外設。27③

INTR（InterruptRequest）：中斷請求信號，高電平有效。當輸出設備從端口取走數據，發回信號後，8255A便向CPU發新的INTR，以便CPU再次輸出數據。當變為高電平時，INTR變高電平，而當寫信號下降沿來到時，INTR複位。④INTE（InterruptEnable）：中斷允許信號。與端口A、B在方式1輸入情況時INTE的含義一樣。INTE為1時，使端口中斷允許，INTE為0，使端口中斷遮罩狀態。INTE由軟體設置，PC6=1，端口A的INTE為1，PC6=0，端口A的INTE為0。PC2=1，端口B的INTE為1，PC2=0，端口B的INTE為0。28方式1輸出數據的時序圖6-10方式1的輸出數據INTRtWITWRtAOB①②③④OBFtWOBtAITtAKACKtWB送往外設的數據數據有效29CPU通過8255A輸出數據的流程：

(首次輸出必須在中斷服務程式外進行）輸出鎖存器將數據送到外設數據線，並使OBF為有效電平，INTR變為無效。CPU回應中斷並在中斷處理程式中向介面輸出新數據(WR有效)。初始狀態時輸出緩衝器為空(OBF無效)INTR為有效電平。CPU進入中斷處理程式向並口輸出緩衝器寫數據外設在OBF有效電平作用下取回數據，並送回ACK有效電平8255收到ACK有效電平後使OBF無效並使INTR有效(向CPU發中斷請求)。CPU經8255A輸出數據的步驟：CPU8255I/O設備①WR②OBF③ACK④INTR303.方式2----雙向輸入/輸出方式圖7.10方式2的控制信號110001/0端口B

PC2~PC0D7D6D5D4D3D2D1D01—輸入0—輸出端口A方式21—輸入0—輸出

B組方式0=方式01=方式1RDWRINTE1PC7PC6PC5PC2~PC0IBFAOBFAACKAI/OPC3PC4PA7~PA0INTE2STBAINTRAOBFINTE1IBFINTE2INTRPC7PC6PC5PC4PC3狀態字（C口）31方式2只適用於端口A，此時，端口C的5個數據位自動分配給端口A作為控制和狀態信號。各控制信號和狀態信號的含義如下：①INTRA（InterruptRequest）：中斷請求信號，高電平有效。無論是輸入還是輸出，當一個動作完成、而要進入下一個動作時，8255A都通過這一引腿向CPU發出中斷請求信號。②（Strobe）：外設供給8255A的選通信號，低電平有效。此信號將外設送到8255A的數據打入輸入鎖存器。32③IBFA（InputBufferFull）：8255A送往外設的狀態資訊，表示當前已有一個新的數據送到輸入緩衝器中，等待CPU取走。IBFA可作為供CPU查詢。④（OutputBufferFull）：輸出緩衝滿信號，8255A送給外設的狀態信號，低電平有效。有效時，表示CPU已經將一個數據寫入8255A的端口A，通知外設將數據取走。⑤（Acknowledge）：外設對信號的回應信號，低電平有效，表明CPU通過8255A輸出的數據已送到外設。33⑥INTE1（InterruptEnable）：中斷允許信號。INTE1為1時，允許8255A通過INTR往CPU發中斷請求信號，以通知CPU往8255A的端口A輸出一個數據；INTE1為0時，則遮罩中斷請求，INTE1由軟體對PC6的設置來決定，PC6=1，則INTE1為1，PC6=0，則INTE1為0。⑦INTE2（InterruptEnable）：中斷允許信號。INTE2為1時，端口A的輸入處於中斷允許狀態，INTE2為0，則端口A中斷遮罩。INTE2由軟體通過對PC4的設置來決定，PC4=1，INTE2為1，PC4=0，則INTE2為0。34在雙向方式下，PA口向CPU發出的中斷請求只有一個，到底是輸入產生的中斷還是輸出產生的中斷，要在中斷程式中由軟體進行判斷：讀取PC端口內容，判斷對應狀態位如果PC7（）為1，表明輸出的數據已被外設取走，請求輸出數據——輸出中斷；如果PC5（IBF）為1，則表明有數據從外設輸入，請求CPU將輸入數據讀走——輸入中斷。35小結：端口C在各種工作方式下的應答聯絡信號端口C各個數據位作A、B口控制、狀態信號的對應關係CPU可以通過對控制信號的置位/複位，實現與外設的應答聯絡；可通過讀取C口的狀態，來查詢和判斷數據口的狀態端口及I/OPC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0端口A輸入IBFSTB；INTEINTR端口B輸入STB；INTEIBFINTR端口A輸出OBFACK；INTEINTR端口B輸出ACK；INTEOBFINTR367.2.48255控制字與初始化編程CPU可以通過向8255控制端口中寫入控制字來決定8255的工作方式、數據傳送方向。控制字分為兩類：方式選擇控制字：確定各端口工作方式和數據傳輸方向。將3個數據端口分為兩組來設定工作方式，即端口A和端口C的高4位作為一組，端口B和端口C的低4位作為一組。C端口按位置1/置0控制字：它可以使C端口中的任何一位進行置位（置為1）或複位（置為0）。37（1）8255A的工作方式選擇控制字1方式選擇控制字的標識位D6D500—方式0A端口方式選擇10—方式201—方式1D4端口A：1—輸入0—輸出D0PC3~PC0：1—輸入0—輸出D1端口B：1—輸入0—輸出D2B端口方式選擇0—方式01—方式1D3PC7~PC4：1—輸入0—輸出圖6-58255A的方式選擇控制字388255A的方式選擇控制字的幾點說明：①8255有3種基本工作方式：方式0：簡單輸入/輸出方式方式1：選通的輸入/輸出方式方式2：雙向傳輸方式②端口A：可以工作在3種工作方式中的任何一種； 端口B：只能工作在方式0或方式1， 端口C：常常配合端口A和端口B工作，為這兩個端口的輸入/輸出傳輸提供控制信號和狀態信號。③同一組的兩個端口可以分別工作在輸入方式和輸出方式，並不要求為同一種工作方式。39例7.1

