8255接口电路

CPU
I/O 接口
外设
图5.1 主机与外设的连接
5.1.2 CPU与外设交换的信息 主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和
控制信息三类。
1．数据信息 数据信息又分为数字量、模拟量和开关量三种形式。 1) 数字量
数字量是计算机可以直接发送、接收和处理的数据。例如，
由键盘、显示器、打印机及磁盘等I/O外设与 CPU交换的信息， 它们是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数符。
与外界的信息交换是通过输入/输出设备进行的。比如常规的 外设有键盘、显示器、打印机、扫描仪、磁盘机、鼠标器等， 它们相对于高速的中央处理器来说，速度要慢得多。此外，不 同外设的信号形式、数据格式也各不相同。因此，外部设备不
能与CPU直接相连，需要通过相应的电路来完成它们之间的速
度匹配、信号转换，并完成某些控制功能。把介于主机和外设 之间电路称为I/O接口电路，简称I/O接口,如图5.1所示。
DB AB CB
数据端口 译 码 状态端口 I/O 设 备
CPU
控制端口
图5.2 一个典型的I/O接口
5.1.4 接口的种类: 1、并行接口 打印机、绘图仪等；
2、串行接口
调制解调器、网络接口等；
时钟或定时；
3、脉冲/计数器（定时器）接口
4、A/D（模/数）、D/A （ 数/模）转换器；
接口可分为：
5.1.3 I/O接口的基本结构 I/O接口的基本结构如图5.2所示。每个接口电路中都包含一 组寄存器，CPU与外设进行信息交换时，各类信息在接口中存 入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口，简称为口(Port)。
用来保存CPU和外设之间传送的数据(如数字、字符及某种特定
的编码等)、对输入/输出数据起缓冲作用的数据寄存器称为数据 端口；用来存放外设或者接口部件本身状态的状态寄存器称为 状态端口；用来存放CPU发往外设的控制命令的控制寄存器称 为控制端口。
0000H
存储器
XXXXH
整个地 址空间
I/O ¶ Ú Ë¿ I/O端口
(XXXX+1)H
FFFFH
图5.3 I/O端口与内存单元统一编址
采用统一编址方式下，CPU对I/O端口的输入/输出操作如同 对存储单元的读/写操作一样，所有访问内存的指令同样都可用 于访问I/O端口，因此无需专门的I/O指令，从而简化了指令系 统的设计；同时，对存储器的各种寻址方式也同样适用于对I/O 端口的访问，给使用者提供了很大的方便。但由于I/O端口占用
B组 端口 B(8)
I/O PB7 ～PB0
图5.6 8255的内部结构框图
重点掌握和理解的内容: 8255四个端口： 8255有三个8位的输入输出口外，还有一个控制口，其 功能是用于对8255的工作方式进行设置。 那个口工作由A0、A1的组合实现选择： A1 A0 选中的口号 0 0 选中A口 0 1 选中B口 1 0 选中C口 1 1 选中控制口
5.1.7 I/O端口的编址 微型计算机系统中I/O端口编址方式有两种：I/O端口与内存 单元统一编址和 I/O端口与内存单元独立编址。 1) I/O端口与内存单元统一编址 这种编址方式是对I/O端口和存储单元按照存储单元的编址 方法统一编排地址号，由I/O端口地址和存储单元地址共同构成 一个统一的地址空间。例如，对于一个有16根地址线的微机系 统，若采用统一编址方式，其地址空间的结构如图4.3所示。
3．控制信息
控制信息是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信 息设置外设(包括接口)的工作模式、控制外设的工作。如外设的 启动信号和停止信号就是常见的控制信息。实际上，控制信息 往往随着外设的具体工作原理不同而含义不同。 虽然数据信息、状态信息和控制信息含义各不相同，但在 微型计算机系统中，CPU通过接口和外设交换信息时，只能用 输入指令(IN)和输出指令 (OUT)传送数据，所以状态信息、控制 信息也是被作为数据信息来传送的，即把状态信息作为一种输 入数据，而把控制信息作为一种输出数据，这样，状态信息和 控制信息也通过数据总线来传送。但在接口中，这三种信息是 在不同的寄存器中分别存放的。
如，某接口芯片内有四个端口地址，则该芯片外就会有两根地
址线。本书第8章中将详细介绍几种常用的I/O接口芯片。
