微机原理与接口技术第7章.ppt

1、第七章输入输出接口，【本章重点】本章重点介绍输入输出接口的基本概念和输入输出接口的功能重点讨论不同外围设备数据传输的不同方法和简单接口的应用。 【本章难点】掌握无条件传输和查询传输的工作原理，难点是接口芯片的应用。 7.1.1输入/输出接口1. I/O接口的功能一个接口的基本功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提供缓冲作用以满足接口两侧的定时要求。 地址功能输入输出功能联系功能速度匹配功能数据格式转换功能中断管理功能可编程功能、7.1微计算机输入输出接口、2外围接口的地址方式各接口部件包含一组寄存器，在CPU与外围设备进行数据传输时对系统的各种寄存器的操作，实际上由于通过地址指定，进行各

2、个端口地址的选择和操作，所以外围接口(I/O端口)有2种地址方式。 (1)周边地址和存储器地址统一地址的地址方式也被称为存储器映射地址方式。 在该地址方式中，将外围接口地址和内部存储器地址统一配置在存储器的地址空间中。 即，向外围设备分配存储器地址，并且外围设备占用这些地址。 外围设备使用的这些地址不能再使用存储器了。 (2)外围设备和存储器独立地址在该地址系统中，存储器地址空间和外围设备地址空间是相互独立的。 例如，在8086CPU中，内存地址是从00000HFFFFFH开始的连续1M，外围设备的地址范围是从0000HFFFFH开始的。 它们是相互独立的，互不影响。 7.1.2输入/输出的控

3、制方案可归纳为：在微计算机系统中，主要是无条件传输查询传输中断传输直接内存访问(DMA )方案，1 .在无条件传输微计算机系统中，存在几个简单的外围设备，即外围设备在CPU与这种外围设备交换数据的过程中，数据交换和命令的执行是同步的。 因此，也有人称为同步传输。 无条件传输方式是简单的输入输出方式，通常用于控制CPU和低速接口之间的信息交换。 例如开关、温度、压力流量等(A/D )转换器。 由于这些信号的变换较慢，在需要收集这些数据时，外围设备已经准备好数据，因此可以立即收集数据而无需检查端口的状态。 相对于CPU的处理时间，数据保持时间相当长，因此输入端可以直接通过输入缓冲区与CPU的数据总

4、线连接。 如果外围设备是输出设备，一般要求接口具有闩锁能力。 也就是说，CPU发送给外围设备的数据应该暂时保存在接口中。 由于外围设备的速度较慢，因此CPU向接口发送的数据需要能够保持适合外围设备动作的时间。 开关k被视为简单的外围设备。 k的状态是确定的、关闭的或者打开的。 当计算机经由外围接口读出k的状态时，必须读出命令执行时刻k的状态，当CPU读出接口地址FFF7H时，或者栅极输出成为低电平。 在该电平下输入接口的三态栅极导通时，开关k的状态从数据线D0向CPU读出。 当判断为读取的数据D0=0时，k关闭。 如果D0=1，则k打开。 图7-1是图中的外围设备是简单的发光二极管，该外围设备

5、的接口由锁存器来实现，锁存器在发入脉冲CP的上升沿将输入端d的数据锁存到其输出q端。 制作点亮二极管的程序。 【例7-2】如例1所示，使与Q0Q7连接的二极管从上向下依次点亮3s，编制程序来实现。 程序适用于2询问方式的无条件传输低速或经常准备的外围设备。 但是，许多外围设备不一定都准备好了。CPU与这种外围设备交换的数据可以采用程序查询方案。 询问方式是指微机利用程序不断询问外部设备的状态，根据这些状态实现数据的输入输出的方式。 为了实现这样的动作，要求外部设备向微型计算机提供状态信息。 微型计算机验证外部设备提供的状态信息，并询问外部设备以确定下一步。 图73示出了查询工作的概略图。 (1

