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1、内容提要: 并行接口的特点 可编程并行接口8255A,第3章 基本的I/O接口 - 并行接口,3.4 可编程并行接口8255A,并行接口的特点 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
2、，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。 对于各种型号的CPU都有与其配套的并行接口芯片。如Intel公司8255A（PPI），Zilog公司Z-80PIO，MC6820（PIO）等，它们的功能虽有差异，但工作原理基本相同。,3.4.1 8255A的基本特性,具有两个8位（A口和B口）和两个4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片。 能适应CPU与I/O接口间的多种数据传送方式的要求 可执行功能很强，内容丰富的命令（方式字和控制字）为用户如何根据外界条件（I/O设备需要哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用8255A构成多种
3、接口电路，组成微机应用系统提供了灵活方便的编程环境。 PC口的使用比较特殊，除作数据口外，当工作在1方式和2方式时，它的大部分引脚被分配作专用联络信号；PC口可以进行按位控制；在CPU读取8255A状态时，PC口又作1，2方式的状态口用，等等。 8255芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄器组成。,3.4.2 8255A的内部结构, 数据总线缓冲器。这是一个三态双向8位缓冲器，它是8255A与CPU系统数据总线的接口。 读/写控制逻辑。读/写控制逻辑由读信号RD、写信号WR、选片信号CS以及端口选择信号A1A0等组成。 输入/输出端口A、B、C。8255A包括3个8位输入输出端口（po
4、rt）。每个端口都有一个数据输入寄存器和一个数据输出寄存器。 A组和B组控制电路。控制A、B和C三个端口的工作方式。,8255A的内部结构由4个部分组成,端口A：PA0PA7 A组，支持工作方式0、1、2 常作数据端口，功能最强大 端口B：PB0PB7 B组，支持工作方式0、1 常作数据端口 端口C：PC0PC7 仅支持工作方式0 可作数据、状态和控制端口 分两个4位，每位可独立操作 A组控制高4位PC4PC7 B组控制低4位PC0PC3,外设数据端口,8255A是一个单+5V电源供电， 40个引脚的双列直插式组件。,3.4.3 8255A的外部引脚,面向数据总线的有： D0D7：双向数据线，
5、用于CPU向8255A发送命令、数据和8255A向CPU回送状态、数据和8255A向CPU回送状态、数据。 面向地址总线的有：A0、A1、CS# 面向控制总线的有： RD#：读信号，低电平有效 WR#：写信号，低电平有效 RESET：复位信号，高电平有效。它清除控制寄存器并将8255A 的A、B、C三个端口均置为输入方式；输入寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24条面向外设信号线呈现高阻悬浮状态。,与系统总线的连接信号,PA0PA7：端口A的输入/输出线。 PB0PB7：端口B的输入/输出线。 PC0PC7：端口C的输入/输出线。 这24根信号线均可用来连接I/O设备和传送信息。其中
6、，A口和B口只作输入/输出的数据口用，尽管有时也利用它们从I/O设备读取一些状态信号，如打印机的“忙”（Busy）状态信号、A/D转换器的“转换结束”（EOC）状态信号，但对A口和B口来说，都是作8255A的数据口读入，而不是作8255A的状态口读入的。,与外部设备的连接信号,C口的作用与8255A的工作方式有关，它除了作数据口以外，还有其他用途，故C口的使用比较特殊，单独介绍如下： a.作数据口。 b.作状态口。 c.作专用（固定）联络（握手）信号线。 d.作按位控制用。,C口的作用,3.4.4 8255A基本操作与端口地址,方式命令(Add: +3) 按位置位/复位命令(Add: +3),
7、3.4.5 8255A的编程命令,作用：指定8255A的工作方式及其方式下3个并行端口（PA、PB、PC）的功能，是作输入还是作输出。 格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写1，其余各位定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0。,1、方式命令(Add: +3),工作方式命令代码是：10010001B或91H。 若将此命令代码写到8255A的命令寄存器，即实现了对8255A工作方式及端口功能的指定，或者说完成了对8255A的初始化。初始化的程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口地址 MOV AL，091H ；初始化命令 OUT DX，AL ；送到命令口,举例：把A口指定为0方式
