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tags:
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- 接口与通讯技术
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- 8255A
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- 并行接口
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- 可编程芯片
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create time: 2026-06-26 23:05
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# 8255A 可编程并行接口
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## 概述
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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。
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> [!tip] 考试要点
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> - **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
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> - **工作方式对比**：方式 0/1/2 的特点、联络信号
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> - **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
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## 正文
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### 1. 内部结构
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8255A 内部由 **4 个功能模块** 组成：
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```mermaid
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graph LR
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CPUDB["CPU 数据总线"] --> DBB["数据总线缓冲器"]
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DBB --> RWCL["读/写控制逻辑"]
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RWCL --> AGC["A 组控制"]
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RWCL --> BGC["B 组控制"]
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AGC --> PA["端口 A\nPA0~PA7"]
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AGC --> CH["端口 C 高 4 位\nPC4~PC7"]
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BGC --> PB["端口 B\nPB0~PB7"]
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BGC --> CL["端口 C 低 4 位\nPC0~PC3"]
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```
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| 模块 | 功能 |
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|------|------|
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| 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 |
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| 读/写控制逻辑 | 根据 CS、RD、WR、A1、A0 信号控制端口的读写操作 |
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| A 组控制 | 控制端口 A 和端口 C 高 4 位的工作方式 |
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| B 组控制 | 控制端口 B 和端口 C 低 4 位的工作方式 |
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### 2. 三个端口的能力
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| 端口 | 可用工作方式 | 说明 |
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|:----:|:----------:|------|
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| **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 |
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| **端口 B** | 方式 0、方式 1 | 不支持方式 2 |
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| **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 |
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> [!question] 思考题
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> 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？
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> 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。
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### 3. 三种工作方式对比速查
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| 特性 | 方式 0（基本 I/O） | 方式 1（选通 I/O） | 方式 2（双向总线） |
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|:----:|:-----------------:|:-----------------:|:-----------------:|
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| **方向** | 固定（编程设定） | 固定（编程设定） | 动态可变（输入/输出切换） |
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| **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） |
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| **中断** | 无 | 有（INTR） | 有（INTR） |
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| **占用 C 口引脚** | 0 个 | 3~5 个 | 5 个（PC3~PC7） |
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| **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 |
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| **可用端口** | A、B、C | A（输入/输出）、B（仅输入/输出） | 仅 A |
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### 4. 三种工作方式详解
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#### 方式 0 — 基本输入/输出（编程设定方向）
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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。
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- A、B、C 三个端口均可工作在此方式下
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- 适用于无条件传送或简单的外设控制（如 LED、开关）
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#### 方式 1 — 选通输入/输出
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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。
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**方式 1 输入时的联络信号（以 A 口为例）：**
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| 信号 | 方向 | 含义 |
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|------|------|------|
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| **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 |
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| **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 |
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| **INTRA** (PC3) | 8255A → CPU | 中断请求，请求 CPU 读取数据 |
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| **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 |
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**方式 1 输出时的联络信号（以 A 口为例）：**
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| 信号 | 方向 | 含义 |
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|------|------|------|
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| **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 |
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| **ACK** (PC6) | 外设 → 8255A | 应答信号，低电平有效，外设确认已取走数据 |
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| **INTRA** (PC3) | 8255A → CPU | 中断请求，通知 CPU 可以写入下一个数据 |
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> [!info] 方式 1 工作流程（输入）
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> 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。
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##### 方式 1 的 INTE 控制触发器（重点难点）
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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**：
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| INTE | 控制的端口 | 操作端口 C 的位 | 功能 |
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|------|-----------|---------------|------|
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| **INTE1** | A 口输出 | PC6 | 1=允许 OBF 产生中断 |
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| **INTE2** | A 口输入 | PC3 | 1=允许 INTRA 产生中断 ⚠️ 不可直接设置 |
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| **INTE3** | B 口输入/输出 | PC1 | 1=允许产生中断 ⚠️ 不可直接设置 |
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| **INTE4** | B 口输出 | PC0 | 1=允许产生中断 |
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| **INTE5** | A 口双向（方式 2） | PC4 | 1=允许 STB/OBF 相关中断 |
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> [!warning] 易错点
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> - 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。
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> - 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。
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> - 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**。
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#### 方式 2 — 双向总线方式（仅端口 A）
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**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。
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```mermaid
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flowchart LR
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Device["外设"] -- "输入: STB/IBF + 数据" --> PIA["8255A\n端口 A"]
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PIA -- "输出: OBF/ACK + 数据" --> Device
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PIA -- "INTR 中断请求" --> CPU["CPU"]
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```
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### 6. 控制字格式
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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）：
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#### 方式控制字（D7 = 1）
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用于设置各端口的工作方式和输入/输出方向。
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```
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D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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1 [A组方式] [A口] [C口高] [B组方式] [B口] [C口低]
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↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
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00=方式0 1=入 1=入 0=方式0 1=入 1=入
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01=方式1 0=出 0=出 1=方式1 0=出 0=出
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10=方式2
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```
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**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。
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> [!example] 典型控制字计算
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> **要求**：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输出
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>
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> 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）
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>
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> 控制字 = `1000 0000B` = **80H**
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#### C 口按位置位/复位控制字（D7 = 0）
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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。
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```
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D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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0 × × × [位号选择] [1=置位, 0=复位]
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000=PC0
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001=PC1
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...
