微型计算机原理与接口技术第9章

1、 第第9章章 可编程外围接口芯片可编程外围接口芯片8255A及其应用及其应用并行数据传输方式 以计算机的字长，通常是8位、16位或32位为传输单位，一次传送一个字长的数据 适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换 例如：微机与并行接口打印机、磁盘驱动器 微机系统中最基本的信息交换方法 例如：系统板上各部件之间，接口电路板上各部件之间 下图是典型的并行接口和外设连接的示意图。 从图中可以看到，并行接口左边是与CPU连接的总线，右边用一个通道和输入设备相连，另一个通道和输出设备相连，输入和输出都有独立的信号交换联络控制线。在并行接口内部用控制寄存器来寄存CPU对它的控制命令，用状态

2、寄存器来提供各种工作状态供CPU查询，此外，还有供输出和输入数据用的输出数据锁存器和输入数据缓冲器。 并行接口的工作原理如下： 在输入过程中，当外设把数据送到数据输入线上时，通过“数据输入准备好”状态线通知接口取数。接口在把数据锁存到输入缓冲器的同时，把数据输入回答线置“1”，用来通知外设，接口的数据输入缓冲器“满”，禁止外设再送数据。 图 并行接口与外设连接示意控制寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器数据总线读出信号写入信号复位准备好中断请求地址译码CPU输入设备数据输入准备好数据输入回答数据输入输出设备数据输出数据输出准备好数据输出回答输入接口输出接口寄存器FF多路转换开关I/O线

3、数据总线8888 并且把内部状态寄存器中“输入准备好”状态位置“1”，以便CPU对其进行查询或向CPU申请中断。在CPU读取接口中的数据后，接口将自动清除“输入准备好”状态位和“数据输入回答”信号，以便外设输入下一个数据。 在输出过程中，当数据输出缓冲器“空闲”时，接口中“输出准备好”状态位置“1”。在接收到CPU的数据后，“输出准备好”状态位复位。数据通过输出线送到外设，同时，由“数据输出准备好”信号线通知外设取数据。当外设接收一个数据时， 回送一个“数据输出回答”信号，通知接口准备下一次输出数据。 接口将撤消“数据输出准备好”信号并再一次置“输出准备好”状态位为“1”，以便CPU输出下一个

4、数据。 9.1 8255A的工作原理的工作原理 8255A是Intel公司生产的一种可编程并行输入/输出接口芯片。它的通用性强，可以方便地和微机连接，用来扩展输入/输出口。8255A有3个8位并行端口，根据不同的初始化编程， 可以分别定义为输入或输出方式，共三种输入输出工作共三种输入输出工作方式。方式。以完成CPU与外设的数据传送。 9.1.1 8255A的结构和功能的结构和功能 8255A的内部结构如图所示。它由并行I/O端口、 控制电路、数据总线缓冲器和读/写控制逻辑等几个部分组成。 (1) 并行I/O端口A、B、C。 8255A的内部结构数据数据总线总线缓冲器缓冲器内部控制线内部控制线内

5、部数据线内部数据线D0D7A组组控制控制A组组端口端口AA组组端口端口C上部上部B组组控制控制B组组端口端口BB组组端口端口C下部下部读写读写控制控制逻辑逻辑PC0PC3PB0PB7PC4PC7PA0PA7RDWRA0A1CSRESET A、B、C口都是8位的，可以选择作为输入或输出， 但在结构和功能上有所不同。A口含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。B口含有一个8位数据输入/输出锁存/缓冲器和一个8位的数据输入缓冲器（不锁存）。C口含有一个8位数据输出缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（不锁存）。 当数据传送不需要联络信号时，这三个端口都可以用作输入或输出口。当A口、B口工

