8255A的功能与结构

Posted 2021-02-20 hhhighway

8255A可编程外围设备接口（programmable perphheral interface，PPI）是一种通用的可编程并行I/O接口器件。它可以作为Intel系列微处理器或其它系列微处理器的接口器件，可以将任何与TTL兼容的I/O设备与微处理器连接。在与主频不高于8MHz的微处理器一起工作时，不需要插入等待周期。

它有24个可编程I/O引脚，分为两组，每组12个，可以以3种不同的操作方式工作。它的每个I/O引脚可以提供2.5mA的吸入电流，最大4mA。8255A常常用作键盘和打印机端口。它的价格低廉，使用方便，得到了广泛的应用。

8255A的功能结构

由图可得：

（1）数据总线缓冲器

D7～D0与系统数据总线相连，负责与CPU进行数据交换。包括输入输出数据、控制字和状态字。

（2）读/写控制逻辑

接收来自CPU的地址信息和控制信息。

（3）A组控制和B组控制

这两组控制逻辑电路接收来自CPU的控制字，控制两组端口的工作方式及读/写操作。A组控制端口A和端口C的高4位，B组控制端口B和端口C的低4位。

（4）端口A、B、C

8255A有3个8位数据输入/输出端口：端口A、端口B和端口C，分别简称为A口、B口和C口。它们对外的引线分别是PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。C口可分成两个4位的端口：C口高4位（PC7～PC4）和C口低4位（PC3～PC0）。

三个端口按组编程

端口A和端口B都有一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。端口C有一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。

端口C可以按位操作。

8255A的引脚功能

双列直插，40根引脚

D7~D0：数据信号线

CS：片选信号输入引脚，低电平有效

RD：读信号输入引脚，低电平有效

WR：写信号输入引脚，低电平有效

RESET：复位信号输入引脚，高电平有效。用于将8255A控制字寄存器清“0”，并将A、B、C口置成输入状态

A1、A0：端口选择信号输入引脚

8255A的工作方式

8255A可以无条件方式、查询方式和中断方式完成CPU与外设的数据交换。

以无条件方式工作时，端口A、B和C都可以作为数据输入/输出端口。

以查询或中断方式工作时，A口与B口可以作为数据输入/输出端口，C口作为握手联络信号，负责输出控制信息或输入状态信息。

8255有三种工作方式：方式0、方式1、方式2；

方式0：基本输入输出方式

• 适合于三个端口；
• A口、C口的高4位、B口、C口的低四位可分别定义为输入或输出，共有四个部分，故共有16种组合。
• C口可以按位进行置位（置0）和复位（置1）。

方式0最适用于无条件传送方式；

也能用于查询工作方式，比较勉强，这时可以把C口的高4位定义为输入口，输入外设的状态信号，而将C口的低四位定义为输出口，输出控制信息；这时可用A、B口传送数据；

方式0不能工作在中断方式；

方式1：选通输入输出方式

A口、B口作为数据的输入口或输出口，但数据的输入输出要在控制信号的控制下，控制信号由C口的某些位来提供；

方式1适用于程序查询和中断控制方式，它不能工作在无条件传送方式下；

选通输出

在方式1下，A口、B口都可以选通输出数据，C口的6条线作为选通控制信号：PC3、PC6、PC7配合A口，PC0、PC1、PC2配合B口；

OBF：输出缓冲器满信号，低电平有效，当A口/B口有数据时，OBF就会变成低电平，高电平时，CPU可往A口/B口放送数据

ACK：外设收到数据的应答信号

INTE：中断允许状态

INTR：中断请求信号，高电平有效

总结：

• 查询方式

  查询端口C的BIT7，如果是0则等待；如果不是0，则CPU发送数据。

  WAIT:  IN  AL,PORTC  # 从端口C读取数据
  
         TEST AL,BIT7
  
         JZ  WAIT
  
         MOV  AL,[SI]
  
         OUT PORTA,AL
  

• 中断方式

  1. PC3置1，请求中断
  2. 置位PC6，允许中断
  3. 数据从端口输出，导致OBF变成高电平，证明端口数据被取走，CPU就会往端口放送数据
  4. INTE与PC7构成一个与门，导致PC3再次置1

选通输入

A口、B口都可以选通输入数据，C口的6条线作为选通控制信号：PC3、PC4、PC5配合A口，PC0、PC1、PC2配合B口；

方式1：

STB：输入选通信号，外设用它将数据锁存于输入数据缓冲器中

IBF：数据输入缓冲器满，STB的应答信号，高电平有效

INTE：中断允许状态

INTR：中断请求信号，高电平有效

方式2：双向传输方式

只有A口可以工作在这种方式下。既能发送数据，又能接收数据；它还要利用C口的5条线作为控制信号线； A口的输入输出均具有数据锁存能力，数据的输入输出均可以引起中断；

方式2适用于程序查询和中断控制方式。它不能工作在无条件传送方式下。

这时B口可以工作在方式0或方式1，C口剩余的3条线可以作为输入输出线或方式1下的控制线。

8255的控制字

1. 方式选择控制字

   

