第11章并行I

第11章并行I/O接口微机系统的信息交换有两种方式：并行通信方式和串行通信方式。并行通信是以微机的字长，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。实现并行通信的接口称之为并行接口。一个并行接口可设计为只作为输入或输出接口，还可设计为既作为输入又作为输出接口，即双向输入/输出接口。8255A是Intel86系列微处理机的配套并行接口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输出通道。由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式，因此，用8255A连接外部设备时，通常不用再附加外部电路，使用较为方便。本章首先介绍可编程并行I/O接口芯片8255A的结构和基本工作方式，然后以8255A与打印机、键盘、LED数码管等外设的接口为例，说明8255A具体应用。11.1可编程并行I/O接口芯片8255A11.1.18255A的基本功能和内部结构8255A的内部结构和引脚图分别如图11.1和图11.2所示。由图11.1可见，8255A由以下几部分组成：1.并行输入/输出端口A,B,C图11.18255A的内部结构8255A芯片具有24个可编程输入输出引脚，分成3个8位端口。其中：端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入缓冲寄存器；端口C包含一个输出锁存/缓冲寄存器和一个输入缓冲寄存器。必要时端口C可分成两个4位端口，分别与端口A与端口B配合工作。通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C可作为状态或控制信息的传送端口。图11.28255A的芯片引脚信号2．A组和B组控制部件端口A与端口C的高4位(PC7～PC4)构成A组，由A组控制部件实现控制功能，端口B与端口C的低4位（PC3～PC0）构成B组，由B组控制部件实现控制功能。它们各有一个控制单元，可接收来自读/写控制部件的命令和CPU通过数据总线（D7～D0）送来的控制字，并根据它们来定义各个端口的操作方式。3．数据总线缓冲器这是一个三态双向8位数据缓冲器，它是8255A与8086CPU之间的数据接口，CPU输入输出的数据，CPU输出的控制字以及外设的状态信息都是通过这个缓冲器进行传送。4．读/写控制部件这是8255A内部完成读/写控制功能的部件，它与CPU的地址总线及有关的控制信号相连，接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出操作命令。可接收的控制信号如下：（1）CS:片选信号。由CPU输入，CS有效，表示该8255A被选中。（2）RD，WR：读、写控制信号。由CPU输入，RD有效，表示CPU读8255A，应由8255A向CPU传送数据或状态信息。WR有效，表示CPU写8255A，应由CPU将控制字或数据写入8255A。（3）RESET：复位信号。RESET有效时，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各端口置成输入方式。（4）A1、A0：端口选择信号。当A1A0=00，选择端口A；当A1A0=01，选择端口B；当A1A0=10，选择端口C；当A1A0=11，选择控制字寄存器。由端口地址A1A0和相应控制信号组合起来可定义各端口的操作方式如表11.1所示。表11.18255A的读写操作控制11.1.28255A的控制字及其工作方式8255A各端口共有3种基本工作方式：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——双向传送方式。端口A可处于3种工作方式（方式0，方式1或方式2），端口B只可处于两种方式（方式0或方式1），端口C常常被分成高4位和低4位两部分，可分别用来传送数据或控制信息。