Intel 8255 Programlanabilir Çevre Birimi Arayüzü (PPI), dijital sistemlerin ilk günlerinde mikroişlemciler ile harici cihazlar arasında köprü kurmada önemli bir bileşendi. Çok yönlü G/Ç bağlantı noktaları, çoklu çalışma modları ve programlama kolaylığı ile 8255, ekranlar, sensörler ve denetleyicilerle güvenilir iletişim sağlayarak hem eğitimde hem de endüstride faydalı olmasını sağladı.
8255 Programlanabilir Çevre Birimi Arayüzüne (PPI) Genel Bakış
Intel 8255 PPI yongası, mikroişlemcileri harici aygıtlara bağlamak için tasarlanmış, yaygın olarak kullanılan bir G/Ç yongasıdır. ADC'ler, DAC'ler, klavyeler ve ekranlar gibi çevre birimleri için bir iletişim köprüsü görevi görür. Hem doğrudan hem de kesme güdümlü G/Ç'yi destekleyerek sistem tasarımında esneklik sağlar. Üç adet 8 bit çift yönlü bağlantı noktası (A, B, C) ile 24 yapılandırılabilir G/Ç hattı sunar. Maliyet etkinliği ve Intel 8085/8086 gibi işlemcilerle uyumluluğu, onu ilk bilgisayar sistemlerinde, eğitim kitlerinde ve endüstriyel kontrolörlerde temel malzeme haline getirdi.
8255 PPI Çipin Özellikleri
• Programlanabilir arayüz – Ekranlar, sensörler ve giriş modülleri gibi cihazlara uyum sağlamak için yazılım talimatlarıyla yapılandırılabilir.
• Üç adet 8 bit bağlantı noktası – A, B ve C Bağlantı Noktaları, giriş veya çıkış olarak işlev görebilen 24 hat sağlar.
• Çoklu çalışma modları –
Mod 0: El sıkışmadan basit giriş/çıkış.
Mod 1: Senkronize iletişim için el sıkışma sinyalleriyle strobed I/O.
Mod 2: El sıkışma ile çift yönlü veri aktarımı (yalnızca Bağlantı Noktası A'da).
• Bit Ayarlama/Sıfırlama (BSR) – Bağlantı Noktası C bitleri, kontrol/durum uygulamaları için ayrı ayrı ayarlanabilir veya temizlenebilir.
• Esnek gruplama – Bağlantı noktaları 8 bit veya 4 bit gruplara ayrılabilir.
• TTL uyumluluğu – Standart dijital IC'lerle kolay entegrasyon.
• Bağımsız kontrol kayıtları – Her bağlantı noktası ayrı ayrı, farklı modlarda veya yönlerde çalışabilir.
8255 PPI Çipinin Pin Çıkışı
| Pin No. | Grup | Sinyal | Açıklama |
|---|---|---|---|
| 1-8 | Bağlantı Noktası A | PA0–PA7 | 8 bit genel amaçlı G/Ç bağlantı noktası |
| 9-16 | Bağlantı Noktası C | PC0–PC7 | PC0–PC3 (alt) ve PC4–PC7 (üst) olarak ikiye ayrılır; G/Ç veya el sıkışma hatları olarak kullanılır |
| 17–24 | B Bağlantı Noktası | PB0–PB7 | 8 bit genel amaçlı G/Ç bağlantı noktası |
| 25 | Kontrol | CS' | Çip seçimi (aktif düşük) |
| 26 | Güç | Vcc | +5 V besleme |
| 27 | Kontrol | RD' | Oku etkinleştir |
| 28 | Kontrol | WR' | Yazma etkinleştirme |
| 29 | Kontrol | SIFIRLA | Tüm bağlantı noktalarını giriş durumuna sıfırlar |
| 30–37 | Veri Yolu | D0–D7 | CPU ve 8255 arasında veri/komut aktarımı |
| 38–39 | Adres Pinleri | A0, A1 | Dahili kayıtları/bağlantı noktalarını seçin: 00= Bağlantı Noktası A, 01=Bağlantı Noktası B, 10=Bağlantı Noktası C, 11=Kontrol |
| 40 | Zemin | GND | Zemin referansı |
