微機(jī)原理及應(yīng)用：第7章 并行接口和并行通信

1、第七章 并行通信和并行接口 并行通信就是把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進(jìn)行傳輸，并行通信的信息實(shí)際傳輸速度快、信息率高，距離增加電纜開銷大。和串行通訊不同，當(dāng)前還沒有標(biāo)準(zhǔn)化，也沒有對同步傳輸和異步傳輸作嚴(yán)格定義。實(shí)行并行通信的接口就是并行接口，可設(shè)計(jì)成單獨(dú)輸入、單獨(dú)輸出、既輸入又輸出。 并行接口中應(yīng)該有一個控制寄存器用來接收CPU的命令，有一個狀態(tài)寄存器提供各種狀態(tài)位供CPU查詢，還必須有相應(yīng)的輸入輸出緩沖寄存器。輸入過程中，外設(shè)將數(shù)據(jù)送給接口，并使數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好高電平，接口接收數(shù)據(jù)并使數(shù)據(jù)輸入回答高電平，以撤銷數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好 圖7.0并行接口連接外設(shè)示意圖 在輸出過程中,每當(dāng)外設(shè)從接口

2、取走一個數(shù)據(jù)后,接口就會將狀態(tài)寄存器中的“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位置1.當(dāng)CPU輸出的數(shù)據(jù)到達(dá)接口的輸出緩沖寄存器后,接口會自動清除“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位,并將數(shù)據(jù)送往外設(shè),與此同時,接口往外設(shè)發(fā)送一個“數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)備好”啟動外設(shè)接收數(shù)據(jù). 7.1可編程并行通信接口8255A8255A是Intel系列的并行接口芯片，由于它是可編程的，可通過軟件來設(shè)置芯片的工作方式，與外設(shè)相連時通常不需要附加電路，使用方便。7.1.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見圖7.1 由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)端口A、B、C 有3個8位數(shù)據(jù)端口，端口A、B、C?？捎密浖⑺鼈冊O(shè)為輸入或輸出端口，但3口各有特點(diǎn)。端口A

3、端口A對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器和1個8位輸出鎖存器緩沖器。 端口B端口B對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器和1個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器緩沖器。端口C端口C對應(yīng)1個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器和1個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器緩沖器。在使用中，A、B常作為獨(dú)立的輸入或輸出口，C口配合他們的工作。 1. A組控制和B組控制一方面接收芯片內(nèi)部總線上的控制字，一方面接收來自讀寫命令，據(jù)此決定兩組端口的工作方式和讀寫操作。A組控制電路控制A口和端口C的高4位，B組控制B和C的低4位。2. 讀寫控制邏輯電路接收CS、A1、A0、RESET、WR、RD，組合后得到對A、B組的控制命令 數(shù)據(jù)總線緩沖器 是一個雙向3態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，82

4、55由此輸入輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)、命令。7.1.2 8255A的芯片引腿信號圖7.2是8255A的芯片引腿信號，除電源和地外，可分為兩組： 圖7.2是8255A的芯片引腿信號，除電源和地外，可分為兩組： 和外設(shè)一邊相連的 PA7PA0：A口數(shù)據(jù)信號PB7PB0：B口數(shù)據(jù)信號PC7PC0：C口數(shù)據(jù)信號1. 和CPU一邊相連的RESET：復(fù)位信號，高電平到來時所有內(nèi)部寄存器被清零，3口均輸入。 D7D0：8255的數(shù)據(jù)線，和CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。CS：片選信號由某幾位地址線組合選中8255,有效時RD、WR才起作用。RD、WR：芯片讀出和寫入信號，控制CPU與8255之間交換數(shù)據(jù)。A1、A0：端口選擇

5、信號，8255內(nèi)部有3個數(shù)據(jù)端口和1個控制口，8086的16位數(shù)據(jù)線中低8位與8255相連，故4口均為偶地址，A2連A1，A1連A0，CPU的A0賦0，即可保證.表5.4 8255A的控制信號與傳輸動作的關(guān)系 7.1.3 8255A的控制字8255A可以通過指令在控制端口中設(shè)置控制字來決定它的工作.控制字分為兩類:芯片各端口的方式選擇控制字(D71為方式字標(biāo)識符特征位)，可使3個數(shù)據(jù)端口(分兩組)工作在不同方式,A組：A口和C口高4位B組：B口和C口低4位 端口C置1置0控制字（D70為置1置0字標(biāo)識符）方式選擇控制字 圖7.3 方式選擇控制字的格式 8255A有3種基本工作方式方式0:基本的

