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1、第七章可編程并行接口8255A,7.1并行接口的概述7.2可編程并行接口8255A7.38255A的0方式及其應用7.48255A的1方式及其應用7.58255A的2方式及其應用,2,CPU與外設之間的信息傳送都是通過接口電路來進行的。計算機與外部設備、計算機與計算機之間交換信息稱之為計算機通信,計算機通信可分為兩大類：并行通信：8位或16位或32位數(shù)據(jù)同時傳輸，速度快，信息率高，成本高串行通信：一位一位數(shù)據(jù)傳送(在一條線上順序傳送)，成本低實現(xiàn)并行通信的接口就是并行接口。,7.1并行接口的概述,一、串行與并行通信,3,并行接口最基本的特點是在多根據(jù)數(shù)據(jù)線上以數(shù)據(jù)字節(jié)（字）為單位與I/O設備或
2、被控對象傳送信息。如:打印機接口，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口，IEEE-488接口，開關量接口，控制設備接口等。在并行接口中，除了少數(shù)據(jù)場合之外，一般都要求在接口與外設之間設置并行數(shù)據(jù)線的同時，至少還要設置兩根握手（聯(lián)線）信號線，以便進行互鎖異步握手方式（即查詢方式）的通信。在并行接口中，8位或16位是一起行動的，因此，當采用并行接口與外設交換數(shù)據(jù)時，即使是只用到其中的一位，也是一次輸入/輸出8位或16位。并行傳送信息，不要求固定的格式，這與串行傳送的數(shù)據(jù)格式的要求不同。,二、并行接口的特點,對于各種型號的CPU都有與其配套的并行接口芯片。如Intel公司8255A（PPI），Zilog公司Z-
3、80PIO，MC6820（PIO）等，它們的功能雖有差異，但工作原理基本相同。,7.2可編程并行接口8255A,一、8255A的外部特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.8255A的基本特性具有兩個8位（A口和B口）和兩個4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片。能適應CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求。,PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，當工作在1方式和2方式時，它的大部分引腳被分配作專用聯(lián)絡信號；PC口可以進行按位控制；在CPU讀取8255A狀態(tài)時，PC口又作1，2方式的狀態(tài)口用，等等。可執(zhí)行功能很強，內(nèi)容豐富的命令（方式字和控制字）為用戶如何根據(jù)外界條件（I/O設備需要哪些信號線以及它
4、能提供哪些狀態(tài)線）來使用8255A構(gòu)成多種接口電路，組成微機應用系統(tǒng)提供了靈活方便的編程環(huán)境。8255芯片內(nèi)部主要由控制寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄器組成。,2.8255A的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A是一個單+5V電源供電，40個引腳的雙列直插式組件，其外部引線如圖所示。（1）外部引腳①與系統(tǒng)總線的連接信號面向數(shù)據(jù)總線的有：D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線，用于CPU向8255A發(fā)送命令、數(shù)據(jù)和8255A向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)和8255A向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。面向地址總線的有：,8255A引腳,RD：讀信號，低電平有效。WR：寫信號，低電平有效。RESET：復位信號，高電平有效。它清除控制寄存器并將8
5、255A的A、B、C三個端口均置為輸入方式；輸入寄存器和狀態(tài)寄存器被復位，并且屏蔽中斷請求；24條面向外設信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。,,,②與外部設備的連接信號PA0～PA7：端口A的輸入/輸出線。PB0～PB7：端口B的輸入/輸出線。PC0～PC7：端口C的輸入/輸出線。這24根信號線均可用來連接I/O設備和傳送信息。其中，A口和B口只作輸入/輸出的數(shù)據(jù)口用，盡管有時也利用它們從I/O設備讀取一些狀態(tài)信號，如打印機的“忙”（Busy）狀態(tài)信號、A/D轉(zhuǎn)換器的“轉(zhuǎn)換結(jié)束”（EOC）狀態(tài)信號，但對A口和B口來說，都是作8255A的數(shù)據(jù)口讀入，而不是作8255A的狀態(tài)口讀入的。,C口的作用與8255
