计算机硬件技术基础--输入输出接口

1、1第10章输入输出接口2主要内容n基本输入输出接口的特点基本输入输出接口的特点n简单接口芯片的应用简单接口芯片的应用n两种可编程数字接口芯片的应用两种可编程数字接口芯片的应用n工业闭环控制系统概述工业闭环控制系统概述n模拟量输入输出接口芯片的功能及应用模拟量输入输出接口芯片的功能及应用 38.1 简单数字接口电路掌握：掌握：n接口电路的分类及特点；接口电路的分类及特点；n两类简单接口芯片的应用两类简单接口芯片的应用4一、接口电路的基本构成CPU数据数据状态状态控制控制外设外设I/O接口：接口：5接口的基本构成数据线数据线控制线控制线状态线状态线DBCBAB数据输入寄存器数据输入寄存器(or 三

2、态门三态门)数据输出寄存器数据输出寄存器(锁存器锁存器)状态寄存器状态寄存器(or 三态门三态门)命令寄存器命令寄存器译码译码电路电路控制控制逻辑逻辑6接口的基本构成n数据输入数据输入/输出寄存器输出寄存器 暂存输入暂存输入/输出输出的数据的数据n命令寄存器命令寄存器 存放控制命令，用来设定存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。接口功能、工作参数和工作方式。n状态寄存器状态寄存器 保存外设当前状态，以供保存外设当前状态，以供CPU读取。读取。7外设接口输入接口输入接口输出接口输出接口并行接口并行接口串行接口串行接口数字接口数字接口模拟接口模拟接口8输入输出接口的特点输入接口：输入

3、接口：n要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）输出接口：输出接口：n要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）9二、基本输入接口三态门接口：高电平、低电平、三态门接口：高电平、低电平、高阻态高阻态10三态门的工作波形：A0A15IOR译码输出译码输出D0D7开关状态开关状态地址有效地址有效1174LS244接口n含含8个三态门的集成电路芯片个三态门的集成电路芯片n不具备数据的保存能力不具备数据的保存能力n在外设具有数据保持能力时用来输入接口在外设具有数据保持能力时用来输入接口P341图图12三态门接口应用例n利用三

4、态门作为输入接口（利用三态门作为输入接口（接口地址接口地址380H）接到接到地址范围为地址范围为70000H-71FFFH的的EEPROM芯片的芯片的READY/BUSY端，当三态门端，当三态门输出高电平时，可向输出高电平时，可向98C64A写入一个字节数写入一个字节数据，输出低电平时则不能写入。试画芯片与系据，输出低电平时则不能写入。试画芯片与系统的连接图统的连接图13三态门接口应用例D0D7A0A12WEOEREADY/ /BUSYA0A12MEMWMEMR高位地高位地址信号址信号D0D7D0380HCE译码译码IORA0 A12译码译码14锁存器接口n通常由通常由D触发器构成；触发器构成

5、；n特点：特点： 具有对数据的锁存能力；具有对数据的锁存能力； 不具备对数据的控制能力不具备对数据的控制能力15常用锁存器芯片n74LS273 8D触发器，不具备数据的控制能力触发器，不具备数据的控制能力n74LS374 含有含有8个带有三态输出的个带有三态输出的8D触发器，具触发器，具有对数据的控制能力有对数据的控制能力P343图图例16锁存器芯片74LS374D0D7Q0Q7.OECP译码器译码器D0D7Q0Q7.OECP译码器译码器做输出口做输出口:做输入口做输入口:外外设设自外设自外设17简单I/O接口综合应用例n根据开关状态在根据开关状态在7段数码管上显示数字或段数码管上显示数字或符

6、号符号n设输出接口的地址为设输出接口的地址为F0Hn设输入接口地址为设输入接口地址为F1Hn当开关的状态分别为当开关的状态分别为00001111时，时，在在7段数码管上对应显示段数码管上对应显示0F18O1 I1O2 I2O3 I3O4 I4E1 K0K3+5VGG2AG2BCBA1174LS244D0 Q0 | Q1D7 Q2 Q3 Q4CP Q5 Q6 Q7 abcdefgDP7406反相器反相器74LS273Rx81174LS138D0D7IOW#IOR#Y0Y1F0H = 0000 0000 1111 0000F1H = 0000 0000 1111 0001&1A7A4A15A8A3

