Ducklinger
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接口实验

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第六章

6.1 I/O接口

I/O 接口就是 CPU 和外设之间的中间电路。

CPU 速度快，外设速度慢；CPU 用数字电平和总线工作，而外设可能是按键、LED、打印机、键盘、数码管等。两者不能直接简单相连，所以需要接口电路完成缓冲、状态检测、地址译码、读写控制等功能。I/O 接口要解决速度不匹配、电平不一致、信息格式转换、时序同步、地址译码、读写控制和中断控制等问题。

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主要功能：
1. 数据缓冲
2. 电平转换
3. 信息格式转换
4. 时序控制
5. 地址译码
6. 读/写控制
7. 中断控制

开关状态不能直接“变成 AL 里的数据”
LED 也不能直接被 MOV 指令点亮

开关 → 8255A A口 → CPU
CPU → 8255A B口 → LED

CPU 和外设通信时，实际访问的是 端口 Port。

端口 作用
数据端口 存放输入/输出数据
状态端口 反映外设当前状态
控制端口/命令端口 接收 CPU 发出的控制命令

I/O 端口寻址方式

  1. 存储器映象寻址

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    ;I/O 端口和存储器统一编址
    ;可以用普通访存指令访问 I/O
    MOV AL, [端口地址]

  2. I/O 单独编址

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    ;在 8086 系统中都采用 I/O 单独编址方式，用专门的 IN 和 OUT 指令访问 I/O 端口

    IN  AL, DX
    OUT DX, AL

CPU 与外设的数据传送方式

  1. 程序控制方式：程序控制方式就是 CPU 用程序主动控制数据传送。

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    ;无条件传送
    ;读开关状态
    ;控制 LED 亮灭

    IN  AL, 60H
    OUT 61H, AL

    ;从端口 60H 读开关状态
    ;输出到端口 61H 控制 LED

    ;查询式传送
    ;先读状态口
    ;如果未准备好，继续等待
    ;如果准备好，再读/写数据口

    READ_STATUS:
        IN   AL, PORT_STATUS
        TEST AL, 01H
        JZ   READ_STATUS

        IN   AL, PORT_DATA
    ;反复检测 READY 位
    ;READY = 1 时，才读取数据

  2. 中断方式：外设没准备好时，CPU 去做别的事外设准备好后，主动向CPU 发中断请求，CPU 响应中断后再处理数据

  3. DMA 方式：DMA 方式可在不受 CPU 干预的情况下，实现存储器与外设之间高速交换数据，典型 DMA 控制器是 8237A

6.2 8255A

8255A 内部包括：

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A口 	8位
B口 	8位
C口	8位
A组控制逻辑 
B组控制逻辑
数据总线缓冲器
读/写控制逻辑
控制字寄存器

端口：

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数据总线A1A2接8255A的A0和A1选择端口，
00：A口
01：B口
10：C口
11：控制口

确认基地址之后，常见一位从低到高排列
如果用十六位接，低8位用偶地址访问，高地址用奇地址访问

8255A 控制字有两类：

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1. 方式选择控制字
2. C口置位/复位控制字

方式选择控制字

特点：

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D7 = 1

格式：

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D7  D6 D5  D4  D3  D2  D1  D0
1   A组方式 A口 C高 B组 B口 C低

记忆重点：

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1 = 输入
0 = 输出
D7 = 1 表示方式选择控制字

C口置位/复位控制字

特点：

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D7 = 0

作用：

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单独把 PC0~PC7 某一位设置为 1 或 0

例如课件中给了 PC5 输出正脉冲的程序：

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MOV AL, 00001011B
OUT 63H, AL        ; 置 PC5 为高电平

MOV AL, 00001010B
OUT 63H, AL        ; 置 PC5 为低电平

也就是说，C口某一位可以单独控制。

8255A的工作方式

方式0：基本输入输出，把AB方式均设为0，D7=1，其余组合

方式1：AB口的工作需要联络信号来源C口，PC20和PC53

方式2：双向总线方式，A口既能用作输入口，也可以编程作为输出口

6.2.1 开关控制LED

有 8 个开关 K7~K0，8 个 LED LED7~LED0

要求：

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开关断开 → 对应 LED 点亮
开关闭合 → 对应 LED 熄灭

硬件连接：

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PA7~PA0 接 8 个开关
PB7~PB0 接 8 个 LED

端口地址：

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F0H → A口
F2H → B口
F4H → C口
F6H → 控制口

