第7章 并行接口

第7章并行接口

7.1并行接口的特點CPU與外部設(shè)備的信息交換稱為通信，若數(shù)據(jù)的各位是同時傳送的，則稱為并行通信。為CPU與外設(shè)采用并行通信的示意圖CPU并行接口外設(shè)DBABCBDataCONTROLSTATUS一、并行接口的功能一般而言，一個并行接口電路應(yīng)具有以下三方面的功能：1.

實現(xiàn)與系統(tǒng)總線的連接，提供數(shù)據(jù)的輸入與輸出功能，這是并行接口電路最基本的功能。2.實現(xiàn)與I/O設(shè)備的連接，具有與I/O設(shè)備進行應(yīng)答的同步機構(gòu)，保證有效地進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。3.有中斷請求與處理功能，使得數(shù)據(jù)的輸入輸出可以采用中斷的方法來實現(xiàn)，這一功能對于需要采用中斷傳輸?shù)腎/O是必需的。二、并行接口的外部信號并行接口電路的外部信號可分成兩部分：與I/O設(shè)備相連的接口信號以及與CPU相連的接口信號。1.與I/O設(shè)備的接口信號(1)數(shù)據(jù)信息，用于實現(xiàn)接口電路與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；(2)控制信息，用于接口電路向I/O設(shè)備提供控制信號；(3)狀態(tài)信息，用于接口電路接收I/O設(shè)備提供的狀態(tài)信號。2.與CPU的接口信號(1)數(shù)據(jù)信號，用于接口電路與CPU進行數(shù)據(jù)交換；(2)地址線及地址譯碼信號，用于選擇不同的接口電路以及接口電路內(nèi)部不同的寄存器；(3)讀寫控制信號，用于確定CPU當(dāng)前對接口電路的操作性質(zhì)是讀還是寫；(4)中斷應(yīng)答信號，用于實現(xiàn)中斷請求和中斷響應(yīng)操作。三.并行接口的特點(1)在多根數(shù)據(jù)線上以字節(jié)為單位與IO設(shè)備或被控對象傳送信息(2)在并行接口中,除了少數(shù)場合(如采用245,373等無條件傳送)之外,一般都要求接口與外設(shè)之間設(shè)置并行數(shù)據(jù)線的同時,至少還要設(shè)置兩根握手聯(lián)絡(luò)信號線,以便進行互鎖異步握手方式(即查詢方式)通信(3)在并行接口中,8位(或16位)是一起傳輸?shù)?因此,并口與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時,即使只用到其中的1位,也是一次輸入/輸出8位(或16位)(4)并行傳送的信息,不要求固定的格式,而串行傳送的信息有數(shù)據(jù)格式的要求不同。7.2可編程并行接口8255A一、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特性(一)8255A的外部引腳8255A的引腳432140371825141516171312111034......27D7D0A0A1RESETVCCGND986535368255APPI數(shù)據(jù)總線控制線電源線通道A通道B通道CCPU接口外設(shè)接口...PA7PA0...PB7PB0...PC7PC0A組控制數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯B組控制RESETA0A1A組A口8位A組A口A組C口高位(4位)B組C口低位(4位)8位B組B口PA7~PA0PC7~PC4PC3~PC0PB7~PB0圖7-28255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖D7~D0(二)8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)譯

碼

器PA寄存器（8bit）8個讀&寫&/WR/RDD0-7A0-1/CS8個同時控制8個3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個存單元或IO端口外譯

碼

器/XIOW/XIORXA0-1XA5--98255芯片與系統(tǒng)總線連接及PA口讀寫控制原理圖XD0-7I讀出I寫入/Y0/IOY38個8個I輸入I輸出PA0-7外設(shè)數(shù)據(jù)線A組控制寄存器1.三個8位的I/O端口A，B，C三個端口都可以作為數(shù)據(jù)I/O口使用。有時，A，B口作為數(shù)據(jù)I/O，而C口作為控制或狀態(tài)端口，分為上、下兩部分，配合A，B口工作。2.A組，B組控制部件A組包括C口的高4位：PC4~PC7A口：PA0~PA7B組包括C口的低4位：PC0~PC3B口：PB0~PB7

