第7章-并行接口-.ppt
2023/2/4计算机接口技术1第第7章章 并行接口并行接口本章主要内容本章主要内容 并行接口基本特点并行接口基本特点 并行接口芯片的工作方式和编程模型并行接口芯片的工作方式和编程模型 并行接口解决并行接口解决方案方案并行接口的应用举例并行接口的应用举例2023/2/4计算机接口技术27.1 并行接口的特点并行接口的特点 1.1.并行接口并行接口最基本的特点最基本的特点是是以字节、字或双字宽度以字节、字或双字宽度，在接口与在接口与I/OI/O设备之间设备之间的的多根数据线上传输数据多根数据线上传输数据，因此数据传输速率快。因此数据传输速率快。2.2.并行传输时并行传输时，除，除数据线数据线外，还有外，还有地址线地址线、控制线的支持控制线的支持，实际上，并行接口所使用的信号线是系统三总线的延伸。实际上，并行接口所使用的信号线是系统三总线的延伸。3.3.并行传送并行传送不要求固定的传输速率不要求固定的传输速率，而由被连接或控制的，而由被连接或控制的 I/O I/O设备操作的要求决定。设备操作的要求决定。4.4.在在并行数据传输并行数据传输过程中，一般过程中，一般不作差错检验不作差错检验。5.5.并行接口并行接口使用的信号线比较多，使用的信号线比较多，宜用于近距离传输宜用于近距离传输。2023/2/4计算机接口技术37.2 组成并行接口的元器件组成并行接口的元器件1 1一般的一般的ICIC芯片芯片 三态缓冲器和锁存器三态缓冲器和锁存器组成并行接口。这类并行接口可组成并行接口。这类并行接口可用于对用于对一些一些简单简单的的I/OI/O设备进行控制设备进行控制。2 2可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片（如（如82C55A82C55A）功能强、可靠性高、通用性好，并）功能强、可靠性高、通用性好，并且使用灵活方便，因此且使用灵活方便，因此成为并行接口设计的首选芯片成为并行接口设计的首选芯片。3 3FPGAFPGA器件器件 采用采用FPGAFPGA器件器件，利用，利用EDAEDA（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation，电子设，电子设 计自动化）技术来设计并行接口，可以计自动化）技术来设计并行接口，可以实现复杂的接口功能实现复杂的接口功能，并且可，并且可 以以将接口中的辅助电路将接口中的辅助电路，如，如I/OI/O端口地址译码电路都端口地址译码电路都包含进去包含进去，这是，这是 目前接口设计很流行的一种方法。目前接口设计很流行的一种方法。2023/2/4计算机接口技术47.3 并行接口电路的解决方案并行接口电路的解决方案 生产生产CPU的各厂商都有与其配套的并行接口芯片，它们的的各厂商都有与其配套的并行接口芯片，它们的基本功能与工作原理相同基本功能与工作原理相同。我们我们选用选用82C55A作为并行接口电路的核心芯片。作为并行接口电路的核心芯片。它是一个它是一个通用型通用型、功能强且成本低的接口芯片，、功能强且成本低的接口芯片，可与任意一个可与任意一个需要需要并行并行传输数据的传输数据的I/O设备相连接设备相连接。7.3.1 通用并行接口通用并行接口82C55A的外部特性的外部特性 82C55A 82C55A是一个单是一个单+5V+5V电源供电、电源供电、4040个引脚的双列直插式组件，个引脚的双列直插式组件，82C55A 82C55A的外部引脚及信号定义如图的外部引脚及信号定义如图7.17.1所示。所示。引脚可分为引脚可分为面向面向CPUCPU和和面向面向I/OI/O设备设备两侧。两侧。