Intel KSNUMKS programabilni periferni interfejs (PPI) Pinout, modovi i aplikacije

Intel KSNUMKS programabilni periferni interfejs (PPI) bio je ključna komponenta u premošćivanju mikroprocesora sa spoljnim uređajima tokom ranih dana digitalnih sistema. Sa svestranim I / O portovima, višestrukim načinima rada i lakoćom programiranja, KSNUMKS je omogućio pouzdanu komunikaciju sa ekranima, senzorima i kontrolerima, što ga čini korisnim u obrazovanju i industriji.

8255 Programabilni periferni interfejs (PPI) Pregled

Intel 8255 PPI čip je široko korišćen I / O čip dizajniran za povezivanje mikroprocesora sa spoljnim uređajima. Deluje kao komunikacioni most za periferije kao što su ADC, DAC, tastature i ekrani. Podržavajući i direktne i prekidne I / O, pruža fleksibilnost u dizajnu sistema. Sa tri 8-bitna dvosmerna porta (A, B, C), isporučuje 24 konfigurabilne I / O linije. Njegova isplativost i kompatibilnost sa procesorima kao što su Intel 8085/8086 učinili su ga osnovnim u ranim računarskim sistemima, kompletima za obuku i industrijskim kontrolerima.

Karakteristike 8255 PPI čipa

• Programabilni interfejs – Konfigurabilno putem softverskih instrukcija za prilagođavanje uređajima kao što su ekrani, senzori i ulazni moduli.

• Tri 8-bitna porta – Portovi A, B i C pružaju 24 linije koje mogu da funkcionišu kao ulaz ili izlaz.

• Višestruki načini rada –

Režim KSNUMKS: Jednostavan ulaz / izlaz bez rukovanja.

Režim 1: Strobed I / O sa signalima rukovanja za sinhronizovanu komunikaciju.

Režim 2: Dvosmerni prenos podataka sa rukovanjem (samo na Port A).

• Bit Set/Reset (BSR) – Port C bitovi mogu biti pojedinačno podešeni ili obrisani za kontrolne/statusne aplikacije.

• Fleksibilno grupisanje – Portovi se mogu podeliti u 8-bitne ili 4-bitne grupe.

• TTL kompatibilnost – Jednostavna integracija sa standardnim digitalnim IC-ovima.

• Nezavisni kontrolni registri – Svaki port može da radi odvojeno, u različitim režimima ili pravcima.

Pinout od 8255 PPI čipa

Arhitektura 8255 PPI čipa

Načini rada i princip rada 8255 PPI čipa

Intel KSNUMKS služi kao programabilni interfejs između CPU-a i perifernih uređaja, prevodeći operacije sabirnice u paralelne prenose podataka. Njegov rad je upravljan koracima inicijalizacije i izbornim režimima:

Resetovanje stanja

Prilikom uključivanja ili resetovanja, svi portovi (A, B i C) podrazumevaju ulazni režim kako bi se izbeglo oštećenje perifernih uređaja sa neželjenim izlazima.

Inicijalizacija

CPU mora da pošalje kontrolnu reč koja konfiguriše svaki port kao ulaz / izlaz i bira jedan od četiri načina rada. Dok se to ne uradi, portovi ostaju neaktivni.

Načini rada

bitno podešavanje / resetovanje (BSR) režim

• Odnosi se samo na luku C.

• Omogućava da se pojedinačni bitovi podese ili očiste za zadatke kontrole / statusa.

Režim 0 – Jednostavni I/O

• Osnovni ulaz / izlaz bez rukovanja.

• Koristi se za jednostavne prenose kao što su LED diode, prekidači i displeji.

Režim 1 – Strobed I/O

• Dodaje signale rukovanja (STB, ACK, IBF, OBF) preko porta C.

• Obezbeđuje sinhronizovani prenos perifernih podataka CPU-a ↔.

Režim 2 – Dvosmerni I / O

• Dostupno samo na luci A.

• Podržava dvosmerni prenos sa kontrolom rukovanja, korisno za brze ili asinhrone uređaje.

Operacije čitanja / pisanja

• Pisanje: CPU stavlja podatke na sistemsku magistralu, a 8255 dekodira adresne linije (A0, A1) da ga usmeri na izlaznu bravu ispravnog porta.