用户通过设置控制字来定义3个端口的工作方式，可使用的控制字有工作方式控制字和置位/复位控制字，它们共用同一个端口地址。1.控制字（1）工作方式控制字：格式如图11.3所示。通过定义工作方式控制字可将3个端口定义为各种不同方式的组合。图11.38255A工作方式控制字格式（2）置位/复位控制字：只对端口C有效。端口C的任一位，可用这个控制字来置位或复位，而其他位不变，使用格式如图11.4所示。2.工作方式图11.48255A置位/复位控制字格式（1）工作方式0：这是8255A中各端口的基本输入/输出方式。它只完成简单的并行输入/输出操作，CPU可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息。如果3个端口均处于工作方式0，则可由工作方式控制字定义16种工作方式的组合。工作方式0控制字的具体格式如图11.5所示。图11.58255A工作方式0控制字格式由控制字中D4D3D1D0等4位的不同取值可定义方式0的16种工作方式的组合，如表11.2所示。方式0中，端口C被分成两个4位端口，它们可被定义为输入或输出端口，CPU与3个端口之间交换数据可直接由CPU执行IN和OUT指令来完成。（2）工作方式1：被称作选通输入/输出方式，在这种工作方式下，数据输入/输出操作要在选通信号控制下完成。采用工作方式1进行输入操作时，需要使用的控制信号如下：①STB——选通信号。由外设输入，低电平有效。STB有效时，将外设输入的数据锁存到所选端口的输入锁存器中。对A组来说，指定端口C的PC4用来接收向端口A输入的STB信号；对B组来说，指定端口C的PC2用来接收向端口B输入的STB信号。②IBF——输入缓冲存储器满信号。向外设输出，高电平有效。IBF有效时，表示由输入设备输入的数据已占用该端口的输入锁存器，它实际上是对STB信号的回答信号，待CPU执行IN指令时，RD有效，将输入数据读入CPU，其后沿将IBF置“0”，表示输入缓冲存储器已空，外部设备可继续输入后续数据。对A组来说，指定端口C的PC5作为从端口A输出的IBF信号；对B组来说，指定端口的PC1作为从端口B输出的IBF信号。③INTR——中断请求信号，高电平有效。INTR在STB、IBF均为高时被置为高电平，也就是说，当选通信号结束、已将一个数据送进输入缓冲存储器中，并且输入缓冲区满信号已为高电平时，8255A向CPU发出中断请求信号，即将INTR端置为高电平。在CPU响应中断读取输入缓冲存储器中的数据时，由RD的下降沿将INTR置为低电平。④INTE——中断允许信号，实际上，它是一个控制中断允许或中断屏蔽的信号。INTE没有外部引出端，它通过对端口C的置1或清0指令来实现对中断的控制。具体讲，对PC4置1，则使端口A处于中断允许状态；对PC4清0，则使端口A处于中断屏蔽状态。与此类似，对PC2置1，则使端口B处于中断允许状态；对PC2清0，则使端口B处于中断屏蔽状态。当然，如果要使用中断功能，应该用软件使相应的端口处于中断允许状态。表11.2方式0的工作状态组合显然，8255A中的端口A和端口B均可工作于方式1输入模式，其工作方式控制字格式如图11.6所示，端口状态如图11.7所示。图11.6工作方式1输入控制字格式（a）端口A方式1输入（b）端口B方式1输入图11.7方式1输入端口状态从图11.7可看出，当端口A和端口B同时被定义为工作方式1完成输入操作时，端口C的PC5～PC0被用作控制信号，只有PC7和PC6位可完成数据输入或输出操作，因此可构成两种组合状态：它们是端口A，B输入，PC7，PC6同时输入和端口A，B输入，PC7，PC6同时输出。采用工作方式1也可完成输出操作，这时需要使用的控制信号如下：①OBF——输出缓冲存储器满信号。向外设输出，低电平有效。OBF有效时，表示CPU已将数据写入该端口正等待输出。当CPU执行OUT指令，WR有效时，表示将数据锁存到数据输出缓冲器，由WR的上升沿将OBF置为有效。对于A组，规定PC7用作从端口A输出的OBF信号，对于B组，规定PC1用作从端口B输出的OBF信号。②ACK——外设应答信号。