1、第9章 并行通信及其接口電路第9章 本章主要內容(1) 可編程并行接口電路8255A的結構及工作原理(2) 8255A的應用本章主要內容(1) 可編程并行接口電路8255A的結構及工作在計算機和數據通信系統中，有兩種基本的數據傳送方式，即串行數據傳送方式和并行數據傳送方式，也稱串行通信和并行通信。數據在單條一位寬的傳輸線上按時間先后一位一位地進行傳送，稱為串行傳送；數據在多位寬的傳輸線上各位同時進行傳送，稱為并行傳送。和串行傳送相比，在同樣的時鐘速率下，并行傳送的數據傳輸率較高。在計算機和數據通信系統中，有兩種基本的數據傳送方式，即串行數并行通信往往適用于信息傳輸率要求較高，而傳輸距離較短的場

2、合。本章重點介紹并行通信及其所要求的并行接口電路，研究它們的組成、功能及典型的并行接口芯片的工作原理及使用方法。著重介紹可編程并行接口電路8255A及其典型應用。并行通信往往適用于信息傳輸率要求較高，而傳輸距離較短的場合。9.1 可編程并行接口的組成及工作過程9.1.1 可編程并行接口的組成及其與CPU和外設的連接通常，一個可編程并行接口電路應包括下列組成部分：(1) 兩個或兩個以上具有緩沖能力的數據寄存器。(2) 可供CPU訪問的控制及狀態寄存器。(3) 片選和內部控制邏輯電路。9.1 可編程并行接口的組成及工作過程9.1.1 可編程并行(4)與外設進行數據交換的控制與聯絡信號線。(5)與C

3、PU用中斷方式傳送數據的相關中斷控制電路。典型的可編程并行接口及其與CPU和外設的連接示意圖如圖9.1所示。(4)與外設進行數據交換的控制與聯絡信號線。圖9.1 可編程并行接口電路及其與CPU和外設的連接CPU輸出設備輸入設備并行接口電路數據總線讀控信號寫控信號復位信號中斷響應信號中斷請求信號地址譯碼器片選輸出緩沖寄存器輸入緩沖寄存器控制寄存器狀態寄存器中斷邏輯并行輸出數據并行輸入數據輸出準備好輸出回答輸入準備好輸入回答圖9.1 可編程并行接口電路及其與CPU和外設的連接CP由圖9.1可以看出，可編程并行接口電路內部具有接收CPU控制命令的“控制寄存器”，提供各種狀態信息的“狀態寄存器”以及用

4、來同外設交換數據的“輸出緩沖寄存器”和“輸入緩沖寄存器”。可編程并行接口與CPU之間的連接信號通常有： 雙向數據總線，讀、寫控制信號，復位信號，中斷請求信號，中斷響應信號以及地址信號等。由圖9.1可以看出，可編程并行接口電路內部具有接收CPU控制可編程并行接口與外設之間除了必不可少的并行輸入數據線和并行輸出數據線之外，還有專門用于兩者之間進行數據傳輸的應答信號，也稱“握手”信號。既然是握手，就一定是雙方的動作，所以這種信號線總是成對出現的，如圖9.1中所示的“輸出準備好”與“輸出回答”就是一對握手信號；“輸入準備好”與“輸入回答”是另一對握手信號 可編程并行接口與外設之間除了必不可少的并行輸入

5、數據線和并行輸9.1.2 可編程并行接口的數據輸入輸出過程 將以8255A為例進行討論。9.1.2 可編程并行接口的數據輸入輸出過程9.2 可編程并行通信接口8255A9.2.1 8255A的性能概要Intel 8255A是一個為Intel 8080和8085微機系統設計的通用可編程并行接口芯片，也可應用于其他微機系統之中。8255A采用40腳雙列直插封裝，單一+5V電源，全部輸入輸出與TTL電平兼容。用8255A連接外部設備時，通常不需要再附加其他電路，給使用帶來很大方便。9.2 可編程并行通信接口8255A9.2.1 82558255A 有三個輸入輸出端口： 端口A、端口B、端口C。每個端

6、口都可通過編程設定為輸入端口或輸出端口，但有各自不同的方式和特點。端口C可作為一個獨立的端口使用，但通常是配合端口A和端口B的工作，為這兩個端口的輸入輸出提供控制聯絡信號。 8255A 有三個輸入輸出端口： 端口A、端口B、端口C。9.2.2 8255A芯片引腳分配及引腳信號說明8255A芯片引腳分配如圖9.2所示。8255A芯片的40條引腳，大致可分為三類：(1) 電源與地線共2條： Vcc、GND。(2) 與外設相連的共24條：PA7PA0： 端口A數據信號。PB7PB0： 端口B數據信號。PC7PC0： 端口C數據信號。9.2.2 8255A芯片引腳分配及引腳信號說明8255A圖9.2

