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第六章：可编程并行接口芯片和串行接口芯片

第六章：可编程并行接口芯片和串行接口芯片. 主讲教师：范新民. 2. 6.2 可编程并行接口芯片 8255A. 1. 6.1 并行接口与串行接口. 6.3 可编程串行接口芯片 8251. 3. 主要内容：. 可编程并行接口芯片和串行接口芯片. 6.1 并行接口与串行接口. 并行接口： 是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，导致了通信线路复杂且成本提高。. 串行接口： 是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式。其特点是数据按位传送，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。.

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第六章：可编程并行接口芯片和串行接口芯片

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  1. 第六章：可编程并行接口芯片和串行接口芯片 主讲教师：范新民

  2. 2 6.2 可编程并行接口芯片8255A 1 6.1 并行接口与串行接口 6.3 可编程串行接口芯片8251 3 主要内容：

  3. 可编程并行接口芯片和串行接口芯片 6.1 并行接口与串行接口 并行接口： 是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，导致了通信线路复杂且成本提高。 串行接口： 是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式。其特点是数据按位传送，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。

  4. 并行接口与串行接口 串口与并口： 并口由于8位通道之间的互相干扰。传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了。所以串口速度非常快。

  5. 一、可编程接口芯片的功能和电路组成 多数I/O接口具有如下功能及其电路单元： • 输入/输出数据锁存器和缓冲器，用以解决CPU与外设之间速度不匹配的矛盾，以及起隔离和缓冲的作用； • 控制命令和状态寄存器，以存放CPU对外设的控制命令，以及外设的状态信息； 并行接口与串行接口 6.1.1 可编程接口芯片概述 • 地址译码器，用来选择接口电路中的不同端口； • 读写控制逻辑 • 中断控制逻辑

  6. 二、可编程接口芯片的几个概念 • 片选的概念 必须要有一个地址信号选中接口芯片后，才能使该接口芯片进入电路工作状态，实现数据的输入/输出。 选通端CE（Chip Enable），又称片选端CS（Chip Select）。 CE端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。 可编程接口芯片概述

  7. 可编程接口芯片概述 • 读/写概念： • 当地址信号稳定，读信号和访问I/O口控制信号有效时，片选信号稳定，CPU数据线和输入口接通，进行读操作。 • 当地址信号稳定，CPU输出数据，写信号和访问I/O口控制信号有效时，片选信号稳定，数据写入I/O口。

  8. 可编程接口芯片概述 • 可编程接口的概念 • 接口芯片大部分是多通道、多功能的。 • 多通道是指一个接口芯片一面与CPU连接，另一面可接几个外设； • 多功能是指一个接口芯片能实现多种接口功能，实现不同的电路工作状态。接口芯片功能可由程序改变。

  9. 可编程接口芯片概述 • “联络”的概念 • 接口芯片常常需要和外设间有一定的“联络”信号，以保证信息的正常传送。 • 通常采用两个“联络”（Handhake）信号： （选通信号，strobe）和RDY（就绪信号，Ready）。

  10. 8255A的结构和引脚功能 • 8255A的工作方式 • 8255A的初始化 • 8255A的应用举例 • 16位系统中的并行接口 6.2 可编程并行接口芯片8255A

  11. A组 端口A A组 控制 PA0～PA7 A组 端口C 上部 数据 总线 缓冲器 内部数据线 PC4～PC7 D0～D7 B组 端口B B组 控制 读写 控制 逻辑 RD WR A0 A1 CS RESET PB0～PB7 B组 端口C 下部 内部控制线 PC0～PC3 6.2.1 8255A的结构和引脚功能 1、8255A的内部结构

  12. 8255A的内部结构 （1） 数据端口 端口A:PA0～PA7，数据输出锁存器/缓存器和输入锁存器， 可用于数据双向传输。 端口B:PB0～PB7，数据输出锁存器/缓存器和输入缓存器， B口作为输出口时数据可得到锁存，做输入口时， 外设输入的数据必须维持到有效读取为止。 端口C:PC0～PC7，结构同B口，可作为两个4位端口使用， 可配合A口或B口在数据传输时做控制、状态和中断 请求信号使用。

  13. 8255A的内部结构 （2）A组控制和B组控制 A口和高4位PC4～PC7构成A组，B口和低4位PC0～PC3构成B组。一组有一个控制寄存器接收CPU控制字，确定8255工作方式。 （3）数据总线缓冲器 八位三态双向缓冲器，用于8255与CPU数据总线的接口。 （4）读/写控制逻辑 把接受来自CPU的地址和控制信号发送给两个控制组。根据不同的信息进行不同的传送。

