微机原理与接口技术CH-6A.ppt

1、接口技术,接口技术,一、微型计算机和外设的数据传输 二、并行接口8255A 三、串行接口8251A 四、计数器/定时器8253/8254 五、中断控制器8259A 六、可编程DMA控制器8237A,第六章、微型计算机的输入/输出接口,第一节 微型计算机的输入/输出接口,输入/输出接口电路是计算机的重要组成部分。通过它可以实现计算机与外部设备通信和交换信息。 常见的外部设备有：键盘、显示器、打印机、磁盘机等。工业控制计算机中，I/O接口电路还可以通过A/D或D/A与各种工业检测和控制仪表相连接。,智能仪器接口（数字化示波器及万用表）、通信接口（终端及调制解调器）、过程控制接口（A/D及D/A转换

2、器）、输入接口（数字化仪、键盘等各种输入设备）、输出接口（CRT、打印机、绘图仪等）、外存接口（磁盘、软盘、光盘等）,微机接口（interface) 是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。,为什么要在CPU与外设之间设置接口电路？ （1）CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致。 （2）二者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低。 （3）若不通过接口，则会使CPU直接控制外设，大大降低CPU利用率。 （4）若由CPU直接控制外设，会使外设硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。,微机接口技术是采用硬件与软件相

3、结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。它涉及微机原理、汇编语言程序设计、电子技术、自动控制原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。,一、输入/输出接口的交换信号 计算机I/O接口与外设交换的信息从广义上来讲包括数据信息、状态信息、控制信息。这三者都用IN和OUT指令来传送的，只不过是分别送入不同的部件，起不同的作用。 数据信息：数字量、开关量、模拟量、脉冲量。 状态信息：BUSY，READY等，反映外设的状态。 控制信息：计算机I/O接口发出的信息如读、写等。 二、输入/输出的控制方式 无条件传送 中断方式

4、程序方式 查询方式（条件传送） 存储器直接存取方式 （DMA方式）,.,.,.,程序控制方式、中断控制方式、DMA控制方式、处理机控制方式,1、程序控制方式（在程序控制下进行信息传送） (1)无条件传送方式,外设已准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输的方式。,（2）条件传送方式（查询式传送）,CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态是否处于空闲状态。如果输入外部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲时，则CPU执行传送信息指令。,第二节、并行通信与并行接口,一、并行通信 是一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快，信息率高。 二、并行接口（典型的并行接口与外部设备连接）,

5、1、并行接口的输入过程,CPU可通过中断方式或程序查询方式来读取接口中的数据。过程是：外部设备首先将数据送给接口，并使状态线“数据输入准备好”成为高电平。接口把数据接收到数据输入缓冲寄存器的同时，使“数据输入回答”线变为高电平，作为对外设的响应。外设接收到此信号，便撤除数据和“数据输入准备好”信号。而且，接口会在状态寄存器中设置“输入准备好”状态位，并向CPU发数据准备好信号供CPU查询或中断请求用。CPU读取数据后，接口会自动清除状态寄存器的“输入准备好”状态位，且使数据总线处于高阻状态，进入下一个输入过程。,2、并行接口的输出过程,每当外部设备从接口取走一个数据之后，接口就会将状态寄存器中

6、的“输出准备好”状态置“1”，以表示CPU当前可以往接口中输出数据，这个状态位可供CPU进行查询或外设中断请求用。当CPU输出的数据到达接口的输出缓冲寄存器中后，接口会自动清除“输出准备好”状态位，并且将数据送往外部设备，同时，接口往外部设备发送一个“驱动信号”来启动外部设备接收数据。外部设备被启动后，开始接收数据，并往接口发一个“数据输出回答”信号。接口收到此信号，便将状态寄存器中的“输出准备好”状态位重新置“1”，以便CPU输出下一个数据。,第三节、可编程并行通信接口芯片8255A,8255A的特点： 8255A是Intel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

7、提供并行输入/输出通道。由于它是可编程的，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。,D0 D7,PA0 PA7,PB0 PB7,8 2 5 5,PA3,PA2,PA1,PA0,GND,A1,A0,PC7,D3,PC5,D6,D7,VCC,PC3,PB7,PB5,PB4,PB3,PA4,PA5,PA6,PA7,D0,D2,D1,RD,CS,PC6,PC4,PC0,PC1,PC2,PB0,PB1,PB2,WR,RESET,D4,D5,PB6,8255A芯片引脚信号,1、并行输入/输出端口A、B、C（3个8位端口） 端口A包含一个8位数据输出锁存/

