并行接口器件功能演示的可视化设计

2 8255芯片主要功能及特点
2.1 并行接口的主要特点
　①并行接口最基本的特点是在多根数据线上以数据字节为单位与I/O设备或被控对象传送信息。
　②在并行接口中，除了少数场合之外，一般都要求在接口与外设之间设置并行数据线的同时，至少还要设置两根握手信号线，以便互锁异步握手方式的通信。　
③在并行接口中，8位或16位是一起行动的，因此，当采用并行接口与外设交换数据时，即使是只用到其中的一位，也是一次输入/输出8位或16位。
　④并行传送的信息，不要求固定的格式，这与串行传送的信息有数据格式的要求不同。
2.2 8255芯片的内部结构


图1 8255芯片内部结构图
8255的内部结构如上图所示。由4个部分组成，即：数据总线缓冲器，读/写控制逻辑，输入输出端口A、B、C及A组和B组控制电路。
其中，数据端口A、B、C共提供24条数据线与外设相联结，可以用软件将它们分别编程为输入和输出端口。
A组控制和B组控制：8255在使用中，PA和PB常作为独立的输入/输出端口，端口C则配合PA、PB的工作。因此，把PA、PB、PC分为两组。即，A组：PA、PC的上半部（PC7-PC4）；B组：PB、PC的下半部（PC3-PC6）　　这两组端口的工作方式分别由A组控制和B组控制逻辑进行控制。

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读写控制逻辑：该部分控制8255与CPU的数据传输。它接收CS、A1、A0，WR、RD及reset信号。
2.3 8255芯片的引脚
图2所示是8255A的芯片引脚示意图。除了电源和地以外，其他信号可以分为两组：
1.和外设一边相连的：
　PA7-PA0：A组数据信号
　PB7-PB0：B组数据信号
　PC7-PC0：C组数据信号
2.和CPU一边相连的信号线:
：芯片选择信号，低电平有效。在一个系统中，一般根据全部接口芯片来分配若干较低位地址（比如A5、A4、A3）来组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个代码时，译码器便往8255A的端 输出一个低电平，于是8255A被选中。只有当 有效时，读信号 和写信号 才对8255A有效。
：芯片读出信号低电平有效。
：芯片写入信号低电平有效。
　A1、A0：端口选择信号。8255A内部有3个数据端口和一个控制端口，共四个端口。规定当A1、A0为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。 think58 [资料来源：http://www.THINK58.com]

图2 8255芯片引脚示意图

图3 8255控制信号和传输动作关系
8255A的几个控制信号和传输动作之间的关系如图3所示。 [来源：http://think58.com]

2.4 8255芯片的控制字及三种工作方式
　2.4.1 工作方式控制字
8255有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。两组端口可分别指定不同的工作方式。每组端口在某种工作方式下，并不要求各信号同为输入或同为输出，而是可以分别指定。

图4 8255方式选择控制字
2.PC口控制字
　PC口的各信号线常作为控制线来使用，因此，经常需要单独对每根信号线置1或置0。这种操作用向PC口控制字寄存器送出PC口控制字来实现。

图5 8255PC口置位/复位控制字
2.4.2 8255芯片的工作方式0：
这是并行接口的最简形式。
PA、PB、PC7-4、PC3-0，可任意规定为输入或输出。这四组端口共有16种组合，配置非常灵活，可以适用于多种应用场合。
方式0下8255A分成彼此独立的两个8位和两个4位并行口，共24根I/O线全部由用户支配。这四个并行口都能被指定作为输入或者输出用，共有16种不同的使用组态。
在方式0下不设置专用联络信号线，需要联络时可由用户任意指定C口中的某个线完成某种联络功能。端口信号线之间无固定的时序关系，由用户根据数据传送的要求决定输入输出的操作过程。方式0没有设置固定的状态字。
单向I/O，一次初始化只能指定端口作为输入或输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。 copyright think58

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CPU为了从8255A读取数据，在方式0下，首先要满足两条件：
①在CPU发出读信号前，先发出地址信号，从而使8255的片选信号CS*、端口选择信号A1、A0有效，于是8255A得以启动。
②在CPU发出读信号前，外设已经将数据送到8255A的输入缓冲器中，即输入数据要领先于读信号。
方式0的使用场合有两种，一种是同步传送，另外一种是查询式传送。
在同步传送时，发送方和接收方的动作是由一个时序信号来管理的，所以，双方互相知道对方的动作，不需要应答信号，即CPU不需要查询外设的状态。这种情况下，对接口的要求很简单，只要能传送数据就可以了。因此，在同步传输下使用8255A时，三个数据端口可以实现三路数据传输。
查询式传输时，需要应答信号。但是，在方式0情况下，没有规定固定的应答信号，所以，这是将端口A和端口B作为数据端口，把端口C的4个数位（高4位或者低4位均可）规定为输出口，用来输出一些控制信号，而把端口C的另外4个数位规定为输出口，用来读入外设的状态。
2.4.3 8255芯片的工作方式1：
方式1是一种选通输入/输出方式，因此，需设置专用的联络信号线或应答信号线，以便对I/O设备和CPU两侧进行联络。
PA和PB为数据口，而PC口的大部分引脚分配作专用（固定）的联络信号用，对已经分配做联络信号的C口引脚，用户不能再指定做其它用途。

