Intel 8255 forritanlegt jaðarviðmót (PPI) var lykilþáttur í að brúa örgjörva við ytri tæki í árdaga stafrænna kerfa. Með fjölhæfum I/O tengjum, mörgum rekstrarstillingum og auðveldri forritun gerði 8255 áreiðanleg samskipti við skjái, skynjara og stýringar kleift, sem gerir það gagnlegt bæði í menntun og iðnaði.
8255 Forritanlegt jaðarviðmót (PPI) Yfirlit
Intel 8255 PPI flísinn er mikið notaður I/O flís sem er hannaður til að tengja örgjörva við ytri tæki. Það virkar sem samskiptabrú fyrir jaðartæki eins og ADC, DAC, lyklaborð og skjái. Styður bæði beina og truflunardrifna I/O og veitir sveigjanleika í kerfishönnun. Með þremur 8 bita tvíátta tengjum (A, B, C) skilar það 24 stillanlegum I/O línum. Hagkvæmni þess og samhæfni við örgjörva eins og Intel 8085/8086 gerði það að fasta liði í fyrstu tölvukerfum, þjálfunarsettum og iðnaðarstýringum.
Eiginleikar 8255 PPI flís
• Forritanlegt viðmót – Hægt að stilla með hugbúnaðarleiðbeiningum til að laga sig að tækjum eins og skjáum, skynjurum og inntakseiningum.
• Þrjú 8-bita tengi – tengi A, B og C veita 24 línur sem geta virkað sem inntak eða úttak.
• Margar rekstrarstillingar -
Mode 0: Einfalt inntak/úttak án handabandi.
Mode 1: Stred I/O með handabandi merkjum fyrir samstillt samskipti.
Mode 2: Tvíátta gagnaflutningur með handabandi (aðeins á Port A).
• Bitastilling/endurstilling (BSR) – Hægt er að stilla C tengi fyrir sig eða hreinsa fyrir stýringar-/stöðuforrit.
• Sveigjanleg flokkun - Hægt er að skipta höfnum í 8-bita eða 4-bita hópa.
• TTL eindrægni - Auðveld samþætting við venjuleg stafræn IC.
• Óháðar stýriskrár – Hver höfn getur starfað sérstaklega, í mismunandi stillingum eða áttum.
Pinout af 8255 PPI flís
| Pinna nr. | Hópur | Merki | Lýsing |
|---|---|---|---|
| 1–8 | Höfn A | PA0–PA7 | 8 bita almenn I/O tengi |
| 9–16 | Höfn C | PC0–PC7 | Skipt í PC0–PC3 (neðri) og PC4–PC7 (efri); notaðar sem I/O eða handabandi línur |
| 17–24 | Höfn B | PB0–PB7 | 8 bita almenn I/O tengi |
| 25 | Stjórna | CS' | Spilapeningaval (virkt lágt) |
| 26 | Kraftur | Vcc | +5 V framboð |
| 27 | Stjórna | RD' | Lestu virkja |
| 28 | Stjórna | WR' | Skrifa virkja |
| 29 | Stjórna | ENDURSTILLA | Stillir öll tengi í inntaksstöðu |
| 30–37 | Gögn rúta | D0–D7 | Flytur gögn/skipanir á milli CPU og 8255 |
| 38–39 | Nælur fyrir heimilisfang | A0, A1 | Veldu innri skrár/tengi: 00=Port A, 01=Port B, 10=Port C, 11=Control |
| 40 | Jörð | GND | Tilvísun á jörðu niðri |
Arkitektúr 8255 PPI flís
| Hagnýtur blokk | Lýsing |
|---|---|
| Biðminni fyrir gagnarútur | Virkar sem viðmót á milli tvíátta gagnarútu örgjörvans (D7–D0) og innri 8 bita gagnarútu 8255. Það geymir og flytur gögn tímabundið á milli örgjörvans og innri skráa eða hafna. |
| Lesa/skrifa stýringarrökfræði | Stjórnar öllum samskiptum milli CPU og 8255. Það túlkar stýrimerki eins og RD, WR, A0, A1, CS og RESET til að ákvarða aðgerðargerð (lesa, skrifa eða stjórna) og velur rétta tengi eða stýriskrá. |