  14. 8255A的引脚 • 2、8255A的引脚及其功能 • （1）端口引脚 • PA0～PA7：端口A数据线，双向，三态。 • PB0～PB7：端口B数据线，双向，三态。 • PC0～PC7：端口C数据线，双向，三态。 • （2）和CPU连接的引脚 • D7～D0:数据线，与系统总线连接。 • RD:读信号，输入，低电平有效，从8255A读取数据 • WR:写信号，输入，低电平有效，把数据写入8255

  15. 8255A的引脚 CS：片选信号，输入，低电平有效，决定芯片地址。 RESET：复位信号，输入。将所有内部寄存器的内容清零, 3个数据端口设为输入工作方式。 A0,A1：端口选择信号，8255占四个端口地址： 根据RD、WR、CS、A0、A1的不同组合决定8255A的不同端口的操作

  16. 6.2.2 8255A的工作方式 1、方式0—基本输入输出 • 端口A、B和C都可工作于输入或输出。三个端口无必然联系，各端口输入输出组合共有16种，可适用于多种用途。 • CPU可以采用无条件读写方式与8255A交换数据。 • 若把C口的两个部分用作控制和状态口，与外设的控制和状态端相连，CPU也可通过对C口的读写，实现A口与B口的查询方式工作。 • 输出的数据被锁存， 输入的数据不锁存

  17. 8255A的工作方式 2、方式1—选通输入输出（应答式输入输出） 端口A和B输入/输出数据时，必须利用端口C提供联络信号（选通、应答信号）。 一般情况下，用中断传送数据方式（也可用查询方式）。 这时： 通道A：8位数据端口（A口），3位控制位（C口）。 通道B：8位数据端口（B口），3位控制位（C口） 。 这种配合固定，不可以用程序修改。

  18. 8255A的工作方式 • 特点： • 端口A、B既可做输入又可做输出。 • 端口C引脚分别作为控制、状态和中断申请信号等。 • 若只有一个端口工作在方式1，则余下13位可工作在方式0。 • 若两个端口都工作在方式1，则余下2位可由程序指定为输入或输出。 端口A、B工作于方式1的输入或输出时，端口C联络信号的引脚和意义都不同。

  19. 8255A的工作方式 （1）方式1的输入传送 A、B两个口都设为方式1输入方式

  20. 8255A的工作方式 • STB：输入选通信号，输入，低电平有效，表示外设输入的数据送至8255A的输入锁存器中。 • IBF：输入缓冲区满，输出，高电平有效。通知外设输入缓冲区满，不要送新数据，由CPU读取数据时（RD的上升沿）清除，表明输入缓冲器可以接受新数据。 • INTR：中断请求信号，输出，高电平有效，可向CPU申请中断。 • INTE：中断允许，INTEA是C口输出锁存器的PC4，INTEB是C口输出锁存器的PC2，由它们分别控制A口和B口的中断申请。 • （可由C口置 /复位控制字将INTE置1 或复位为0）

  21. PA7~PA0 外设送来数据 ① PB7~PB0 ② STB 当INTE=1时 IBF INTR ③ RD 8255A的工作方式 方式1的输入时序： 从工作在方式1下的输入端口输入数据时,有关信号的变化关系。

  22. 8255A的工作方式 以中断方式输入数据: • ① 当外设数据准备好，将数据送至端口线PA7～PA0或PB7～PB0 • ② 外设发出选通信号STB: • 将数据锁存在输入端口内。 • 使IBF变高，表示输入端口满，可用于阻止外设输入新数据。 • 如果INTE=1, STB的上升沿使INTR变高，发出中断请求。 • ③ 中断处理程序中CPU 读取数据，发出RD信号: • (1) RD 的下降沿清除INTR • (2) RD 的上升沿清除IBF • (3) 端口内的数据进入CPU

  23. 8255A的工作方式 以查询方式输入数据: • ① 当外设数据准备好，将数据送至端口线PA7～PA0或PB7～PB0 • ② 外设发出选通信号STB: • 将数据锁存在输入端口内。 • 使IBF变高，表示输入端口满，可用于阻止外设输入新数据。 ③ 在主程序中CPU查询IBF，若其为高电平，读取数据，发出RD • 信号: • RD 的上升沿清除IBF • 端口内的数据进入CPU