2023/2/4计算机接口技术5 8255A外部引脚外部引脚 引脚名 方向 功能 D0D7 双向双向 数据线数据线 入入 片选片选 A A1 1,A,A0 0 入入 选寄存器选寄存器 入入 读读 入入 写写 RESETRESET 入入 复位信号复位信号 PA0PA7 双向双向 A A端口的端口的I/OI/O线线 PB0PB7 双向双向 B B端口的端口的I/OI/O线线 PC0PC7 双向双向 C C端口的端口的I/OI/O线线82C55A信号定义信号定义图图7.1 82C55A外部引脚及信号定义外部引脚及信号定义2023/2/4计算机接口技术6 1.1.面向面向CPUCPU一侧的信号线一侧的信号线 数据总线（数据总线（DBDB）：D D0 0D D7 7：双向数据线，用于双向数据线，用于CPUCPU向向82558255A A发送命令、数据和发送命令、数据和82558255A A向向CPUCPU回送状态、数据。回送状态、数据。地址总线（地址总线（ABAB）：片选信号，低电平有效；片选信号，低电平有效；A A0 0、A A1 1：芯片内部端口地址信号；芯片内部端口地址信号；控制总线（控制总线（CBCB）：读信号，低电平有效。读信号，低电平有效。：写信号，低电平有效。写信号，低电平有效。RESETRESET：复位信号，高电平有效。复位信号，高电平有效。2023/2/4计算机接口技术7 2.2.面向外部设备一侧的信号线面向外部设备一侧的信号线 PA0-PA7PA0-PA7（A A端口），端口），8 8位数据线。位数据线。PB0-PB7PB0-PB7（B B端口），端口），8 8位数据线。位数据线。PC0-PC7PC0-PC7（C C端口），端口），C C端口可作端口可作3 3种信号线使用：种信号线使用：两个两个4 4位数据线（位数据线（PCPC0303，PCPC4747）；）；）；）；1 1和和2 2方式的专用握手联络信号线；方式的专用握手联络信号线；按位控制信号线。按位控制信号线。2023/2/4计算机接口技术8 7.3.2 通用并行接口芯片的工作方式通用并行接口芯片的工作方式 82C55A的的工作方式有工作方式有3种种方式方式0、方式方式1和和方式方式2，下面分别介绍下面分别介绍3种工作方式的功能和特点。种工作方式的功能和特点。1.0 0方式的功能与特点方式的功能与特点 （1 1）功能）功能 A A端口端口用于用于数据传输数据传输，8 8位并行。位并行。B B端口端口用于用于数据传输数据传输，8 8位并行。位并行。C C端口端口用于用于数据传输时数据传输时，分高，分高4 4位和低位和低4 4位，位，4 4位并行；位并行；用作用作控制信号时控制信号时，按位输出逻辑高或低电平。，按位输出逻辑高或低电平。2023/2/4计算机接口技术9 （2 2）特点）特点 1 1）作单向数据传送）作单向数据传送，即一次初始化只能把某个并，即一次初始化只能把某个并行端口置成输入或输出，不能置成既输入又输出；行端口置成输入或输出，不能置成既输入又输出；2 2）不要求固定的联络（应答）信号）不要求固定的联络（应答）信号，无固定的工，无固定的工作时序和固定的工作状态字；作时序和固定的工作状态字；3 3）适用于无条件或查询方式数据传输）适用于无条件或查询方式数据传输，不能采用，不能采用中断方式交换数据。中断方式交换数据。2023/2/4计算机接口技术10 2.2.1 1方式的功能与特点方式的功能与特点（1 1）功能）功能 A A端口端口作作数据端口数据端口（8 8位并行）。位并行）。B B端口端口作作数据端口数据端口（8 8位并行）。位并行）。C C端口端口可有可有4 4种功能种功能，分别为：，分别为：作作A A端口和端口和B B端口的端口的专用联络信号线专用联络信号线；作作数据端口数据端口，未分配做专用联络信号的引脚做数据线用；，未分配做专用联络信号的引脚做数据线用；作作状态端口状态端口，读取，读取A A端口和端口和B B端口的状态字；端口的状态字；作作位控位控，按位输出逻辑，按位输出逻辑1 1或逻辑或逻辑0 0。