第14章并行通信及其接口电路

一、概述

并行通信与串行通信的区别

串行传送：数据在单条一位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送
并行传送：数据在多位宽的传输线上各位同时进行传送
并行传送优势：相同时钟速率下，并行传送的数据传输率较高
适用场景：并行通信适用于信息传输率要求较高、传输距离较短的场合

本章结构

简单并行接口电路（不可编程）
可编程并行接口电路 8255A 的结构及工作原理
8255A 的应用

二、简单并行接口电路

在输入输出接口电路中，经常需要对信号进行缓冲、驱动和锁存。三种常用芯片：

2.1 锁存器 74LS373

基本特性：

8位D锁存器电路（D-Latch），具有三态控制输出
8个输入端：1D～8D
8个输出端：1Q～8Q
2个控制端：选通端 G、输出允许端 OE

工作原理：

G=高电平时，输出Q跟随输入D变化（透明模式）
G变低电平时，锁存器中的内容被锁存（保持）
OE=低电平时，锁存信息出现在输出端
OE=高电平时，输出处于高阻态

真值表：

选通 G	输出允许 OE	输入 D	输出 Q
H	L	L	L
H	L	H	H
L	L	X	Q0（原状态）
X	H	X	Z（高阻态）

主要用途：总线传输电路中锁存地址信息或数据信息，实现总线信号的缓冲与驱动

类似芯片：Intel 8282/8283

2.2 缓冲器 74LS244

基本特性：

三态输出的8位缓冲器/驱动器
8个输入端分为两路：1A1～1A4 和 2A1～2A4
8个输出端分为两路：1Y1～1Y4 和 2Y1～2Y4
2个控制信号：1G、2G（低电平有效）

工作原理：

1G有效（低电平）→ 1Y1～1Y4 = 1A1～1A4
2G有效（低电平）→ 2Y1～2Y4 = 2A1～2A4
G无效（高电平）→ 输出为高阻态

主要用途：存储器地址驱动器、单向总线接收器和发送器

可将8个输入端某几位接地，其余接+5V，提供特定8位二进制代码（如中断类型码）

2.3 数据总线收发器 74LS245

基本特性：

三态输出的8位双向总线收发器（transceiver）
16个双向数据端：A1～A8 和 B1～B8
2个控制端：允许端 G（低电平有效）、方向控制端 DIR

真值表：

允许 G	方向控制 DIR	数据传送方向
L	L	B → A
L	H	A → B
H	X	隔开（高阻）

主要用途：数据的双向传送、缓冲与驱动

74LS245 的 IOL（输出低电平负载电流）额定值为 64mA
80386DX 数据总线最多仅能吸收 4mA 电流
通过增设数据总线收发器可极大增强总线驱动能力

类似芯片：Intel 8286/8287

2.4 应用举例

例1：74LS373用于地址信号锁存

80386DX系统中，需锁存30位地址信号 A2～A31 和 4个字节允许信号 BE0～BE3
使用5片 74LS373 芯片
各片选通端 G 均由 ALE（地址锁存允许）信号驱动
OE 固定接逻辑0，输出始终处于允许状态

例2：74LS245用于数据总线收发

32位微机系统需4块 74LS245 实现双向总线驱动
DIR 由 DT/R（数据发送/接收）信号控制
G 由 DEN（数据允许）信号控制

三、可编程并行接口

3.1 可编程并行接口的组成

一个可编程并行接口电路通常包括：

两个或两个以上具有缓冲能力的数据寄存器
可供 CPU 访问的控制及状态寄存器
片选和内部控制逻辑电路
与外设进行数据交换的控制与联络信号线
与 CPU 用中断方式传送数据的相关中断控制电路

3.2 接口与 CPU 和外设的连接

CPU侧：数据总线、读/写控制信号、地址译码器、复位信号、中断响应信号
外设侧：并行输入/输出数据、输入/输出准备好信号、输入/输出回答信号
内部：输出缓冲寄存器、输入缓冲寄存器、控制寄存器、状态寄存器、中断逻辑

