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武汉工业学院 微机接口与通讯 第二章 第二章输入和输出 本章内容1 1微机接口与接口技术1 2接口的功能1 3接口的组成1 4接口电路的结构形式1 5CPU与接口交换数据的方式1 6分析与设计接口电路的基本方法1 7接口技术的发展趋势1 8I O端口及其编址方式1 9I O端口地址分配1 10I O端口地址译码 1 1微机接口与接口技术 接口就是微处理器CPU与 外部世界 的连接电路 是CPU与外界进行信息交换的中转站 通常微型计算机的硬件系统由中央处理器 CPU或MPU 存储器 I O 输入 输出 设备及其接口电路组成 它们通过系统总线相连 如图所示 接口1 微机系统的组成结构 2 接口的概念 本章首页 1 1微机接口与接口技术 续 信号不兼容 功能定义 逻辑定义 时序关系 速度不兼容为了提高CPU的效率为了利于外设自身的发展 3 为什么要在CPU与外设之间设置接口 接口技术软件与硬件相结合接口技术在微机应用中的作用 本章首页 1 2接口的功能 执行CPU命令的功能CPU对外设的控制通过接口电路完成 命令口返回外设状态的功能正常工作状态 故障状态 状态口数据缓冲功能输入 输出缓冲 三态特性 数据口设备选择功能地址代码I O设备选择信号 端口地址译码电路 信号转换功能信号的功能定义 逻辑关系 电平高低 工作时序数据宽度与数据格式转换功能串行通信 串并转换 串行数据格式化 基本功能 本章首页 1 3接口的组成 硬件电路1 基本逻辑电路 在接口芯片中 命令寄存器 状态寄存器 数据寄存器 核心2 端口地址译码电路 独立于接口芯片 3 供选电路数据传送方式 PIC或DMAC 速率控制 发声 T C 数据宽度转换 移位寄存器 本章首页 1 3接口的组成 续 软件编程1 初始化程序段可编程接口芯片初始化2 传送方式处理程序段查询 检测状态中断 向量修改 允许 屏蔽 中断结束DMA 通道开放 屏蔽3 主控程序段4 程序终止与退出程序段对系统硬件进行保护5 辅助程序段人机对话 菜单设计 相互渗透 本章首页 1 4接口电路的结构形式 固定式结构不可编程半固定式结构用GAL器件设计可编程结构大规模集成芯片 本书重点智能型结构I O处理器 通用单片微机 本章首页 1 5CPU与接口交换数据的方式 查询方式CPU反复地 主动地查询外设的状态特点 无额外的硬件开销 但CPU工作效率低应用 CPU不太忙 传送速度不高无条件方式是查询方式的特例 中断方式外设主动向CPU提出中断申请 CPU与外设并行工作特点 增加了硬件开销 提高了CPU工作效率应用 CPU较忙 尤其是实时控制及紧急事件处理 直接存储器存取方式 DMA方式 M与I O I O与I O间直接快速传送快速性原因 硬件取代软件 提供直接通路特点 电路结构复杂 硬件开销大应用 高速外设进行大量数据传送 本章首页 1 6分析与设计接口电路的基本方法 两侧分析法CPU一侧 CPU的类型 DB和AB的宽度 CB的逻辑定义 时序特点外设一侧 外部特性 引脚的功能定义和逻辑定义 工作过程硬软件结合法1 硬件设计方法合理选用外围接口芯片有针对性地设计附加电路 逻辑关系与电平转换 时序配合 驱动能力2 软件设计方法用汇编语言 或高级语言 直接对低层硬件编程 了解硬件电路工作原理用DOS系统功能调用和BIOS调用编程 标准输入 输出设备 本章首页 1 7接口技术的发展趋势 发展过程 固定式简单接口 可编程复杂接口 功能强大的智能接口发展趋势 智能化 标准化 多功能化 高集成度化 本章首页 1 8I O端口及其编址方式 端口 port 是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器 端口的种类 数据口 状态口 命令口 I O端口和I O操作1 I O端口 2 I O操作 本质 I O端口的操作 