| Stjórnrökfræði (afkóðari) | Afkóðar stýriorðið sem örgjörvinn sendir til að stilla tengin í ýmsum stillingum (Mode 0, 1 eða 2) eða í Bit Set/Reset (BSR) ham. Það ákvarðar hvernig hvert tengi mun virka - sem inntak, úttak eða handabandi. |
| Hópur A stýring | Stjórnar tengi A (8 bita: PA7–PA0) og efri tengi C (4 bita: PC7–PC4). Það styður stillingar 0, 1 og 2, sem gerir einfaldan I/O, handabandi I/O og tvíátta gagnaflutning |
| Stjórn B-hóps | Stjórnar tengi B (8 bita: PB7–PB0) og neðri tengi C (4 bita: PC3–PC0). Það styður stillingar 0 og 1, sem gerir grunn inntak/úttak eða handabandisstýrðar aðgerðir. |
| Höfn A | 8 bita I/O tengi sem getur virkað sem inntak eða úttak eftir stillingu stillingar. Styður stillingar 0–2 undir stjórn A-hóps. |
| Höfn B | Annað**8-bita I/O tengi** fyrir gagnaflutning. Starfar undir stjórn B-hóps og styður stillingar 0 og 1. |
| Höfn C | Skipt 8-bita tengi skipt í tvo 4-bita hópa: Efri (PC7–PC4) og Neðri (PC3–PC0). Þetta getur virkað sem sjálfstæð I/O tengi, stjórnlínur eða handabandi. Einnig er hægt að stjórna einstökum bitum með því að nota Bit Set/Reset (BSR) ham. |
| Innri gagnarúta (8-bita) | Tengir allar innri blokkir 8255, flytur gögn og stjórnunarupplýsingar á milli örgjörva, stýrirökfræði og tengi. |
| Aflgjafi | Kubburinn starfar með +5V DC veitu og GND tengingu til að knýja allar rafrásirnar. |
Rekstrarstillingar og vinnureglur 8255 PPI flís
Intel 8255 þjónar sem forritanlegt viðmót milli örgjörva og jaðartækja og þýðir strætóaðgerðir yfir í samhliða gagnaflutninga. Rekstri þess er stjórnað af frumstillingarskrefum og valanlegum stillingum:
Endurstilla stöðu
Við ræsingu eða endurstillingu eru öll tengi (A, B og C) sjálfgefin í inntaksstillingu til að forðast að skemma jaðartæki með óviljandi úttaki.
Frumstilling
Örgjörvinn verður að senda stýriorð sem stillir hverja tengi sem inntak/úttak og velur einn af fjórum rekstrarstillingum. Þar til þetta er gert eru hafnir óvirkar.
Rekstrarstillingar
bita stilling/endurstilla (BSR) stilling
• Á aðeins við um Port C.
• Leyfir að stilla eða hreinsa einstaka bita fyrir stýringar-/stöðuverkefni.
Mode 0 - Einfalt I/O
• Grunn inntak/úttak án handabandi.
• Notað fyrir einfaldar millifærslur eins og LED, rofa og skjái.
Mode 1 - Strok I/O
• Bætir við handabandi merkjum (STB, ACK, IBF, OBF) í gegnum tengi C.
• Tryggir samstilltan jaðargagnaflutning örgjörva ↔.
Mode 2 – Tvíátta I/O
• Aðeins í boði á höfn A.
• Styður tvíhliða flutning með handabandi, gagnlegt fyrir háhraða eða ósamstillt tæki.
Lesa / skrifa aðgerðir
• Skrifa: Örgjörvinn setur gögn á kerfisrútuna og 8255 afkóðar vistfangalínurnar (A0, A1) til að beina þeim að úttakslá réttrar hafnar.
• Lesa: Ytri tæki setja gögn á tengilínur, sem 8255 læsir og gerir aðgengilegt fyrir örgjörvann meðan á lestrarskipun stendur.
Samstilling
• Í stillingu 0 eiga gagnaflutningar sér stað beint án handabanda.
• Í stillingum 1 og 2 samræma handabandi merki frá Port C viðbúnað og samþykki, sem kemur í veg fyrir tap gagna við háhraða eða ósamstilltan flutning.