7、A2A1A0D0D1D2D3译码器译码器19符号符号形状形状7段码段码.gfedcba符号符号形状形状7段码段码.gfedcba000111111801111111100000110901100111201011011A01110111301001111B01111100401100110C00111001501101101D01011110601111101E01111001700000111F0111000120简单I/O接口综合应用例Seg7 DB 3FH,06H, 5BH,4FH,66H,6DH, 7DH,07H,7FH,67H,77H, 7CH,39H,5EH,79H,71H LEA

8、 BX, Seg7 MOV AH, 0 GO: IN AL, 0F1H AND AL, 0FH MOV SI, AX MOV AL, BX+SI OUT 0F0H, AL JMP GO218.2 可编程数字接口芯片掌握掌握:n芯片的引线及内部结构芯片的引线及内部结构n工作方式及工作时序工作方式及工作时序n芯片的应用芯片的应用: 芯片与系统的连接芯片与系统的连接 芯片的初始化编程芯片的初始化编程22一、可编程定时器8253n16位硬件减法计数器位硬件减法计数器n含三个独立定时含三个独立定时/计数器计数器n最大计数初值为最大计数初值为0内部结构框图内部结构框图23n 8253的内部结构的内部结构R

9、D数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/ /写逻辑写逻辑控制字控制字寄存器寄存器计数器计数器0计数器计数器1计数器计数器2D0D724n计数器的内部结构计数器的内部结构25主要引线功能连接系统端的主要引线：连接系统端的主要引线：nD0-D7nCSnRDnWRnA0，A1 A1 A00 0 CNT00 1 CNT11 0 CNT21 1 控制寄存器控制寄存器26主要引线功能连接外设端的主要引线：连接外设端的主要引线：nCLK - 时钟脉冲输入时钟脉冲输入nGATE - 门控信号输入门控信号输入nOUT - 定时输出定时输出 27结构特点n计数器计数器n控制寄存器控制寄存器n控制逻辑控制逻辑16位初值

10、寄存器位初值寄存器16位计数寄存器位计数寄存器存放存放8位控制命令字位控制命令字28计数启动方式软件启动软件启动硬件启动硬件启动GATE端为高电平端为高电平置入计数初值后的第置入计数初值后的第2个个CLK脉冲的下降沿启动脉冲的下降沿启动GATE端有一个上升沿端有一个上升沿对应对应CLK脉冲的下降沿脉冲的下降沿启动启动29n8253的工作方式：共的工作方式：共6种种n（1） 方式方式0：计数结束中断：计数结束中断GATEOUTCLK 031244方式方式0WR设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值计计数数值值送送入入计计数数器器 计计数数过过程程计计数数结结束束30n（2） 方式方式1

11、： 可编程单稳脉冲可编程单稳脉冲设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值硬硬件件启启动动计计数数值值送送入入计计数数器器计计数数过过程程计计数数结结束束GATEOUTCLK 031244方式方式1WR31n（3） 方式方式2 ： 频率发生器（循环）频率发生器（循环）03124GATEOUTCLK 4方式方式2031240312403124WR32n（4） 方式方式3： 方波发生器（循环）方波发生器（循环）03124GATEOUTCLK 4方式方式3031240312403124WR33n（5） 方式方式4： 软件触发选通信号软件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式方式4WR

12、34n（6） 方式方式5： 硬件触发选通信号硬件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式方式5WR35n6种工作方式输出波形的对比种工作方式输出波形的对比方式方式 0方式方式 1方式方式 2方式方式 3方式方式 4方式方式 50N0N0/N110NN/2N/2 0/N0N0 N0 软件启动软件启动软件启动软件启动软件启动软件启动软件启动软件启动硬件启动硬件启动硬件启动硬件启动N36控制字n用于确定各计数器的工作方式用于确定各计数器的工作方式格格 式式378253的应用n与系统的连接与系统的连接n芯片初始化芯片初始化n置计数初值置计数初值编编程程38与系统的连接示意CLKGATEOUTD