由外设输入，低电平有效。ACK有效，表示外部设备已收到由8255A输出的八位数据，它实际上是对OBF信号的回答信号。对于A组，指定PC6用来接收向端口A输入的ACK信号；对于B组，指定PC2用来接收向端口B输入的ACK信号。③INTR——中断请求信号。高电平有效。当输出设备从8255A端口中提取数据，从而发出ACK信号后，8255A便向CPU发出新的中断请求信号，以便CPU再次输出数据，因此ACK变为高电平且OBF也为高电平时，INTR被置为高电平。而当写信号WR的下降沿来到时，INTR变为低电平。④INTE——中断允许信号。与端口A、端口B工作在方式1输入情况时INTE的含义一样，INTE为1时，使端口处于中断允许状态，INTE为0时，则使端口处于中断屏蔽状态。INTE的状态可通过软件设置，具体来说，PC6置1，则使端口A的INTE为1，PC6置为0，则使端口A的INTE为0。与此类似，PC2置1，则使端口B的INTE为1，PC2置为0，则使端口B的INTE为0。如果将8255A中的端口A和端口B均定义为工作方式1输出模式，那么工作方式控制字的具体格式如图11.8所示，经这样定义的端口状态如图11.9所示。从图11-9中可看出，当端口A和端口B同时被定义为工作方式1完成输出操作时，端口C的PC6，7和PC3～PC0被用作控制信号，只有PC4，5两位可完成数据输入或输出操作。因此可构成两种组合状态：①端口A，B输出，PC4，5同时输入；②端口A，B输出，PC4，5同时输出。图11.8方式1输出控制字格式(a)端口A方式1输出(b)端口B方式1输出图11.9方式1输出端口状态采用工作方式1时，还允许将端口A和端口B分别定义为输入和输出端口,如将端口A定义为方式1输入端口，而将端口B定义为方式1输出端口等等。具体情况，请自行分析。（3）工作方式2被称作带选通的双向传送方式。8255A中只允许端口A处于工作方式2，可用来联接双向I/O设备或用于在两台处理机之间实现双向并行通信等。其有关的控制信号由端口C提供，并可向CPU发出中断请求信号。当端口A工作于方式2时，允许端口B工作于方式0或方式1，其方式控制字格式如图11.10所示。图11.10端口A方式2控制字端口A工作于方式2的端口状态如图11.11所示。由图可看出，端口A工作于方式2所需要的5个控制信号分别由端口C的PC7～PC3来提供。如果端口B工作于方式0，那么PC2～PC0可用作数据输入/输出；如果端口B工作于方式1，那么PC2～PC0用来作端口B的控制信号（图11.11中未示出）。端口A工作于方式2所需控制信号如下：①AOBF——输出缓冲器满信号。向外设输出，低电平有效。AOBF有效，表示要求输出的数据已锁存到端口A的输出缓存器中，正等待向外部输出。CPU用OUT指令输出数据时，由WR信号后沿将AOBF置成有效。规定PC7用作端口A输出的AOBF信号。②AACK——应答信号。由外设输入，低电平有效。AACK有效，表示外设已收到端口A输出的数据，由AACK后沿将OBF置成无效（高电平），表示端口A输出缓冲器已空，CPU可继续向端口A输出后续数据。它实际上是AOBF的回答信号。规定PC6用来接收输入的AACK信号。③ASTB——数据选通信号。由外设输入，低电平有效。ASTB有效，将外设输入的数据锁存到数据输入锁存器中，规定PC4用来接收输入的ASTB信号。④IBFA——输入缓冲器满信号。向外设输出，高电平有效。IBFA有效时，表示外设已将数据输入到端口A的数据输入锁存器中，等待向CPU输入，它实际上是对ASTB的回答信号。规定PC5用作输出的IBFA信号。⑤INTRA——中断请求信号，高电平有效。不管是输入动作还是输出动作，当一个动作完成时，8255A都通过这一引脚向CPU发出中断请求信号。⑥INTE1——中断允许信号。INTE1为1时，端口A的输出处于中断允许状态；INTE1为0时，则屏蔽了输出的中断请求。CPU可通过软件对PC6进行设置来决定INTE1的状态，PC6为1，则INTE1为1，PC6为0，则INTE1为0。图11.11