第7章-并行接口-

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)1第7章并行接口本章主要內(nèi)容

并行接口基本特點(diǎn)

并行接口芯片的工作方式和編程模型并行接口解決方案并行接口的應(yīng)用舉例2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)27.1并行接口的特點(diǎn)1.并行接口最基本的特點(diǎn)是以字節(jié)、字或雙字寬度，

在接口與I/O設(shè)備之間的多根數(shù)據(jù)線上傳輸數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸速率快。

2.并行傳輸時(shí)，除數(shù)據(jù)線外，還有地址線、控制線的支持，實(shí)際上，并行接口所使用的信號(hào)線是系統(tǒng)三總線的延伸。

3.并行傳送不要求固定的傳輸速率，而由被連接或控制的I/O設(shè)備操作的要求決定。4.在并行數(shù)據(jù)傳輸過程中，一般不作差錯(cuò)檢驗(yàn)。

5.并行接口使用的信號(hào)線比較多，宜用于近距離傳輸。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)37.2

組成并行接口的元器件1．一般的IC芯片三態(tài)緩沖器和鎖存器組成并行接口。這類并行接口可用于對(duì)一些簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備進(jìn)行控制。2．可編程并行接口芯片可編程并行接口芯片（如82C55A）功能強(qiáng)、可靠性高、通用性好，并且使用靈活方便，因此成為并行接口設(shè)計(jì)的首選芯片。3．FPGA器件

采用FPGA器件，利用EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)來設(shè)計(jì)并行接口，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的接口功能，并且可以將接口中的輔助電路，如I/O端口地址譯碼電路都包含進(jìn)去，這是

目前接口設(shè)計(jì)很流行的一種方法。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)47.3并行接口電路的解決方案

生產(chǎn)CPU的各廠商都有與其配套的并行接口芯片，它們的基本功能與工作原理相同。我們選用82C55A作為并行接口電路的核心芯片。它是一個(gè)通用型、功能強(qiáng)且成本低的接口芯片，可與任意一個(gè)需要并行傳輸數(shù)據(jù)的I/O設(shè)備相連接。7.3.1通用并行接口82C55A的外部特性82C55A是一個(gè)單+5V電源供電、40個(gè)引腳的雙列直插式組件，82C55A的外部引腳及信號(hào)定義如圖7.1所示。

引腳可分為面向CPU和面向I/O設(shè)備兩側(cè)。

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)5

8255A外部引腳

引腳名

方向

功能

D0~D7

雙向

數(shù)據(jù)線

入

片選

A1,A0

入

選寄存器

入

讀

入

寫

RESET

入

復(fù)位信號(hào)

PA0~PA7

雙向

A端口的I/O線

PB0~PB7

雙向

B端口的I/O線

PC0~PC7

雙向

C端口的I/O線82C55A信號(hào)定義圖7.182C55A外部引腳及信號(hào)定義2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)61.面向CPU一側(cè)的信號(hào)線

數(shù)據(jù)總線（DB）：

D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線，用于CPU向8255A發(fā)送命令、數(shù)據(jù)和8255A向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。

地址總線（AB）：

：片選信號(hào)，低電平有效；

A0、A1：芯片內(nèi)部端口地址信號(hào)；

控制總線（CB）：

：讀信號(hào)，低電平有效。

：寫信號(hào)，低電平有效。

RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效。

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)72.面向外部設(shè)備一側(cè)的信號(hào)線

PA0-PA7（A端口），8位數(shù)據(jù)線。

PB0-PB7（B端口），8位數(shù)據(jù)線。

PC0-PC7（C端口），C端口可作3種信號(hào)線使用：兩個(gè)4位數(shù)據(jù)線（PC0~3，

PC4~7）；

1和2方式的專用握手聯(lián)絡(luò)信號(hào)線；按位控制信號(hào)線。

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7.3.2通用并行接口芯片的工作方式82C55A的工作方式有3種—方式0、方式1和方式2，下面分別介紹3種工作方式的功能和特點(diǎn)。

1.0方式的功能與特點(diǎn)

（1）功能

A端口用于數(shù)據(jù)傳輸，8位并行。

B端口用于數(shù)據(jù)傳輸，8位并行。

C端口用于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，分高4位和低4位，4位并行；用作控制信號(hào)時(shí)，按位輸出邏輯高或低電平。

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（2）特點(diǎn)

1）作單向數(shù)據(jù)傳送，即一次初始化只能把某個(gè)并行端口置成輸入或輸出，不能置成既輸入又輸出；

2）不要求固定的聯(lián)絡(luò)（應(yīng)答）信號(hào)，無固定的工作時(shí)序和固定的工作狀態(tài)字；

3）適用于無條件或查詢方式數(shù)據(jù)傳輸，不能采用中斷方式交換數(shù)據(jù)。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)102.1方式的功能與特點(diǎn)（1）功能

