195 lines
6.8 KiB
Markdown
195 lines
6.8 KiB
Markdown
---
|
||
tags:
|
||
- 接口与通讯技术
|
||
- 8255A
|
||
- 并行接口
|
||
- 可编程芯片
|
||
create time: 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。它提供 3 个 8 位端口（A、B、C），支持 3 种工作方式，可通过程序灵活配置为输入/输出功能。
|
||
|
||
> [!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：
|
||
|
||
```mermaid
|
||
graph LR
|
||
A["CPU 数据总线"] --> B["数据总线缓冲器"]
|
||
B --> C["读/写控制逻辑"]
|
||
C --> D["A 组控制"]
|
||
C --> E["B 组控制"]
|
||
D --> F["端口 A (PA0~PA7)"]
|
||
D --> G["端口 C 高 4 位 (PC4~PC7)"]
|
||
E --> H["端口 B (PB0~PB7)"]
|
||
E --> I["端口 C 低 4 位 (PC0~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. 三种工作方式详解
|
||
|
||
#### 方式 0 — 基本输入/输出
|
||
|
||
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 2 — 双向总线方式
|
||
|
||
**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。
|
||
|
||
```mermaid
|
||
graph LR
|
||
A["外设"] -- "数据 + STB/IBF" --> B["8255A 端口 A"]
|
||
B -- "数据 + OBF/ACK" --> A
|
||
B -- "INTR" --> C["CPU"]
|
||
```
|
||
|
||
### 4. 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**
|
||
|
||
> [!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。
|
||
|
||
### 5. 端口地址推算
|
||
|
||
8255A 占用 **4 个连续端口地址**，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 |
|
||
|
||
> [!example] 地址推算示例
|
||
> 已知 A 口地址 = 2F0H，则：
|
||
> - B 口 = 2F0H + 2 = **2F2H**
|
||
> - C 口 = 2F0H + 4 = **2F4H**
|
||
> - 控制口 = 2F0H + 6 = **2F6H**
|
||
>
|
||
> 若 A 口地址 = 20H（小地址系统），则控制口 = **23H**。
|
||
|
||
### 6. 初始化编程模板
|
||
|
||
```asm
|
||
; 8255A 初始化通用模板
|
||
; 假设控制口地址为 PORT_CTL
|
||
|
||
MOV DX, PORT_CTL ; 控制口地址
|
||
MOV AL, 80H ; 方式控制字（按需修改）
|
||
OUT DX, AL ; 写入方式控制字
|
||
|
||
; 若需要对 C 口某位置位/复位：
|
||
MOV DX, PORT_CTL
|
||
MOV AL, 07H ; 位控制字：PC3=1
|
||
OUT DX, AL
|
||
```
|
||
|
||
## 关联笔记
|
||
|
||
- [[8254定时计数器]]
|
||
- [[8259A中断控制器]]
|
||
- [[8251A串行通信接口]]
|
||
- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]]
|