8255 PPI Çip Mimarisi
| Fonksiyonel Blok | Açıklama |
|---|---|
| Veri Yolu Arabelleği | CPU'nun çift yönlü veri yolu (D7–D0) ile 8255'in dahili 8 bitlik veri yolu arasında bir arayüz görevi görür. CPU ile dahili kayıtlar veya bağlantı noktaları arasında verileri geçici olarak depolar ve aktarır. |
| Okuma/Yazma Kontrol Mantığı | CPU ve 8255 arasındaki tüm iletişimi yönetir. İşlem türünü (okuma, yazma veya kontrol) belirlemek için RD, WR, A0, A1, CS ve RESET gibi kontrol sinyallerini yorumlar ve doğru bağlantı noktasını veya kontrol kaydını seçer. |
| Kontrol Mantığı (Dekoder) | Bağlantı noktalarını çeşitli modlarda (Mod 0, 1 veya 2) veya Bit Set/Reset (BSR) modunda yapılandırmak için CPU tarafından gönderilen kontrol sözcüğünün kodunu çözer. Her bir bağlantı noktasının giriş, çıkış veya el sıkışma olarak nasıl çalışacağını belirler. |
| A Grubu Kontrol | Bağlantı Noktası A'yı (8 bit: PA7–PA0) ve Üst Bağlantı Noktası C'yi (4 bit: PC7–PC4) kontrol eder. Mod 0, 1 ve 2'yi destekleyerek basit G/Ç, el sıkışma G/Ç ve çift yönlü veri aktarımına olanak tanır |
| B Grubu Kontrol | B Bağlantı Noktasını (8 bit: PB7–PB0) ve Alt Bağlantı Noktası C'yi (4 bit: PC3–PC0) kontrol eder. Mod 0 ve 1'i destekleyerek temel giriş/çıkış veya el sıkışma kontrollü işlemlere olanak tanır. |
| Bağlantı Noktası A | Mod yapılandırmasına bağlı olarak giriş veya çıkış olarak işlev görebilen 8 bitlik bir G/Ç bağlantı noktası. Grup A kontrolü altında 0–2 Modlarını destekler. |
| B Bağlantı Noktası | Veri aktarımı için başka bir **8 bit G/Ç bağlantı noktası**. Grup B kontrolü altında çalışır ve Mod 0 ve 1'i destekler. |
| Bağlantı Noktası C | İki 4 bitlik gruba ayrılmış bölünmüş 8 bitlik bağlantı noktası: Üst (PC7–PC4) ve Alt (PC3–PC0). Bunlar bağımsız G/Ç bağlantı noktaları, kontrol hatları veya el sıkışma sinyalleri olarak işlev görebilir. Bireysel bitler, Bit Ayarlama/Sıfırlama (BSR) modu kullanılarak da kontrol edilebilir. |
| Dahili Veri Yolu (8 bit) | 8255'in tüm dahili bloklarını birbirine bağlayarak CPU, kontrol mantığı ve bağlantı noktaları arasında veri ve kontrol bilgilerini aktarır. |
| Güç Kaynağı | Çip, tüm devreye güç sağlamak için +5V DC besleme ve GND bağlantısı ile çalışır. |
8255 PPI Çipin Çalışma Modları ve Çalışma Prensibi
Intel 8255, CPU ve çevre birimleri arasında programlanabilir bir arayüz görevi görerek veri yolu işlemlerini paralel veri aktarımlarına dönüştürür. Çalışması, başlatma adımları ve seçilebilir modlar tarafından yönetilir:
Durumu Sıfırla
Güç açıldığında veya sıfırlandığında, tüm bağlantı noktaları (A, B ve C), istenmeyen çıkışlarla çevre birimlerine zarar vermemek için varsayılan olarak giriş moduna geçer.
Başlatma
CPU, her bağlantı noktasını giriş/çıkış olarak yapılandıran ve dört çalışma modundan birini seçen bir kontrol sözcüğü göndermelidir. Bu yapılana kadar bağlantı noktaları devre dışı kalır.
