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final-exam/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md
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接口与通讯技术
8255A
并行接口
可编程芯片
2026-06-26 23:05

8255A 可编程并行接口

概述

8255A（Programmable Peripheral Interface, PPI）是 Intel 公司生产的通用可编程并行 I/O 接口芯片，在全部 4 套试卷中均有出现，是本课程最高频考点。它通过软件配置 3 个 8 位端口（A/B/C）的工作方式，灵活适配多种外设需求。

[!tip] 考试要点

  • 控制字计算：方式控制字（D7=1）和 C 口按位控制字（D7=0）的区别
  • 工作方式对比：方式 0/1/2 的特点、联络信号
  • 端口地址推算：已知一个端口地址推算其余端口和控制口地址

正文

1. 内部结构

8255A 内部由 4 个功能模块 组成：

graph LR
    CPUDB["CPU 数据总线"] --> DBB["数据总线缓冲器"]
    DBB --> RWCL["读/写控制逻辑"]
    RWCL --> AGC["A 组控制"]
    RWCL --> BGC["B 组控制"]
    AGC --> PA["端口 A\nPA0~PA7"]
    AGC --> CH["端口 C 高 4 位\nPC4~PC7"]
    BGC --> PB["端口 B\nPB0~PB7"]
    BGC --> CL["端口 C 低 4 位\nPC0~PC3"]
模块 功能
数据总线缓冲器 三态 8 位缓冲器，实现 CPU 与 8255A 之间的数据传输
读/写控制逻辑 根据 CS、RD、WR、A1、A0 信号控制端口的读写操作
A 组控制 控制端口 A 和端口 C 高 4 位的工作方式
B 组控制 控制端口 B 和端口 C 低 4 位的工作方式

2. 三个端口的能力

端口 可用工作方式 说明
端口 A 方式 0、方式 1、方式 2 功能最全，唯一支持双向传输（方式 2）的端口
端口 B 方式 0、方式 1 不支持方式 2
端口 C 仅方式 0 可分为高 4 位和低 4 位两组独立使用；在方式 1/2 下部分引脚被复用为联络信号

[!question] 思考题 为什么只有端口 A 支持方式 2（双向传输）？这与 8255A 的硬件设计有什么关系？

提示：方式 2 需要同时占用输入和输出的联络信号线，这些信号来自端口 C——只有 A 组控制能支配足够多的 C 口引脚（5 根）来支持双向握手。

3. 三种工作方式对比速查

特性 方式 0（基本 I/O） 方式 1（选通 I/O） 方式 2（双向总线）
方向 固定（编程设定） 固定（编程设定） 动态可变（输入/输出切换）
同步方式 无握手信号 3 根联络信号握手 5 根联络信号（兼顾输入/输出）
中断 无 有（INTR） 有（INTR）
占用 C 口引脚 0 个 3~5 个 5 个（PC3~PC7）
适用场景 无条件/条件传送 同步数据传输 需要双向数据交换
可用端口 A、B、C A（输入/输出）、B（仅输入/输出） 仅 A

4. 三种工作方式详解

方式 0 — 基本输入/输出（编程设定方向）

最简单的工作方式，无需任何联络信号（握手信号），CPU 可直接通过 IN/OUT 指令读写端口。

  • A、B、C 三个端口均可工作在此方式下
  • 适用于无条件传送或简单的外设控制（如 LED、开关）

方式 1 — 选通输入/输出

利用端口 C 的部分引脚作为 联络信号（握手信号），实现 CPU 与外设之间的同步数据传输。

方式 1 输入时的联络信号（以 A 口为例）：

信号 方向 含义
STB (PC4) 外设 → 8255A 选通信号，低电平有效，将数据锁存到输入锁存器
IBF (PC5) 8255A → 外设 输入缓冲器满，高电平有效，通知外设数据已被接收
INTRA (PC3) 8255A → CPU 中断请求，请求 CPU 读取数据
INTE A 内部触发器 通过 PC4 的置位/复位控制，决定是否允许中断

方式 1 输出时的联络信号（以 A 口为例）：

信号 方向 含义
OBF (PC7) 8255A → 外设 输出缓冲器满，低电平有效，通知外设数据已准备好
ACK (PC6) 外设 → 8255A 应答信号，低电平有效，外设确认已取走数据
INTRA (PC3) 8255A → CPU 中断请求，通知 CPU 可以写入下一个数据

