Panther: http://www.computer-museum.ru/technlgy/i8255.htm

2008-01-29T09:55:39Z

http://www.computer-museum.ru/technlgy/i8255.htm

Новая страница

{{ДИИ|Автор=Вадим Кудрявцев|Источник=[http://www.computer-museum.ru/technlgy/i8255.htm Виртуальный компьютерный музей. Проект Эдуарда Пройдакова.]}}
<small>{{TOCright}}</small>

Любое устройство должно быть тем или иным образом связано с внешним миром. В микропроцессорной технике эту роль выполняют периферийные адаптеры. С их помощью центральный процессор получает данные, требующие той или иной обработки, управляет различными устройствами.

Программируемый периферийный адаптер (ППА) КР580ВВ55 представляет собой три канала ввода/вывода A, B и C по 8 бит каждый. Существует три режима работы микросхемы. В режиме 0 три упомянутых канала могут быть независимо друг от друга запрограммированы на ввод или вывод информации. Режим 1 позволяет передавать информацию по каналам A и B, используя отдельные биты канала C для управления обменом данными. В режиме 2 канал A приобретает свойство двунаправленной шины, управляемой опять же отдельными битами канала C. Кроме того, возможны установка и сброс отдельных битов канала C. Микросхема выпускается в 40-выводном DIP-корпусе.

Основные особенности микросхемы:

* 3 канала ввода/вывода, 8 бит каждый;
* 3 режима работы (1 — статический ввод/вывод, 2 — тактируемый ввод/вывод, 3 — двунаправленный ввод/вывод);
* раздельное программирование каждого канала на ввод или вывод.

== Описание структуры и функционирование ==
Структурная схема программируемого периферийного адаптера представлена на рис. 1.

[[Изображение:i8255a.gif|frame|center|Структурная схема программируемого периферийного адаптера КР580ВВ55]]

ППА структурно разбит на две группы (A и B). Группа A включает в себя канал A и старшую тетраду канала C. Группа B состоит из канала B и младшей тетрады канала C. Доступ к каналам ввода/вывода и регистру управления осуществляется с помощью логики чтения-записи в соответствии с табл. 1.

; Таблица 1. Доступ к каналам ввода/вывода и регистру управляющего слова

<table class=border>
<tr>
<th>A1</th>
<th>A0</th>
<th>/RD</th>
<th>/WR</th>
<th>/CS</th>
<th> </th>
</tr>
<tr>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных <- канал A</td>
</tr>
<tr>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных <- канал B</td>
</tr>
<tr>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных <- канал C</td>
</tr>
<tr>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>Данные не определены</td>
</tr>
<tr>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных -> канал A</td>
</tr>
<tr>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных -> канал B</td>
</tr>
<tr>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных -> канал C</td>
</tr>
<tr>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>Шина данных -> регистр управления</td>
</tr>
<tr>
<td>X</td>
<td>Х</td>
<td>Х</td>
<td>Х</td>
<td>1</td>
<td>Шина данных в высокоомном состоянии</td>
</tr></table>
Назначение этих и остальных выводов микросхемы приведено в табл. 2.

; Таблица 2. Назначение выводов

<table class=border>
<tr>
<td>D0…D7</td>
<td>Двунаправленная шина данных. Предназначена для передачи и приема данных процессором, а также передачи управляющих команд и слова состояния</td>
</tr>
<tr>
<td>/CS</td>
<td>Chip Select. Выбор микросхемы. Низкий уровень инициирует обмен между процессором и ППА</td>
</tr>
<tr>
<td>/RD</td>
<td>Read. Чтение. Низкий уровень на этом входе позволяет ППА передать данные или слово состояния процессору</td>
</tr>
<tr>
<td>/WR</td>
<td>Write. Запись. Низкий уровень на этом входе позволяет ППА принять данные или управляющую команду</td>
</tr>
<tr>
<td>RESET</td>
<td>Reset. Сброс. Высокий уровень на этом входе сбрасывает все внутренние регистры, включая регистры управления, переключает все каналы (A, B, C) в режим 0, одновременно переводя их в режим ввода (только при /RD = 0 и /WR = 0)</td>
</tr>
<tr>
<td>A0, A1</td>
<td>Адресные входы. Выбор канала. Позволяют выбрать один из каналов (A, B, C) или регистры управляющего слова и состояния (в зависимости от сигналов на входах /RD и /WR, см. табл. 2)</td>
</tr>
<tr>
<td>PA0…PA7</td>
<td>Канал A</td>
</tr>
<tr>
<td>PB0…PB7</td>
<td>Канал B</td>
</tr>
<tr>
<td>PC0…PC7</td>
<td>Канал C</td>
</tr></table>

Первоначальное включение или подача сигнала высокого уровня на вход сброс RESET микросхемы переключает все каналы (A, B, C) в режим 0, одновременно переводя их в режим ввода. Сброс выполняется только при условии /RD = 0 и /WR = 0.

