10 并行I/O 接口

8255A是Intel公司的产品，是一种可编程的并行接口芯片，通常作为微机系统总线与外部设备的并行接口控制部件，可通过软件编程来设置芯片的工作方式。使用8255A连接外部设备时，通常不需要附加外部电路，给使用带来很大的方便。

8.1 可编程并行I/O接口芯片8255A
- 内部结构及外部引脚
- 工作方式
  - 基本型输入输出
  - 选通型输入输出
  - 双向数据传送
- 控制字和初始化编程
- 8255A应用举例
8.2 打印机并行接口

可编程并行I/O接口芯片8255A的内部结构及引脚#

8255

与CPU的接口
- 数据总线缓冲器
- 读/写控制逻辑
内部逻辑
- A组控制
- B组控制
外设接口
- A组 A口 PA~7~ ~PA~0~
  - A组 C口上半部 PC~7~ ~PC~4~
  - B组 C口下半部 PC~3~ ~PC~0~
- B组 B口 PB~7~ ~PB~0~

8255A是双列直插式，40（24+8+2+6）个引脚

24根端口数据线——接外设(A口、B口、C口）
8根系统数据线——接CPU数据总线D~7~~D~0~
电源线：+5V，地线
6根输入控制线

RESET：复位信号，RESET=1时，8255内部复位，所有内部寄存器清零，A、B、C三个端口自动为基本型(方式0)输入口
- $\overline{CS}$ ：片选信号，CS=0时，该芯片被选中
- $\overline{RD}$ ：来自CPU的I/O读命令
- $\overline{WR}$ ：来自CPU的I/O写命令
- A1、A0：接CPU的地址线A1、A0

端口地址#

端口：接口电路中能和CPU直接交换信息的寄存器 8255A有4个端口寄存器
与非门前要都是1才能输入0，片选选中如果系统产生片选信号的译码电路如图，则：(00 0110 00A1A2)

A数据口地址=60H
B数据口地址=61H
C数据口地址=62H
控制口地址=63H

A1	A0	WR	RD	对应完成功能
0	0	0	1	CPU数据→A口数据寄存器
0	1	0	1	CPU数据→B口数据寄存器
1	0	0	1	CPU数据→C口数据寄存器
1	1	0	1	CPU送来的命令字→控制寄存器
0	0	1	0	读A口数据→CPU
0	1	1	0	读B口数据→CPU
1	0	1	0	读C口数据→CPU

方式0：基本型输入/输出方式,ABC口都适用#

在这种方式下，A口(8位)、B口(8位)和C口(上下两部分各4位使用)都可提供简单的输入和输出操作，每个端口都不需要固定的应答式联络信号。

工作在方式0时，CPU可直接使用输入指令(IN)和输出(OUT)指令对各端口进行读写。方式0的基本定义是2个8位的端口(即端口A和端口B)和2个4位的端口(端口C的上下两部分)。任何一个端口都可以作为输入或输出。

方式0用于适用于无条件传送的场合，不需要应答式联络信号，CPU认为外设总是处于准备好的状态。

方式1：选通型输入/输出方式：查询方式或中断方式，只有AB口可以作为联络信号#

采用方式1进行数据传送时必须通过联络信号进行协调。只有A口和B口可工作于方式1，此时C口的某些位(线)被规定为A口或B口的联络信号线，余下的线只具有基本I/O功能，即只能工作于方式0，作数据位使用。

C口这些用作状态或控制的联络信号位不能由用户编程改变。各位(线)的意义和A口、B口工作于输入还是输出有关。此外，A、B口工作在方式1时可以用查询方式，也可以用中断方式与CPU进行数据交换。

方式2：双向数据传送方式#

只有A口可以工作在方式2，通过其8个位(PA7～PA0)与外设进行双向通信，既能输入也能输出。工作时可以用中断方式，也可以用查询方式与CPU联络。此时用C口的5位口线作为A口与外设的联络信号，C口剩下的3条口线可以作为B口方式1的联络线，也可以和B口一样以方式0进行基本型输入输出。

8255A控制字与初始化编程#

8255的两个控制字#

控制字必须写入控制口才有效

方式选择控制字：实现对8255A的各个端口的选择，用于确定各端口的工作方式及数据传输方向
- D7 为1，表示方式选择控制字
- A组
  - D6D5 方式选择：00方式0，01方式1，1X方式2
  - D4 A口：1输入，0输出
  - D3 C口上半部分PC7~PC4：1输入，0输出
- B组
  - D2 方式选择：0方式0，1方式1
  - D1 B口:1输入，0输出
  - D0 C口下半部分PC3~PC0:1输入，0输出
- 注意
  1. A口工作在方式1、方式2，B口工作在方式1时，D3、D0只能定义部分PC线的输入/输出
  2. A口工作在方式2时，D4不起作用
  3. C口上、下半部可以选择不同的输入/输出（都是方式0）
C口按位置0/置1控制字：实现对端口C的每一位进行控制
- C口按位置0/1命令字必须写入控制口
  - D3D2D1位选择，
  - D0功能：为1PCx置一；为0PCx置零

8255A初始化编程步骤#

方式选择控制字写给控制口
- 目的是选择某个口的工作方式
- 此步骤需要在使用8255之前写入
- 端口工作选择为方式1或方式2时需要，工作在方式0的时候不需要
把C口置零/置一控制字写给控制口，目的是禁止或允许某一口提中断
- 此步骤可以在初始化8255A的时候写入，之后也可以多次写入

