第7章并行接口8255

微機(jī)接口技術(shù)課程要求：學(xué)習(xí)各種類(lèi)型接口芯片的：基本工作原理基本程序設(shè)計(jì)芯片與CPU連接電路設(shè)計(jì)：將各種芯片按要求的地址空間分配，設(shè)計(jì)電路原理圖第七章并行接口第七章并行接口1、I/O接口的概念和基本原理2、簡(jiǎn)單I/O接口3、并行接口電路8255A31、I/O接口接口的定義及功能輸入輸出設(shè)備（I/O，又稱(chēng)外設(shè)）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分,是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外界交換信息的設(shè)備。常見(jiàn)的外設(shè)有鍵盤(pán)，顯示器，打印機(jī)，鼠標(biāo)，開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道和A/D，D/A轉(zhuǎn)換器等等。接口的定義及功能1、I/O接口I/O接口是建立在CPU與外設(shè)之間，使兩者動(dòng)作協(xié)調(diào)的一組邏輯控制電路的總稱(chēng)。即在CPU與外設(shè)之間建立一個(gè)緩沖區(qū)，解決CPU與外設(shè)之間存在的數(shù)據(jù)形式、數(shù)據(jù)的傳遞方式、以及傳遞速率上存在的差異。I/O接口的功能：對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?、I/O接口輸入輸出接口的兩個(gè)基本問(wèn)題中央處理器如何識(shí)別各個(gè)設(shè)備；中央處理器如何控制設(shè)備的工作、響應(yīng)設(shè)備的請(qǐng)求和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。1、I/O接口接口的基本功能I/O地址譯碼與設(shè)備選擇。所有外設(shè)都通過(guò)I/O接口掛接在系統(tǒng)總線上，在同一時(shí)刻，總線只允許一個(gè)外設(shè)與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，只有通過(guò)地址譯碼選中的I/O接口允許與總線相通，而未被選中的I/O接口呈現(xiàn)為高阻狀態(tài)，與總線隔離。信息的輸入輸出。通過(guò)I/O接口，CPU可以從外部設(shè)備輸入各種信息，也可將處理結(jié)果輸出到外設(shè)；CPU可以控制I/O接口的工作（向I/O接口寫(xiě)入命令），還可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)與管理I/O接口和外設(shè)的工作狀態(tài)；必要時(shí)，I/O口還可以通過(guò)接口向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。1、I/O接口接口的基本功能命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的緩沖與鎖存。因?yàn)镃PU與外設(shè)之間的時(shí)序和速度差異很大，為了能夠確保計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間可靠地進(jìn)行信息傳送，要求接口電路應(yīng)具有信息緩沖能力。接口不僅應(yīng)緩存CPU送給外設(shè)的信息，也要緩存外設(shè)送給CPU的信息，以實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間信息交換的同步。信息轉(zhuǎn)換。I/O接口還要實(shí)現(xiàn)信息格式變換、電平轉(zhuǎn)換、碼制轉(zhuǎn)換、傳送管理以及聯(lián)絡(luò)控制等功能。1、I/O接口接口的基本功能

輸入/輸出（Input/Output）接口的作用：

接口是完成計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)交換，主機(jī)和外部設(shè)備兩者之間的同步與協(xié)調(diào)，速度的匹配和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的邏輯部件。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。1、I/O接口接口的基本結(jié)構(gòu)接口電路一般由數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)緩沖（鎖存），以及控制和反映狀態(tài)的電路組成。1、I/O接口接口的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)口：數(shù)據(jù)傳送。（與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接）。地址總線+片選信號(hào)：片選信號(hào)的惟一性?？刂瓶冢河脕?lái)完成對(duì)接口電路的操作。狀態(tài)口：保存外設(shè)的工作狀態(tài)。由一組寄存器構(gòu)成。有的接口電路本身就帶有微處理器，稱(chēng)為智能型接口。1、I/O接口CPU與外設(shè)之間的連接8088I/O裝置I/O端口1I/O端口2I/O端口3數(shù)據(jù)狀態(tài)控制8數(shù)據(jù)端口地址WRRDIORQ8數(shù)據(jù)來(lái)自外設(shè)1、I/O接口關(guān)于端口