2023/2/4计算机接口技术11（2 2）特点）特点 1 1）作单向数据传送作单向数据传送，即一次初始化只能把某个，即一次初始化只能把某个并行端口置成输入或输出；并行端口置成输入或输出；2 2）要求专用的联络要求专用的联络（握手（握手/应答）应答）信号信号，有固定，有固定的工作时序和专用的工作状态字；的工作时序和专用的工作状态字；3 3）适用于查询或中断方式适用于查询或中断方式与与CPUCPU交换数据，交换数据，不能不能用于无条件方式用于无条件方式交换数据交换数据。2023/2/4计算机接口技术12 3.3.2 2方式的方式的功能功能和和特点特点 （1 1）功能功能 A A端口端口做做双向数据端口双向数据端口（8 8位并行）；位并行）；B B端口端口做做单向数据端口单向数据端口（8 8位并行）；位并行）；C C端口端口有有4 4种功能种功能，与，与1 1方式类似。方式类似。（2 2）特点）特点 2 2方式是一种方式是一种双向选通方式双向选通方式，它，它与与1 1方式不同之处方式不同之处是是双方双方能够同时发送和接收能够同时发送和接收。其工作特点：。其工作特点：2023/2/4计算机接口技术13 1 1）双向数据传送双向数据传送，即一次初始化可将，即一次初始化可将A A端口置成既输端口置成既输入又输出，具有双向性；入又输出，具有双向性；2 2）要求使用两对专用的联络信号要求使用两对专用的联络信号，有固定的工作时序，有固定的工作时序和专用的工作状态字；和专用的工作状态字；3 3）适用于查询和中断方式适用于查询和中断方式与与CPUCPU交换数据，特别是在交换数据，特别是在要求与要求与I/OI/O设备进行双向数据传输时很有用。设备进行双向数据传输时很有用。2023/2/4计算机接口技术14 n7.3.3 通用并行接口通用并行接口82C55A的编程模型的编程模型 n 82C55A 82C55A的的编程模型包括编程模型包括内部内部可访问的寄存器可访问的寄存器、分配给、分配给寄存器的寄存器的端口地址端口地址，以及装入寄存器的，以及装入寄存器的命令字命令字、状态字状态字。用户利用用户利用它的它的编程模型编程模型进行进行并行接口的程序设计并行接口的程序设计。2023/2/4计算机接口技术151.1.内部寄存器内部寄存器82C55A82C55A内部逻辑结构如下图所示，图中的内部逻辑结构如下图所示，图中的“读读/写控制逻辑写控制逻辑”中设置有中设置有命令寄存器命令寄存器、状态寄存器状态寄存器(从从C C口读出口读出)、以及、以及3 3个双个双向数据寄存器向数据寄存器，均为，均为8 8位。位。82C55A内部逻辑框图2023/2/4计算机接口技术16 2.2.端口地址端口地址 82C55A 82C55A的应用分两种情况的应用分两种情况:系统配置的并行接口系统配置的并行接口，其端口地址由系统安排，其端口地址由系统安排(见表见表3.13.1和和表表3.2)3.2)。用户扩展的并行接口用户扩展的并行接口，其端口地址由用户通过，其端口地址由用户通过I/OI/O译码电路译码电路选定选定(见表见表3.3)3.3)。3.3.编程命令编程命令 82C55A 82C55A有有两个编程命令两个编程命令，分别为，分别为工作方式命令工作方式命令和和按位操按位操作（置位作（置位/复位）命令复位）命令。两个命令的功能及格式：两个命令的功能及格式：2023/2/4计算机接口技术17（1 1）方式命令）方式命令 功能功能：指定指定82C55A82C55A的的工作方式及工作方式及其方式下其方式下3 3个并行端口的个并行端口的 输入或输出输入或输出功能。功能。格式格式：8 8位命令字的格式及每一位的含义，如图位命令字的格式及每一位的含义，如图7.27.2所示所示 图图7.2 82C55A的工作方式字的格式的工作方式字的格式2023/2/4计算机接口技术18例如：例如：若要求把若要求把A端口端口指定为指定为1方式方式，输入输入；把把C端口上半部端口上半部指定为指定为输出输出。