微机原理与接口技术(汇编)第七章 输入输出接口技术

1、武汉工程大学邮电信息工程学院,现代微机原理与接口技术 朱晓辉,主 要 内 容,第七章 输入输出总线接口技术 微型计算机的最小系统 CPU与外设之间数据传送的方式 并行接口芯片8212 可编程并行接口芯片8255A 串行接口通信的基本概念 可编程串行接口芯片8251A,接 口 功 能,地址译码和设备选择 数据缓冲 设置、保存控制命令和译码 监测、保存外部设备的状态 信息转换 中断控制,微 型 计 算 机 的 最 小 系 统,输入/输出接口芯片8282、8286 特点： 8282是典型的数据锁存器，传送的数据位数是8位，数据传送的方向是单向的。 8286为数据收发器，双向传送8位数据。,微 型 计

2、 算 机 的 最 小 系 统,输入/输出接口芯片8282、8286,微 型 计 算 机 的 最 小 系 统,微型计算机的最小系统 8086的MIN/ 端接高电平，说明8086工作在最小模式。8086与外设进行信息交换时，有3片8282用来作为地址锁存器。当系统中所连的外设多时，使用2片8286来增加数据总线的驱动能力。 选用8282芯片作地址信息锁存器，以获取地址信息；选用8286芯片作数据信息寄存器，以获取数据信息。,微 型 计 算 机 的 最 小 系 统,微型计算机的最小系统,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,程序传送方式 程序传送方式以CPU为中心，数据传送的控制来

3、自CPU，通过执行预先编制的输入/输出程序实现数据传输。 程序传送方式可分为无条件传送和查询传送方式。 无条件传送方式 在传送信息时，已知外部设备是准备好的状态，所以输入输出时都不需要查询外部设备的状态。在输入或输出时，相应给出IN或OUT指令即可。但这种方式必须确信外部设备已准备好的状态才可使用，否则就会出错，故很少使用。,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,程序传送方式 无条件传送方式,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,程序传送方式 查询传送方式 查询方式的数据传送过程如下： （1）CPU从状态端口读取状态字。 （2）CPU判断状态位是否“准备就绪

4、”，如果没准备好，就返回上一步，继续读取状态字。 （3）如果准备好，则执行数据传送操作。,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,中断传送方式 当外设准备好后，外设接口便主动向CPU发“中断请求”信号。CPU响应这样这一请求，则暂停正在执行的程序，而转入与外设操作有关的中断服务程序。在中断服务程序中完成数据的输入或输出，中断服务程序执行完毕，CPU返回到原来程序的断点继续执行。,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,中断传送方式,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,DMA传送方式 基本思想:在存储器和外设之间建立起直接的数据传送通路，即不经

5、由CPU，而由专门的DMA控制器实现存储器和外设之间的操作。于是，传送就不必进行保护现场等一系列额外操作，从而减轻了CPU的负担，因此特别适合于高速度大批量数据传送的场合。但是，这种方式要增设DMA控制器，硬件电路比前两种方式更为复杂，,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,DMA传送方式,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,DMA传送方式,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,DMA传送方式 DMA传送的基本过程如下： （1）当IO接口准备好，希望进行DMA操作时，就向DMA控制器（DMAC）发出DMA请求信号（DRQ） （2）DMA控

6、制器将此请求信号转变成对CPU的总线请求信号（DMA HRQ） （3）CPU当前机器周期执行结束，响应DMA请求发出总线应答信号（HLDA），此时，由DMA控制器接管对总线的控制。,CPU 与 外 设 之 间 数 据 传 送 的 方 式,DMA传送方式 （4）由DMA控制器对存储器寻址，并发出相应控制信号（DACK、 、 ）,使存储器与IO接口之间直接交换数据。 （5）在传送一字节数据后，DMA控制器自动修改存储器地址和传送字节计数器，并检测传送是否结束。 （6）DMA传送结束，DMA控制器向CPU发出结束信号，并释放总线，使CPU重新获得总线控制，恢复正常工作。,并 行 接 口 芯 片 82

7、12,8212介绍 Intel 8212 是一个八位的输入输出接口芯片 引脚图 Intel8212包括8位锁存器、三态输出缓冲器， 控制和选择逻辑电路和中断请求逻辑等部分。,并 行 接 口 芯 片 8212,8212介绍,并 行 接 口 芯 片 8212,8212工作方式 1、输出接口,并 行 接 口 芯 片 8212,8212工作方式 2、输入接口 （1）直通式,并 行 接 口 芯 片 8212,8212工作方式 2、输入接口 （2）选通输入,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A结构 外部引脚,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A结构 内部结构,可

8、 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A结构 内部结构 8255A由三部分组成。 1、与外设接口部分 8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0。端口都是8位，都可以作为输入或输出，但功能上各有特色： 端口A：一个8位数据输出锁存和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。 端口B：一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。 端口C：一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存）。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A结构 2、与微处理器接口部