在一個(gè)外設(shè)接口電路中用數(shù)據(jù)寄存器存放數(shù)據(jù)，用狀態(tài)寄存器來(lái)存放狀態(tài)信息，用控制命令寄存器存放控制信息。這些寄存器稱(chēng)為I/O端口，每一個(gè)端口有一個(gè)端口地址，CPU尋址必須對(duì)端口進(jìn)行而不能籠統(tǒng)的對(duì)某個(gè)外設(shè)。另外，端口寄存器往往是8位的，通常一個(gè)外設(shè)的數(shù)據(jù)端口也是8位的，而狀態(tài)與控制端口往往只用其中的一位或兩位，故不同的外設(shè)的狀態(tài)和控制信息可以共用一個(gè)端口。1、I/O接口關(guān)于端口注意區(qū)分I/O接口與端口I/O接口：將外設(shè)連接到總線上的一組邏輯電路的總稱(chēng)實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)之間的信息交換I/O端口：接口中的寄存器1、I/O接口接口的類(lèi)型（1）接口芯片按通用性可以分為兩類(lèi)：專(zhuān)用接口和通用接口顯示控制器，鍵盤(pán)控制器等屬于專(zhuān)用接口；而通用接口可以供幾類(lèi)外設(shè)使用。1、I/O接口接口的類(lèi)型（2）接口芯片按與外設(shè)數(shù)據(jù)的傳送方式可以分為并行接口和串行接口

并行接口是指主機(jī)與外設(shè)之間信息的傳送按字節(jié)或字進(jìn)行；

串行接口是指主機(jī)與外設(shè)備之間信息的傳送是按通訊規(guī)則一位一位進(jìn)行1、I/O接口并行接口若干根傳送數(shù)據(jù)的導(dǎo)線，組成數(shù)據(jù)總線。根據(jù)同時(shí)可傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，有不同的總線寬度。8、16、32……為控制數(shù)據(jù)傳送過(guò)程，還需要表示數(shù)據(jù)狀態(tài)的信息，和控制數(shù)據(jù)傳送（方向）等控制信息。讀、寫(xiě)和使能等信號(hào)——控制總線。ALE、IO/M、RD、WR、DT/R、DEN、（CS）（INTR、INTA）1、I/O接口并行接口對(duì)處理器而言，數(shù)據(jù)傳送仍然為輸入輸出操作過(guò)程。8086/8088的傳送指令MOV和輸入輸出指令I(lǐng)N、OUT。RD、WR、（M/IO）可有三種工作方式：查詢、中斷和DMA。查詢方式：處理器詢問(wèn)外設(shè)。簡(jiǎn)單，效率不高，占用處理器較多的時(shí)間，或?qū)ν庠O(shè)服務(wù)不及時(shí)。用于對(duì)發(fā)光二極管、開(kāi)關(guān)、繼電器、電動(dòng)機(jī)等簡(jiǎn)單設(shè)備操作和狀態(tài)測(cè)試。1、I/O接口并行接口中斷方式：中斷方式是外設(shè)主動(dòng)向處理器申請(qǐng)服務(wù)。處理器工作效率高，并且能使外設(shè)及時(shí)得到服務(wù)。（第六章的中斷系統(tǒng)）。DMA方式：在存儲(chǔ)器與外設(shè)之間開(kāi)辟一條高速數(shù)據(jù)通道，在傳送過(guò)程中不需要處理器參與。大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效率高。（第8章）。2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O輸出接口采用（緩沖）鎖存器作為輸出接口。鎖存器74LS373（74LS374，74LS273）：封裝相同，功能相似，引腳定義基本相同。與8282的邏輯功能類(lèi)似。功能上的差別：

