第7章并行接口8255
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
信息的输入输出。通过I/O接口，CPU可以从外 部设备输入各种信息，也可将处理结果输出到 外设；CPU可以控制I/O接口的工作（向I/O接口 写入命令），还可以随时监测与管理I/O接口和 外设的工作状态；必要时，I/O口还可以通过接 口向CPU发出中断请求。
接口的基本功能
命令、数据和状态的缓冲与锁存。因为CPU与 外设之间的时序和速度差异很大，为了能够确 保计算机和外设之间可靠地进行信息传送，要 求接口电路应具有信息缓冲能力。接口不仅应 缓存CPU送给外设的信息，也要缓存外设送给 CPU的信息，以实现CPU与外设之间信息交换的 同步。
并行接口是指主机与外设之间信息的传 送按字节或字进行；
串行接口是指主机与外设备之间信息的 传送是按通讯规则一位一位进行
并行接口
若干根传送数据的导线，组成数据总线。 根据同时可传送的数据位数，有不同的总线宽 度。8、16、32……
为控制数据传送过程，还需要表示数据状态的 信息，和控制数据传送（方向）等控制信息。 读、写和使能等信号——控制总线。
接口。
CPU与外设之间的连接
端口地址
8 数据
I/O端口1
数据
8088
8 IORQ
I/O端口2
RD I/O端口3
状态 控制
数据 I/O装置
来自 外设
WR
关于端口
在一个外设接口电路中用数据寄存器存放数
据，用状态寄存器来存放状态信息，用控制命令 寄存器存放控制信息。这些寄存器称为I/O端口， 每一个端口有一个端口地址，CPU寻址必须对端 口进行而不能笼统的对某个外设。另外，端口寄 存器往往是8位的，通常一个外设的数据端口也 是8位的，而状态与控制端口往往只用其中的一 位或两位，故不同的外设的状态和控制信息可以 共用一个端口。
组成；
B组，端口B和端口C的下(低)半部分(PC3~PC0) 组成。
8255A的端口操作
PC XT计算机中8255A地址为60H~7FH，共32个 地址，实际用60H~63H四个地址。
8255A的初始化操作
8255A工作方式只需一条指令，即可设置完成。 D7=1 表示设置8255A工作方式， D6、D5为A组工作方式选择，有三种方式。D4 为端口A的方向设定，D3为端口C上半部分方向 设定。其中D4、D3设定还要根据A组的工作方 式确定。
可编程芯片，功能比普通TTL、CMOS等芯片功 能强，有多种工作方式。
根据应用目的专门设计。适合特定的工作领域。 通用可编程芯片：PAL、GAL、CPLD、FPGA。
简单接口实验
LAB6000带的硬件实验3、4。 要求大约每一秒钟采样开关状态一次，并显示开
关状态。 （根据开关状态，改变显示方式：循环左移、循
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
输入输出设备（I/O，又称外设）是计算机系统的基 本组成部分, 是实现计算机与外界交换信息的设备。
常见的外设有键盘，显示器，打印机，鼠标，开关 量输入输出通道和A/D，D/A转换器等等。
接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
简单I/O输出接口--8282
简单I/O输入接口
缓冲器作为输入接口：必须具有三态输出功能。 74LS244，74 LS245 等 。 与 8286 芯 片 逻 辑 类似。
锁存器作为输入接口：带寄存器。 （74LS373，74LS374）
信号经“缓冲”后，增强驱动能力（可驱动8 个TTL芯片）。74LS244，74LS245。
8255A的工作方式—方式2
8255A的工作方式—方式2
CPU对8255A的数据读写用RD和WR，外设对 8255A数据的读写分别用ACK和STB。
简单I/O输出接口
采用（缓冲）锁存器作为输出接口。 锁存器 74LS373（74LS374，74LS273）：
封装相同，功能相似，引脚定义基本相同。与 8282的逻辑功能类似。 功能上的差别： 373：电平触发，三态输出 374：边沿触发，三态输出 273：边沿触发，带总清。非三态输出