A組，B組的控制寄存器，接收CPU寫入的控制字，規(guī)定兩組的工作方式。3.數(shù)據(jù)總線緩沖器

三態(tài)雙向8位緩沖器，是8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，傳送CPU與8255A之間所有的控制，狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息。4.讀/寫控制邏輯接受CPU的控制命令，向片內(nèi)各部件發(fā)出操作命令。片選信號，接CPU高位地址的譯碼輸出。讀信號，有效，CPU讀8255A的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。RESET:復(fù)位信號，有效時，清除8255A中的控制寄存器，置各端口為輸入方式。A1，A0:端口選擇信號A1A000端口A口01B口10C口11控制字寄存器表7-18255A端口選擇和基本操作A1A0輸入操作(CPU讀)00010數(shù)據(jù)總線通道A01010數(shù)據(jù)總線通道B10010數(shù)據(jù)總線通道C00100數(shù)據(jù)總線通道A01100數(shù)據(jù)總線通道B10100數(shù)據(jù)總線通道C輸出操作(CPU寫)11100數(shù)據(jù)總線控制字寄存器1數(shù)據(jù)總線三態(tài)11010非法條件斷開功能110數(shù)據(jù)總線三態(tài)8255A端口選擇和基本操作如表7-1所示二、8255A的控制字1.工作方式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0B組

端口C(下半部)

1=輸入，0=輸出

端口B

1=輸入，0=輸出

方式選擇

0＝方式0，1=方式1A組

端口C(上半部)

1=輸入，0=輸出

端口A

1=輸入，0=輸出

方式選擇

00＝方式0，01=方式1，1=方式2方式設(shè)置標(biāo)志

1=有效例：MOVAL,10010101BOUTCWR,AL;CWR為控制字寄存器地址則：A口:方式0輸入B口:方式1輸出C口PC4~PC7:方式0輸出C口PC0~PC3:方式1輸入例：若把A口設(shè)定為方式1，輸出，C口上半部定為輸入；B口設(shè)定為方式0，輸入；C口下半部設(shè)定為輸出。則方式選擇控制字應(yīng)為：10101010B=AAH。設(shè)控制口地址為303H，于是初始化的程序段為：MOV DX，303H ；8255A的控制口地址MOV AL，0AAH ；控制字OUT DX，AL ；控制字寫入控制端口2.端口C的置位/復(fù)位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0位的置位/復(fù)位

1=置位，0=復(fù)位位選擇

D3D2D1通道C位按位置位/復(fù)位控制

標(biāo)志0=有效000位0001位1010位2011位3100位4101位5110位6111位7不使用設(shè)置為000例如，可以用以下指令置位PC3MOVAL,00000111BOUTCWR,AL可以用以下指令復(fù)位PC3MOVAL,00000110BOUTCWR,AL7.38255A的工作方式0及應(yīng)用1.方式0(基本的I/O方式)特點(1)方式0的功能方式0是一種基本的I/O方式（外設(shè)數(shù)據(jù)直通方式）。三個端口的每一個都可由指令選擇作為輸入或輸出，沒有規(guī)定固定的用于應(yīng)答式的聯(lián)絡(luò)信號。一旦外設(shè)送出數(shù)據(jù)后，（稍經(jīng)過延遲t1R）就能直接流入8255輸入端口；CPU對8255輸出端口寫入數(shù)據(jù)后，（稍經(jīng)過延遲tWB）能直接流出到輸出線上。(2)方式控制字100D4D30D1D0

A口、B口、C口上半部分，C口下半部分的輸入、輸出共有16種不同的組合。譯

碼

器PA端口寄存器（8bit）8個讀&寫&/WR/RDD0-7A0-1/CS8個同時控制8個3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個存單元或IO端口外譯

