第七章输入输出接口芯片

第七章输入输出接口芯片主要内容§7.1并行与串行通信§7.2可编程并行接口8255A§7.1并行与串行通信CPU与外设之间的信息传送都是通过接口电路来进行的。计算机与外部设备、计算机与计算机之间交换信息称之为计算机通信,计算机通信可分为两大类：并行通信：8位或16位或32位数据同时传输，速度快，信息率高，成本高串行通信：一位一位数据传送(在一条线上顺序传送)，成本低实现并行通信的接口就是并行接口。

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。§7.1并行与串行通信§7.1并行与串行通信在并行接口中，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，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。CPU控制寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器地址译码输入设备输出设备数据输入准备好数据输入回答数据输入数据输出数据输出准备好数据输出回答片选A0A1数据总线读出信号写入信号复位输入准备好中断请求并行接口连接外设的示意图

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。用于并行通信，可以输入，可以输出，可以控制其工作方式，即可以编程（对其进行设置，可以改变），使用方便。§7.2可编程并行接口8255A一、8255A的内部结构数据总线缓冲器内部控制线内部数据线D0～D7A组控制A组端口AA组端口C上部B组控制B组端口BB组端口C下部读写控制逻辑PC0～PC3PB0～PB7PC4～PC7PA0～PA7RDWRA0A1CSRESET1．三个数据端口A，B，C

这三个端口均可看作是I/O口，但它们的结构和功能也稍有不同。·A口：是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能。·B口：也是一个独立的8位I/O口，仅对输出数据的锁存功能。·C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。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。2．A组和B组的控制电路这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。3．读/写控制逻辑读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。它接收片选信号及系统读信号、写信号、复位信号RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。4．数据总线缓冲器8位的双向的三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。二、8255A的芯片引脚信号引脚信号可以分为两组：一组是面向CPU的信号，一组是面向外设的信号。1．面向外设的引脚信号及功能•PA0-PA7：A组数据信号，用来连接外设；•PB0-PB7：B组数据信号，用来连接外设；•PC0-PC7：C组数据信号，用来连接外设或者作为控制信号。2．面向CPU的引脚信号及功能D0-D7：8位，双向，三态数据线，用来与系统数据总线相连。为了连线方便一般总是与低8位相连，对应的偶地址，这是就要考虑地址线的连接；RESET：复位信号（对8255A的复位），高电平有效，输入，用来清除8255A的内部寄存器，并置A口，B口，C口均为输入方式；CS：片选，输入，用来决定芯片是否被选中；RD：读信号，输入，控制8255A将数据或状态信息送给CPU；WR：写信号，输入，控制CPU将数据或控制信息送到8255A；A1，A0：内部口地址的选择，输入。这两个引脚上的信号组合决定对8255A内部的哪一个口或寄存器进行操作。8255A内部共有4个端口：A口，B口，C口和控制口，两个引脚的信号组合选中端口见下表。前面提到8位数据线接CPU的低8位，因此，CPU，A0＝0，A1接8255A的A0，A2接8255A的A1。与片选结合得到端口地址。（偶地址）CS，RD，WR，A1，A0这几个信号的组合决定了8255A的所有具体操作，见下表：注：对控制口的写有两种情况，根据D7判断。1为控制字，0为C口的置0置1。

表6.38255A的控制信号与传输动作的对应关系CSA1A0RDWR读操作内容00001PA口→数据总线（→CPU）数据00101PB口→数据总线（→CPU）数据01001PC口→数据总线（→CPU）数据写操作00010PA口←数据总线（←CPU）数据00110PB口←数据总线（←CPU）数据01010PC口←数据总线（←CPU）数据01110控制寄存器←数据总线控制字无操作情况1××××总线悬浮（高阻态）0××11总线悬浮（高阻态）01101控制口不能读（程序错误）12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221PA4PA5PA6PA7PB6PB5PB4PB3PB7D1D2D3D4D0D5D6D7VCCRESETWRRDCSPA3PA2PA1PA0GNDA1A0PC7PC6PC4PC0PC1PC2PC5PB0PB1PB2PC38255A三．8255A的控制字和编程对8255A的控制字涉及到两个内容：⑴方式选择控制字，设置各端口的工作方式等信息，⑵端口C置1、置0控制字，使C口的指定位置位/复位的功能。注：均写入控制端口1.方式选择控制字：控制字格式方式选择控制字的标志位1.方式选择控制字：控制字格式说明：1、8255A有三种基本工作方式方式0：基本输入输出方式适用于无条件传送和查询方式的接口电路方式1：选通输入输出方式适用于查询和中断方式的接口电路方式2：双向选通传送方式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.方式选择控制字：控制字格式2、D7标识位，＝1为方式选择控制字的标识，由数据线往控制口写入控制字。因此方式选择控制字的第7位总是1。＝0C口的置0置1命令，数据线上的数据作为c口的置位命令，写控制口。3、A口与C口的高4位，归A组；