6、作在需要联络信号输入、输出方式时，C口可以分别为A口和B口提供状态和控制信息。 (2) A组和B组控制电路。 8255A的三个端口在使用时分为A、B组。A组包括A口8位和C口的高4位，B组包括B口8位和C口的低4位。两组的控制电路中有控制寄存器，根据写入的控制字决定两组的工作方式， 也可以对C口的每一位置“1”或清“0”。 (3) 数据总线缓冲器。 数据总线缓冲器是三态双向8位缓冲器，是8255A与CPU数据总线的接口。数据的输入/输出、控制字和状态信息的传送， 都是通过这个缓冲器进行的。 由于8255A的数据总线是三态的，所以D0D7可以直接与CPU的数据总线相连。 (4) 读/写控制逻辑。

7、 8255A的读/写控制逻辑的作用是从CPU的地址和控制总线上接收有关信号，转变成各种控制命令送到数据缓冲器以及A组、B组控制电路，从而管理三个端口、控制寄存器和数据总线之间的传送操作。 图 8255A引脚1520PA3PA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PC7PC6PB0PB110154021PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7302535PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB2PB3PB4PB5PB6PB7VCC234678911121314161718192223242627282931323334363738398255A 8255A的引脚功能的

8、引脚功能 8255A采用40脚双列直插式封装，下面分别介绍各个引脚的功能。 D0D7： 双向三态数据总线。 RESET：复位信号，输入。当RESET端得到高电平后， 8255A复位。复位状态是控制寄存器被清零，所有端口（A、 B、 C口）被置为输入方式。 ： 片选信号， 输入。当 为低电平时，该芯片被选中。 ： 读信号， 输入。当 为低电平时，允许CPU从8255A读取数据或状态信息。 cscsRDRD ：写信号，输入。当 为低电平时，允许CPU将控制字或数据写入8255A。 A1、A0：端口选择信号，输入。8255A中有端口A、 B、 C， 还有一个控制寄存器，共4个端口，根据从A1、A0输

9、入的地址信号来寻址。 A1、A0与信号一起，用来确定8255A的操作状态。 PA0PA7： A口数据线，双向。 PB0PB7： B口数据线，双向。 PC0PC7：C口数据线，双向。当8255A工作于方式0时， PC0PC7分成 两组并行I/O 数据线，每组4位。当8255A工作于方式1或方式2时，PC0PC7为A口、B口提供联络和中断信号，这时每根线的功能有新的定义。 WRRD数据端口A、B、C端口A：PA0PA7 A组，支持工作方式0、1、2端口B：PB0PB7 B组，支持工作方式0、1端口C：PC0PC7 仅支持工作方式0 A组控制高4位PC4PC7 B组控制低4位PC0PC3n端口端口A

10、：PA0PA7n常作数据端口，功能最强大常作数据端口，功能最强大n端口端口B：PB0PB7n常作数据端口常作数据端口n端口端口C：PC0PC7n可作数据、状态和控制端口可作数据、状态和控制端口n分两个分两个4位，每位可独立操作位，每位可独立操作n控制最灵活，最难掌握控制最灵活，最难掌握 9.1.2 8255A的控制字的控制字 8255A有三种工作方式: 方式0是基本输入/输出方式；方式1是选通输入/输出方式；方式2是双向传送方式。8255A各端口的工作方式由写入8255A控制口的方式选择控制字来确定。在工作方式控制字中， D7位是工作方式控制字的标志，置“1”为有效；D3D6确定A组的工作方式

11、；D0D2确定B组的工作方式。 8255A还有一置位/复位控字，用来设置C口某位的状态而不影响其它位。置位/复位控字也写入8255A的控制口， D7=0是位控字的标志。 8255A方式选择控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0B组C口低半字节: 1 输入, 0 输出 B口: 1 输入, 0 输出 方式选择: 0 方式0, 1 方式1A组C口高半字节: 1 输入, 0 输出A口: 1 输入, 0 输出 方式选择: 方式控制字标志: 1 有效00 方式000 方式11 方式28255A置位/复位控字格式 D7D6D5D4D3D2D1D0位控: 1 置位, 0 复位状 态选中位0 0 00 0