碼

器/XIOW/XIORXA0-1XA5--98255芯片PA口方式0輸入XD0-7I讀出I寫入/Y0/IOY38個8個I流入I流出PA0-7外設(shè)數(shù)據(jù)線A組控制邏輯10(3)方式0的時序方式0的輸入時序tRRRD數(shù)據(jù)有效PA7-0D7～D0t1RtHRtRAtARtRDtDF方式0輸入時序圖CS,A1,A0譯

碼

器PA端口寄存器（8bit）8個讀&寫&/WR/RDD0-7A0-1/CS8個同時控制8個3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個存單元或IO端口外譯

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器/XIOW/XIORXA0-1XA5--98255芯片PA口方式0輸出XD0-7I讀出I寫入/Y0/IOY38個8個I流入I流出PA0-7外設(shè)數(shù)據(jù)線A組控制邏輯01方式0的輸出的時序tWWWR輸出tDWtWDtWAtAWtWB圖9－7方式0輸出時序圖CS,A1,A0數(shù)據(jù)有效D7～D0數(shù)據(jù)有效tWWWR輸出tDWtWDtWAtAWtWB圖9－7方式0輸出時序圖CS,A1,A0數(shù)據(jù)有效D7～D0tWWWRPA7-0tDWtWDtWAtAWtWB圖9－7方式0輸出時序圖CS,A1,A0數(shù)據(jù)有效D7～D0數(shù)據(jù)有效

2.方式0的應(yīng)用例1.設(shè)計一個國際Centronics標(biāo)準(zhǔn)插座的打印機接口分析：參看課本P188圖8.16和8.17的打印機Centronics標(biāo)準(zhǔn)插座和并口DB25插座的連接圖。這是國際定義的標(biāo)準(zhǔn)信號線（市場上的打印線就是一端連接PC機并口DB25插座，另一端連接打印Cenreonics標(biāo)準(zhǔn)插座）此處把問題最簡單化，只保留數(shù)據(jù)信號和/STROBE與BUSY一對最基本的握手聯(lián)絡(luò)信號。/STROBE:并口發(fā)給打印機，實現(xiàn)把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入打印機BUSY：打印機發(fā)給并口，表示打印機是否空閑（一）硬件設(shè)計：給出系統(tǒng)總線到并口插座DB25之間的并口電路18~25111PC7PA0-7PC2GND/CSA1A0D1-7/RD/WRXA1XA0XD0-7/XIOR/XIOW譯碼器300H-303HXA9-28255A2~9DATA1-8/STBBUSYGND(二)軟件設(shè)計8255初始化向PA口送一個字符發(fā)/STB有效負(fù)脈沖把字符送入打印機修改打印緩沖區(qū)地址指針修改打印緩沖區(qū)剩余字符個數(shù)BUSY=0?字符數(shù)=0?NNYYBUFDB100DUP(?);定義打印緩沖取，用來存放打印字符START:MOVDX,303H;8255初始化MOVAL,10000001B；A口輸出，PC4-7輸出，PC0-3輸入OUTDX,ALMOVAL,00001111B;PC7設(shè)置1，產(chǎn)生/STB無效信號OUTDX,ALMOVSI,offsetBUF;設(shè)置打印緩沖區(qū)地址指針SIMOVCX,lengthBUF;設(shè)置打印字符個數(shù)寄存器CXL:MOVDX,302H;查詢PC2=1?(即BUSY=1?)INAL,DXANDAL,04HJNZL;是，表示忙，回L循環(huán)等待MOVDX,300H;將打印緩沖區(qū)當(dāng)前字符送到PA口輸出MOVAL,[SI]OUTDX,ALMOVDX,303H;在PC7上軟件產(chǎn)生/STB負(fù)脈沖信號MOVAL,00001110BOUTDX,ALNOPNOPMOVDX,00001111BOUTDX,ALINCSI;修改打印機緩沖區(qū)地址指針DECCX；字符個數(shù)寄存器減1JNZL；沒有減到0，表示還有字符需要打印，繼續(xù)下一個例2.設(shè)計一個3*4矩陣鍵盤及其接口，使得計算機能夠通過掃描方法判斷是那個按鍵按下分析：矩陣鍵盤的按鍵排成n行m列，每個按鍵占據(jù)行列的一個交叉點，需要的輸入輸出線為n+m，最大按鍵數(shù)為n×m。顯然，在按鍵較多的應(yīng)用場合，矩陣鍵盤可以減少與微機系統(tǒng)接口的連線，是一般微機常用的鍵盤結(jié)構(gòu)。 在掃描每一行時，讀列線，若讀得的結(jié)果為全“1”，說明沒有鍵按下，即尚未掃描到閉合鍵；若某一列為低電平，說明有鍵按下，而且行號和列號已經(jīng)確定。然后用同樣的方法，依次向列線掃描輸出，讀行線。如果兩次所得到的行號和列號分別相同，則鍵碼確定無疑，即得到閉合鍵的行列掃描碼。（一）硬件設(shè)計為一個3×4矩陣鍵盤及其接口電路。圖9－213×4矩陣鍵盤的接口PA0PB0PA1PA2PB1PB2PB3鍵0123567490A0B8行0行1行3+5V列0列1列2列3圖9－213×4矩陣鍵盤的接口PA0PB0PA1PA2PB1PB2PB3鍵0123567490A0B8圖9-21