6、A的工作方式有關，它除了作數(shù)據(jù)口以外，還有其他用途，故C口的使用比較特殊，單獨介紹如下：a.作數(shù)據(jù)口。b.作狀態(tài)口。c.作專用（固定）聯(lián)絡（握手）信號線。d.作按位控制用。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它由以下4個部分組成。,①數(shù)據(jù)總線緩沖器。這是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，它是8255A與CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。②讀/寫控制邏輯。讀/寫控制邏輯由讀信號RD、寫信號WR、選片信號CS以及端口選擇信號A1A0等組成。③輸入/輸出端口A、B、C。8255A包括3個8位輸入輸出端口（port）。每個端口都有一個數(shù)據(jù)輸入寄存器和一個數(shù)據(jù)輸出寄存器。④A組和B組控制電路?？刂艫、B和C三個端
7、口的工作方式。,,,,表7.18255A基本操作與端口地址,二、8255A的編程命令1.方式命令作用：指定8255A的工作方式及其方式下3個并行端口（PA、PB、PC）的功能，是作輸入還是作輸出。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要寫1，其余各位定義如下，應根據(jù)用戶的設計要求填寫1或0。,例1：要把A口指定為1方式，輸入，C口上半部為輸出；B組指定為0方式，輸出，C口下半部定為輸入，則工作方式命令代碼是：10110001B或B1H。若將此命令代碼寫到8255A的命令寄存器，即實現(xiàn)了對8255A工作方式及端口功能的指定，或者說完成了對8255A的初始化。初始化的程序段為：MOVDX，203H；
8、8255A命令口地址MOVAL，0B1H；初始化命令OUTDX，AL；送到命令口,2.按位置位/復位命令作用：指定PC口的某一位（某一個引腳）輸出高平或低電平。格式：8位，其中最高位是特征位，一定要寫0，其余各位的定義如下，應根據(jù)用戶的設計要求填寫1或0.,例2：若要把C口的PC2引腳置成高電平輸出，則命令字應該為00000101B或05H。將該命令的代碼寫入8255A的命令寄存器，就會使得從PC口的PC2引腳輸出高電平，其程序段為：MOVDX，203H；8255A命令口地址MOVAL，05H；使PC2=1的命令字OUTDX，AL；送到命令口如果要使引腳PC2輸出低電位，則程序段為：MOVDX
9、，203H；8255A命令口地址MOVAL，04H；使PC2=0的命令字OUTDX，AL；送到命令口,利用C口的按位控制特性還可以產(chǎn)生、負脈沖或方波輸出，對外設進行控制。例3：利用8255A的PC7產(chǎn)生負脈沖，作打印機接口電路的數(shù)據(jù)選通信號，其程序段為：MOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，00001110B；置PC7=0OUTDX，ALNOP；維持低電平NOPMOVAL，00001111B；置PC7=1OUTDX，AL,3.關于兩個命令的討論①方式命令是對8255A的3個端口的工作方式及功能進行指定，即進行初始化，初始工作要在使用8255A之前做。②按位置位/復位命令只是對PC口
10、的輸出進行控制，使用它產(chǎn)不破壞已經(jīng)建立的3種工作方式，而是對它們實現(xiàn)動態(tài)控制的一種支持。它可放在初始化程序以后的任何地方。③兩個命令的最高位（D7）都分配作了特征位，之所以要設置特征位，是為了識別兩個不同的命令。④按位置位/復位的命令代碼只能寫入命令口。,4.A口和B口另一個使用方法A口、B口也可以按位輸出高低電平，但是，它與前面的按位置位/復位命令有本質(zhì)的差別，并且實現(xiàn)的方法也不同，。C口按位輸出是以送數(shù)據(jù)到A口、B口來實現(xiàn)的。其具體作法是：若要使某一位置高電平，則先對端口進行讀操作，將讀入的原輸出值，“或”上一個字節(jié)，字節(jié)中使該位為1，其他位為0，然后再送到同一端口，即可使該位為0，然后再