A端口作數(shù)據(jù)端口（8位并行）。

B端口作數(shù)據(jù)端口（8位并行）。

C端口可有4種功能，分別為：作A端口和B端口的專用聯(lián)絡(luò)信號(hào)線；作數(shù)據(jù)端口，未分配做專用聯(lián)絡(luò)信號(hào)的引腳做數(shù)據(jù)線用；作狀態(tài)端口，讀取A端口和B端口的狀態(tài)字；作位控，按位輸出邏輯1或邏輯0。

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)11（2）特點(diǎn)

1）作單向數(shù)據(jù)傳送，即一次初始化只能把某個(gè)并行端口置成輸入或輸出；2）要求專用的聯(lián)絡(luò)（握手/應(yīng)答）信號(hào)，有固定的工作時(shí)序和專用的工作狀態(tài)字；

3）適用于查詢或中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，不能用于無條件方式交換數(shù)據(jù)。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)123.2方式的功能和特點(diǎn)

（1）功能

A端口做雙向數(shù)據(jù)端口（8位并行）；

B端口做單向數(shù)據(jù)端口（8位并行）；

C端口有4種功能，與1方式類似。

（2）特點(diǎn)2方式是一種雙向選通方式，它與1方式不同之處是雙方能夠同時(shí)發(fā)送和接收。其工作特點(diǎn)：

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)13

1）雙向數(shù)據(jù)傳送，即一次初始化可將A端口置成既輸入又輸出，具有雙向性；

2）要求使用兩對(duì)專用的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，有固定的工作時(shí)序和專用的工作狀態(tài)字；

3）適用于查詢和中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，特別是在要求與I/O設(shè)備進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸時(shí)很有用。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)14

7.3.3通用并行接口82C55A的編程模型

82C55A的編程模型包括內(nèi)部可訪問的寄存器、分配給寄存器的端口地址，以及裝入寄存器的命令字、狀態(tài)字。用戶利用它的編程模型進(jìn)行并行接口的程序設(shè)計(jì)。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)151.內(nèi)部寄存器82C55A內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，圖中的“讀/寫控制邏輯”中設(shè)置有命令寄存器、狀態(tài)寄存器(從C口讀出)、以及3個(gè)雙向數(shù)據(jù)寄存器，均為8位。82C55A內(nèi)部邏輯框圖2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)16

2.端口地址82C55A的應(yīng)用分兩種情況:

系統(tǒng)配置的并行接口，其端口地址由系統(tǒng)安排(見表3.1和表3.2)。

用戶擴(kuò)展的并行接口，其端口地址由用戶通過I/O譯碼電路選定(見表3.3)。3.編程命令82C55A有兩個(gè)編程命令，分別為工作方式命令和按位操作（置位/復(fù)位）命令。兩個(gè)命令的功能及格式：2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)17（1）方式命令

功能：指定82C55A的工作方式及其方式下3個(gè)并行端口的輸入或輸出功能。

格式：8位命令字的格式及每一位的含義，如圖7.2所示

圖7.282C55A的工作方式字的格式2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)18例如：若要求把A端口指定為1方式，輸入；把C端口上半部指定為輸出。把B端口指定為0方式，輸出；把C端口下半部指定為輸入。則工作方式命令代碼是10110001B或B1H。若將此方式命令代碼寫到82C55A的命令寄存器，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)82C55A工作方式及端口功能的指定，或者說完成了對(duì)82C55A的初始化。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)19

匯編語言初始化的程序段如下。MOVDX,303H;82C55命令口地址MOVAL,0B1H;初始化命令OUTDX,AL;送到命令口2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)20(2)按位置位/復(fù)位命令

功能：指定82C55A的C端口8個(gè)引腳中的任意一個(gè)引腳，也只能1次指定1個(gè)引腳輸出高電平或低電平。

格式：8位命令字的格式與含義，如圖7.3所示。

圖7.382C55A的命令字格式2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)21例如：

若把C端口的PC2引腳輸出高電平，去啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，則命令字應(yīng)該為00000101B或05H。其程序段如下：MOVDX,303H;82C55A命令口地址MOVAL,05H;使PC2=1的命令字OUTDX,AL;送到命令口2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)22

如果要使PC2引腳輸出低電平，去停止步進(jìn)電機(jī)，則命令字應(yīng)該為00000100B或04H.