13、0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器高高位位地地址址外外部部电电路路825339初始化程序流程写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位写入顺序：写入顺序：可以计数器为可以计数器为单位，也可先单位，也可先写所有计数器写所有计数器控制字，再写控制字，再写入初值入初值408253应用例n采用采用8253作定时作定时/计数器，其接口地址为计数器，其接口地址为0120H0123H。n要求计数器要求计数器0每每10ms输出一个输出一个CLK脉冲宽的脉冲宽的负脉冲；用计数器负脉冲；用计数器1产生产生10KHz的连续方波信的连续方波信号，计数器号，计数器2

14、在定时在定时5ms后产生输出高电平。后产生输出高电平。输入输入8253的时钟频率为的时钟频率为2MH。n画线路连接图，并编写初始化程序。画线路连接图，并编写初始化程序。 418253应用例n计算计数初值：计算计数初值： CNT0：10ms/0.5us=20000 CNT1：2 MHz/10KHz=200 CNT2： 5ms/0.5us=10000n确定控制字：确定控制字： CNT0：方式方式2，16位计数值位计数值 CNT1：方式方式3，低，低8位计数值位计数值 CNT2：方式方式0， 16位计数值位计数值428253应用例CLK0GATE0OUT1D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIOR

15、A1A0译码器译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2？438253应用例 初始化程序初始化程序CNT0：MOV DX，0123HMOV AL，34HOUT DX，ALMOV DX，0120HMOV AX，20000OUT DX，ALMOV AL，AHOUT DX，ALCNT1： CNT2： 44二、并行接口82558255特点：特点：n含含3个独立的个独立的8位并行输入位并行输入/输出端口，各输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力端口均具有数据的控制和锁存能力n可通过编程，设置各端口工作在某一确定可通过编程，设置各端口工作在某一确定状态下。状态下。

16、45引线连接系统端的主要引线：连接系统端的主要引线：nD0-D7nCSnRDnWRnA0，A1 nREAST A1 A00 0 A端口端口0 1 B端口端口1 0 C端口端口1 1 控制寄存器控制寄存器46引线连接外设端的引脚：连接外设端的引脚：nPA0 PA7nPB0 PB7nPC0 PC7分别对应分别对应A、B、C三个端口三个端口47WRD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7RDCSGNDA1A0PA4PA5PA6PA7PB5PB6PB4PB3RESETPB1PB2PB0PC3PC2PC1PC0PC4PC5PC6PC7PA3PA2PA1PA051101535403025212、引线、

17、引线共共40个引脚个引脚48结构A组组B组组 端口端口A端口端口C的高的高4位位端口端口B端口端口C的低的低4位位498255与系统的连接示意图D0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器8255A口口B口口C口口D0D7外外 设设50工作方式基本输入基本输入/输出方式（方式输出方式（方式0）选通工作方式（方式选通工作方式（方式1）双向传送方式（方式双向传送方式（方式2）51方式0：n相当于三个独立的相当于三个独立的8位简单接口位简单接口n各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出但不能同时实现输入及输出nC

18、端口可以是一个端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为位的简单接口，也可以分为两个独立的两个独立的4位端口位端口n常用于连接简单外设（适于无条件或查询方式）常用于连接简单外设（适于无条件或查询方式）52方式0的应用：n常使常使A端口和端口和B端口作为端口作为8位数据的输入或输位数据的输入或输出口，使出口，使C口的某些位作状态输入口的某些位作状态输入53方式1n利用一组选通控制信号控制利用一组选通控制信号控制A端口和端口和B端口端口的数据输入输出的数据输入输出nA口、口、B口作输入或输出口，口作输入或输出口，C口的部分位用口的部分位用作选通控制信号作选通控制信号nA口、口、B口在作为口在作为输入

19、输入和和输出输出时的选通信号时的选通信号不同不同输入输入输出输出54n（1）选通输入方式（）选通输入方式（ A口引脚）口引脚）外设提供的输入信号，将输入设备外设提供的输入信号，将输入设备送来的数据锁存至输入锁存器送来的数据锁存至输入锁存器输入缓冲器满信号输入缓冲器满信号中断请求信号中断请求信号请求请求CPU读取外设数据读取外设数据PC4PC5PC3PA7PA0INTEAIBFAINTRASTBA即即PC4的信号的信号55n（2）选通输出方式（）选通输出方式（ A口引脚）口引脚）外设响应信号外设响应信号表示外设已经接收到数据表示外设已经接收到数据输出缓冲器满信号输出缓冲器满信号表示表示CPU已经