11、送到同一端口，即可使該位置位。,例4：若要使PA7位輸出高/低電平，則用下列程序段：使PA7輸出高電平.MOVDX，200H；PA數(shù)據(jù)口地址INAL，DX；讀入A口原輸出內(nèi)容MOVAH，AL；保存原輸出內(nèi)容ORAL，80H；使PA7=1OUTDX，AL；輸出PA7┇MOVAL，AH；恢復原輸出內(nèi)容OUTDX，AL,使PA7輸出低電平MOVDX，200H；A口地址INAL，DX；讀入端口原輸出值MOVAH，AL；保存原輸出值ANDAL，7FH；使PA7=0OUTDX，AL；輸出PA7┇MOVAL，AH；恢復原輸出內(nèi)容OUTDX，AL,三、8255A的工作方式8255A的工作方式與端口有關，PA口
12、有三種方式（0方式、1方式、2方式），PB口和PC口只有兩種方式（0方式、1方式)。,23,7.38255A的0方式及其應用,一、特點0方式是一種基本輸入/輸出工作方式。通常不用聯(lián)絡信號，或不使用固定的聯(lián)絡信號?；綢/O方式是指查詢方式傳送，也包括無條件傳送。在0方式下，彼此獨立的兩個8位和兩個4位并行口，都能被指定作為輸入或者輸出用，共有16種不同的使用狀態(tài)。,在0方式下不設置專用聯(lián)絡信號線，需要聯(lián)絡時，可由用戶任意指定C口中的哪根線完成某種聯(lián)絡功能，這與后面要討論的在1方式、2方式下設置固定的專用聯(lián)絡信號線不同。是單向I/O，一次初始化只能指定端口（PA、PB和PC）作輸入或輸出，不能指
13、定端口同時既作輸入又作輸出。二、并行打印機接口設計1.要求為某應用系統(tǒng)配置一個并行打印機接口，并且通過接口CPU采用查詢方式把存放在BUF緩沖區(qū)的256個字（ASCII碼）送去打印。,2.分析由于打印接口直接面向的對象是打印機接口標準，而不是打印機本身，因此打印機接口要按照接口標準的要求進行設計。有關打印機接口標準的信號線定義和工作時序如下。,過程:采用查詢方式時，打印機與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的過程是：①首先查詢BUSY。若BUSY=1，打印機忙，則等待；若BUSY=0，打印機不忙，則送數(shù)據(jù)。②通過并行接口把數(shù)據(jù)送給標準插座DATABIT1～DATABIT8數(shù)據(jù)線上，此時數(shù)據(jù)并未送入打印機。③再
14、送出一個數(shù)據(jù)選通信號DATASTROBE-（負脈沖）給標準插座的1號引腳，把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)打入到打印機的內(nèi)部緩沖器。④打印機在收到數(shù)據(jù)后，通過插座的11號引肢發(fā)出“忙”（BUSY=1）信號，表明打印機正在處理輸入的數(shù)據(jù)。⑤最后在10號引腳上送出一個回答信號ACK-給主機，表示上一個字符已經(jīng)處理完畢。,3.設計接口電路的設計包括硬件接口電路和軟件驅(qū)動程序兩部分。①打印機接口電路。打印機接口電路原理框圖如圖所示。該電路的設計思路是：按照并行打印接口標準對打印機接口信號線的定義，最基本的信號線需要8根數(shù)據(jù)線（DATABIT1～8）,1根控制線（STB），1根狀態(tài)線（BUSY）和1根地線。選用8255
15、A的PA口作數(shù)據(jù)口輸出8位打印數(shù)據(jù)，工作方式為0方式。②接口驅(qū)動程序。其程序流程圖如右圖所示。驅(qū)動程序的程序段如下：,CODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：CODEORG100HSTART：MOVAX，CODEMOVCS，AXMOVDS，AXMOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，10000001B；工作方式字OUTDX，AL；（A口0方式，輸出，C4～C7輸出，C0～C3輸入）,MOVAL，00001111B；PC7位置高，使STB--=1OUTDX，ALMOVSI,OFFSETBUF；打印字符內(nèi)存首地址MOVCX，OFFH；打印字符個數(shù)MOVDX，202H；PC
16、口地址INAL，DX；查BUSY=0？（PC2=0）ANDAL，04H;00000100BJNZL；忙，則等待；不忙，則向A口送數(shù)MOVDX，200H；PA口地址MOVAL，[SI]；從內(nèi)存取數(shù)OUTDX，AL；送數(shù)據(jù)到A口MOVAL，203H；8255A命令口MOVAL，00001110B；置STB-信號為低（PC7=0）,L:,OUTDX，ALNOP；負脈沖寬度（延時）NOPMOVAL，00001111B；置STB-為高（PC7=1）OUTDX，ALINCSI；內(nèi)存地址加1DECCX；字符數(shù)減1JNZL；未完，繼續(xù)MOVAX，4C00H；已完，退出INT21HBUFDB256個ASCII字
