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同内存储器的R/W操作相仿,必须要有一个地址信号选中接口芯片后,才能使该接口芯片进入电路工作状态,实现数据的输入/输出。
CPU的8条地址线A7~A0形成地址,通过地址译码器输出到接口芯片的选通端CE,又称片选端CS。
CE端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。
只有CS被选中后,CPU才能通过该芯片与对应的I/O设备传送数据。
二、读/写概念:
接口芯片的地址码经译码后接通芯片的片选端(或),对读操作而言,使输入口信息由数据总线进入CPU,数据何时读入CPU,由控制。
上述接口芯片的各种信号都由CPU的输入/输出指令产生,用IN,OUT指令读/写。
三、可编程接口的概念
目前所用的接口芯片大部分是多通道、多功能的。
如图,多通道是指一个接口芯片一面与CPU连接,另一面可接几个外设;
多功能是指一个接口芯片能实现多种接口功能,实现不同的电路工作状态。
在接口芯片中,各硬件单元不是固定接死的,可由用户在使用中选择,即通过计算机的指令来选择不同的通道和不同的电路功能,称为“编程控制”。
接口电路的组态(即电路工作状态)可由计算机指令来控制的接口芯片称为“可编程序接口芯片”。
用来存放控制电路组态的控制字节的寄存器,称为“控制寄存器”。
(在接口芯片中)
四、“联络”的概念
CPU通过外设接口芯片同外设交换信息时,接口芯片常常需要和外设间有一定的“联络”信号,以保证信息的正常传送。
通常采用两个“联络”(Handhake)信号:
(选通信号,strobe)和RDY(就绪信号,Ready)。
如图1所示。
五、接口芯片的引脚概述
接口芯片是CPU与外设之间的界面,它一方面要与CPU打交道,要接收CPU进行输入/输出所发出的一系列信息,另一方面又要与外设打交道,要向外设收发数据及一些联络信号等,因此通用的接口芯片大致包括如图3所示的那些引脚。
2可编程并行接口芯片8255A(P185)
并行接口的特点:
①计算机系统的数据传送方式有两种:
并行数据传送和串行数据传送。
并行数据传送是微机系统最基本的信息交换方式,是以计算机的字长(如8位、16位、32位、64位)为单位,一次传送一个字长的数据。
串行数据传送是通过一根数据线,
将数据一位一位顺序送出。
并行传送速率比串行传送快,适合于外设与微机之间近距离、大量和快速的信息交换,但引线多、且线间电容会引起串扰,不适合用于远距离传送。
例如系统板上各部件(CPU与存储器、CPU与I/O接口)、I/O扩展板上各部件、CPU与并行打印机、CPU与磁盘之间的数据交换都是采用并行数据传送方式。
②并行接口电路能从微处理器或外设接收数据,然后再发送出去,因此在信息传送过程中,起着锁存或缓冲的作用。
通常,并行接口应具有如下功能和硬件支持:
具有锁存器或缓冲器的数据交换端口;
每个端口都具有可与CPU用查询方式或中断方式交换数据所必须的控制和状态信息,也有与外设交换数据所必须的控制和状态信息;
还有片选和控制电路。
③并行接口电路有许多种,最基本的接口电路芯片是三态缓冲器和锁存器(P182-184),如常用的74LS244/74LS254和74LS273/74LS373等,都是不可编程的并行接口芯片。
这些芯片一旦搭成系统后,用户无法改变其功能,通用性和灵活性较差。
目前在微机系统设计中经常使用的是可编程并行接口芯片。
这些芯片有多种不同的工作方式,可由其内部的控制电路根据CPU送入的控制字加以选择。
常用的可编程并行接口芯片有8255A、MC6820、Z80PIO等等。
下面我们介绍可编程并行接口芯片8255A。
一、8255A的内部结构
8255A的内部结构如图5.1(P186,图5.5)所示。
二、8255A的引脚功能
8255A芯片采用NMOS工艺制造,40个引脚的双列直插封装如图5.2所示。
40条引脚可分为与CPU连接和与外设连接的引脚。
A口:
包含一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器,因此A口无论作为输入口或输出口,其数据均能受到锁存。
B口:
包含一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。
C口:
包含一个8位数据输出锁存/缓冲器,一个8位数据输入缓冲器(输入无锁存)。
C口可以作为一个独立的I/O口,也可分为两个4位端口,作为数据输入/输出端口,或作为控制状态端口,配合端口A、B工作。
数据总线缓冲器
这是一个8位双向、三态缓冲器,可直接与CPU系统数据总线相连,是8255A与CPU之间传输数据的必经之路。
所有输入/输出数据、CPU发出的控制命令字以及从外设读入的状态信息,都通过它传送。
读/写控制逻辑
它与CPU的6根控制线相连,接收来自CPU的地址总线信号和控制总线信号,转变为各种命令送到A、B组控制逻辑电路进行相应的操作。
CS、A1、A0用于芯片选择和端口寻址,RD、WR用来决定内部和外部数据总线信息传送的方向,RESET用来使8255A复位。
8255A引脚功能
与CPU连接的信号线
①D7~D0:
双向、三态数据线,与CPU系统数据总线相连。
②A1、A0:
端口地址选择信号,用来指明哪一个端口被选中。
8255A有A、B、C三个数据端口和一个控制端口(用来接收CPU送来的控制字)。
A1A0为00、01、10、11时,分别选中A口、B口、C口、控制端口。
③CS:
片选信号,低电平有效。
CS=0时,表明8255A被选中。
通常与地址译码电路输出端相连。
④RD:
读信号,低电平有效,与CPU的控制线相连。