某系統要求使用8255的A口工作於方式1作為輸入，B口工作於方式0作為輸出，C口的上半部輸入、下半部輸出。8255端口地址為60

63H。完成其初始化程式。分析：由工作方式控制字格式，可得控制字為：

10111000B=0B8H

則初始化程式為： MOVAL，0B8H OUT63H，AL40（2）端口C置1/置0控制字端口C的數據位常常作為控制位使用，所以，端口C中的各位可以用置1/置0控制字單獨設置。當8255A接收到寫入控制口的控制字時，會對控制字最高位（D7）進行測試。D7=1，則將此位元組作為方式選擇控制字寫入控制寄存器；D7=0，此位元組就作為對端口C的置1/置0控制字來處理。41圖6-6端口C置1/置0控制字1=置10=置0D00C端口置1/置0識別字

D6D5D4×××無關PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7010101010011001100001111D3D2D1位選擇：42對C端口置1/置0控制字的幾點說明：①

C端口置1/置0控制字儘管是對端口C進行操作，但此控制字必須寫入控制口，而不是寫入C端口。②置1/置0控制字的D0位決定了是置1操作還是置0操作。如為1，則對端口C中某一位置1，如為0，則置0。③置1/置0控制字的D3、D2、D1位決定了對C端口中的哪一位進行操作。④置1/置0控制字的D6、D5、D4位可為1，也可為0，它們不影響置1/置0操作。但D7位必須為0，它是對C端口置1/置0控制字的識別字。43例7.2

在例7.1中，若A口工作於方式1作為輸入，要使用中斷傳送方式，完成對C口的置位操作。分析：當A口工作於方式1作輸入時，由圖7.7，採用中斷傳送方式必須對PC4位置1。 MOVAL，00001001B OUT63H，AL44例7.3

圖7.13採用1個8255晶片和軟碟控制器相連，箭頭標明了I/O的方向，根據該圖，試寫出8255的初始化程式。設8255端口地址為0300

0303H。PC3PA0PA1…PA7PC4PC5PC6PC7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2D0D1…D7選響響就驅進讀寫磁啟測LJ同索0

通應應緒動退選選盤動試忙步引道(出)(入)磁通通選CRC准傳頭擇備感軟碟驅動器好器中斷請求45分析：（1）確定各個端口工作方式： 由上圖可知，A端口既做輸入又作輸出，故A端口工作與方式2（PC4~PC7全部用作A端口的固定應答聯絡線，PC3用作A端口的中斷請求）；B端口作輸出，沒有應答線，故工作在方式0。（2）寫出控制字和C端口按位置/複位控制字（3）寫出初始化程式 MOVDX，303H ；寫方式控制字到控制口 MOVAL，0C0H ；0C0H=11000000B OUTDX，AL MOVAL，00001001B ；PC4置位，開放A口輸入中斷 OUTDX，AL MOVAL，00001101B ；PC6置位，開放A口輸出中斷 OUTDX，AL467.2.58255應用舉例例7.4假設利用8255的A口方式0與印表機相連，將記憶體緩衝區BUFF中的字元列印輸出。硬體連接見圖7.14。設8255的工作頻率與CPU的工作頻率相當。印表機介面要求在STB有效時，才能接收數據；而在BUSY有效時，則表示印表機忙，不能接收數據。編寫8255初始化程式及控制程式。D7~D0WRRDPC0A1PC7A0CSD7~D0STBBUSYPA7~PA0D7~D0IOWIORA1A0A7~A2=011000印表機825547分析： MOVAL，88H OUTPORTCN，AL

MOVAL，01H

OUTPORTCN，ALWAIT：INAL，PORTC

TESTAL，80H JNZWAIT MOVAL，[SI] CMPAL，’$’

JZPRINT_OVER

OUTPORTA，AL MOVAL，00H OUTPORTCN，AL MOVAL，01H OUTPORTCN，AL INCSI JMPWAITPRINT_OVER：…初始化8255編寫控制程式（查詢方式）（1）確定工作方式：A口方式0輸出；B口未用；C口高4位輸入，低4位輸出（2）方式字：10001000B（3）8255初始化編程讀印表機狀態BUSY=0?(PC7)傳送結束?使STB有效；向印表機發送數據結束退出是否是否WAITPRINT_OVER說明：SI中存放待傳送數據緩衝區的首地址；‘$’為待傳送數據的結束符。48例7.5假設有一個4Х4的矩陣鍵盤通過並行介面晶片8255與微機相連。8255的A口作為輸出口，與鍵盤的行線相連；B口為輸入口，與鍵盤列線相連。介面硬體連接如下圖，設8255的端口地址為60

63H，試編寫鍵盤掃描程式。PA0PA1PA28255PA3PB0PB1PB2PB30行0列1行2行3行+5V1列2列3列CPU01231549分析：要使上述鍵盤工作，需要做以下工作：（1）使8255工作（對8255進行初始化編程）；（2）檢測是否有鍵按下，若有鍵按下