7、8255A芯片引腳分配14023933843753663573483398255A 3210311130122913281427152616251724182319222021PA3PA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PB0PB1PB2PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB314023933843753663573483398255A 3210311130122913281427152616251724182319222021PA3PA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PC7

8、PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PB0PB1PB2PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB3圖9.2 8255A芯片引腳分配1402393384375(3) 與CPU相連的共14條：RESET: 復位信號，高電平有效。當RESET信號有效時，所有內部寄存器都被清除。同時，3個數據端口被自動設置為輸入端口。D7D0: 雙向數據線，在8080、8085系統中，8255A的D7D0與系統的8位數據總線相連； 在8086系統中，采用16位數據總線，8255A的D7D0通常是接在16位數據總線的低8位上。(3) 與CPU相連的共1

9、4條：CS: 片選信號，低電平有效。該信號來自譯碼器的輸出，只有當CS有效時，讀信號RD和寫信號WR才對8255A有效。RD：讀信號，低電平有效。它控制從8255A讀出數據或狀態信息。CS: 片選信號，低電平有效。該信號來自譯碼器的輸出，只有當WR： 寫信號，低電平有效。它控制把數據或控制命令字寫入8255A。A1、A0： 端口選擇信號。8255A內部共有4個端口(即寄存器)： 3個數據端口(端口A、端口B、端口C) 和1個控制端口,當片選信號CS有效時，規定A1、 A0為00、01、10、11時，分別選中端口A、端口B、端口C和控制端口。CS、RD、WR、A1、A0 這五個信號的組合決定了對

10、三個數據端口和一個控制端口的讀寫操作，如表9-1所示。WR： 寫信號，低電平有效。它控制把數據或控制命令字寫入82表9-1 8255A端口選擇和基本操作A1A0輸入操作（讀）00010端口A數據總線01010端口B數據總線10010端口C數據總線輸出操作（寫）00100數據總線端口A01100數據總線端口B10100數據總線端口C11100數據總線控制字寄存器無操作情況XXXX1數據總線為三態（高阻）11010非法操作XX110數據總線為三態（高阻）表9-1 8255A端口選擇和基本操作A1A0輸入操作（讀9.2.3 8255A內部結構框圖8255A內部結構方塊圖如圖9.3所示。9.2.3 8

11、255A內部結構框圖8255A內部結構方塊圖圖9.3 8255A內部結構方塊圖RESETA組端口A（8位）A組端口C（高4位）B組端口C（低4位）B組端口B（8位）I/O PA7PA0I/O PC7PC4I/O PC3PC0I/O PB7PB0A組控制B組控制數據總線緩沖器讀寫控制邏輯_RD_WRA1A0_CS電源+5VGND8位內部數據總線D7D0雙向數據總線圖9.3 8255A內部結構方塊圖RESETA組A組B組B由圖9.3可以看出，8255A由以下幾部分組成：1) 數據總線緩沖器這是一個雙向三態8位數據緩沖器，它是8255A與CPU數據總線的接口。輸入數據、輸出數據以及CPU發給8255

12、A的控制字和從8255A讀出的狀態信息都是通過該緩沖器傳送的。由圖9.3可以看出，8255A由以下幾部分組成：2) 端口A、端口B、端口C8255A有三個8位端口(端口A、端口B、端口C)，各端口可由程序設定為輸入端口或輸出端口。在使用中，端口A和端口B常常作為獨立的輸入端口或輸出端口。端口C也可以作為輸入端口或輸出端口，但往往是用來配合端口A和端口B的工作。在方式字的控制下，端口C可以分成兩個4位的端口，分別用來為端口A和端口B提供控制和狀態信息。2) 端口A、端口B、端口C3) A組控制和B組控制A組控制控制端口A及端口C的高4位。B組控制控制端口B及端口C的低4位。4) 讀寫控制邏輯讀寫