8、缓冲存储器和一个8位数据输入锁存器； 端口B包含一个8位数据输出锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入缓冲存储器； 端口C包含一个输出锁存/缓冲存储器和一个输入缓冲存储器。在工作方式1和2时，C端口分成两个4位端口，分别配合A口和B口工作。,2、A组和B组控制部件 A组控制部件控制端口A与端口C的高4位（PC7PC4）的工作方式； B组控制部件控制端口B与端口C的低4位（PC3PC0）的工作方式；,3、数据总线缓冲存储器 三态双向8位数据缓冲存储器，它是8255A与8086CPU之间的数据接口。CPU执行输出指令时，可将控制字或数据通过数据总线缓冲存储器传送给8255A。CPU执行输入指令时，82

9、55A可将状态信息或数据通过总线缓冲存储器向CPU输入。它是CPU与8255A之间交换信息的必经之路。,4、读/写控制部件（它能接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出操作命令）,二、8255A芯片的控制字及其工作方式,1、控制字 （1）定义工作方式控制字（写入 A1、A0 = 11）,（2）C口置位/复位控制字 （写入 A1A0 = 11）,方式0：基本 I/O 方式 （查询时，任选C口做连络信号） 方式1：选通I/O 方式（可查询或中断，固定C口做连络信号） 方式2：双向I/O方式（只用于A口，PC3 PC7做连络信号）,关于两个命令的讨论： （1）方式命令是对8255A的3个

10、端口的工作方式及功能进行指定，即进行初始化，初始化工作要在使用8255A之前做。 （2）按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它并不破坏已经建立的3种工作方式，而是对它们实现动态控制的一种支持。 （3）两个命令的最高位都分配了特征位，之所以要设置特征位，是为了识别两个不同的命令。在命令代码中设置特征位是解决多个命令写入同一命令口时如何进行识别而经常采用的方法之一。由于8255A两个命令的特征位不同，D7=1时，为工作方式命令；D7=0时，为按位置位/复位命令。因此，可以判断，命令代码的值等于、大于80H的是工作方式命令字；小于80H的是按位置位/复位命令。 （4）按位置位/复位的命

11、令代码只能写入命令口。这个问题经常有人弄错。因为表面看起来，按位置位/复位命令是对C口进行操作，所以，也就以为可以把按位置位/复位的命令写到C口（数据口）。这是错误的想法，因为按位置位/复位是一个命令，它就要按命令的定义格式来处理每一位，如果把它写入C口，就会按C口的数据定义格式来处理。这两种定义完全不同的格式是不能互换的，所以，它只能写到命令口，按命令定义来处理。,2、工作方式,（1）工作方式0（基本输入/输出方式）方式控制字,方式0的工作状态组合,（2）工作方式1（选通输入/输出方式）方式控制字,8255A定义工作方式1输入控制字格式,方式 1 的操作过程,A口方式 1 ，输入,B口方式

12、1 ，输入,8255A定义工作方式1输出控制字格式,A口方式 1 ，输出,B口方式 1 ，输出,A口工作方式1输入、B口工作方式1输出（控制字为）,A口工作方式1输出、B口工作方式1输入（控制字为）,（3）8255A工作方式2（带选通双向传送方式）,只允许端口A工作在方式2 同时允许端口B工作在方式0或方式1,端口A工作在方式2的端口状态,OBFA输出缓冲存储器满信号,ACKA应答信号,STBA数据选通信号,IBFA输入缓冲存储器满信号,INTR中断请求信号,第三节、8255A的应用,1、用作2764EPROM编程接口,由于8086 A2对8255A的A1、8086 A1对8255A的A0地址

13、相连，所以8255A的四个编程地址均采用偶地址，编程数据由端口B输出。由于2764有13位地址，所以其编程地址必须用8255A的两个端口分两次传送给2764，在此用端口A和端口C有PC0PC4共13位输出编程地址。另外，用PC5和PC6作为2764的片选信号和编程脉冲输入信号。 设8255A的端口地址为0F8H0FEH，编程数据放在8000H开始的8KB的缓冲器内。,程序清单如下： START：MOV BX，0000H；置2764初始地址 MOV DI，8000H；置编程数据源地址 MOV CX，2000H；置编程数据字节数 MOV DX，0FEH；置8255A控制端口地址 MOV AL，80

14、H；置8255A方式控制字，三端口都工作在方式0 OUT DX，AL；输出8255A方式控制字 PLOOP： MOV AL，BL； MOV DX，00F8H OUT DX，AL；端口A输出低8位编程地址 MOV AL，DI,MOV DX，00FAH OUT DX，AL；端口B输出编程数据字节 MOV AL，BH MOV DX，00FCH OR AL，40H；使PC6置1，发编程脉冲 OUT DX，AL；端口C输出高5位编程地址和编程控制信号 INC BX；2764编程地址加1 INC DI；编程数据源地址加1 LOOP PLOOP；8KB是否写完 HLT,2、闭环调节系统结构流程图,初始化和控