• Čitanje: Spoljni uređaji stavljaju podatke na port linije, koje 8255 zaključava i stavlja na raspolaganje CPU-u tokom komande za čitanje.

Sinhronizacija

• U režimu 0, prenos podataka se odvija direktno bez rukovanja.

• U modovima 1 i 2, rukovanje signalima iz porta C koordinira spremnost i prihvatanje, sprečavajući gubitak podataka tokom brzih ili asinhronih prenosa.

Interfacing Razmatranja 8255 PPI čipa

Prilikom projektovanja sistema sa 8255, pažljivo povezivanje obezbeđuje pouzdanost i sprečava oštećenje i čipa i spoljnih uređaja:

• Podrazumevano stanje unosa – Prilikom resetovanja, svi portovi podrazumevaju ulaze. Ovo izbegava konflikte, ali takođe znači da su izlazi neaktivni dok se ne konfigurišu. CPU mora uvek poslati kontrolnu reč da pravilno definiše pravac i režim pre pokušaja komunikacije.

• Ograničenja izlaznog pogona – Portovi 8255 mogu izvor ili potopiti samo ograničenu struju (nekoliko miliampera). Direktna vožnja teških tereta kao što su lampe, solenoidi ili releji nije bezbedna. Umesto toga, obično se koriste baferi ili IC-ovi drajvera kao što su ULN2803 (Darlington niz) ili kapije otvorenog kolektora kao što je 7406. Oni obezbeđuju veću trenutnu sposobnost i štite PPI.

• Kontrola motora – Za jednosmerne motore ili koračne motore, 8255 portovi ne bi trebalo da se direktno povezuju. Umesto toga, izlazi moraju biti usmereni kroz tranzistorske faze ili H-bridge drajverske krugove. Ovaj aranžman omogućava dvosmerni protok struje dok izoluje PPI od induktivnih naponskih šiljaka.

• AC Load Switching – Povezivanje sa AC uređajima zahteva izolaciju radi sigurnosti. Mehanički releji ili solid-state releji (SSR) vođeni kroz faze pufera osiguravaju da 8255 obrađuje samo kontrolne signale, dok je stvarno opterećenje visokog napona bezbedno prebačen spolja.

• Port C ograničenja – Bitovi porta C nisu uvek slobodno upotrebljivi kao opšti I/O. U režimima 1 i 2, nekoliko pinova (npr, STB, ACK, IBF, OBF) su automatski rezervisani za kontrolu rukovanja. Morate uzeti u obzir ove rezervisane linije kako biste izbegli sukobe prilikom mešanja opšteg I / O sa rukovanjem.

Prednosti 8255 PPI čipa

• CPU kompatibilnost – 8255 radi besprekorno sa procesorima kao što su Intel 8085, 8086 i njihovim kompatibilnim uređajima. Njegov dizajn odgovara standardnim protokolima sabirnice, čineći integraciju jednostavnom bez dodatne logike lepka.

• Fleksibilna konfiguracija portova – Sa tri 8-bitna porta (A, B, C), korisnici ih mogu konfigurisati kao ulaz, izlaz ili miks u zavisnosti od aplikacije. Mogućnost prebacivanja između jednostavnog I / O (Mode 0) i komunikacije vođene rukovanjem (Modes 1 i 2) omogućava istom čipu da se bavi širokim spektrom zadataka.

• Single-Supply Operation – Radi iz standardnog +5 V napajanja, 8255 je jednostavan za napajanje u sistemima zasnovanim na TTL-u. Nisu potrebni posebni regulatori ili višestruki nivoi napona, pojednostavljujući dizajn ploče.

• Pouzdan paralelni prenos podataka – Čip obezbeđuje stabilnu i predvidljivu 8-bitnu paralelnu komunikaciju, smanjujući vremenske neizvesnosti. Ova pouzdanost čini ga pogodnim za vožnju ekrana, čitanje senzora i upravljanje kontrolnim signalima u stvarnim sistemima.

• Obrazovna vrednost – Zato što je dobro dokumentovan i široko dostupan, 8255 je bio ključno nastavno sredstvo u mikroprocesorskim laboratorijama i kompletima za obuku. Možete brzo razumeti koncepte I / O interfejsa kroz praktične eksperimente sa ovim uređajem.

