第8章微型計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)ppt課件

1、第1頁(yè)第第8章章 微型計(jì)算機(jī)輸入微型計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口技術(shù)輸出接口技術(shù)l8.1 8.1 概述概述l8.2 CPU8.2 CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式l8.3 I/O8.3 I/O接口的基本結(jié)構(gòu)及讀寫技術(shù)接口的基本結(jié)構(gòu)及讀寫技術(shù)第2頁(yè)8.1 概述概述l8.1.1 輸入輸入/輸出接口的概念與功能輸出接口的概念與功能l8.1.2 CPU與外設(shè)之間的接口信息與外設(shè)之間的接口信息l8.1.3 I/O端口的編址方法端口的編址方法l8.1.4 I/O端口的地址分配端口的地址分配l8.1.5 I/O端口的譯碼端口的譯碼第3頁(yè)8.1.1 輸入輸入/輸出接口的概念與功能輸出接口的概念與

2、功能lI/O接口接口lI/O接口與系統(tǒng)和外設(shè)的連接接口與系統(tǒng)和外設(shè)的連接l采用采用I/O接口的必要性接口的必要性 lI/O接口的功能接口的功能lI/O接口的類型接口的類型 第4頁(yè)1. I/O接口接口 I/O I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間，協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送的電接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間，協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送的電路。路。 I/O I/O接口是連接外設(shè)和主機(jī)的一個(gè)接口是連接外設(shè)和主機(jī)的一個(gè)“橋梁橋梁”。I/OI/O接口接口的外設(shè)側(cè)、主機(jī)側(cè)各有一個(gè)接口。主機(jī)側(cè)的接口稱為內(nèi)部的外設(shè)側(cè)、主機(jī)側(cè)各有一個(gè)接口。主機(jī)側(cè)的接口稱為內(nèi)部接口，外設(shè)側(cè)的接口稱為外部接口。接口，外設(shè)側(cè)的接口稱為外部接口。 內(nèi)部接口通過系統(tǒng)總線與

3、內(nèi)存和內(nèi)部接口通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和CPUCPU相連；外部接口則相連；外部接口則通過各種接口電纜如串行電纜、并行電纜、網(wǎng)線或通過各種接口電纜如串行電纜、并行電纜、網(wǎng)線或SCSISCSI電纜等與外設(shè)相連。電纜等與外設(shè)相連。第5頁(yè)2. I/O接口與系統(tǒng)和外設(shè)的連接接口與系統(tǒng)和外設(shè)的連接 第6頁(yè)3. 采用采用I/O接口的必要性接口的必要性 1、速度的不匹配、速度的不匹配2、信號(hào)電平不匹配、信號(hào)電平不匹配3、信號(hào)格式不匹配、信號(hào)格式不匹配4、時(shí)序不匹配、時(shí)序不匹配第7頁(yè)4. I/O接口的功能接口的功能 1 1、數(shù)據(jù)緩沖；、數(shù)據(jù)緩沖； 2 2、信號(hào)格式轉(zhuǎn)換，例如：串并、信號(hào)格式轉(zhuǎn)換，例如：串并/ /并串轉(zhuǎn)

4、換；并串轉(zhuǎn)換； 3 3、電平轉(zhuǎn)換、數(shù)、電平轉(zhuǎn)換、數(shù)/ /模和模模和模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換等；數(shù)轉(zhuǎn)換等； 4 4、協(xié)調(diào)時(shí)序，同步、協(xié)調(diào)時(shí)序，同步CPUCPU與外設(shè)的工作；與外設(shè)的工作； 5 5、端口譯碼；、端口譯碼； 6 6、提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)；、提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)； 7 7、提供中斷和、提供中斷和DMADMA控制?？刂?。 第8頁(yè)5. I/O接口的類型接口的類型 1 1、按數(shù)據(jù)傳送方式分為并行接口與串行接口兩類。、按數(shù)據(jù)傳送方式分為并行接口與串行接口兩類。 例如：并行接口例如：并行接口Intel 8255Intel 8255，串行接口，串行接口Intel 8250Intel 8250，主要用于連接顯示終端等慢速設(shè)備

