第七章--基本输入输出接口分析.ppt

1、第七章 基本输入输出接口,本章学习内容： 1、理解外设与接口之间的关系； 2 、计算机系统引入I/O接口电路的原因； 3 、8086CPU的I/O指令与I/O空间编址； 4 、I/O接口与CPU的数据交换方式； 5、82C55接口芯片的基本功能及用法； 6、8253/8254计数器/定时器芯片； 7、8259A可编程中断控制器。,第一节 微型计算机接口概述,对于一个计算机系统，通常包括多个外部设备，因而有多个相配套的接口电路，CPU采用与存储器管理相类似的方法管理接口；,接口电路的基本功能是在CPU与外部设备之间建立信息交换通道；,一、输入输出接口功能描述,(1)数据缓冲功能；(CPU与外设工

2、作速度匹配) (2)接受和执行CPU命令的功能； (3)信号转换功能；(用一组逻辑电平编码信息) (4)设备选择功能； (5)中断管理功能；(提高系统效率与事件响应速度) (6)数据格式变换功能；(串并转换) (7)可编程功能。(增加硬件电路灵活性),二、I/O指令及其执行过程,1、I/O指令,IN AL，PORT IN AX，PORT IN AL，DX IN AX，DX,OUT PORT ， AL OUT PORT ， AX OUT DX ， AL OUT DX ， AX,其中PORT为直接端口地址； 8086CPU能寻址216个I/O端口。,2、I/O指令的执行过程,IN指令执行时序； O

3、UT指令执行时序。,浮空,数据输入,地址输出,总线周期,T1,T2,T4,T3,Tw,M/IO,CLK,ALE,AD15AD0,RD,IN指令执行时序示意图,由DX或指令给出的端口地址,数据由接口电路准备好并送上系统数据总线,CPU采样数据总线,数据输出,地址输出,总线周期,T1,T2,T4,T3,Tw,M/IO,CLK,ALE,AD15AD0,WR,OUT指令执行时序示意图,由DX或指令给出的端口地址,AL或AX中数据输出到系统数据总线,此时接口电路应捕获数据总线上数据,2、I/O接口编址方式,（1）独立编址输入输出 I/O空间与存储器空间分开编址； 设置专用的输入输出指令； 设置专用的控制

4、信号M/ （2）存储器映像输入输出 I/O操作与存储器操作指令相同； I/O接口占用存储空间；,端口：外设接口中可被主机直接访问的寄存器。 端口编址：便于访存，为端口编译地址。,三、输入输出端口地址译码,I/O端口地址译码与存储器地址译码非常相似； 考虑M/ 0为I/O操作； 长格式I/O指令可只译码A7A0，短格式 I/O指令必须译码A15A0地址线； 如同存储器一样，8086CPU的I/O系统包含两个8位I/O体，如下图所示。8088CPU只有一个I/O体，执行16位I/O指令时，需要两次总线操作，分别读/写高/低字节；,8086中的I/O体,8086CPU中8位与16位I/O端口的译码。

5、 例: 设两个输出端口地址为0FEH0FFH，设计其输出电路。 执行：OUT 0FEH,AL 时，AL内容送74LS3741 执行：OUT 0FFH,AL 时，AL内容送74LS3742 执行：OUT 0FEH,AX 时，AL内容送74LS741,AH内 容送74LS742。 需要注意的是，执行OUT 0FFH,AL指令时，AL内容是由CPU数据总线的D15D8送出。,第二节 8086/8088 CPU与外设间数据交换方式,无条件传送 查询传送 中断控制方式 存储器直接存取控制方式,第二节 8086/8088 CPU与外设间数据交换方式,一、程序控制方式 程序控制方式是指CPU与外设间的数据交

6、换在程序控制下进行 无条件传送方式 条件传送方式,1. 无条件传送方式,无条件输入 不管外设状态，CPU执行IN指令直接从端口输入即为无条件输入。 无条件输出 不管外设状态，CPU执行OUT指令直接将数据输出到端口即为无条件输出。 无条件输入输出要求外设在任何时候都能与CPU交换信息； 输入端口只需缓冲，而输出端口一般都需要加入锁存器。,外设已经准备好，外部控制过程的动作时间固定,无条件传送方式的输入输出原理,Q7Q0 D7D0,OE,CLK,CPU数据总线,G,数据输出 至外设,来自外设数据,D7D0,三态缓冲器,端口 译码器,1,地址 输入,1,端口译码信号,2. 条件传送方式（查询方式）