8、，输入，C口上半部为输出；B口指定为0方式，输出，C口下半部定为输入。,作用：指定PC口的某一位（某一个引脚）输出高平或低电平。 格式：8位，其中最高位是特征位，一定要写0，其余各位的定义如下，应根据用户的设计要求填写1或0.,2、按位置位/复位命令(Add: +3),命令字应该为00000101B或05H。 将该命令的代码写入8255A的命令寄存器，就会使得从PC口的PC2引脚输出高电平，其程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口地址 MOV AL，05H ；使PC2=1的命令字 OUT DX，AL ；送到命令口 如果要使引脚PC2输出低电位，则程序段为： MOV DX，303
9、H ；8255A命令口地址 MOV AL，04H ；使PC2=0的命令字 OUT DX，AL ；送到命令口,举例：把C口的PC2引脚置成高电平输出,利用C口的按位控制特性还可以产生、负脉冲或方波输出，对外设进行控制。该例程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，00001110B ；置PC7=0 OUT DX，AL NOP ；维持低电平 NOP MOV AL，00001111B ；置PC7=1 OUT DX，AL,举例：利用8255A的PC7产生负脉冲， 作打印机接口电路的数据选通信号, 方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能进行指定，即进行初始化，初始工
10、作要在使用8255A之前做。 按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，实现动态控制的一种支持。它可放在初始化程序以后的任何地方。 两个命令的最高位（D7）都分配作了特征位，之所以要设置特征位，是为了识别两个不同的命令。 按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。,3、关于两个命令的讨论,A口、B口也可以按位输出高低电平，但是，它与前面的按位置位/复位命令有本质的差别，并且实现的方法也不同C口。按位输出是以送数据到A口、B口来实现的，其具体作法是：若要使某一位置高电平，则先对端口进行读操作，将读入的原输出值，“或”上一个字节，字节中使该位为1，其他位为0，然后再送到同一端口，即可使该位为0，
11、然后再送到同一端口，即可使该位置位。,4、A口和B口另一个有趣的使用方法,程序段为： MOV DX，300H ；PA数据口地址 IN AL，DX ；读入A口原输出内容 MOV AH，AL ；保存原输出内容 OR AL，80H ；使PA7=1 OUT DX，AL ；输出PA7 MOV AL，AH ；恢复原输出内容 OUT DX，AL,举例：使PA7位输出高电平,MOV DX，300H ； A口地址 IN AL，DX ；读入端口原输出值 MOV AH，AL ；保存原输出值 AND AL，7FH ；使PA7=0 OUT DX，AL ；输出PA7 MOV AL，AH ；恢复原输出内容 OUT DX，A
12、L,举例：使PA7位输出低电平,8255A的工作方式与端口有关， PA口有三种方式（0方式、1方式、2方式），PB口和PC口只有两种方式（0方式、1方式)。,3.4.6 8255A的工作方式,（1）特点 0方式是一种基本输入/输出工作方式。通常不用联络信号，或不使用固定的联络信号。 基本I/O方式是指查询方式传送，也包括无条件传送。 在0方式下，彼此独立的两个8位和两个4位并行口，都能被指定作为输入或者输出用。,1、 0方式及其应用,在0方式下不设置专用联络信号线，需要联络时，可由用户任意指定C口中的哪根线完成某种联络功能，这与后面要讨论的在1方式、2方式下设置固定的专用联络信号线不同。 是单
13、向I/O，一次初始化只能指定端口（PA、PB和PC）作输入或输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。,（2）应用 作为通用的并行接口电路芯片，8255A 具有广泛的应用。 驱动LED数码管 打印机接口电路 ,LED数码管及其接口,发光二极管LED是最简单的显示设备 由7段LED就可以组成的LED数码管 LED数码管广泛用于单板微型机、微型机控制系统及数字化仪器中 LED数码管可以显示内存地址和数据等,LED数码管的工作原理,主要部分是7段发光管(拼成一个8字 ) 顺时针分别称为a、b、c、d、e、f、g 有的产品还附带有一个小数点h 通过7个发光段的不同组合 显示09 显示AF（实现16进制数
