第8章微机接口技术与应用

第8章微机接口技术与应用第8章微机接口技术与应用并行I/O接口8.2计数与定时技术8.4接口概述8.1串行通信接口8.3第8章微机接口技术与应用并行I/O接口8.2计数与定时技术8.4接口概述8.1串行通信接口8.3第8章微机接口技术与应用8.1接口概述8.1.1接口及相关概念接口位于系统与外设之间，用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路被称为I/O接口电路，通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。接口技术是连接计算机系统中的各种功能部件，构成一个完整的、实用的计算机系统。是把由处理器、RAM、ROM等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外部世界通信的一门技术，即仅指I/O设备接口技术。第8章微机接口技术与应用接口是CPU与外界的连接电路，具有如下功能：寻址能力输入/输出功能信号量转换数据转换功能联络功能中断管理错误检测具有对输入/输出数据进行缓冲、隔离和锁存缓冲数据的传送功能具有定时／计数功能第8章微机接口技术与应用8.1.2接口的I/O端口与系统的连接CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端口地址。１.接口部件的I/O端口分为•数据端口•控制端口•状态端口第8章微机接口技术与应用数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器(or三态门)数据输出寄存器(锁存器)状态寄存器(or三态门)命令寄存器译码电路控制逻辑外部输入或输出设备I/O接口中的端口分类图第8章微机接口技术与应用2.I/O接口信息分类•数据信息包括三种形式：数字量、模拟量、开关量•状态信息是外设通过接口往CPU传送的，如：“准备好(READY)”信号、“忙（BUSY）”信号•控制信息是CPU通过接口传送给外设的，如：外设的启动、停止信号就是常见的控制信息第8章微机接口技术与应用3.I/O接口与系统的连接从结构上看，接口分为两个部分：用来和I/O设备相连用来和系统总线相连第8章微机接口技术与应用并行I/O接口8.2计数与定时技术8.4接口概述8.1串行通信接口8.3第8章微机接口技术与应用8.2并行I/O接口并行通信就是把一个字符的n位同时用几条数据线进行传输，即每一位数据位占用一条数据线进行传输。优点：传输速度快，信息率高缺点：电缆要多，随着传输距离的增加，电缆的开销会成为突出的问题适用于：传输速率要求较高，而传输距离较短的场合第8章微机接口技术与应用8.2并行I/O接口典型双通道的并行接口，包括输入锁存寄存器、输出缓冲寄存器、控制寄存器和状态寄存器。控制寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器数据总线读出信号写入信号复位准备好中断请求地址译码CPU输入设备数据输入准备好数据输入回答数据输入输出设备数据输出数据输出准备好数据输出回答第8章微机接口技术与应用8.2.1并行接口功能与特点1.并行接口功能一个并行接口电路应具有以下3方面的功能：（1）实现与系统总线的连接，提供数据的输入输出功能。（2）实现与I/O设备的连接，具有与I/O设备进行应答的同步机构，保证有效地进行数据的接收/发送：（3）有中断请求与处理功能，使得数据的输入/输出可以采用中断的方法来实现功能。第8章微机接口技术与应用2.并行接口的特点（1）并行接口是在多根数据线上，以数据字节(字)为单位与输入/输出设备或被控对象传送信息的。（2）并行口的“并行”含义是指接口与I/O设备或被控对象一侧的并行数据线。（3）并行传送的信息，不要求固定的格式。（4）从并行接口的电路结构来看，并行口有硬线连接接口和可编程接口之分。第8章微机接口技术与应用3.并行接口内部结构及信号（1）并行接口电路内由数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器、其他控制电路等组成。