微機接口 ppt Lecture11概述IO

微機原理與接口技術(shù)輸入輸出接口主講：楊蓉機電與控制工程學(xué)院接口接口(interface)：兩個部件或兩個系統(tǒng)之間的交接部分微機接口：微處理器與各外部設(shè)備之間的接口存儲器接口：微處理器與儲存器之間的接口，較簡單I/O接口：微處理器與外設(shè)之間的接口微型計算機之間的接口I/O接口是微機的基本組成部件CPU運算器控制器I/O接口是微機與外部I/O設(shè)備之間的公用邊界I/O接口的作用采用I/O接口的必要性外圍設(shè)備的品種繁多：機械，電子，機電，磁電，光電所傳輸?shù)男畔⒌囊蟛煌簲?shù)字，模擬，電壓，電流等微機與外設(shè)兩者信號傳輸?shù)乃俣群蜁r序往往不匹配計算機與外設(shè)之間的信息交換應(yīng)解決的問題速度不匹配：CPU100MIPSvs

外設(shè)毫秒級信號電平不匹配：電傳電報幾十伏vs

計算機5V信號格式不匹配：串行數(shù)據(jù)，并行數(shù)據(jù)，D/A，A/D信號時序不匹配I/O接口的一般結(jié)構(gòu)信號：CPU與外設(shè)之間傳送的信號有：數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制狀態(tài)信號：反映外設(shè)當前所處的工作狀態(tài)。輸入設(shè)備數(shù)據(jù)準備好，

READY＝1；輸出設(shè)備正忙于處理，BUSY＝1?？刂菩盘枺嚎刂仆庠O(shè)的工作。CPU啟動或停止外設(shè)工作，CPU確定外設(shè)

工作方式。

CPUABDBM/IOWRRD

接口數(shù)據(jù)狀態(tài)控制外部設(shè)備數(shù)據(jù)信號：CPU和外部設(shè)備之間傳送的數(shù)據(jù)信息端口每連接一個外設(shè)，就需要一個I/O接口（Interface），但每個接口都可以不止一個端口。一個接口芯片（電路）中包括一組寄存器，當CPU和外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳輸時，各類信息在接口中存入不同的寄存器端口(port)：在接口電路中用以完成某種信息傳送，并可由編程人員通過端口地址進行讀/寫的寄存器一個接口電路可能含有一個或幾個I/O端口數(shù)據(jù)端口：存放來自CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)或外設(shè)送CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)（能讀能寫）狀態(tài)端口：存放外部設(shè)備或接口本身當前的工作狀態(tài)，CPU通過對狀態(tài)端口的訪問檢測并了解外設(shè)或接口的當前狀態(tài)（只能讀不能寫）控制端口：存放CPU發(fā)出的控制外設(shè)或接口執(zhí)行具體操作的命令（只能寫不能讀）每一個端口都要分配一個地址。CPU將不同的信息寫到不同的端口地址，也從不同的端口地址來讀取不同的信息。外設(shè)的編碼方式外設(shè)的地址與存儲器的地址沒有關(guān)系；存儲器和I/O端口在兩個獨立的地址空間中；存在地址重復(fù)的問題，即必須區(qū)分地址線上發(fā)出的地址是存儲器地址還是外設(shè)地址。把外設(shè)端口當作存儲器單元來對待；外設(shè)端口單獨編址外設(shè)與存儲器統(tǒng)一編址優(yōu)點：外設(shè)不占存儲器地址缺點：需專門IN和OUT指令，CPU要有區(qū)分訪問存儲器和訪問外設(shè)的控制線優(yōu)點：可以直接使用訪問存儲器的各種指令訪問外設(shè)端口，使用方便缺點：I/O端口地址占用存儲器地址空間，譯碼電路相對復(fù)雜從指令上加以區(qū)分，例如：8086系統(tǒng)有專門的輸入輸出指令：IN A，nOUT n,A存儲器地址外設(shè)地址0000HFFFFH00HFFH存儲器地址0000HFF00HFFFFH外設(shè)地址MCS-51系統(tǒng)中外設(shè)與存儲器統(tǒng)一編址例：8031和外部程序存儲器、外部數(shù)據(jù)存儲器以及一個I/O口的連接圖。外部ROM是8KB的EPROM。外部RAM是8KB。I/O本身有4個端口，需要至少4個地址。ROM的片選接譯碼器的/Y0，RAM的片選接譯碼器的/Y2。請分析各存儲器和I/O口的地址范圍。地址鎖存器2/4譯碼器A0~A158031A0~A12A14A13A15A0~A12A0~A12A0A1/Y0/Y2/CSROM/CSRAM/CSI/O地址范圍：ROMx00000000000