简单I/O输出接口—74ls373
注意：再简单的接口也有地址 问题，CS为片选信号，确定地 址。
图中，一为输出、一为输入， 因此CS可以不同，也可以相同 （用同一地址）。
每一个373可接8个发光二极管，
每一个245（244）可接8个
开关。
输入输出接口扩展
CPU引脚数有限，（直接带负载能力有限）。 扩大系统的适应能力
只要适合应用目的的芯片都可以用。（注意逻辑 与电平的匹配问题。）
D2、D1、D0为B组工作方式选择，只有方式0 和方式1。
8255A的控制字格式
8255A的工作方式—方式0
基本输入输出方式，无应答式的联络信号 。 A、B、C三个端口都可以工作在方式0。 方式0对输出数据锁存，输入数据不锁存。
8255A的工作方式—方式0
端口C可以分成上、下两个4位端口，分别设置。 因此8255A可看成有四个端口。两个8位端口，两 个四位端口。
I/O接口是建立在CPU与外设之间，使两者动作协 调的一组逻辑控制电路的总称。
即在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解决CPU与 外设之间存在的数据形式、数据的传递方式、以及 传递速率上存在的差异。
I/O接口的功能：对数据传输的控制。
输入输出接口的两个基本问题
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
接口的基本结构
接口电路一般由数据变换、数据缓冲（锁 存），以及控制和反映状态的电路组成。
接口的基本结构
数据口：数据传送。（与系统数据总线连接）。 地址总线+片选信号：片选信号的惟一性。 控制口：用来完成对接口电路的操作。 状态口：保存外设的工作状态。由一组寄存器构
成。 有的接口电路本身就带有微处理器，称为智能型
设置为工作方式１，端口A和端口B作为数据 端口，并且每个数据端口分别利用端口C指定 的3个引脚作为应答联络信号。
工作方式１，输入、输出的数据都锁存。并且， 端口具有中断请求逻辑和中断允许触发器。
C端口的未被方式1征用的引脚仍可以工作在方 式0。
8255A的工作方式—方式1选通输入方式
8255A的工作方式—方式1选通输入方式
环右移、8位同时闪烁、间隔闪烁……）
并行接口电路8255A
一种通用、可编程、接口电路芯片，（3个8位 并行数据接口）。扩展了CPU端口。
40个引脚，双列直插式封装； 单5V电源，TTL电平； 3种工作方式，可构成各种类型的接口电路。 8255A内部有与外设接口和与处理器接口两部
分组成 。
端口C的3个引脚成为应答联络（控制）信号线，在 输入方式下它们的功能为 ：
STB：选通信号，输入，低电平有效。由输入设备来，将 数据锁存至8255A内部输入锁存器控制信号。
IBF：输入锁存器满信号 ，输出，高电平有效。向输入设 备报告输入锁存器状态。STB为低电平时置高，CPU 来的RD读数据信号的上升沿（后沿）使其变低 。
关于端口
I/O接口： 将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称 实现外设与主机之间的信息交换
I/O端口： 接口中的寄存器
接口的类型
（1）接口芯片按通用性可以分为两类：专 用接口和通用接口
显示控制器，键盘控制器等属于专用接口； 而通用接口可以供几类外设使用。
接口的类型
（2）接口芯片按与外设数据的传送方式可 以分为并行接口和串行接口
8255A的内部结构和外部引脚
8255A与处理器的接口
双向数据总线D7~D0 ； 读信号、写信号： RD、 WR ； 地址信号A1、A0； 片选信号 CS 。 复位信号RESET ：高电平时复位8255A，使所
有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除，所有 数据端口(端口A、B和C)均被置成输入方式 。
信息转换。I/O接口还要实现信息格式变换、 电平转换、码制转换、传送管理以及联络控制 等功能。
接口的基本功能
输入/输出（Input/Output）接口的作用： 接口是完成计算机与外界的数据交换，主
