信息与通信第九章.pptx

8255A是一种通用的芯片，是为Intel系列微处理器设计的，也可用于其它系列的微机系统中，可由程序来改变其功能，通用性强，使用灵活。用8255A作接口时，通常不需要附加外部逻辑电路就可直接为CPU和外设之间提供数据通道，是应用极广的并行I/O接口芯片。9.1 8255A的工作原理的工作原理 9.1.1 8255A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号 8255A具有三个可编程的数据端口(A口、B口和C口)，能在三种方式下工作。单一+5V电源供电。其内部结构框图如图9.1(a)所示，引脚图如图9.1(b)所示。一、数据总线缓冲器 双向、三态的8位数据缓冲器，是8255A和系统总线相连接的通道。D7 D0：双向三态8位数据线，与系统的数据总线相连接。图9.1 8255内部结构和引脚图(a)8255A内部结构；(b)8255A外引脚图 二、读写控制逻辑 用于管理所有内部或外部数据、控制字和状态字的传送。它接收来自CPU地址总线的A1、A0和控制总线的有关信号，然后向8255A的A、B两个组发送命令。8255A的控制信号与执行的操作之间的对应关系如表9-1所示。表表9-1 8255A的控制信号与执行的操作之间的对应关系的控制信号与执行的操作之间的对应关系A1A0执行的操作000000000010101011101x1010100011x0 00 00 10 11 01 01 11 11 1x xx x读A端口(A端口数据数据总线)写A端口(A端口数据总线数据)读B端口(B端口数据数据总线)写B端口(B端口数据总线数据)读C端口(C端口数据数据总线)写C端口(C端口数据总线数据)当D71时，对8255A写入控制字当D70时，对C端口置位/复位非法的信号组合数据线D7D0进入高阻状态未选择CS：片选信号，低电平有效。RD、WR：读、写信号，低电平有效。RESET：复位信号。当它为高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）都被清除。三个数据端口则被置为输入方式。A1、A0：口地址线。用来选择8255A内部的三个数据端口和控制端口。与CPU地址总线对应相连。三、数据端口A口、B口、C口 8255A有三个数据端口，即A口、B口、C口，每一个端口都是8位口，各端口都可由程序设定为输入口或输出口，此外，C口还可作控制口，用于输出控制信号和输入状态信号。A口：有一个8位的数据输入锁存器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器。因此A口适用在双向的数据传输场合。不管是输入还是输出，都可以锁存。B口：有一个8位的数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器组成。因此用B口作输出口时，数据可以锁存；作输入时，不能锁存。C口：有一个8位的数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器。在方式字的控制下，C口可以分成两个4位的端口，每个端口有一个4位的输出锁存器，这两个4位口分别与A口和B口配合，以输出控制信号和从外部输入状态信号。PA7PA0：A口外设数据线。PB7PB0：B口外设数据线。PC7PC0：C口外设数据线。四、A组和B组控制逻辑 A组控制逻辑控制A口和C口的高4位(PC4PC7)，B组控制逻辑控制B口和C口的低4位(PC0PC3)。这两组控制逻辑接受读/写控制逻辑来的命令以及从内部数据总线接受控制字，向相应的口发出命令以控制其动作。9.1.2 8255A的控制字的控制字 在使用8255A之前，要由CPU先对它进行初始化，写入控制字。8255A有两类控制字。一个是方式选择控制字，另一个是C口按位置1/置0控制字。这两个控制字都写入控制口，根据D7位的状态决定是哪一个控制字。1.方式选择控制字 方式选择控制字用来决定8255A三个数据端口各自的工作方式，它的格式如图9.2所示。图9.2 8255A的方式选择控制字 2.C口按位置位/复位控制字 端口C的数位常用作控制或应答信号，由CPU用输出指令向8255A的控制口（注意不是对C口）写入C口按位置位/复位控制字，可使C口的任意一个引脚的输出单独置“1”或置“0”，或者为应答式数据传送发出中断请求信号。控制字的格式如图9.3所示。经常利用端口C的这个特点，在它的某一位上产生一个TTL电平的控制信号。图9.3 8255A的C口按位置位/复位控制字例如，要将C口的PC3置0，PC7置1，可用下列程序段实现。MOVAL，06H；PC3置0控制字送ALMOVDX，PortAdd；控制端口地址PortAdd送DXOUTDX，AL；对PC3完成置0操作MOVAL，0FH；PC7置1控制字送ACOUTDX，AL；完成对PC7置1操作9.1.3 8255A的工作方式和的工作方式和C口状态字口状态字 8255A有三种工作方式，即方式0基本输入输出方式，方式1选通输入输出方式和方式2双向选通方式，通过向8255A的控制字寄存器写入方式选择控制字，就可以规定各端口的工作方式。