9、分 这部分主要完成数据传送及逻辑控制。 3、内部控制部分 由A、B两组控制电路组成。 主要作用是根据CPU送来的控制字用以决定两组端口（A组为A口C口的高4位，B组为B口和C口的低4位。）的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位进行置位或复位。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A控制字 1、工作方式控制字,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A控制字 2、8255A置位复位控制字,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 三种基本的工作方式： 方式0基本的输入输出方式 方式1选通输入输出方式 方式2双向传送方式。 1、方式

10、0 方式0不使用联络信号，也不使用中断，A口和B口可定义为输入或输出口，C口分成两个部分（高四位和低四位），C口的两个部分也可分别定义为输入或输出。在方式0，所有口输出均有锁存，输入只有缓冲，但无锁存，C口还具有按位将其各位清0或置1的功能。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 2、方式1 A口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，形成A组，B口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，组成B组。在方式1下，A口和B口的输入输出均带有锁存。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 方式1的输入 A口工作于方式1且用作输入口时，C口的PC4

11、线用作选通输入信号线STBA，PC5用作输入缓冲器满输出信号线IBFA，PC3用作中断请求输出信号线INTRA。B口工作于方式1且用作输入口时，C口的PC2线用作选通输入信号线STBB，PC1用作输入缓冲器满输出信号线IBFB，PC0用作中断请求输出信号线INTRB。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 各状态、控制信号线 ：选通信号，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将由外设送来的位于A口（或B口）引线的8位数据锁存到A口（或B口）的输入锁存器中。 IBF：输入缓冲器满，输出，高有效。

12、这是8255A送给外设的联络信号，有效时表示数据已送入到输入锁存器中。该信号由外设发出的 置位（变为有效），由CPU发出的 信号的上升沿复位（变为无效）。 INTR：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。它是 当信号将外设的数据送入8255A的输入锁存器，使IBF为有效，并且中断允许（INTE为高）时，由8255A发出的。换句话，在中断允许的前提下，输入选通信号结束时，外设已经将数据送入8255A的输入锁存器，这时8255A向CPU提出中断请求，让CPU来读取位于8255A输入锁存器中的数据。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 各状态

13、、控制信号线 INTE：中断允许。它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTEl，允许A口或B口向CPU申请中断，INTE0，禁止A口或B口向CPU申请中断。INTE没有外部引出端，它是利用C口的按位置位复位的功能来使其置1或清0的，INTEA由PC4控制，INTEB由PC2控制。需要指出的是，在方式1时，PC4和PC2的置位复位操作分别用于控制A口和B口的中断允许信号，这是8255A的内部操作，这一操作对PC4和PC2引脚用于A口和B口的数据选通输入和的状态没有任何影响。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 方式1的输出 当A口工作于方式

14、1且用作输出口时，C口的PC7线用作输出缓冲器满 信号，PC6用作外设收到数据后的响应信号 ，PC3用作中断请求输出信号线INTRA。当B口工作于方式l且用作输出口时，C口的PC1线用作输出缓冲器满 信号，PC2用作外设收到数据后的响应信号 ，PC0用作中断请求输出信号线INTRA。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 各状态、控制信号线 ：输出缓冲器满，输出，低有效。这是8255A送给外设的控制信号，有效时表示数据已送入到输出锁存器中，用该信号通知外设将数据取走。该信号由CPU发出的而置成低电

15、平（变为有效）而由外设来的ACK信号使其恢复为高电平（无效）。 ：应答，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将表示外设已经从端口输出线上将数据取走。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 INTR：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。它是当外设将数据取走并应答 信号之后，并且中断允许（INTE为高电平）时，由8255A发出的。 在中断允许的前提下， 信号有效时，外设已经将数据取走，这时8255A向CPU提出中断请求，让CPU输出一个新的数据。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 INTE：中断允许。

16、它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。 INTE1，允许A口或B口向CPU申请中断，INTE0，禁止A口或B口向CPU申请中断。它是利用C口的按位置位复位的功能来置1或清0的，INTEA由PC6控制，INTEB由PC2控制。 在方式1时，PC4和PC2的置位复位操作分别用于控制A口的B口的中断允许信号，,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 3、方式2 方式2是A组独有的工作方式。外设既能在A口的8条引线上发送数据，又能接收数据。此方式也是借用C口的5条信号线作控制和状态线，A口的输入和输出均带有锁存。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 82

17、55A,8255A工作方式 ：输出缓冲器满，输出，低有效。这是8255A送给外设的控制信号，有效时表示数据已送入到A口输出锁存器中，用该信号通知外设将数据取走。 ：应答，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时表示外设已经从A口输出线上将数据取走。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 ：选通信号，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将由外设送来的位于A口引线的8位数据锁存到A口的输入锁存器中。 IBFA：输入缓冲器满，输出，高有效。这是8255A送给外设的响应信号，有效时表示数据已送入到输入锁存器中。该信号由外设发出的置位（变为有效），由CPU发出的信号

18、的上升沿复位（变为无效）。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 INTRA：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。 无论是输入操作还是输出操作，当一个操作完成，要进行下一个操作时在8255A都通过该引脚向CPU发中断请求信号。 方式2的A口输入传送和输出传送各自作为一个中断源，两个中断请求信号在8255A内部相或，只产生一个中断请求通过PC3发给CPU。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 INTE1：中断允许1。它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTEl，允许A口在输出缓冲器变