6、輸入輸出方式方式1:選通的輸入輸出方式方式2:雙向傳輸方式A口可有3種工作方式；B口可方式0和方式1；C口配合A、B口的工作同一組的兩個口可分別輸入輸出，不要求一致。 例子：方式選擇控制字的使用，8086系統(tǒng)中有兩個8255芯片J1、J2。兩片8255A在8086系統(tǒng)中的連接 J1 、J2的片選信號CS通過38譯碼器74LS138來供給。例子：要求J1各端口工作于如下方式A口：方式0，輸出； B口：方式0，輸入；C口高4位：輸出； C口低4位輸入J1的方式控制字如下圖 J1的方式控制字如下圖 也就是83H，應(yīng)寫入J1的控制口0026H如果又要求J2的A口：方式0，輸入； B口：方式1，輸出C高

7、：輸出 C低：配合B口；控制字為下圖 也就是94H，應(yīng)寫入J2控制口2E初始化程序如下：MOV AL,83HMOV DX,0026H OUT DX,ALMOV AL,94HMOV DX,002EHOUT DX,AL 2. 端口C置1置0控制字端口C的數(shù)位常常作為控制位使用,可用置1置0指令單獨(dú)設(shè)置.當(dāng)8255收到寫入控制口的控制字時,測試D7=1 ? ,D7=0則為置1置0控制字格式見圖7.5所示 置1置0控制字格式見圖7.5所示 幾點(diǎn)說明： C口置1置0控制字盡管對C口操作，但要寫入控制口地址。OUT PORTCONTROL, AL置1置0控制字D0位決定了置1還是置0，D00則置0，1置1

8、 置1置0控制字的D3、D2、D1位決定了對C口中哪一位進(jìn)行操作置1置0控制字的D6、D5、D4位不影響此操作，但D70。 例子：置PC7=1、PC3=0，操作如下：MOVAL，0FH對PC7置1的控制字0 000 111 1MOVDX，002EH；控制口地址送DXOUTDX，AL；對PC7進(jìn)行置1操作MOVAL，06H；對PC3置0的控制字0 000 011 0OUTDX，AL；對PC3進(jìn)行置0操作 8255A的工作方式 1. 方式0方式0的工作特點(diǎn)方式0也叫基本輸入輸出方式，端口C還可分成兩個4位口，4個口分別輸入輸出，16種組合。方式0的輸入輸出時序方式0的時序比較簡單，輸入時，要滿足：

9、要求CPU在發(fā)出讀信號前，先發(fā)出地址信號，使CS A1 A0有效啟動8255 CPU發(fā)出讀信號前，外設(shè)已將數(shù)據(jù)送到8255的輸入緩沖器中8255在讀信號有效后經(jīng)過tRD時間，可使數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上得到穩(wěn)定，3要求 3要求 在整個讀出期間，地址信號保持有效 輸入數(shù)據(jù)必須保持到讀信號消失后才消失 要求讀脈沖的寬度至少為300ns要求易于滿足(8086配備地址鎖存器)，要求取決于輸入設(shè)備。難怪方式0不常用，無應(yīng)答信號，太不牢靠了。 圖7.6 是方式0輸出時序（也較簡單） 地址信號必須在寫信號前tAW時間 寫脈沖寬度至少要有400ns 數(shù)據(jù)必須在寫信號結(jié)束前tDW時間就能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，且保持tWD時

10、間方式0的使用場合方式0的使用場合有兩種，一種是同步傳送，一種是查詢式傳送。 同步傳送時，發(fā)送方和接收方的動作由一個時序信號來管理，所以雙方知道對方的動作，不需要應(yīng)答動作，即CPU不需要查詢外設(shè)狀態(tài)。查詢式傳送時，方式0沒有固定的應(yīng)答信號，可以指定C口的高或低4位作為控制輸出口，另外4位讀入外設(shè)的狀態(tài)。 方式1 方式1的工作特點(diǎn) 也叫選通的輸入輸出方式，A或B口輸入輸出時，必須用C口提供的選通信號和應(yīng)答信號，且應(yīng)答含義固定。方式1有如下特點(diǎn)： A、B口均可工作于方式1，可輸入可輸出。 A或B口方式1時，需C口3位配合其工作，其余位仍可輸入輸出。如A、B口均工作于方式1，需C口6位配合他們工作，

