第六章 微机接口技术

第六章微机接口技术6.1接口基础与并行通信6.1.1CPU与外设之间的数据传输一．CPU与I/O接口接口电路按功能可分为两类：①是使微处理器正常工作所需要的辅助电路：时钟信号或中断请求等；②是输入/输出接口电路：CPU与外部设备信息的传送（接收、发送）。最常用的外部设备：如键盘、显示装置、打印机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线相连的，完成检测和控制的仪表装置也属于外部设备之列，也是通过接口电路和主机相连。外部设备的功能多种多样的（输入设备，输出设备，输入设备/输出设备），信息多样（数字式的，模拟式的），信息传输的方式（并行的，串行的），外设的工作速度通常比CPU的速度低得多，而且各种外设的工作速度互不相同，这也要求通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。注：接口电路完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能2．接口的功能（8种）：⑴寻址能力：对送来的片选信号进行识别。⑵输入/输出功能：根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。⑶数据转换功能：并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换。⑷联络功能：就绪信号，忙信号等。⑸中断管理：发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理功能。⑹复位：接收复位信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。⑺可编程：用软件来决定其工作方式，用软件来设置有关的控制信号。⑻错误检测：一类是传输错误。另—类是覆盖错误。注：一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息二．I/O接口与系统的连接1．CPU与I/O设备之间的信号（三类）(1)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：外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息2．接口部件的I/O端口：⑴数据端口、⑵控制端口、⑶状态端口3．接口与系统的连接.4．输入输出的寻址方式(1)存储器对应输入输出方式每一个外设端口占有存储器的一个地址。优点：CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，寻址方式多，使用方便，可寻址的外设数量多。缺点：由于外设占用了存储单元的地址，使内存的容量减小，同时，程序的可读性下降。(2)端口寻址的输入输出方式CPU有专门的输入输出指令（IN，OUT），通过这些指令中的地址来区分不同的外设。优点：容易掌握，编出的程序可读性好。缺点：可寻址的范围较小，还必须有相应的控制线（M/）来区分是寻址内存还是外设。6.1.2可编程并行接口芯片8255A一．并行通信与接口并行通信就是把一个字符的各位同时用几根线进行传输。传输速度快，信息率高。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，所以，并行通信用在传输速率要求较高，而传输距离较短的场合。Intel8255A是一个通用的可编程的并行接口芯片，它有三个并行I/O口，又可通过编程设置多种工作方式，价格低廉，使用方便，可以直接与Intel系列的芯片连接使用，在中小系统中有着广泛的应用。二．8255A的编程结构8255A由以下几部分组成：1．三个数据端口A，B，C这三个端口均可看作是I/O口，但它们的结构和功能也稍有不同。·A口：是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能。·B口：也是一个独立的8位I/O口，仅对输出数据的锁存功能。·C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。2．A组和B组的控制电路这两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。3．数据总线缓冲器8位的双向的三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。4．读/写控制逻辑读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。它接收片选信号及系统读信号、写信号、复位信号RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。三．8255A的引脚功能1．面向CPU的引脚信号及功能·D0-D7：8位，双向，三态数据线，系统数据总线相连；·RESET：复位信号，高电平有效，输入，清除8255A的内部寄存器，并置A口，B口，C口均为输入方式；·CS：片选，输入，用来决定芯片是否被选中；·RD：读信号，输入，控制8255A将数据或状态信息送给CPU；·WR：写信号，输入，控制CPU将数据或控制信息送到8255A；·A1，AO：内部口地址的选择，输入。这两个引脚上的信号组合决定对8255A内部的哪一个口或寄存器进行操作。8255A内部共有4个端口：A口，B口，C口和控制口，两个引脚的信号组合选中端口见下表。2．面向外设的引脚信号及功能•PA0~PA7：A组数据信号，用来连接外设；•PB0~PB7：B组数据信号，用来连接外设；•PC0~PC7：C组数据信号，用来连接外设或者作为控制信号。CSRDCSA1A0I/O地址读操作RD写操作WR00000101001160H61H62H63H读端口A读端口B读端口C非法写端口A写端口B写端口C写控制字四8255A的控制字和工作方式8255A的控制字涉及到两个内容：⑴写控制字设置工作方式等信息，⑵使C口的指定位置位/复位的功能。注：均写入控制端口工作方式控制字要写入8255A的控制口，写入控制字之后，8255A才能按指定的工作方式工作。例1某系统要求使用8255A的A口方式0输入，B口方式0输出，C口高4位方式0输出，C口低4位方式0输入。