[!info] 方式 1 工作流程（输入） 外设准备数据 → 发 STB 锁存数据 → 8255A 发 IBF → 条件满足时发 INTR → CPU 响应中断并读数据 → IBF 变低 → 准备接收下一个数据。

方式 1 的 INTE 控制触发器（重点难点）

方式 1 下，每个端口是否允许向 CPU 发出中断请求，由 INTE 控制触发器决定。INTE 通过 C 口按位控制字来置 0/置 1：

INTE 控制的端口 操作端口 C 的位 功能
INTE1 A 口输出 PC6 1=允许 OBF 产生中断
INTE2 A 口输入 PC3 1=允许 INTRA 产生中断 ⚠️ 不可直接设置
INTE3 B 口输入/输出 PC1 1=允许产生中断 ⚠️ 不可直接设置
INTE4 B 口输出 PC0 1=允许产生中断
INTE5 A 口双向（方式 2） PC4 1=允许 STB/OBF 相关中断

[!warning] 易错点

  • INTE2 和 INTE3 无法通过 C 口按位控制字直接置位！这是 8255A 的硬件限制。
  • 实际编程中，若需要启用 A 口输入中断（INTE2），需通过其他方式（如先配置为方式 0）间接实现。
  • 考试中常考查某一口中断信号的产生条件，必须同时满足：INTR 有效 AND INTE = 1。

方式 2 — 双向总线方式（仅端口 A）

仅端口 A 可用，同一端口既可输入又可输出，利用端口 C 的 5 个引脚（PC3~PC7）作为联络信号。

flowchart LR
    Device["外设"] -- "输入: STB/IBF + 数据" --> PIA["8255A\n端口 A"]
    PIA -- "输出: OBF/ACK + 数据" --> Device
    PIA -- "INTR 中断请求" --> CPU["CPU"]

6. 控制字格式

8255A 有两类控制字，通过 D7 位 区分，写入同一个端口地址（控制口）：

方式控制字（D7 = 1）

用于设置各端口的工作方式和输入/输出方向。

D7  D6 D5  D4   D3    D2   D1    D0
 1  [A组方式] [A口] [C口高] [B组方式] [B口] [C口低]
       ↑        ↑      ↑       ↑       ↑      ↑
     00=方式0  1=入  1=入    0=方式0  1=入   1=入
     01=方式1  0=出  0=出    1=方式1  0=出   0=出
     10=方式2

速算技巧：先确定 D7=1，然后按"A 组方式 → A 口方向 → C 高方向 → B 组方式 → B 口方向 → C 低方向"依次填入。

[!example] 典型控制字计算 要求：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输出

分析：D7=1, D6D5=00（方式 0）, D4=0（输出）, D3=0（输出）, D2=0（方式 0）, D1=0（输出）, D0=0（输出）

控制字 = 1000 0000B = 80H

C 口按位置位/复位控制字（D7 = 0）

用于对端口 C 的 某一位 进行置 1 或清 0 操作，而不影响其他位。

D7  D6 D5 D4  D3 D2 D1   D0
 0   ×  ×  ×  [位号选择]  [1=置位, 0=复位]
               000=PC0
               001=PC1
               ...
               111=PC7

[!example] 典型位控制字计算 要求：使 PC3 = 1

分析：D7=0, D6D5D4 无关（填 0）, D3D2D1=011（选 PC3）, D0=1（置位）

控制字 = 0000 0111B = 07H

C 口引脚复用关系表（考试重点）

方式 1/2 下，端口 C 的部分引脚被用作联络信号，此时不能再当作普通 I/O 使用：

端口配置 占用的 C 口引脚 说明
A 口方式 1 输入 STB(PC4)、IBF(PC5)、INTRA(PC3) 3 根握手线
A 口方式 1 输出 OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) 3 根握手线
A 口方式 2 STB(PC4)、IBF(PC5)、OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) 5 根双向握手线
B 口方式 1 输入 STB(PC1)、IBF(PC0)、INTRA(PC2) 3 根握手线
B 口方式 1 输出 OBF(PC1)、ACK(PC0)、INTRA(PC2) 3 根握手线