373：電平觸發(fā)，三態(tài)輸出

374：邊沿觸發(fā)，三態(tài)輸出

273：邊沿觸發(fā)，帶總清。非三態(tài)輸出2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O輸出接口—74ls3732、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O輸出接口--82822、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O輸入接口緩沖器作為輸入接口：必須具有三態(tài)輸出功能。74LS244，74 LS245等。與8286芯片邏輯類(lèi)似。鎖存器作為輸入接口：帶寄存器。（74LS373，74LS374）信號(hào)經(jīng)“緩沖”后，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力（可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL芯片）。74LS244，74LS245。2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O輸入接口--74ls24474LS244分為兩組，每組4位。單向緩沖器、三態(tài)輸出。控制信號(hào)：G2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O雙向接口--74ls24574LS2458位雙向緩沖器、三態(tài)輸出。控制信號(hào)：DIR、G2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單I/O雙向接口--82862、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單接口電路采用74LS245和74LS373作為輸入輸出接口。注意：再簡(jiǎn)單的接口也有地址問(wèn)題，CS為片選信號(hào)，確定地址。圖中，一為輸出、一為輸入，因此CS可以不同，也可以相同（用同一地址）。每一個(gè)373可接8個(gè)發(fā)光二極管，每一個(gè)245（244）可接8個(gè)開(kāi)關(guān)。2、簡(jiǎn)單I/O接口輸入輸出接口擴(kuò)展CPU引腳數(shù)有限，（直接帶負(fù)載能力有限）。擴(kuò)大系統(tǒng)的適應(yīng)能力只要適合應(yīng)用目的的芯片都可以用。（注意邏輯與電平的匹配問(wèn)題。）可編程芯片，功能比普通TTL、CMOS等芯片功能強(qiáng)，有多種工作方式。根據(jù)應(yīng)用目的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。適合特定的工作領(lǐng)域。通用可編程芯片：PAL、GAL、CPLD、FPGA。2、簡(jiǎn)單I/O接口簡(jiǎn)單接口實(shí)驗(yàn)LAB6000帶的硬件實(shí)驗(yàn)3、4。要求大約每一秒鐘采樣開(kāi)關(guān)狀態(tài)一次，并顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)。（根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，改變顯示方式：循環(huán)左移、循環(huán)右移、8位同時(shí)閃爍、間隔閃爍……）3、并行接口電路并行接口電路8255A一種通用、可編程、接口電路芯片，（3個(gè)8位并行數(shù)據(jù)接口）。擴(kuò)展了CPU端口。40個(gè)引腳，雙列直插式封裝；單5V電源，TTL電平；3種工作方式，可構(gòu)成各種類(lèi)型的接口電路。8255A內(nèi)部有與外設(shè)接口和與處理器接口兩部分組成。3、并行接口電路8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳

3、并行接口電路8255A與處理器的接口雙向數(shù)據(jù)總線D7~D0

；

讀信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)：、；地址信號(hào)A1、A0；片選信號(hào)。復(fù)位信號(hào)RESET：高電平時(shí)復(fù)位8255A，使所有內(nèi)部寄存器(包括控制寄存器)均被清除，所有數(shù)據(jù)端口(端口A、B和C)均被置成輸入方式。3、并行接口電路8255A的擴(kuò)展端口共有3個(gè)八位的并行端口（A、B、C）。對(duì)應(yīng)的引腳分別是PA7~PA0、PB7~PB0，和PC7~PC0。C口還可分為2個(gè)四位端口。都可以通過(guò)編程設(shè)定為輸入或輸出端口。三個(gè)端口分成A、B兩組，共有三種工作方式。A組，端口A和端口C的上(高)半部分(PC7~PC4)組成；B組，端口B和端口C的下(低)半部分(PC3~PC0)組成。3、并行接口電路8255A的端口操作PCXT計(jì)算機(jī)中8255A地址為60H~7FH，共32個(gè)地址，實(shí)際用60H~63H四個(gè)地址。3、并行接口電路8255A的初始化操作8255A工作方式只需一條指令，即可設(shè)置完成。D7=1表示設(shè)置8255A工作方式，D6、D5為A組工作方式選擇，有三種方式。D4為端口A的方向設(shè)定，D3為端口C上半部分方向設(shè)定。其中D4、D3設(shè)定還要根據(jù)A組的工作方式確定。D2、D1、D0為B組工作方式選擇，只有方式0和方式1。3、并行接口電路8255A的控制字格式3、并行接口電路8255A的工作方式—方式0基本輸入輸出方式，無(wú)應(yīng)答式的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。A、B、C三個(gè)端口都可以工作在方式0。方式0對(duì)輸出數(shù)據(jù)鎖存，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。

3、并行接口電路8255A的工作方式—方式0端口C可以分成上、下兩個(gè)4位端口，分別設(shè)置。因此8255A可看成有四個(gè)端口。兩個(gè)8位端口，兩個(gè)四位端口。同一端口的各位方向相同。從四個(gè)端口全設(shè)為輸出，到全設(shè)為輸入，共有16種組合方式。（D4、D3、D1、D0）方式0功能最簡(jiǎn)單，并且在端口側(cè)沒(méi)有控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)。功能相當(dāng)于373（輸出），或244（輸入）。3、并行接口電路8255A的工作方式—方式03、并行接口電路8255A的工作方式—方式1選通輸入輸出方式：可設(shè)置方向的單向端口，端口帶控制邏輯。設(shè)置為工作方式１，端口A和端口B作為數(shù)據(jù)端口，并且每個(gè)數(shù)據(jù)端口分別利用端口C指定的3個(gè)引腳作為應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)。工作方式１，輸入、輸出的數(shù)據(jù)都鎖存。并且，端口具有中斷請(qǐng)求邏輯和中斷允許觸發(fā)器。C端口的未被方式1征用的引腳仍可以工作在方式0。