Режим работы и направление передачи для каждого канала задается с помощью записи управляющего слова в регистр управления в соответствии с табл. 3 или 4. Отметим возможность комбинирования режимов работы для разных каналов. К примеру, канал B может быть запрограммирован на вывод в режим 0 для управления различными выключателями и реле, в то время как канал A может быть запрограммирован в режим 1 для ввода с клавиатуры или перфоленты.

; Таблица 3. Формат управляющего слова для выбора режима работы

<table class=border>
<tr>
<th>D7</th>
<th>D6</th>
<th>D5</th>
<th>D4</th>
<th>D3</th>
<th>D2</th>
<th>D1</th>
<th>D0</th>
</tr>
<tr>
<td>Флаг управления<br>1 = выбор режима</td>
<td colspan="4">Группа A</td>
<td colspan="3">Группа В</td>
</tr>
<tr>
<td> </td>
<td colspan="2">Выбор режима:<br>
00 = режим 0<br />
01 = режим 1<br />
1х = режим 2</td>
<td>Канал A:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
<td>Старшая тетрада канала C:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
<td>Выбор режима:<br>
0 = режим 0<br />
1 = режим 1</td>
<td>Канал B:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
<td>Младшая тетрада канала C:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
</tr></table>
; Таблица 4. Формат управляющего слова для двунаправленного режима.

<table class=border>
<tr>
<td>D7</td>
<td>D6</td>
<td>D5</td>
<td>D4</td>
<td>D3</td>
<td>D2</td>
<td>D1</td>
<td>D0</td>
</tr>
<tr>
<td>Флаг управления<br>
1 = выбор режима</td>
<td>Выбор режима:<br>
1 = режим 2</td>
<td colspan="3">Произвольное состояние</td>
<td>Выбор режима для канала B:<br>
0 = режим 0<br />
1 = режим 1</td>
<td>Канал B:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
<td>Биты 0..2 канала C:<br>
1 = ввод<br />
0 = вывод</td>
</tr></table>

Каждый из восьми битов канала C может быть независимо от других установлен или сброшен с помощью специальной команды вывода, посылаемой в регистр управления. Это свойство канала C облегчает программирование в случае, когда биты канала C используется для управления передачей данных по каналам A или B. Формат команды приведен в табл. 5.

Работа микросхемы в режиме 1 или 2 характеризуется наличием управляющих сигналов, которые могут вызывать прерывание работы процессора КР580ВМ80.

Команда установки или сброса соответствующего бита канала C позволяет запретить или разрешить выдачу требуемого прерывания.

; Таблица 5. Оперирование битами

<table class=border>
<tr>
<td>D7</td>
<td>D6</td>
<td>D5</td>
<td>D4</td>
<td>D3</td>
<td>D2</td>
<td>D1</td>
<td>D0</td>
</tr>
<tr>
<td>Флаг управления<br>
0 = оперирование битами</td>
<td colspan="3">Произвольное состояние</td>
<td colspan="3">Выбор бита:<br>
0 0 0 = 0 бит<br />
0 0 1 = 1 бит<br />
0 1 0 = 2 бит<br />
0 1 1 = 3 бит<br />
1 0 0 = 4 бит<br />
1 0 1 = 5 бит<br />
1 1 0 = 6 бит<br />
1 1 1 = 7 бит</td>
<td>1 = установить бит<br>
0 = снять бит</td>
</tr></table>

== Описание режимов работы ==
=== Режим 0 (простой ввод/вывод) ===
Работа в этом режиме позволяет организовать простой ввод или вывод для каждого из трех каналов. Данные просто записываются или считываются из выбранного канала. Таким образом, основные особенности функционирования микросхемы в режиме 0 следующие:

* два 8-битовых канала (каналы A и B) и два 4-битовых канала (старшая и младшая половинки канала C);
* каждый канал может быть независимо от других запрограммирован на ввод или вывод; таким образом, всего может быть 16 различных комбинаций ввода/вывода;
* выходы имеют память, входы работают без буферной памяти.

=== Режим 1 (тактируемый ввод/вывод) ===
Этот режим служит для однонаправленного обмена данными по выбранному каналу с периферийным устройством. Для управления передачей или приемом по каналу A используется младшая тетрада канала C, канал B управляется старшей тетрадой канала C.

Основные особенности работы в данном режиме:

* два канала (каналы A и B);
* каждый канал может быть запрограммирован на вход или выход;
* одна тетрада канала C используется для управления одного канала передачи данных.

; Описание сигналов для управления операцией ввода

* /STB (STROBE)

По низкому уровню на этом входе входные данные записываются в буферную память.

