(精品)第6章_微型计算机输入输出接口技术

,*,主讲：禹定臣,微机原理及接口技术,信息工程学院,第,6,章 微型计算机输入,/,输出接口技术,微机原理与接口技术,6.1,基本概念,接口,CPU,与外设之间的一种缓冲电,路，是,CPU,与外设之间信息交,换的中转站。,6.1.1,什么是接口与接口技术,图,6.1,微机控制各类接口框图,内存,内存接口,CPU,智能仪器接口,通信接口,过程控制接口,输入接口,输出接口,外存接口,数字化存储示波器，数字化万用表,终端调制解调器,电传机,A/D,转换器开关量输入,D/A,转换器开关量输出,键盘 数字化仪光笔 图形输入 声音输入 扫描仪,点阵打印,CRT,显示激光打印 液晶显示喷墨打印 绘图仪,X-Y,记录仪,硬盘 软盘光盘 磁带,接口技术,采用硬件与软件相结合的方法，研究,CPU,与外设之间如何实现高效、可靠的信息交换的一门技术。,6.2.2,CPU,与外设之间的接口信息,（,1,）数字量,由键盘、光电输入机等输入的信息，通常是以二进制表示的数或以,ASCII,码表示的数或字符。,1.,数据信息（,DATA,）,CPU,与外设交换的数据本身：,CPU,外设,（,2,）,模拟量,非电量信息,传感器,电量,信号处理,U/I,A/D,CPU,(P/T/Q),（,3,）,开关量,两个状态的量 ，可以用“,0”,、“,1”,表示，,例如电机的启与停，开关的合与开等。,例如,输入时，输入设备是否准备好？,准备就绪信号,READY,输出时，输出设备是否空闲？,忙信号,BUSY,2.,状态信息（,STATUS,）,例如控制,I/O,设备启动或停止等。,3.,控制信息（,CONTROL,）,反映外设当前工作状态的信息：,CPU,外设,CPU,控制外设工作所发送的一种信息：,CPU,外设,6.2.3,接口的组成与,I/O,端口访问方法,1.,接口电路的组成,图,6,.2 接口的组成,CPU,I/O,设备,I/O,接口,DR,SR,CR,AB,DB,CB,DATA,STATUS,CONTROL,总线驱动,地址译码,控制逻辑,DR,：数据寄存器,SR,：状态寄存器,CR,：控制寄存器,2. I/O,端口访问方法,端口地址与存储器地址统一编址。,译码器,8086CPU,AB,存储器,I/O,端口,图,6,.,3,统一编址方式硬件框图,（,1,）统一编址方式,优点：,指令丰富，电路简单。,缺点：,外设占用存储器空间，内存,容量减小。,图,6,.,4,独立编址方式硬件框图,译码器,8086CPU,AB,存储器,I/O,端口,译码器,（,2,） 独立编址方式,存储器和外设都有自己的地址译码器，地址空间独立，互不影响。用专用的,I/O,指令访问,I/O,端口。,（,1,）汇编语言的,I/O,指令,输入指令：,IN AL, n ; n,为8位立即地址,IN AL, DX ; 16,位地址用,DX,间址,输出指令：,OUT n, AL,OUT DX, AL,3.,独立编址方式的,I/O,访问,例：,IN AL, 20H,MOV DX, 2F0H,OUT DX, AL,（,2,）,C,语言中的端口读写函数,Turbo C,中的,(1) unsigned inportb (int port),(2) void outportb (int port, unsigned value),# include dos.hmain ( ) unsigned c; c = inportb (0x2f0); printf (,data = %0x, c); outportb (0x360, c);,6.2,接口的功能,从解决,CPU,与外设在连接时存在的矛盾这个角度看，接口应有以下功能：,设置“ 数据口”，解决,CPU,高速与外设相对低速的矛盾，并为主机与外设的批量数据传输创造条件。,1.,数据缓冲功能,设置“ 命令口”，对,CPU,发出的代码形式的控制命令识别、分析并执行。,CPU,与外设之间信号在逻辑关系上的转换、数据格式的转换（串,并）、以及时序配合、电平匹配等。,2.,接收与执行,CPU,命令的功能,3.,信号转换功能,设置地址译码电路对外设寻址。,设置中断控制器，处理有关中断事务（中断请求、中断优先权排队等）。,4.,设备选择功能,5.,中断管理功能,使用可编程芯片实现。使用户在不改动硬件的条件下，只修改驱动程序就可改变接口的工作方式。,6.,可编程功能,6.3,CPU,与外设之间传送信息的方式,查询方式 中断方式,DMA,方式,输入外设状态,准备好？