可编程并行接口芯片8255A.docx

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可编程并行接口芯片8255A

可编程并行接口芯片8255A

    并行输入/输出就是把若干个二进制位信息同时进行传送的数据传输方式。

它具有传输速度快、效率高的优点。

并行数据传输需用的信号线较多（与串行传输相比），不适合长距离传输。

所以，并行数据传输适用于数据传输率要求较高，而传输距离相对较短的场合。

    8255A是Intel公司为其80系列微处理器生产的通用可编程并行输入输出接口芯片，也可以与其他系列的微处理器配套使用。

由于其通用性强，与微机接口方便，且可通过程序指定完成各种输入输出操作，因此，8255获得了广泛的应用。

    8255A的引脚与结构

    1．8255A的引脚

    8255A是可编程的三端口并行输入输出接口芯片，具有40个引脚，双列直插式封装，由+5V供电，其引脚与功能示意图如图所示。

    A、B、C三个端口各有8条端口I/O线：

PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，共32个引脚，用于8255A与外设之间的数据（或控制、状态信号）的传送。

    D0~D7：

8位三态数据线，接至系统数据总线。

CPU通过它实现与8255之间数据的读出与写入，以及控制字和状态字的写入与读出等。

    A0~A1：

地址信号。

A0和A1经片内译码产生四个有效地址分别对应A、B、C三个独立的数据端口以及一个公共的控制端口。

在实际使用中，A1、A0端接到系统地址总线的A1、A0。

    CS#：

片选信号，由系统地址译码器产生，低电平有效。

    读写控制信号RD#和WR#：

低电平有效，用于决定CPU和8255A之间信息传送的方向：

当RD#=0时，从8255A读至CPU；当WR#=0时，由CPU写入8255A。

CPU对8255各端口进行读写操作时的信号关系如表所示。

    RESRT：

复位信号，高电平有效。

8255A复位后，A、B、C三个端口都置为输入方式。

    2．8255A的内部结构

    如图所示，8255A的内部由以下四部分组成：

（1）端口A、端口B和端口C

    端口A、端口B和端口C都是8位端口，可以选择作为输入或输出。

还可以将端口C的高4位和低4位分开使用，分别作为输入或输出。

当端口A和端口B作为选通输入或输出的数据端口时，端口C的指定位与端口A和端口B配合使用，用作控制信号或状态信号。

（2）A组和B组控制电路

    这是两组根据CPU送来的工作方式控制字控制8255工作方式的电路。

它们的控制寄存器接收CPU输出的方式控制字，由该控制字决定端口的工作方式，还可根据CPU的命令对端口C实现按位置位或复位操作。

    （3）数据总线缓冲器

    这是一个8位三态数据缓冲器，8255A正是通过它与系统数据总线相连，实现8255A与CPU之间的数据传送。

输入数据、输出数据、CPU发给8255A的控制字等都是通过该部件传递的。

    （4）读/写控制逻辑

    读/写控制逻辑电路的功能是负责管理8255A与CPU之间的数据传送过程。

它接收CS及地址总线的信号A1、A0和控制总线的控制信号RESET、WR、RD，将它们组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令送给这两个部件，再由它们控制完成对数据、状态信息和控制信息的传送。