Çalışma Modları
Bit Ayarlama/Sıfırlama (BSR) Modu
• Yalnızca C Bağlantı Noktası için geçerlidir.
• Kontrol/durum görevleri için ayrı ayrı bitlerin ayarlanmasına veya temizlenmesine izin verir.
Mod 0 – Basit G/Ç
• El sıkışmadan temel giriş/çıkış.
• LED'ler, anahtarlar ve ekranlar gibi basit aktarımlar için kullanılır.
Mod 1 – Strobed G/Ç
• C Bağlantı Noktası üzerinden el sıkışma sinyalleri (STB, ACK, IBF, OBF) ekler.
• Senkronize CPU ↔ çevresel veri aktarımını sağlar.
Mod 2 – Çift Yönlü G/Ç
• Yalnızca A Bağlantı Noktasında kullanılabilir.
• Yüksek hızlı veya asenkron cihazlar için kullanışlı olan el sıkışma kontrolüyle iki yönlü aktarımı destekler.
Okuma/Yazma İşlemleri
• Yazma: CPU, verileri sistem veriyoluna yerleştirir ve 8255, doğru bağlantı noktasının çıkış mandalına yönlendirmek için adres satırlarının (A0, A1) kodunu çözer.
• Okuma: Harici cihazlar, verileri 8255'in kilitlediği ve bir okuma komutu sırasında CPU'nun kullanımına sunduğu bağlantı noktası hatlarına yerleştirir.
Senkronizasyon
• Mod 0'da veri aktarımları el sıkışmadan doğrudan gerçekleşir.
• Mod 1 ve 2'de, Port C'den gelen el sıkışma sinyalleri, yüksek hızlı veya asenkron aktarımlar sırasında veri kaybını önleyerek hazır olma ve kabulü koordine eder.
8255 PPI Çipinin Arayüz Oluşturma Hususları
8255 ile sistemler tasarlarken dikkatli arayüz oluşturma güvenilirliği sağlar ve hem çipin hem de harici cihazların zarar görmesini önler:
• Varsayılan Giriş Durumu – Sıfırlama sırasında, tüm bağlantı noktaları varsayılan olarak girişlere ayarlanır. Bu, çakışmaları önler ancak aynı zamanda çıktıların yapılandırılana kadar etkin olmadığı anlamına da gelir. CPU, iletişimi denemeden önce yönü ve modu doğru şekilde tanımlamak için her zaman bir kontrol sözcüğü göndermelidir.
• Çıkış Sürücü Limitleri – 8255'in bağlantı noktaları yalnızca sınırlı akımı (birkaç miliamper) kaynaklayabilir veya batırabilir. Lambalar, solenoidler veya röleler gibi ağır yükleri doğrudan sürmek güvenli değildir. Bunun yerine, ULN2803 (Darlington dizisi) gibi arabellek veya sürücü IC'leri veya 7406 gibi açık kollektör kapıları yaygın olarak kullanılır. Bunlar daha yüksek akım kapasitesi sağlar ve ÜFE'yi korur.
• Motor Kontrolü – DC motorlar veya step motorlar için 8255 bağlantı noktaları doğrudan bağlanmamalıdır. Bunun yerine, çıkışlar transistör aşamaları veya H-köprü sürücü devreleri üzerinden yönlendirilmelidir. Bu düzenleme, PPI'yi endüktif voltaj yükselmelerinden izole ederken çift yönlü akım akışına izin verir.
• AC Yük Anahtarlama – AC cihazlarıyla arayüz oluşturmak, güvenlik için izolasyon gerektirir. Tampon aşamalarından geçirilen mekanik röleler veya katı hal röleleri (SSR'ler), gerçek yüksek voltaj yükü harici olarak güvenli bir şekilde anahtarlanırken, 8255'in yalnızca kontrol sinyallerini işlemesini sağlar.