17、符代碼CODEENDSENDSTART,7.48255A的1方式及其應用一、特點①1方式是一種選通輸入/輸出方式或叫應答方式，因此，需設置專用的聯(lián)絡信號線或應答信號線，以便對I/O設備和CPU兩側(cè)進行聯(lián)絡。這種方式通常用于查詢（條件）傳送或中斷傳送。數(shù)據(jù)的輸入輸出都有鎖存功能。②PA和PB為數(shù)據(jù)口，而PC口的大部分引腳分配作專用（固定）的聯(lián)絡信號的C口引腳，用戶不能再指定作其他作用。③各聯(lián)絡信號線之間有固定的時序關系，傳送數(shù)據(jù)時，要嚴格按照時序進行。,④輸入/輸出操作過程中，產(chǎn)生固定的狀態(tài)字，這些狀態(tài)信息可作為查詢或中斷請求之用。狀態(tài)字從PC口讀取。⑤單向傳送。一次初始化只能設置在一個方向上傳
18、送，不能同時作兩個方向的傳送。二、1方式下聯(lián)絡信號線的定義及其時序1方式下輸入的聯(lián)絡信號線定義及時序（1）聯(lián)絡信號的定義因為輸入是從I/O設備向8255A送數(shù)據(jù)進來，所以I/O設備應先把數(shù)據(jù)準備好，并送到8255A，然后CPU再從8255A讀取數(shù)據(jù)。這個傳遞過程中需要使用一些聯(lián)絡信號線。所以當A口和B口為輸入時，各指定了C口的3根線作為8255A與外設及CPU之間應答信號，如圖所示。STB：外設給8255A的“輸入選通”信號，低電平有效。,,1方式輸入時聯(lián)絡信號線定義,IBF：8255A給外設的回答信號“輸入緩沖器滿”，高電平有效。INTR：8255A給CPU的“中斷請求”信號，高電平有效。,
19、（2）1方式輸入的工作時序1方式的工作時序如圖和表7.3所示。其信號交接過程如下：,①數(shù)據(jù)輸入時，外設處于主動地位，當外設準備好數(shù)據(jù)并放到數(shù)據(jù)線上后，首先發(fā)STB信號，由它把數(shù)據(jù)輸入到8255A。②在STB的下降沿約300ns，數(shù)據(jù)已鎖存到8255A的緩沖器后，引起IBF變高，表示8255A的“輸入緩沖器滿”，禁止輸入新數(shù)據(jù)。,表7.31方式輸入工作時序表,③在STB的上升沿約300ns后，在中斷允許（INTE=1）的情況下IBF的高電平產(chǎn)生中斷請求，使INTR上升變高，通右CPU，接口中已有數(shù)據(jù)，請求CPU讀取。④CPU得知INTR信號有效之后，執(zhí)行讀操作時，RD信號的下降沿使INTR復位，
20、撤消中斷請求，為下一次中斷請求作好準備。從上述分析，可知在1方式下，數(shù)據(jù)從I/O設備發(fā)出，通過8255A，送到CPU的整個過程有如下4步：,CPU,,,,,8255A,I/O設備,,,,,①STB,③INTR,②IBF,④RD,,,2.1方式下輸出的聯(lián)絡信號線定義及時序（1）聯(lián)絡信號的定義,（2）1方式輸出的工作時序1方式輸出的工作時序，如圖所示。,1方式輸出時工作時序,其信號交接的過程如下：①數(shù)據(jù)輸出時，CPU應先準備如數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)寫到8255A輸出數(shù)據(jù)寄存器。當CPU向8255A寫完一個數(shù)據(jù)后，WR的上升沿使OBF有效，表示8255A的輸出緩沖器已滿，通知外設讀取數(shù)據(jù)。并且WR使中斷請求
21、INTR變低，封鎖中斷請求。②外設得到OBF有效的通知后，開始讀數(shù)。當外設讀取數(shù)據(jù)后，用ACK回答8255A，表示數(shù)據(jù)已收到。③ACK的下降沿將OBF置高，使OBF無效，表示輸出緩沖器變空，為下一次輸出作準備，在中斷允許（INTE=1）的情況下ACK上升沿使INTR變高，產(chǎn)生中斷請求。CPU響應中斷后，在中斷服務程序中，執(zhí)行OUT指令，向8255A寫下一個數(shù)據(jù)。,,,,,,,,,從上述分析，在1方式下，數(shù)據(jù)從CPU，通過8255A送到I/O設備有4步：,三、1方式的狀態(tài)字狀態(tài)字的作用在1方式下8255A有固定的狀態(tài)字。狀態(tài)字為查詢方式提供了狀態(tài)標志位，如IBF和OBF，同時，由于8255A不能
22、直接中斷矢量，因此當8255A采用中斷方式時，CPU也要通過讀狀態(tài)字來確定中斷源，實現(xiàn)查詢中斷。,2.狀態(tài)字的格式狀態(tài)字的格式如圖所示。,狀態(tài)字有8位，分A和B兩組，A組狀態(tài)位占高5位，B組狀位占低3位，并且輸入和輸出時的狀態(tài)字不相同。3.使用狀態(tài)字時要注意的幾個問題①狀態(tài)字是在8255A輸入/輸出操作過程中由內(nèi)部產(chǎn)生，從C口讀取的，因此從C口讀出的狀態(tài)字是獨立于C口的外部引腳的，或者說與C口的外部引腳無關。②狀態(tài)字中供CPU查詢的狀態(tài)位有：輸入時------IBF位和INTR位；輸出------OBF位和INTR位。③狀態(tài)字中的INTE位，是控制標志位，是控制標志位，控制8255A能否提出中