B口与C口的低4位，归B组；但同一组的不同端口可以分别工作在输入或输出方式。4、只有A口可以工作在方式2，C口一般用来配合AB的工作。例1：要求：A端口：方式1输入C端口上半部：输出，C口下半部：输入B端口：方式0输出方式控制字：10110001B或B1H

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。假设8255A控制口地址0FFFEH。初始化的程序段为：

MOVDX，0FFFEH；控制口地址

MOVAL，0B1H；初始化命令

OUTDX，AL；送到控制口例2

某系统要求使用8255A的A口方式0输入，B口方式0输出，C口高4位方式0输出，C口低4位方式0输入。控制字为：

10010001B即91H初始化程序为：

MOVAL，91HOUTCTRL_PORT，AL例3某系统要求使用8255A的A口方式0输出，B口方式0输入，C口输入。控制字为：

10001011B或8BH初始化程序

MOVAL，8BHMOVDX，CTRL_PORTOUTDX，AL例4（1）芯片地址J1的控制口地址00E6HJ2的控制口地址00EEH（2）芯片的初始化编程J1端口A：方式0，输出端口B：方式0，输入端口C高4位输出，低4位输入10000011B(83H)J2端口A：方式0，输入端口B：方式1，输出端口C高4位输出，低4位任意，010010100B（94H）接芯片分组译码输出CBAGGA5A4A3A8Y4Y5CSRDWRA1A0D7D0RESETPA7.-PA0PB7.-PB0PC7.-PC0CSRDWRA1A0D7D0RESETPA7.-PA0PB7.-PB0PC7.-PC0IORIOWA2A1MOVAL,83H；MOVDX,00E6HOUTDX,ALMOVAL,94HMOVDX,00EEHOUTDX,AL2、端口C的置1、置0控制字位控制字写入控制端口特别便于置位复位内部中断允许触发器INTEC口置1置0标志位例2：若要把C口的PC2引脚置成高电平输出，则命令字应该为00000101B或05H。

将该命令的代码写入8255A的控制寄存器，就会使得从PC口的PC2引脚输出高电平，其程序段为：

MOVDX，0FFFEH；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脚PC2输出低电位，则程序段为：

MOVDX，0FFFEH；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口的按位控制特性还可以产生、负脉冲或方波输出，对外设进行控制。例3：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，写出命令字及其程序段：

MOVDX，0FFFEH；8255A命令口

MOVAL，00001110B；置PC7=0OUTDX，ALNOP；维持低电平

NOPMOVAL，00001111B；置PC7=1OUTDX，ALC端口置1置0控制字说明1必须写入控制口2D0位决定是置1还是置03D3，D2，D1决定哪一位4D6，D5，D4无关5D7标志位必须为0①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，初始工作要在使用8255A之前做。②按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它时不破坏已经建立的3种工作方式，而是对它们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。3.关于两个命令的讨论③两个命令的最高位（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。④按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。48255的编程初始化编程初始化编程后：当数据端口作为输入接口时，执行输入IN指令将从输入设备得到外设数据当数据端口作为输出接口时，执行输出OUT指令将把CPU的数据送给输出设备8255A具有锁存输出数据的能力对输出方式的端口同样可以输入不是读取外设数据读取的是上次CPU给外设的数据利用8255A的输出锁存能力，可实现按位输出控制

对输出端口B的PB7位置位的程序段：

movdx,0fffah；B端口假设为FFFAH inal,dx ；读出B端口原输出内容

oral,80h ；使PB7＝1 outdx,al ；输出新的内容C端口被分成两个4位端口，两个端口只能以方式0工作，可分别选择输入或输出在控制上，C端口上半部和A端口编为A组，C端口下半部和B端口编为B组当A和B端口工作在方式1或方式2时，C端口的部分或全部引脚将被征用其余引脚仍可设定工作在方式0对端口C的数据输出有两种办法通过端口C的I/O地址：向C端口直接写入字节数据。这一数据被写进C端口的输出锁存器，并从输出引脚输出，但对设置为输入的引脚无效通过控制端口：向C端口写入位控字，使C端口的某个引脚输出1或0，或置位复位内部的中断允许触发器例：编程使PA7位输出高/低电平使PA7输出高电平.

