微机原理与接口技术 第六章输入输出接口1

微机系统原理与接口技术1微机接口基础CPU与外设的输入、输出接口（理解基本概念）CPU与外设数据传送的控制方式（掌握）基本I/O接口的应用（理解）微机系统原理与接口技术2I/O接口概述I/O接口的作用•高速CPU与低速外设数据传送的同步及配合•并行数据与串行数据间的数据格式转换注：CPU与外设间并不直接传送信息，而是经I/O接口传送信息，故说I/O接口是它们的桥梁，访问I/O接口即访问外设。微机系统原理与接口技术3I/O接口概述I/O接口电路的结构•I/O接口电路原理图CPU外设数据端口状态端口控制端口总线驱动地址译码逻辑控制DBABCB•I/O接口电路连接与CPU——三总线连接与外设——三信息连接I/O接口电路微机系统原理与接口技术4I/O接口概述I/O接口中的信息流•数据信息方向CPU←→I/O端口←→外设双向类型数字量二进制形式的数据例：CPU←→磁盘、CPU←→键盘开关量两种状态的物理量例：开关的通断，水位的高低模拟量连续变化的物理量例：交流电、温度、气压微机系统原理与接口技术5计算机与外设的I/O接口I/O接口中的信息流•状态信息方向CPUI/O端口外设单向方式对输入接口：CPU是否准备好接收数据，“READY”准备好吗?对输出接口：外设是否准备好接收数据，“BUSY”外设忙吗?微机系统原理与接口技术6I/O接口概述I/O接口中的信息流•控制信息方向CPUI/O端口处设单向方式CPU要求外设开始工作，启动外设CPU要求外设终止工作，停止外设注：数据信息是CPU与外设经I/O接口传送的有用信息，状态、控制信息是CPU经I/O接口与外设传送的配合信息，为了CPU与外设间的数据传送，加入必要的握手信息（状态、控制）非常重要微机系统原理与接口技术7I/O接口概述I/O接口与I/O端口•接口•端口注：一个接口中有多个端口完成一个外设操作所用的接口电路，多由接口芯片构成。一个接口中不同信息流传送所需的地址通道，又称端口寄存器。微机系统原理与接口技术8I/O接口概述I/O接口的功能•数据缓冲及驱动功能•接口电路（芯片）的寻址功能•数据形态的转换功能•CPU与外设的握手功能•接口芯片的可编程功能微机系统原理与接口技术9I/O接口概述I/O接口的分类•按数据传送方式•按接口的可编程、不可编程方式•按数据的同步、异步方式•按接口芯片的通用性、专用性并行接口、串行接口可编程接口灵活、不可编程接口简单同步传送规矩、异步传送方便通用芯片应用广、专用芯片应用窄微机系统原理与接口技术10I/O接口概述接口芯片的类型•并行接口芯片与串行接口芯片并行接口芯片，例：74LS245串行接口芯片，例：MAX232•通用接口芯片与专用接口芯片通用接口芯片，例：8255专用接口芯片，例：8259•不可编程接口芯片与可编程接口芯片不可编程接口芯片，例：74LS245可编程接口芯片，例：8255微机系统原理与接口技术11I/O接口概述可编程接口芯片对信息的处理可编程接口芯片有多个不同应用的寄存器•命令寄存器用于存放CPU向芯片写入的命令字•数据寄存器用于存放CPU与外设交换的有用信息•状态、控制寄存器用于存放CPU与外设间的握手信息微机系统原理与接口技术12I/O接口概述接口芯片寄存器的使用•访问外设即访问对应的芯片寄存器•不同的寄存器有不同的端口地址，即用地址访问，而非用名访问•编程中使用IN、OUT指令访问寄存器微机系统原理与接口技术13I/O端口的编址方式存储器映像方式独立I/O编址方式I/O端口地址与存储器单元地址共享寻址空间•优点——借用存储器操作指令MOV•缺点——I/O端口占用存储器单元地址I/O端口地址与存储器单元地址分享寻址空间•优点——外设与存储器有自己的寻址空间•缺点——专用控制线及专用指令IN、OUT微机系统原理与接口技术14I/O端口的编址方式计算机系统的I/O端口地址分配•8086的I/O端口地址范围•PC/XT的I/O端口地址分配特点•80386的I/O端口地址分配特点可用地址线为A0~A15，64K个字节端口、32K个字端口。仅用地址线为A0~A9，可有1024个字节端口、仅用512个字节端口。可用地址线为A0~A15。微机系统原理与接口技术15I/O端口的地址译码I/O端口地址译码电路结构接口芯片译码电路译码输入译码输出/CS注：译码输入含CPU的地址线和控制线，译码输出电平控制接口芯片的片选端。微机系统原理与接口技术16I/O端口的地址译码I/O端口地址译码电路的输入信号•8086的地址线•8086的控制线•系统总线提供的控制线A0~An，接口芯片内的端口选择地址线，接I/O接口。An-1~A15，接口芯片的片选地址线，接译码输入。M//IO、/RD、/WRAEN、/IOCS16/IOR、/IOW注：第8章介绍微机系统原理与接口技术17I/O端口的地址译码输入接口电路输入设备接口电路CPU译码电路/CS注：输入接口电路带缓冲器微机系统原理与接口技术18I/O端口的地址译码输入接口电路中的缓冲器•基本电路•通用接口芯片•可编程接口芯片三态门74LS240、74LS244、74LS245、74LS1258255、8155、8259、8253FPGA、ISP注：272页图6-8是用74LS245构成的输入接口微机系统原理与接口技术19I/O端口的地址译码输出接口电路输出设备接口电路CPU译码电路/CS注：输出接口电路带锁存器微机系统原理与接口技术20I/O端口的地址译码输出接口电路中的锁存器•基本电路•通用接口芯片•可编程接口芯片D触发器74LS273、74LS274、74LS373、74LS748255、8155GAL、CPLD、FPGA注：273页图6-9是用74LS273构成的输出接口微机系统原理与接口技术21I/O端口的地址译码系统总线AEN、/IOR、/IOW的作用•AEN•/IOR•/IOWI/O接口选择控制，低电平有效I/O端口读控制，低电平有效I/O端口写控制，低电平有效注：存储器读写的系统控制线为/MEMR、/MEMW微机系统原理与接口技术22I/O端口的地址译码用通用门电路设计译码电路（与非门）与非门A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