四、可编程并行通信接口 8255A

4.1 性能概要

Intel 8255A 是通用可编程并行接口芯片
40脚双列直插封装，单一+5V电源
全部输入输出与 TTL 电平兼容
连接外部设备通常不需要附加电路
三个输入输出端口：端口A、端口B、端口C
每个端口可通过编程设定为输入或输出端口
端口C可独立使用，也可配合端口A/B提供控制联络信号

4.2 芯片引脚信号

(1) 电源与地线（2条）：Vcc、GND

(2) 与外设相连（24条）：

PA7～PA0：端口A数据信号
PB7～PB0：端口B数据信号
PC7～PC0：端口C数据信号

(3) 与 CPU 相连（14条）：

RESET：复位信号，高电平有效。有效时所有内部寄存器被清除，3个数据端口自动设为输入端口
D7～D0：双向数据线，8位数据总线
CS：片选信号，低电平有效。来自译码器输出
RD：读信号，低电平有效。控制从8255A读出数据或状态
WR：写信号，低电平有效。控制把数据或控制命令字写入8255A
A1、A0：端口选择信号

端口选择编码：

A1	A0	选中端口
0	0	端口A
0	1	端口B
1	0	端口C
1	1	控制端口

4.3 内部结构

8255A 由四部分组成：

数据总线缓冲器：双向三态8位数据缓冲器，是8255A与CPU数据总线的接口
端口A、B、C：三个8位端口，各端口可由程序设定为输入或输出
- 端口A和端口B常作为独立的输入/输出端口
- 端口C可分成两个4位端口，为端口A/B提供控制和状态信息
A组控制和B组控制：
- A组控制：控制端口A及端口C的高4位（PC7～PC4）
- B组控制：控制端口B及端口C的低4位（PC3～PC0）
读写控制逻辑：负责管理8255A的数据传输过程

4.4 8255A 的控制字

4.4.1 方式选择控制字

格式（8位，D7=1为标识位）：

D7	D6 D5	D4	D3	D2	D1	D0
1	A组方式	端口A	PC7~PC4	B组方式	端口B	PC3~PC0
	00=方式0	1=输入	1=输入	0=方式0	1=输入	1=输入
	01=方式1	0=输出	0=输出	1=方式1	0=输出	0=输出
	1x=方式2		（方式0时）			（方式0时）

示例：

端口A：方式0，输出
端口B：方式0，输入
端口C高4位：方式0，输出
端口C低4位：方式0，输入
方式选择控制字 = 10000011B = 83H

初始化编程示例：

MOV DX, 28BH    ; 控制口地址
MOV AL, 83H     ; 方式选择控制字
OUT DX, AL      ; 写入控制口

4.4.2 端口C按位置1/置0控制字

格式（8位，D7=0为标识位）：

D7	D6 D5 D4	D3 D2 D1	D0
0	无关（X）	位选择	1=置1
		000=PC0	0=置0
		001=PC1
		…
		111=PC7

注意：端口C按位置1/置0控制字必须写入控制口，而不是端口C

示例：PC6置0

控制字 = 00001100B = 0CH

MOV DX, 28BH
MOV AL, 0CH     ; PC6置0控制字
OUT DX, AL

4.5 8255A 的工作方式

4.5.1 方式0（基本输入/输出方式）

端口A和端口B可规定为输入口或输出口
端口C分为高4位和低4位两个4位端口，可分别规定为输入或输出
共可构成 2⁴ = 16 种不同的使用组态
特点：没有规定专门的应答信号，常用于与简单外设的数据传送
- 如：LED显示器输出、二进制开关装置输入等