Primene 8255 PPI čipa

• Obrazovni sistemi – Kompleti za obuku i laboratorijske ploče često uključuju 8255 za demonstraciju perifernih koncepata povezivanja. Možete vežbati programiranje različitih režima i posmatrati stvarnu interakciju sa spoljnim uređajima.

• Kontrola ekrana – Čip pokreće vizuelne izlazne uređaje kao što su LED diode sa sedam segmenata, LCD moduli i alfanumerički paneli. Sa svojim višestrukim I / O linijama, može osvežiti ekrane ili poslati kontrolne komande na IC vozača.

• Interfejs tastature – Matrik tastature u ranim terminalima i personalnim računarima često su skenirane pomoću 8255. Konfigurisanjem nekih linija kao redova drajvera i drugih kao senzora kolone, efikasno detektuje pritiske na tastere.

• Kontrola motora – Koračni motori i jednosmerni motori mogu se kontrolisati kada je 8255 uparen sa tranzistorskim fazama, Darlingtonovim nizovima ili H-mostovima. To ga je učinilo korisnim u robotici, sistemima pozicioniranja i projektima automatizacije.

• Prikupljanje podataka – Kada je povezan sa ADC (analogno-digitalnim konvertorima) i DAC-ovima (digitalno-analogni konvertori), 8255 je obezbedio kompletan interfejs za zadatke merenja i kontrole. To je omogućilo mikroprocesorima da rukuju signalima u naučnoj i industrijskoj opremi.

• Industrijska automatizacija – 8255 je pronašao upotrebu u kontroli saobraćajne signalizacije, logike lifta i panela za praćenje procesa. Njegova sposobnost da pouzdano upravlja višestrukim ulazima i izlazima učinila ga je jeftinim rešenjem za ugrađene kontrolne sisteme.

• Retro-Computing – Klasične mašine kao što su IBM PC/XT i MSX računari koristili su 8255 za periferno povezivanje. Takođe je korišćen u štampačima i karticama za proširenje, cementirajući svoje mesto u ranoj istoriji ličnih računara.

8255 PPI čip Poređenje sa drugim PPI

8255 vs. 8155

Intel KSNUMKS kombinuje više funkcija u jednom paketu: nudi mali blok statičke RAM-a, programabilni tajmer i I / O portove opšte namene. To ga je učinilo pogodnim za kompaktne sisteme u kojima je potrebna kontrola memorije i vremena. Nasuprot tome, 8255 se u potpunosti fokusira na programabilni I / O, bez ugrađene memorije ili vremena. Njegov jednostavniji dizajn učinio ga je jeftinijim i lakšim za programiranje kada aplikacija nije zahtevala integrisanu RAM memoriju ili tajmere.

8255 vs. 8259

8259 programabilni kontroler prekida služi sasvim drugačijoj svrsi: upravljanje hardverskim prekidima kako bi pomogao CPU-u da brzo reaguje na spoljne događaje. Dok 8255 obrađuje paralelni I / O prenos podataka, 8259 koordinata prekida signale. U mnogim sistemima zasnovanim na mikroprocesorima, dva čipa su korišćena zajedno, 8255 za povezivanje sa uređajima kao što su tastature i displeji, i 8259 za upravljanje zahtevima za prekid generisanim od strane tih uređaja.

8255 protiv modernih GPIO ekspandera

Današnji sistemi često koriste I²C ili SPI-based GPIO ekspandere (kao što su MCP23017 ili PCF8574). Ovi uređaji obezbeđuju dodatne I / O pinove sa manje veza, štedi prostor na ploči i smanjuje broj pinova na CPU. Međutim, oni rade serijski, što može biti sporije u odnosu na direktan paralelni pristup 8255. Dok je 8255 zahteva više autobuskih linija, njegova paralelna struktura omogućava brže transfere i čini ga veoma vrednim u obrazovnim okruženjima, gde je direktna kontrola pojedinačnih igle i razumevanje vremena autobusa su važni za učenje.