12、10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7位控字标志: 0 有效无效9.1.3 8255A的工作方式和的工作方式和C口状态字 方式0：基本输入输出 适用于无条件传送的接口电路 方式1：选通输入输出 适用于查询和中断方式的接口电路 方式2：双向选通传送 适用于与双向传送数据的外设 适用于查询和中断方式的接口电路 (1) 工作方式0。 方式0是基本的输入/输出方式。在这种方式下，三个端口都可以由程序规定为输入或输出方式，但不能既作为输入又作为输出， 也没有提供固定的联络信号。C口分为两个4位高4位和低4位，可以分别设置为输入或输出

13、方式。各端口在输出方式下有锁存功能，输入不锁存。 当以工作方式0输入时，外设先将数据送到8255A的某个端口，CPU执行一条输入指令， 有效，将该端口的数据送入CPU。当以工作方式0输出时，CPU执行一条输出指令， 有效，将数据送到8255A的某个端口，然后由外设取走。工作方式0适合于数据的无条件传送，也可以人为指定某些位作为状态信息线，进行查询式传送。 RDWR8255A工作方式0的功能8 PA0PA7A口4A组C口 PC4PC74 PC0PC3B组B口8 PB0PB78DBRDWR方式0输入时序datadata输入端口输入端口D0D7RD CS,A1,A08255A8255A的数据缓冲作用

14、的数据缓冲作用方式0输出时序WRdatadata输出端口输出端口D0D7 CS,A1,A08255A8255A对对CPUCPU通过它输出给外设的数据进行锁存通过它输出给外设的数据进行锁存 (2) 工作方式1。 方式1是选通输入/输出方式。这种方式下，A口、B口作为数据的输入或输出口，输入和输出都具有锁存功能；C口的某些位相应地被定义为A口、B口的状态和控制信号线。 在以方式1输入和输出情况下， C口各位的定义如表 所示。若A口和B口都工作于方式1，则C口有6位固定作为A口、 B口的状态和控制信号，剩下2位可由程序指定为输入和输出。 若A口、 B口中一个工作于方式1，另一个工作于方式0，则C口有

15、3位固定作为A口或B口的状态和控制信号，其余5位可由程序指定为输入或输出。 图 8255A工作于方式1输入的功能A口PA0PA7PC4PC5PC3INTEAPC6RDINTRAI/OIBFASTBAPC2PC1PC0&INTEBRDINTRBIBFBSTBB28输入数据&PC78DBB口8DB8输入数据PB0PB7 方式1输入 方式1输入引脚：A端口数据选通信号表示外设已经准备好数据输入缓冲器满信号表示A口已经接收数据中断请求信号请求CPU接收数据PC4PC5PC3PA7PA0INTEAIBFAINTRASTBA中断允许触发器方式1输入引脚：B端口PC2PC1PC0PB7PB0

16、INTEBIBFBINTRBSTBB数据选通信号表示外设已经准备好数据输入缓冲器满信号表示B口已经接收数据中断请求信号请求CPU接收数据中断允许触发器方方式式1 1需借用端口需借用端口C C用做联络信号用做联络信号同时还具有中断请求和屏蔽功能同时还具有中断请求和屏蔽功能方式1输入联络信号 STB选通信号，低电平有效 由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送来的数据锁存至8255A的输入锁存器 IBF输入缓冲器满信号，高电平有效 8255A输出的联络信号。当其有效时，表示数据已锁存在输入锁存器 INTR中断请求信号，高电平有效 8255A输出的信号，可用于向CPU提出中断请求，要求CPU读

17、取外设数据方式1中断控制 8255A的中断由中断允许触发器INTE控制 置位允许中断，复位禁止中断 对INTE的操作通过写入端口C的对应位实现，INTE触发器对应端口C的位是作应答联络信号的输入信号的哪一位，只要对那一位置位/复位就可以控制INTE触发器 选通输入方式下 端口A的INTEA对应PC4 端口B的INTEB对应PC2方式1输入时序dataINTRIBF data输入端口输入端口D0D7STBRDSTBSTB和和IBFIBF是外设和是外设和8255A8255A间间的一对应答联络信号，的一对应答联络信号，为的是可靠地输入数据为的是可靠地输入数据STBIBFINTRRD外部输入数据825