5、。主要用于連接顯示終端等慢速設(shè)備。 2 2、按功能選擇的靈活性分為可編程接口與不可編程接、按功能選擇的靈活性分為可編程接口與不可編程接口兩類?？趦深?。 例如：可編程接口例如：可編程接口 Intel 8255 Intel 8255、Intel 8250Intel 8250；不可；不可編程接口編程接口Intel 8212Intel 8212。 3 3、按通用性分為通用接口與專用接口。、按通用性分為通用接口與專用接口。 例如：通用接口例如：通用接口Intel 8255Intel 8255；專用接口；專用接口Intel 8279Intel 8279。 4 4、按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分為程序式接口與、按數(shù)

6、據(jù)傳送的控制方式分為程序式接口與DMADMA式接式接口?？凇?5 5、按設(shè)備的連接方式分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口與多點(diǎn)接口。、按設(shè)備的連接方式分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口與多點(diǎn)接口。第9頁(yè)圖圖 微機(jī)常見外部接口微機(jī)常見外部接口 第10頁(yè)8.1.2 CPU與外設(shè)之間的接口信息與外設(shè)之間的接口信息 數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。 端口端口: :接口電路中的寄存器接口電路中的寄存器, ,包括數(shù)據(jù)端口、控制端口包括數(shù)據(jù)端口、控制端口和狀態(tài)端口。和狀態(tài)端口。第11頁(yè)8.1.3 I/O端口的編址方法端口的編址方法 I/O I/O端口的編址方式通常有兩種：統(tǒng)一編址方式和獨(dú)立端口的編址方式通常有兩種：統(tǒng)一

7、編址方式和獨(dú)立編址方式。編址方式。 1 1、統(tǒng)一編址存儲(chǔ)器映射編址），將、統(tǒng)一編址存儲(chǔ)器映射編址），將I/OI/O端口地址與端口地址與存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一分配，即將存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一分配，即將I/OI/O端口看作一個(gè)存儲(chǔ)單元。端口看作一個(gè)存儲(chǔ)單元。 2 2、獨(dú)立編址，將、獨(dú)立編址，將I/OI/O端口和存儲(chǔ)器分開獨(dú)立編址，即端口和存儲(chǔ)器分開獨(dú)立編址，即I/OI/O端口和存儲(chǔ)器的地址空間是相互獨(dú)立的。端口和存儲(chǔ)器的地址空間是相互獨(dú)立的。第12頁(yè)8.1.4 I/O端口的地址分配端口的地址分配I/OI/O接口名稱接口名稱PC/XTPC/XTPC/ATPC/ATI/OI/O接口名稱接口名稱PC/XTPC/XTPC

8、/ATPC/ATDMADMA控制器控制器1 100000000FH00FH00000001FH01FH并行接口芯片并行接口芯片060060063H063HDMADMA控制器控制器2 20C00C00DFH0DFH鍵盤控制器鍵盤控制器06006006FH06FHDMADMA頁(yè)面寄存器頁(yè)面寄存器080080083H083H08008009FH09FHRT/CMOS RAMRT/CMOS RAM07007007FH07FH中斷控制器中斷控制器1 1020020021H021H02002003FH03FHNMINMI屏蔽寄存器屏蔽寄存器0A0H0A0H0A00A00BFH0BFH中斷控制器中斷控制器2