7、,条件传送即程序查询方式，是指CPU在传送数据前，首先通过查询确认外设准备好了才传送数据，否则，CPU等待。从而较好地解决了CPU与外设传送数据时不同步的问题。 查询的一般步骤： 从/端口读入设备状态信息并确定外设是否准备好交换数据； 若外设没有准备好，则重复执行第直到设备准备好为止； CPU执行I/O指令，从/端口读/写入数据，同时复位/端口的状态字。,（1）查询式输入,当外设有数据要传送到CPU时，应将数据送上外设数据总线并发出选通信号（STB）,查询输入方式的基本程序,设外设状态信息接到系统数据总线的D7位。 IN AL，STATUS_PORT ；读状态端口 TEST AL，80H ；检

8、查READY是否是1 JE POLL ；未准备好，循环再查 IN AL，DATA_PORT ；从数据端口输入数据,POLL:,（2）查询式输出,5V,查询式输出接口电路原理,WR,CPU数据总线,数据端口译码,数据,输 出 设 备,1,状态信息BUSY,ACK,状态端口译码,1,RD,锁存器,8,D,Q,D,Q,CLR,选通信号,外设接收完数据后应给出应答信号ACK，表示数据已接收到，BUF为数据准备好信号，用于通知外设CPU已输出新的数据。查询式I/O的实质是软硬件配合完成外设与CPU之间的状态“握手”与数据交换。,BUF,查询输出方式的基本程序,设外设状态信息接到系统数据总线的D7位。 I

9、N AL，STATUS_PORT ；读状态端口 TEST AL，80H ；检查BUSY是否是1 JNE POLL ；未准备好，循环再查 MOV AL，DATA_OUT OUT DATA_PORT,AL ；从数据端口输入数据,POLL:,三 DMA（直接存储器存取）方式,外部设备利用专用的接口电路直接和存储器进行高速传送；不经过CPU 数据的传输速度基本上决定于外设和存储器的速度 适用于高速I/O设备和成批数据交换，总线占用,二、中断控制I/O方式,中断控制I/O方式能及时处理系统中多个外设的数据传输过程。,中断控制方式的输入接口电路原理,RD,CPU数据总线,端口译码信号,数据,输 入 设 备

10、,1,锁存器,8,D,Q,D,Q,CLR,+5V,8,选通信 号STB,中断请求触发器,INTA,INT,第三节 82C55并行I/O接口,(1)使用可编程芯片的原因 简化应用电路设计，增加硬件电路灵活性。 (2)可编程芯片内部的一般结构 通常芯片内部有多个端口，包括命令口、状态口和数据口 多个内部端口由内总线连接。,(3)外部特性,引脚大致分为两部分 与CPU连接引脚 与外设连接引脚；,片选、内部端口选择线（寻址内部端口）、读/写控制等；,数据线、控制输出与外设状态输入等引脚；,(4)命令字与初始化编程 将命令字写入命令口，芯片内部逻辑解释命令字后即可规定芯片功能； 正常操作芯片前一般要求初

11、始化芯片。,一、82C55内部结构,82C55内部共有四个独立编址端口 一个命令口 三个相互独立的输入输出数据端口（端口A、B和C） 数据口具有可编程选择的多种功能,一、82C55内部结构,一、82C55内部结构,外设接口 端口A、B和C可与外部设备相连接 用于数据输出时具有锁存缓冲器功能 数据输入时A口、B口具有锁存功能，C口具有缓冲功能。 端口C可作为外设控制和状态信息的端口。它可以分成为两个4位的端口，每个端口包含一个4位的输入输出引脚。,2. 内部逻辑内部逻辑包括A组和B组控制电路。这是两组根据CPU的命令字控制82C55工作方式的电路。每组控制电路从读写控制逻辑接受各种命令，从内部数