13、控制邏輯負責管理8255A的數據傳輸過程。3) A組控制和B組控制9.2.4 8255A的控制字1. 方式選擇控制字方式選擇控制字的格式如圖9.4所示。9.2.4 8255A的控制字1. 方式選擇控制字圖9.4 8255A方式選擇控制字1D6D5D4D3D2D1D0方式選擇控制字標識位A組方式選擇00 方式001 方式11x 方式2端口A1 輸入0 輸出 PC3PC0: 1 輸入 （方式0時） 0 輸出端口B: 1 輸入 0 輸出B組方式選擇： 0 方式0 1 方式1 PC7PC4: 1 輸入（方式0時） 0 輸出 圖9.4 8255A方式選擇控制字1D6D5D4D3D2D假定要求8255A的

14、各個端口工作于如下方式：端口A方式0，輸出；端口B方式0，輸入；端口C的高4位方式0，輸出；端口C的低4位方式0，輸入。相應的方式選擇控制字應為10000011B(83H)。假定要求8255A的各個端口工作于如下方式：設在8086系統中8255A控制口的地址為D6H，則執行如下兩條指令即可實現上述工作方式的設定。 MOV AL, 83HOUT 0D6 , AL ；將方式選擇控制字寫入控制口設在8086系統中8255A控制口的地址為D6H，則執行如下2. 端口C按位置1置0控制字可以用專門的控制字實現對端口C按位置1置0操作，用以產生所需的控制功能，這種控制字就是“端口C按位置1置0控制字”。該

15、控制字的具體格式如圖9.5所示。2. 端口C按位置1置0控制字圖9.5 端口C按位置1/置0控制字0D6D5D4D3D2D1D0 xxx無關 1: 置1 0: 置000001111端口C按位置1/置0控制字標識位位選擇PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC70011001101010101圖9.5 端口C按位置1/置0控制字0D6D5D4D3D需要指出的是，端口C按位置1置0控制字是對端口C的操作控制信息，因此該控制字必須寫入控制口，而不應寫入端口C。控制字的D0位決定是置“1”操作還是置“0”操作，但究竟是對端口C的哪一位進行操作，則決定于控制字中的D3、D2、D1位。需要指出的是，

16、端口C按位置1置0控制字是對端口C的操作控制例如，要實現對端口C的PC6位置“0”，則控制字應為00001100B(0CH)。設8255A的控制口地址同上，則執行下列指令即可實現指定的功能：MOV AL，0CHOUT 0D6H，AL ；將“端口C按位置1置0控制字”寫入 控制口，實現對PC6位置“0”例如，要實現對端口C的PC6位置“0”，則控制字應為00009.2.5 8255A的工作方式1. 方式0方式0也叫基本輸入輸出方式。在這種方式下，端口A和端口B可以通過方式選擇控制字規定為輸入口或者輸出口；端口C分為高4位(PC7PC4) 和低4位(PC3PC0) 兩個4位端口，這兩個4位端口也可

17、由方式選擇控制字分別規定為輸入口或輸出口。9.2.5 8255A的工作方式1. 方式0這4個并行口共可構成24=16種不同的使用組態。利用8255A的方式0進行數據傳輸時，由于沒有規定專門的應答信號，所以這種方式常用于與簡單外設之間的數據傳送，如向LED顯示器的輸出，從二進制開關裝置的輸入等。這4個并行口共可構成24=16種不同的使用組態。2. 方式1方式1也叫選通的輸入輸出方式。和方式0相比，最主要的差別就是當端口A和端口B工作于方式1時，要利用端口C來接收選通信號或提供有關的狀態信號，而這些信號是由端口C的固定數位來接收或提供的，即信號與數位之間存在著對應關系。這種關系不可以用程序的方法予

18、以改變。 2. 方式1方式1也叫選通的輸入輸出方式。1) 方式1輸入當端口A和端口B工作于“方式1輸入”時，端口C控制信號定義如圖9.6 所示。該圖中還給出了相應的方式選擇控制字。1) 方式1輸入圖9.6 8255A方式1輸入 1 0 1 1 1/0 A組方式1D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PC6，71 輸入0 輸出端口A輸入INTEBPC2PC1_STBBIBFBPB7PB0_RDPC0D7D0INTRB方式1輸入（端口B）INTEAPC4PC5PC6,72I/O_STBAIBFAPA7PA0_RDPC3D7D0INTRA方式1輸入（端口A） 1 1 1 D7 D6 D5 D

19、4 D3 D2 D1 D0B組方式1端口B輸入圖9.6 8255A方式1輸入 1 對于圖9.6中所示的控制信號說明如下：STB: 選通信號，低電平有效。它是由外設送給8255A的輸入信號，當其有效時，8255A接收外設送來的一個8位數據。IBF: “輸入緩沖器滿”信號，高電平有效，它是一個8255A送給外設的聯絡信號。當IBF為高電平時，表示外設的數據已送進輸入緩沖器中，但尚未被CPU取走，通知外設不能送新數據；只有當IBF變為低電平時，即CPU已讀取數據，輸入緩沖器變空時，才允許外設送新數據。對于圖9.6中所示的控制信號說明如下：INTR：中斷請求信號，高電平有效。它是8255A的一個輸出信