当8255A工作于方式l和方式2时，C口可提供A口或B口的联络信号，用输入指令可以读取C口的状态。一、方式0：基本输入/输出方式 在这种方式下，A口、B口和C口(C口分为2个4位使用)都可提供简单的输入和输出操作，对每个端口不需要固定的应答式联络信号。工作在方式0时，在程序中可直接使用输入指令(IN)和输出(OUT)指令对各端口进行读写。方式0的基本定义是2个8位的端口和2个4位的端口。任何一个端口都可以作为输入或输出。方式0一般用于无条件传送的场合，不需要应答式联络信号，外设总是处于准备好的状态。二、方式1：选通输入/输出方式 此时数据传送须联络信号进行协调。只有A口和B口可工作于方式1，此时C口的某些位线被规定为A口或B口的联络信号线，余下的线只具有基本I/O功能，即只能工作于方式0，作数据位使用。C口这些用作状态或控制的联络信号线不能由用户编程改变。各线的意义和A口、B口工作于输入还是输出有关。此外，A、B口的输入、输出数据都能锁存。工作时可以用中断方式，也可以用查询方式与CPU联系。1、选通输入方式 当A、B口为方式1输入时，它们的端口状态、联络信号和控制字如图9.4所示。C口的PC3PC5用作A口的联络线；C口的PC0PC2用作B口的联络线。C口还剩余的2位PC7、PC6，仍可工作于方式0，用作输入或输出，由方式选择控制字的D3位来定义。图9.4 方式1输入下端口的状态和联络信号(a)A端口；(b)B端口 STB(Strobe)：低电平有效的选通信号，由外设提供。当该信号有效时，从外部设备来的8位数据送入到8255A的输入缓冲器中。IBF(Input Buffer Full)：输入缓冲器满信号，高电平有效。IBF有效时，告诉外设送来的数据已占用该端口的输入缓冲器，即缓冲器已满，8255A不能再接收别的数据。此信号也可供CPU查询使用。它实际上是对STB信号的回答信号，当STB信号有效时，IBF就被置成高电平。待CPU执行IN指令，RD信号有效，将输入数据读入CPU，并利用RD信号的后沿将IBF清“0”，表示输入缓冲器已空，外设可继续输入后续数据。INTE(Interrupt Enable)：中断允许信号，高允许。这是一个控制8255A能否向CPU发中断请求的信号，它没有外部引出脚，是在A组和B组控制电路中分别设置的一个内部中断触发器。只有用软件才能使这两个触发器置“1”或清“0”。通过向8255A写入C口按位置1/置0控制字来设置。INTR(Interrupt Request)：中断请求信号，向CPU输出，高电平有效。当外部设备要向CPU传送数据或请求服务时，8255A就利用INTR端的高电平向CPU提出中断请求。当STB、IBF和INTE均为高电平时，表明数据缓冲器内已写入了数据，置INTR为高电平。CPU响应中断，在RD控制下，从8255A中读取数据。RD信号的下降沿使INTR复位，它的上升沿又使IBF复位，使外设知道可以进行下一字节输入了。对于这种选通的输入方式，如果采用查询式输入时，CPU先查询8255A的输入缓冲器是否满了，也就是IBF是否为高?如果输入缓冲器满信号IBF为高，则CPU就可以从8255A读入数据。如果采用中断方式传送数据时，应该先用C口置位/复位控制字使相应的端口允许中断，也就是要使PC4或PC2置1。方式1输入的工作时序如图9.5所示。图9.5 8255A方式l输入时序 2、选通输出方式 当A、B口为方式1输出时，它们的端口状态、联络信号和控制字如图9.6所示。C口的PC3、PC6、PC7用作A口的联络线，PC2、PC1、PC0用作B口的联络线。剩下的PC4、PC5可工作于方式0，用作数据线。图9.6 方式1输出下端口的状态和联络信号(a)A端口；(b)B端口 OBF(Output Buffer Fu11)：输出缓冲器满信号，向外部输出，低电平有效。当其有效时，表示CPU已将数据输出到指定端口，通知外设可以把数据取走。实际上它是8255A送给外设的选通信号。当CPU执行OUT指令输出数据时，WR生效。由WR的上升沿将OBF置为有效，由ACK信号使其恢复为高电平。ACK(Acknowledge)：外设的应答信号，由外部输入，低电平有效。ACK有效，表示 8255A中的数据已经被外设接受。它实际上是对OBF信号的回答。INTE：中断允许信号，高电平有效。INTR：中断请求信号，高电平有效。当外设接收了CPU送给8255A的数据后，8255A就用INTR向CPU发出中断请求。当ACK、OBF和INTE均为高电平时，置INTR为高。CPU响应中断，在中断服务程序中利用OUT指令继续输出后续数据。由WR 的上升沿复位INTR为低电平。图9.7是方式1输出情况下的工作时序图。3、选通输入/输出组合 A口和B口也可以分别定义为输入或输出。