[!info] 规律记忆

  • 每个方式 1 端口固定占用 3 根 C 口引脚
  • 方式 2 额外增加 2 根 → 共 5 根
  • B 口的联络信号全部来自 C 口低 3 位（PC0~PC2），因此 B 口方式 1 不影响 C 口高 4 位！这是一个常见考点。

[!question] 关键考点 方式控制字和 C 口位控制字写入的是 同一个端口地址（控制口），如何区分？

答：通过 D7 位区分。D7=1 是方式控制字，D7=0 是位控制字。

7. 端口地址推算

8255A 占用 4 个连续的奇地址（注意不是按 +1），由 A1、A0 引脚选择。

A1 A0 选中端口 相对偏移
0 0 端口 A 基地址 + 0
0 1 端口 B 基地址 + 2
1 0 端口 C 基地址 + 4
1 1 控制口 基地址 + 6

[!info] 为什么地址间隔是 +2？ 8255A 的 A0、A1 连接到系统地址总线的 A2、A3（最低两位被跳过）。系统地址是按字节编址的，8255A 内部不需要 A0/A1 来区分这 4 个寄存器（仅用 2 位 A2/A3 即可），因此地址间距为 +2。这个特性在地址推算题中非常关键，很多考生会错误地按 +1 递增计算。

[!example] 地址推算示例 例 1：已知 A 口地址 = 2F0H

  • B 口 = 2F0H + 2 = 2F2H
  • C 口 = 2F0H + 4 = 2F4H
  • 控制口 = 2F0H + 6 = 2F6H

例 2：已知 A 口地址 = 20H（小地址系统）

  • B 口 = 20H + 2 = 22H
  • C 口 = 20H + 4 = 24H
  • 控制口 = 20H + 6 = 26H

8. 初始化编程模板

########## 步骤分解

8255A 初始化只需要 一步——向控制口写入方式控制字。后续如果需要单独控制 C 口的某一位（如握手信号线），再写入位控制字即可。

; ============================================
; 场景：A 口方式 0 输出接 LED，B 口方式 0 输入接开关
; 假设 I/O 基地址从 280H 开始
; ============================================

MOV DX, 286H        ; 控制口地址 = 280H + 6
MOV AL, 81H         ; 1000 0001B：A口方式0输出 + B口方式0输入
OUT DX, AL          ; 写入方式控制字 → 完成全部配置

; ★ 关键理解：方式控制字一次性设定了所有端口的工作方式和方向
; ★ 不需要分别对 A/B/C 口进行设置

C 口按位置位/复位（配合使用）

当需要对 C 口的某一位进行精确控制时（比如拉高/拉低某个握手信号）：

; 使 PC5 = 1（常用于将 IBF 置高，准备接收数据）
MOV DX, 286H        ; 控制口地址不变
MOV AL, 22H         ; 0000 0101B：D7=0 表示位控制字，PC5 选位，D0=1 置位
OUT DX, AL          ; 仅改变 PC5，不影响其他 C 口引脚

; 使 PC5 = 0（清 0）
MOV AL, 20H         ; 0000 0100B：同样是 PC5 选位，但 D0=0 复位
OUT DX, AL

[!tip] 位控制字速查表

目标 十六进制值 二进制
PC0 = 1 01H 0000 0001
PC1 = 1 03H 0000 0011
PC2 = 1 05H 0000 0101
PC3 = 1 07H 0000 0111
PC4 = 1 09H 0000 1001
PC5 = 1 0BH 0000 1011
PC6 = 1 0DH 0000 1101
PC7 = 1 0FH 0000 1111

综合示例：A 口方式 1 输入 + B 口方式 0 输出

; 已知基地址 = 300H，A 口方式 1 输入（INTE2=1），B 口方式 0 输出

; ① 先启用 A 口输入中断的允许触发器（INTE2）
;    INTE2 对应通过 PC3 间接控制 → 用位控制字设 PC3=1
MOV DX, 306H
MOV AL, 07H         ; 0000 0111B：选 PC3，置 1
OUT DX, AL          ; ⚠️ 但注意：INTE2 实际上无法直接通过位控制字设置！
                    ;   这里仅为演示流程，实际工程中需另行处理。