11、余下2位輸入輸出 方式1輸入情況下有關(guān)信號的規(guī)定和輸入時序當(dāng)A口方式1時，PC3作為中斷請求信號輸出端INTRA PC4作為選通信號輸入端STBA， PC5作為輸入緩沖器滿信號輸出IBFA當(dāng)B口方式1時，PC0作為中斷請求信號輸出端INTRB PC1作為輸入緩沖器滿信號輸出IBFB PC2作為選通信號輸入端STBB， 這些數(shù)位和信號之間的對應(yīng)關(guān)系隨工作方式而定，不需程序員干預(yù)。當(dāng)A、B口均工作在方式1時，C口6位配合工作，PC6、PC7輸入輸出。圖7.8是A、B均工作于方式1輸入時，各控制信號示意圖 各控制信號說明如下： STB（strobe）外設(shè)發(fā)出的選通信號輸入8255,外設(shè)將數(shù)據(jù)送到82

12、55緩沖器 IBF(Input buffer full):緩沖器滿信號,供CPU查詢,由STB置位,RD上升沿復(fù)位INTR:8255送往CPU的中斷請求,在STB和IBF均為高時被置1 RD下降沿復(fù)位 INTE:中斷允許(屏蔽)信號,無引出端，由C口置1置0 控制，PC41則A口允許中斷，PC21則B口允許中斷 圖7.9 是方式1的輸入時序 方式1輸出情況下有關(guān)信號和輸出時序A口方式1輸出時，PC7作為輸出緩沖器滿信號OBFA輸出端 PC6作為外設(shè)接收數(shù)據(jù)后的響應(yīng)信號ACKA PC3作為中斷請求信號輸出端INTRA B口方式1輸出時，PC1作為輸出緩沖器滿信號OBFB輸出端 PC2作為外設(shè)接收

13、數(shù)據(jù)后的響應(yīng)信號ACKB PC0作為中斷請求信號輸出端INTRB含義也固定，A、B均為方式1輸出時，C口僅剩PC4、PC5輸入輸出由D3位決定。 圖7.10為方式1輸出時控制信號和狀態(tài)信號說明如下：OBF輸出緩沖器滿8255送往外設(shè),通知外設(shè)取走數(shù)據(jù).由WR上升沿置”0”,ACK使其恢復(fù)”1” 圖7.10為方式1輸出時控制信號和狀態(tài)信號 ACK(acknowledge):外設(shè)響應(yīng)信號外設(shè)送8255，表明CPU通過8255輸出的數(shù)據(jù)已送到外設(shè)。INTR(Interrupt request):中斷請求信號當(dāng)外設(shè)取走數(shù)據(jù)，ACK有效后，8255向CPU發(fā)新的中斷請求 INTE(Interrupt e

14、nable)：中斷允許信號為“1”時端口處于中斷允許狀態(tài)，由軟件設(shè)置，PC6=1則INTEA1 PC2=1則INTEB1 圖7.11是方式1的輸出時序 工作在方式1的端口可以采用中斷方式與CPU聯(lián)系。 方式1的使用場合（比方式0有效）在方式1下，規(guī)定一個端口作為輸入或輸出端口的同時，自動規(guī)定了有關(guān)的控制信號和狀態(tài)信號，適合能提供應(yīng)答信號的外設(shè)進(jìn)行中斷式傳輸。 1. 方式2方式2的工作特點(diǎn)方式2也叫雙向傳輸方式，這種方式只適合于A口。C口5位配合A口工作方式2工作時的控制信號和狀態(tài)信號 圖7.12方式2的控制字和有關(guān)信號 各控制信號含義如下： INTRA：中斷請求,無論輸入輸出,一個動作完成時8

15、255向CPU發(fā)這一請求 STBA：外設(shè)送8255的選通信號，此信號將外設(shè)送8255的數(shù)據(jù)打入鎖存器IBFA：8255送往CPU的狀態(tài)信息，通知CPU取數(shù)，IBF可供CPU查詢。 OBFA：輸出緩沖器滿，8255通知外設(shè)取數(shù)。 ACKA1：外設(shè)對 OBFA的響應(yīng)信號,開啟輸出緩沖器，送出數(shù)據(jù)，否則高阻。 INTE 1： 1時允許8255由INTR往CPU發(fā)中斷請求信號,PC6=INTE1 INTE： 1時A口輸入中斷允許，PC4=INTE1方式2的時序方式2的時序相當(dāng)于方式1的輸入和輸出時序的組合。對于輸出過程，CPU響應(yīng)中斷,過程對于輸入過程, 見圖上方式2的使用場合方式2也叫雙向傳輸方式,