19、空（数据已被外设取走）时向 CPU申请中断，让CPU输出一个新的数据；INTE10，则屏蔽了输出中断请求，这样，即使A口的输出缓冲器已经变空了，也不能在INTR上产生中断请求信号。INTE1为0还是为1是由软件通过对PC6复位置位来完成的，PC60使INTE1为0，PC6l使INTE1为1。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A工作方式 INTE2：中断允许2。它也是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTE21，允许A口在输入数据就绪时向CPU申请中断，让CPU将数据取走；INTE20，则屏蔽了输入中断请求。INTE2为0还是为1是由软件通过对PC4

20、复位置位来完成的，PC40使INTE2为0，PC41使INTE2为1。,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A应用,可 编 程 并 行 接 口 芯 片 8255A,8255A应用,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,数字信号的并行传输和串行传输 并行传输是多位二进制数据可以同时传输，提高数据传输的效率。通常以8位、16 位或32位的数据宽度同时进行传输。每一位都要有自己的数据传输线和发送接收器件，在时钟脉冲的作用下数据从一端送往另一端。 串行通信是指在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送，特别适合于远距离传送。对于离计算机较近的外部设备如鼠标、绘图仪、终端等，也常

21、常采用串行方式交换数据。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,串行通信的同步方式 1、字符同步方式 字符同步方式又称起止式同步方式或异步传输方式。它是以字符为单位进行传输。发送端每发一个字符之前先发送一个同步参考信号，接收端根据同步参考信号产生与数据位同步的时钟脉冲。这样，在发送端和接收端之间，每个字符都要同步一次。发送端在发送一个字符的串行数据前加l位起始位，在字符之后要加l位校验位（任选）和l2位的停止位。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,串行通信的同步方式 2、位同步方式 位同步方式，即在发送端对每位数据位都带有同步信息。在发送端可以附加发送与数据位同步的时钟脉冲，在

22、接收端用这个时钟脉冲来读入数据。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,串行数据传送方式 1、单工方式（Simplex Mode） 在这种方式下，只允许数据按一个固定的方向传送。图中A只能发送，称为发送器；B只能接收，叫做接收器。不能从B传向A。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,串行数据传送方式 2、半双工方式（Half-Duplex Mode） 在这种方式下，数据既可以从A传向B，也可以从B传向A。因此A和B既可作为发送器，又可作为接收器，通常称为收发器。但是，由于A和B之间只有一根传输线，所以在同一时刻，只能进行一种传送，不能同时双向传输。因此，将其称为“半双工”方式。在

23、这种工作方式下，要么A发送B接收，要么B发送A接收。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,串行数据传送方式 3、全双工方式（Full-Duplex Mode） 在A、B之间增加一条线，使A和B两端均可同时工作在收发方式数据可以由A传向B，也可以由B发送到A。与半双工方式相比，虽然对每个站来讲，都有发送器和接收器，但图中有两条传送线，用不着收发切换，因而传送速率可成倍增长。,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,信号调制和解调 把数字信号转换为适于传输的模拟信号，而在接收端再将其转换成数字信号，前一种转换称为调制，后一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备称为调制解调器（Mode

24、m）。 调制解调器常用的方式有： 幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying） 频移键控FSK（Frequency Shift Keying） 相移键控PSK（Phase Shift Keying）,串 行 通 信 接 口 的 基 本 概 念,波特率 所谓波特率是指每秒钟传送二进制数据的位数。单位是位/秒（bit/s）。 1波特1位秒（1bps） 例如，设数据传送的速率为120字符/秒，每个字符（帧）包括10个数据位，则传送的波特率为： 101201200位/秒1200波特率 每一位传送的时间为T1/1200=0.833ms,可 编 程 串 行 接 口 芯 片 8251A,I

25、ntel 8251A是一种通用的同步异步接收发送器（USART）芯片。它作为一种外围器件，可通过编程选用某一种串行通信技术。8251A具有独立的发送器和接收器因此，它能够以单工、半双工或全双工方式进行通信，并且提供一些基本的控制信号，可以方便地与MODEM连接。,可 编 程 串 行 接 口 芯 片 8251A,8251A的引脚信号,可 编 程 串 行 接 口 芯 片 8251A,8251A的内部结构,可 编 程 串 行 接 口 芯 片 8251A,I/O缓冲器 I/O缓冲器用来与CPU的数据总线D7D0相连。I/O缓冲器中设有三个缓冲器，分别为状态缓冲器、接收数据缓冲器和发送数据命令缓冲器。状态缓冲器用来存放8251A的内部工作状态，供CPU查询；接收数据缓冲器用来存放接收器已经装配好的字符，准备送给CPU；发送数据命令缓冲器用来存入CPU送入8251A的数据或命令。,可 编 程 串 行 接 口 芯 片 8251A,读写控制逻辑 读写控制逻辑接收来自CPU的控制信号，对数据在内部总线上的传送方向进行控制。 接收器 接收器从RXD引脚接收串行数据，按指定的方式变成并行数据。在异步方式下，当接收器成功地