* /IBF (INPUT BUFFER FULL)

Высокий уровень на этом выходе показывает, что данные загружены в буферную память. Задний фронт сигнала /STB устанавливает этот выход в уровень лог. 1, передний фронт сигнала на входе /RD сбрасывает его в лог. 0.

* INTR (INTERRUPT)

Высокий уровень на этом выходе может быть использован для прерывания выполнения основной программы процессора, чтобы обслужить устройство ввода. Сигнал INTR устанавливается в лог. 1 по переднему фронту сигнала /STB (если установлен сигнал INTE разрешения прерывания) и сбрасывается по заднему фронту сигнала на входе /RD микросхемы. Этот процесс обеспечивает ввод данных в микропроцессор со стороны устройства ввода простым стробированием своих данных.

* INTE A

Разрешение прерывания для канала A. Управляется установкой/сбросом бита 4 канала С.

* INTE B

Разрешение прерывания для канала B. Управляется установкой/сбросом бита 2 канала С.

Взаимодействие описанных сигналов показано на рис. 2.

[[Изображение:i8255b.gif|frame|center| Работа ППА в режиме 1 (тактируемый ввод)]]

; Описание сигналов для управления операцией вывода

* /OBF (OUTPUT BUFFER FULL)

Сигнал высокого уровня на этом выходе показывает устройству вывода, что микропроцессор записал данные в канал. Сигнал устанавливается в лог. 1 по переднему фронту на входе /WR микросхемы и сбрасывается по заднему фронту сигнала /ACK.

* /ACK (ACKNOWLEDGEMENT)

Низкий уровень на этом выходе показывает микропроцессору, что периферийное устройство приняло данные.

* INTR (INTERRUPT)

Высокий уровень на этом выходе может быть использован для прерывания выполнения основной программы процессора в момент принятия данных периферийным устройством. Сигнал INTR устанавливается в лог. 1 по переднему фронту сигнала /ACK (если одновременно сигналы /OBF и INTE установлены в лог. 1) и сбрасывается по заднему фронту сигнала на входе /WR микросхемы.

* INTE A

Разрешение прерывания для канала A. Управляется установкой/сбросом бита 6 канала С.

* INTE B

Разрешение прерывания для канала B. Управляется установкой/сбросом бита 2 канала С.

Взаимодействие описанных сигналов показано на рис. 3.

[[Изображение:i8255c.gif|frame|center| Работа ППА в режиме 1 (тактируемый вывод)]]

=== Режим 2 (двунаправленный тактируемый ввод/вывод) ===
В этом режиме возможен обмен данными по 8-битовой двунаправленной шине данных. Управление обменом данными, а также направление передачи задается с помощью управляющих сигналов аналогичным режиму 1 способом. Возможно также генерирование сигналов прерываний и запрета разрешения.

Основные особенности работы в данном режиме:

* возможно использование только канала A;
* управление обменом обеспечивается 5 битами канала C;
* входы и выходы обладают буферной памятью.

; Описание управляющих сигналов для двунаправленного ввода/вывода

* INTR (INTERRUPT)

Высокий уровень на этом выходе может быть использован для прерывания выполнения основной программы процессора.

; Режим вывода

* /OBF (OUTPUT BUFFER FULL)

Сигнал высокого уровня на этом выходе показывает устройству вывода, что микропроцессор записал данные в канал A.

* /ACK (ACKNOWLEDGEMENT)

Низкий уровень на этом выходе выводит выходной буфер канала A из третьего состояния для вывода данных в периферийное устройство. В остальных случаях выходной буфер остается в третьем состоянии.

* INTE 1 (INTE плюс /OBF)

Разрешение прерывания для канала A при работе на вывод. Управляется установкой/сбросом бита 6 канала С.

; Режим ввода

* /STB (STROBE)

Низкий уровень на этом входе загружает данные из периферийного устройства в буферную память канала A.

* /IBF (INPUT BUFFER FULL)

Высокий уровень на этом выходе показывает, что данные загружены в буферную память.

* INTE 2 (INTE плюс /IBF)

Разрешение прерывания для канала A при работе на вывод. Управляется установкой/сбросом бита 4 канала С.

Работа ППА в режиме 2 показана на рис. 4.