14、的显示） 显示个别特殊字符，如、P 等,LED数码管的结构,共阳极,共阴极,LED正极接到一块 应用时这个脚接VCC,LED负极接到一块 应用时这个脚接GND,单个LED数码管的显示,mov dx, 2F7H ; 2F7H为控制口地址 mov al, 10010000B ; 0方式，端口A输入，端口B输出 out dx, al ; 设置8255的工作方式 mov dx, 2F4H ; 2F4H为口A地址 in al,dx ; 读入端口A的值 mov dx, 2F5H ; 2F5H为口B地址 out dx, al ; 写B口,P125 例3.1 8086CPU通过8255A与开关和7段LED的接
15、口,MOV AL，82H ； 0方式，口A输出，口B输入 MOV DX，0FFFEH ；控制口地址 OUT DX，AL ；设置工作方式,初始化程序段,RDPORTB： MOV DL，0FFFAH ；口B地址 IN AL，DX ；读入开关的状态 AND AL，0FH ；取低4位 MOV BX，OFFSET SSECODE ；段码表首地址送BX XLAT ； ALDS:BXAL MOV AL，OF8H ;口A地址 OUT DX，AL ;将段码写A口至LED显示 MOV AX，56CH DEC AX JNZ DELAY ；显示延时 JMP RDPORTB ；重新取新的开关值 HLT ORG 2500
16、H ；断码表，首址 2500H ；十六进制数的显示代码表 SSEG CODE: DB 0C0H,0F9H，0A4H；OB0H，99H，92H，82H，0F8H DB 80H,98H，88H，83H，0C6H，0A1H，86H，8EH,根据开关状态显示程序段,单个LED数码管的显示,8086 CPU,tab db 3fh,06h,5bh,6fh ; 显示代码表 num db xx ; xx是要显示的一个数，只是 09中的一个 mov dx, controlport ; controlport为控制口地址 mov al, 10000000B ; 端口A工作在0方式，输出，其它口任意 out dx,
17、 al ; 设置8255的工作方式 mov bx, offset tab mov al, num xlat ; 换码：ALDS:BXAL mov dx, porta ; porta为口A地址 out dx, al ; 将段码写A口,多个LED数码管的显示,8个数码管：用2个8位输出端口控制 硬件上用公用的驱动电路来驱动各数码管 软件上用扫描方法实现数码显示 每个显示2ms,8个LED数码管的接口电路,段选择码 （字符）,位选择码,1）要求 为某应用系统配置一个并行打印机接口，并且通过接口CPU采用查询方式把存放在BUF缓冲区的256个字（ASCII码）送去打印。 2）分析 由于打印接口直接面向
18、的对象是打印机接口标准，而不是打印机本身，因此打印机接口要按照接口标准的要求进行设计。,并行打印机接口设计,Centronics并行打印接口标准的信号线定义,Centronics并行接口时序,过程:采用查询方式时，打印机与CPU之间传送数据的过程是： 首先查询BUSY。若BUSY=1，打印机忙，则等待；若BUSY=0，打印机不忙，则送数据。 通过并行接口把数据送给标准插座DATA BIT1DATA BIT8 数据线上，此时数据并未送入打印机。 再送出一个数据选通信号DATA STROBE-（负脉冲）给标准插座的1号引脚，把数据线上的数据打入到打印机的内部缓冲器。 打印机在收到数据后，通过插座的
19、11号引脚发出“忙”（BUSY=1）信号，表明打印机正在处理输入的数据。 最后在10号引脚上送出一个回答信号ACK-给主机，表示上一个字符已经处理完毕。,3）设计 接口电路的设计包括硬件接口电路和软件驱动程序两部分。 打印机接口电路。该电路的设计思路是：按照Centronicss 标准对打印机接口信号线的定义，最基本的信号线需要8根数据线（D07）、 1根控制线（STB），1根状态线（BUSY）和1根地线。选用8255A的PA口作数据口输出8位打印数据，工作方式为0方式。打印机接口电路原理框图如下图所示。,接口驱动程序 其程序流程图如右图所示。驱动程序的程序段如下：,CODE SEGMENT
20、ASSUME CS：CODE，DS：CODE ORG 100H START： MOV AX，CODE MOV CS，AX MOV DS，AX MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，10000001B ；工作方式字 OUT DX，AL ；（A口0方式，输出， C4C7输出，C0C3输入）,MOV AL，00001111B ；PC7位置高，使STB-=1 OUT DX，AL MOV SI, OFFSET BUF ；打印字符内存首地址 MOV CX，OFFH ；打印字符个数 MOV DX，302H ；PC口地址 IN AL，DX ；查BUSY=0？（PC2=0） AND AL，0