23、斷請求，因此它不是I/O操作過程中自動產(chǎn)生的狀態(tài)，而是由程序通過按位置位/復位命令來設置或清除的。,例：若允許PA口輸入時，產(chǎn)生中斷請求，則必須設置INTEA=1，即置PC4=1；若禁止它產(chǎn)生中斷請求，則置INTEA=0，即置PC4=0，其程序段為：MOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，00001001B；置PC4=1，允許中斷請求OUTDX，ALMOVAL，00001000B；置PC4=0，禁止中斷請求OUTDX，AL五、兩種方式并行傳送接口設計1.要求在甲乙兩臺微機之間并行傳送1K字節(jié)數(shù)據(jù)。甲機發(fā)送，乙機接收。甲機一側(cè)的8255A采用1方式工作，乙機一側(cè)的8255A采用0方式工
24、作。兩機的CPU與接口之間都采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。,2.分析雙機均采用可編程并行接口芯片8255A構(gòu)成接口電路，只是8255A的工作方式不同。此時，雙方的8255A把對方視為I/O設備。3.設計（1）硬件連接根據(jù)上述要求，接口電路的連接如圖所示。（2）軟件編程接口驅(qū)動程序包含發(fā)送與接收兩個程序。,甲機發(fā)送程序段：MOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，10100000B；初始化工作方式字OUTDX，ALMOVAL，00001101B；置發(fā)送中斷允許INTEA=1OUTDX，AL；PC6=1MOVSI，OFFSETBUFS；設置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的指針MOVCX，3FFH；發(fā)送字節(jié)數(shù)MOVDX
25、，200H；向A口寫第一個數(shù)，產(chǎn)生第一;個OBF-信號MOVAL，[SI]；送給乙方，以便獲取乙方的ACK-信號OUTDX，AL,INCSI；內(nèi)存地址加1DECCX；傳送字節(jié)數(shù)減1L：MOVDX，202H；8255A狀態(tài)口INAL，DX；查發(fā)送斷請求INTRA=1？ANDAL，08H；PC3=1？JZL；若無中斷請求，則等待；；若有中斷請求，則向A口寫數(shù)MOVDX，200H；8255APA口地址MOVAL，[SI]；從內(nèi)存取數(shù)OUTDX，AL；通過A口向乙機發(fā)送第二個數(shù)據(jù)INCSI；內(nèi)存地址加1,DECCX；字節(jié)數(shù)減1JNZL；字節(jié)未完，繼續(xù)MOVAH，4CH；已完，退出INT21H；返回BU
26、FSDB1024個數(shù)據(jù)乙機接收程序段：（略）,50,7.58255A的2方式及其應用,一、特點①PA口為雙向選通輸入/輸出或叫雙向應答式輸入/輸出。一次初始化可指定PA口既作輸入口又作輸出口。②設置專用的聯(lián)絡信號線和中斷請求號信線，因此，2方式下可采用中斷方式和查詢方式與CPU交換數(shù)據(jù)。③各聯(lián)絡線的定義及其時序關系和壯態(tài)基本上是在1方式下輸入和輸出兩種操作的組合。,二、2方式下聯(lián)絡信號線的定義及其時序1.聯(lián)絡信號線的定義,2方式是一種雙向選通輸入輸出方式，它把A口作為雙向輸入/輸出口，把C口的5根線（PC3~PC7）作為專用應答線，所以，8255A只有A口才有2方式。其引腳定義如圖所示。,2.工作時序2方式的時序關系如圖所示。,三、2方式的狀態(tài)字2方式的狀態(tài)字的含義是在1方式下輸入和輸出狀態(tài)位的組合，不再述。四、中斷方式的雙向并行接口設計1.要求主從兩個微機進行并行傳送，共傳送256個字節(jié)。主機一側(cè)的8255A采用2方式并且用中斷方式傳送數(shù)據(jù)。從機一側(cè)8255A工作在0方式，采用查詢方式傳送數(shù)據(jù)。3.設計（1）硬件設計由圖可知主機一側(cè)的8255A的PA口作雙向傳送，既輸出又輸入，它的中斷請示線接到8259A的IR2上。從機一側(cè)的8255A的PA和PB口是單向傳送，分別作輸出和輸入。（2）軟件設計,55,本章結(jié)束，謝謝您的合作！,
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