MOVDX，200H；PA数据口地址

INAL，DX；读入A口原输出内容

MOVAH，AL；保存原输出内容

ORAL，80H；使PA7=1OUTDX，AL；输出PA7┇MOVAL，AH；恢复原输出内容

OUTDX，AL使PA7输出低电平MOVDX，200H；A口地址INAL，DX；读入端口原输出值MOVAH，AL；保存原输出值ANDAL，7FH；使PA7=0OUTDX，AL；输出PA7┇MOVAL，AH；恢复原输出内容OUTDX，AL四、8255A的工作方式方式0：基本输入输出方式方式1：选通输入输出方式方式2：双向选通传送方式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)。1、方式0方式0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。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，共有16种不同的使用状态。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。适用于无条件传送和查询方式的接口电路datadata输入端口D0～D7RDCS,A1,A0请体会这里8255A的数据缓冲作用方式0输入时序WRdatadata输出端口D0～D7CS,A1,A08255A对CPU通过它输出给外设的数据进行锁存方式0输出时序

2、方式1①1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。②PA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。③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。④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。⑤单向传送。一次初始化只能设置在一个方向上传送，不能同时作两个方向的传送适用于查询和中断方式的接口电路第10章：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PC4PC5PC3PA7~PA0INTEAIBFAINTRASTBA中断允许触发器方式1输入引脚：A端口第10章：PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRBSTBB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接收数据中断允许触发器方式1需借用端口C用做联络信号同时还具有中断请求和屏蔽功能方式1输入引脚：B端口第10章：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,读信号的上升沿使其复位。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读取外设数据。读的下降沿使其复位。第10章：dataINTRIBF

data输入端口D0～D7STBRDSTB*和IBF是外设和8255A间的一对应答联络信号，为的是可靠地输入数据方式1输入时序第10章：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第10章：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PC6PC7PC3PA7~PA0INTEAOBFAINTRAACKA中断允许触发器方式1输出引脚：A端口第10章：PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBOBFBINTRBACKB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输出引脚：B端口第10章：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A的INTEA对应PC6端口B的INTEB对应PC2第10章：

INTR

datadata输出端口D0～D7WROBFACK

OBF*和ACK*是外设和8255A间的一对应答联络信号，为的是可靠地输出数据方式1输出时序§7.58255A的2方式及其应用3、方式2①PA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。②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式和查询方式与CPU交换数据。③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。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方式2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（PC3~PC7）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。PC3PC7PA7~0PC6PC4PC5PC2~0≥1&INTE1INTE2&WRRDINTRA8OBFAACKASTBAIBFAI/O32方式的联络信号线定义方式2控制信号五、应用举例例1、

A口工作于方式1输入，B口工作于方式1输出，写出其控制字及初始化程序

10110100BMOVAL,0B4H OUTCTRL_port,AL

例2、

A口工作于方式2，B口工作于方式0输入，PC0－PC2输入，写出其控制字及初始化程序11000011BMOVAL,0C3HOUTCTRL_port,AL例3、

A口工作于方式2，输出时，要允许其中断，需要写入的控制字是什么（PC6置1）0×××1101B例4、并行打印机接口设计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255个字（ASCII码）送去打印。

2.分析

由于打印接口直接面向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。有关打印机接口标准Centronics的信号线定义引脚名称方向功能1STROBE入数据选通，有效时接收数据2－9DATA1－DATA8入数据线10ACKING出相应信号，有效时准备接收数据11BUSY出忙信号，有效时不能接收数据….….….…….工作时序如下。DATA0~DATA7STROBEBUSYACK并行打印机接口数据传送时序

它的工作流程是：主机将要打印的数据送上数据线，然后发选通信号。打印机将数据读入，同时使BUSY线为高，通知主机停止送数。这时，打印机内部对读入的数据进行处理。处理完以后使ACK有效，同时使BUSY失效，通知主机可以发下一个数据。过程:采用查询方式时，打印机与CPU之间传送数据的过程是：①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。②通过并行接口把数据送给标准插座DATABIT1～DATABIT8

数据线上，此时数据并未送入打印机。③再送出一个数据选通信号DATASTROBE-（负脉冲），把数据线上的数据打入到打印机的内部缓冲器。④打印机在收到数据后，发出“忙”（BUSY=1）信号，表明打印机正在处理输入的数据。⑤最后送出一个回答信号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。①打印机接口电路。打印机接口电路原理框图如图所示。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（DATABIT1～8）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。8255ACPU