,数据输入,/,输出,No,Yes,1.,查询方式,（,1,）查询式输入,图,6.5,查询式输入接口电路,LOOP1:,IN AL, STATUS_PORT,TEST AL, 80H ;,JE LOOP1,IN AL, DATA_PORT,D,7,位表示状态信息,D,7,1,准备好,（,2,）查询式输出,图,6.6,查询式输出接口电路,LOOP2:,IN AL, STATUS_PORT,TEST AL, 40H ;,JNE LOOP2,MOV AL, DATA,OUT DATA_PORT, AL,假设,D,6,为状态信息,D,6,1,表示忙,查询方式的数据采集系统,CPU,3,2,4,A/D,转换,8,位数据,1,个模拟量,数据,READY,1,位状态,启动,输入数据,8,位模拟量,.,.,8,位,数据总线,4,2 1 0,IO/M.RD.3,IO/M.RD.2,IO/M.RD.4,8,个输入模拟量，经过多路开关,-,它由端口,4,输出的,3,位二进制码（,D2D1D0,）控制（,000-,相应于,A0,输入），每次送出一个模拟量到,A/D,转换器；同时,A/D,转换器由端口,4,输出的,D4,位控制启动与停止。,A/D,转换器的,READY,信号由端口,2,的,D0,输送到,CPU,数据总线，经,A/D,转换后的数据由端口,3,传送到数据总线。,START:MOV DL,0F8H,LEA DI,DSTOR,AGAIN:MOV AL,DL,AND AL,0EFH,OUT 4,AL,CALL DELAY,MOV AL,DL,OUT 4,AL,POLL:IN AL,2,SHR AL,1,JNC POLL,IN AL,3,STOSB,INC DL,AGAIN,数据,I/O,CPU,执行程序,CPU,中断允许,外设准备数据(外设准备好，请求中断),2.,中断方式,图,6.7,中断传送方式的接口电路,DMA,(Direct Memory Access),是存储器与外设或存储器之间进行大量数据传送的方法，是在,DMA,控制器的控制下进行的。,3. DMA,方式,（,1,）,DMA,传送,DMA,请求,DMA,响应,送存储器地址,传送数据,DMA,结束,传送结束？,Yes,修改地址指针,No,图,6.8 DMA,工作流程图,（,2,）,DMA,控制器的功能,能向,CPU,发出,DMA,请求信号。,CPU,响应后，接管对总线控制，进入,DMA,方式。,发出读、写控制信号。, 决定数据传送的地址和数据传送的长度。, 判断,DMA,操作的结束，撤消总线请求信号，,使,CPU,恢复正常工作。,（,3,）,DMA,方式与中断方式的比较,中断方式,特点,DMA,方式,控制,数据传送,CPU,状态,响应,适用性,由,DMA,控制器控制,I/O,存储器,不破坏,CPU,内部寄存器状态,请求响应，级别高于中断,适用于高速,I/O,设备和成组数据交换,由,CPU,程序控制,I/O, CPU ,存储器,请求响应，级别比,DMA,方式低,适用于慢速,I/O,设备，实时处理,破坏,CPU,内部寄存器状态,6.4,口地址译码技术,I/O,端口地址译码一般由地址信号和控制信号的不同组合实现。其原则是：,（,2,）低位地址线直接连接到,I/O,接口芯片，实现片内寻址。,1. I/O,端口地址译码电路设计原则,（,1,）高位地址与,CPU,的控制信号组合，经译,码电路产生,I/O,接口芯片的片选信号,CS,，,实现片间寻址。,（,1,）固定式端口地址译码,使用门电路的译码电路,图,6.9 2F8H,读操作端口译码,2. I/O,端口地址译码电路的几种形式,或门,图,6.10 2E2H,读/写操作端口译码,使用译码器的译码电路,图,6.11 PC/XT,系统板上的地址译码电路,A9 A8 A7 A6 A5,A4 A3 A2 A1 A0,产生片选信号,片内寻址,0 0 0 0 1,0 0 0 0 0,1 1 1 1 1,因此,8259,的端口地址范围,020,03FH,。,（,2,）开关式可选端口地址译码,用比较器组成的可选式译码电路,图,6.12,74LS688,为8位比较器。,当,P,0,7,Q,0,7,时，,P,0,P,0,7,Q,0,7,时，,P,1,使用跳线的可选式译码电路,图,6.13,跳线开关可选,式译码电路,（,3,）使用可编程逻辑器件译码,6.5,分析与设计接口电路的基本方法,1.,分析接口两侧的情况,2.,实现系统总线与外设之间的信号转换,3.,合理选用接口芯片,4.,接口驱动程序分析与设计,