各端口读写操作与对应的控制信号之间的关系见表所示。

    8255A的工作方式与控制字

    1．8255A的工作方式

    8255A在使用前要先写入一个工作方式控制字，以指定A、B、C三个端口各自的工作方式。

8255A共有三种工作方式：

    方式0——基本输入输出方式，即无须联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作。

A口、B口、C口的高四位和低四位均可设置为方式0。

    方式1——选通输入输出方式，此时8255A的A口和B口与外设之间进行输入或输出操作时，需要C口的部分I/O线提供联络信号。

只有A口和B口可工作于方式1。

    方式2——选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，只有A口可工作于方式2。

此种方式下需要C口的部分I/O线提供联络信号。

    有关8255A三种工作方式的功能及应用的详细介绍见下一节。

    2．8255A的控制字

（1）工作方式选择控制字

    8255A的工作方式可由CPU写一个工作方式选择控制字到8255A的控制寄存器来选择。

控制字的格式如图所示，可以分别选择端口A、端口B和端口C上下两部分的工作方式。

端口A有方式0、方式1和方式2共三种工作方式，端口B只能工作于方式0和方式1，而端口C仅工作于方式0。

    注意：

在端口A工作于方式1或方式2，端口B工作于方式1时，C口部分I/O线被定义为8255A与外设之间进行数据传送的联络信号线，此时，C口剩下的I/O线仍工作于方式0，是输入还是输出则由工作方式控制字的D0和D3位决定，如图所示。

（2）C口按位置位/复位控制字

    8255A的C口具有位控功能，即端口C的8位中的任一位都可通过CPU向8255A的控制寄存器写入一个按位置位/复位控制字来置1或清0，而C口中其他位的状态不变。

控制字格式如图所示。

    例如，要使端口C的PC4置位的控制字为00001001B（09H），使该位复位的控制字为00001000B（08H）。

    应注意的是，C口的按位置位/复位控制字必须跟在方式选择控制字之后写入控制字寄存器，即使仅使用该功能，也应先选送一个方式控制字。

方式选择控制字只需写入一次，之后就可多次使用C口按位置位/复位控制字对C口的某些位进行置1或清0操作。

    8.2.3各种工作方式的功能

    1．方式0——基本输入输出方式

    方式0无须联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作。

它适用于无需应答（握手）信号的简单的无条件输入/输出数据的场合，即输入/输出数据处于准备好状态。

    在此方式下，A口、B口、C口的高4位和低4位可以分别设置为输入或输出，即8255A的这四个部分都可以工作于方式0。

需要说明的是，这里所说的输入或输出是相对于8255A芯片而言的。

当数据从外设送往8255A则为输入，反之，数据从8255A送往外设则为输出。

    方式0也可以用于查询方式的输入或输出接口电路，此时端口A和B分别作为一个数据端口，而用端口C的某些位作为这两个数据端口的控制和状态信息。

如图所示是一个方式0下利用C口某些位作为联络信号的接口电路。

在此例中将8255A设置为：

A口输出，B口输入，C口高4位输入（现仅用PC7、PC6两位输入外设的状态），C口低4位输出（现仅用PC1、PC0两位输出选通及清除信号）。

此时8255A的工作方式控制字为：

B（8AH）。

    其工作原理如下：

在向输出设备送数据前，先通过PC7查询设备状态，若设备准备好则从A口送出数据，然后通过PC1发选通信号使输出设备接收数据。

从输入设备取数据前，先通过PC6查询设备状态，设备准备好后，再从B口读入数据，然通过PC0发清除信号，以便输入后续字节。

    与下面介绍的选通输入输出方式（方式1）和选通双向输入输出方式（方式2）相比，方式0的联络信号线可由用户自行安排（方式1和方式2中使用的C口联络线是已定义好的），且只能用于查询，不能实现中断。

