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摘 要： 可编程并行接口芯片8255A是微机原理及应用课程内容之一。为了让学生理解、掌握并行接口的相关知识点。从认识教学目的、布置教学内容和安排课堂教学顺序等方面进行了探讨，针对选通输入输出方式这一教学难点，分析了其形成教学难点的原因；通过安排典型的教学案例使抽象的知识点具体化，以降低教学难度。
关键词： 并行接口； 8255A； 微机原理； 教学案例
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）07-68-03
0 引言
笔者所在学院目前开设的微机原理及应用课程为72学时，开设的微机原理综合实验课程为30学时。微机原理及应用教学内容的顺序是：计算机数据格式→8086系统结构→8086指令系统→汇编语言程序设计→存储器设计→I/O接口→中断和中断控制器8259A→并行接口芯片8255A→计数器/定时器8253→串行通信和串行接口芯片8251A。具体分配到并行接口8255A教学时间是3～4学时。
8255A是Intel86系列微处理器的配套并行接口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输出的通道[1]。本文要讨论的是如何通过8255A课堂教学，让学生进一步理解无条件传送方式、有条件传送方式、程序中断方式控制策略；理解无条件输入输出接口、有条件输入输出接口应具有的基本功能，为今后快速地掌握和使用这一类芯片打下基础。
1 教学目的
从微机原理及应用教学内容顺序可以看出本课程体系是完整的，教学内容偏后部分是常用的典型芯片，课程結束时，只要连接上外设，所构成的计算机系统就能工作起来。由此可见，课程的精髓是讲述芯片的使用，而不是芯片的制造。另外，8255A与单片机的并行接口以及大部分并行接口芯片的设置方法相似，因此笔者的教学目的是：从硬件连线、软件编程两方面教会学生如何使用可编程并行接口芯片8255A，培养学生分析使用并行接口芯片的能力。
2 教学内容及课堂教学安排
8255A具有3个8位并行I/O口，分别称为PA口、PB口和PC口[2]。其中PC口又可分为2个4位并行口。我们从使用角度讲述可编程并行接口芯片8255A外部引脚功能、内部结构图，工作方式控制字、对C口口线的置位复位字、状态字，三种工作方式及其应用。
2.1 8255A的引脚、内部结构和连接特点
8255A外部有40个引脚。按I/O接口的连接特点见图1，将这40个引脚分成二大部分介绍，即一部分与系统总线相连，另一部分与外设相连。与系统总线相连引脚按数据D7～D0、地址A1 A0、控制引脚、、、RESET分类介绍；与外设相连的引脚按PA口线PA7～PA0、PB口线PB7～PB0和PC口线PC7～PC0作介绍。
在介绍8255A内部结构图时，指出其数据引脚通过片内数据总线缓冲器连接到内部总线；PA和PB口连接到内部总线，PC口分成高4位和低4位，分别连接到内部总线高4位和低4位。
介绍片内地址分配情况，即PA口、PB口、PC口和控制口片内地址。画出8255A与8086系统总线连接的示意图，强调若数据引脚连接到8086系统低8位数据总线上，如图2（a）所示具有4个连续的偶地址端口；若连接到高8位数据总线上，如图2（b）所示，具有4个连续的奇地址端口。举例说明8086CPU对8255A读写操作时序，让学生理解并行接口外部连线特点、内部数据的流动等情况。
2.2 控制字、置位复位字和状态字
在介绍工作控制字的各位定义及写入口地址的同时，通过举例使芯片可编程概念具体化，例如，PB口是作为输入口使用、还是作为输出口使用，受控制字的D1位控制，即由用户通过程序设置。
置位复位字相对简单，最高位为标志位，D3、D2、D1为PC口线的编号，当D0=0时为复位字，当D0=1时为置位字。这个字是对PC口线操作，但要写到控制口，学生实验中常犯的低级错误是写到C口。
状态字教学相对难些，所用教材放在工作方式后才引入，但是考虑到学生已对数据端口、控制端口和状态端口有了解，且这些端口的内容都是通过芯片的数据引脚传递等概念，所以一并在这里介绍。
2.3 工作方式
8255A有三种工作方式，即方式0：基本输入输出方式；方式1：选通输入输出方式；方式2：带选通的双向传送方式。A口在这三种方式下都可以工作；B口只能在方式0、方式1下工作；C口只有简单的输入输出功能，而且要在不承担A口、B口联络信号情况下，才能作为输入口或输出口使用。