机和外部设备两者之间的同步与协调，速度的 匹配和数据格式转换的逻辑部件。它是计算机 系统的重要组成部分。
高，占用处理器较多的时间，或对外设服务 不及时 。 用于对发光二极管 、开关、继电器、电动机 等简单设备操作和状态测试。
并行接口
中断方式 ：中断方式是外设主动向处理器申 请服务 。处理器工作效率高，并且能使外设 及时得到服务。（第六章的中断系统）。
DMA方式 ：在存储器与外设之间开辟一条高 速数据通道，在传送过程中不需要处理器参ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 大量数据传输时效率高。（第8章）。
微机接口技术
课程要求： 学习各种类型接口芯片的： • 基本工作原理 • 基本程序设计 • 芯片与CPU连接
电路设计： 将各种芯片按要求的地址空间分配，设
计电路原理图
1、I/O接口的概念和基本原理 2、简单I/O接口 3、并行接口电路8255A
3
接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
向数据端口。 8255A只有端口A可以工作于方式2，同时还要用到
端口C的5根信号线。
此时，端口B还可工作于方式1(配合端口C的剩余3个 引脚)，也可工作于方式0(端口C的剩余3个引脚也工 作于方式0)。
方式2时，输入和输出数据均进行锁存。并且输出锁 存器满时，数据不出现在端口数据线上，只有ACK信 号有效时，数据才出现在端口上。
ACK：外设响应信号，低有效。读端口数据。并 清OBF。（注意不清输出锁存器）
INTR：中断请求信号，输出，高有效。当外设 接收数据后，8255A输出此信号向CPU提出中 断请求 。WR的下降沿使其复位 。
8255A的工作方式—方式1输入输出混合方式
8255A的工作方式—方式2
方式0和1，工作时均只能是单向。 方式2是将方式1的选通输入输出功能组合成一个双
ALE、IO/M、RD、WR、DT/R、DEN、（CS） （INTR、INTA）
并行接口
对处理器而言，数据传送仍然为输入输出操 作过程。
8086/8088的传送指令MOV和输入输出指 令IN、OUT。 RD、WR、（M/IO）
可有三种工作方式：查询、中断和DMA。 查询方式：处理器询问外设。简单，效率不
8255A的扩展端口
共有3个八位的并行端口（A、B、C）。对应的 引脚分别是PA7~PA0、PB7~PB0，和PC7~PC0。 C口还可分为2个四位端口。都可以通过编程设 定为输入或输出端口 。
三个端口分成A、B两组，共有三种工作方式。 A组，端口A和端口C的上(高)半部分(PC7~PC4)
INTR：中断请求信号，高电平有效。8255A的输出信号， 可用于向CPU提出中断请求 。（接8259的IR脚）。
注意：要使INTR有效必须置为INTE（对应的C口引脚的 内部寄存器）
8255A的工作方式—方式1选通输出方式
8255A的工作方式—方式1选通输出方式
OBF：输出缓冲（锁存）器满信号，输出，低有 效。表示CPU已将数据输出到指定的端口。它 由CPU的WR信号上升沿（后沿）置有效，由外设 来的ACK信号（取数据）恢复为高。
同一端口的各位方向相同。
从四个端口全设为输出，到全设为输入，共有 16种组合方式。（D4、D3、D1、D0）
方式0功能最简单，并且在端口侧没有控制信号 和状态信号。功能相当于373（输出），或244 （输入）。
8255A的工作方式—方式0
8255A的工作方式—方式1
选通输入输出方式：可设置方向的单向端口， 端口带控制逻辑。
I/O设备 地址总线 控制总线
1. 中央处理器如何识别各个设备； 2. 中央处理器如何控制设备的工作、响应设备
的请求和进行数据交换。
接口的基本功能
I/O地址译码与设备选择。所有外设都通过I/O 接口挂接在系统总线上，在同一时刻，总线只 允许一个外设与CPU进行数据传输。因此，只有 通过地址译码选中的I/O接口允许与总线相通， 而未被选中的I/O接口呈现为高阻状态，与总线 隔离。
简单I/O输入接口-- 74ls244
74LS244
分为两组， 每组4位。
单向缓冲器、 三态输出。
控制信号：G