3×4矩陣鍵盤的接口/CSA1A0D1-7/RD/WRXA1XA0XD0-7/XIOR/XIOW譯碼器A0H-A3HXA9-28255A（二）軟件設(shè)計右圖是實現(xiàn)鍵處理工作的程序流程。設(shè)中8255A的端口地址為A0H（A口）、A1H（B口）、A2H（C口）和A3H（控制口），鍵處理的程序如下：Y圖

鍵處理程序流程初始化判別按鍵確已按下？確定鍵值等待鍵釋放鍵值處理N鍵處理程序流程判別按鍵確已按下？確定鍵值等待鍵釋放鍵值處理NYMOV AL，82HOUT0A3H，AL ；8255A初始化，選擇方式0，A口為輸出，B口為輸入MOV AL，0OUT 0A0H，AL ；使各行線接地（為0電平）LOP1:IN AL，0A1H ；讀列線狀態(tài)AND AL，0FH ；屏蔽無用位，保留列線位CMP AL，0FH ；有列線為0電平嗎？JZ LOP1 ；無，則繼續(xù)查列線狀態(tài)，等待鍵按下；確定按鍵閉合，等待鍵按下；識別按下的鍵BEGIN:MOV BL，3 ；行數(shù)送BLMOV BH，4 ；列數(shù)送BHMOVAL，11111110B；起始掃描碼，第一次使行線0接地MOV CH，0FH ；設(shè)置屏蔽碼MOV CL，0FFH ；取鍵號初值為FFHLOP2:OUT 0A0H，AL ；逐行掃描ROL AL ；修改掃描碼，準(zhǔn)備掃描下一行MOV AH，AL ；掃描碼送AH保存IN AL，0A1H ；讀列線數(shù)據(jù)AND AL，CL ；屏蔽無用位，保留列線位CMP AL，CL ；有列線接地嗎？JNZ LOP3 ；有，轉(zhuǎn)去找該列線ADD CH，BH ；否，修改鍵號，使適合下一行MOV AL，AH ；掃描碼送ALDEC BL ；行數(shù)減1JNZ LOP2 ；未掃描完，轉(zhuǎn)下一行JMP BEGINLOP3:INC CH ；鍵號加1RCR AL ；帶進位循環(huán)右移一位JCLOP3；C=1，說明該列未接地，轉(zhuǎn)去檢查下一列線MOV AL，CH ；是，鍵號送ALCMP AL，0 ；是0號鍵嗎？JZ KEY0 ；轉(zhuǎn)0號鍵處理程序CMP AL，1 ；是1號鍵嗎？JZ KEY1 ；轉(zhuǎn)1號鍵處理CMP AL，0BH ；是B號鍵嗎？JZ KEYB ；轉(zhuǎn)B號鍵處理(1)方式1的功能7.48255A的工作方式1及應(yīng)用1.方式1(選通的I/O方式)特點A口、B口作為數(shù)據(jù)I/O口，同時規(guī)定C口的某些位作為控制或狀態(tài)信號配合A口、B口的I/O。外設(shè)送出數(shù)據(jù)后，還必須對8255發(fā)送STB選通信號才能使數(shù)據(jù)流入8255輸入端口；CPU對8255輸出端口寫入數(shù)據(jù)后，雖然能直接流出到輸出線，但必須要外設(shè)發(fā)回一個ACK才能使8255撤銷/OBF和INTR，以便CPU知道何時可以寫入新的數(shù)據(jù)。(2)方式1輸入方式1的輸入組態(tài)8STBAIBFAINTRAPC3PC5PC4PA7~01011I/O方式1(端口A)方式1端口A輸入PC6,71=輸入0=輸出A組方式控制字PC6,7I/OINTEAD7D6D5D4D3D2D1D02譯