Rešavanje problema i uobičajena pitanja

Rad sa 8255 ponekad može dovesti do grešaka u sistemu ako se pravila dizajna ne prate pažljivo. Uobičajena pitanja i pravni lekovi uključuju:

• Neinicijalizovani portovi – Nakon resetovanja, svi portovi su podrazumevani u režimu unosa. Ako CPU ne pošalje odgovarajuću kontrolnu reč, izlazi ostaju neaktivni ili se ponašaju nepredvidivo. Uvek programirajte kontrolni registar pre nego što pokušate da čitate ili pišete podatke.

• Netačne kontrolne reči – Pogrešno konfigurisane kontrolne reči mogu dodeliti pogrešne pravce ili režime portovima, zaključavajući očekivane signale. Unakrsno proverite vrednosti kontrolnih reči u tabelama sa podacima kako biste osigurali odgovarajuća podešavanja bita.

• Handshake Failures – U modovima 1 i 2, Port C obezbeđuje potrebne signale rukovanja (STB, ACK, IBF, OBF). Nedostajuće, pogrešno ožičene ili pogrešno protumačene veze dovode do zastoja ili izgubljenih transfera. Pažljivo proverite i ožičenje i očekivanja logičkog nivoa povezanih uređaja.

• Preopterećenje izlaza – Svaki pin porta može da podnese samo male struje. Vožnja LED dioda direktno je moguće sa otpornicima, ali motori, releji i lampe zahtevaju spoljne faze bafera kao što su tranzistorski nizovi ili IC vozača. Ignorisanje ove granice rizikuje trajno oštećenje čipa.

• Sukobi sabirnice – Ako više uređaja pokuša da vozi sistemsku magistralu u isto vreme, može doći do oštećenja podataka ili hardvera. Pravilno autobus arbitraža i upotreba omogućiti signala (RD', VR', CS') sprečavaju ovaj problem.

• Alati za otklanjanje grešaka – Kada se problemi nastave, oprema za testiranje pomaže u izolaciji grešaka. Logički analizatori mogu potvrditi tajming i kontrolne signale, dok osciloskopi mogu proveriti da li problem nastaje zbog bučnog hardverskog ožičenja ili pogrešne inicijalizacije softvera.

Zaključak

Intel 8255 PPI ostaje kamen temeljac mikroprocesorskog sučelja. Iako je u velikoj meri zamenjen modernim GPIO ekspanderima i ugrađenim mikrokontrolerom I / O, on i dalje služi kao aktivno nastavno sredstvo. Njegova jasnoća u demonstraciji paralelnog prenosa podataka, konfiguracije porta i rukovanja čini ga neprocenjivim za svakoga.

Često postavljana pitanja [FAK]

Koja je kontrolna reč u 8255 i zašto je to važno?

Kontrolna reč je 8-bitna instrukcija koju je poslao procesor za konfigurisanje portova i režima 8255. Bez toga, svi portovi ostaju u svom podrazumevanom stanju unosa. On definiše da li svaki port deluje kao ulaz ili izlaz i bira između režima 0, 1, 2 ili Bit Set / Reset.

Može li 8255 direktno voziti motore ili releje?

Ne. Izlazi KSNUMKS mogu samo izvor ili potopiti nekoliko miliampera, što je nedovoljno za motore ili releje. Spoljni vozač kola, kao što su tranzistorski nizovi ili H-mostovi, moraju se koristiti za rukovanje veću struju bezbedno.

Zašto se 8255 i danas koristi u obrazovanju?

KSNUMKS pruža jasan, praktičan način da naučite o mikroprocesorskim I / O, kontrolnim rečima i paralelnom prenosu podataka. Njegova jednostavna arhitektura pomaže učenicima da razumeju osnovne koncepte pre nego što pređu na moderne mikrokontrolere.

Šta se dešava ako koristite Port C u režimima rukovanja?

U režimima 1 i 2, neke linije Port C su rezervisane za signale rukovanja (kao STB, ACK, IBF, OBF). Ovi pinovi se ne mogu koristiti kao opšte namene I / O tokom tih režima, koje morate uzeti u obzir da biste izbegli konflikte.

Kako se 8255 razlikuje od modernih GPIO ekspandera?

Za razliku od I²C / SPI ekspandera koji koriste serijsku komunikaciju, 8255 radi sa paralelnom magistralom, omogućavajući brže prenose, ali zahteva više pinova. To čini KSNUMKS manje prostorno efikasan, ali vredan za stvarnu kontrolu i učenje vremena autobusa.