15/CS077AH微机系统原理与接口技术23I/O端口的地址译码用通用门电路设计译码电路（或门）或门A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15/CSF885H微机系统原理与接口技术24I/O端口的地址译码常用通用IC型号（274页）•74LS00•74LS20•74LS32•74LS306反相器（6非门）2X4与非门4X2或门10与非门微机系统原理与接口技术25I/O端口的地址译码用通用IC译码电路分析A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000011101111010AENIOR00译码输出=0000011101111010B=077AH微机系统原理与接口技术26I/O端口的地址译码同址可读可写I/O端口译码的设计或门或门读端口片选写端口片选/IOW/IOR或门AEN地址译码注：/IOR、/IOW不能同时为低微机系统原理与接口技术27I/O端口的地址译码同址可读可写I/O端口译码的设计与非门与非门读端口片选写端口片选/IOW/IOR与非门AEN地址译码注：/IOR、/IOW不能同时为低微机系统原理与接口技术28I/O端口的地址译码用译码器芯片设计译码电路DMA接口电路3-8译码器PPIA0~A4A0~A4A5A6A7ABC/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7或门A8A9A10A11A12A13A14A15/G2A/G2BG1AEN/CS/CS微机系统原理与接口技术29I/O端口的地址译码接口电路中端口地址•DMA•INTRA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000000000000000000000011111A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000001000000000000000111111=0000H~001FH=0020H~003FH微机系统原理与接口技术30I/O端口的地址译码接口电路中端口地址•T/C•PPIA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000010000000000000001011111A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000011000000000000001111111=0040H~005FH=0060H~007FH微机系统原理与接口技术31I/O端口的地址译码数字比较器与地址可选译码地址译码输入比较选择输入片选控制输出相等注：比较选择高低电平用开关或跳线微机系统原理与接口技术32I/O接口的数据传输控制方式直接程序控制方式中断控制方式直接存储器存取（DMA）控制方式无条件程控传送方式有条件程控传送方式（查询方式）仅传输数据信息，不传输控制、状态信息要传输数据、控制、状态信息微机系统原理与接口技术33I/O接口的数据传输控制方式无条件程控传送方式•接口逻辑电路端口译码器WRRDM/IOABDB数据输入缓冲器端口数据输出锁存器端口输入数据输出数据注：输入接口为缓冲器，输出接口为锁存器微机系统原理与接口技术34I/O接口的数据传输控制方式无条件程控传送方式•应用条件外设输入的物理量变化缓慢，即无跳变信号输入CPU输出的数据外设可直接使用•接口特点CPU的DB→I/O端口（输出锁存器）→外设CPU的DB←I/O端口（输入缓冲器）←外设注：接口电路有多个端口微机系统原理与接口技术35无条件程控方式例图6-15（277页）LED随开关按下对应亮设输入、输出口地址为INPORT、OUTPORTSTART：INAL，INPORTNOTALOUTOUTPORT，ALJMPSTART微机系统原理与接口技术36I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（状态查询方式）•工作过程CPU向I/O控制端口写控制信息（多数程序中无控制端口操作）CPU从I/O状态端口读状态信息根据状态错误：CPU反复查询状态信息正确：CPU经I/O数据端口与外设交换数据微机系统原理与接口技术37I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（查询式输入）数据缓冲器(输入端口)状态缓冲器（输入端口）锁存器输入设备输入选通输入数据RQD＋5VDB（数据、状态）•接口电路图状态端口读选通数据端口读选通注：数据端口为8位缓冲器状态端口为1位缓冲器微机系统原理与接口技术38I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（查询式输入）•端口定义•状态位定义I/O端口地址：数据端口状态端口控制端口I/O端口信息：8位1位无bn=1外设数据准备好，可从数据端口读数据bn=0外设数据未准备好，继续查询状态位注：bn为位查询方式，可用字节中的任意位微机系统原理与接口技术39I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（查询式输入）•工作过程输入设备准备好数据后，发正脉冲选通信号D触发器Q端为高电平，锁存器输出端锁存输入数据打开状态端口，读状态信息并判断状态位，若为低循环查询，若为高状态正确，准备读数据打开数据端口，将输入数据读入CPU，清D触发器Q端为低电平，准备下次操作注：连续数据输入重复以上过程微机系统原理与接口技术40I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（查询式输入）•状态位定义•流程图1XXXXXXX输入状态信息READY输入数据信息YN微机系统原理与接口技术41I/O接口的数据传输控制方式有条件程控传送方式（查询式输入）•程序段POLL:INAL，ATATUS_PORT；从状态端口输入信息到（AL）TEST