4.5.2 方式1（选通输入/输出方式）

与方式0的主要差别：端口A/B工作于方式1时，利用端口C接收选通信号或提供状态信号
信号与数位之间存在固定对应关系，不能用程序改变

方式1输入：

控制信号定义：

STB（Strobe）：选通信号，低电平有效。外设送给8255A，有效时8255A接收外设送来的8位数据
IBF（Input Buffer Full）：输入缓冲器满，高电平有效。8255A送给外设的联络信号
- IBF=高：数据已送进输入缓冲器，通知外设不能送新数据
- IBF=低：CPU已读取数据，输入缓冲器变空，允许外设送新数据
- STB使其置位，RD上升沿使其复位
INTR（Interrupt Request）：中断请求，高电平有效
- 当 STB=1、IBF=1、INTE=1 时置为高电平
- RD下降沿将其置为低电平
INTEA：端口A中断允许，无外部引出端，由PC4的置位/复位控制
INTEB：端口B中断允许，无外部引出端，由PC2的置位/复位控制

端口C信号分配（方式1输入）：

端口C位	端口A（方式1输入）	端口B（方式1输入）
PC7	I/O（未用，可设）	-
PC6	I/O（未用，可设）	-
PC5	IBFA	-
PC4	STBA	-
PC3	INTRA	-
PC2	-	STBB / INTEB
PC1	-	IBFB
PC0	-	INTRB

方式1输出：

控制信号定义：

OBF（Output Buffer Full）：输出缓冲器满，低电平有效。8255A输出给外设
- 有效时表示CPU已把数据输出给指定端口，通知外设取走
- WR上升沿置有效，ACK信号使其恢复高电平
ACK（Acknowledge）：外设响应信号，低电平有效。表明外设已接收数据
INTR：中断请求，高电平有效
- 当 ACK=1、OBF=1、INTE=1 时置为高电平
- WR上升沿使其变为低电平
INTEA：端口A中断允许，由PC6的置位/复位控制
INTEB：端口B中断允许，由PC2的置位/复位控制

端口C信号分配（方式1输出）：

端口C位	端口A（方式1输出）	端口B（方式1输出）
PC7	OBFA	-
PC6	ACKA / INTEA	-
PC5	I/O（未用，可设）	-
PC4	I/O（未用，可设）	-
PC3	INTRA	-
PC2	-	ACKB / INTEB
PC1	-	OBFB
PC0	-	INTRB

4.5.3 方式2（双向选通输入/输出方式）

仅端口A支持方式2
端口A工作于方式2时，端口C的PC7～PC3作为联络信号
端口B可工作于方式0或方式1
方式2是方式1输入和方式1输出的组合
状态字从端口C读取

4.6 8255A 的状态字

工作于方式1和方式2时，状态字通过读端口C的内容获得
方式1状态字分为输入状态字和输出状态字两种格式
方式2状态字也是从端口C读取，A组状态包含双向传送的全部状态信息

五、8255A 应用举例

例1：方式0 — 开关输入与LED显示输出

功能：端口A读入开关状态，端口B输出LED段选码（字形码）

配置：

端口A：方式0，输入
端口B：方式0，输出
方式选择控制字：90H
端口地址：A口D0H，B口D1H，C口D2H，控制口D3H

核心程序：

MOV AL, 90H        ; 方式选择控制字
OUT 0D3H, AL       ; A口方式0输入，B口方式0输出
 
RDPORTA:
IN AL, 0D0H        ; 读A口（开关状态）
AND AL, 0FH        ; 取低4位
MOV BX, OFFSET SSEGCODE  ; 段选码表首址
XLAT               ; 查表转换
OUT 0D1H, AL       ; B口输出到LED