简单I/O双向接口-- 74ls245
74LS245
8位双向缓 冲器、三态 输出。
控制信号： DIR、G
简单I/O双向接口-- 8286
简单接口电路
采用74LS245和74LS373作为 输入输出接口。
接口的基本功能
命令、数据和状态的缓冲与锁存。因为CPU与 外设之间的时序和速度差异很大，为了能够确 保计算机和外设之间可靠地进行信息传送，要 求接口电路应具有信息缓冲能力。接口不仅应 缓存CPU送给外设的信息，也要缓存外设送给 CPU的信息，以实现CPU与外设之间信息交换的 同步。
并行接口是指主机与外设之间信息的传 送按字节或字进行；
串行接口是指主机与外设备之间信息的 传送是按通讯规则一位一位进行
并行接口
若干根传送数据的导线，组成数据总线。 根据同时可传送的数据位数，有不同的总线宽 度。8、16、32……
为控制数据传送过程，还需要表示数据状态的 信息，和控制数据传送（方向）等控制信息。 读、写和使能等信号——控制总线。
接口。
CPU与外设之间的连接
端口地址
8 数据
I/O端口1
数据
8088
8 IORQ
I/O端口2
RD I/O端口3
状态 控制
数据 I/O装置
来自 外设
WR
关于端口
在一个外设接口电路中用数据寄存器存放数
据，用状态寄存器来存放状态信息，用控制命令 寄存器存放控制信息。这些寄存器称为I/O端口， 每一个端口有一个端口地址，CPU寻址必须对端 口进行而不能笼统的对某个外设。另外，端口寄 存器往往是8位的，通常一个外设的数据端口也 是8位的，而状态与控制端口往往只用其中的一 位或两位，故不同的外设的状态和控制信息可以 共用一个端口。
组成；
B组，端口B和端口C的下(低)半部分(PC3~PC0) 组成。
8255A的端口操作
PC XT计算机中8255A地址为60H~7FH，共32个 地址，实际用60H~63H四个地址。
8255A的初始化操作
8255A工作方式只需一条指令，即可设置完成。 D7=1 表示设置8255A工作方式， D6、D5为A组工作方式选择，有三种方式。D4 为端口A的方向设定，D3为端口C上半部分方向 设定。其中D4、D3设定还要根据A组的工作方 式确定。
可编程芯片，功能比普通TTL、CMOS等芯片功 能强，有多种工作方式。
根据应用目的专门设计。适合特定的工作领域。 通用可编程芯片：PAL、GAL、CPLD、FPGA。
简单接口实验
LAB6000带的硬件实验3、4。 要求大约每一秒钟采样开关状态一次，并显示开
关状态。 （根据开关状态，改变显示方式：循环左移、循
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
输入输出设备（I/O，又称外设）是计算机系统的基 本组成部分, 是实现计算机与外界交换信息的设备。
常见的外设有键盘，显示器，打印机，鼠标，开关 量输入输出通道和A/D，D/A转换器等等。
接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
简单I/O输出接口--8282
简单I/O输入接口
缓冲器作为输入接口：必须具有三态输出功能。 74LS244，74 LS245 等 。 与 8286 芯 片 逻 辑 类似。
锁存器作为输入接口：带寄存器。 （74LS373，74LS374）
信号经“缓冲”后，增强驱动能力（可驱动8 个TTL芯片）。74LS244，74LS245。
8255A的工作方式—方式2
8255A的工作方式—方式2
CPU对8255A的数据读写用RD和WR，外设对 8255A数据的读写分别用ACK和STB。
简单I/O输出接口
采用（缓冲）锁存器作为输出接口。 锁存器 74LS373（74LS374，74LS273）：
封装相同，功能相似，引脚定义基本相同。与 8282的逻辑功能类似。 功能上的差别： 373：电平触发，三态输出 374：边沿触发，三态输出 273：边沿触发，带总清。非三态输出
简单I/O输出接口—74ls373
注意：再简单的接口也有地址 问题，CS为片选信号，确定地 址。
图中，一为输出、一为输入， 因此CS可以不同，也可以相同 （用同一地址）。