  24. 8255A的工作方式 查询方法从8255的A口向CPU输入数据： 程序如下： INPUT： IN AL，PortC ；读方式1状态信号 TEST AL，20H ；查A口的IBF JZ INPUT ；IBF=0，数据未准备好 IN AL，PortA ；IBF≠0，CPU读入数据 方式1输入时共用到C口6个引脚，剩余2个引脚PC6、PC7可做I/O位，或由C口置 /复位控制字决定其输出。

  25. 8255A的工作方式 （2）方式1的输出传送 B口方式1输出时相应的联络信号 A口方式1输出时相应的联络信号

  26. INTE：中断允许，INTEA、INTEB分别控制A口和B口的中断申请。（INTEA由PC6、INTEB由PC2控制） 8255A的工作方式 控制信号： • OBF：输出缓冲器满，输出，表示CPU已将数据输出到指定端口，通知外设可以将数据取走。 • ACK：响应信号，输入。外设通知8255已取走数据，并清除OBF，置INTR为“1”。 • INTR：中断请求信号，输出。向CPU申请中断，请求CPU输出后续数据。（条件：OBF∧ACK∧INTE=1）

  27. ① D7~D0 送往外设数据 数据写入端口 WR ② OBF 当INTE=1时 INTR ACK ③ 8255A的工作方式 方式1的输出时序： • ① CPU输出数据 • ② CPU发出WR： • 数据写到 8255A的端口 • 使OBF有效，表示输出端口满， • 清除中断请求信号INTR • ③ 外设接受到数据后，发出ACK信号： • (1) ACK的下降沿使OBF变高， • (2) 当INTE=1, ACK的上升沿使INTR变高，请求CPU输出新的数据 以中 断方 式输 出数 据:

  28. 8255A的工作方式 以查询方式输出数据: ① CPU输出数据 ② CPU发出WR： (ⅰ)数据写到 8255A的端口 (ⅱ) 使OBF有效，表示输出端口满，通知外设取数据。 ③ 外设接受到数据后，发出ACK信号： (ⅰ)ACK的下降沿使OBF变高， (ⅱ)在主程序中CPU查询OBF，若其为高电平，数据已 取走，端口可接受新的数据。

  29. 8255A的工作方式 查询方法向8255的A口输出数据： 程序如下： OUTPUT： IN AL，PortC ；读方式1状态信号 TEST AL，80H ；查A口的OBF，设备空闲？ JZ OUTPUT ；OBF=0，不空，等待。 MOV AL，DATAS OUT PortA，AL ；OBF=1，CPU输出数据。 注意： 方式1输出时共用到C口6个引脚，剩余2个引脚PC4、PC5可做I/O位，或由C口置 /复位控制字决定其输出。

  30. 8255A的工作方式 3、方式2—双向选通输入输出 • 方式2只限于A组使用。 • 与方式0、方式1的单向传送不同，工作在方式2下的端口A，具有双向传送功能。 • 端口工作在方式2时，C口的5根引脚作为端口的联络信号；是方式1下A口输入、输出联络信号的组合。 • C口未做联络信号的3条引脚，可作为B口在方式1下的联络线，也可和B口一样工作在方式0。由方式控制字决定其输入/输出。

  31. 8255A的工作方式 方式2下的时序为方式1输入/输出两者的组合。

  32. 6.2.3 8255A的控制字及初始化 使用8255A，首先要由CPU对8255A写入控制命令字。 有2种控制命令字： • 方式选择控制字； • C口按位置位/复位控制字； 1、方式选择控制字 （D7=1） 控制字可以使8255A的三个数据端口工作在不同的工作方式，将三个端口分为两组来设定。 8255A的工作方式

  33. A组：A端口C口高4位 B组：B端口C口低4位 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A组方式 00：方式0 01：方式1 1X: 方式2 PC3～PC0 0：输出 1：输入 PA口 0：输出 1：输入 Ｂ组方式 0：方式0 1：方式1 特征值 PC7～PC4 0：输出 1：输入 PB口 0：输出 1：输入 8255A的控制字 8255A方式选择控制字

  34. 不用 位选择 0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 000：C口0位 001：C口1位 ┆ ┆ 111：C口7位 置位/复位 1：置位 0：复位 特征值 8255A的控制字 2、端口C按位置/复位控制字（D7=0） 可使8255作为位控接口，实现对外设的按位控制。