9、 20A00A00BFH0BFH協(xié)處理器協(xié)處理器0F00F00FFH0FFH定時(shí)器定時(shí)器040040043H043H04004005FH05FH表表8.1 8.1 主板上接口芯片的端口地址主板上接口芯片的端口地址第13頁(yè)表表8.2 8.2 擴(kuò)展槽上接口控制卡的端口地址擴(kuò)展槽上接口控制卡的端口地址I/OI/O接口名稱接口名稱PC/XTPC/XTPC/ATPC/ATI/OI/O接口名稱接口名稱PC/XTPC/XTPC/ATPC/AT硬盤驅(qū)動(dòng)器控硬盤驅(qū)動(dòng)器控制卡制卡32032032FH32FH1F01F01FFH1FFH供用戶使用供用戶使用30030031FH31FH30030031FH31FH游戲

10、控制卡游戲控制卡20020020FH20FH20020020FH20FH同步通信卡同步通信卡1 13A03A03AFH3AFH3A03A03AFH3AFH擴(kuò)展器擴(kuò)展器/ /接收器接收器21021021FH21FH同步通信卡同步通信卡2 238038038FH38FH38038038FH38FH并行口控制卡并行口控制卡1 137037037FH37FH37037037FH37FH單顯單顯MDAMDA3B03B03BFH3BFH3B03B03BFH3BFH并行口控制卡并行口控制卡2 227027027FH27FH27027027FH27FH彩顯彩顯CGACGA3D03D03DFH3DFH3D03D

11、03DFH3DFH串行口控制卡串行口控制卡1 13F83F83FFH3FFH3F83F83FFH3FFH彩顯彩顯EGA/VGAEGA/VGA3C03C03CFH3CFH3C03C03CFH3CFH串行口控制卡串行口控制卡2 22F82F82FFH2FFH2F82F82FFH2FFH軟盤驅(qū)動(dòng)器控制軟盤驅(qū)動(dòng)器控制卡卡3F03F03F7H3F7H3F03F03F7H3F7H第14頁(yè)8.1.5 I/O端口的譯碼端口的譯碼【例【例8.1】設(shè)計(jì)端口地址為】設(shè)計(jì)端口地址為218H的譯碼電路。的譯碼電路。解：解：218H端口地址端口地址A9A0依次為依次為1000011000，據(jù)此設(shè)計(jì)譯碼，據(jù)此設(shè)計(jì)譯碼電路。

12、電路。1、采用門電路：圖、采用門電路：圖8.3。2、采用門電路實(shí)際芯片）：圖、采用門電路實(shí)際芯片）：圖8.4。3、采用譯碼器：圖、采用譯碼器：圖8.5。第15頁(yè)第16頁(yè)第17頁(yè)第18頁(yè)8.2 CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式l8.2.1 直接程序控制方式直接程序控制方式l8.2.2 中斷傳送方式中斷傳送方式l8.2.3 直接存儲(chǔ)器存取方式直接存儲(chǔ)器存取方式第19頁(yè)8.2.1 直接程序控制方式直接程序控制方式 直接程序控制方式：通過程序直接控制直接程序控制方式：通過程序直接控制CPUCPU與外設(shè)之間的與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。直接程序控制方式分為無(wú)條件傳送方式和條件傳數(shù)據(jù)傳送。

13、直接程序控制方式分為無(wú)條件傳送方式和條件傳送方式兩種。送方式兩種。 無(wú)條件傳送方式：外部設(shè)備必須已準(zhǔn)備好，系統(tǒng)不需要無(wú)條件傳送方式：外部設(shè)備必須已準(zhǔn)備好，系統(tǒng)不需要查詢外設(shè)的狀態(tài)。接口示意如圖查詢外設(shè)的狀態(tài)。接口示意如圖8.78.7所示。所示。 條件傳送方式查詢傳送方式）：在執(zhí)行輸入條件傳送方式查詢傳送方式）：在執(zhí)行輸入/ /輸出操作輸出操作之前，需通過測(cè)試程序?qū)ν獠吭O(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查。當(dāng)所選之前，需通過測(cè)試程序?qū)ν獠吭O(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查。當(dāng)所選定的外設(shè)已準(zhǔn)備定的外設(shè)已準(zhǔn)備“就緒后，才開始進(jìn)行輸入就緒后，才開始進(jìn)行輸入/ /輸出操作。查輸出操作。查詢傳送方式的程序流程如圖詢傳送方式的程序流程如圖

