基于汇编与C语言的8255A扩展及应用

8255A可编程序并行输入/输出接口芯片，它是Intel公司MCS-80/85微处理器扩展系统所用的标准外围接口电路，它采用单一+5V电源供电，具有40条引脚，采用双列直插式封装。它有A、B、C 3个端口，24条I/O线。它可以通过编程的方法来设定端口具有3种不同的I/O功能。

7.3.3.1　8255A可编程并行I/O接口内部结构及引脚功能

图7-34所示为8255A的内部结构和引脚图。

1.8255A芯片的引脚

8255A是一种有40个引脚的双列直插式标准芯片，其引脚排列如图7-34所示。除电源（Vcc）和地（GND）以外，其他信号可以分为两组。

（1）与外设相连接的有以下3个：

PA7～PA0：A端口数据线。

PB7～PB0：B端口数据线。

PC7～PC0：C端口数据线。

（2）与系统总线连接的有：

D7～D0：8255A的数据线和系统数据总线相连。

RESET：复位信号，高电平有效。当RESET有效时，所有内部寄存器都被清零。

：片选信号，低电平有效。只有当有效时，芯片才被选中。

：读信号，低电平有效。当有效时，CPU可以从8255A中读取输入数据。

：写信号，低电平有效。当有效时，CPU可以往8255A中写入控制字或数据。

图7-34　8255A的引脚和内部结构

2.内部寄存器及其操作

A1、A0：端口选择信号。8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，由A1、A0编程选择。A1、A0和组合所实现的各种功能见表7-4。

表7-4　8255A端口及工作状态选择表

3.8255A的内部结构

8255A的内部结构由以下几部分组成：

（1）A组、B组控制电路。这是两组根据CPU的命令字控制8255A工作方式的电路。A组控制PA、PC端口的高4位，B组控制PB、PC端口的低4位。8255A有3个8位数据端口，即端口PA、PB和PC，编程人员可以通过软件将它们分别作为输入或输出端口，3个端口在不同的工作方式下有不同的功能及特点，见表7-4。

（2）数据缓冲器。这是一个双向三态8位的驱动端口，用于和单片机的数据总线相连，传送数据或控制信息。

（3）读/写控制逻辑。这部分电路接收MCS-51送来的读，写命令和选口地址，用于控制对8255A的读/写。

7.3.3.2　8255A的控制字

8255A的3个端口具体的工作方式，是通过CPU对控制端口的写入控制宇来决定的。8255A有两个控制字：方式选择控制字和PC端口置/复位控制字。用户通过编程把这两个控制字送到8255A的控制寄存器，这两个控制字以D7来作为标志。

1.方式选择控制字

方式选择控制字的格式和定义如图7-35（a）所示。D7位为特征位。D7=1表示为工作方式控制字。D6、D5用于设定A组的工作方式。D4、D3用于设定PA端口和PC端口的高4位是输入还是输出。D2用于设定B组的工作方式。D1、D0用于设定PB端口和PC端口的低4位是输入还是输出。

图7-35　8255A控制字的格式和定义

2.PC端口置/复位控制字

PC端口置/复位控制字的格式和定义如图7-35（b）所示。D7位为特征位，D7=0表示为C端口按位置位/复位控制字。PC端口具有位操作功能，把一个置/复位控制字送入8255A的控制寄存器，就能将PC端口的某一位置1或清0而不影响其他位的状态。

7.3.3.3　8255A的工作方式

8255A有3种工作方式：方式0、方式1和方式2。方式的选择是通过写8255的控制字的方法来完成的。

1.方式0（基本输入/输出方式）

PA、PB和PC端口高4位、低4位都可以设置为方式0的输入或输出，不需要选通信号。单片机可以对8255A进行I/O数据的无条件传送，外设的I/O数据在8255A的各端口能得到锁存和缓冲。