Sjónarmið um 8255 PPI flís
Þegar kerfi með 8255 eru hönnuð tryggir varkár samskipti áreiðanleika og kemur í veg fyrir skemmdir á bæði flísinni og ytri tækjum:
• Sjálfgefið inntaksástand - Við endurstillingu eru öll tengi sjálfgefin inntak. Þetta kemur í veg fyrir árekstra en þýðir einnig að framleiðsla er óvirk þar til hún er skilgreind. Örgjörvinn verður alltaf að senda stjórnorð til að skilgreina stefnu og stillingu á réttan hátt áður en hann reynir samskipti.
• Takmörk á úttaksdrifi – Tengi 8255 geta aðeins fengið eða sökkt takmörkuðum straumi (nokkur milliamper). Það er óöruggt að keyra beint þungar byrðar eins og lampa, segulloka eða liða. Þess í stað eru biðminni eða ökumannsnúmer eins og ULN2803 (Darlington fylki) eða opin safnhlið eins og 7406 almennt notuð. Þetta veitir meiri straumgetu og verndar PPI.
• Mótorstýring - Fyrir DC mótora eða stepper mótora ættu 8255 tengin ekki að tengjast beint. Þess í stað verður að beina úttakum í gegnum smára þrep eða H-brú drifrásir. Þetta fyrirkomulag leyfir tvíátta straumflæði á meðan PPI er einangrað frá inductive spennutoppum.
• AC álagsrofi – Viðmót við AC tæki krefst einangrunar til öryggis. Vélræn liða eða solid-state liða (SSR) sem ekið er í gegnum biðminni stig tryggja að 8255 höndlar aðeins stýrimerki, á meðan raunverulegt háspennuálag er örugglega skipt utan.
• Takmarkanir á höfn C – Bitar Port C eru ekki alltaf frjálst nothæfir sem almenn I/O. Í stillingum 1 og 2 eru nokkrir pinnar (td STB, ACK, IBF, OBF) sjálfkrafa fráteknir fyrir handabandsstýringu. Þú verður að gera grein fyrir þessum fráteknu línum til að forðast árekstra þegar þú blandar almennu I/O við handabandi.
Kostir 8255 PPI flís
• Örgjörva samhæfni - 8255 virkar óaðfinnanlega með örgjörvum eins og Intel 8085, 8086 og samhæfum þeirra. Hönnun þess passar við staðlaðar strætósamskiptareglur, sem gerir samþættingu einfalda án auka límrökfræði.
• Sveigjanleg tengistilling – Með þremur 8 bita tengjum (A, B, C) geta notendur stillt þau sem inntak, úttak eða blöndu eftir forritinu. Getan til að skipta á milli einfaldra I/O (Mode 0) og handabandsdrifinna samskipta (Modes 1 og 2) gerir sama flís kleift að takast á við margs konar verkefni.
• Einframboðsaðgerð - 8255 er starfrækt frá venjulegu +5 V framboði og auðvelt er að knýja í TTL-undirstaða kerfum. Engir sérstakir þrýstijafnarar eða mörg spennustig eru nauðsynleg, sem einfaldar hönnun borðsins.
• Áreiðanlegur samhliða gagnaflutningur - Kubburinn veitir stöðug og fyrirsjáanleg 8 bita samhliða samskipti, sem dregur úr tímaóvissu. Þessi áreiðanleiki gerir það hentugt til að keyra skjái, lesa skynjara og stjórna stjórnmerkjum í raunverulegum kerfum.
• Menntunargildi - Vegna þess að það er vel skjalfest og víða fáanlegt hefur 8255 verið lykilkennslutæki í örgjörvastofum og þjálfunarsettum. Þú getur fljótt skilið I/O samtengingarhugtök með hagnýtum tilraunum með þessu tæki.
Umsóknir um 8255 PPI flís
• Menntakerfi - Þjálfunarsett og rannsóknarstofuborð innihalda oft 8255 til að sýna fram á jaðarhugtök. Þú getur æft þig í að forrita mismunandi stillingar og fylgst með raunverulegum samskiptum við ytri tæki.