（2）并行接口电路的外部信号由数据信号、控制信号、状态信号、地址译码信号、读写信号、中断申请与应答信号等组成。第8章微机接口技术与应用8.2并行I/O接口8.2.2并行接口的分类常用的并行接口电路按操作方式有两大类：一类是非编程的接口电路，如74LS244/245、74LS273/373、8212等。硬线连接接口的工作方式及功能用硬线连接来设定。一类是可编程接口，接口的工作方式及功能可以用软件编程的方法加以改变，则称为可编程接口。第8章微机接口技术与应用8.2.3非编程并行接口CPU可以通过输入输出口随时读取外设的信息或向它们发送控制命令，我们把这类接口称为简单并行口，或叫无条件传送方式接口。1.简单并行输入在输入量是稳定的情况下，当微机在收集被控对象的状态信息，控制量不变时，状态信息在一个较长的时间内也不发生改变。当一组设定的开关量为输入时，此时可以采用三态门74LS244/74LS245直接读取，如图8-4所示。第8章微机接口技术与应用无锁存功能的非可编程并行接口(a)单向驱动74LS244引脚图(b)双向驱动74LS245引脚图第8章微机接口技术与应用74ls244并口输入应用电路74LS244CPUK6K5K4K3K2K1K0&+5VR状态标志第8章微机接口技术与应用2.简单并行输出由于微处理器的信息出现在数据总线的时间很短，一般只有毫微秒级。因此，输出接口中要有数据锁存能力，将输出的数据保持足够长的时间，以便输出设备能够使用。（1）74LS373概述74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实际是一个是带三态缓冲输出的8D锁存器触发器，在计算机系统中为了扩展外部存储器。第8章微机接口技术与应用（2）内部逻辑结构及引脚(a)74LS373引脚图(b)74LS373内部结构图(c)74LS373电路连接图第8章微机接口技术与应用8.2.4可编程并行接口芯片8255A概述1．8255A的基本特性（1）8255A具有两个8位(A和B口)和两个4位(C口高/低四位)并行输入辅出的端口的接口芯片。TTL电平；C口可单独置位/复位。（2）8255A能适应CPU与I/O接口之间的多种数据传送方式的要求。如无条件传送，应答方式(查询)传送，中断方式传送；以及多种工作方式。（3）8255A的两条命令(方式字和控制字)提供了灵活方便的编程环境。（4）8255APC口具有特殊功能。（5）8255A芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器组成。第8章微机接口技术与应用resetD7~D0A9~A2A1A0IORIOW片选译码数据缓冲器读写控制片内译码CSRESETA1A0RDWRPC7~PC0PB7~PB0PA7~PA0控制口端口A端口C(7-4)端口C(3-0)端口B+5VGNDD7~D0A组8255A总线B组2.8255A的内部结构第8章微机接口技术与应用（1）数据总线缓冲器。8位、双向、三态缓冲器。（2）8255A有三个8位输入输出端口(PORT)PA、PB和PC，各端口都可以由程序设定为不同的工作方式。（3）A组和B组的控制电路。（4）读/写控制逻辑。2.8255A的内部结构第8章微机接口技术与应用3．8255A引脚（1）面向CPU的引脚信号及功能。D0～D7数据线：8位，双向、三态数据线，用来与系统数据总线相连。CPU通过它向8255A发送命令、数据；8255A通过它向CPU回送状态、数据。片选信号：低电平有效。由系统地址译码器产生，用以选择8255A的内部端口。只有当为“0”时，8255A芯片才工作。当为高电平时，8255A芯片未选中不工作。A1～A0内部端口地址选择输入信号线（端口选择）。与系统的地址总线低位相连。8255A内部共有4个端口：PA口，PB口，PC口和控制口，两位地址，可形成片内四个端口地址。第8章微机接口技术与应用3．8255A引脚（1）面向CPU的引脚信号及功能。：读信号。输入，低电平有效。控制8255A将数据或状态信息送给CPU（从外设输入的数据）。：写信号。输出，低电平有效。控制CPU将数据或控制信息送到8255A（向外设输出的数据）。RESET：复位信号，高电平有效。