数字量输入输出.ppt

1、第五章 数字量输入输出,概述 系统总线及接口 中断控制系统 计数定时接口 并行输入输出接口,北京化工大学微机原理课件,第一节 概述,5.1.1 I/O信号的形式,一 数据信息,数字量 二进制形式的数据，或是已经过编码的二进制形式的数据。 最小单位为“位”(bit)，8位称为一个字节(BYTE)。,2. 模拟量 模拟量信号不能直接进入计算机，必须经过A/D(模拟/数字) 转换器，把模拟量转换成数字量，才能输入计算机。当外部 设备需要模拟量信号控制时，D/A(数字/模拟)转换器又能把 数字量转换成模拟量信号。,3.开关量 开关量信号只有两种状态，即“开”或“闭”。这样，只要用一位 二进制数就可表示

2、。,二 状态信息 反应当前外设的工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。,三 控制信息 是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信息 控制外设的工作。,5.1.2 I/O接口,在计算机中，介于CPU与外设间，实现硬件连接和软件通讯 的装置。,一、 I/O接口的作用,对信息的传输形式进行变换。（模数转换和数模转换） 电平转换和放大 I/O定向 串并转换及并串转换 锁存和缓冲,二、 I/O接口的构成,北京化工大学微机原理课件,(1) I/O端口 概念：CPU与外设进行数据传输时，各类信息在接口进入不同 的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口。 分类：数据端口，状态端口，控制端口。,北京化工

3、大学微机原理课件,(2) I/O端口的编址方式,存储器映射方式(统一编址方式) 优点：使用MEM操作指令，不需专用的I/O指令，指令丰富，使I/O 功能更加灵活。 缺点：MEM容量减小，MEM指令长度一般比专用I/O指令长。,I/O映射方式(独立编址方式) 缺点：访问I/O需要专门的I/O指令，指令少，访问不灵活。 优点：不需要占用存储器空间，指令长度短，执行速度快。,北京化工大学微机原理课件,一.直接传送方式 适用于总是处于准备 好状态的外设 优点：软件及接口硬件 简单 缺点：只适用于简单 外设，适应范围较窄,5.1.4 I/O的控制方式,北京化工大学微机原理课件,二. 查询传送方式,概念

4、(2) 三环节 CPU从接口中 读取状态字 CPU检测状态字 如果外设处于就绪 状态，传送数据,查询式输入的接口电路,北京化工大学微机原理课件,查询式输出接口电路,例：查询式输出的程序段，STATUS_PORT表示状态端口地址， READY_BIT表示状态端口中的准备好位，DATA_PORT表示 数据端口地址，DATA表示输出数据在存储器中存放的位置。 MOV DX,STATUS_PORT WAITING: IN AL,DX TEST AL,READY_BIT JZ WAITING MOV DX,DATA_PORT MOV AL,DATA OUT DX,AL MOV DX,STATUS_POR

5、T IN AL,DX AND AL,NOT READY_BIT OUT DX,AL,北京化工大学微机原理课件,三、 中断传送方式,1. 优点,可以使CPU和外设同步工作，提高了CPU的工作效率。,2. 中断传送原理,中断传送方式的接口电路,北京化工大学微机原理课件,四、 DMA方式,优点 外设与内存间直接进行数据交换，不通过CPU。DMA方式 由硬件请求信号启动，又由DMAC电路完成数据传送， 整个过程完全由硬件实现，所以传送速率非常高。,2. DMA控制器的功能 能向CPU发出HOLD信号 当CPU发出HLDA信号后，接管总线控制权，进入DMA方式 发出地址信息，能对存储器寻址及能修改地址指

6、针 能发出读写等控制信号 能决定传送字节数及判断DMA传送是否结束 发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。,5.5并行输入输出接口,通用并行I/O接口芯片具有以下特点： 每个芯片集成了多个独立的并行数据传输通道，且每个通道均可编程设置工作方式。 每个通道都提供状态查询功能，芯片有一定 的中断管理功能。,北京化工大学微机原理课件,可编程输入输出接口芯片8255,一 8255A的结构,8255A的方框图,北京化工大学微机原理课件,可编程输入输出接口芯片8255,8255A是Intel86系列微处理机的配套并行接口芯片， 它可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输 出的通道。由于它是

7、可编程的，可以通过软件来设 置芯片的工作方式，所以，用8255A连接外部设备时， 通常不用再附加外部电路，给使用者带来很大方便。,北京化工大学微机原理课件,可编程输入输出接口芯片8255,一 8255A的结构,1.数据端口A、B、C 均为8位端口,2. A组控制和B组控制电路 A组控制电路控制端口A和端口C的高4位的工作方式和读写操作。 B组控制电路控制端口B和端口C的低4位的工作方式和读写操作。,3.数据总线缓冲器 功能：通过它与系统数据总线相连。,4.读写控制逻辑电路 功能：管理数据传输过程。,北京化工大学微机原理课件,当A1A000，选择端口A； 当A1A001，选择端口B； 当A1A0