14、8.88.8所示。所示。第20頁(yè)圖圖8.7 無(wú)條件傳送接口示意圖無(wú)條件傳送接口示意圖 第21頁(yè) 例：一個(gè)采用無(wú)條件傳送方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例：一個(gè)采用無(wú)條件傳送方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 這是一個(gè)這是一個(gè)16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的數(shù)據(jù)是位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的數(shù)據(jù)是8個(gè)模個(gè)模擬量，由繼電器繞組擬量，由繼電器繞組P0、P1、P7分別控制觸點(diǎn)分別控制觸點(diǎn)K0、K1K7逐個(gè)接通。逐個(gè)接通。 每次采樣用一個(gè)每次采樣用一個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)數(shù)字電壓表測(cè)量，把被采位十進(jìn)制數(shù)數(shù)字電壓表測(cè)量，把被采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成樣的模擬量轉(zhuǎn)換成16位位BCD代碼，高代碼，高8位和低位和低8位通過兩個(gè)不同位通過兩個(gè)不同的端

15、口其地址分別為的端口其地址分別為10H和和11H輸入。輸入。 CPU通過端口通過端口20H輸出控制信號(hào)，以控制某個(gè)繼電器的吸輸出控制信號(hào)，以控制某個(gè)繼電器的吸合，實(shí)現(xiàn)采集不同通道的模擬量。合，實(shí)現(xiàn)采集不同通道的模擬量。第22頁(yè)1.無(wú)條件傳送方式：無(wú)條件傳送方式：8 8個(gè)模擬量個(gè)模擬量1616位精度的數(shù)據(jù)位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)繼電器繞組繼電器繞組觸點(diǎn)觸點(diǎn)控制端口控制端口數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口第23頁(yè)采集過程要求：采集過程要求：（1） 先斷開所有的繼電器線圈及觸頭，不采集數(shù)據(jù)。先斷開所有的繼電器線圈及觸頭，不采集數(shù)據(jù)。（2） 延遲一段時(shí)間后，使延遲一段時(shí)間后，使K0閉合，采集第閉合，采集第1個(gè)通道

16、的模擬量，個(gè)通道的模擬量，并保持一段時(shí)間，以使數(shù)字電壓表能將模擬電壓轉(zhuǎn)換為并保持一段時(shí)間，以使數(shù)字電壓表能將模擬電壓轉(zhuǎn)換為16位位BCD碼。碼。（3） 分別將高分別將高8位與低位與低8位位BCD碼存入內(nèi)存，完成第碼存入內(nèi)存，完成第1個(gè)模擬量個(gè)模擬量的輸入與轉(zhuǎn)存。的輸入與轉(zhuǎn)存。（4） 利用移位與循環(huán)實(shí)現(xiàn)利用移位與循環(huán)實(shí)現(xiàn)8個(gè)模擬量的依次采集、輸入與轉(zhuǎn)存。個(gè)模擬量的依次采集、輸入與轉(zhuǎn)存。第24頁(yè)數(shù)據(jù)采集程序：數(shù)據(jù)采集程序：START：MOV DX，0100H；01HDH,置吸合第置吸合第1個(gè)繼電個(gè)繼電器代碼器代碼；00HDL,置斷開所有繼電器代碼置斷開所有繼電器代碼 LEA BX，DSTOR；置輸