• Skjástýring – Kubburinn knýr sjónræn úttakstæki eins og sjö hluta LED, LCD einingar og tölustafaspjöld. Með mörgum I/O línum getur hann endurnýjað skjái eða sent stjórnskipanir til IC ökumanns.
• Viðmót lyklaborðs – Matrix lyklaborð í fyrstu útstöðvum og einkatölvum voru oft skönnuð með 8255. Með því að stilla sumar línur sem raðstjóra og aðrar sem dálkskynjara greindi það á skilvirkan hátt takkapressur.
• Mótorstýring - Hægt er að stjórna stigamótorum og DC mótorum þegar 8255 er paraður við smára stages, Darlington fylki eða H-brýr. Þetta gerði það gagnlegt í vélfærafræði, staðsetningarkerfum og sjálfvirkniverkefnum.
• Gagnaöflun - Þegar hann var tengdur við ADC (Analog-to-Digital Converters) og DAC (Digital-to-Analog Converters), veitti 8255 fullkomið viðmót fyrir mælingar- og eftirlitsverkefni. Þetta gerði örgjörvum kleift að meðhöndla merki í vísinda- og iðnaðarbúnaði.
• Iðnaðar sjálfvirkni - 8255 fann notkun til að stjórna umferðarmerkjum, lyfturökfræði og ferlaeftirlitsspjöldum. Hæfni þess til að stjórna mörgum aðföngum og úttaki á áreiðanlegan hátt gerði það að ódýrri lausn fyrir innbyggð stjórnkerfi.
• Retro-Computing - Klassískar vélar eins og IBM PC/XT og MSX tölvur notuðu 8255 fyrir jaðarviðmót. Það var einnig notað í prentara og stækkunarkort og festi sess sinn í fyrstu einkatölvusögunni.
8255 PPI flís samanburður við önnur PPI
8255 á móti 8155
Intel 8155 sameinar margar aðgerðir í einum pakka: hann býður upp á lítinn blokk af kyrrstæðu vinnsluminni, forritanlegum tímamæli og almennum I/O tengjum. Þetta gerði það hentugt fyrir fyrirferðarlítil kerfi þar sem þörf var á minni og tímastýringu. Aftur á móti einbeitir 8255 sér algjörlega að forritanlegri I/O, án innbyggt minni eða tímasetningar. Einfaldari hönnun þess gerði það ódýrara og auðveldara að forrita þegar forritið þurfti ekki samþætt vinnsluminni eða tímamæla.
8255 á móti 8259
8259 forritanlegi truflunarstýringin þjónar allt öðrum tilgangi: að stjórna vélbúnaðartruflunum til að hjálpa örgjörvanum að bregðast hratt við utanaðkomandi atburðum. Á meðan 8255 sér um samhliða I/O gagnaflutning, trufla 8259 hnitin trufla merki. Í mörgum kerfum sem byggja á örgjörvum voru flögurnar tvær notaðar saman, 8255 til að tengjast tækjum eins og lyklaborðum og skjáum og 8259 til að stjórna truflunarbeiðnum sem þessi tæki mynduðu.
8255 á móti nútíma GPIO stækkum
Kerfi nútímans nota oft I²C eða SPI-undirstaða GPIO stækkara (eins og MCP23017 eða PCF8574). Þessi tæki bjóða upp á viðbótar I/O pinna með færri tengingum, sem sparar borðpláss og dregur úr pinnafjölda á örgjörvanum. Hins vegar starfa þeir í röð, sem getur verið hægara miðað við beinan samhliða aðgang 8255. Þó að 8255 þurfi fleiri strætólínur, gerir samhliða uppbygging hans hraðari flutning og gerir hann mjög dýrmætan í menntaumhverfi, þar sem bein stjórn á einstökum pinnum og skilningur á tímasetningu strætó eru mikilvæg fyrir nám.
Bilanaleit og algeng vandamál
Vinna með 8255 getur stundum leitt til kerfisbilana ef hönnunarreglum er ekki fylgt vandlega. Algeng vandamál og úrræði eru:
• Ófrumstillt tengi - Eftir endurstillingu eru öll tengi sjálfgefin í inntaksstillingu. Ef örgjörvinn sendir ekki rétt stýriorð eru úttak óvirk eða hegða sér ófyrirsjáanlega. Forritaðu alltaf stjórnskrána áður en reynt er að lesa eða skrifa gögn.