把把B端口端口指定为指定为0方式方式，输出输出；把把C端口下半部端口下半部指定为指定为输入输入。则则工作方式命令工作方式命令代码是代码是10110001B或或B1H。若若将将此此方式命令方式命令代码代码写到写到82C55A的的命令寄存器命令寄存器，即实现即实现了了对对82C55A工作方式及端口功能的指定工作方式及端口功能的指定，或者说，或者说完成了完成了对对82C55A的的初始化初始化。2023/2/4计算机接口技术19 汇编语言初始化的程序段如下。汇编语言初始化的程序段如下。MOV DX,303H ;82C55命令口地址命令口地址 MOV AL,0B1H ;初始化命令初始化命令 OUT DX,AL ;送到命令口送到命令口2023/2/4计算机接口技术20(2)(2)按位置位按位置位/复位命令复位命令 功能功能：指定指定82C55A82C55A的的C C端口端口8 8个引脚中的任意一个引脚个引脚中的任意一个引脚，也只，也只能能1 1次指定次指定1 1个引脚个引脚输出高电平或低电平输出高电平或低电平。格式格式：8 8位命令字的格式与含义，如图位命令字的格式与含义，如图7.37.3所示。所示。图图7.3 82C55A的命令字格式的命令字格式2023/2/4计算机接口技术21例如：例如：若若把把C端口的端口的PC2引脚引脚输出输出高电平高电平，去启动步进电机，去启动步进电机，则则命令字命令字应该为应该为00000101B或或05H。其程序段如下：其程序段如下：MOV DX,303H ;82C55A命令口地址命令口地址 MOV AL,05H ;使使PC2=1的命令的命令字字 OUT DX,AL ;送到命令口送到命令口2023/2/4计算机接口技术22 如果要如果要使使PC2引脚引脚输出输出低电平低电平，去停止步进电机，去停止步进电机，则则命令字命令字应该为应该为00000100B或或04H.其其程序段如下：程序段如下：MOV DX,303H ;82C55命令口地址命令口地址 MOV AL,04H ;使使PC2=0的命的命令令 OUT DX,AL ;送到命令口送到命令口2023/2/4计算机接口技术23（3 3）关于两个命令的使用）关于两个命令的使用 1 1）两个命令两个命令的的最高位（最高位（D7D7）都分配作都分配作为特征位为特征位。设置特征位的目的设置特征位的目的是为了是为了解决端口共用解决端口共用。82C55A82C55A有两个命有两个命令，但只有一个命令端口，当两个命令写到同一个命令端令，但只有一个命令端口，当两个命令写到同一个命令端口时，就用特征位加以识别。口时，就用特征位加以识别。2 2）按位置位复位命令按位置位复位命令虽然是对虽然是对C C端口进行按位输出操作，端口进行按位输出操作，但它但它不能写入作数据口用的不能写入作数据口用的C C端口端口，只能写入命令口只能写入命令口，原因原因是它不是数据，而是命令是它不是数据，而是命令，要按命令的格式来解释和执行。，要按命令的格式来解释和执行。2023/2/4计算机接口技术247.4 步进电机控制接口设计步进电机控制接口设计例例7.1 7.1 步进电机控制接口电路设计步进电机控制接口电路设计 1.1.要求要求 设计设计一个四相六线式一个四相六线式步进电机接口电路步进电机接口电路，要求要求按按四相双四相双八拍方式八拍方式运行，当运行，当按下按下开关开关SW2SW2时，步进电机时，步进电机开始开始运行；当运行；当按按下下开关开关SW1SW1时，步进电机时，步进电机停止停止。2023/2/4计算机接口技术25 2.分析分析 首先，首先，CPU与步进电机之间与步进电机之间的数据交换的数据交换是无条件传输是无条件传输，因，因此此可利用可利用82C55A的的0方式方式设计步进电机控制接口。设计步进电机控制接口。