[[Изображение:i8255d.gif|frame|center| Работа ППА в режиме 2]]

; Таблица 5. Управляющие сигналы для различных режимов работы

<table class=border>
<tr>
<th>C7</th>
<th>C6</th>
<th>C5</th>
<th>C4</th>
<th>C3</th>
<th>C2</th>
<th>C1</th>
<th>C0</th>
<th> </th>
</tr>
<tr>
<td colspan="5">Канал A</td>
<td colspan="3">Канал B</td>
<td>Режим 1<br>Ввод</td>
</tr>
<tr>
<td>I/O</td>
<td>I/O</td>
<td>/IBF</td>
<td>/STB</td>
<td>INTR</td>
<td>/STB</td>
<td>/IBF</td>
<td>INTR</td>
<td> </td>
</tr>
<tr>
<td colspan="5">Канал A</td>
<td colspan="3">Канал B</td>
<td>Режим 1<br>Вывод</td>
</tr>
<tr>
<td>/OBF</td>
<td>/ACK</td>
<td>I/O</td>
<td>I/O</td>
<td>INTR</td>
<td>/ACK</td>
<td>/OBF</td>
<td>INTR</td>
<td> </td>
</tr>
<tr>
<td colspan="5">Канал A</td>
<td colspan="3"> </td>
<td>Режим 2</td>
</tr>
<tr>
<td>/OBF</td>
<td>/ACK</td>
<td>/IBF</td>
<td>/STB</td>
<td>INTR</td>
<td>I/O</td>
<td>I/O</td>
<td>I/O</td>
<td> </td>
</tr></table>
<p class="StoryRemark">Примечание: I/O — обычный ввод/вывод.

== Пример программирования ==
Сразу замечу — использование режимов 1 и 2 подразумевает относительно «разумную» реакцию внешних устройств на сигналы ППА, что сопряжено с усложненной схемотехникой последних. В большинстве же случаев можно обойтись режимом 0 простого ввода/вывода.

В составе одноплатного компьютера «Радио-86РК», описанного в журнале «Радио», используются два ППА. Первый обслуживает клавиатуры, индикацию раскладок клавиатуры и ввод/вывод данных с магнитофона. Второй используется для сопряжения с различными устройствами и его программирование должен осуществлять сам пользователь или программист-разработчик драйвера под конкретное внешнее устройство.

Рассмотрим программирование первого ППА.

Основная матрица клавиатуры размером 8x8 подключена к каналам A и B, причем канал A должен работать на вывод, а канал B на ввод информации. К выводам C5, C6, C7 канала C подключены дополнительные клавиши управления регистрами. Вывод C4 используется для ввода данных с магнитной ленты. Следовательно, старшая тетрада канала C должна быть запрограммирована на ввод. В младшей тетраде канала C используются только два бита: C0 — вывод данных на магнитную ленту и C3 — индикация раскладки клавиатуры «Рус/Лат». Следовательно, младшая тетрада канала C должна быть запрограммирована на вывод.

Программирование производится засылкой одного байта в управляющий регистр.

; Таблица 6. Программирование ППА для обслуживания клавиатуры

<table class=border>
<tr>
<th colspan="2">Адрес</th>
<th colspan="8">Данные</th>
</tr>
<tr>
<td>A1</td>
<td>A0</td>
<td>D7</td>
<td>D6</td>
<td>D5</td>
<td>D4</td>
<td>D3</td>
<td>D2</td>
<td>D1</td>
<td>D0</td>
</tr>
<tr>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
<td>0</td>
<td>0</td>
<td>1</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="2">Регистр управления</td>
<td>Режим программирования</td>
<td colspan="2">Канал A режим 0</td>
<td>Канал A вывод</td>
<td>Старшая тетрада канала C ввод</td>
<td>Канал B режим 0</td>
<td>Канал B ввод</td>
<td>Младшая тетрада канала C вывод</td>
</tr></table>

Как видно из этого примера, все каналы ППА запрограммированы в режим 0 простого ввода-вывода, то есть разработчики упомянутого компьютера решили пойти по пути упрощения схемотехники и переложить большую часть обработки клавиатуры и периферийных устройств на процессор.

С помощью второго ППА я в свое время эмулировал LPT-порт и подключал к нему матричный принтер. Обходился я опять же программированием всех каналов только в режим 0 и всю обработку обмена с принтером писал на ассемблере.

В заключение отмечу, что описанная микросхема оказалась очень удачной для создания компактных устройств ввода/вывода. В своей практике я ее не раз использовал для увеличения количества внешних линий однокристальных микро-ЭВМ или построения плат ввода/вывода для шин стандарта ISA IBM-совместимых компьютеров.

== Литература ==

# Kramer M., Wurtenberger S.Datenbuch Mikrorechner Schalkreise.</span> 1. Auflage. Berlin: Militarverlag der DDR (VEB), 1989.
# Микропроцессоры. Справочное пособие для разработчиков судовой РЭА. Под ред. Ю. А. Овечкина. Л., «Судостроение», 1988.
# Зеленко Г., Панов В., Попов С. Модуль программатора ППЗУ.</span> Радио, 1983, № 6, с. 42-46.

[[Категория:Контроллеры ввода-вывода]]

Intel 8255/Документация - История изменений

Panther: http://www.computer-museum.ru/technlgy/i8255.htm