共阴极LED段选码表：

0=3FH, 1=06H, 2=5BH, 3=4FH, 4=66H, 5=6DH, 6=7DH, 7=07H
8=7FH, 9=67H, A=77H, B=7CH, C=39H, D=5EH, E=79H, F=71H

例2：方式0 — 查询方式打印机接口

功能：用8255A作为打印机接口，查询方式工作

配置：

端口A：方式0，输出（打印数据）
端口C高4位：输出，PC6作为STB选通信号
端口C低4位：输入，PC2作为BUSY忙信号输入
方式选择控制字：81H

工作流程：

测试 BUSY 信号（PC2）
若 BUSY=1（忙），继续查询
若 BUSY=0（空闲），输出打印字符到端口A
通过PC6输出负脉冲作为STB选通信号
返回

核心程序：

MOV AL, 81H        ; 方式选择控制字
OUT 0D3H, AL
MOV AL, 0DH        ; 置PC6=1（STB初始为高）
OUT 0D3H, AL
 
TESBY:
IN AL, 0D2H        ; 读端口C
TEST AL, 04H       ; 测试PC2（BUSY）
JNZ TESBY          ; 忙则等待
 
MOV AL, DS:[2000H] ; 取打印字符
OUT 0D0H, AL       ; 输出到A口
MOV AL, 0CH        ; 置PC6=0（STB低）
OUT 0D3H, AL
INC AL             ; AL=0DH，置PC6=1
OUT 0D3H, AL       ; 产生负选通脉冲
RET

六、关键概念总结

并行通信：多位数据同时传送，传输率高，适用于短距离高速传输
简单接口芯片：74LS373（锁存器）、74LS244（缓冲器）、74LS245（双向收发器）
8255A三个端口：端口A、端口B、端口C，共24条I/O线
两种控制字：方式选择控制字（D7=1）、端口C按位置1/置0控制字（D7=0）
三种工作方式：
- 方式0：基本输入输出，无应答信号
- 方式1：选通输入输出，端口C提供固定联络信号
- 方式2：双向选通输入输出（仅端口A支持）
方式1的联络信号：STB（选通）、IBF（输入缓冲器满）、OBF（输出缓冲器满）、ACK（应答）、INTR（中断请求）
端口C的双重作用：既可作独立I/O口，又可为A/B口提供控制联络信号
状态字读取：方式1和方式2时，从端口C读取状态字

关联笔记

第13章中断系统 — 中断方式是并行接口数据传送的重要方式之一
计算机组织与系统结构 — 课程总览

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第14章并行通信及其接口电路

第14章并行通信及其接口电路

一、概述

并行通信与串行通信的区别

本章结构

二、简单并行接口电路

2.1 锁存器 74LS373

2.2 缓冲器 74LS244

2.3 数据总线收发器 74LS245

2.4 应用举例

三、可编程并行接口

3.1 可编程并行接口的组成

3.2 接口与 CPU 和外设的连接

四、可编程并行通信接口 8255A

4.1 性能概要

4.2 芯片引脚信号

4.3 内部结构

4.4 8255A 的控制字

4.4.1 方式选择控制字

4.4.2 端口C按位置1/置0控制字

4.5 8255A 的工作方式

4.5.1 方式0（基本输入/输出方式）

4.5.2 方式1（选通输入/输出方式）

4.5.3 方式2（双向选通输入/输出方式）

4.6 8255A 的状态字

五、8255A 应用举例

例1：方式0 — 开关输入与LED显示输出

例2：方式0 — 查询方式打印机接口

六、关键概念总结

关联笔记

关系图谱

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并行通信与串行通信的区别

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2.2 缓冲器 74LS244

2.3 数据总线收发器 74LS245

2.4 应用举例

三、可编程并行接口

3.1 可编程并行接口的组成

3.2 接口与 CPU 和外设的连接

四、可编程并行通信接口 8255A

4.1 性能概要

4.2 芯片引脚信号

4.3 内部结构

4.4 8255A 的控制字

4.4.1 方式选择控制字

4.4.2 端口C按位置1/置0控制字

4.5 8255A 的工作方式

4.5.1 方式0（基本输入/输出方式）

4.5.2 方式1（选通输入/输出方式）

4.5.3 方式2（双向选通输入/输出方式）

4.6 8255A 的状态字

五、8255A 应用举例

例1：方式0 — 开关输入与LED显示输出

例2：方式0 — 查询方式打印机接口

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