第六章——并行接口技术

并行通信与并行接口概述

并行通信就是把一个字符的各位用几条线同时进行传输。实现并行通信的接口就是并行接口，下图的并行接口用一个通道和输入设备相连，另一个通道和输出设备相连，每个通道都配有一定的控制线和状态线。

输入过程：
1.外设将数据送给接口，状态线“数据输入准备好”拉高。
2.接口把数据接收到输入缓冲寄存器中的同时，使“数据输入响应”线作为对外设的响应。
3.外设接到响应后，撤除“数据输入准备好”信号。
4.数据到达接口后，状态寄存器设置“输入准备好”，以便CPU对其进行查询，接口也可以通过外部连线向CPU发送一个中断请求。
5.CPU从并行接口读取数据后，接口会自动清除状态寄存器中的“输入准备好”状态位，并使数据总线处于高阻状态，以便下一个输入过程。

输出过程：
1.外设从接口取走一个数据后，接口就会将状态寄存器中的“输出准备好”状态位置1，表示CPU可以往接口传输数据，这个状态位可供CPU进行查询。此时，接口也可以通过外部连线向CPU发一个中断请求。故CPU既可以用软件查询的方式，也可用中断方式往接口中输出一个数据。
2.当CPU输出的数据到达接口的输出缓冲器之后，接口会自动清除“输出准备好”状态位，接口往外设发送一个“数据输出准备好信号”来启动外设接收数据。
3.外设收到启动后，便收取数据，并往接口发一个“数据输出响应”信号。
4.接口收到信号后，会将状态寄存器中的“输出准备好”状态位重新置1，以便CPU输出下一个数据。

可编程并行通信接口8255A

概述：8255A是Intel系列的并行接口芯片，由于它是可编程的，可通过软件来设置芯片的工作方式，所以，用8255A连接外设时，通常不需要附加外部电路。

8255A的内部结构

1.数据端口A、B、C
2.A组控制和B组控制
一方面接受芯片内部总线上的控制字，一方面接受来自读/写控制逻辑电路的读/写命令，据此决定两组端口的工作方式并实现读/写操作。
3.读/写控制逻辑电路
负责管理8255A的数据传输过程。它接受来自CPU的信号，将这些信号进行组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令发给这两个部件，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。
4.数据总线缓冲器。

8255A的芯片引脚信号

注：A1、A0为端口选择信号。8255A有3个数据端口和1个控制端口。规定当A1，A0为00时，选中A端口；01时选中B端口；10时选中C端口；为11时选中控制口。

8255A的控制字

8255A用指令在控制端口中设置控制字来决定其工作。
控制字分为两类。
一类是各端口的方式选择控制字，可使8255A的3个数据端口工作在不同的方式。方式选择控制字常常将3个数据端口分为两组来设定工作方式，即端口A和端口C的高4位作为一组，端口B和端口C的低四位作为一组。
另一类是C端口的按位置1/置0控制字，它可使C端口中的任何一位进行置位或复位。

方式选择控制字

端口A可工作在三种工作方式中的任何一种，端口B只能工作在方式0或方式1，端口C常常配合端口A和端口B工作，为这两个端口的输入/输出传输提供控制信号和状态信息。
例：
端口A方式0，输出；
端口B方式0，输入；
端口C的高四位，输出；
端口C的低四位，输入；
控制字：1000 0011 即38H

端口C置1/置0控制字
8255A的端口C中的各位均可用置1/置0控制字单独设置，这使其很适合作为控制位使用。
1.D0位决定了是置1还是置0.。如为1，则对端口C中某位置1，为0，则对端口C中某位置0.
2.D3、D2、D1位决定了对C端口中的哪一位进行操作。
例：若要对端口C的PC7位置1，则控制位为00001111B，即0FH。

8255A的工作方式

方式0
也叫基本输入/输出方式。端口A和端口B可通过方式选择字规定为输入端口或输出端口，端口C分为两个4位端口，高4位为一个端口，低4位为一个端口。这两个4位端口也可以通过方式选择字规定为输入或输出端口。
特点：
1.任何一个端口可作为输入端口，也可作为输出端口
2.各个端口的输入或输出，可以有16种不同的组合
使用场合：
1.同步传送，此时发送方和接受方由一个时序信号来管理，所以，双方互相知道对方的动作，不需要应答信号，此时，对接口的要求很简单，只要可以传送数据即可。因此，三个数据端口都可以传输数据。
2.查询式传送，需要由应答信号。此时将端口A和端口B作为数据端口，把端口C的高4位或低4位规定为输出端口，用来输出一些控制信号，把端口C的另外4位规定为输入端口，用来读入外设的状态。

应用举例：
此例中，8255A作为连接打印机的接口，工作于方式0。

工作过程为：
当主机要往打印机输出字符时，先查询打印机忙信号，如打印机正在处理一个字符或正在打印一行字符，则忙信号BUSY为1，反之，忙信号为0。故当查询到忙信号为0时，可通过8255A往打印机输出一个字符。此时，要将选通信号STB 置成低电平，然后再使STB为高电平，这样，相当于在STB端输出一个负脉冲，此负脉冲作为选通脉冲将字符送到打印机输入缓冲器中。
现将A端口作为传送字符的通道，工作于方式0，输出方式；B端口未用；端口C也工作于方式0，PC2作为BUSY信号输入端，故PC3_{PC0为输入方式，PC6作为}_STB_{信号输出端，故PC7}PC4为输出方式。
端口地址：
A：00D0H B：00D2H
C：00D4H 控制口：00D6H