0000~x00111111111

1111RAMx10000000000

0000~x10111111111

1111I/O0xxxxxxx

xxxxxx00~0xxxxxxx

xxxxxx11存在地址重復(fù)問題MCS-51系統(tǒng)中外設(shè)與存儲器統(tǒng)一編址改進：地址鎖存器3/8譯碼器A0~A158031A0~A12A15~A13A15A0~A12A0~A12A0A1/Y0/Y2/CSROM/CSRAM/CSI/O地址范圍：ROM000000000000

0000~000111111111

1111RAM010000000000

0000~010111111111

1111I/O0xxxxxxx

xxxxxx00~0xxx

xxxx

xxxxxx11將外設(shè)當作數(shù)據(jù)存儲器訪問8051對外設(shè)的連接方式和8051對外部存儲器的連接方式相同8051通過控制線/WR和/RD和外設(shè)的I/O口連接——/WR（/RD）與I/O的寫（讀）控制線連接8051通過訪問外部存儲器的指令來訪問外設(shè)接口當外設(shè)端口地址為8位地址時

MOVX A,@Ri

；讀

MOVX @Ri,A ；寫當外設(shè)端口地址為16位地址時

MOVX A,@DPTR；讀

MOVX @DPTR,A ；寫CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式一、無條件傳送二、查詢式傳送三、中斷傳送方式四、直接存儲器存取方式一、無條件傳送CPU總是認為外設(shè)在任何時刻都是處于“準備好”的狀態(tài)，傳送方式上不需要交換狀態(tài)信息外設(shè)的工作速度非?？?，可以和CPU數(shù)據(jù)傳送速度相比。例如CPU和DAC的連接圖DBCPU/WRAB數(shù)模轉(zhuǎn)換器地址譯碼器CE一、無條件傳送CPU總是認為外設(shè)在任何時刻都是處于“準備好”的狀態(tài)，傳送方式上不需要交換狀態(tài)信息外設(shè)的工作速度雖然不高，但兩次數(shù)據(jù)傳送的間隔足夠長。例如：8031和一組開關(guān)和一個LED顯示器的接口。從開關(guān)讀入一個BCD碼，并將讀入的值在顯示器上顯示。輸入緩沖器的地址是8000H，輸出緩沖器的地址是8002H.8031鎖存器緩沖器數(shù)碼管LED譯碼器4個開關(guān)16個狀態(tài)，其中0000~1001對應(yīng)BCD碼，則先轉(zhuǎn)換為7段顯示碼，再從輸出口輸出。如果輸入是1010~1111，則屬于錯誤輸入，顯示字母“E”。兩次輸入輸出操作之間加上適當?shù)难舆t，以保證穩(wěn)定的顯示輸出。