当CPU执行IN指令时,该信号有效,CPU读取各端口的数据或状态。
⑤WR:
写信号,低电平有效,与CPU的控制线相连。
当CPU执行OUT指令时,该信号有效,CPU将数据或控制字写入8255A。
⑥RESET:
复位信号,高电平有效。
当RESET=1时,清除所有内部寄存器的内容,并将A、B、C口自动设为方式0下的输入端口。
⑦Vcc、GND:
电源和地线。
CS、A1、A0、RD、WR的信号组合所实现的读/写操作如表5.1所示(P194)。
与外设相连的信号线
PA7~PA0、PB7~PB0、PC7~PC0:
三态、双向,输入/输出由工作方式决定,可直接与外设相连。
三、8255A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(A0=A1=1)。
从中可看出,A口可工作在任一工作方式中,B口只能工作在方式0、方式1中。
C口的高4位、低4位可分别设定工作方式。
8255A的4个部分的工作方式都可任意组合,使8255A的I/O结构十分灵活,能适用与各种各样的外设。
例1:
按下述要求对8255A进行初始化:
要求A口设为输入数据,工作于方式1;
B口设为输出数据,工作于方式0;
C口高四位输出,低四位输入数据。
8255A的端口地址为04A0H~04A6H。
解:
初始化程序段如下:
MOVDX,04A6H;
送控制口地址
MOVAL,10110001H;
设置方式选择控制字
OUTDX,AL
要使端口C的bit3置位的控制字为:
00000111B;
MOVAL,00000111B
OUT0FBH,AL
而使端口C的bit3复位的控制字为:
00000110B;
MOVAL,00000110B
例2:
试编程使8255A的C口PC3位产生一个方波信号。
解:
可利用C口置/复位控制字,交替使PC3位输出“1”和“0”。
程序段如下:
MOVDX,04A6H;
LL:
MOVAL,00000111B;
对PC3位置1
OUTDX,AL
CALLDELAY;
延时
MOVAL,00000110B;
对PC3位置0
JMPLL;
循环,产生周期信号
3、8255A的工作方式
①、方式0-基本输入输出方式(P187)
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,适用于不需要应答信号的简单I/O场合。
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5.5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。
方式0中,数据输出有锁存,输入无锁存。
方式0的输入/输出时序如图5.6所示。
方式0使用场合:
方式0可用于无条件传送或查询式传送场合。
无条件传送时,不用联络信号,CPU随时用指令可对该外设进行读写。
一般用于连接简单的外设,如键盘、开关、指示器。
查询式传送时,可将A口、B口作为数据输入输出的端口,而把C口的4位作为输出口传送CPU等外设的控制信号,另4位作为输入口连接外设的应答信号,对CPU输入状态信息。
要求8255A的A口和B口均工作于方式0,A口和下C口作输入口,B口和上C口作输出口,设8255A各端口地址为40H~43H,可用下列指令来设置这种工作方式:
MOVAL,91H;
方式控制字10010001B→AL
OUT43H,AL;
方式控制字送控制寄存器
②、方式1-选通输入/输出方式P187
工作特点:
方式1下将三个端口分成A、B两组,A、B两个口仍作为数据输入/输出口,而C口分成两部分,分别作为A口和B口的联络信号。
在8255A中规定的联络信号是三位,两个数据口共用去C口的六位,剩下的两位仍可以作数据位使用。
数据口的输入、输出数据都能锁存。
方式1输入情况下有关信号的规定
当A口作为方式1输入时,C口的PC3、PC4、PC5作为控制信号,PC6、PC7则可作为I/O口利用。
当B口作为方式1输入时,C口的PC0、PC1、PC2作为控制信号。
如图5.7所示(P189,图5.8)。
各控制信号的定义如下:
INTE信号
INTE:
A口、B口的中断允许信号,高电平有效。
该信号通过软件对C端口的置/复位指令来实现对中断的控制。
将PC4置1,A口允许中断;
将PC2置1,B口允许中断。
清0,则屏蔽中断。
需要说明的是,C口的PC4、PC2具有双重功能,置/复位控制字写入输出锁存器,其输出缓冲器不选通,纯粹是对内部寄存器的操作。
而STB信号通过输入缓冲器输入。
两者在硬件上的隔离,不会冲突。
INTR:
中断请求信号,高电平有效。
该信号由8255A向CPU申请中断。
当STB和IBF均为高电平时,在INTE有效的情况下,INTR=1,表明CPU可以从端口读入数据。
CPU读取数据后,RD的下降沿自动使INTR清0。
STB信号
STB:
选通输入信号,低电平有效。
这是由外设产生的数据选通信号,当它有效时,数据从输入设备输入到A口或B口的锁存器中。
IBF信号
IBF:
输入缓冲器满信号,高电平有效。
它是对STB的响应信号,当STB有效时,把数据传送到输入锁存器中,输入锁存器锁存数据后,使IBF置位,发IBF信号。
该信号一方面可作为8255A发出的状态信号,供CPU查询。
当CPU查询到该信号,说明端口已有数据,执行输入指令,读取数据。
同时,读信号RD的上升沿使IBF清0,等待下一个数据。
另一方面,作为外设的STB的响应信号,该信号送给外设,阻止外设发送新的数据发送。
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