16、若某外設(shè)既可輸入又可輸出,如磁盤驅(qū)動器可連A口 方式2與其它方式組合 方式2與方式0輸入組合 方式2與方式0輸出組合 方式2與方式1輸入的組合方式2與方式1輸出的組合 8255A的應(yīng)用舉例例1：8255A作為連接打印機(jī)的接口,工作于方式0A口傳送字符，方式0輸出，C口方式0，PC2接BUSY,PC6輸出負(fù)脈沖STB。設(shè)8255端口地址為：A: 00D0H B:00D2H C:00D4H 控制口:00D6HPP: MOV AL,81H ； 1 00 0 0 0 0 1BOUT 0D6H,ALMOV AL,0DH 用置1置0方式使PC6為1STBOUT 0D6H,AL； 0 000 110 1B

17、LPST:IN AL,0D4HAND AL,04HJNZ LPST ;如不為0，BUSY=1,打印機(jī)忙MOV AL,CLOUT 0D0H,AL;如不忙，則把CL中字符送端口AMOV AL,0CH； 0 000 110 0BOUT 0D6H,AL ；使STB為0 INC ALOUT 0D6H,AL ；再使STB為1。 。 例2：8255A工作于方式1，作為用中斷方式工作的Centronic 360字符打印機(jī)的接口，圖7.15 所示 口地址： A：0C0H B:0C2H C:0C4H D:0C6H要用中斷方式，置1置0使INTE=1MAIN:MOV AL,0A0H；主程序段 1 01 0 000

18、0BOUT 0C6H,AL；8255控制字MOV AL,01；PC0=1，選通無效 0 000 000 1BOUT 0C6H,ALXOR AX,AXMOV DS,AX ;設(shè)置中斷向量1000H:2000H至2CH,2DHMOV AX,2000H MOV WORD PTR02CH,AXMOV AX,1000HMOV WORD PTR02EH,AXMOV AL,0DH；允許8255中斷 0 000 110 1BOUT 0C6H,ALSTI 中斷子程序 :中斷子程序必須裝在1000:2000處，中斷子程序如下：INTRUPT:MOV AL,DI；送字符 OUT 0C0H,AL MOV AL,00;

19、PC0=0 0 000 000 0BOUT 0C6H,ALINC ALOUT 0C6H,AL : ;后續(xù)處理IRET 7.6鍵盤和LED顯示對于廉價(jià)小系統(tǒng)，如以單板機(jī)為基礎(chǔ)的儀器，常用鍵盤和LED顯示實(shí)現(xiàn)輸入輸出。數(shù)據(jù)、內(nèi)存地址、命令、指令等。LED（light emitting diode）7.6.1鍵盤設(shè)計(jì)鍵盤的基本工作原理 圖7.16最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)圖7.17鍵盤的矩陣式結(jié)構(gòu) 矩陣式鍵盤工作時，就是按照讀入行線和列線上的電平來識別閉合鍵。7.6.2鍵的識別為了識別鍵盤上的閉合鍵，通常采用兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。1. 行掃描法的原理行掃描法識別閉合鍵的原理如下：先使0行接地，其余行為

20、高電平，再看第0行有無閉合鍵，如沒有一條列線為低電平，說明0行沒有鍵閉合。再1行接地 實(shí)際中，一般先快速檢查鍵盤中是否有某個鍵被按下，先使所有行均為低電平，檢查列線。有鍵按下再查具體哪個鍵被按下。硬件上，行線和列線的接法如圖7.18所示。 行線(輸出)和列線(輸入)分別和兩個8位并口相連。圖7.19用掃描法判斷閉合鍵的流程 2. 行反轉(zhuǎn)法的原理圖7.5行反轉(zhuǎn)法的工作原理圖7.6 行反轉(zhuǎn)法的鍵盤連接 從圖中可以看到，用行反轉(zhuǎn)法時，要將行線接一個并口，先讓它工作在輸出方式，將列線也接一個并口，先讓它工作在輸入方式。程序是CPU通過輸出端口往各行線上送全部送低電平，然后讀入列線的值。如有鍵按下，必有