START: MOV DPTR,#8000H ；輸入口地址

MOVX A,@DPTR ；輸入BCD碼

ANL A,0FH ；取低4位

CJNE A,#09H,NEXT1 ；檢測是否為BCD碼

NEXT1: JNC NEXT2 ；不是，轉(zhuǎn)移到next2 MOV DPTR,#TABLE ；準備查表

MOV A,@A+DPTR ；查表

MOV DPTR,#8002H ；輸出口地址

MOVX @DPTR,A ；輸出顯示

CALL DELAY ；延遲

SJMP START ；再次輸入

NEXT2: MOV DPTR,#8002H ；錯誤輸入處理

MOV A,#06H ；“E”的7段碼

MOVX @DPTR,A ；顯示“E” SJMP START ；再次輸入

TABLE: DB 40H,79H,24H,30H ；0~3的7段顯示碼

DB 19H,12H,02H,78H ；4~7的7段顯示碼

DB 00H,18H ；8~9的7段顯示碼二、查詢式傳送方式

CPU需不斷查詢外設(shè)的狀態(tài)，一旦外設(shè)滿足數(shù)據(jù)傳送的條件，就執(zhí)行IN或OUT指令，讀入或輸出數(shù)據(jù)。輸入外設(shè)狀態(tài)信號ReadyReady=1輸入數(shù)據(jù)N查詢輸入Y輸出外設(shè)狀態(tài)信號BusyBusy=1輸出數(shù)據(jù)Y查詢輸出N二、查詢式傳送方式查詢信號是從數(shù)據(jù)線的哪一位引入的查詢信號的有效是高電位還是低電位表示;*ME500單片機開發(fā)系統(tǒng)演示程序-K1-K4狀態(tài)指示

LED顯示*

K1BITP1.4K2BITP1.5K3BITP1.6K4BITP1.7

ORG0000HJMPMAINORG0030H

MAIN:MOVSP,#60HMOVP2,#0FFHLOOP:MOVP0,#0FFH;關(guān)閉所有LEDMOVP1,#0F0H;置P1.4-P1.7為輸入狀態(tài)

JNBK1,K1_PROGJNBK2,K2_PROGJNBK3,K3_PROGJNBK4,K4_PROGJMPLOOPK1_PROG:MOVP0,#0FEH;D00燈亮

JMPLOOPK2_PROG:MOVP0,#0FDH;D01燈亮

JMPLOOPK3_PROG:MOVP0,#0FBH;D02燈亮

JMPLOOPK4_PROG:MOVP0,#0F7H;D03燈亮

JMPLOOPENDCPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式三、中斷傳送無條件、查詢傳送都需要CPU的等待或不斷查詢，使CPU的效率降低。

中斷傳送：外設(shè)需要傳送數(shù)據(jù)時，申請中斷；當CPU允許中斷，在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行IN/OUT指令；然后返回主程序。啟動外設(shè)主程序外設(shè)準備好輸入設(shè)備Ready=1輸出設(shè)備Busy=0中斷請求中斷響應(yīng)數(shù)據(jù)IN/OUT中斷服務(wù)程序IRET中斷響應(yīng)外設(shè)又一次準備好中斷請求無條件、查詢、中斷傳送，每傳送一個數(shù)據(jù)都需要CPU干預(yù)一次，限制了數(shù)據(jù)傳送的速度。外設(shè)CPU內(nèi)存

DMA（DirectMemoryAccess）：是一種不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入的高速數(shù)據(jù)傳送方式。在外設(shè)(如磁盤)與內(nèi)存之間成批傳送數(shù)據(jù)時，完全由硬件（DMA）完成外設(shè)與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送，而不必CPU的干預(yù)。對這一數(shù)據(jù)傳送過程進行控制的硬件稱為DMA控制器（DMAC）。CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式四、直接數(shù)據(jù)通信傳送DMA總線執(zhí)行程序指令的數(shù)據(jù)傳送路徑DMA方式的數(shù)據(jù)傳送路徑鎖存器74LS3738位D鎖存器電路，三態(tài)控制輸出DQG1D2D3D4D5D6D7D8DG(選通)1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QOE(輸出允許)當選通端G為高電平，同時輸出允許端OE為低電平， 則輸出Q=輸入D（輸出Q跟隨輸入D）當選通端G為低電平，同時輸出允許端OE為