21、4H ;00000100B JNZ L ；忙，则等待；不忙，则向A口送数 MOV DX，300H ；PA口地址 MOV AL，SI ；从内存取数 OUT DX，AL ；送数据到A口 MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，00001110B ；置STB-信号为低（PC7=0）,L:,OUT DX，AL NOP ；负脉冲宽度（延时） NOP MOV AL，00001111B ；置STB-为高（PC7=1） OUT DX，AL INC SI ；内存地址加1 DEC CX ；字符数减1 JNZ L ；未完，继续 MOV AX，4C00H ；已完，退出 INT 21H BUF DB
22、256个ASCII字符代码 CODE ENDS END START,（1）特点 1方式是一种选通输入/输出方式或叫应答方式，因此，需设置专用的联络信号线或应答信号线，以便对I/O设备和CPU两侧进行联络。这种方式通常用于查询（条件）传送或中断传送。数据的输入输出都有锁存功能。 PA和PB为数据口，而PC口的大部分引脚分配作专用（固定）的联络信号的C口引脚，用户不能再指定作其他作用。,2、1方式及其应用, 各联络信号线之间有固定的时序关系，传送数据时，要严格按照时序进行。 输入/输出操作过程中，产生固定的状态字，这些状态信息可作为查询或中断请求之用。状态字从PC口读取。 单向传送。一次初始化只能
23、设置在一个方向上传送，不能同时作两个方向的传送。,1方式输入的联络信号线定义 因为输入是从I/O设备向8255A送数据进来，所以I/O设备应先把数据准备好，并送到8255A，然后CPU再从8255A读取数据。这个传递过程中需要使用一些联络信号线。所以当A口和B口为输入时，各指定了C口的3根线作为8255A与外设及CPU之间应答信号。 STB#：外设给8255A的“输入选通”信号，低电平有效。 IBF：8255A给外设的回答信号“输入缓冲器满”，高电平有效 INTR：8255A给CPU的“中断请求”信号，高电平有效。,（2）1方式下联络信号线的定义及其时序,1方式输入时联络信号线定义,1方式输入
24、的工作时序,tps,tST,tSTB,tSIT,tRIT,tRIB,tPH,IBF,INTR,来自外设的 输入数据,1方式输入时工作时序图,数据输入时，外设处于主动地位，当外设准备好数据并放到数据线上后，首先发STB-信号，由它把数据输入到8255A。 在STB的下降沿约300ns，数据已锁存到8255A的缓冲器后，引起IBF变高，表示8255A的“输入缓冲器满”，禁止输入新数据。 在STB的上升沿约300ns后，在中断允许（INTE=1）的情况下IBF的高电平产生中断请求，使INTR上升变高，通知CPU，接口中已有数据，请求CPU读取。 CPU得知INTR信号有效之后，执行读操作时，RD信号
25、的下降沿使INTR复位，撤消中断请求，为下一次中断请求作好准备。,信号交接的过程,从上述分析，可知在1方式下，数据从I/O设备发出，通过8255A，送到CPU的整个输入过程有如下4步：,CPU,8255A,I/O设备, STB-, INTR, IBF, RD-,1方式下输出的联络信号线定义（自学）,&,PC7,PC6,PC3,INTE A,PA70,PC4,5,I/O,2,INTRA,ACKA,OBFA,8,&,PC1,PC2,PC0,INTE A,PA70,INTRB,ACKB,OBFB,8,1方式输出（端口A）,1方式输出（端口B）,1方式输出时联络信号线定义,1方式输出的工作时序,数据输
26、出时，CPU应先准备好数据，并把数据写到8255A输出数据寄存器。当CPU向8255A写完一个数据后，WR的上升沿使OBF有效，表示8255A的输出缓冲器已满，通知外设读取数据。并且WR使中断请求INTR变低，封锁中断请求。 外设得到OBF有效的通知后，开始读数。当外设读取数据后，用ACK回答8255A，表示数据已收到。 ACK的下降沿将OBF置高，使OBF无效，表示输出缓冲器变空，为下一次输出作准备，在中断允许（INTE=1）的情况下ACK上升沿使INTR变高，产生中断请求。CPU响应中断后，在中断服务程序中，执行OUT指令，向8255A写下一个数据。,信号交接的过程,从上述分析，在1方式下