• Röng stýriorð – Rangt stillt stýriorð geta úthlutað röngum áttum eða stillingum til hafna og læst væntanlegum merkjum. Krossathugaðu gildi stýriorða á móti gagnablöðatöflum til að tryggja réttar bitastillingar.
• Bilanir í handabandi – Í stillingum 1 og 2 veitir tengi C nauðsynleg handabandimerki (STB, ACK, IBF, OBF). Tengingar sem vantar, eru rangt tengdar eða rangtúlkaðar leiða til stöðvunar eða tapaðra millifærslna. Staðfestu vandlega bæði raflögn og væntingar um rökfræðilegt stig tengdra tækja.
• Ofhleðsluúttak - Hver tengipinna ræður aðeins við litla strauma. Að keyra LED beint er mögulegt með viðnámi, en mótorar, liða og lampar þurfa ytri biðminni þrep eins og smára fylki eða IC ökumanns. Að hunsa þessi mörk er hætta á varanlegum skemmdum á flísinni.
• Strætóátök – Ef mörg tæki reyna að keyra kerfisrútuna á sama tíma geta gagnaskemmdir eða skemmdir á vélbúnaði átt sér stað. Réttur strætógerðardómur og notkun virkja merkja (RD', WR', CS') koma í veg fyrir þetta vandamál.
• Kembiforrit - Þegar vandamál eru viðvarandi hjálpar prófunarbúnaður að einangra bilanir. Rökgreiningartæki geta staðfest tímasetningu og stjórnmerki, en sveiflusjár geta athugað hvort vandamálið stafi af hávaðasömum vélbúnaðarlögnum eða rangri frumstillingu hugbúnaðar.
Niðurstaða
Intel 8255 PPI er enn hornsteinn milliverka örgjörva. Þó að það sé að mestu skipt út fyrir nútíma GPIO stækkara og innbyggða örstýringu I/O, heldur það áfram að þjóna sem virkt kennslutæki. Skýrleiki þess í að sýna fram á samhliða gagnaflutning, uppsetningu gátta og handaband gerir það ómetanlegt fyrir hvern sem er.
Algengar spurningar [algengar spurningar]
Hvað er viðmiðunarorðið í 8255 og hvers vegna er það mikilvægt?
Stýriorðið er 8 bita leiðbeiningar sem örgjörvinn sendir til að stilla tengi og stillingar 8255. Án þess eru öll tengi áfram í sjálfgefnu inntaksástandi. Það skilgreinir hvort hvert tengi virkar sem inntak eða úttak og velur á milli stillinga 0, 1, 2 eða bitastillingar/endurstillingar.
Getur 8255 knúið mótora eða liða beint?
Nei. 8255 úttakin geta aðeins fengið eða sökkt nokkrum milliamperum, sem er ófullnægjandi fyrir mótora eða liða. Nota verður ytri drifrásir, svo sem smára fylki eða H-brýr, til að takast á við hærri straum á öruggan hátt.
Hvers vegna er 8255 enn notað í menntun í dag?
8255 býður upp á skýra, praktíska leið til að læra um I/O örgjörva, stýriorð og samhliða gagnaflutning. Einfaldur arkitektúr þess hjálpar nemendum að skilja kjarnahugtök áður en þeir fara yfir í nútíma örstýringar.
Hvað gerist ef þú notar port C í handabandi?
Í stillingum 1 og 2 eru sumar Port C línur fráteknar fyrir handabandi merki (eins og STB, ACK, IBF, OBF). Ekki er hægt að nota þessa pinna sem almenna I/O í þessum stillingum, sem þú verður að gera grein fyrir til að forðast árekstra.
Hvernig er 8255 frábrugðinn nútíma GPIO stækkum?
Ólíkt I²C/SPI útvíkkendum sem nota raðsamskipti, vinnur 8255 með samhliða rútu, sem gerir hraðari flutning kleift en krefst fleiri pinna. Þetta gerir 8255 minna plásssparandi en dýrmætt fyrir raunverulega stjórn og nám á tímasetningu strætó.