PA0~7PC7PC2地

地BUSYSTBDATA0~7打印机插座8255A并行打印机接口电路框图结束8255A初始化BUSY=0?送数送STB内存+1字节数-1送完？开始YNYN②接口驱动程序程序DATASEGMENTBUFFDB××××××DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：

MOVAX，DATAMOVDS，AX

假设：端口地址A口：00D0HB口：00D2HC口：00D4H控制口：00D6HMOVDX，00D6H

；8255A命令口MOVAL，10000001B

；工作方式字（81H）OUTDX，AL

；（A口0方式，输出，C4～C7

输出，C0～C3输入）MOVAL，00001111B

；PC7位置高，使STB--=1OUTDX，ALMOVSI,OFFSETBUF

；打印字符内存首地址MOVCX，OFFH

；打印字符个数MOVDX，00D4H

；PC口地址INAL，DX

；查BUSY=0？（PC2=0）ANDAL，04H;00000100BJNZL

；为1，忙，则等待；不忙，则向A口送数MOVDX，00D0H

；PA口地址MOVAL，[SI]

；从内存取数OUTDX，AL

；送数据到A口L:MOVDX，00D6H

；8255A命令口MOVAL，00001110B

；置STB-信号为低（PC7=0）OUTDX，ALNOP

；负脉冲宽度（延时）NOPMOVAL，00001111B

；置STB-为高（PC7=1）OUTDX，ALINCSI

；内存地址加1DECCX

；字符数减1JNZL

；未完，继续CODEENDSENDSTART例5、用8255A的PA0～PA2扩展三位按键，PB0～PB2驱动三个发光二极管，要求实现如下功能：K1按下灯全亮，K2按下灯全灭，K3按下灯闪烁，优先顺序K1>K2>K3.K3K2K1PA0PA1PA2PB0PB1PB2+5V8255A8086CPU设8255A端口地址0340H～0346H

MOVAL,91H;10010001,A口方式0输入，B口方式0输出

MOVDX,0346H OUTDX,AL;写控制字

MOVDX,0340H INAL,DX;读A口内容

NOTAL ANDAL，07H；保留PA0～PA2 RORAL，1 JCDLL；K1＝1，调灯亮 RORAL，1 JCDMM；K2＝1，调灯灭

RORAL，1 JCDSS；K3＝1，调灯闪烁

RETMOVDX,0342HMOVAL,00HOUTDX,AL;RETDLL：MOVDX,0342HMOVAL,07HOUTDX,AL;RETMOVDX,0342HMOVAL,07HOUTDX,ALCALLDO5S;调用延时5秒MOVAL,00HOUTDX,ALCALLDO5S;调用延时5秒RETDMM：DMM：例六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。设计（1）硬件连接根据上述要求，接口电路的连接如图所示。（2）软件编程接口驱动程序及甲机发送程序段0方式1方式8255APA0~7PC7PC3PC4~6PC0~2PB0~7PA0~7PC7PC6PC3PC0~2、4~5PB0~7未用8255A甲(发送)CPU乙(接收)CPUACKOBF两种方式的并行传送接口电路框图甲机发送程序段：MOVDX，203H；8255A命令口MOVAL，10100000B；初始化工作方式字OUTDX，ALMOVAL，00001101B；置发送中断允许INTEA=1OUTDX，AL；PC6=1MOVSI，OFFSETBUFS；设置发送数据区的指针MOVCX，3FFH；发送字节数MOVDX，200H；向A口写第一个数，产生第一

;个OBF-信号MOVAL，[SI]；送给乙方，以便获取乙方的ACK-信号OUTDX，ALINCSI；内存地址加1DECCX；传送字节数减1L：MOVDX，202H；8255A状态口

INAL，DX；查发送断请求INTRA=1？

ANDAL，08H；PC3=1？

JZL；若无中断请求，则等待；；若有中断请求，则向A口写数

MOVDX，200H；8255APA口地址

MOVAL，[SI]；从内存取数

OUTDX，AL；通过A口向乙机发送第二个数据

INCSI；内存地址加1DECCX；字节数减1JNZL；字节未完，继续

MOVAH，4CH；已完，退出

INT21H；返回

BUFSDB1024个数据例7使用的8255A以方式2工作作主、从CPU之间的接口。INTRPA7-PA0OBFAIBF