碼

器PA端口寄存器（8bit）8個讀&寫&/WR/RDD0-7A0-1/CS8個同時控制8個3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個存單元或IO端口外譯

碼

器/XIOW/XIORXA0-1XA5--98255芯片PA口方式1輸入XD0-7I讀出I寫入/Y0/IOY38個8個I流入I流出PA0-7接外設(shè)數(shù)據(jù)線A組控制邏輯/STBA(PC4)IBFA(PC5)INTRA(PC3)接8259外設(shè)中斷請求線IRi0

表示控制生效或失效方式1(端口B)IBFBINTRBPC0PC1PB7~0INTEB端口B輸入端口B方式1B組方式控制字1

11PC2聯(lián)絡(luò)信號的定義/STB(Strobe):選通輸入IBF(InputBufferFull):輸入緩沖器滿INTR(InterruptRequest):中斷請求信號INTEA(InterruptEnableA):A口中斷允許信號，通過對PC4的按位置位/復(fù)位來控制(PC4=1,中斷允許)。INTEB(InterruptEnableB):由PC2的置位/復(fù)位控制。方式1的輸入時序tSTtSTBtSITtRIBtRITtPStPHSTBIBFRD來自外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)INTRtSTtSTBtSITtRIBtRITtPStPHSTBIBFRD來自外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)INTR方式1輸入時序圖(3)方式1輸出方式1的輸出組態(tài)INTRAPC3PC6PC7PA7~01010I/O方式1輸出端口A端口A方式1PC4,51=輸入0=輸出A組方式1控制字PC4,5I/OINTEA2端口A輸出譯

碼

器PA端口寄存器（8bit）8個讀&寫&/WR/RDD0-7A0-1/CS8個同時控制8個3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個存單元或IO端口外譯

碼

器/XIOW/XIORXA0-1XA5--98255芯片PA口方式1輸出XD0-7I讀出I寫入/Y0/IOY38個8個I流入I流出PA0-7接外設(shè)數(shù)據(jù)線A組控制邏輯/ACKA(PC6)/OBFA(PC7)INTRA(PC3)接8259外設(shè)中斷請求線IRi0