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　各联络信号之间有固定的时序关系，传送数据时，要严格按照时序进行。输入/输出操作过程中，产生固定的状态字，这些状态信息可作为查询或中断请求之用。状态字从PC口读取。
　单向传送。一次初始化只能设置在一个方向上传送，不能同时作两个方向的传送。
8255芯片工作方式初始化：
MAIN: MOV AL,0A0H
OUT 0C6H,AL ；设置8255A的控制字
在方式1下，规定一个端口作为输入口或输出口的同时，自动规定了有关的控制信号和状态信号，尤其是规定了相应的中断请求信号。这样，在许多采用中断方式进行输入输出的场合，如果外部设备能为8255A提供选通信号或者数据接收应答信号，那么常常使8255A的端口工作于方式1。用方式1比方式0更加方便有效。
方式1的输入过程：
外设数据就绪。
外设提供STB#信号，将数据写入8255A。
③8255A以IBF（输入缓冲器满）为1作为应答。
④STB#结束时产生中断信号INTR=1，申请中断，中断方式：转6。
⑤查询方式：CPU查询PC1(PC5)=1？(IBF)。
⑥CPU执行输入程序， 发出RD#信号，读入数据， 并清除INTR和IBF，8255A还原。
方式1输入方式下的查询与中断：
①查询：检查IBF或INTR是否为1，决定是否可读入数据； copyright think58 [来源：http://www.think58.com]
　　②中断：用INTR向CPU申请中断， 但8255A不能提供中断类型号。一般还要使用中断控制器8259。
　　方式1的输出过程：
①CPU输出数据到8255A。
②8255A发出OBF#信号（用于选通外设开始取数），同时INTR失效。
　　③外设读取数据，用ACK#信号应答。
④8255A收到ACK#后，使OBF#无效，输出过程基本结束。
⑤ACK#信号结束时，INTR有效， 开始一次新的中断过程，CPU输出新的数据。
中断允许位：
8255A有内部中断允许位，只有中断允许位置1的情况下，才可能发出中断请求信号INTR。
中断允许位的分布：
输入时：PC4——INTEA，PC2——INTEB
输出时：PC6——INTEA，PC2——INTEB
2.4.4 8255芯片的工作方式2：
8255方式2是双向传输方式。PA口为双向选通输入/输出。一次初始化可指定PA口既作输入口又作输出口。这一点和方式0和方式1下，一次初始化只能指定为输入口的单向传送不同，方式2只适合PA口。当PA口工作于方式2时，PC中有5根线配合PA口工作。（PC3、PC4、PC5、PC6、PC7配合PA，可任意规定为输入或输出）。
在方式2下，PA口是双向的，外设可经PA把数据送给CPU（输入），也可经PA从CPU接收数据（输出）。 think58 [版权所有：http://think58.com]
方式2是一种双向工作方式，如果一个并行外部设备既可以作为输入设备又可以作为输出设备，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，就会非常合适。
比如，磁盘驱动器就是这样一个外设，主机既可以往磁盘输出数据，也可以从磁盘输入数据，但是数据输出过程和数据输入过程总是不重合的，所以，可以将磁盘驱动器的数据线于8255A的A端口相连，再使PC7～PC3和磁盘驱动器的控制线和状态线相连即可
2.5 8255芯片与外设的连接
以输入为例。输入设备把数据送给接口，并且使状态线“输入准备好”有效。接口把数据存放在“输入缓冲寄存器”中，同时使“输入回答”线有效，作为对外设的响应。外设在收到这个回答信号后，就撤消数据和“输入准备好”信号。数据到达接口中后，接口会在“状态寄存器”中设置输入准备好标志，或者向CPU发一个中断请求。CPU可用查询方式或中断方式从接口中读取数据。接口中的数据被读取后，接口会自动清除状态寄存器中的标志，且撤消对CPU的中断请求。如下图所示。

图6 并行接口连接外设示意图
3 本课题研究方法
3.1 设计思路
新建一个DLL工程，定义基类，封装为基类。8255芯片的功能由基类派生而来。 copyright think58
具体函数在代码部分有介绍。
利用VC画出数据总线、8255、编码器的引脚图，并将各引脚的坐标存入变量，然后在根据原理图将需要连接的引脚连接起来。
演示时，通过输入的命令来确定激活的引脚，然后判断是否有线连接到其他引脚。如果有的话，以这两个引脚的坐标画直线。直线长度从0一直变到两点的距离。
为了方便芯片的输入和指令的输入，将8255芯片、总线和编码器的各引脚坐标存入文本文档a8255_1.txt中。