端口地址编址方式1 统一编址 存储器映象方式 原则 M与I O共用整个地址空间 I O端口与存储单元等同 M与I O地址不重叠优点 I O可有较大编址空间 易扩展 I O操作指令类型多 功能齐全 缺点 M的地址空间受限 I O指令较长 执行速度较慢 Motorola系列 Apple系列 部分小型机 本章首页 1 8I O端口及其编址方式 续 2 独立编址 I O映象方式 专用I O指令方式 PC系列 Z 80系列 原则 M与I O分开编址 互不干扰 M与I O地址不重叠优点 M空间不受I O空间影响 有专用I O指令 程序清晰 I O指令短 执行速度快缺点 I O指令种类有限 I O空间不易扩展 独立编址方式的端口访问1 I O指令 输入INAL PORTINAL DXINAX PORTINAX DX 输出OUTPORT ALOUTDX ALOUTPORT AXOUTDX AX 注意事项PORT范围 长格式 00H FFH数据寄存器 AL AX端口间址寄存器 短格式 DX 本章首页 1 8I O端口及其编址方式 续 2 I O端口访问 设某输出设备的状态READY 高有效 可由端口PORTS中读出 D7位 数据端口地址为PORTD 编写程序段 将内存中BUF单元的内容输出给该设备 WAIT MOVDX PORTSINAL DXANDAL 80H 读取状态字 判断READY 1 JZWAIT READY 0 等待 MOVDX PORTDMOVAL BUFOUTDX AL 将数据输出到端口PORTD 本章首页 1 9I O端口地址分配 I O接口硬件分类1 系统板上的I O芯片定时 计数器 中断控制器 DMA控制器 并行接口等2 I O扩展槽上的接口控制卡软驱卡 硬驱卡 声卡 视卡等 I O端口地址分配PC微机I O地址 A0 A15 非完全译码 地址空间 1KB 000 3FFHPC机 前512个 A9 0 分配给系统板 后512个 A9 1 分配给扩展槽AT机 前256个 00H FFH 分配给系统板 后768个分配给扩展槽具体分配如表所示 I O端口地址选用原则1 凡是系统配置占用了的地址一律不能使用2 计算机厂家申明保留的地址最好不要使用3 可用留作实验卡的地址 300H 31FH 最好用地址开关 本章首页 系统板上接口芯片的端口地址 扩展槽上接口控制卡的端口地址 I O端口地址分配表 本章首页 1 10I O端口地址译码 I O地址译码电路工作原理及作用1 地址译码电路的作用作用 地址 控制信号接口芯片的选择信号常用控制信号 SHBE AEN AEN 0 避免在DMA期间 由DMA控制器对这些以非DMA方式传送的端口执行DMA操作2 地址译码电路的输出信号输出信号 低电平有效I O地址译码方法片间选择 高位地址 控制信号片选信号片内端口选择 低位地址直接与接口芯片地址线相连 高位地址 低位地址的划分 本章首页 1 10I O端口地址译码 续 I O端口地址译码电路设计地址范围 n根地址线未参与译码 译出地址含2n个 本章首页 例 PC机系统板上的端口地址译码电路 为每个接口芯片分配一个含有32个地址的地址范围 1 10I O端口地址译码 续 各芯片的地址 8237 00H 1FH8259 20H 3FH8253 40H 5FH8255 60H 7FH写DMA页面寄存器 80H 9FH写NMI屏蔽寄存器 A0H BFH 2 可选式端口地址译码比较器 地址开关原理 当比较器输出有效 相等 时 译码输出有效分析S0 S2闭合时译码输出地址 本章首页 1 10I O端口地址译码 续 本章首页 NOTE 由开关控制的地址才能改变 使用跳接开关 异或门 地址开关原理 若要求异或门的输出C 1 则两个输入端逻辑电平反 即 若开关S闭合 则Ai 1 否则 Ai 0若要求异或门的输出C 0 则两个输入端逻辑电平相同 即 若开关S闭合 则Ai 0 否则 Ai 1 1 10I O端口