其次，本题接口的其次，本题接口的被控对象是步进电机被控对象是步进电机，那么，如何对步，那么，如何对步进电机实施控制，就进电机实施控制，就要了解步进电机的控制原理及控制方法要了解步进电机的控制原理及控制方法。2023/2/4计算机接口技术26（1）步进电机控制原理）步进电机控制原理 步进电机旋转的步进电机旋转的角位移角位移与与输入脉冲的个数输入脉冲的个数成正比；成正比；步进电机的步进电机的转速转速与与输入脉冲的频率输入脉冲的频率成正比；成正比；步进电机的步进电机的转动方向转动方向与与输入脉冲对绕组加电的顺序有关输入脉冲对绕组加电的顺序有关。因此，步进电机旋转的因此，步进电机旋转的角位移角位移、转速转速及及方向方向均受输入脉冲的均受输入脉冲的 控制控制。2023/2/4计算机接口技术27（2）运行方式与方向控制）运行方式与方向控制 步进电机的步进电机的运行方式运行方式指各相绕组循环轮流通电的方式，指各相绕组循环轮流通电的方式，如四相步进电机如四相步进电机有单四拍有单四拍、单八拍单八拍、双四拍双四拍、双八拍双八拍几种方几种方式，如图式，如图7.47.4所示。所示。图图7.4 四相步进电机运行方式四相步进电机运行方式2023/2/4计算机接口技术28 可见，可见，为了实现对各绕组按一定方式轮流加电为了实现对各绕组按一定方式轮流加电，需要需要1个个脉冲循环分配器脉冲循环分配器。脉冲循环分配器可用硬件，也。脉冲循环分配器可用硬件，也可以软件来实现，本例可以软件来实现，本例采用软件的方法采用软件的方法，即，即循环查表法循环查表法来实现对运行方式与方向的控制。来实现对运行方式与方向的控制。循环查表法循环查表法是是将将各相绕组加电顺序的各相绕组加电顺序的控制代码控制代码制成制成一张一张步进电机相序表步进电机相序表(见表见表7.2)，存放在内存区，存放在内存区，再设置再设置一个地址指针一个地址指针。若。若改变相序表内的加电代码和地址指针改变相序表内的加电代码和地址指针的指向的指向，则，则可改变步进电机的运行方式与方向可改变步进电机的运行方式与方向。2023/2/4计算机接口技术29 表7.2 四相双八拍运行方式相序加电代码表2023/2/4计算机接口技术30（3）运行速度的控制）运行速度的控制 控制控制步进电机步进电机运行速度运行速度有有两种途径两种途径：硬件硬件改变改变输入脉冲的频率输入脉冲的频率，通过对定时器（如，通过对定时器（如82C54A）定时常数的设定，使其升频、降频或恒频；定时常数的设定，使其升频、降频或恒频；软件软件延时，调用延时，调用延时子程序延时子程序。2023/2/4计算机接口技术31（4）步进电机的驱动）步进电机的驱动 步进电机步进电机在系统中在系统中是是一种一种执行元件执行元件，都要带负载，因此，都要带负载，因此，需要功率驱动需要功率驱动。常采用。常采用达林顿复合管达林顿复合管，如采用，如采用TIP122作为功作为功率驱动级。驱动原理如图率驱动级。驱动原理如图7.5所示。所示。在在复合管的复合管的b极加高电平极加高电平，复合管导通复合管导通，步进电机的步进电机的A相加电相加电。图图7.5 步进电机驱动原理图步进电机驱动原理图2023/2/4计算机接口技术32（5）步进电机的启）步进电机的启/停控制停控制 为了为了控制控制步进电机的步进电机的启启/停停，通常采用设置，通常采用设置硬开关硬开关和和软开软开关关。所谓硬开关所谓硬开关，一般是在外部，一般是在外部设置按键开关设置按键开关SW，并且约定并且约定当开关当开关SW按下时启动运行或停止运行。按下时启动运行或停止运行。所谓软开关所谓软开关，就是，就是利用系统的键盘利用系统的键盘，定义某一个键，当该，定义某一个键，当该键按下时，启动或停止运行。键按下时，启动或停止运行。2023/2/4计算机接口技术333设计设计（1）硬件设计）硬件设计 采用并行接口芯片采用并行接口芯片82C55A作为步进电机与作为步进电机与CPU的接口。的接口。