6、)单一外围设备的咨询作业最简单的是单一外围设备的情况。 以查询方式传输数据的步骤如下所示。 CPU从外围设备接收数据时，CPU首先查询外围设备的状态，确认外围设备的数据是否准备好，如果没有准备好则等待。 外围设备准备好数据后，CPU从外围设备读取数据，接收数据后，CPU向外围设备发送响应信号，表示已接收数据。 外围设备收到响应信号后，开始准备下一个数据。 如果CPU需要向外围设备输出数据，同样，CPU首先查询外围设备的状态，确认是否为空闲状态，如果处于繁忙状态，则等待外围设备准备就绪，如果处于空闲状态，则CPU向外围设备发送数据，输出就绪信号。 准备完成信号由用于通知外围设备的CPU发送有效数

7、据。 外围设备接收数据时，会向CPU发送数据接收到的状态信息。 一个数据的输出过程到此结束。 【例7-3】如图7-5所示，希望按照48000H为首的地址的顺序，通过询问方式将100个单元的数据输出到外围设备。 外围设备通过输入/输出接口连接到8086系统总线。 CPU可以经由三状态接口(74LS244 )查询外围设备的状态，并且当外围设备的状态信号=1时，CPU可接收从锁存器(74LS273 )输出的数据。=0表示外围设备忙，无法接收数据。 程序介绍了图7-5查询动作方式的I/O接口，(2)在多个外围设备查询动作方式上，单一的外围设备利用查询方式的动作。 系统中有多个外围设备时的询问方式的动作

8、流程如图7图6所示。 从图中可以看出，CPU向每个外围设备询问。 当外围设备做好准备时，向该外围设备执行数据传输。 然后，询问以下外围设备，依次循环。 这将使CPU在查询期间无法执行其他操作，从而大大降低CPU的效率。 此外，如果外围设备在呼叫后立即准备就绪，则必须等待CPU查询所有外围设备，再次呼叫时，确认该外围设备已准备就绪，然后再为该外围设备提供服务。 这会使外围设备无法进行实时数据交换，对于要求大量实时性的外围设备来说可能会丢失数据。n、n、n、n、y、y、y、7.2简单接口、7.2.1三栅接口芯片前的描述显示了主机和外围设备之间的连接必须通过接口芯片完成信息的传输典型的三态栅极接口芯

9、片(74LS244 )在图77中示出。 在此，DO0DO7是8个输入端子，IO0IO7是8个输出端子，2个控制端子，低电平有效，在控制端子有效时，在三态栅极导通它们为高电平时，对应的三态的入口呈现高电阻状态。 三态门只起到输入信号接口的作用，不起到输出接口的作用。 这是因为74LS244三态门本身没有信号的保持和锁存能力。 图7-7 74LS244简单示意图7-8 74LS374简单示意图、7.2.2锁存接口芯片的前面所述的三态门装置可以用作固定状态的输入接口。 但是，由于没有保持(或锁存)数据的能力，因此无法直接实现数据的输出接口。 最简单的输入/输出接口芯片74LS374是具有如图7.8所

10、示的三状态输出的锁存器。 其中D0D7是8个输入端子，Q0Q7是8个输出端子，因为允许输出信号，所以低电平有效，并且当锁存CP脉冲的上升沿并且将其连接到8086CPU时，一般连接ALE端子。 仅在=0时，74LS374的输出三重门导通。在=1的情况下，74LS374的输出变为高电阻状态。 74LS374是一个8位三态输出锁存器，提供了更大的灵活性，可同时用作输入和输出接口。 以下是各接口的使用示例。 在图7-9中示出了将7.2.3简单接口示例1 .已知的8D锁存器74LS374用作输出接口来与CPU总线的连接图。 如图所示，试着编写接口程序，使Q0输出端产生周期和宽度任意的方波。图7-9方波输出接口电路、2LED电线管(1)LED电线管分为共阳和共阴两种结构，这里仅介绍一种共阳封装的LED电线管，如图7-10所示。 图7-10共阳LED电线管的示意图，(2)接口电路这一7段LED电线管和微机系统总线有多种接口方式。 在此，在图7-11中示出作为解码器的74LS138、作为输出接口的74LS273以及作为按钮k的输出接口的3状态门。 在图7-11中，为了显示数字管理中的数字和符号，需要用软件生成对应的数据。 这