用来清除8255A的内部寄存器，并置PA口，PB口，PC口均为输入方式。输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求。24条I/O线呈现高阻悬浮状态。这种势态，一直维持，直到用方式命令才能改变，使其进入用户所需的工作方式。RDWR第8章微机接口技术与应用3．8255A引脚（2）面向外设的引脚信号及功能。PA0～PA7：A组输入输数据线，用来连接外设；PB0～PB7：B组输入输数据线，用来连接外设；PC0～PC7：C组输入输数据线，用来连接外设或者作为控制信号。第8章微机接口技术与应用8.2.58255A的初始化编程8255A的控制字（1）工作方式控制字。方式控制字的作用是：指定3个并行端口(PA、PB、PC)的工作方式及端口功能，即是作为输入端口还是为输出端口。第8章微机接口技术与应用B口0输出1输入0方式01方式1D7D6D5D4D3D2D1D0特征位，D7=1表示是方式控制字PC3~PC00输出1输入B组工作方式PC7~PC40输出1输入A口0输出1输入A组工作方式00方式001方式11x方式28255A方式选择控制字第8章微机接口技术与应用【例8-5】8055A工作方法控制的用法如果把端口PA设定为方式1，输出；端口PB设定为方式0，输入；端口PC上半部给端口PA，下半部设定为输出。则方式选择控制字为：10101010B=AAH。若将此控制字内容写入8255A的控制寄存器，即实现了对8255A工作方式的设定，就是完成了对8255A的初始化。设控制口地址为303H，初始化的程序段为：MOVDX，303H；8255A的控制口地址MOVAL，OAAH；初始化（工作方式）控制字OUTDX，AL；控制字写入控制端口第8章微机接口技术与应用无关D70×××D6D5D4D3D2D1D0C口按位置位/复位控制字的特征位选择位置位/复位1—置位0—复位编码选择位000—PC0001—PC1010—PC2011—PC3100—PC4101—PC5110—PC6111—PC7（2）PC口按位置位/复位控制字按位置位/复位控制字的作用：是使指定PC口的某一位输出为高电平或低电平，以用于控制或应答信号。第8章微机接口技术与应用则程序段如下：MOVDX，303H；8255A控制口地址MOVAL，09H；控制字，PC4置1OUTDX，AL；控制字写入控制端口如果要使该引脚(PC4)复位，则用下列程序段实现：M0VDx，303H；8255A控制口地址MOVAL，08H；使PC2=1的控制字OUTDX，AI；送到控制口【例8-6】PC口置位/复位控制字的用法。若要使PC口的PC4端输出高电平，则按位置位/复位控制字应为00001001B=09H，将该控制字写入8255A的控制寄存器，即可在PC4引脚得到一个高电平的操作。设控制口地址为0303H，第8章微机接口技术与应用8.2.68255A的工作方式8255A有三种工作方式：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——双向传输方式可以通过往控制寄存器中写入控制字来选择其工作方式。第8章微机接口技术与应用1．工作方式0：基本的输入/输出工作方式方式0是一种基本的输入/输出工作方式，它不需要应答式的联络信号方式0下，8255A分成彼此独立的两个8位和两个4位并行口，这四个并行口都能被指定作为输入或者作为输出用，共有16种不同的使用组态。端口信号线之间无固定的时序关系，由用户根据数据传送的要求决定输入输出的操作过程。方式O没有设置固定的状态字。是单向I/O，一次初始化只能指定端口作输入或作输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。方式0适合于两种情况：一种是无条件传送，另一种是查询方式传送。第8章微机接口技术与应用2.工作方式1：选通输入/输出方式方式1是一种采用选通（应答式）联络信号的输入/输出方式。在面向I/O设备的24根线中，设置专用的中断请求和联络信号线。数据的输入输出都被锁存。PA口和PB口为数据端口，而PC口的大部分引脚分配作联络信号用，用户对这些引脚不能再指定作其他用途。