27、，数据从CPU，通过8255A送到I/O设备有4步：,状态字的作用 在1方式下8255A有固定的状态字。状态字为查询方式提供了状态标志位，如IBF和OBF，同时，由于8255A不能直接产生中断矢量，因此当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。,（3）1方式的状态字,状态字的格式,状态字有8位，分A和B两组，A组状态位占高5位，B组状位占低3位，并且输入和输出时的状态字不相同。,状态字是在8255A输入/输出操作过程中由内部产生，从C口读取的，因此从C口读出的状态字是独立于C口的外部引脚的，或者说与C口的外部引脚无关。 状态字中供CPU查询的状态位有：输入时
28、-IBF位和INTR位；输出-OBF位和INTR位。 状态字中的INTE位，是控制标志位，控制8255A能否提出中断请求，因此它不是I/O操作过程中自动产生的状态，而是由程序通过按位置位/复位命令来设置或清除的。,使用状态字时要注意的几个问题,例：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： MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，00001001B ；置PC4=1，允许中断请求 OUT DX，AL MOV AL，00001000B ；置PC4=0，禁止中断请求 OUT DX
29、，AL, 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。 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。,两种方式并行传送接口设计, 设计 （1）硬件连接：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。,MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，10100000B ；初始化工作方式字 OUT DX，AL MOV AL，0DH
30、；置发送中断允许INTEA=1 OUT DX，AL ；PC6=1 MOV SI，OFFSET BUFS ；设置发送数据区的指针 MOV CX，3FFH ；发送字节数 MOV DX，300H ；向A口写第一个数， ; 产生第一个 OBF-信号 MOV AL，SI ；送给乙方，以便获取乙方的ACK-信号 OUT DX ，AL,甲机发送程序段：,INC CX ；内存地址加1 DEC CX ；传送字节数减1 L：MOV DX，302H ；8255A状态口 IN AL， DX ；查发送断请求INTRA=1？ AND AL，08H ；PC3=1？ JZ L ；若无中断请求，则等待； ；若有中断请求，则向A
31、口写数 MOV DX，300H ；8255APA口地址 MOV AL，SI ；从内存取数 OUT DX，AL ；通过A口向乙机发送第二个数据,INC SI ；内存地址加1 DEC CX ；字节数减1 JNZ L ；字节未完，继续 MOV AH，4000H ；已完，退出 INT 21H ；返回 BUFS DB 1024个数据,乙机发送程序段：,; 初始化程序段 MOV DX，303H ；命令口 MOV AL，98H ；A口方式0输入，C口高4位输入 OUT DX，AL MOV AL，07H ； PC3（ACK#）=1,因尚未收到数据 OUT DX，AL ; 查询接受程序段 receive: MO
32、V DX，302H ；C口 IN AL，DX ； PC7（OBF#）=0 ? AND AL , 80H JNZ receive MOV DX，300H ；A口 IN AL,DX,; 响应接受程序段 MOV DX，303H ；命令口 MOV AL，06H ； PC3（ACK#）=0 OUT DX，AL NOP ; 适当延时，产生一定宽度的低脉冲 NOP MOV AL，07H ； PC3（ACK#）=1, OUT DX，AL,（1）特点 PA口为双向选通输入/输出或叫双向应答式输入/输出。一次初始化可指定PA口既作输入口又作输出口。 设置专用的联络信号线和中断请求号信线，因此，2方式下可采用中断方
33、式和查询方式与CPU交换数据。 各联络线的定义及其时序关系和壮态基本上是在1方式下输入和输出两种操作的组合。,3、2方式及其应用,（2）2方式下联络信号线的定义,2方式是一种双向选通输入输出方式，它把A口作为双向输入/输出口，把C口的5根线（PC3PC7）作为专用应答线，所以，8255A只有A口才有2方式。其引脚定义如图所示。,（3）工作时序,2方式的状态字的含义是在1方式下输入和输出状态位的组合，不再述。,（3）状态字,要求 主从两个微机进行并行传送，共传送256个字节。主机一侧的8255A采用2方式并且用中断方式传送数据。从机一侧8255A工作在0方式，采用查询方式传送数据。 设计 硬件设计 从图7.19可知主机一侧的8255A的PA口作双向传送，既输出又输入，它的中断请示线接到8259A的IP2上。从机一侧的8255A的PA和PB口是单向传送，分别作输出和输入。 软件设计,（4）中断方式的双向并行接口设计,