则控制字为：10010001即91H初始化程序为：MOVAL，91HOUTCTRL_PORT，ALC口的置位/复位功能只有C口才有，它是通过向控制口写入按指定位置位/复位的控制字来实现的。C口的这个功能可用于设置方式1的中断允许，可以设置外设的启/停等。例如在书中例2，A口方式2要求发两个中断允许，即PC4和PC6均需置位。B口方式1要求使PC2置位来开放中断。初始化程序可补充完整如下。MOVAL，0C4HOUTCTRL_PORT，AL；设置工作方式MOVAL，09HOUTCTRL_PORT，AL；PC4置位，A口输入允许中断MOVAL，ODHOUTCTRL_PORT，AL；PC6置位，A口输出允许中断MOVAL，05HOUTCTRL_PORT，AL；PC2置位；B口输出允许中断工作方式方式0：基本输入输出方式适用于无条件传送和查询方式的接口电路方式1：选通输入输出方式适用于查询和中断方式的接口电路方式2：双向选通传送方式适用于与双向传送数据的外设适用于查询和中断方式的接口电路1．方式0：为一种简单的输入/输出方式，没有规定固定的应答联络信号，可用A，B，C三个口的任一位充当查询信号，其余I/O口仍可作为独立的端口和外设相连。方式0的应用场合有两种：一种是同步传送；一种是查询传送。2．方式1方式1是一种选通I/O方式，A口和B口仍作为两个独立的8位I/O数据通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们为输入或输出。而C口则要有6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0，可通过编程设置为输入或输出。输出C口的PC3、PC6、PC7用作A口的应答联络线，PC0-PC2则作用B口的应答联络线，余下的PC4~PC5则可作为方式0使用。应答联络线的功能如下：·OBF：输出缓冲器满。当CPU已将要输出的数据送入8255A时有效，用来通知外设可以从8255A取数。·ACK：响应信号。作为对的响应信号，表示外设已将数据从8255A的输出缓冲器中取走。·INTR：中断请求信号。INTR置位的条件是ACK为高且OBF为高且INTE为高。·INTE：中断允许。对A口来讲，由PC6的置位来实现，对B口仍是由PC2的置位来实现。方式1输出引脚：A端口外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输出数据PC6PC7PC3PA7~PA0INTEAOBFAINTRAACKA中断允许触发器方式1输出引脚：B端口PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBOBFBINTRBACKB外设响应信号表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号表示CPU已经输出了数据中断请求信号请求CPU再次输出数据中断允许触发器方式1输出时序INTRdatadata输出端口D0～D7WROBFACK方式1中断控制8255A的中断由中断允许触发器INTE控制置位允许中断，复位禁止中断对INTE的操作通过写入端口C的对应位实现，INTE触发器对应端口C的位是作应答联络信号的输入信号的哪一位，只要对那一位置位/复位就可以控制INTE触发器选通输入方式下端口A的INTEA对应PC4端口B的INTEB对应PC2输入STB——选通信号，低电平有效由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送来的数据锁存至8255A的输入锁存器IBF——输入缓冲器满信号，高电平有效8255A输出的联络信号。当其有效时，表示数据已锁存在输入锁存器INTR——中断请求信号，高电平有效8255A输出的信号，可用于向CPU提出中断请求，要求CPU读取外设数据方式1输入引脚：A端口输入缓冲器满信号表示A口已经接收数据中断请求信号请求CPU接收数据PC4PC5PC3PA7~PA0INTEAIBFAINTRASTBA中断允许触发器PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRBSTBB数据选通信号表示外设已经准备好数据输入缓冲器满信号表示A口已经接收数据中断请求信号请求CPU接收数据中断允许触发器dataINTRIBFdata输入端口D0～D7STBRD方式2双向方式方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个双向数据端口，可以发送数据和接收数据只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的5个信号线，其作用与方式1相同方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一点不同：数据输出时8255A不是在OBF有效时向外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK时才送出数据方式2双向引脚PC6PC7PC3PA7~PA0INTE1OBFAINTRAACKAPC4PC5IBFASTBAINTE2用PC6设置INTE1（输出）用PC4设置INTE2（输入）输入和输出中断通过或门输出INTRA信号五．8255A的编程及应用作为通用的并行接口电路芯片，825A具有广泛的应用应用在IBMPC/XT微机上应用于打印机接口电路连接简易键盘驱动LED数码管1.读写数据端口初始化编程后：当数据端口作为输入接口时，执行输入IN指令将从外部输入设备得到外设数据当数据端口作为输出接口时，执行输出OUT指令将把CPU的数据送给外部输出设备8255A具有锁存输出数据的能力对输出方式的端口同样可以输入不是读取外设数据读取的是上次CPU给外设的数据利用8255A的输出锁存能力，可实现按位输出控制对输出端口B的PB7位置位的程序段：movdx,0fffah;B端口假设为0FFFAHinal,dx;读出B端口原输出内容oral,80h;使PB7＝1outdx,al;输出新的内容2．打印机接口应用举例例3利用8255A的A口方式0与微型打印机相连，将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出。试完成相应的软硬件设计。（CPU为8088）首先我们分析一下打印机的工作。微型打印机和主机之间的接口采用并行接口。它的工作流程是：主机