分析

A口接开关，设为输入

B口接LED，设为输出

C口不工作

工作方式简单，不需要握手，所以使用方式0

控制字：

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D7 = 1
D6D5 = 00    A口方式0
D4 = 1       A口输入
D3 = 0       C高输出
D2 = 0       B口方式0
D1 = 0       B口输出
D0 = 0       C低输出
    
    10010000B = 90H

程序

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ASSUME CS:CODE

CODE SEGMENT
START:
    MOV DX, 0F6H
    MOV AL, 10010000B
    OUT DX, AL

    AGAIN:
        MOV DX, 0F0H
        IN AL, DX

        MOV DX, 0F2H
        OUT DX, AL

        JMP AGAIN
CODE ENDS
END START

6.2.2

读 4 个开关，用七段 LED 显示 0F，4 个开关 `K3K0` 表示一个 4 位二进制数。

依旧简单输入输出使用方式0

控制字90H

60H A口 、61H B口、 62H C口、 63H 控制字

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DATA SEGMENT
TABLE DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H
      DB 00H,18H,80H,03H,43H,21H,06H,0EH
DATA ENDS

CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE ,DA:DATA
	
	MOV AX, DATA
	MOV DS, AX
	
	MOV AL, 90H
	OUT 63H, AL
	
IN_PA:
	IN AL, 60H
	AND AL, 0FH
	
	MOV BX, OFFSET TABLE
	XLAT;AL = [BX + AL]
	
	OUT 61H, AL

6.2.3 查询式输入

某输入设备通过接口向 CPU 传数据。CPU 必须先判断数据是否准备好，准备好后才能读取。

假设：

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状态口：PORT_S
数据口：PORT_D
READY 位：D0
D0 = 0：数据未准备好
D0 = 1：数据准备好
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WAIT_READY:
    IN   AL, PORT_S
    TEST AL, 01H
    JZ   WAIT_READY

    IN   AL, PORT_D

6.2.4 查询式输出

CPU 要向外设输出数据，但外设可能正忙。必须等外设不忙时才能输出。

假设：

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状态口：PORT_S
数据口：PORT_OUT
BUSY 位：D1
BUSY = 1：外设忙，不能输出
BUSY = 0：外设空闲，可以输出
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WAIT_NOT_BUSY:
    IN   AL, PORT_S
    TEST AL, 02H
    JNZ  WAIT_NOT_BUSY

    MOV  AL, DATA
    OUT  PORT_OUT, AL

6.2.5 4×4 矩阵键盘扫描

用 8255A 连接一个 4 行 × 4 列键盘，检测哪个键被按下。

课件中的键盘接口部分讲到：键盘中的开关排列成行、列矩阵，检测按键时要先判断是否有键按下，还要进行消抖处理。

按键只是“接通两根线”，不是“给两根线赋值”。

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1. 先让所有行输出 0
2. 读取列线
3. 如果列线全为 1，说明没有键按下
4. 如果某列为 0，说明有键按下
5. 延时 20ms 消抖
6. 逐行输出 0，其他行为 1
7. 再读列线，确定是哪一行哪一列
8. 得到键值

8255A A口：PA3~PA0 接 4 根行线，作为输出
8255A B口：PB3~PB0 接 4 根列线，作为输入
键未按下时：列线为 1
键按下时：如果对应行输出 0，则对应列读到 0

A口：60H
B口：61H
C口：62H
控制口：63H
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SCAN:
    MOV AL, 00H
    OUT PORT_A, AL ;行全设为0

    IN  AL, PORT_B ;取B（列）状态
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JE  SCAN

    CALL DELAY_20MS
    
	;再次确认
    MOV AL, 00H
    OUT PORT_A, AL

    IN  AL, PORT_B
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JE  SCAN

    ; 扫描第0行
    MOV AL, 0FEH
    OUT PORT_A, AL
    IN  AL, PORT_B
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JNE ROW0_FOUND

    ; 扫描第1行
    MOV AL, 0FDH
    OUT PORT_A, AL
    IN  AL, PORT_B
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JNE ROW1_FOUND

    ; 扫描第2行
    MOV AL, 0FBH
    OUT PORT_A, AL
    IN  AL, PORT_B
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JNE ROW2_FOUND

    ; 扫描第3行
    MOV AL, 0F7H
    OUT PORT_A, AL
    IN  AL, PORT_B
    AND AL, 0FH
    CMP AL, 0FH
    JNE ROW3_FOUND

    JMP SCAN
-------------到底咯QAQ嘎嘎-------------