12、据总线接收控制字并发出适当的命令到各自相应的端口,3. 与CPU接口 （1）数据总线缓冲器； （2）读写控制逻辑。,二、82C55外部特性,1. 与外设连接的引脚 分为PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0三组，分别对应于A、B、C三个端口，全为双向、三态引脚。 2. 与CPU连接的引脚 RESET复位输入信号，高电平有效。复位时清零所有内部寄存器，置A、B、C三个端口为输入方式，对应的PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0引脚均为高阻状态。 芯片选择信号输入、低电平有效。只有当它为低电平时，82C55才才能被CPU操作。,A0和A1芯片内部寄存器地址选择信号，当 有效时，82C55被选中

13、，再由A0、A1的编码决定是选端口A、B、C还是控制寄存器。 读信号，输入，低电平有效。为低电平时，82C55内部A、B和C可输出到数据引脚D7D0。 写信号，输入，低电平有效。为低电平时，数据引脚D7D0上的数据或命令被82C55读入。 82C55的操作逻辑。如下表。,82C55操作逻辑真值表,三、82C55的控制字,1. 82C55方式选择控制字格式,标识位 D7=1,A组方式选择位 00方式0 01方式1 1方式2,A口： 0输出 1输入,PC3PC0： 0输出 1输入,B口： 0输出 1输入,B组方式选择位 0方式0 1方式1,PC7PC4： 0输出 1输入,A组控制,B组控制,控制标

14、识,2. 82C55按位置位复位的控制字,端口C置位/复位控制字格式,选中位操作： 1置1 0清0,标识位 D7=0,未使用,位选择 000bit0 001bit1 010bit2 011bit3 100bit4 101bit5 110bit6 111bit7,端口C置位/复位控制字,3. 82C55的初始化编程举例,例1：要求82C55端口A以方式0输出，端口B以方式1输入，C口以方式0输入，设计其初始化程序。,设控制口地址为PORT_CON MOV DX，PORT_CON MOV AL， 1 OUT DX，AL,10000110B,初始化后，如要从A口输出数据 MOV DX，PORT_A

15、MOV AL，DATA OUT DX，AL,例2：端口C的PC0位要求清0，则控制字为00000000B，即00H；而端口C的PC7位要求置1，则控制字为00001111B（0FH）。设82C55的控制寄存器的端口地址为PORT_CON，则下面的程序段可实现PC7输出高电平，PC0输出低电平。 MOV DX，PORT_CON ；控制口地址送DX MOV AL，0FH ；PC7置1控制字 OUT DX，AL ；PC7置1操作 MOV AL，00H ；PC0清0控制字 OUT DX，AL ；PC0清0操作,四、82C55工作方式0,方式0下，各端口实际上工作于无条件传输方式。 方式0的工作特点 两

16、个8位端口：端口A和端口B。两个四位端口：端口C的高4位和低4位； 任何一个端口都可以作为输入输出（由程序设定）； 输出锁存； 输入只是缓冲； 在方式0时各个端口的输入输出可以有16种组合方式。,五、方式0输入时的等效模型,六、方式0输出时的等效模型,方式0应用举例,例：某8086最小系统中用82C55扩展8位LED显示器，设82C55占用I/O端口地址0FFF8H0FFFFH，编程显示数字“76543210”。 解题分析： 82C55内部有四个端口，为何在8086系统中要占用 0FFF8H0FFFFH共8个端口地址？ 8位LED显示器采用动态显示方式； LED数码管的功率驱动问题；,82C5

17、5与 8086的连接电路, 被测信号第一个上升沿使GATE1=1，8253开始计数（基准时钟信号频率为2MHz，测量分辨率为0.5微秒）； 被测信号第二个上升沿使GATE1=0， 8253停止计数；此时计数器的值即为被测信号周期（T=N0.5S)。 测量控制程序 设8253口地址为40H43H，82C55口地址为60H63H。,MOV AL，01110000B ；8253计数器1方式0控制字 OUT 43H，AL MOV AL，00000010B ；82C55按位置位/复位控制字 OUT 63H，AL ；准备测量（PC10） MOV AL，0 OUT 42H，AL OUT 42H，AL ；计数初值设置为0 MOV AL，00000011B ；82C55按位置位/复位控制字 OUT 63H，AL ；允许计数（PC11） LOOP:IN AL，60H ；从82C55端口A输入 TEST AL，01H JNZ LOOP ；