根据设计要求根据设计要求，需要使用，需要使用3种信号线种信号线，即，即3个端口。个端口。1）A端口为输出端口为输出，向步进电机的，向步进电机的4个绕组个绕组发送加电代码发送加电代码（相序码），以（相序码），以控制控制步进电机步进电机运行方式运行方式；2）C端口的高端口的高4位位（PC4）为输出为输出，控制，控制74LS373的开的开/关，关，起隔离作用起隔离作用；3）C端口的低端口的低4位位（PC0和和PC1）为输入为输入，分别与开关，分别与开关SW2和和SW1连接，以连接，以控制控制步进电机的步进电机的启动启动和和停止停止。步进电机接口电路如图步进电机接口电路如图7.6所示。所示。2023/2/4计算机接口技术34图图7.6 步进电机控制接口原理图步进电机控制接口原理图2023/2/4计算机接口技术35（2）软件设计）软件设计 在开环控制方式下在开环控制方式下，四相步进电机的启，四相步进电机的启/停操作停操作可以随时进行，可以随时进行，是一种无条件并行传送是一种无条件并行传送。控制程序包括：控制程序包括：相序表和相序指针的设置、相序表和相序指针的设置、82C55A初始化、初始化、步进电机启步进电机启/停控制、停控制、相序代码传送，以及电机的保护措施等。相序代码传送，以及电机的保护措施等。具体程序见具体程序见教材教材P118120。4.讨论讨论 讨论内容见教材讨论内容见教材P1202023/2/4计算机接口技术367.5 声声-光报警器接口设计光报警器接口设计 例例7.2 7.2 声声-光报警器接口电路设计光报警器接口电路设计 1.要求要求 设计一个声设计一个声-光报警器，要求光报警器，要求按下按下按钮按钮开关开关SWSW，开始开始报警报警，喇叭喇叭SPKSPK发声发声，LEDLED灯灯同时同时闪光闪光。当拨通。当拨通DIPDIP拨动拨动开关的开关的0 0位位时，时，结束报警结束报警，喇叭停止发声，喇叭停止发声，LEDLED熄灭熄灭。2分析分析 该该声声-光报警器光报警器包括包括4种简单的器件种简单的器件：扬声器扬声器、8个个 LED彩灯彩灯、8位位DIP拨动开关拨动开关及及按钮开关按钮开关SW。它们都。它们都必必须通过接口电路须通过接口电路才能进入微机系统，才能进入微机系统，接受接受CPU的控制的控制，发挥相应的作用。发挥相应的作用。2023/2/4计算机接口技术37 3.设计设计 （1）硬件设计）硬件设计 本例接口所涉及的本例接口所涉及的I/O设备虽然简单，但数量较多，并且设备虽然简单，但数量较多，并且既有输入（按钮开关既有输入（按钮开关SW和拨动和拨动DIP开关）又有输出（喇开关）又有输出（喇叭叭SPK和和LED）。）。根据设计要求根据设计要求，4个设备个设备需要使用需要使用4种种信号线，信号线，即即4个端口。个端口。1）A端口输出端口输出，控制控制8个个LED彩灯彩灯 2）B端口输入端口输入，接收接收8位位DIP拨动开关的状态拨动开关的状态 3）C端口高端口高4位输出位输出，控制控制SPK扬声器扬声器 4）C端口低端口低4位输入位输入，接收接收SW按钮开关按钮开关的状态的状态 声声-光报警器接口电路原理如图光报警器接口电路原理如图7.7所示。所示。2023/2/4计算机接口技术38 图图7.7 声声光报警器电路原理图光报警器电路原理图2023/2/4计算机接口技术39（2）软件设计）软件设计根据设计要求，拟定声根据设计要求，拟定声-光报警器程序流程图如光报警器程序流程图如图图7.8所示。所示。声声-光报警器程序见光报警器程序见教材教材P121123。图图7.8 声声光报警器程序流程图光报警器程序流程图4.讨论讨论讨论内容见教材教材p124第第7章章 并行接口并行接口本本 章章 小小 结结并行接口基本特点并行接口基本特点 通用并行接口芯片的工作方式通用并行接口芯片的工作方式通用并行接口芯片编程模型通用并行接口芯片编程模型 并行接口应用设计举例并行接口应用设计举例