20、输出了数据已经输出了数据中断请求信号中断请求信号请求请求CPU再次输出数据再次输出数据PC6PC7PC3PA7PA0INTEAOBFAINTRAACKA即即PC656方式1的应用n方式方式1主要用于中断控制方式下的输入输出主要用于中断控制方式下的输入输出nC口的口的8位除用作选通信号外，其余位可工位除用作选通信号外，其余位可工作于方式作于方式0下，作为输入或输出口下，作为输入或输出口57方式2n双向输入输出方式双向输入输出方式-可以既作为输入口，可以既作为输入口，又作为输出口又作为输出口n只有只有A端口可工作在方式端口可工作在方式2下下58n方式方式2双向引脚双向引脚PC6PC7PC3PA7P

21、A0INTE1OBFAINTRAACKAPC4PC5IBFASTBAINTE2用用PC6设置设置INTE1（输出）输出）用用PC4设置设置INTE2（输入）输入）输入和输出中断通过输入和输出中断通过或门输出或门输出INTRA信号信号59方式2的应用n可使可使A端口作为双向端口所有端口作为双向端口所有n用于中断控制方式用于中断控制方式n当当A口工作于方式口工作于方式2时，时，B口可工作于方式口可工作于方式1（此时（此时C口的所有位都用作选通控制信号的口的所有位都用作选通控制信号的输入输出），也可工作于方式输入输出），也可工作于方式0（此时（此时C口口的剩余位也可工作于方式的剩余位也可工作于方式0

22、）60方式控制字及状态字n利用软件编程确定利用软件编程确定3个端口工作于何种方个端口工作于何种方式下；式下；nC端口可以按位操作。端口可以按位操作。当其工作于方式当其工作于方式0下下且作为输出口时，需要对输出线设置初始且作为输出口时，需要对输出线设置初始状态（即初始化）。状态（即初始化）。61n D0D7A组组端口端口A数据数据总线总线缓冲器缓冲器内部控制线内部控制线内部数据线内部数据线A组组控制控制A组组端口端口C上部上部B组组控制控制B组组端口端口BB组组端口端口C下部下部读写读写控制控制逻辑逻辑PC0PC3PB0PB7PC4PC7PA0PA7RDWRA0A1CSRESET62方式控制字与

23、状态字格式n控制字控制字-确定确定3个端口的工作方式个端口的工作方式n状态字状态字-确定确定C口某一位的初始状态口某一位的初始状态63n 64n 658255芯片的应用芯片与系统的连接芯片与系统的连接芯片的初始化芯片的初始化相应的控制程序相应的控制程序例例7-366n 端口端口A：PA0PA7 A组，支持工作方式0、1、2端口端口B：PB0PB7 B组，支持工作方式0、1端口端口C：PC0PC7 仅支持工作方式0 A组控制高4位PC4PC7 B组控制低4位PC0PC3端口端口A：PA0PA7常作数据端口，功能最强大常作数据端口，功能最强大端口端口B：PB0PB7常作数据端口常作数据端口端口端口

24、C：PC0PC7可作数据、状态和控制端口可作数据、状态和控制端口分两个分两个4位，每位可独立操作位，每位可独立操作控制最灵活，最难掌握控制最灵活，最难掌握678255应用例2：n利用利用8255实现开关检测和继电器控制电路；实现开关检测和继电器控制电路；n当开关当开关K闭合时，使闭合时，使8个继电器通电动作；个继电器通电动作；n系统每隔系统每隔100ms检测一次开关状态，实现相检测一次开关状态，实现相应的控制；应的控制；n初始状态下继电器都不动作。初始状态下继电器都不动作。68题目分析n采用中断控制方式（每采用中断控制方式（每100ms中断一次）中断一次）n使使8255的的A端口和端口和B端口均工作于方式端口均工作于方式0n8253计数器计数器0和计数器和计数器1均工作于方式均工作于