• C Bağlantı Noktası Kısıtlamaları – C Bağlantı Noktasının bitleri her zaman genel G/Ç olarak serbestçe kullanılamaz. Mod 1 ve 2'de, birkaç pin (örneğin, STB, ACK, IBF, OBF) el sıkışma kontrolü için otomatik olarak ayrılır. Genel G/Ç ile el sıkışmayı karıştırırken çakışmaları önlemek için bu ayrılmış satırları hesaba katmanız gerekir.
8255 PPI Çipin Avantajları
- CPU Uyumluluğu - 8255, Intel 8085, 8086 gibi işlemciler ve bunların uyumlularıyla sorunsuz bir şekilde çalışır. Tasarımı standart veri yolu protokolleriyle eşleşir ve ekstra yapıştırıcı mantığı olmadan entegrasyonu kolaylaştırır.
• Esnek Bağlantı Noktası Yapılandırması – Üç adet 8 bitlik bağlantı noktasıyla (A, B, C), kullanıcılar bunları uygulamaya bağlı olarak giriş, çıkış veya karışım olarak yapılandırabilir. Basit G/Ç (Mod 0) ve el sıkışmaya dayalı iletişim (Mod 1 ve 2) arasında geçiş yapma yeteneği, aynı çipin çok çeşitli görevleri yerine getirmesine olanak tanır.
• Tek Beslemeli Çalışma – Standart +5 V beslemeyle çalışan 8255'in TTL tabanlı sistemlerde çalıştırılması kolaydır. Özel regülatörlere veya çoklu voltaj seviyelerine gerek yoktur, bu da kart tasarımını basitleştirir.
• Güvenilir Paralel Veri Aktarımı – Çip, istikrarlı ve öngörülebilir 8 bit paralel iletişim sağlayarak zamanlama belirsizliklerini azaltır. Bu güvenilirlik, onu gerçek sistemlerde ekranları çalıştırmak, sensörleri okumak ve kontrol sinyallerini yönetmek için uygun hale getirir.
• Eğitim Değeri – İyi belgelenmiş ve yaygın olarak bulunabildiği için 8255, mikroişlemci laboratuvarlarında ve eğitim kitlerinde önemli bir öğretim aracı olmuştur. Bu cihazla pratik deneyler yaparak G/Ç arabirimi kavramlarını hızlı bir şekilde anlayabilirsiniz.
8255 PPI Çip Uygulamaları
• Eğitim Sistemleri – Eğitim kitleri ve laboratuvar panoları, çevresel arayüz kavramlarını göstermek için sıklıkla 8255'i içerir. Farklı modları programlama alıştırması yapabilir ve harici cihazlarla gerçek etkileşimi gözlemleyebilirsiniz.
• Ekran Kontrolü – Çip, yedi segmentli LED'ler, LCD modülleri ve alfanümerik paneller gibi görsel çıkış cihazlarını çalıştırır. Çoklu G/Ç hattıyla ekranları yenileyebilir veya sürücü IC'lerine kontrol komutları gönderebilir.
• Klavye Arabirimi – İlk terminallerdeki ve kişisel bilgisayarlardaki matris klavyeler genellikle 8255 kullanılarak taranırdı. Bazı satırları satır sürücüleri ve diğerlerini sütun sensörleri olarak yapılandırarak, basılan tuşları verimli bir şekilde algıladı.
• Motor Kontrolü – Step motorlar ve DC motorlar, 8255 transistör aşamaları, Darlington dizileri veya H köprüleri ile eşleştirildiğinde kontrol edilebilir. Bu, robotik, konumlandırma sistemleri ve otomasyon projelerinde faydalı olmasını sağladı.
• Veri Toplama – ADC'lere (Analogdan Dijitale Dönüştürücüler) ve DAC'lere (Dijitalden Analoga Dönüştürücüler) bağlandığında, 8255 ölçüm ve kontrol görevleri için eksiksiz bir arayüz sağladı. Bu, mikroişlemcilerin bilimsel ve endüstriyel ekipmanlardaki sinyalleri işlemesini sağladı.