在这三种工作方式中，方式0输入只有缓冲而无锁存功能，CPU通过IN指令读取的是引脚（口线）电平；方式1和方式2输入有缓冲锁存功能，CPU通过IN指令读取的是锁存器内容。方式0和方式1输出有锁存而无缓冲功能，CPU送出的数据保存在锁存器里并直接输出到引脚；方式2的输出有锁存缓冲功能，CPU送出的数据保存在锁存器里不能直接输出到引脚。这些数据传送的细节（关键点）在教材里几乎没有强调。
3 教学难点
教学难点是对选通方式下数据传送过程的讲解。
3.1 形成难点的原因
一般学生对74LS373、4LS244芯片的学习没有困难，笔者的分析是由于这些芯片不可编程，内部电路相对简单，所以能用基本逻辑部件画出其内部结构图（逻辑功能图），比如对着74LS373结构图，对选通信号STB和输出允许信号所起的控制作用，学生一目了然。但是对于8255A芯片来讲，教科书上只有内部结构图，而没有通道的结构图，其原因笔者认为，随着集成技术的提高，基于大规模集成电路技术生产的可编程芯片，不光要具有不可编程芯片的基本功能，还要有实现可编程的逻辑功能部分，各功能电路以及各选择功能电路，都十分复杂且庞大；退一步讲，即使有这么一张电路图，对于芯片的使用者也没有必要去读懂它，就好像软件里使用库函数，不必去读其源函数一样。教学实践证明，在这里适当引入锁存器、缓冲器等，将有助学生理解。 3.2 选通输入输出教学要点
先讲清楚选通数据输入过程，接着讲解PC口线具体分配，再介绍状态字相应位定义及“0”、“1”含义，最后举例对号入座以加深理解。选通输出也采用同样讲课顺序。
3.2.1 选通输入输出过程
选通输入过程：8255利用外部（或输入设备）提供的有效信号，将出现在口线（PA/PB）上的数据保存在输入缓冲寄存器中；使其引脚信号IBF=1，同时使状态位IBF=1（状态字某位），表示满；若中断允许，引脚信号INTR=1，发出中断请求，同时使状态位INTR=1。以后在CPU执行IN指令时，CPU的信号使输入寄存器的数据出现在8255的数据引脚；同时使引脚信号IBF=0，状态位IBF=0，表示空； INTR=0，撤销中断请求。
选通输出过程：CPU执行OUT指令时，CPU的信号使数据保存在口内锁存器，并反映到引脚 （方式2要在信号作用下才能反映到引脚）；使引脚信号=0、状态位=0，表示满；并撤销中断请求INTR=0。然后在外設提供有效信号作用在引脚，使引脚信号=1、状态位=1，表示空；若中断允许，引脚信号INTR=1，发出中断请求。
3.2.2 选通输入输出PC口线分配
A口设置为选通输入，具体分配三根PC口线， PC5作为接收外部提供的选通信号、PC4输出状态信号IBFA和PC3发出中断请求信号INTRA。同样B口设置为选通输入，分配三根PC口线， PC2……、PC1……IBFB和PC0……INTRB。
A口设置为选通输出，也具体分配三根PC口线，PC7作为输出状态信号、PC6作为接收外部提供的应答信号和PC3发出中断请求信号INTRA。同样B口设置为选通输出，使用PC2……、PC1……和PC0……INTRB[3]。
3.2.3 典型例题
例题1：已知8255口A的地址为80H，口B地址为82H，口C地址为84H，控制口地址为86H。并且口A工作在方式2，口B工作在方式1输出。在从口C读取状态的指令“IN AL，84H”执行后，AL=1101x10yB。
问题：
⑴ 如果开关K7-K0状态依次为闭闭闭闭开开开开（即00001111B）时，在引脚PC4上施加一个负脉冲，则LED7- LED0显示状态依次为什么？
⑵ 若要LED7-LED0显示状态依次是亮亮灭灭亮亮灭灭，应该如何操作？
本问题意在通过开关的闭合、断开，LED的亮、灭现象，让学生理解方式一数据锁存的条件。⑴答案：LED0显示状态依次为亮亮亮亮灭灭灭灭。⑵答案：先将开关K7-K0状态依次设为闭闭开开闭闭开开，在引脚PC4上施加一个负脉冲。
4 结束语
微机原理及应用课程是培养本科生的微机软、硬件设计与应用能力、工程意识、工程素质和创新能力的一门必修课[4]。8255A是Intel公司生产的通用并行接口芯片，掌握其学习和设置方法，对学生学习后续课程以及将来使用的大部分并行接口芯片都有指导意义。本文所述是笔者在可编程并行接口芯片8255A组织教学中的做法和体会，旨在交流教学经验，探讨如何培养本科生掌握并行接口这一类芯片的共性和提高学生实际使用能力的教学方法。
参考文献：
[1] 郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用（第三版）[M].清华大学出版社，2001.
[2] 余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安电子科技大学出版社，2000.