表示控制生效或失效方式1輸出端口BINTRBPC0PC2PC1INTEB端口B輸入端口B方式1B組方式1控制字1

10PB7~0聯(lián)絡(luò)信號的定義OBF(OutputBufferFull):輸出緩中器滿信號ACK(Acknowledge):外設(shè)應(yīng)答信號INTR(InterruptRequest):中斷請求信號INTEA(InterruptEnableA):由PC6置位/復(fù)位控制INTEB(InterruptEnableB):由PC2置位/復(fù)位控制方式1的輸出時序tAOBtWOBtWITtAKtAITtWB輸出WROBFACKINTR圖9－11方式1輸出時序圖tAOBtWOBtWITtAKtAITtWB輸出WROBFACKINTR圖9－11方式1輸出時序圖2.方式1的應(yīng)用例3.查詢方式的雙機并行通信甲乙兩臺微機之間并行傳送1K字節(jié)數(shù)據(jù)。甲機發(fā)送，乙機接收。甲機一側(cè)的8255A采用方式1工作，乙機一側(cè)的8255A采用方式0工作。兩機的CPU與接口之間都采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。甲機8255A是方式1發(fā)送，因此，把PA口指定為輸出，發(fā)送數(shù)據(jù)，而PC7和PC6引腳分別固定作聯(lián)絡(luò)線。乙機8255A是方式0接收數(shù)據(jù)，故把PA口定義為輸入，另外，選用引腳PC7和PC3作聯(lián)絡(luò)線。雖然，兩側(cè)的8255A都設(shè)置了聯(lián)絡(luò)線，但有本質(zhì)的差別：甲機8255A是方式1，其聯(lián)絡(luò)線是固定的，不可替換的；乙機的8255A是方式0，其聯(lián)絡(luò)線是不固定的，可以選擇，比如可選擇PC4和PC1、或PC5、PC2等任意組合。(1)硬件接口電路設(shè)計接口電路的連接如圖所示。2.2.PA0～7PC7PC3PC4～6PC0～2PB0～7PA0～7PC7PC6PC8PC0～5PB0～78255A8255A方式0方式1未用

查詢方式的雙機地通信OBFACKPA0～7PC7PC3PC4～6PC0～2PB0～7PA0～7PC7PC6PC8PC0～5PB0～78255A8255A方式0方式1未用PA0～7PC7PC3PC4～6PC0～2PB0～7PA0～7PC7PC6PC8PC0～5PB0～78255A8255A方式0方式1乙（接收）甲（發(fā)送）未用OBFACK/CSA1A0D1-7/RD/WR/CSA1A0D0-7/RD/WRXA1XA0XD0-7/XIOR/XIOWXA1XA0XD0-7/XIOR/XIOW譯碼器300H-303HXA9-2譯碼器300H-303HXA9-2(2)接口軟件編程接口驅(qū)動程序包含發(fā)送程序和接收程序。①甲機發(fā)送程序段：MOV DX,303H ;8255A命令口

MOV AL,10100000B ;初始化工作方式字

OUT DX,AL

MOV AL,0DH ;置發(fā)送中斷允許INTEA=1

OUT DX,AL ;PC6=1

MOV SI,OFFSETBUFS ;設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的指針

MOV CX,3FFH ;發(fā)送字節(jié)數(shù)

MOV DX,300H ;向A口寫第一個數(shù),產(chǎn)生第 ;一個OBF信號

MOV AL,[SI] ;送給乙方,以便獲取乙方的 ;ACK信號

OUT DX,AL

INC SI ;內(nèi)存地址加1

DEC CX ;傳送字節(jié)數(shù)減1MOV DX,302H ;8255A狀態(tài)口

IN AL,DX ;查發(fā)送中斷請求INTRA=1?

AND AL,08H ;PC3=1?

JZ L ;若無中斷請求,則等待;

;若有中斷請求,則向A口寫數(shù)

MOV DX,300H ;8255APA口地址

MOV AL,[SI] ;從內(nèi)存取數(shù)

OUT DX,AL ;通過A口向乙機發(fā)送第二個數(shù)據(jù)

INC SI ;內(nèi)存地址加1

DEC CX ;字節(jié)數(shù)減1

JNZ L ;字節(jié)未完,繼續(xù)

MOV AH,4C00H ;已完,退出

INT 21H ;返回DOS

BUFS DB1024個數(shù)據(jù)L:②乙機接收程序段:MOV DX,303H ;8255A命令口

MOV AL,10011000B ;初始化工作方式字

OUT DX,AL

MOV AL,00000111B ;置ACK=1(PC3=1)

OUT DX,AL

MOV D