17、入數(shù)據(jù)緩沖器的地址指；置輸入數(shù)據(jù)緩沖器的地址指針針 XOR AL，AL；清；清AL及進(jìn)位位及進(jìn)位位CFAGAIN： MOV AL，DL OUT 20H，AL；斷開所有繼電器線圈；斷開所有繼電器線圈 CALL NEAR DELAY1；模擬繼電器觸點(diǎn)的釋放時(shí)間；模擬繼電器觸點(diǎn)的釋放時(shí)間 MOV AL，DH OUT 20H，AL；先使；先使P0吸合吸合 CALL NEAR DELAY2；模擬觸點(diǎn)閉合及數(shù)字電壓表；模擬觸點(diǎn)閉合及數(shù)字電壓表的轉(zhuǎn)換時(shí)間的轉(zhuǎn)換時(shí)間 IN AX，10H；輸入；輸入 MOV BX，AX；存入內(nèi)存；存入內(nèi)存 INC BX INC BX RCL DH,1 ；DH左移大循環(huán)左移大循環(huán)

18、1位，為下一個(gè)觸點(diǎn)吸位，為下一個(gè)觸點(diǎn)吸合作準(zhǔn)備合作準(zhǔn)備 JNC AGAIN； 8個(gè)模擬量已經(jīng)全部輸入了？個(gè)模擬量已經(jīng)全部輸入了？沒有，則循環(huán)沒有，則循環(huán)DONE： ；輸入結(jié)束，執(zhí)行別的程序段；輸入結(jié)束，執(zhí)行別的程序段 第25頁(yè)圖圖8.8 查詢傳送方式流程查詢傳送方式流程 第26頁(yè)【例【例8.28.2】如下圖，】如下圖，I/OI/O接口的狀態(tài)端口為地址為接口的狀態(tài)端口為地址為21CH21CH，當(dāng)，當(dāng)D4=1D4=1時(shí)，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；時(shí)，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；I/OI/O接口的的數(shù)據(jù)端口為接口的的數(shù)據(jù)端口為218H218H。完成。完成程序段：從外設(shè)讀入程序段：從外設(shè)讀入50H50H個(gè)字節(jié)到內(nèi)存

19、緩沖區(qū)個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)bufferbuffer中。中。第27頁(yè)相應(yīng)程序段為：相應(yīng)程序段為： MOV AX, SEG buffer ；取緩沖區(qū)首地址；取緩沖區(qū)首地址 MOV DS, AX LEA DI, buffer MOV CX, 50H ；傳送個(gè)數(shù)；傳送個(gè)數(shù) NEXT: MOV DX, 21CHASK： IN AL, DX ；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息 TEST AL, 00010000B；檢測(cè)；檢測(cè)D4位位 JZ ASK；D4=0,繼續(xù)查詢繼續(xù)查詢 MOV DX, 218H IN AL, DX；從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù) MOV DI, AL；送緩沖區(qū)；送

20、緩沖區(qū) INC DI；修改緩沖區(qū)指針；修改緩沖區(qū)指針 LOOP NEXT；傳送下一個(gè)；傳送下一個(gè) 第28頁(yè)8.2.2 中斷傳送方式中斷傳送方式 在中斷傳送方式中，在中斷傳送方式中，CPUCPU和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)有需要時(shí)可向和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)有需要時(shí)可向CPUCPU提出服務(wù)請(qǐng)求，提出服務(wù)請(qǐng)求，CPUCPU接到中斷申請(qǐng)后，暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，響應(yīng)接到中斷申請(qǐng)后，暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，響應(yīng)外設(shè)的中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢外設(shè)的中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢后，后，CPUCPU返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。 第29頁(yè)8.2.3 直接存儲(chǔ)器存取方式直接存儲(chǔ)器存取方式 直接存儲(chǔ)器存取方式直接存儲(chǔ)器存取方式Direct Memory AccessDirect Memory Access，DMADMA方方式：在外設(shè)與存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不需要通過式：在外設(shè)與存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不需要通過CPUCPU中轉(zhuǎn)，由中轉(zhuǎn)，由專門的硬件裝置專門的硬件裝置DMADMA控制器控制器DMACDM