单片机7.3

方式0适用于无条件数据传送，也可以把C口的某一 位作为状态位，实现查询方式的数据传送。由于方式0没 有固定的应答信号，这时通常将C口的高4位定义为输入 口，用来接受外设的状态信号，C口的低4位定义为输出 口，输出控制信息。
8255A与外设的连接
（２）方式1 方式1是选通输入输出方式，此时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。方式1有如下特点： a. 只有A口和B口可工作在方式1。 b. 可作为一个或两个选通输入或输出端口，每个 选通端口包括8位数据端口、3条状态或控制线，提 供中断逻辑。 c. A口或B口工作在方式1时，C口的一部分位线 用于提供联络信号，剩下的位线仍可工作在方式 0。
8255A在使用前要先写入一个工作方式控制 字到控制寄存器，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、方式1和 方式2。 其中A口可以工作在方式0、方式1和方式2， B口可以工作在方式0、方式1，而C口只能工作在 方式0。
（1）方式0 方式0称为基本输入输出方式，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。 ①A口、B口都可置为输入方式或输出方式， 但不能既作为输入又作为输出，且C口不提供固定 的联络信号。 ②C口的高4位和低4位均可置为输入方式或 输出方式，但在4位中不能既作为输入又作为输出 。
Review
7.3 简单I/O接口扩展
80C51单片机有4个并行I/O口，当系统需要扩展 外存储器时，真正可用的并行口只有一个P1口，故经 常需要扩展并行I/O口。扩展I/O口可分为可编程和不 可编程两大类，用户可根据需要选择不同的芯片达到 目的。 80C51通过P0口扩展I/O口，而P0口是地址/数据端 口，只能分时复用。在扩展输出接口时，电路必须具 有锁存功能。在扩展输入接口时，若数据是常态的， 则接口电路应有三态缓冲功能；若输入数据是暂态的， 则接口电路除有三态缓冲功能外还应有锁存选通功能。
工作在方式2的A口，可以认为是前面方式1的输 入和输出相结合而分时工作的。实际传输过程中，输 入和输出的顺序以及各自操作的次数是任意的，只要 WR 在ACK A之前发出，STB A在 RD之前发出就可以 了。 在输入时，外设向8255A送来数据，同时发 STB A信号给8255Ａ。该信号将数据锁存到8255A的A 口，从而使IBF有效。 STB A信号结束使INTRA有效， 向CPU请求中断。CPU响应中断，发出读信号 RD ， 从A口将数据读走。信号会使INTRA和IBFA无效，从 而开始下一个数据的读入过程。
7.4.1 8255A的引脚功能和内部结构
（1）8255A的引脚功能
（2）8255A的内部结构 8255A的内部结构框图如图所示，其内部由 以下四部分组成。 ①端口A、端口B和端口C ②工作方式控制电路 ③数据总线缓冲器 ④读/写控制逻辑
8255A的内部结构框图
（3）8255A寻址方式
7.4.2 8255A的工作方式
a.因为在方式2下，A口既作为输入又作为输出， 因此只有当 ACKA有效时，才能打开A口输出数据 三态门，使数据由PA7～PA0输出。当 ACK A无效 时，数据三态门呈高阻状态。 b.此时A口输入、输出均有数据的锁存能力。 c. 方式2下，A口的数据输入或输出均可引起中断。 输入或输出中断还受到中断允许状态INTE1和 INTE2的影响。INTE2和INTE1分别受PC4和PC6 控制。利用C口的按位操作，使PC4或PC6置位复 位，可用允许或禁止相应的中断请求。
7.3.1 扩展输入口
扩展输入口常用的芯片是74LS373和 74LS244。
一个典型的74LS373与80C51的接口电路如图7－8 所示。该芯片的口地址为7FFFH。
一个典型的74LS244与80C51的接口电路如图7 －10所示。
7.3.2 扩展输出口
在80C51系统中，扩展输出口的电路最为简 单、代价最低的芯片之一为74LS377。
