《微机原理与应用教学资料》第六章.ppt

1 第六章 I/O 接口和总线 电气学院学习部资料库 2 6-1 I/O接口 一.I/O接口的功能 1、解决速度不匹配： 解决方法：设置缓冲器、锁存器 2、解决信号电平不匹配： CPU：TTL电平；外设：电源系统 解决方法：设置电平转换电路，MC1488 3、解决信号格式不匹配： CPU：16位的并行数据 外设：电压、电流、数字量、模拟量、开关量；串 行、并行 解决方法：A/D、D/A转换；串变并、并变串电路 ，电压变电流电气学院学习部资料库 3 4、解决时序不匹配 解决方法：设置时序控制电路，为CPU提供外设的状态 信息， CPU通过接口向外设发出控制命令，实现CPU与 外设之间的握手联络，保证同步 5、提供地址译码电路 电气学院学习部资料库 4 二. 简单的输入输出接口芯片 总线与外设的接口应遵循以下原则： 输入三态， 输出锁存 单向：缓冲器74LS244 锁存器74LS373 双向： 缓冲器74LS245 电气学院学习部资料库 5 三. I/O端口及其寻址方式 1. I/O端口 端口和接口的区别： I/O接口（电路）：外设和计算机之间传送信息的交接部 件（界面），每一个外设都要通过接口电路才能与主机 相连 I/O端口：一个I/O接口电路中通常包含多个端口，一个端 口对应一个地址 例：IN AL ，60H ；60H端口的内容AL 端口地址为60H CPU在同一时刻只能选中某一个I/O端口。CPU访问外设 ，实质上是对I/O接口电路中相应的端口进行访问，I/O 接口电路中必须包含译码电路以形成I/O端口地址。（ 与存储器比较） 电气学院学习部资料库 6 一个双向工作的接口芯片通常有四个端口 数据输入寄存器 数据输出寄存器 控制寄存器 状态寄存器 外 部 输 出 入 设 备 数据 控制 状态 DB CB AB 数 据 端 口 电气学院学习部资料库 7 1、数据端口 作用：缓冲、暂存数据信息、8位 2、状态端口 作用：指示外设的当前状态，每个状态用1位表示 常用的状态位有：Ready、 Busy、 Error 3、控制端口 作用：用来存放CPU向接口发出的各种命令字和控制 字，以便控制接口或设备的动作 电气学院学习部资料库 8 2. I/O端口寻址方法 存储器映象寻址方式（用MOV指令） 特点： 1、将每一个I/O端口看作一个存储单元，I/O地址即为整 个存储单元的一个部分，统一编址 2、无专门I/O操作指令 3、译码电路复杂、指令长度长 I/O单独编址方式（用IN、OUT指令） 特点： 1、将I/O地址单独编址、构成一个I/O空间，不占用存储 空间 2、有专门的IN、OUT指令，程序清晰，可读性好 3、CPU要提供区分存储器和I/O端口的信号，如M/IO 4、译码电路较简单、指令执行速度快 电气学院学习部资料库 9 四.CPU与外设之间数据传送方式 1 1、程序控制方式方式 （1）无条件传送：对简单外设或外设的定时是固定或 已知的场合 例1：检测按键开关状态 图6-4,见后页 上拉电阻 三态门 例2：控制LED灯亮，图6-5 74LS273锁存器，限流电阻 OUT PORT2,AL；执行时，WR=0，M/IO=0，地址信 号使CS=0 CLK输出一上升沿，数据锁存并输出。 （2）条件传送：在程序中通过选通信号接收接口的状 态信号，确定数据是否处于准备好传送。确认之后，再 传送。（握手） 缺点：CPU利用率低 例3 图6-6 电气学院学习部资料库 10 上拉电阻的作用：保证开关断开时，有一高电平输入。 1G、2G的作用：为低电平时，三态门打开，输入三态 检测开关状态：IN AL, PORT1；执行时，RD=0，M/IO=0，地址信 号使CS=0 1G、2G=0，三态门打开，开关状态读入CPU 1Y1 1A1 1Y2 1A2 74LS244 2Y4 2A4 1G 2G D0 D1 D7 M/IO CS RD 上拉电阻 +5V 电气学院学习部资料库 11 1.选通 锁存状态，锁存数据 2.CPU执行读指令，IN AL, PORT-S1; CS1有效，Q端高电平送 至D0到CPU 电气学院学习部资料库 12 3.若D0=1，执行读数据指令，IN AL, PORT-IN, 数据缓冲器打开， 读入数据，同时D触发器清零， 状态位清零. MOV AL,PORT-S1 READ-S1: TEST AL, 01H JZ AL, READ-S1 IN AL, PORT-IN 初始化 读入状态 数据准备好？ 输入数据到CPU N 电气学院学习部资料库 13 2、中断方式； 通过中断请求决定是否进行数据传送，数据的I/O是 在中断处理子程序控制下完成。实时性较好 优点：CPU利用率比较高，由于可进行中断优先级 的设定，适用于外设比较多的场合。 缺点：传送数据仍须经CPU，且每传送数据一个数 据就得中断一次，中断时，需要保护现场和恢复现场 ；所以数据传送的效率还比较低。 电气学院学习部资料库 14 3、DMA方式：直接存储器存储 特点：数据在外部设备与内存间直接传递 而不经CPU，不需进行保护和恢复现场和 断点，大大提高数据传送速度。但须一专 用的DMAC芯片。 电气学院学习部资料库 15 地址锁 存器 DMA控制器操作框图 AD15 AD0 ALE CPU HLDA