; ② 写入方式控制字
MOV AL, 1010 0000B  ; D7=1, A组=1(方式1), A口=1(输入), C高=0(输出)
                    ;       B组=0(方式0), B口=0(输出), C低=0(输出)
                    ; = 1010 0000B = A0H
MOV DX, 306H
OUT DX, AL

[!warning] 易错点

  1. 控制字只写一次：不要反复向控制口写入相同的方式控制字。初始化完成后只需在需要时修改 C 口状态才写入位控制字。
  2. DX 寄存器必须配合：OUT 指令中，端口地址≥256（即扩展寻址）时必须放在 DX 中，否则只能访问 0~255（FFH）。
  3. 先写位控制字还是先写方式控制字？若需设置 INTE 触发器，需先写入位控制字打开中断允许，再写入方式控制字选择工作模式。

练习题集（考前自测）

题 1：控制字计算（★）

题目：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输入。求方式控制字。

查看答案
  • D7 = 1（方式控制字标识）
  • D6D5 = 00（A 组方式 0）
  • D4 = 0（A 口输出）
  • D3 = 0（C 高位置位/复位，无意义）
  • D2 = 0（B 组方式 0）
  • D1 = 1（B 口输入）
  • D0 = 0（C 低位置位/复位，无意义）

答案：1000 0010B = 82H

题 2：地址推算（★★）

题目：已知 8255A 的基地址为 2F0H，请写出 A、B、C 三个端口及控制口的地址。

查看答案
端口 地址 计算过程
A 口 2F0H 基地址 + 0
B 口 2F2H 基地址 + 2
C 口 2F4H 基地址 + 4
控制口 2F6H 基地址 + 6

题 3：综合编程（★★★）

题目：设计一个接口电路，A 口方式 1 输入接键盘数据，B 口方式 0 输出接 LED 显示。I/O 基地址为 300H。编写初始化程序。

查看答案 
; ★ 第一步：启用 INTE2（允许 A 口输入中断）
;    INTE2 对应 PC3 → 需要写位控制字设 PC3=1
MOV DX, 306H        ; 控制口地址 = 300H + 6
MOV AL, 07H         ; 位控制字：选 PC3，置 1
OUT DX, AL          ; 设置 INTE2=1

; ★ 第二步：写入方式控制字
;    D7=1, D6D5=1(A组方式1), D4=1(A口输入), D3=0, 
;    D2=0(B组方式0), D1=0(B口输出), D0=0
;    = 1010 0000B = A0H
MOV AL, 0A0H        ; 修正写法，更清晰
MOV DX, 306H
OUT DX, AL          ; 完成 8255A 初始化

[!tip] 要点总结

  1. 必须先启用 INTE（通过位控制字），再写方式控制字
  2. A 口方式 1 输入占用 PC3、PC4、PC5；B 口方式 0 不受影响
  3. 所有配置均写入同一个控制口地址

题 4：C 口引脚复用判断（★★）

题目：A 口工作于方式 2，此时端口 C 还有哪些引脚可作为普通 I/O 使用？

查看答案

方式 2 下，端口 A 占用 PC3~PC7（STB、IBF、OBF、ACK、INTRA），因此：

  • PC0、PC1、PC2 仍可作为普通 I/O 使用
  • PC3~PC7 被握手信号占用，不可用作普通 I/O

题 5：INTE 触发器（★★）

题目：以下哪种情况可以产生 A 口方式 1 输入中断？

A. INTR 有效且 INTE2 = 0 B. INTR 无效且 INTE2 = 1 C. INTR 有效且 INTE2 = 1 D. 任意状态均可

查看答案

正确答案：C

中断产生的条件是 两个条件同时满足：

  1. INTR 引脚为高电平（请求信号有效）
  2. INTE2 = 1（中断允许触发器使能）

缺少任何一个条件都无法产生中断请求。这是考试中常见的选择题考点。

知识总结

  • 4 个端口地址：基址 + {0, 2, 4, 6} → A / B / C / 控制口（间隔为 2！）
  • 3 种工作模式：方式 0（基本）、方式 1（选通）、方式 2（双向）
  • 2 类控制字：方式控制字（D7=1）、C 口按位控制字（D7=0）
  • 关键关系：每个方式 1 占用 C 口 3 引脚，方式 2 占用 5 引脚

关联笔记

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