20、號，用于向CPU發出中斷請求。INTEA: 端口A中斷允許信號。INTEA沒有外部引出端，它實際上就是端口A內部的中斷允許觸發器的狀態信號。INTEA由PC4的置位復位來控制，PC4=1時，使端口A處于中斷允許狀態。INTR：中斷請求信號，高電平有效。它是8255A的一個輸出INTEB:端口B中斷允許信號。與INTEA類似，INTEB也沒有外部引出端，它是端口B內部的中斷允許觸發器的狀態信號。它由PC2的置位復位來控制，PC2=1時，使端口B處于中斷允許狀態。在方式1輸入時，PC6和PC7兩位還閑著未用。如果要利用它們，可用方式選擇控制字中的D3位來設定。方式1輸入工作時序圖如圖9.7所示。

21、INTEB:端口B中斷允許信號。與INTEA類似，INTEB圖9.7 方式1輸入工作時序圖來自外設的輸入數據_STBIBFINTR_RDtRIBtSTtSIBTSITtRITtPStPH圖9.7 方式1輸入工作時序圖來自外設的_INTR_2) 方式1輸出 當端口A和端口B工作于方式1輸出時，方式選擇控制字及相應的端口C控制信號定義如圖9.8所示。2) 方式1輸出圖9.8 8255A方式1輸出 1 0 1 0 1/0 A組方式1D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PC4，51 輸入0 輸出端口A輸出 1 1 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0B組方式1端口B輸出INTE

22、APC7PC6PC4,52I/O_OBFAACKAPA7PA0_WRPC3D7D0INTRA方式1輸出（端口A）INTEBPC1PC2_OBFBACKBPB7PB0_WRPC0D7D0INTRB方式1輸出（端口B）圖9.8 8255A方式1輸出 1 對圖9.8中所示的控制信號說明如下：OBF: “輸出緩沖器滿”信號，低電平有效，它是8255A輸出給外設的一個控制信號。當其有效時，表示CPU已經把數據輸出給指定端口，通知外設把數據取走。它是由寫信號WR的上升沿置成有效(低電平)，而由ACK信號的有效電平使其恢復為高電平。對圖9.8中所示的控制信號說明如下：ACK: 外設響應信號，低電平有效。當其

23、有效時，表明CPU通過8255A輸出的數據已經由外設接收。它是對OBF的回答信號。INTR: 中斷請求信號，高電平有效。它是8255A的一個輸出信號，用于向CPU發出中斷請求。INTR是當ACK、OBF和INTE都為“1”時才被置成高電平(向CPU發出中斷請求信號)；寫信號WR的上升沿使其變為低電平(清除中斷請求信號)。ACK: 外設響應信號，低電平有效。當其有效時，表明CPU通INTEA：端口A中斷允許信號，由PC6的置位/復位來控制，PC6=1時，端口A處于中斷允許狀態。INTEB：端口B中斷允許信號，由PC2的置位/復位來控制，PC2=1時，端口B處于中斷允許狀態。另外，在方式1輸出時，

24、PC4、PC5兩位還閑著未用，如果要利用它們可用方式選擇控制字的D3位來設定。 方式1輸出工作時序圖如圖9.9所示。 INTEA：端口A中斷允許信號，由PC6的置位/復位來控制，圖9.9 方式1輸出工作時序圖INTR_WR_OBF_ACK輸出tAKtAITtWITtWOBtAOBtWB圖9.9 方式1輸出工作時序圖INTR_3. 方式2方式2也叫雙向傳輸方式，只有端口A才能工作于方式2。在方式2，外設既可以在8位數據線上往CPU發送數據，又可以從CPU接收數據。當端口A工作于方式2時，端口C的PC7PC3用來提供相應的控制和狀態信號，配合端口A的工作。此時端口B以及端口C的PC2PC0則可工作