[3] 周荷琴，吴秀清.微型计算机原理与接口技术（第三版）[M].中国科学技术大学出版社，2004.
[4] 鞠英男.基于TDN86/88实验平台的交通灯控制设计与实现[J].实验室科学，2009.6：77-79
关键词： 并行接口； 8255A； 微机原理； 教学案例
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）07-68-03
0 引言
笔者所在学院目前开设的微机原理及应用课程为72学时，开设的微机原理综合实验课程为30学时。微机原理及应用教学内容的顺序是：计算机数据格式→8086系统结构→8086指令系统→汇编语言程序设计→存储器设计→I/O接口→中断和中断控制器8259A→并行接口芯片8255A→计数器/定时器8253→串行通信和串行接口芯片8251A。具体分配到并行接口8255A教学时间是3～4学时。
8255A是Intel86系列微处理器的配套并行接口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输出的通道[1]。本文要讨论的是如何通过8255A课堂教学，让学生进一步理解无条件传送方式、有条件传送方式、程序中断方式控制策略；理解无条件输入输出接口、有条件输入输出接口应具有的基本功能，为今后快速地掌握和使用这一类芯片打下基础。
1 教学目的
从微机原理及应用教学内容顺序可以看出本课程体系是完整的，教学内容偏后部分是常用的典型芯片，课程結束时，只要连接上外设，所构成的计算机系统就能工作起来。由此可见，课程的精髓是讲述芯片的使用，而不是芯片的制造。另外，8255A与单片机的并行接口以及大部分并行接口芯片的设置方法相似，因此笔者的教学目的是：从硬件连线、软件编程两方面教会学生如何使用可编程并行接口芯片8255A，培养学生分析使用并行接口芯片的能力。
2 教学内容及课堂教学安排
8255A具有3个8位并行I/O口，分别称为PA口、PB口和PC口[2]。其中PC口又可分为2个4位并行口。我们从使用角度讲述可编程并行接口芯片8255A外部引脚功能、内部结构图，工作方式控制字、对C口口线的置位复位字、状态字，三种工作方式及其应用。
2.1 8255A的引脚、内部结构和连接特点
8255A外部有40个引脚。按I/O接口的连接特点见图1，将这40个引脚分成二大部分介绍，即一部分与系统总线相连，另一部分与外设相连。与系统总线相连引脚按数据D7～D0、地址A1 A0、控制引脚、、、RESET分类介绍；与外设相连的引脚按PA口线PA7～PA0、PB口线PB7～PB0和PC口线PC7～PC0作介绍。
在介绍8255A内部结构图时，指出其数据引脚通过片内数据总线缓冲器连接到内部总线；PA和PB口连接到内部总线，PC口分成高4位和低4位，分别连接到内部总线高4位和低4位。
介绍片内地址分配情况，即PA口、PB口、PC口和控制口片内地址。画出8255A与8086系统总线连接的示意图，强调若数据引脚连接到8086系统低8位数据总线上，如图2（a）所示具有4个连续的偶地址端口；若连接到高8位数据总线上，如图2（b）所示，具有4个连续的奇地址端口。举例说明8086CPU对8255A读写操作时序，让学生理解并行接口外部连线特点、内部数据的流动等情况。
2.2 控制字、置位复位字和状态字
在介绍工作控制字的各位定义及写入口地址的同时，通过举例使芯片可编程概念具体化，例如，PB口是作为输入口使用、还是作为输出口使用，受控制字的D1位控制，即由用户通过程序设置。
置位复位字相对简单，最高位为标志位，D3、D2、D1为PC口线的编号，当D0=0时为复位字，当D0=1时为置位字。这个字是对PC口线操作，但要写到控制口，学生实验中常犯的低级错误是写到C口。
状态字教学相对难些，所用教材放在工作方式后才引入，但是考虑到学生已对数据端口、控制端口和状态端口有了解，且这些端口的内容都是通过芯片的数据引脚传递等概念，所以一并在这里介绍。
2.3 工作方式
8255A有三种工作方式，即方式0：基本输入输出方式；方式1：选通输入输出方式；方式2：带选通的双向传送方式。A口在这三种方式下都可以工作；B口只能在方式0、方式1下工作；C口只有简单的输入输出功能，而且要在不承担A口、B口联络信号情况下，才能作为输入口或输出口使用。
在这三种工作方式中，方式0输入只有缓冲而无锁存功能，CPU通过IN指令读取的是引脚（口线）电平；方式1和方式2输入有缓冲锁存功能，CPU通过IN指令读取的是锁存器内容。方式0和方式1输出有锁存而无缓冲功能，CPU送出的数据保存在锁存器里并直接输出到引脚；方式2的输出有锁存缓冲功能，CPU送出的数据保存在锁存器里不能直接输出到引脚。这些数据传送的细节（关键点）在教材里几乎没有强调。