• Endüstriyel Otomasyon – 8255, trafik sinyallerinin, asansör mantığının ve proses izleme panellerinin kontrolünde kullanım alanı buldu. Birden fazla giriş ve çıkışı güvenilir bir şekilde yönetme yeteneği, onu gömülü kontrol sistemleri için düşük maliyetli bir çözüm haline getirdi.
• Retro-Computing – IBM PC/XT ve MSX bilgisayarları gibi klasik makineler, çevresel arabirim için 8255'i kullandı. Ayrıca yazıcılarda ve genişletme kartlarında da kullanıldı ve erken kişisel bilgisayar tarihindeki yerini sağlamlaştırdı.
8255 PPI Çip Diğer PPI'larla Karşılaştırma
8255 ve 8155 karşılaştırması
Intel 8155, birden fazla işlevi tek bir pakette birleştirir: küçük bir statik RAM bloğu, programlanabilir bir zamanlayıcı ve genel amaçlı G/Ç bağlantı noktaları sunar. Bu, onu bellek ve zamanlama kontrolünün gerekli olduğu kompakt sistemler için uygun hale getirdi. Buna karşılık 8255, yerleşik bellek veya zamanlama olmaksızın tamamen programlanabilir G/Ç'ye odaklanır. Daha basit tasarımı, uygulama entegre RAM veya zamanlayıcı gerektirmediğinde programlamayı daha ucuz ve daha kolay hale getirdi.
8255'e karşı 8259
8259 Programlanabilir Kesinti Denetleyicisi çok farklı bir amaca hizmet eder: CPU'nun harici olaylara hızlı bir şekilde yanıt vermesine yardımcı olmak için donanım kesintilerini yönetmek. 8255 paralel G/Ç veri aktarımını yönetirken, 8259 koordinat sinyallerini keser. Birçok mikroişlemci tabanlı sistemde, klavye ve ekran gibi cihazlarla arayüz oluşturmak için 8255 ve bu cihazlar tarafından oluşturulan kesme isteklerini yönetmek için 8259 olmak üzere iki yonga birlikte kullanıldı.
8255 ve Modern GPIO Genişleticiler
Günümüzün sistemleri genellikle I²C veya SPI tabanlı GPIO genişleticileri (MCP23017 veya PCF8574 gibi) kullanır. Bu cihazlar, daha az bağlantıya sahip ek G/Ç pinleri sağlayarak kart alanından tasarruf sağlar ve CPU'daki pin sayısını azaltır. Ancak seri olarak çalışırlar ve bu, 8255'in doğrudan paralel erişimine kıyasla daha yavaş olabilir. 8255 daha fazla veri yolu hattı gerektirse de paralel yapısı daha hızlı aktarımlara olanak tanır ve bireysel pinlerin doğrudan kontrolünün ve veri yolu zamanlamasını anlamanın öğrenme için önemli olduğu eğitim ortamlarında onu oldukça değerli kılar.
Sorun Giderme & Yaygın Sorunlar
8255 ile çalışmak, tasarım kurallarına dikkatle uyulmadığı takdirde bazen sistem hatalarına yol açabilir. Yaygın sorunlar ve çözümler şunları içerir:
• Başlatılmamış Bağlantı Noktaları – Sıfırlamadan sonra, tüm bağlantı noktaları varsayılan olarak giriş moduna geçer. CPU uygun bir kontrol sözcüğü göndermezse, çıkışlar devre dışı kalır veya tahmin edilemez şekilde davranır. Verileri okumaya veya yazmaya çalışmadan önce her zaman kontrol kaydını programlayın.
• Yanlış Kontrol Sözcükleri – Yanlış yapılandırılmış kontrol sözcükleri, bağlantı noktalarına yanlış yönler veya modlar atayarak beklenen sinyalleri kilitleyebilir. Doğru bit ayarlarını sağlamak için kontrol sözcüğü değerlerini veri sayfası tablolarıyla çapraz kontrol edin.
• El Sıkışma Hataları – Mod 1 ve 2'de, Bağlantı Noktası C gerekli el sıkışma sinyallerini (STB, ACK, IBF, OBF) sağlar. Eksik, yanlış kablolanmış veya yanlış yorumlanan bağlantılar, aktarımların durmasına veya kaybolmasına neden olur. Bağlı cihazların hem kablolamasını hem de mantık düzeyi beklentilerini dikkatlice doğrulayın.