I/O端口地址译码的方法有多种，一般的原则是把CPU用 于I/O端口寻址的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分， 将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚，实现片
内寻址，即选中片内的端口；将高位地址线与CPU的控制信号
口A WR RD CS RESET D7 D0 8位数据线 口B PB0~PB7 口C低半部 PC0~PC3 口C高半部 PC4~PC7 PA0~PA7
8255简化图ຫໍສະໝຸດ 图5.5 可编程并行接口8255引线图
2) 内部结构 8255的内部结构框图如图5.6所示，由三部分组成。 （1）与外设接口部分 有三个8位的输入输出端口:端口A、端口B、端口C， 其编号:PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0。端口都是8 位，都可以作为输入或输出，但功能上各有特色： 口A：对应一个8位数据输出锁存和缓冲器；一个8位数 据输入锁存器。 口B和口C ：对应一个8位数据输出锁存和缓冲器；一 个8位数据输入缓冲器。 注意:口B和口C 都没有输入锁存,用于输入方式是不能 对数据锁存,即如第一进来的数据没被取走是,地二 次进来的数据把第一次的数据淹没。
8086 CPU组成的微机系统都采用独立编址方式。在 8086/8088系统中，共有20根地址线对内存寻址，内存的地址范 围是00000H～FFFFFH；用地址总线的低16位对I/O端口寻址，所 以I/O端口的地址范围是0000H～FFFFH，如图4.4所示。CPU在
访问内存和外设时，使用了不同的控制信号来加以区分。即，当
（2）与微处理器接口部分 这部分主要完成数据传送及逻辑控制。 有:RD、WR、CS、RESET、D0-D7，8255的各端口地址 线A0、A1。 （3）内部控制部分 由A、B两组控制电路组成。 主要作用是根据CPU送来的控制字用以决定两组端口 （A组为A口和C口的高4位，B组为B口和C口的低4位） 的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位进行 置位或复位。
专用接口：不可编程，专用于一个目的的接口电路；
通用接口：可编程，通过编程可以实现多种功能和目的的接口
电路；
5.1.5 微机外设对接口的要求：
1、速度 2、数据位数 3、是否可编程，通用还是专用
5.1.6 接口需满足的功能：
1、选址功能:实现地址唯一性的要求； 2、数据传输功能:实现CPU与接口之间的数据交换； 3、传送命令的功能:实现CPU与向接口发出命令和接口工 作状态的传送到CPU；
11基本输入输出接口基本输入输出接口22掌握掌握并行接口并行接口825533掌握掌握并行接口并行接口825544掌握掌握并行接口并行接口82558255的基本功能的基本功能8255的三种工作方式的特点和用法的三种工作方式的特点和用法8255的硬软件设计方法的硬软件设计方法第五章第五章可编程并行接口电路可编程并行接口电路8255825551io接口概述51io接口的作用主机与外界交换信息的中间电路称为输入输出io
组合，经地址译码电路产生I/O接口芯片的片选信号。
5.2 可编程并行接口8255引脚功能和结构 8255是Intel公司为其8086/8088系列微处理 器生产的8位通用可编程并行输入输出接口 芯片。它具有很强的功能，在使用中可利 用软件编程来指定它将要完成的功能。因 此，8255获得了广泛的应用。
CPU接口
内部逻辑
外设接口 A组 端口 A(8)
A组 控制
I/O PA7 ～PA0
DB
数据 总线 缓冲器
A组 端口 C 上半部 (4) 8位内部数据总线 B组 端口 C 下半部 (4)
I/O PC7 ～PC4
I/O PC3 ～PC0
RD WR A0 A1 RESET CS
读/写 控制 逻辑
B组 控制
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2
1
40
5 35
10 30
15 25
20
21
PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
2) 模拟量
当计算机应用于控制系统中时，输入的信息一般为来自现
场的连续变化的物理量，如温度、压力、流量、位移、湿度等，