3 教学难点
教学难点是对选通方式下数据传送过程的讲解。
3.1 形成难点的原因
一般学生对74LS373、4LS244芯片的学习没有困难，笔者的分析是由于这些芯片不可编程，内部电路相对简单，所以能用基本逻辑部件画出其内部结构图（逻辑功能图），比如对着74LS373结构图，对选通信号STB和输出允许信号所起的控制作用，学生一目了然。但是对于8255A芯片来讲，教科书上只有内部结构图，而没有通道的结构图，其原因笔者认为，随着集成技术的提高，基于大规模集成电路技术生产的可编程芯片，不光要具有不可编程芯片的基本功能，还要有实现可编程的逻辑功能部分，各功能电路以及各选择功能电路，都十分复杂且庞大；退一步讲，即使有这么一张电路图，对于芯片的使用者也没有必要去读懂它，就好像软件里使用库函数，不必去读其源函数一样。教学实践证明，在这里适当引入锁存器、缓冲器等，将有助学生理解。 3.2 选通输入输出教学要点
先讲清楚选通数据输入过程，接着讲解PC口线具体分配，再介绍状态字相应位定义及“0”、“1”含义，最后举例对号入座以加深理解。选通输出也采用同样讲课顺序。
3.2.1 选通输入输出过程
选通输入过程：8255利用外部（或输入设备）提供的有效信号，将出现在口线（PA/PB）上的数据保存在输入缓冲寄存器中；使其引脚信号IBF=1，同时使状态位IBF=1（状态字某位），表示满；若中断允许，引脚信号INTR=1，发出中断请求，同时使状态位INTR=1。以后在CPU执行IN指令时，CPU的信号使输入寄存器的数据出现在8255的数据引脚；同时使引脚信号IBF=0，状态位IBF=0，表示空； INTR=0，撤销中断请求。
选通输出过程：CPU执行OUT指令时，CPU的信号使数据保存在口内锁存器，并反映到引脚 （方式2要在信号作用下才能反映到引脚）；使引脚信号=0、状态位=0，表示满；并撤销中断请求INTR=0。然后在外設提供有效信号作用在引脚，使引脚信号=1、状态位=1，表示空；若中断允许，引脚信号INTR=1，发出中断请求。
3.2.2 选通输入输出PC口线分配
A口设置为选通输入，具体分配三根PC口线， PC5作为接收外部提供的选通信号、PC4输出状态信号IBFA和PC3发出中断请求信号INTRA。同样B口设置为选通输入，分配三根PC口线， PC2……、PC1……IBFB和PC0……INTRB。
A口设置为选通输出，也具体分配三根PC口线，PC7作为输出状态信号、PC6作为接收外部提供的应答信号和PC3发出中断请求信号INTRA。同样B口设置为选通输出，使用PC2……、PC1……和PC0……INTRB[3]。
3.2.3 典型例题
例题1：已知8255口A的地址为80H，口B地址为82H，口C地址为84H，控制口地址为86H。并且口A工作在方式2，口B工作在方式1输出。在从口C读取状态的指令“IN AL，84H”执行后，AL=1101x10yB。
问题：
⑴ 如果开关K7-K0状态依次为闭闭闭闭开开开开（即00001111B）时，在引脚PC4上施加一个负脉冲，则LED7- LED0显示状态依次为什么？
⑵ 若要LED7-LED0显示状态依次是亮亮灭灭亮亮灭灭，应该如何操作？
本问题意在通过开关的闭合、断开，LED的亮、灭现象，让学生理解方式一数据锁存的条件。⑴答案：LED0显示状态依次为亮亮亮亮灭灭灭灭。⑵答案：先将开关K7-K0状态依次设为闭闭开开闭闭开开，在引脚PC4上施加一个负脉冲。
4 结束语
微机原理及应用课程是培养本科生的微机软、硬件设计与应用能力、工程意识、工程素质和创新能力的一门必修课[4]。8255A是Intel公司生产的通用并行接口芯片，掌握其学习和设置方法，对学生学习后续课程以及将来使用的大部分并行接口芯片都有指导意义。本文所述是笔者在可编程并行接口芯片8255A组织教学中的做法和体会，旨在交流教学经验，探讨如何培养本科生掌握并行接口这一类芯片的共性和提高学生实际使用能力的教学方法。
参考文献：
[1] 郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用（第三版）[M].清华大学出版社，2001.
[2] 余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安电子科技大学出版社，2000.
[3] 周荷琴，吴秀清.微型计算机原理与接口技术（第三版）[M].中国科学技术大学出版社，2004.
[4] 鞠英男.基于TDN86/88实验平台的交通灯控制设计与实现[J].实验室科学，2009.6：77-79