c. INTR（Interrupt Request）：中断请 求信号，高电平有效。由8255A发出，向 CPU请求中断，CPU可在中断服务程序中读取 输入设备输入的数据。INTR的置位条件是 INTE＝1、 STB ＝1、IBF＝1。也就是说， 当外设将数据锁存于接口中，且又允许中断请 求发生（INTE＝1）时，就会产生中断请求。 RD 信号下降沿将使INTR复位。
一个典型的74LS377与80C51的接口电路如图 所示。
7.4 用8255A扩展I/O接口
8255A是Intel公司生产的一种可编程并行I/O 接口芯片，是专门针对单片微机而开发设计的， 其内部集成了锁存、缓冲及与CPU联络的控制逻 辑，通用性强、应用广泛。通过对其进行编程， 可以实现多种不同的功能，很适合作为80C51型 单片机的扩展并行接口。
②方式1输出 下图为8255A工作在方式1输出时A口和B口的 功能图。
8255A工作在方式1输出时的选通信号定义
a. OBF（Output Buffer Full）：输出缓冲器满信 号，低电平有效，8255A输出至外设的信号。它有 效时，表示CPU已将数据输出到8255A的端口，外 设可以从该端口取走数据。 b. ACK （Acknowledge）：外设响应信号，低电平 有效。它有效时，表示外设已从该端口取走数据。 ACK 信号有效时，还使 OBF ＝1。
②C口按位置位/复位控制字 C口按位置位/复位控制字同样由8位构成。C 口按位置位/复位控制字的标志是控制字的D7位为 “0”。 D3～D1：用于选择PC7～PC0中某一位。 D0：置位/复位的控制位。当D0为0时，控制C口 的某位复位；当D0为1时，控制C口的某位置位。
C口按位置位/复位控制字
①工作方式选择控制字 8255A的方式选择控制字由8位构成。
例如，要把A口指定为方式1，输入，C口上 半部为输出；B组指定为方式0，输出，C口下半 部定为输入，则工作方式选择控制字是： 10110001B或B1H。 若将此控制字写到8255A的控制寄存器，即 实现了对8255A工作方式及端口功能的指定，或 者说完成了对8255A的初始化。
d. INTE（Interrupt Enable）：8255A内部的中 断允许信号，是内部中断允许触发器的状态。A口、 B口的INTE分别为INTEA和INTEB。其中INTEA由 PC4控制，CPU置PC4＝1时，INTEA＝1，允许A 口中断；置PC4＝0时，则禁止A口中断。INTEB 由PC2控制。 需要说明，PC4、PC2控制INTEA和INTEB时， 对PC4、PC2的另一个功能 STB A和 STB B没有影 响。
在输出时，CPU发出写脉冲 WR ，向A口写入数据。 WR 信号使INTRA变低电平，同时使OBF A有效。外设接 到 OBFA信号后发出 ACKA信号，从A口读出数据。ACK A信号使 OBFA无效，并使INTRA变高．产生中断请求。 CPU响应中断，输出下一个数据，如此循环。 从上面的分析可以看出，方式2的输入输出过程和方 式1很类似，只是要注意以下两点：一是要正确判断中断 请求是由输入设备引起的还是输出设备引起的；二是在 PA7～PA0上，随时有可能出现输出到外设的数据，也可 能出现外设送给8255A的数据，wenku.baidu.com就要防止CPU和外设同 时竞争PA7～PA0数据线的问题。
（3）方式2 方式2又称为双向传输 方式，只有A口可以工作在 该方式下。双向方式使外 设能利用8位数据线与CPU 进行双向通信，既能发送 数据，也能接收数据。 8255A工作在方式2时的功 能如图所示。 8255A工作在方式2时选通信号定义
在A口工作在方式2时，B口可以工作在方式0 或方式1。C口高5位为A口提供联络信号，C 口低3位可作为输入输出线使用或用作B口方式 1之下的控制线。 ACK 当A口工作于方式2时．其控制信号 OBFA、 A、STBA、IBFA以及INTRA的含义与方式1 时相同。但在时序上有一些不同，主要原因是 ：
①方式1输入 图为8255A工作在方式1输入时A口和B口的功能图 。PA或PB作为输入数据口，C口的某些位作为联络信号 ，各信号的定义如下：