• Aşırı Yükleme Çıkışları – Her bağlantı noktası pimi yalnızca küçük akımları kaldırabilir. LED'leri doğrudan dirençlerle sürmek mümkündür, ancak motorlar, röleler ve lambalar, transistör dizileri veya sürücü IC'leri gibi harici tampon aşamaları gerektirir. Bu sınırın göz ardı edilmesi, çipte kalıcı hasar riski taşır.
• Veri Yolu Çakışmaları – Birden fazla aygıt aynı anda sistem veri yolunu çalıştırmaya çalışırsa, veri bozulması veya donanım hasarı meydana gelebilir. Uygun veri yolu tahkimi ve etkinleştirme sinyallerinin (RD', WR', CS') kullanılması bu sorunu önler.
• Hata Ayıklama Araçları – Sorunlar devam ettiğinde, test ekipmanı arızaların izole edilmesine yardımcı olur. Mantık analizörleri zamanlamayı ve kontrol sinyallerini doğrulayabilirken, osiloskoplar sorunun gürültülü donanım kablolarından mı yoksa yanlış yazılım başlatmadan mı kaynaklandığını kontrol edebilir.
Sonuç
Intel 8255 PPI, mikroişlemci arayüzünün temel taşı olmaya devam ediyor. Büyük ölçüde modern GPIO genişleticiler ve yerleşik mikro denetleyici G/Ç ile değiştirilmiş olsa da, aktif bir öğretim aracı olarak hizmet vermeye devam ediyor. Paralel veri aktarımını, bağlantı noktası yapılandırmasını ve el sıkışmayı göstermedeki netliği, onu herkes için paha biçilmez kılar.
Sıkça Sorulan Sorular (SSS]
8255'teki kontrol kelimesi nedir ve neden önemlidir?
Kontrol kelimesi, 8255'in bağlantı noktalarını ve modlarını yapılandırmak için CPU tarafından gönderilen 8 bitlik bir talimattır. Bu olmadan, tüm bağlantı noktaları varsayılan giriş durumlarında kalır. Her bağlantı noktasının giriş mi yoksa çıkış mı olduğunu tanımlar ve Mod 0, 1, 2 veya Bit Ayarlama/Sıfırlama arasında seçim yapar.
8255 motorları veya röleleri doğrudan çalıştırabilir mi?
Hayır. 8255 çıkışları yalnızca birkaç miliamper kaynak sağlayabilir veya batırabilir, bu da motorlar veya röleler için yetersizdir. Daha yüksek akımı güvenli bir şekilde idare etmek için transistör dizileri veya H köprüleri gibi harici sürücü devreleri kullanılmalıdır.
8255 neden bugün hala eğitimde kullanılıyor?
8255, mikroişlemci G/Ç, kontrol sözcükleri ve paralel veri aktarımı hakkında bilgi edinmek için net ve uygulamalı bir yol sağlar. Basit mimarisi, öğrencilerin modern mikrodenetleyicilere geçmeden önce temel kavramları anlamalarına yardımcı olur.
El sıkışma modlarında C Bağlantı Noktasını kullanırsanız ne olur?
Mod 1 ve 2'de, bazı Bağlantı Noktası C hatları el sıkışma sinyalleri için ayrılmıştır (STB, ACK, IBF, OBF gibi). Bu pinler, çakışmaları önlemek için hesaba katmanız gereken modlar sırasında genel amaçlı G/Ç olarak kullanılamaz.
8255'in modern GPIO genişleticilerden farkı nedir?
Seri iletişim kullanan I²C/SPI genişleticilerin aksine, 8255 paralel bir veri yolu ile çalışır, daha hızlı aktarımlara olanak tanır ancak daha fazla pin gerektirir. Bu, 8255'i daha az yer tasarrufu sağlar, ancak gerçek kontrol ve veri yolu zamanlamasını öğrenmek için değerlidir.