其程序段如下：MOVDX,303H;82C55命令口地址MOVAL,04H;使PC2=0的命令OUTDX,AL;送到命令口2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)23（3）關(guān)于兩個(gè)命令的使用

1）兩個(gè)命令的最高位（D7）都分配作為特征位。

設(shè)置特征位的目的是為了解決端口共用。82C55A有兩個(gè)命令，但只有一個(gè)命令端口，當(dāng)兩個(gè)命令寫到同一個(gè)命令端口時(shí)，就用特征位加以識(shí)別。

2）按位置位／復(fù)位命令雖然是對(duì)C端口進(jìn)行按位輸出操作，但它不能寫入作數(shù)據(jù)口用的C端口，只能寫入命令口，原因是它不是數(shù)據(jù)，而是命令，要按命令的格式來解釋和執(zhí)行。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)247.4

步進(jìn)電機(jī)控制接口設(shè)計(jì)例7.1步進(jìn)電機(jī)控制接口電路設(shè)計(jì)

1.要求

設(shè)計(jì)一個(gè)四相六線式步進(jìn)電機(jī)接口電路，要求按四相雙八拍方式運(yùn)行，當(dāng)按下開關(guān)SW2時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)行；當(dāng)按下開關(guān)SW1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止。

2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)25

2.分析首先，CPU與步進(jìn)電機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換是無條件傳輸，因此可利用82C55A的0方式設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制接口。其次，本題接口的被控對(duì)象是步進(jìn)電機(jī)，那么，如何對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)施控制，就要了解步進(jìn)電機(jī)的控制原理及控制方法。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)26（1）步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移與輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比；步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比；步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸入脈沖對(duì)繞組加電的順序有關(guān)。因此，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移、轉(zhuǎn)速及方向均受輸入脈沖的控制。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)27（2）運(yùn)行方式與方向控制

步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式指各相繞組循環(huán)輪流通電的方式，如四相步進(jìn)電機(jī)有單四拍、單八拍、雙四拍、雙八拍幾種方式，如圖7.4所示。

圖7.4四相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)28

可見，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各繞組按一定方式輪流加電，需要1個(gè)脈沖循環(huán)分配器。脈沖循環(huán)分配器可用硬件，也可以軟件來實(shí)現(xiàn)，本例采用軟件的方法，即循環(huán)查表法來實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行方式與方向的控制。

循環(huán)查表法是將各相繞組加電順序的控制代碼制成一張步進(jìn)電機(jī)相序表(見表7.2)，存放在內(nèi)存區(qū)，再設(shè)置一個(gè)地址指針。若改變相序表內(nèi)的加電代碼和地址指針的指向，則可改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式與方向。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)29

表7.2四相雙八拍運(yùn)行方式相序加電代碼表2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)30（3）運(yùn)行速度的控制

控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度有兩種途徑：

硬件改變輸入脈沖的頻率，通過對(duì)定時(shí)器（如82C54A）定時(shí)常數(shù)的設(shè)定，使其升頻、降頻或恒頻；

軟件延時(shí)，調(diào)用延時(shí)子程序。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)31（4）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)在系統(tǒng)中是一種執(zhí)行元件，都要帶負(fù)載，因此，需要功率驅(qū)動(dòng)。常采用達(dá)林頓復(fù)合管，如采用TIP122作為功率驅(qū)動(dòng)級(jí)。驅(qū)動(dòng)原理如圖7.5所示。在復(fù)合管的b極加高電平，復(fù)合管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的A相加電。圖7.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)32（5）步進(jìn)電機(jī)的啟/?？刂茷榱丝刂撇竭M(jìn)電機(jī)的啟/停，通常采用設(shè)置硬開關(guān)和軟開關(guān)。

所謂硬開關(guān)，一般是在外部設(shè)置按鍵開關(guān)SW，并且約定當(dāng)開關(guān)SW按下時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行或停止運(yùn)行。

所謂軟開關(guān)，就是利用系統(tǒng)的鍵盤，定義某一個(gè)鍵，當(dāng)該鍵按下時(shí)，啟動(dòng)或停止運(yùn)行。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)333．設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)采用并行接口芯片82C55A作為步進(jìn)電機(jī)與CPU的接口。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要使用3種信號(hào)線，即3個(gè)端口。

1）A端口為輸出，向步進(jìn)電機(jī)的4個(gè)繞組發(fā)送加電代碼（相序碼），以控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式；

2）C端口的高4位（PC4）為輸出，控制74LS373的開/關(guān)，起隔離作用；

3）C端口的低4位（PC0和PC1）為輸入，分別與開關(guān)SW2和SW1連接，以控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止。步進(jìn)電機(jī)接口電路如圖7.6所示。2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)34圖7.6步進(jìn)電機(jī)控制接口原理圖2023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)35（2）軟件設(shè)計(jì)

在開環(huán)控制方式下，四相步進(jìn)電機(jī)的啟/停操作可以隨時(shí)進(jìn)行，是一種無條件并行傳送。控制程序包括：相序表和相序指針的設(shè)置、82C55A初始化、步進(jìn)電機(jī)啟/停控制、相序代碼傳送，以及電機(jī)的保護(hù)措施等。

具體程序見教材P118~120。

4.討論討論內(nèi)容見教材P1202023/2/5計(jì)算機(jī)接口技術(shù)367.5

聲-光報(bào)警器接口設(shè)計(jì)例7.2聲-光報(bào)警器接口電路設(shè)計(jì)

1.要求設(shè)計(jì)一個(gè)聲-光報(bào)警器，要求按下按鈕開