    2．方式1——选通输入输出方式

    与方式0相比，它的主要特点是当A口、B口工作于方式1时，C口的某些I/O线被定义为A口和B口在方式1下工作时所需的联络信号线，这些线已经定义，不能由用户改变。

现将方式1分为：

A口和B口均为输入、A口和B口均为输出以及混合输入与输出等三种情况进行讨论。

（1）A口和B口均为输入

    A口和B口均工作于方式1输入时，各端口线的功能如图所示。

    A口工作于方式1输入时，用PC5~PC3作联络线。

B口工作于方式1输入时，用PC2~PC0。

C口剩余的两个I/O线PC7和PC6工作于方式0，它们用作输入还是输出，由工作方式控制字中的D3位决定，D3=1，输入；D3=0，输出。

    各联络信号线的功能解释如下（请参考图所示的方式1输入时序图来理解各信号的功能）：

    STB（Strobe）：

选通信号，输入，低电平有效。

当STB有效时，允许外设数据进入端口A或端口B的输入数据缓冲器。

STBA接PC4，STBB接PC2。

IBF（InputBufferFull）：

输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。

当IBF有效时，表示当前已有一个新数据进入端口A或端口B缓冲器，尚未被CPU取走，外设不能送新的数据。

一旦CPU完成数据读入操作后，IBF复位（变为低电平）。

    INTR（InterruptRequest）：

中断请求信号，输出，高电平有效。

在中断允许INTE=1且IBF=1的条件下，由STB信号的后沿（上升沿）产生，该信号可接至中断管理器8259A作中断请求。

它表明数据端口已输入一个新数据。

若CPU响应此中断请求，则读入数据端口的数据，并由RD信号的下降沿使INTR复位（变为低电平）。

    INTE（InterruptEnable）：

中断允许信号，高电平有效。

它是8255A内部控制8255A是否发出中断请求信号（INTR）的控制信号。

这是由软件通过对C口的置位或复位来实现对中断请求的允许或禁止的。

端口A的中断请求INTRA可通过对PC4的置位或复位加以控制，PC4置1，允许INTRA工作，PC4清0，则屏蔽INTRA。

端口B的中断请求INTRB可通过对PC2的置位或复位加以控制。

（2）A口和B口均为输出

    A口和B口均工作于方式1输出时，各端口线的功能如图所示。

    A口工作于方式1输出时，用PC3，PC6和PC7作联络线。

B口工作于方式1输出时，用PC0PC2作联络线。

C口剩余的两个I/O线PC4和PC5工作于方式0。

各联络信号线的功能解释如下（请参考图所示时序图来理解各信号的功能）：

    OBF（OutputBufferFull）：

输出缓冲器满信号，输出，低电平有效。

当CPU把数据写入端口A或B的输出缓冲器时，写信号WR的上升沿把OBF置成低电平，通知外设到端口A或B来取走数据，当外设取走数据时向8255A发应答信号ACK，ACK的下降沿使OBF恢复为高电平。