8255A工作方式与时序#

方式0：基本输入/输出方式（basic input/output）#

方式0是8255A的基本输入/输出方式，其特点是与外设传送数据时，不需要设置专用的联络（应答）信号，可以无条件的直接进行I/O传送。
A、B、C 3个端口都可以工作在方式0，并可以独立设置为输入或者输出使用。
A口和B口工作在方式0时，只能设置为以8位数据格式输入/输出；C口工作在方式0时，可以高4位和低4位分别设置为数据输入或数据输出方式。
方式0常用于与外设无条件传送方式数据输入输出。

方式1：选通的输入/输出方式（strobe Input/Output）#

A口、B口可以分别作为数据口工作在方式1，此时需要使用C口中特定的引脚作为选通和应答信号，而这些信号与端口C中的数位之间有着固定的对应关系。
C口中其余的引脚仍可以工作在方式0，定义为输入或输出使用。
方式1适合用于中断式传送和查询方式I/O传送。

选通型输入方式#

8255cpu

数据线PA7~PA0
联络线
- IBF(Input Buffer Full)输入缓冲器满——状态线
- $\overline{STB}$ (Strobe)选通信号输入方式1输入时，CPU与8255信息交换的方式
可以用中断方式
可以用查询方式，输入查询应查询IBF，而不是查询信号STB！！！
- 因为 $\overline{STB}$ 脉冲是外设送来，它最小可小到500ns，而在500ns的时间内正好运行CPU的查询指令是不可能的
- 注意：查询方式、中断方式都是由8255A送给外设的引脚上的信号引起的，而不是由外设送给8255A的信号引起

A口定义为选通型输入时#

$PA_7~PA_0$ 即为输入线
$PC_4$ 自动定义为入线，称为 $\overline{STB}$
$PC_5$ 自动定义为出线，称为 $IBF_A$
$PC_3$ 自动定义为出线，称为 $INTR_A$
- 出现入线不再受方式字D3,D0控制
- PC7,PC6空闲，受方式字D3控制

B口定义为选通行输入时#

$PB_7~PB_0$ 即为输入线
$PC_2$ 自动定义为入线，称为 $\overline{STB_B}$
$PC_1$ 自动定义为出线，称为 $IBF_B$
$PC_0$ 自动定义为出线，称为 $INTR_B$

选通型输出方式#

此时端口与外设之间有两类信号

数据线
联络线 $\overline{OBF}$ , $\overline{ACK}$
- $\overline{OBF}$ (Output Buffer Full)输出缓冲器满——状态线
- $\overline{ACK}$ (Acknowledge)确认应答

CPU对B口执行OUT指令，把一个数传递给8255，这时 $\overline{OBF}$ 产生一个负脉冲，通知外设输出缓冲器已满（即数据线上信息可用了）外设取走数据之后，使 $\overline{ACK}$ 产生一个负脉冲，通知CPU端口数据已取走，可再送一个数

方式1输出时，CPU~8255交换信息的方式

中断方式
查询方式：查询OBF，当OBF=1（输出缓冲区不满）时可送下一个数据

A口方式一输出#

方式选择命令字：1010（A口方式一输出）1/0（PC4、5 1输入，0输出）xxx 当方式字=AXH写入控制口之后，A口即工作在选通型输出方式，此时：

$PA_{7\sim0}$ 为输出线
$PC_6$ 自动定义为入线，称 $ACK_A$
$PC_7$ 自动定义为出线，称 $OBF_A$
$PC_3$ 自动定义为出线，称 $INTR_A$
- PC4、PC5空闲，输出还是输入受方式字D3控制

B口方式1输出#

当方式字=X4H写入控制口之后，B口即工作在选通型输出方式入线？出线？不再受方式字D0控制PB7~PB0定义为输出线PC2自动定义为入线，称为ACKBPC1自动定义为出线，称为OBFBPC0自动定义为出线，称为INTRB

$PB_7\sim PB_0$ 定义为输出线
$PC_2$ 自动定义为入线，称为 $ACK_B$
$PC_1$ 自动定义为出线，称为 $OBF_B$
$PC_0$ 自动定义为出线，称为 $INTR_B$

8255的双向方式#

只有A口可以工作在双向方式当A口工作在双向方式时，

B口可以工作在基本型I/O（不需要联络线）
也可以工作在选通型I/O（使用PC0、PC1、PC2做联络线）

小结#

8255工作方式
1. A口可以工作在方式0、1、2，B口可以工作在方式0、1，不能工作在方式2，C口只可以工作在方式0
2. 方式0的特点：8255和外设交换信息时，不需要联络线；方式1、2的特点：8255和外设交换信息时，需要联络线
3. C口分为PC7~4、PC3~0二部分，但程序员对C口的读写是按字节操作的
4. A口工作在方式2时，B口只能工作在方式0、1
CPU与8255交换信息的方式
- 数据口工作在方式0时，CPU采用无条件传送
- 数据口工作在方式1、2时，CPU用：
  1. 查询方式：输入查询测试IBF，输出查询测试 $\overline{OBF}$
  2. 中断方式：微机系统中的8255本身不能向CPU发送中断请求，所以必须用8259A管理；而在系统外扩8255时，8255A的INTR应接到系统机从8259的IR1，作为用户中断来处理
中断允许触发器的置0、置1
1. 对程序员来讲：工作在方式1、方式2时，8255内部有4个中断允许触发器，用“C口专用的置0/1命令字”可以使它们置0/1
2. 如：A口工作在方式1入时，执行：
```
 MOV AL，00001001B OUT 8255控制口，AL；即可使INTEA置1，允许中断
```
8255的初始化编程
- 工作在方式0时：方式选择命令字→控制口
- 工作在方式1或方式2时：
1. 方式选择命令字→控制口
2. 允许中断（或禁止中断）的命令字→控制口