【例题】

? 设8255的端口地址为FBC0~FBC3H，A口设置方式0输入，B口方式0输出，C口高4位方式0输出，C口低4位方式0输入。

控制字为：10010001B => 91H

8255初始化程序为：

# 由8255的端口地址为FBC0~FBC3H可知，控制端口为FBC3H
MOV  DX, 0FBC3H # 以字母F开头，须在前面加一个0

MOV  AL, 91H
 
OUT  DX, AL

2. 按位操作控制字

   

   设置PC0为置位，则：00000001

   设置PC4为复位，则：00001000

【例题】

? 设8255的端口地址为FBC0~FBC3H，A口设置方式0输出，B口方式0输入，C口高4位方式0输出，C口低4位方式0输入，利用C口PC5产生连续的方波信号，信号的高、低电平宽度可调用延时子程序DELAY实现。

控制字为：10000011B =>83H

8255初始化程序为：

     MOV  DX, 0FBC3H

     MOV  AL, 83H

     OUT  DX, AL

FB : MOV  AL, 0BH   #00001011B 高电平

     OUT  DX, AL     ;PC5置位

     CALL  DELAY   ;维持高电平

     MOV  AL, 0AH

     OUT  DX, AL     ;PC5=0

     CALL  DELAY    ;维持低电平

     JMP   FB      ;连续输出方波信号

8255与微处理器的连接

1. 8255A的D7～D0分别与系统总线的D7～D0相连;

2. RD、WR分别与系统总线的RD、WR信号或者IOR和IOW?信号相连;

3. A1、A0分别与系统地址线A1、A0相连;

4. CS由系统地址总线A2~A15译码生成。

   在PC机中，8255A的I/O端口地址为60H_{63H和端口378H}37BH。端口60H_{63H用于键盘、扬声器和定时器，端口378H}37BH用于并行打印机（LPT1）端口。

端口地址

8255A包含A口、B口、C口三个独立的数据端口，及一个控制端口。各端口地址如下：

A1A0=00 A口

A1A0=01 B口

A1A0=10 C口

A1A0=11 控制端口

1. 该图表示8255A有四个地址，因为这里有两根线?A1?A0，这两根线决定了8255有四个地址

2. 8255要正常工作，必须CS为有效，而CS与Y2相连，也就是Y2必须输出有效信号

3. 如果Y2要有效，必须让74LS138译码器有效，而要74LS138译码器有效，必须使得：G1为高电平，G2A为低电平，G2B为低电平这三个一定要满足

4. C B A 决定Y2是否有效 (不一定是Y2，所以C B A 的值根据下面的值变化)

   C??B??A

   0???0???0??Y0有效

   0???0???1??Y1有效

   0???1???0??Y2有效

   0???1???1??Y3有效

   1???0???0??Y4有效

   1???0???1??Y5有效

   1???1???0??Y6有效

   1???1???1??Y7有效

5. 把图中CPU的所以地址线A7~A0列出来计算得出地址值

8255A初始化

? 8255A初始化，设定端口的工作方式和输入/输出方向，即将方式控制字写入控制端口。

初始化程序段如下：

MOV  DX, PORT-Ctrl       ;8255A的控制口地址送DX

MOV  AL, mode          ;将方式选择控制字内容送AL

OUT  DX, AL            ;写入控制口，完成初始化

键盘接口

利用8255A可以很方便地连接线性键盘和矩阵键盘。

• 按键数量大的键盘通常采用矩阵结构，如计算机键盘，利用一片8255A的A口和C口的高4位作为行线，B口和C口的低4位作为列线，可以构成12X12=144的矩阵键盘。
• 识别键盘上哪个键被压下的过程称为键盘扫描。
• 键盘扫描有两种方法：行扫描法和反转法。

行扫描法

1. PC7~PC4 输出全 0（所有行置0），从 PC3~PC0 读入，若读入的数据不是 0FH，表明某一列有键按下；
2. 延时 20ms 去抖动（按键按下时的讯号不稳定），重复第一步动作，若还有键闭合，则认为确实有键闭合；否则返 回第一步；
3. 查找被确认的键；从第 0 行开始逐行输出 0，其他行输出1（每次只有扫描到的行为0，其他的都为1），然后读入列的值，检测是否为0FH，如果是0FH则检测下一行，如果不是则已经找到按键所在的行，输出所在的行；
4. 将输出的行值数据与第 1 步输入的数据组成一个字节，查表（键的位置码表），确定键值。（如上图的键值8，其位置码位BE）

反转法

图上每行每列比行扫描法都多了一个电阻

1. 将 PC7~PC4 设定为输出，PC3~PC0 设定为输入。然后 PC7~PC4 输出全 0，从 PC3~PC0 读入列值，若读入的数据有一位为 0，表明该列有键按下，保存列值；
2. 延时 20ms 去抖动，重复第一步动作，若还有键闭合，则认为确实有键闭合；否则返 回第一步；
3. 将 PC7~PC4 设定为输入，PC3~PC0 设定为输出。把保存的列值从 PC3~PC0 输出， 从 PC7~PC4 读入行值，读入的数据必有一位为 0，保存行值。将行值和列值组合在 一起，用查表的方法得到按键的键值。