18、5A工作方式1输入的时序方式1输出引脚：A端口外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输出数据PC6PC7PC3PA7PA0INTEAOBFAINTRAACKA中断允许触发器 方式1输出方式1输出引脚：B端口PC2PC1PC0PB7PB0INTEBOBFBINTRBACKB外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输出数据中断允许触发器方式1输出联络信号 OBF输出缓冲器满信号，低有效 8255A输出给外设的一个控制信号，当其有效时，表示CPU已把数据输出给指定的端口，外设可以

19、取走 ACK响应信号，低有效 外设的响应信号，指示8255A的端口数据已由外设接受 INTR中断请求信号，高有效 当输出设备已接受数据后，8255A输出此信号向CPU提出中断请求，要求CPU继续提供数据端口端口A A的的INTEAINTEA对应对应PCPC6 6端口端口B B的的INTEBINTEB对应对应PCPC2 2方式1输出时序 INTR datadata输出端口输出端口D0D7WROBFACK OBFOBF和和ACKACK是外设和是外设和8255A8255A间间的一对应答联络信号，的一对应答联络信号，为的是可靠地输出数据为的是可靠地输出数据8255A工作于方式1输出的时序WROBFIN

20、TRACK输出口数据输出 方式1的状态字。 在方式1的情况下，执行一条读C口的指令，就可以得到一个状态字，用来检查外设或8255A的工作状态，从而控制程序的进程。 需要说明的是：在读C口状态时，对于输入情况下的PC4和PC2、输出情况下的PC6和PC2，所读得的状态不是该引脚上外设送来的选通信号 或响应信号 ，而是由位控字确定的该位的状态，即中断允许信号INTE。 STBACK8255A工作于方式1的状态字 D7D6D5D4D3D2D1D0A组状态输入IBFBINTEBINTRBB组状态I/OIBFAINTEAINTRAI/OOBFAI/OI/OINTRAINTEAOBFBINTEBINTRB

21、输出C口 (3) 工作方式2。 方式2是一种双向传送方式，既能输入，又能输出，只适用于A口。数据的输入和输出都能锁存。这时C口为A口提供5位联络信号， B口可以工作于方式0或方式1。 方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个双向数据端口，可以发送数据和接收数据 只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的5个信号线，其作用与方式1相同 方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样 方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一点不同：数据输出时8255A不是在OBF有效时向外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK时才送出数据 8255A工作于方式2的功能 PA0PA7PC7IBF AOBF AP

22、C31INTE 1STB AACK A8INTR A数据INTE 2&PC6PC4PC5PC0PC23I/OWRRD8DB用PC6设置INTE1（输出）用PC4设置INTE2（输入）输入和输出中断通过或门输出INTRA信号方式2双向时序data-out INTR data-outdata-indata-inPA0PA7D0D7IBFA WROBFAACKASTBARD在方式2中， C口为A口提供的联络信号如下表所示。 引脚PC7 PC6 PC5PC4PC3信号IBFAINTROBFAACKASTBA 构成双向方式下输出的联络信号。 的功能与方式1时的相同。 的功能与方式1有所不同。在方

23、式2的情况下， 外设收到8255A发出的 =0信号后， 要用 =0去打通A口的输出缓冲器，使数据放到A口的外部数据线上，否则输出缓冲器的输出端处于高阻状态。所以在双向方式下如果没有外设的 有效信号， 就不能输出数据。 OBFAACKAACKAOBFAACKA IBFA和 构成双向方式下输入的联络信号，其功能与方式1的相同。INTRA是双向方式下输出和输入合用的中断请求信号。在输出中断允许触发器INTE1=1（由位控字设定PC6=1）的条件下，当 =1 和 =1 时，INTRA有效。在输入中断允许触发器 INTE2=1（由位控字设定PC4=1）的条件下，当IBFA=1和 =1时，INTRA有效。