PP:
1.设置控制字10000001B，A工作于方式0，输出；C高四位输出，低四位输入。
LPST1:
1.读取C端口的数据。
2.检测第3位，即PC2，若为1，继续查询。
3.设置控制字00001101B，拉高PC6。
LPST：
1.读取C端口的数据。
2.检测第3位，即PC2，若为1，继续查询。
3.将需要打印的字符存入AL。
4.将AL中的数据送到端口A。
5.设置AL为00001100B。
6.利用控制字的置C，将PC6拉低。
7.使AL加1.
7.PC6拉高。

方式1
也叫选通的输入/输出方式。和方式0相比，最重要的差别是A端口和B端口用方式1进行输入/输出传输时，端口C自动提供选通信号和应答信号，这些信号与端口C的若干位有着固定的对应关系，这种关系不是程序可改变的，除非改变工作方式。
特点：
1.端口A和端口B可分别作为两个数据端口工作在方式1，并且，任何一个端口可作为输入端口或输出端口。
2.如果端口A和端口B只有一个工作于方式1，那么，端口C中就有3位被规定为配合方式1工作的信号，此时，另一个端口可工作在方式0，端口C中的其他位也可工作在方式0，即作为输入或输出。
3.如果端口A和端口B都工作在方式1，那么，端口C中就有6位被规定为配合方式1工作的信号，剩下的2位仍可作为输入或输出。

（1）输入

STB ：选通信号输入端，低电平有效。它由外设送往8255A，当STB有效时，8255A接收送来的一个8位数据，从而8255A的输入缓冲器中得到一个新的数据。
IBF：缓冲器满信号，高电平有效。它是8255A输出的状态信息，有效时，表示当前已有一个新的数据在输入缓冲器中，此信号供CPU查询用。IBF信号是由STB使其有效的，而由读信号RD 的后沿即上升沿使其复位。
INTR：8255A送往CPU的中断请求信号，高电平有效。INTR端在STB、IBF均为高时被置为高电平，从而可以向CPU发出中断请求信号。在CPU响应中断读取输入缓冲器中的数据时，由读信号RD 的下降沿将INTR降为低电平。
INTE：中断允许位。对PC4置1，则使A端口处于中断允许状态（我猜内部存在上拉？）。对PC2置1，则使B端口处于中断允许状态。
时序：

（2）输出

OBF ：输出缓冲器满信号，低电平有效。OBF由8255A送给外设，当OBF有效时，表示CPU已向指定的端口输出了数据，所以，OBF是8255A用来通知外设取走数据的信号。OBF由写信号WR 的上升沿置成低电平，由ACK的有效信号使它恢复为高电平。
ACK：外设响应信号，由外设送给8255A，低电平有效。当ACK有效时，表明CPU通过8255A输出的数据已送到外设。
INTR：中断请求信号，当输出设备从8255A端口中提取数据，从而发出ACK信号后，8255A便向CPU发新的中断请求信号，以便CPU再次输出数据。所以，当ACK为高， OBF为高时，INTR便成为有效电平，而当WR 的下降沿来到时，INTR变为低电平。
INTE：中断允许位。PC6为1使端口A的INTE为1，PC2为1使端口B的INTE为1。
时序：

方式1的使用场合：
在方式1下，规定一个端口作为输入端口或输出端口的同时，自动规定了有关的控制信号和状态信号，尤其是规定了响应的中断请求信号。这样，在采用中断方式进行输入/输出的场合，如外设能为8255A提供选通信号或数据接收应答信号，那么常常使8255A的端口工作于方式1。

应用举例：
此例中，8255A工作于方式1，作为用中断方式工作的打印机的接口。

8255A的A端口作为数据通道，工作在方式1，输出方式，此时，PC7自动作为OBF 信号输出端，PC6自动作为ACK 信号输入端，而PC3自动作为INTR信号输出端。

方式2
也叫双向传输方式。
特点：
1.只适用于端口A。此时，CPU对连在A端口的外设既可读，也可写，比如用于磁盘读写。
2.端口A工作于方式2时，端口C用5个数自动配合提供控制信号和状态信息。

方式2的控制信号和状态信号：
当端口A工作于方式2时，端口C中的PC3~PC7共5位分别作为控制信号和状态信号端。

INTE1和INTE2为中断允许位，分别由PC6和PC4软件决定。
端口A工作在方式2时，输入过程和输出过程的顺序以及各自的次数是任意的。
方式2的使用场合：
如果一个并行外设既可以作为输入设备，并且输入/输出动作不会同时进行，那么，将这个外设和8255A的端口A相连，并使它工作在方式2，就非常合适。比如，磁盘驱动器就是这样一个外设，主机既可往磁盘输出数据，也可从磁盘输入数据，但数据输出过程和数据输入过程总是不会重合，所以，可将磁盘驱动器的数据线和8255A的PA7 ~ PA0相连，再使PC7 ~ PC3和磁盘驱动器的控制线及状态线相连即可。