8、10，选择端口C； 当A1A011，选择控制字寄存器,8255A共有4个端口，3个数据端口，A口，B口，C口，一个 控制端口。,6. 端口寻址,RD,WR,CS,北京化工大学微机原理课件,二 8255A的控制字及工作方式,三种基本工作方式 方式0基本的输入输出方式 方式1选通的输入输出方式 方式2双向传输方式,2. 工作方式控制字,例：设8255A的端口地址为F8HFBH，A、B、C均为基本 I/O方式(即方式0)，其中A口为输入口，B口为输出口， C口为输出口，写出工作方式控制字。,分析：确定控制端口的地址 写控制字到控制端口,MOV AL , 1001 0000B OUT 0FBH , A

9、L,北京化工大学微机原理课件,二 8255A的控制字及工作方式,3. C口置位复位控制字,例：设8255A控制端口的地址为0FBH， (1) 写控制字使PC6复位 (2) 写控制字使PC3置位,MOV AL , 0000 1100B OUT 0FBH , AL,(2) MOV AL , 0000 0111B OUT 0FBH , AL,北京化工大学微机原理课件,三 方式0,基本输入输出方式，适用于无需应答信号的简单I/O数据场合， I/O数据处于准备好状态，CPU随时从端口写入和读取数据。 方式0可工作在查询方式，方式0的应答信号线由用户自行定义， 只能查询不能中断，取C口的某些位作为A、B口

10、的控制和状态信息。,四 方式1,1. 与方式0的比较 和方式0相比，A、B仍作为数据输入/输出口，但规定端口C的 某些位作为状态和控制信息，不能由用户改变。,北京化工大学微机原理课件,四 方式1,2. 方式1输入,IBF输入缓冲存储器满信号。向外部输出，高电平有效。,INTR中断请求信号，高电平有效。,INTEA: 端口A的中断允许信号，可由用户通过对PC4的按位 置位/复位来控制。PC4=1，允许中断。PC4=0，禁止中断。,INTEB: 端口B的中断允许信号，可由用户通过对PC2的按位 置位/复位来控制。PC2=1，允许中断。PC2=0，禁止中断。,北京化工大学微机原理课件,四 方式1,方

11、式1输入时序,北京化工大学微机原理课件,四 方式1,INTR中断请求信号。向CPU输出，高电平有效。,INTEA: 端口A的中断允许信号，可由用户通过对PC6的按位 置位/复位来控制。PC6=1，允许中断。PC6=0，禁止中断。,INTEB: 端口A的中断允许信号，可由用户通过对PC2的按位 置位/复位来控制。PC2=1，允许中断。PC2=0，禁止中断。,北京化工大学微机原理课件,四 方式1,3. 方式1输出,方式1输出时序,五、方式2 双向输入/输出方式,8255A中只允许端口A处于工作方式2，可用来在两台处理机 之间实现双向并行通信。其有关的控制信号由端口C提供，并 可向CPU发出中断请求

12、信号。,当端口A工作于方式2时，允许端口B工作方式0或方式1完成 输入/输出功能，其方式控制字格式如图所示。,端口A工作于方式2所需要的5个控制信号分别由端口C的 PC7PC3来提供。如果端口B工作于方式0，那么PC2PC0 可用作数据输入/输出；如果端口B工作于方式1，那么 PC2PC0用来作端口B的控制信号.,INTE1：输出中断允许信号。INTE1为1时，8255A输出缓冲器空时通过INTR向CPU发出输出中断请求信号；INTE1为0时，屏蔽输出中断。 INTE2：输入中断允许信号。INTE2为1时，8255A输入缓冲器满时通过INTR向CPU发出输入中断请求信号；INTE2为0时，屏蔽

13、输入中断。,8255A与CPU的连接,8255A和8086/8088系统连接时，数据线和控制线 一般直接和系统总线的相应信号相连，片选信号 和地址译码器的输出相连，三个端口的数据线和 外设的数据线直接相连。但是对8255A的端口选择 信号A1和A0，在连接上有所不同。,在8086系统中，由于采用16位数据总线，CPU在传输数据 时，偶地址端口的数据总是通过低8位的数据总线输入/输出， 奇地址端口的数据总是通过高8位数据总线输入/输出。所以， 当8255A的D7D0和系统数据总线的低8位相连时，要求CPU 访问8255A的4个端口地址均为偶地址，而8255A自身又规定 其4个片内端口地址A1和A

14、0应为00，01，10和11。为了满足 CPU和8255A的各自不同要求，连接时，须将8255A的A1，A0 和系统地址总线的A2，A1分别相连。也就是说，CPU访问 8255A的四个端口时，其编程地址应为四个连续的偶地址， 系统总线的A0总为0。下图是8255A和8086系统的连接 示意图。,例：设8255A端口地址为0F0H0F3H，A口为输入口，B口为 输出口，工作方式0，PC4为READY信号。 写出初始化程序 从A口输入一个字节到内存1000H单元中 从A口输入十个字节存入从1000H开始的单元。,MOV AL , 1001 1001B OUT 0F3H , AL,CHECK: IN AL , 0F2H AND AL , 10H JZ CHECK IN AL , 0F0H MOV 1000H , AL,MOV CX,10 MOV SI,1000H CHECK: IN AL , 0F2H AND AL , 10H JZ CHECK IN AL , 0F0H MOV SI ,