21、一列為0然后再對兩個并口進(jìn)行方式設(shè)置，使接行線的并口輸入，列線并口輸出，并將剛才讀得的列線值從并口（列）輸出，再讀取行線的輸入值，則閉合行0。由此即可識別按鍵(與表中鍵碼逐一對比，相等即是)。 如遇多個鍵閉合的情況，行列值中一定有兩個以上的0，表中無此碼，判錯。抖動和重鍵問題的解決可以通過軟件延時方法很容易解決按鍵抖動問題，如不解決會錯誤識別。重鍵的幾種情況 A鍵先按后放，B鍵后按先放。 A鍵先按先放，B鍵后按后放。A鍵、B鍵同時按下，但A鍵先放。 處理重鍵問題有兩種方法，連鎖法和巡回法1. 連鎖法連鎖法原則是，在所有鍵釋放后，只承認(rèn)此后閉合的第1個鍵，對此鍵閉合時按下的其它鍵均不作識別，直到

22、所有鍵釋放以后，才讀入下一個鍵。對上述情況只讀入A鍵；A或B鍵，因機(jī)而異；不讀或A或B，因人而異 2巡回法 基本原則是：等前面識別的鍵釋放以后，就可以對其它鍵作識別。只有A閉合時，讀入A鍵。對上述情況只讀入A鍵； 若A、B同一行，讀入A鍵，A、B不在同一行為快速操作，A、B均讀 A、B同時按下，A鍵后放且A鍵處于較小行號讀入A，A鍵行號大，均讀從上面可見，巡回法比較適合快速操作。 鍵盤編碼器的工作原理軟件實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描、消除抖動和識別重鍵，CPU的開銷太大了?？梢杂糜布R別鍵盤并解決抖動和重鍵問題。鍵盤編碼器AY52376的原理可用于8*11以內(nèi)的鍵盤。主要原理是由時鐘電路不斷產(chǎn)生掃描信號，讀出

23、的行列信號與ROM中的編碼比較得到鍵值。解放了CPU。7.4 LED數(shù)字顯示7.4.1 LED的工作原理 七段發(fā)光二極管簡稱為LED(light emitting diode)是常用數(shù)顯器件。LED的主要部分是七段發(fā)光管圖7.20七段式LED顯示部件 每段發(fā)光時通過的平均電流1020mA，所以共陰極時陽極要加驅(qū)動電路。驅(qū)動電路可用三極管或小規(guī)模集成電路，如DM7407N可驅(qū)動4位數(shù)。 圖7.21 LED的外部連接(共陰) 為了將一個4位二進(jìn)制數(shù)(可能為16進(jìn)制數(shù)也可能為BCD碼)在LED上顯示出來，就要完成4位二進(jìn)制數(shù)到LED的七位顯示代碼的轉(zhuǎn)換兩種譯碼方法。一是用專用芯片，如7447帶驅(qū)動器

24、的專用譯碼器，但不能對大于9的數(shù)譯碼。二是用軟件譯碼法，利用8086的換碼指令XLAT 圖7.22用專用譯碼芯片完成段譯碼 假定要顯示的內(nèi)容在BUF單元中，LEDADD為代碼表首址：DISP:MOV BX,OFFSET BUFMOV AL,BXMOV BX,OFFSET LEDADD XLATMOV DX,PORTOUT DX,ALLEDADD:DB 40H,79H,24H 8.1.1 點(diǎn)陣式顯示器件的工作原理除了七段的LED以外，還有一種常用的16進(jìn)制數(shù)字顯示器即點(diǎn)陣顯示器。圖7.23 TIL311點(diǎn)陣顯示器 用20個發(fā)光二極管組成一個陣列，通過內(nèi)部譯碼，將輸入的4位二進(jìn)制數(shù)變換為一個代碼，使點(diǎn)陣中的某些二極管發(fā)光，從而顯示數(shù)據(jù)。7段式LED可靠性不十分好，某一段壞了，會造成誤識別。多位顯示時，點(diǎn)陣式顯示器的優(yōu)點(diǎn)更突出，象TIL311這樣的點(diǎn)陣式顯示器，內(nèi)部有鎖存器，在下一個數(shù)據(jù)送來前，顯示管的驅(qū)動信號是恒定的，不需要刷新。真正的點(diǎn)陣式顯示，流動字幕。 多位顯示問題的解決 實(shí)際使用時，往往用幾個顯示管實(shí)現(xiàn)多位顯示。如果每個LED都占一個獨(dú)立的IO口，占用通道