25、于方式0或方式1，如果端口B工作于方式0，那么端口C的PC2PC0 可用作數據輸入/輸出(I/O)；如果端口B工作于方式1，那么端口C的PC2PC0用來為端口B提供控制和狀態信號。當端口A工作于方式2時，方式選擇控制字及端口C控制信號的定義如圖9.10所示。3. 方式2方式2也叫雙向傳輸方式，只有端口A才能工作于方式 圖9.10 8255A方式2微機原理-第9章-并行通信及其接口電路1）方式2輸出操作的有關控制聯絡信號OBFA：端口A“輸出緩沖器滿”信號，輸出，低電平有效。當OBFA有效時，表示CPU已經將一個數據寫入8255A的端口A，通知外設將數據取走。ACKA：外設對OBFA的回答信號，

26、輸入，低電平有效。當它有效時，表明外設已收到端口A輸出的數據。INTE1：輸出中向CPU發中斷請求斷允許信號。當INTE1為1時，允許8255A由INTRA信號；當INTE1為0時，則屏蔽了該中斷請求。INTE1的狀態由“端口C按位置1/置0控制字”所設定的PC6位的內容來決定。1）方式2輸出操作的有關控制聯絡信號2）方式2輸入操作的有關控制聯絡信號STBA：端口A選通信號，輸入，低電平有效。當它有效時，端口A接收外設送來的一個8位數據。IBFA：端口A“輸入緩沖器滿”信號，輸出，高電平有效。當IBFA=1時，表明外設的數據已送進輸入緩沖器；當IBFA=0時，外設可以將一個新的數據送入端口A。

27、INTE2：輸入中斷允許信號。它的作用與前述INTE1類似，其狀態由“端口C按位置1/置0控制字”所設定的PC4位的內容來決定。對于INTRA，在INTE1=1和INTE2=1的情況下，無論OBFA1或者IBFA=1都可能使INTRA=1，向CPU請求中斷。至于如何識別中斷請求是來自輸入還是輸出，CPU可以通過測試8255A的狀態字的內容來實現。2）方式2輸入操作的有關控制聯絡信號STBA：端口A選通信號方式2是一種雙向傳輸工作方式。如果一個并行外部設備既可以作為輸入設備，又可以作為輸出設備，并且輸入輸出動作不會同時進行，那么，將這個外部設備 和8255A的端口A相連，并讓它工作于方式2就很合

28、適。磁盤系統就是這樣一種外設，主機既可以往磁盤控制器輸出數據，也可以從磁盤控制器輸入數據，但數據輸出與輸入過程不是同時進行的。可以把磁盤控制器的數據線與8255A的PA7PA0相連，再使PC7PC3和磁盤控制器的控制線和狀態線相連即可。方式2是一種雙向傳輸工作方式。如果一個并行外部設備既可以作為9.2.6 8255A的狀態字8255A工作于方式1和方式2時的狀態字是通過讀端口C的內容來獲得的。1. 方式1狀態字格式方式1狀態字格式如圖9.11所示。9.2.6 8255A的狀態字8255A工作于方式1和方式圖9.11 方式1狀態字格式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A組B組（b）方

29、式1輸出狀態字格式 _ _ OBFA INTEA I/O I/O INTRA INTEB OBFB INTRB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A組B組（a）方式1輸入狀態字格式 I/O I/O IBFA INTEA INTRA INTEB IBFB INTRB 圖9.11 方式1狀態字格式D7 D6 2. 方式2狀態字格式方式2的狀態字也是從端口C讀取。方式2狀態字的格式如圖9.12所示。2. 方式2狀態字格式圖9.12 方式2狀態字格式D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A組狀態B組狀態 OBFA INTE1 IBFA INTE2 INTRA_I/O I/O I/O

30、 方式1方式0INTEB OBFB INTRB INTEB IBFB INTRB 輸出時輸入時_圖9.12 方式2狀態字格式D7 D6 D9.2.7 8255A應用舉例例9.1 8255A工作于方式0，利用8255A將外設開關的二進制狀態從端口A輸入，經程序轉換為對應的LED段選碼(字形碼) 后，再從端口B輸出到LED顯示器。具體連線圖如圖9.13(a) 所示。LED顯示器如圖 9.13(b) 所示。9.2.7 8255A應用舉例例9.1 8255A工作于圖9.13 8255A的應用地址譯碼地址CPU(8088)RDWRA0A1_D7D08255ARDWRA0A1_PA0PA1PA2PA3PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7+5V2K4K0K1K2K3abcdefgh+5V12074LS04LED(a) 連線圖地址譯碼地址CPU(8088)RDWRA0A1_D7D08255ARDWRA0A1_PA0PA1PA2PA3PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7+5V2K4K0K1K2K3abcdefgh+5V120歐姆74LS04LED(a) 連線圖abcdefg（b）LED顯示器h圖9.13