每一个373可接8个发光二极管，
每一个245（244）可接8个
开关。
输入输出接口扩展
CPU引脚数有限，（直接带负载能力有限）。 扩大系统的适应能力
只要适合应用目的的芯片都可以用。（注意逻辑 与电平的匹配问题。）
D2、D1、D0为B组工作方式选择，只有方式0 和方式1。
8255A的控制字格式
8255A的工作方式—方式0
基本输入输出方式，无应答式的联络信号 。 A、B、C三个端口都可以工作在方式0。 方式0对输出数据锁存，输入数据不锁存。
8255A的工作方式—方式0
端口C可以分成上、下两个4位端口，分别设置。 因此8255A可看成有四个端口。两个8位端口，两 个四位端口。
I/O接口是建立在CPU与外设之间，使两者动作协 调的一组逻辑控制电路的总称。
即在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解决CPU与 外设之间存在的数据形式、数据的传递方式、以及 传递速率上存在的差异。
I/O接口的功能：对数据传输的控制。
输入输出接口的两个基本问题
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
接口的基本结构
接口电路一般由数据变换、数据缓冲（锁 存），以及控制和反映状态的电路组成。
接口的基本结构
数据口：数据传送。（与系统数据总线连接）。 地址总线+片选信号：片选信号的惟一性。 控制口：用来完成对接口电路的操作。 状态口：保存外设的工作状态。由一组寄存器构
成。 有的接口电路本身就带有微处理器，称为智能型
设置为工作方式１，端口A和端口B作为数据 端口，并且每个数据端口分别利用端口C指定 的3个引脚作为应答联络信号。
工作方式１，输入、输出的数据都锁存。并且， 端口具有中断请求逻辑和中断允许触发器。
C端口的未被方式1征用的引脚仍可以工作在方 式0。
8255A的工作方式—方式1选通输入方式
8255A的工作方式—方式1选通输入方式
环右移、8位同时闪烁、间隔闪烁……）
并行接口电路8255A
一种通用、可编程、接口电路芯片，（3个8位 并行数据接口）。扩展了CPU端口。
40个引脚，双列直插式封装； 单5V电源，TTL电平； 3种工作方式，可构成各种类型的接口电路。 8255A内部有与外设接口和与处理器接口两部
分组成 。
端口C的3个引脚成为应答联络（控制）信号线，在 输入方式下它们的功能为 ：
STB：选通信号，输入，低电平有效。由输入设备来，将 数据锁存至8255A内部输入锁存器控制信号。
IBF：输入锁存器满信号 ，输出，高电平有效。向输入设 备报告输入锁存器状态。STB为低电平时置高，CPU 来的RD读数据信号的上升沿（后沿）使其变低 。
关于端口
I/O接口： 将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称 实现外设与主机之间的信息交换
I/O端口： 接口中的寄存器
接口的类型
（1）接口芯片按通用性可以分为两类：专 用接口和通用接口
显示控制器，键盘控制器等属于专用接口； 而通用接口可以供几类外设使用。
接口的类型
（2）接口芯片按与外设数据的传送方式可 以分为并行接口和串行接口
8255A的内部结构和外部引脚
8255A与处理器的接口
双向数据总线D7~D0 ； 读信号、写信号： RD、 WR ； 地址信号A1、A0； 片选信号 CS 。 复位信号RESET ：高电平时复位8255A，使所
有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除，所有 数据端口(端口A、B和C)均被置成输入方式 。
信息转换。I/O接口还要实现信息格式变换、 电平转换、码制转换、传送管理以及联络控制 等功能。
接口的基本功能
输入/输出（Input/Output）接口的作用： 接口是完成计算机与外界的数据交换，主
机和外部设备两者之间的同步与协调，速度的 匹配和数据格式转换的逻辑部件。它是计算机 系统的重要组成部分。
高，占用处理器较多的时间，或对外设服务 不及时 。 用于对发光二极管 、开关、继电器、电动机 等简单设备操作和状态测试。