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111=PC7
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```
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> [!example] 典型位控制字计算
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> **要求**：使 PC3 = 1
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>
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> 分析：D7=0, D6D5D4 无关（填 0）, D3D2D1=011（选 PC3）, D0=1（置位）
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>
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> 控制字 = `0000 0111B` = **07H**
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##### C 口引脚复用关系表（考试重点）
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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：
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| 端口配置 | 占用的 C 口引脚 | 说明 |
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|----------|----------------|------|
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| A 口方式 1 输入 | STB(PC4)、IBF(PC5)、INTRA(PC3) | 3 根握手线 |
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| A 口方式 1 输出 | OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) | 3 根握手线 |
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| A 口方式 2 | STB(PC4)、IBF(PC5)、OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) | 5 根双向握手线 |
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| B 口方式 1 输入 | STB(PC1)、IBF(PC0)、INTRA(PC2) | 3 根握手线 |
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| B 口方式 1 输出 | OBF(PC1)、ACK(PC0)、INTRA(PC2) | 3 根握手线 |
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> [!info] 规律记忆
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> - 每个方式 1 端口固定占用 **3 根 C 口引脚**
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> - 方式 2 额外增加 2 根 → 共 **5 根**
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> - 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。
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> [!question] 关键考点
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> 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？
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> 答：通过 D7 位区分。D7=1 是方式控制字，D7=0 是位控制字。
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### 7. 端口地址推算
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8255A 占用 **4 个连续的奇地址**（注意不是按 +1），由 A1、A0 引脚选择。
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| A1 A0 | 选中端口 | 相对偏移 |
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|:------:|:--------:|:--------:|
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| 0 0 | 端口 A | 基地址 + 0 |
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| 0 1 | 端口 B | 基地址 + 2 |
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| 1 0 | 端口 C | 基地址 + 4 |
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| 1 1 | 控制口 | 基地址 + 6 |
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> [!info] 为什么地址间隔是 +2？
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> 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。
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> [!example] 地址推算示例
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> **例 1**：已知 A 口地址 = 2F0H
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> - B 口 = 2F0H + 2 = **2F2H**
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> - C 口 = 2F0H + 4 = **2F4H**
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> - 控制口 = 2F0H + 6 = **2F6H**
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> **例 2**：已知 A 口地址 = 20H（小地址系统）
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> - B 口 = 20H + 2 = **22H**
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> - C 口 = 20H + 4 = **24H**
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> - 控制口 = 20H + 6 = **26H**
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### 8. 初始化编程模板
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########## 步骤分解
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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。
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```asm
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; ============================================
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; 场景：A 口方式 0 输出接 LED，B 口方式 0 输入接开关
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; 假设 I/O 基地址从 280H 开始
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; ============================================
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MOV DX, 286H ; 控制口地址 = 280H + 6
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MOV AL, 81H ; 1000 0001B：A口方式0输出 + B口方式0输入
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OUT DX, AL ; 写入方式控制字 → 完成全部配置
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; ★ 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
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; ★ 不需要分别对 A/B/C 口进行设置
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```
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#### C 口按位置位/复位（配合使用）
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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）：
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```asm
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; 使 PC5 = 1（常用于将 IBF 置高，准备接收数据）
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MOV DX, 286H ; 控制口地址不变
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MOV AL, 22H ; 0000 0101B：D7=0 表示位控制字，PC5 选位，D0=1 置位
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OUT DX, AL ; 仅改变 PC5，不影响其他 C 口引脚
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; 使 PC5 = 0（清 0）
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MOV AL, 20H ; 0000 0100B：同样是 PC5 选位，但 D0=0 复位
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OUT DX, AL
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```
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> [!tip] 位控制字速查表
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> | 目标 | 十六进制值 | 二进制 |
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> |------|-----------|--------|
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> | PC0 = 1 | **01H** | `0000 0001` |
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> | PC1 = 1 | **03H** | `0000 0011` |
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> | PC2 = 1 | **05H** | `0000 0101` |
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> | PC3 = 1 | **07H** | `0000 0111` |
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> | PC4 = 1 | **09H** | `0000 1001` |
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> | PC5 = 1 | **0BH** | `0000 1011` |
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> | PC6 = 1 | **0DH** | `0000 1101` |
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> | PC7 = 1 | **0FH** | `0000 1111` |
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#### 综合示例：A 口方式 1 输入 + B 口方式 0 输出
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```asm
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; 已知基地址 = 300H，A 口方式 1 输入（INTE2=1），B 口方式 0 输出
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; ① 先启用 A 口输入中断的允许触发器（INTE2）
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; INTE2 对应通过 PC3 间接控制 → 用位控制字设 PC3=1
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MOV DX, 306H
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MOV AL, 07H ; 0000 0111B：选 PC3，置 1
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OUT DX, AL ; ⚠️ 但注意：INTE2 实际上无法直接通过位控制字设置！