3、并行接口電路8255A的工作方式—方式1選通輸入方式3、并行接口電路8255A的工作方式—方式1選通輸入方式端口C的3個(gè)引腳成為應(yīng)答聯(lián)絡(luò)（控制）信號(hào)線，在輸入方式下它們的功能為：STB：選通信號(hào)，輸入，低電平有效。由輸入設(shè)備來(lái)，將數(shù)據(jù)鎖存至8255A內(nèi)部輸入鎖存器控制信號(hào)。

IBF：輸入鎖存器滿信號(hào)，輸出，高電平有效。向輸入設(shè)備報(bào)告輸入鎖存器狀態(tài)。STB為低電平時(shí)置高，CPU來(lái)的RD讀數(shù)據(jù)信號(hào)的上升沿（后沿）使其變低。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。8255A的輸出信號(hào)，可用于向CPU提出中斷請(qǐng)求。（接8259的IR腳）。注意：要使INTR有效必須置為INTE（對(duì)應(yīng)的C口引腳的內(nèi)部寄存器）3、并行接口電路8255A的工作方式—方式1選通輸出方式3、并行接口電路8255A的工作方式—方式1選通輸出方式OBF：輸出緩沖（鎖存）器滿信號(hào)，輸出，低有效。表示CPU已將數(shù)據(jù)輸出到指定的端口。它由CPU的WR信號(hào)上升沿（后沿）置有效，由外設(shè)來(lái)的ACK信號(hào)（取數(shù)據(jù)）恢復(fù)為高。ACK：外設(shè)響應(yīng)信號(hào)，低有效。讀端口數(shù)據(jù)。并清OBF。（注意不清輸出鎖存器）INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸出，高有效。當(dāng)外設(shè)接收數(shù)據(jù)后，8255A輸出此信號(hào)向CPU提出中斷請(qǐng)求。WR的下降沿使其復(fù)位。3、并行接口電路8255A的工作方式—方式1輸入輸出混合方式3、并行接口電路8255A的工作方式—方式2方式0和1，工作時(shí)均只能是單向。方式2是將方式1的選通輸入輸出功能組合成一個(gè)雙向數(shù)據(jù)端口。8255A只有端口A可以工作于方式2，同時(shí)還要用到端口C的5根信號(hào)線。此時(shí)，端口B還可工作于方式1(配合端口C的剩余3個(gè)引腳)，也可工作于方式0(端口C的剩余3個(gè)引腳也工作于方式0)。方式2時(shí)，輸入和輸出數(shù)據(jù)均進(jìn)行鎖存。并且輸出鎖存器滿時(shí)，數(shù)據(jù)不出現(xiàn)在端口數(shù)據(jù)線上，只有ACK信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)才出現(xiàn)在端口上。

3、并行接口電路8255A的工作方式—方式23、并行接口電路8255A的工作方式—方式2CPU對(duì)8255A的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)用RD和WR，外設(shè)對(duì)8255A數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)分別用ACK和STB。輸入輸出數(shù)據(jù)采用不同的緩沖寄存器，外設(shè)和CPU的讀寫(xiě)順序可任意。輸出的中斷允許觸發(fā)器INTE1由PC6置位/復(fù)位控制。輸入的中斷允許觸發(fā)器INTE2由PC4置位/復(fù)位控制。只有一個(gè)向CPU的中斷請(qǐng)求線。（8086/8088如何響應(yīng)中斷？）

3、并行接口電路8255A的工作方式—方式2A口工作在方式2時(shí)，CPU向8255A寫(xiě)時(shí)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入8255A輸出緩沖鎖存器，不出現(xiàn)在端口線上，而是使OBF有效，等外設(shè)響應(yīng)信號(hào)ACK有效時(shí)，數(shù)據(jù)才出現(xiàn)在端口。同樣，外設(shè)數(shù)據(jù)送到PA口后，由STB信號(hào)送入8255輸入緩沖鎖存器。也不出現(xiàn)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。只有當(dāng)CPU的RD有效時(shí)，才出現(xiàn)。數(shù)據(jù)在系統(tǒng)總線和PA口出現(xiàn)的順序可以不相同，它們分別有各自的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)。在雙向通信時(shí)8255A成為雙向帶鎖存的數(shù)據(jù)緩沖器。3、并行接口電路8255A的編程初始化編程較簡(jiǎn)單，3個(gè)端口設(shè)置只需一個(gè)方式控制字。