（1）A口、C口的高4位、B口以及C口的低4位可以分别定义为输入或输出，各端口互相独立，故共有16种不同的组合。

（2）在方式0下，C口有按位进行置位和复位的能力。

方式0最适合用于无条件传送方式，由于传送数据的双方互相了解对方，所以既不需要发控制信号给对方，也不需要查询对方状态，故CPU只需直接执行输入/输出指令便可将数据读入或写出。

方式0也能用于查询工作方式，由于没有规定的应答信号，这时常将C口的高4位或低4位定义为输入口，用来接收外设的状态信号。而将C口的另外4位定义为输出口，输出控制信息。此时的A、B口可用来传送数据。

2.方式1（选通输入/输出方式）

PA和PB端口都可以独立设置为方式1，在这种方式下，8255A的PA和PB端口通常用于传送和它们相连外设的I/O数据，PC端口作为PA和PB端口的辅助握手联络线，以实现中断方式传送I/O数据。PC端口作为联络线的各位分配是在设计8255A时规定的，分配表见表7-5。

表7-5　8255端口及工作状态选择表

无论是PA端口还是PB端口输入，都用PC端口的3位作应答信号，1位作中断允许控制位。各应答信号含义如下：

：外设送给8255A的“输入选通”信号，低电平有效。(www.xing528.com)

IBF：8255A送给外设的“输入缓冲器满”信号，高电平有效。

INTR：8255A送给CPU的“中断请求”信号，高电平有效。

INTE：8255A内部为控制中断而设置的“中断允许”信号。INTE由软件通过对PC4（PA端口）和PC2（PB端口）的置位/复位来允许或禁止。

：8255A送给外设的“输出缓冲器满”信号，低电平有效。

：外设送给8255A的“应答”信号，低电平有效。

就8255A方式1的输入或输出工作方式的具体分析如下：

（1）方式1输入。当任一端口工作于方式1输入时，如图7-36所示，其中各个控制信号的意义介绍如下：

图7-36　方式1下A、B口均为输入时的信号定义及其状态字

1）——选通信号，低电平有效，这是由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送来的数据锁存至8255的输入锁存器。

2）IBF——输入缓冲器满信号，高电平有效，这是8255输出的一个联络信号。当其有效时，表示数据已输入至输入锁存器。它由信号置位（高电平），而信号的上升沿使其复位。

3）INTR——中断请求信号，高电平有效，这是8255的一个输出信号，可用于向CPU提出中断请求，要求CPU读取外设数据。它在当为高电平，IBF为高电平和INTE（中断允许）为高电平时被置为高，而由信号的下降沿清除。

4）INTEA——中断允许信号，高电平有效，端口A中断允许信号，可由用户通过对PC4的按位置位/复位来控制（PC4=1，允许中断）。而INTEB由PC2的置位/复位控制。上述过程可用图7-37的简单时序图进一步说明。

在方式1之下，8255的A口和B口既可以同时为输入或输出，也可以一个为输入，另一个为输出。还可以使这两个端口一个工作于方式1，而另一个工作于方式0。这种灵活的工作特点是由其可编程的功能决定的。

图7-37　方式1下数据输入时序图

（2）方式1输出。在方式1输出时，如图7-38所示，主要控制信号意义如下：

1）——输出缓冲器满信号，低电平有效。这是8255输出给外设的一个控制信号。当其有效时，表示CPU已经把数据输出给指定的端口，外设可以把数据输出。它由CPU输出命令的上升沿设置为有效，由的有效信号使其恢复为高。

2）——低电平有效。这是一个外设的响应信号，指示CPU输出给8255的数据已经由外设接收。

图7-38　方式1下A、B口均为输出的选通信号定义及其状态字

3）INTR——中断请求信号，高电平有效。当输出装置已经接收了CPU输出的数据后，它用来作为向CPU提出新的中断请求，要求CPU继续输出数据。当为“1”（高电平），为“1”（高电平）和INTE为“1”（高电平）时，使其置位（高电平），而信号的下降沿使其复位（低电平）。