图9.7 8255A方式1输出时序 三、方式三、方式2：双向选通输入：双向选通输入/输出方式输出方式 只有A口可以工作在方式2，通过PA7PA0与外设进行双向通信，既能输入也能输出。工作时可以用中断方式，也可以用查询方式与CPU联系。此时用C口的5位口线进行联络。工作时输入和输出数据均能锁存。C口剩下的3条口线可以作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起成为方式0的I/O线。A口工作于方式2时的端口状态和控制信号如图9.8所示。此时，C口的PC7PC3作为联络信号。联络信号分别有：STB、IBF、OBF、ACK和INTR。它们的基本含义与方式1时均相同。图9.8 方式2时A口的状态和控制信号 需要注意的是：有输入或输出操作引起的中断请求信号都是通过同一个引脚输出的，因此CPU响应中断后，必须通过查询OBF和IBF的状态，才能确定是输入过程还是输出过程引起的中断。另外，输入和输出时分别由不同的INTE来控制能否向CPU发出中断请求信号。方式2的工作时序如图9.9所示。输入过程和输出过程的顺序是任意的，次数也是任意的。图9.9 8255A方式2时序 由于方式2是双向传输的工作方式，如果一个外设既可以作为输入，又可以作为输出时，采用8255A的方式2与它相连就十分方便。8255工作方式讲解工作方式讲解 四、C口状态字 当8255A工作于方式1或方式2时，端口C就根据不同的情况产生或接收“联络”信号，通过读C口的状态，可以检测A口、B口的状态。当8255A与CPU采用查询方式工作时，要求CPU读取C端口的内容。可以由执行端口C的正常读操作来完成这一功能。对读出的状态字，各位规定的含义如图9.10所示。这些状态字，实际上就是在方式1或方式2下，C口各位规定的作用。当A、B口工作方式不同时，读出的状态字是这些状态字的组合。(2)方式方式2状态字状态字(1)方式方式1状态字状态字图9.10 状态字的定义 9.2 8255A的应用举例的应用举例一、基本输入输出应用举例 图9.11所示是基本输入输出应用的示意图。图9.11 基本输入输出举例 MOV DX，0F6H ；控制字寄存器 MOV AL，10010000B ；控制字 OUT DX，AL ；写入控制字TEST_IT：MOV DX，0F0H ；指向A口 IN AL，DX ；从A口读入开关状态 MOV DX，0F2H ；指向B口 OUT DX，AL ；B口控制LED,指示开关状态 JMP TEST_IT ；循环检测 二、打印机接口举例 8255A与打印机的连接如图9.12所示。利用8255A工作在方式0实现打印机接口。试编写初始化程序。若要将存于AL中的字符送打印机打印，请编写打印程序。分析工作过程为：当主机要往打印机输出字符时，先查询打印机忙信号，如果打印机正在处理一个字符或正在打印一行字符，则忙信号为1，反之，则忙信号为0.因此，当查询到忙信号为0时，则可通过8255A往打印机输出一个字符。此时，要将选通信号STB置成低电平，然后再使STB为高电平，这样，相当于在STB端输出一个负脉冲（初态时，STB为高电平），此负脉冲作为选通脉冲将字符选通到打印机输入缓冲器。8255与打印机的连接应用与打印机的连接应用图9.12 8255A与打印机的连接图 现A口作为传送字符的通道，工作于方式0，输出方式；B口未用；C口工作于方式0，PC2作为BUSY信号输入端，故PC3PC0为输入方式，PC6作为STB信号输出端，故PC7PC4为输出方式。设8255A的口地址为：0D0H、0D2H、0D4H、0D6H。PP：MOV AL，1000 0001B；方式0，A口输出，上C口输 ；出，下C口输入 OUT 0D6H，AL MOV AL，0DH；用方式字使PC6为1，即STB为高 OUT 0D6H，ALPWAIT：IN AL，0D4H；测PC2，检查打印机忙闲 AND AL，04H JNZ PWAIT；打印机忙，等待 OUT 0D0H，AL；不忙，将AL中字符从A口输出 MOV AL，0CH OUT 0D6H，AL；使STB为0 INC AL OUT 0D6H，AL；再使STB为1，这样形成负脉冲，将数据 ；锁存于打印机，打印机进行处理习习 题题 9 9.1 当数据从8255A的C口往数据总线上读时，8255A的几个控制信号、A1、A0分别是什么？8255A的方式选择控制字和C口按位置1/置0控制字都是写入控制端口的，那么由什么来区分？9.2 8255A有哪几种工作方式？对这些工作方式有什么规定？9.3 8255A的方式0一般使用在什么场合？在方式0时，如果使用应答方式进行联络，应该怎么办？9.4 当8255A工作在方式2(中断)时，CPU是如何来区分输入/输出的？9.5 8255A与打印机的连接如图T9.1所示，利用8255A工作在方式0实现与打印机连接。编写初始化程序。若将存于AL中的字符送打印机打印，试编写打印程序。若采用8255A工作在方式1与打印机连接，如图T9.2所示，编写初始化程序。图T9.1 图T9.2