    ACK（Acknowledge）：

外设应答信号，输入，低电平有效。

当ACK有效时，表示CPU输出到8255A的数据已被外设取走。

    INTR（InterruptRequest）：

中断请求信号，输出，高电平有效。

该信号由ACK的后沿（上升沿）在INTE=1且OBF=1的条件下产生，该信号使8255A向CPU发出中断请求。

若CPU响应此中断请求，向数据口写入一新的数据，写信号WR上升沿（后沿）使INTR复位，变为低电平。

    INTE（InterruptEnable）：

中断允许信号，与方式1输入类似，端口A的输出中断请求INTRA可以通过对PC6的置位或复位来加以允许或禁止。

端口B的输出中断请求信号INTRB可以通过对PC2的置位或复位来加以允许或禁止。

    （3）混合输入与输出

    在实际应用中，8255A端口A和端口B也可能出现一个端口工作于方式1输入，另一个工作于方式1输出的情况，有以下两种情况：

    端口A为输入，端口B为输出时，其控制字格式和连线图如图所示。

    端口A为输出，端口B为输入时，其控制字格式和连线图如图所示。

    3．方式2——选通双向输入输出方式

    选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，只有A口可工作于方式2。

此时C口有5条线（PC7PC3）被规定为联络信号线。

剩下的3条线（PC2PC0）可以作为B口工作于方式1时的联络线，也可以与B口一起工作于方式0。

8255A工作于方式2时各端口线的功能如图所示。

    图中INTE1是输出的中断允许信号，由PC6的置位或复位控制。

INTE2是输入的中断允许信号，由PC4的置位或复位控制。

图中其他各信号的作用及意义基本上与方式1相同，在此不再赘述。

    8255A的应用举例

    例8255A初始化编程。

设8255A工作于方式1，A口输出，B口输入，PC4，PC5输入，禁止B口中断。

设片选信号CS由A9A2=确定。

试编写程序对8255A进行初始化。

根据题意，设计接口电路如图所示。

    初始化程序：

    MOVAL，B        ；控制字送AL

    MOVDX，11B        ；8255A控制字寄存器地址送DX

    OUTDX，AL            ；控制字送8255A的控制寄存器

    MOVAL，00001101B        ；PC6置1，允许A口中断

    OUTDX，AL

    MOVAL，00000100B        ；PC2置0，禁止B口中断

    OUTDX，AL

    例用于对非编码键盘的管理。

    如图所示，使用8255A构成4行4列的非编码矩阵键盘控制电路。

    图中8255A的A口工作于方式0输出，B口工作于方式0输入。

键盘工作过程如下：

首先进行第1次键盘扫描（判断是否有键按下）。

使A口PA3~PA0输出均为0，然后读入B口的值，查看PB3PB0是否有低电平，若没有低电平，则说明没有键按下，继续进行扫描。

若PB3PB0中有一位为低电平，使用软件延时10ms20ms以消除抖动，若低电平消失，则说明低电平是由干扰，或按键的抖动引起的，必须再次扫描，否则，则确认有键按下，接着进行第2次扫描（行扫描，判断所按键的位置）。

首先通过A口输出使PA0=0，PA1=1，PA2=1，PA3=1对第0行进行扫描，此时，读入B口的值，判断PB3PB0中是否有某一位为低电平，若有低电平，则说明第0行某一列上有键按下。

如果没有低电平，接着使A口输出PA0=1，PA1=0，PA2=1，PA3=1对第1行进行扫描，按上述方法判断，直到找到被按下的键，并识别出其在矩阵中的位置，从而可根据键号去执行该键对应的处理程序。