图7-39　方式1下数据输出时序图

4）INTEA和INTEB——INTEA由PC6的置位/复位控制，而INTEB由PC2的置位复位控制。方式1下的整个输出过程可以参考图7-39所示的简单时序。

当A口和B口同时工作于方式1输出时，仅使用了C口的6条线，剩余的两位可以工作于方式0，实现数据的输入或输出，其数据的传送方向可用程序指定。也可通过位操作方式对它们进行置位或复位。当A、B两个口中仅有一个口工作在方式1时，只用去PC口的3条线，则PC口剩下的5条线也可按方式0工作。

3.方式2（双向选通输入/输出方式）

方式2仅仅适合于A端口。这种方式能实现外设与8255A的PA端口双向数据传送，并且输入和输出都是锁存的。它使用PC端口的5位作应答信号，2位作中断允许控制位。

方式2又称为双向I/O方式。只有A口可以工作在这种方式下。双向方式使外设能利用8位数据线与CPU进行双向通信，既能发送数据，也能接受数据。方式2要利用C口的5条线来提供双向传输所需的控制信号。当A口工作于方式2时，B口可以工作在方式0或方式1，而C口剩下的3条线可以作为输入/输出线使用，也可以用作B口方式1之下的控制线。当端口A工作于方式2时，如图7-40所示，各个信号的意义为：

（1）INTR——中断请求信号，高电平有效，在输入和输出方式时，都可用作向CPU发出的中断请求信号。

图7-40　方式2下的信号定义及其状态字

（2）——输出缓冲器满信号，低电平有效，是对外设的一种命令信号，表示CPU已把数据输至端口A。

（3）——响应信号，低电平有效，的下降沿启动端口A的三态输出缓冲器，送出数据，否则输出缓冲器处在高阻状态。的上升沿是数据已输出的回答信号。

（4）INTE1和INTE2——INTE1是与输出缓冲器相关的中断屏蔽触发器，由PC6的置位/复位控制。INTE2是与输入缓冲器相关的中断屏蔽触发器，由PC4的置位/复位控制。

（5）——选通输入，低电平有效，这是外设供给8255的选通信号，它把输入数据选通至输入锁存器。

（6）IBF——输入缓冲器满，高电平有效，它是一个控制信号，指示数据已进入输入锁存器。在CPU未把数据读走前，IBF始终为高点平，阻止输入设备送来新的数据。

A口工作于方式2的时序如图7-41所示。此时的A口可以认为是前面方式1的输入和输出相结合而分时工作。实际传输过程中，输入和输出的顺序以及各自操作的次数是任意的，只要之前发出，在之前发出就可以了。

在输出时，CPU发出写脉冲，向A口写入数据。信号使INTR变低电平，同时使有效。外设接到信号后发出信号，从A口读出数据，信号使无效，并使INTR变高，产生中断请求，准备输出下一个数据。

图7-41　方式2下的工作时序

输入时，外设向8255送来数据，同时发信号给8255，该信号将数据锁存到8255的A口，从而使IBF有效。信号结束使INTR有效，向CPU请求中断。CPU响应中断后，发出读信号，从A口中将数据读走。信号会使INTR和IBF信号无效，从而开始下个数据的读入过程。

在方式2下，8255的PA0～PA7引线上，随时可能出现输出到外设的数据，也可能出现外设输入给8255的数据，这需要防止CPU和外设同时竞争PA 0～PA 7数据线。

7.3.3.4　8255A接口的应用

【例7-9】 如图7-42所示，在8255A的PA端口接有8个按键，PB端口接有8个发光二极管，请编写程序实现完成按下某一按键，相应的发光二极管发光的功能。

图7-42　8255 A口的8个键控制B口的8盏灯

由图可知，P0.7=0方选中该8255，当A1 A0（P0.1 P0.0）为00、01对应PA口和PB口，当A1 A0为11时对应控制口，其余地址写1。这样A口、B口、控制口地址分别为xx7CH、xx7DH、xx7FH。设定PA口方式0输入，B口方式0输出，控制字10010000B=90H。

汇编程序如下：

C语言程序如下：