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; 这里仅为演示流程，实际工程中需另行处理。
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; ② 写入方式控制字
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MOV AL, 1010 0000B ; D7=1, A组=1(方式1), A口=1(输入), C高=0(输出)
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; B组=0(方式0), B口=0(输出), C低=0(输出)
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; = 1010 0000B = A0H
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MOV DX, 306H
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OUT DX, AL
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```
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> [!warning] 易错点
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> 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。
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> 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）。
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> 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。
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## 练习题集（考前自测）
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### 题 1：控制字计算（★）
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> **题目**：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输入。求方式控制字。
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<details>
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<summary>查看答案</summary>
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- D7 = 1（方式控制字标识）
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- D6D5 = 00（A 组方式 0）
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- D4 = 0（A 口输出）
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- D3 = 0（C 高位置位/复位，无意义）
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- D2 = 0（B 组方式 0）
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- D1 = 1（B 口输入）
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- D0 = 0（C 低位置位/复位，无意义）
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**答案**：`1000 0010B` = **82H**
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</details>
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### 题 2：地址推算（★★）
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> **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。
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<details>
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<summary>查看答案</summary>
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| 端口 | 地址 | 计算过程 |
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|------|------|---------|
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| A 口 | **2F0H** | 基地址 + 0 |
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| B 口 | **2F2H** | 基地址 + 2 |
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| C 口 | **2F4H** | 基地址 + 4 |
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| 控制口 | **2F6H** | 基地址 + 6 |
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</details>
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### 题 3：综合编程（★★★）
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> **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。
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<details>
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<summary>查看答案</summary>
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```asm
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; ★ 第一步：启用 INTE2（允许 A 口输入中断）
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; INTE2 对应 PC3 → 需要写位控制字设 PC3=1
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MOV DX, 306H ; 控制口地址 = 300H + 6
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MOV AL, 07H ; 位控制字：选 PC3，置 1
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OUT DX, AL ; 设置 INTE2=1
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; ★ 第二步：写入方式控制字
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; D7=1, D6D5=1(A组方式1), D4=1(A口输入), D3=0,
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; D2=0(B组方式0), D1=0(B口输出), D0=0
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; = 1010 0000B = A0H
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||
MOV AL, 0A0H ; 修正写法，更清晰
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MOV DX, 306H
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OUT DX, AL ; 完成 8255A 初始化
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```
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> [!tip] 要点总结
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> 1. 必须先启用 INTE（通过位控制字），再写方式控制字
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> 2. A 口方式 1 输入占用 PC3、PC4、PC5；B 口方式 0 不受影响
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> 3. 所有配置均写入同一个控制口地址
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</details>
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### 题 4：C 口引脚复用判断（★★）
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> **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？
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<details>
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<summary>查看答案</summary>
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方式 2 下，端口 A 占用 PC3~PC7（STB、IBF、OBF、ACK、INTRA），因此：
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- **PC0、PC1、PC2** 仍可作为普通 I/O 使用
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- **PC3~PC7** 被握手信号占用，不可用作普通 I/O
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</details>
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### 题 5：INTE 触发器（★★）
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> **题目**：以下哪种情况可以产生 A 口方式 1 输入中断？
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>
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> A. INTR 有效且 INTE2 = 0
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> B. INTR 无效且 INTE2 = 1
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||
> C. INTR 有效且 INTE2 = 1
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> D. 任意状态均可
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<details>
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||
<summary>查看答案</summary>
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**正确答案：C**
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中断产生的条件是 **两个条件同时满足**：
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1. INTR 引脚为高电平（请求信号有效）
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2. INTE2 = 1（中断允许触发器使能）
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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。
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</details>
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## 知识总结
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- **4 个端口地址**：基址 + {0, 2, 4, 6} → A / B / C / 控制口（间隔为 2！）
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- **3 种工作模式**：方式 0（基本）、方式 1（选通）、方式 2（双向）
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- **2 类控制字**：方式控制字（D7=1）、C 口按位控制字（D7=0）
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- **关键关系**：每个方式 1 占用 C 口 3 引脚，方式 2 占用 5 引脚
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## 关联笔记
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- [[8254定时计数器]]
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- [[8259A中断控制器]]
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- [[8251A串行通信接口]]
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- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]]
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