    设图中8255A的A口、B口和控制寄存器的地址分别为80H、81H和83H，其键盘扫描程序如下：

    ；判断是否有键按下

    MOVAL，82H            ；初始化8255A，A口方式0输出，B口方式0输入

    OUT83H，AL            ；将工作方式控制字送控制寄存器

    MOVAL，00H

    OUT80H，AL            ；使PA3=PA2=PA1=PA0=0

    LOOA：

INAL，81H        ；读B口，判断PB3PB0是否有一位为低电平

    ANDAL，0FH

    CMPAL，0FH

    JZLOOA                ；PB3~PB0没有一位为低电平时转LOOA继续扫描

    CALLD20ms            ；PB3~PB0有一位为低电平时调用延时20ms子程序

    INAL，81H            ；再次读入B口值。

如果PB3PB0仍有一位为低电平，

    ANDAL，0FH            ；说明确实有键按下，继续往下执行，以判断是哪个键

    CMPAL，0FH            ；按下；如果延时后PB3PB0中低电平不再存在，

    JZLOOA                ；说明是干扰或抖动引起，转LOOA继续扫描。

    ；判断哪一个键按下

    START：

MOVBL，4        ；行数送BL

    MOVBH，4            ；列数送BH

    MOVAL，0FEH            ；D0=0，准备扫描0行

    MOVCL，0FH            ；键盘屏蔽码送CL

    MOVCH，0FFH            ；CH中存放起始键号

    LOP1：

OUT80H，AL       ；A口输出，扫描一行

    ROLAL，1            ；修改扫描码，准备扫描下一行

        MOVAH，AL            ；暂时保存

    INAL，81H            ；读B口，以便确定所按键的列值

    ANDAL，CL

    CMPAL，CL

    JNZLOP2                ；有列线为0，转LOP2，找列值

    ADDCH，BH            ；无键按下，修改键号，使适合下一行找键号

    MOVAL，AH            ；恢复扫描码

    DECBL                ；行数减1

            JNZLOP1            ；行未扫描完转LOP1

    JMPSTART            ；重新扫描

    LOP2：

INCCH            ；键号加1

    RORAL，1            ；右移一位

    JCLOP2            ；无键按下，查下一列线

    MOVAL，CH            ；已找到，键号送AL

    CMPAL，0

    JZKEY0            ；是0号键按下，转KEY0执行

    CMPAL，1

    JZKEY1            ；是1号键按下，转KEY1执行

    ……

    CMPAL，0EH            ；

    JZKEY14            ；是14号键按下，转KEY14执行

    JMPKEY15            ；不是014号键，一定是15号键，转KEY15执行

    例利用8255A作为两机并行通讯接口。

    两台PC机通过8255A构成如图所示的并行数据传送接口，A机发送数据，B机接收数据。

A机一侧的8255A工作于方式1输出，从PA7PA0发送由CPU写入A口的数据，PC3、PC7和PC6提供A机一侧8255A的A口工作于方式1时的联络信号INTR、OBF和ACK。

B机一侧的8255A工作于方式0输入，从PA7PA0接收A机送来的数据，PC4和PC0选作联络信号。

    工作过程如下：

A机将数据从A口送出后，经PC7送出OBF有效信号（请参阅图和），B机查询到OBF信号（经B机一侧8255A的PC4引脚）有效后，从A口读入数据，并通过软件在PC0上产生一个ACK有效信号，该信号的上升沿使A机的8255A的PC3上产生有效的INTR信号，A机CPU查询到INTR有效（PC3为高电平）时，接着发送下一个数据，如此不断重复，直到发送完所有的数据为止。

    假设两台PC机传送1KB数据，发送缓冲区为0300：

0000H，接收缓冲区为0400：

0000H，A、B两机的8255A的端口地址均为300303H。

驱动程序如下：

    ；A机的发送程序

    MOVAX，0300H；

    MOVES，AX                ；设置A机发送数据缓冲区段地址

    MOVBX，0                ；设置A机发送数据缓冲区偏移地址

    MOVCX，03FFH                ；设置发送字节数

    ；对A机8255A进行初始化

    MOVDX，303H                ；指向A机8255A的控制寄存器

    MOVAL，B                ；8255A指定为工作方式1输出

    OUTDX，AL

    MOVAL，00001101B                ；置发送中断允许INTEA=1

    OUTDX，AL；

    ；发送数据

    MOVDX，300H                ；向A口写第1个数据，产生第一个OBF信号，对方

    MOVAL，ES：

[BX]                        ；查询到OBF信号有效后，读入数据，并通过软件，

                                    ；在PC0上发出ACK信号，该信号上升沿使A机8255A；的PC3产生有效的INTR信号，A机CPU查询到

    OUTDX，AL                ；该信号有效后，再接着发下一个数据。

    INCBX                ；缓冲区指针加1

    DECCX                ；计数器减1

    LOOP0：

MOVDX，302H                ；指向8255A的C口，读有关状态信息

    LOOP1：

INAL，DX；

    ANDAL，08H                ；查询中断请求信号INTR（PC3）=1

    JZLOOP1                ；若INTR=0则等待，否则向A口发数据

    MOVDX，300H

    MOVAL，ES：

[BX]

    OUTDX，AL

    INCBX                ；缓冲区指针加1

    LOOPLOOP0                ；数据未送完，继续

    MOVAX，4C00H

    INT21H                ；返回DOS

    ；B机接收数据

    MOVAX，0400H；

    MOVES，AX                ；设B机接收缓冲区段地址

    MOVBX，0                ；设B机接收缓冲区偏移地址

    MOVCX，3FFH                ；置接收字节数计数器

    ；对B机的8255A初始化

    MOVDX，303H                ；指向B机8255A的控制寄存器

    MOVAL，B                ；设A口和C口高4位为方式0输入

    OUTDX，AL                ；C口低4位为方式0输出

    MOVAL，00000001B                ；置PC0=ACK=1

    OUTDX，AL

    LOOP0：

MOVDX，302H                ；指向C口

    LOOP1：

INAL，DX                ；查A机的OBF（B机的PC4）=0

    A