这些物理量通过传感器并经放大处理得到模拟电压或电流，这 些模拟量必须先经过模拟量向数字量的转换(A/D转换)后才能输 入计算机。反过来，计算机输出的控制信号都是数字量，也必 须先经过数字量向模拟量的转换(D/A转换)，把数字量转换成模
8255四个端口寻址逻辑关系：
A1 0 0 0
0 0 1 1 X 1 X
A0 RD 0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 X 1 X 1 1 1 1 X 0 X
WR 1 1 1
0 0 0 0 X 1 1
CS 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0
完成的操作 端口A→数据总线 端口B→数据总线 端口C→数据总线
第五章
可编程并行接口电路 8255
本章学习的重点: 1)基本输入输出接口 2)掌握并行接口8255的基本功能 3)掌握并行接口8255的三种工作方式的特点和用法 4)掌握并行接口8255的硬软件设计方法
5.1 I/O接口概述
5.1 I/O接口的作用
主机与外界交换信息的中间电路称为输入/输出(I/O)。主机
1 . 8255的外部引线及内部结构 1)外部引线 8255的外部引线如图5.5所示。 D0～D7：双向数据信号线。 RD ：读信号线。 WR ：写信号线。 CS ：片选信号线。 A0、A1：口地址选择信号线(片内地址选择线)。 RESET：复位输入信号。 PA0～PA7：A口的8条输入输出信号线。 PB0～PB7：B口的8条输入输出信号线。 PC0～PC7：B口的8条输入输出信号线。
且I/O指令类型少，程序设计灵活性较差；此外，还要求CPU提
供专门的控制信号以区分对存储器和I/O端口的操作，增加了控
制逻辑的复杂性。
3．I/O端口的地址译码 微机系统常用的I/O接口电路一般都被设计成通用的I/O接口 芯片，一个接口芯片内部可以有若干可寻址的端口。因此，所
有接口芯片都有片选信号线和用于片内端口寻址的地址线。例
了一部分存储器地址空间，因而相对减少了内存的地址可用范
围。
2．I/O端口与内存单元独立编址 在这种编址方式中，建立了两个地址空间，一个为内存地 址空间，一个为I/O地址空间。内存地址空间和I/O地址空间是 相对独立的，通过控制总线来确定CPU到底要访问内存还是I/O 端口。为确保控制总线发出正确的信号，除了要有访问内存的 指令之外，系统还要提供用于CPU与I/O端口之间进行数据传输 的输入/输出指令。
通过对外设状态信号的读取，可得知输入设备的数据是否准备 好、输出设备是否空闲等情况。对于输入设备，一般用准备好 (READY)信号的高低来表明待输入的数据是否准备就绪；对于 输出设备，则用忙(BUSY)信号的高低表示输出设备是否处于空
闲状态，如为空闲状态，则可接收CPU输出的信息，否则CPU要
暂停送数。因此，状态信息能够保障CPU与外设正确地进行数 据交换。
8086 CPU的M/IO信号为1时，表示地址总线上的地址是一个内存
地址；为0时，则表示地址总线上的地址是一个端口地址。
00000H 0000H 存储器 FFFFH FFFFFH I/O
图5.4 I/O端口与内存单元独立编址
采用独立编址方式下，存储器地址空间不受I/O端口地址空 间的影响，专用的输入/输出指令与访问存储器指令有明显区别， 便于理解和检查。但是，专用I/O指令增加了指令系统复杂性，
数据总线→端口A 数据总线→端口B 数据总线→端口C 数据总线→控制口 D7~D0数据总线呈高阻状态 非法状态 D7~D0数据总线呈高阻状态
与微处理器接口部分的硬件电路图实例 图5-7
8255 C0H D0~D7 RD WR RESET 74LS138 A6 A5 A0 A4 A3 A7 G1 G2A G2B C B A 地址译码逻辑关系： A G1 G2A G2B C B A7 A6 A5 A0 A4 A3 A2 A1 1 1 0 0 0 0 X X Y1=0 C0H~C6H C0H → A口 C2H → B口 C4H → C口 C6H → 控制口 Y1 A2 A1 A1 A0 CS C2H 口B C4H 口A
拟量才能去控制现场。
3) 开关量 开关量可表示两个状态，如开关的断开和闭合，机器的运 转与停止，阀门的打开与关闭等。这些开关量通常要经过相应
的电平转换才能与计算机连接。开关量只要用一位二进制数即
可表示。
2. 状态信息 状态信息作为CPU与外设之间交换数据时的联络信息，反映
了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口送往CPU的。CPU