  35. 向PC5送0电平 延时 向PC5送1电平 延时 方波个数到？ 8255A的控制字 例：利用位复位和置位可使端口C PC5位产生方波。 程序如下: MOV CX，10 LOP： MOV AL,0AH OUT POR-CL,AL ;置0 CALL DELAY MOV AL,0BH OUT PORT-CL,AL ;置1 CALL DELAY LOOP LOP

  36. 6.2.4 8255A的应用实例 1、初始化设置 例:一8088系统的8255A工作于方式0，端口A为输入，端口B为输出，若系统中8255A的口地址为80H-83H。 1001X00X 方式控制字： 初始化程序： MOV AL,90H OUT 83H,AL

  37. D0～D7 8255A A1 A0 Yi 8255A的应用实例 例6-2:开关接口 (8255端口地址：60H～63H) 实现如下功能:每隔5分钟从PA口读入8个开关的状态存入2000H：3000H开始的数据区，工作10小时结束。

  38. 8255A的应用实例 程序设计： • MOV AX，2000H • MOV DS，AX • MOV BX，3000H • MOV CX，120 • MOV AL，10010000B（90H） • OUT 63H，AL • LOP： IN AL，60H • MOV [BX]，AL • INC BX • CALL DELAY 5M • LOOP LOP • HLT

  39. 8255A的应用实例 例6-3 LED接口 PA口做输出数据口，采用方式0工作方式，无条件传送。设8255A的端口地址为60H～63H。要求每隔5分秒，发光灯向上移一个。

  40. 8255A的应用实例 MOV AL，10000000B（80H） OUT 63H，AL MOV CX，7200 MOV AL，7FH LOP： OUT 60H，AL ROR AL，01H CALL DELAY5S LOOP LOP MOV AH，4CH INT 21H

  41. 例6-4打印机接口 （1） 并行接口标准（Centronice） 该标准规定了一个36芯的连接口。 STB：数据选通接口； DATA：数据信号； ACK：响应信号； BUSY：忙信号。 8255A的应用实例

  42. 8255A的应用实例 • 采用查询控制方式（方式0）的接口 • PA口作为向打印机输出的数据口，PC0产生控制信号STB，PC7读取外设状态BUSY,端口地址为90H～93H。从内存2000H：3000H开始取出100个数据送打印机打印的控制程序为：

  43. 8255A的应用实例 MOV AX，2000H MOV DS，AX MOV BX，3000H MOV CX，100 MOV AL，10001000B OUT 93H，AL LOP：IN AL，92H TEST AL，80H JNZ LOP

  44. 8255A的应用实例 MOV AL，[BX] OUT 90H，AL MOV AL，01H OUT 92H，AL MOV AL，00H OUT 92H，AL MOV AL，01H OUT 92H，AL INC BX LOOP LOP MOV AH，4CH INT 21H

  45. 8255A的应用实例 例6-5 键盘接口 两类键盘：简单键盘和矩阵结构键盘。 矩阵结构键盘又有编码键盘和非编码键盘。 编码键盘能自动提供对应于被按键的编码信息，如ASCII码，并能同时产生一个选通脉冲通知微处理器。 非编码键盘由一组开关组成，提供行和列的键盘矩阵。其全部工作，包括按键的识别、按键代码的产生、防止串键和消去抖动等问题，都靠程序来实现。

  46. +5V +5V +5V 8255A的应用实例 ◆ 简易键盘的工作原理 • 最简单的线性结构键盘 • 每一个引脚连接一个键 • 输入0/1反映健是否高低

  47. 检 测 线 +5V 控制线 +5V 8255A的应用实例 • 常用的矩阵结构键盘 • 每行连接一个引脚 • 每列连接一个引脚 ◆ 常用的矩阵结构键盘

  48. 8255A的应用实例 （1） 键盘输入信息的过程： ① 检测是否有键按下； ② 查出按下的是哪一个键； ③ 将该键所代表的信息翻译成计算机能识别的内部代码 设有m×n个键： m行——由输出口控制 n列——由输入口读入 当某行输出为低电平时： 有键按下——某列输入低电平 无键按下——某列输入高电平

  49. 置所有的行线为0 读列线的值 读列线的值 有键按下 N 有键按下 N Y 识别键值 Y 列线某位为0 逐行输出0 转键处理 8255A的应用实例 （2）非编码键盘的键码识别方法 为了识别键盘上的闭合键，常用的键码识别方法有行扫描法。

  50. 8255A的应用实例 （3）8255A作矩阵结构键盘接口的实例

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