并行接口
中断方式 ：中断方式是外设主动向处理器申 请服务 。处理器工作效率高，并且能使外设 及时得到服务。（第六章的中断系统）。
DMA方式 ：在存储器与外设之间开辟一条高 速数据通道，在传送过程中不需要处理器参ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 大量数据传输时效率高。（第8章）。
微机接口技术
课程要求： 学习各种类型接口芯片的： • 基本工作原理 • 基本程序设计 • 芯片与CPU连接
电路设计： 将各种芯片按要求的地址空间分配，设
计电路原理图
1、I/O接口的概念和基本原理 2、简单I/O接口 3、并行接口电路8255A
3
接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
向数据端口。 8255A只有端口A可以工作于方式2，同时还要用到
端口C的5根信号线。
此时，端口B还可工作于方式1(配合端口C的剩余3个 引脚)，也可工作于方式0(端口C的剩余3个引脚也工 作于方式0)。
方式2时，输入和输出数据均进行锁存。并且输出锁 存器满时，数据不出现在端口数据线上，只有ACK信 号有效时，数据才出现在端口上。
ACK：外设响应信号，低有效。读端口数据。并 清OBF。（注意不清输出锁存器）
INTR：中断请求信号，输出，高有效。当外设 接收数据后，8255A输出此信号向CPU提出中 断请求 。WR的下降沿使其复位 。
8255A的工作方式—方式1输入输出混合方式
8255A的工作方式—方式2
方式0和1，工作时均只能是单向。 方式2是将方式1的选通输入输出功能组合成一个双
ALE、IO/M、RD、WR、DT/R、DEN、（CS） （INTR、INTA）
并行接口
对处理器而言，数据传送仍然为输入输出操 作过程。
8086/8088的传送指令MOV和输入输出指 令IN、OUT。 RD、WR、（M/IO）
可有三种工作方式：查询、中断和DMA。 查询方式：处理器询问外设。简单，效率不
8255A的扩展端口
共有3个八位的并行端口（A、B、C）。对应的 引脚分别是PA7~PA0、PB7~PB0，和PC7~PC0。 C口还可分为2个四位端口。都可以通过编程设 定为输入或输出端口 。
三个端口分成A、B两组，共有三种工作方式。 A组，端口A和端口C的上(高)半部分(PC7~PC4)
INTR：中断请求信号，高电平有效。8255A的输出信号， 可用于向CPU提出中断请求 。（接8259的IR脚）。
注意：要使INTR有效必须置为INTE（对应的C口引脚的 内部寄存器）
8255A的工作方式—方式1选通输出方式
8255A的工作方式—方式1选通输出方式
OBF：输出缓冲（锁存）器满信号，输出，低有 效。表示CPU已将数据输出到指定的端口。它 由CPU的WR信号上升沿（后沿）置有效，由外设 来的ACK信号（取数据）恢复为高。
同一端口的各位方向相同。
从四个端口全设为输出，到全设为输入，共有 16种组合方式。（D4、D3、D1、D0）
方式0功能最简单，并且在端口侧没有控制信号 和状态信号。功能相当于373（输出），或244 （输入）。
8255A的工作方式—方式0
8255A的工作方式—方式1
选通输入输出方式：可设置方向的单向端口， 端口带控制逻辑。
I/O设备 地址总线 控制总线
1. 中央处理器如何识别各个设备； 2. 中央处理器如何控制设备的工作、响应设备
的请求和进行数据交换。
接口的基本功能
I/O地址译码与设备选择。所有外设都通过I/O 接口挂接在系统总线上，在同一时刻，总线只 允许一个外设与CPU进行数据传输。因此，只有 通过地址译码选中的I/O接口允许与总线相通， 而未被选中的I/O接口呈现为高阻状态，与总线 隔离。
简单I/O输入接口-- 74ls244
74LS244
分为两组， 每组4位。
单向缓冲器、 三态输出。
控制信号：G
简单I/O双向接口-- 74ls245
74LS245
8位双向缓 冲器、三态 输出。
控制信号： DIR、G
简单I/O双向接口-- 8286
简单接口电路
采用74LS245和74LS373作为 输入输出接口。