图7－16 8255A工作在方式1输入时的信号定义
a. STB （Strobe）：输入选通信号，低电平有效。它由输 入设备提供，当它有效时，将输入设备送来的数据存于 8255A的输入数据缓冲器。 b. IBF（Input Buffer Full）：输入缓冲器满信号，高电 平有效，它是8255A送给外设的信号。当IBF有效时，表示 8255A的缓冲器中有一个数据尚未被CPU读走。外设可利 用此信号来决定是否能送下一个数据。它可以看成是 STB 的应答信号。IBF也可看作CPU向8255A的查询信号，IBF ＝1，CPU应该从8255A端口读取数据。IBF由输入设备提 供的 STB信号置位，由CPU读取数据时发出的信号的上升 沿复位。
例如，将C口的PC1置位的控制字为00000011B或03H， 若将此控制字写入8255A的控制寄存器，就可使PC1置位。
（2） 状态字 状态字反映了C口各位当前的状态，当 8255A的A口、B口工作在方式1或A口工作 在方式2，通过读C口的状态，可以检测A口和 B口当前的工作情况。下图给出了A口、B口工 作在不同方式下的状态字各位的含义。
c. INTR：中断请求信号，高电平有效。当外设取走数 据后，其 ACK 信号上升沿产生有效的INTR信号，该信 号用于通知CPU可以再输出下一个数据。INTR有效是 条件是OBF＝1、 ACK ＝1、INTE＝1。 d. INTE：8255A内部的中断允许信号，是内部中断 允许触发器的状态。A口、B口的INTE分别为INTEA 和INTEB。其中INTEA由PC6控制，CPU置PC6＝1 时，INTEA＝1，允许A口中断；置PC6＝0时，则禁 止A口中断。INTEB由PC2控制。当INTE＝1，且OBF 也变高时，产生有效的INTR信号。
8255A工作在方式1输入时的时序图如图所示。下面 结合此时序图说明8255A工作于选通输入时的工作过程。
方式1下数据输入时序图
当外设要发送数据时，就将数据送到8255A 的A口或B口，并利用 STB 脉冲将数据锁存到 8255A的输入锁存器，同时使IBF＝1并产生 INTR信号（要求INTE＝1），IBF＝1还通 知外设数据已被锁存。INTR信号可向CPU请 求中断（注意，对于80C51需要将INTR信号 取反后接入 INT 0 或 INT1），CPU响应中断读 取数据。 读信号 RD 使INTR和IBF变为无 效。
（a）、（b）分别示出了当8255A的A口、B 口工作在方式1输入和输出时的状态字格式，状态 字中的INTEA和INTEB分别为A组和B组的中断允 许触发器状态，其余各位为相应引脚上的电平信 号。 （c）为8255A在方式2下的状态字格式。在 这个状态字中，INTE1和INTE2为8255A的允许中 断触发器状态，它们由C口的置位/复位控制字决 定，其余各位为同名引脚上的电平信号。D2～D0 由B组工作方式决定。
7.4.3 方式控制字和状态字
（1）方式控制字
8255A有3种工作模式，CPU通过向8255A中的控 制寄存器写入不同的控制字，可以确定8255A的工作 方式。控制字有两个，一个是工作方式选择控制字， 用于8255A的初始化；另一个是C口按位置位/复位 控制字，用于C口的位操作。这两个控制字使用同一口 地址，由最高位D7区分，若D7为1，此控制字为 8255A的工作方式选择控制字；若D7为0，此控制字 为8255A的C口按位置位/复位控制字。
方式1下数据输出时序图
当CPU向接口写数据时，（执行一条MOVX @DPTR，A指令），在 WR 有效期间将数据锁存 于A口或B口，之后 WR 上升沿使INTR＝0（即撤 除中断请求信号）、 OBF＝0（PC7输出负脉冲）， 通知外设A口或B口已准备好数据。一旦外设将数 据取走，就送出一个有效的 ACK 脉冲，该脉冲使 OBF ＝1，若CPU预置PC6＝1（A口）或PC2＝1 （B口）使INTE＝1，从而产生有效的INTR信号， 进而向CPU发出中断请求。CPU响应中断后就可向 端口写下一个数据，如此重复而已。