3、并行接口電路8255A的編程—寫(xiě)入方式控制字8259只有一個(gè)控制字，方式控制字。寫(xiě)入地址（即A1A0=11）?？刂谱指袷饺缟蠄D。方式控制字的最高位D7為標(biāo)志位，D7=1表明寫(xiě)方式控制字。D7=0，為對(duì)端口C的位操作（置1，或清0）

3、并行接口電路8255A的編程—讀寫(xiě)數(shù)據(jù)端口IBMPC機(jī)用輸入IN指令和輸出OUT指令讀寫(xiě)各端口。8255A各端口都具有輸出鎖存數(shù)據(jù)的能力。對(duì)設(shè)為輸出方式的端口，同樣可以執(zhí)行讀操作，但是讀取的數(shù)據(jù)，不是外設(shè)的數(shù)據(jù)，而是上次CPU輸出到外設(shè)的數(shù)據(jù)。3、并行接口電路8255A的編程—端口C的操作當(dāng)端口A和B工作在方式0時(shí)，端口C被分成兩個(gè)4位端口組，可按組分別置為輸入或輸出。當(dāng)端口A和B工作在方式1或方式2（A口）時(shí)，C口的某些引腳作為控制信號(hào)。此時(shí)，未用的C口引腳仍可工作在方式0。對(duì)端口C的數(shù)據(jù)輸出有兩種辦法：1.通過(guò)端口C的I/O地址，向端口C直接寫(xiě)入字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)進(jìn)C端口的輸出鎖存器，并從輸出引腳輸出。對(duì)設(shè)置為輸入的引腳，寫(xiě)出的數(shù)據(jù)無(wú)效。2.通過(guò)控制字端口，向端口C寫(xiě)入位控制字，使端口C的某個(gè)引腳輸出l或0，或置位、復(fù)位狀態(tài)/控制字。3、并行接口電路8255A的編程—端口C的操作最高位為0，端口C的位操作。對(duì)工作于方式1、2的引腳，置位/復(fù)位端口鎖存器。A1A0=11通過(guò)控制字端口寫(xiě)C端口3、并行接口電路8255A的編程—端口C的操作讀寫(xiě)C端口數(shù)據(jù)對(duì)未被端口A和B征用的引腳，從定義為輸入的端口讀到的是引腳上的輸入信息；從定義為輸出的端口讀到的是上次輸出到鎖存器的信息。對(duì)被A和B端口征用的作為控制線的引腳，讀到的是反映8255A狀態(tài)的狀態(tài)字，如下圖。

3、并行接口電路8255A的編程—端口C的操作注意，圖中僅說(shuō)明在各種方式下讀取的內(nèi)容，并不是實(shí)際的組合。例如，可將A組設(shè)為輸出，B組設(shè)為輸入。此時(shí)組合也應(yīng)調(diào)整。3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

IBMPC/XT中的應(yīng)用

IBMPC/XT使用一片8255A管理鍵盤(pán)、控制揚(yáng)聲器和系統(tǒng)配置開(kāi)關(guān)DIP的狀態(tài)等。這片8255A的I/O地址范圍為60H~7FH。實(shí)際用60H~63H。端口A、B和C的地址分別為60H、6lH和62H，63H為控制字寄存器地址。3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

IBMPC/XT中的應(yīng)用在XT機(jī)中，8255A工作在基本輸入輸出方式。端口A為方式0輸入，用來(lái)讀取鍵盤(pán)掃描碼。PC微機(jī)中則采用獨(dú)立的鍵盤(pán)，通過(guò)5芯電纜與主機(jī)連接。端口B工作于方式0輸出，PB7和PB6進(jìn)行鍵盤(pán)管理，PB1和PB0控制揚(yáng)聲器發(fā)聲。端口C為方式0輸入，高4位為狀態(tài)測(cè)試位，低4位用來(lái)讀取系統(tǒng)板的系統(tǒng)配置DIP開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

專(zhuān)用鍵盤(pán)接口3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

LED數(shù)碼管接口3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

LED數(shù)碼管接口3、并行接口電路8255A的應(yīng)用----

打印機(jī)接口打印機(jī)一般采用并行接口Contronics標(biāo)準(zhǔn)。Contronics接口是工業(yè)界的一個(gè)并行接口協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定了36腳簧式插頭座為打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)插座，并規(guī)定了36腳的信號(hào)