24、 当A口工作于方式2时，允许中断，此时若B口工作于方式1， 则也允许中断。这时就有三个中断源（A口的输入和输出、 B口）、两个中断请求信号（INTRA、INTRB）。CPU在响应8255A的中断请求时，先要查询PC3（INTRA）和PC0（INTRB），以判断中断源是A口还是B口。 STBAOBFAACKASTBA8255A工作于方式2的状态字D7D6D5D4D3D2D1D0A组状态方式0输入/输出B组状态OBFAIBFAINTE2INTRAINTE1C口OBFBINTEBINTRBI/OI/OI/OIBFBINTEBINTRB方式1输入方式1输出 当A口工作于方式2时，允许中断，此时若B口工

25、作于方式1，则也允许中断。 这时就有三个中断源（A口的输入和输出、B口）、两个中断请求信号（INTRA、INTRB）。 CPU在响应8255A的中断请求时，先要查询PC3（INTRA）和PC0（INTRB），以判断中断源是A口还是B口。如果中断源是A口， 还要进一步查询PC5（IBFA）和PC7（ ）， 以确定是输入中断还是输出中断。 8255A的工作方式2是A口方式1输出和方式1输入两种操作的组合，所以方式2的工作过程也同上述工作方式1的输出和输入过程。 OBFA9.2 8255A的应用举例作为通用的并行接口电路芯片，825A具有广泛的应用 应用在IBM PC/XT微机上 应用于打印机接口电

26、路 连接简易键盘 驱动LED数码管 双机并行通信接口PA0PA7PC4PC08255A甲方（发送）甲方（发送）PA0PA7PC7PC68255A已方（接收）已方（接收）人机交互接口键盘扫描 图所示为矩阵式键盘电路，其特点是由按键组成一个矩阵，矩阵的行线和列线分别作为两个传输方向相反的I/O接口信号线，比如行线作为输入接口信号线，列线作为输出接口信号线，或反之。 键盘扫描电路图8255APC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7+5VK8K10K9K11K0K2K1K3K4K6K5K7K12K14K13K15人机交互接口动态显示 常用的显示称为动态显示，它采用扫描显示技术，可以使硬件开销降

27、低很多。对于一个8位数据显示，它就需要两个输出端口就可以了。其电路如图所示。在两个输出端口中，一个称为段信号通道，它用来输出要显示数据的段码；另一个称为位信号通道，用来决定当前要显示数据的位置。 动态显示电路图A A口口8255APA7|PA0B B口口8255APB7|PB0+5V段信号通道位信号通道段驱动位驱动LED6LED7 显示系统的具体工作步骤如下：a、 设要显示的初始位码i0；b、 送第i位的段信号；c、 送第i位的位信号；d、 延时；e、 i1if、 如果i小于8，转bg、 8位数据显示结束。 程序如下：a_port equ 80h ；定义8255A的四个端口b_port equ

28、 82hc_port equ 84hctrl_port equ 86hdatasegment；定义数据段tab1db 3FH,06H,5BH,4FH,；定义段码表dispbuffdb 2,0,0,2,0,8,2,2 ；定义显示缓冲区dataends9.2.3 8255A在IBM PC/XT中的应用 工作在基本输入/输出方式0 端口A为方式0输入，用来读取键盘扫描码 端口B工作于方式0输出，例如控制扬声器等 端口C为方式0输入，读取系统状态和配置 IBM PC/XT使用一片8255A管理键盘、控制扬声器和输入系统配置开关DIP的状态。 当有效时，A9A8A7A6A5=00011，所以这片8255

29、A的I/O地址范围为60H7FH，常用的地址范围为60H63H。 端口A、 B和C的地址分别为60H、61H和62H，63H为控制字寄存器地址。XT机中，8255A工作在基本输入/输出方式。口A在加电自检时为输出，输出当前检测部件的标志信号；其在正常工作时为输入，用来读取键盘扫描码。 PC/XT与8255的接口电路PA0PA7键盘PB7允许/清除键盘PB6控制键盘时钟为低PB5ENA I/O CKPB4ENA RAM PCKPB3PB2KBD DATAPB1SPK DATAPB0TIM2 GATE SPKPC7PCKPC6I/O CH CKPC5T/C2 OUTPC4SPKPC3PC2PC1PC08255ARDIORWRIOWA0A0A1A1RESETRESETCSPPICSD0D7D0D7SW(DIP)12345V74LS244567874071G5V1