15、制程序如下： INTT：MOV DX，8255A 控制端口 MOV AL，86H OUT DX，AL MOV AL，05H OUT DX，AL MOV DX，8259A 偶地址端口 MOV AL，13H OUT DX，AL MOV DX，8259A 奇地址端口 MOV AL，40H OUT DX，AL MOV AL，03H OUT DX，AL MOV AL，0FEH OUT DX，AL,初始化8255A,初始化8259A,POUT：MOV DX，8255A 端口A MOV AL，XXH OUT DX，AL MOV DX，8255A 端口C MOV AL，80H OUT DX，AL MOV AL

16、，0 OUT DX，AL WAIT：STI JMP WAIT 40H类型中断服务程序： MOV DX，8255A 端口B IN AL，DX RET,从端口A输出8位数据,启动ADC0809,3、为某系统配置一个并行打印机接口，并且通过接口CPU采用查询方式把存放在BUF缓冲区的256个字符（ASCII码）送去打印。,（1）打印机接口电路如上图所示：根据被控对象的要求，这里使用了一对联络信号线，即/STB和BUSY，并选定8255A的PC7和PC2两个引脚分别作这两个联络线使用。但是，并不是非选PC7和PC2不可，而是完全可以选C口的其他引脚来作联络线使用，即联络信号线不是固定的。,（2）打印机

17、工作流程是：查询BUSY，若为1则等待，否则送数据；通过并行接口DATA18数据线输出数据；发数据选通信号给1号引脚，数据打入打印机的内部缓冲器；打印机收到数据后，通过插座的11号引脚发出BUSY=1信号，表明打印机正处理输入的数据，处理完毕后打印机置BUSY=0。不断重复这个过程，直到完成字符打印。,（3）驱动程序如下：,DATA SEGMENT BUF DB 256个ASCII字符 DATA ENDS STACK SEGMENT DW 50 DUP(0) STACK ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,SS:STACK,DS:DATA ORG 100H STA

18、RT:MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,8255A 命令口地址 MOV AL，10000001B；工作方式字 OUT DX，AL；A口方式0输出，C口上部输入，C口下部输出 MOV AL，00001111B；PC7=1 OUT DX，AL MOV SI，OFFSET BUF；打印字符的内存首地址 MOV CX，0FFH；256 ASCII LLL： MOV DX，8255A C口地址；PC口地址,IN AL，DX；查BUSY=0？ AND AL，04H JNZ LLL；忙则等待，否则转LLL MOV DX，8255A A口地址 MOV AL，SI OUT DX，AL M

19、OV DX，8255A 命令口地址 MOV AL，00001110B；置/STB=0 OUT DX，AL NOP NOP MOV AL，00001111B；置/STB=1 OUT DX，AL INC SI DEC CX JNZ LLL MOV AX，4C00H INT 21H CODE ENDS END START,4、8255与显示块、开关键的连结,.,O,O,O,7406,.,O,O,O,+5V,M /IO,A15 A14 A13 A2 A1,74LS174,74LS138,D1,D5,.,O1,O5,.,C B A,Y7,+5V,+5V,共阳接法,LED,A0,A1,D0,D7,RESE

20、T,RD,WR,PA0 PA1 PA2 PA3,PB0 PB1,PB7,.,O,O,RESET,RD,WR,D0 D7,A0,CPU 为 8086 最小工作方式,CS,DISPSW,8255A,第四节 串行通信及串行接口,一、串行通信线路的工作方式 1、串行通信的特点 串行通信只要一条传输线，将数据逐位顺序传送。 长距离传送成本低，速度慢，接口复杂。 2、数据串行通信的三种方式,发送器,接收器,单工通信,数据,发送器,接收器,发送器,接收器,数据,半双工通信,发送器,接收器,发送器,接收器,数据,全双工通信,二、串行接口,串行输入/并行输出、并行输入/串行输出示意图,三、串行通信数据的收发方式

21、,1、起止式异步通信方式：收发时钟可不一致，一个字符为单位，以起始位开始，停止位结束。,空闲位,b,/ s =,n,叫波特率因子 (可取 1, 16, 64),收/发时钟,n,波特率一般在300、600、900、1200、2400、9600波特之间。,波特率：每秒传送数据的位数，即传送速率（band rate）,停止位宽度可以是1位、1.5位或2位,2、同步通信,同步通信：收发时钟一致，以一个字符序列为单位（长度可选） ，以同步字符做为开始,SYNC,数据字节1, ,CRC1,CRC2,SYNC,SYNC,数据字节n,数据字节1,数据字节2, ,数据字节n,CRC1,CRC2,数据字节3, ,

22、数据字节n,CRC1,CRC2,数据字节1,数据字节2,单同步,双同步,外同步,帧,（1）面向字符型的数据格式,（2）面向比特型的数据格式,控制场, ,CRC1,CRC2,01111110,01111110,地址场,D0,D1,DN,开始标志,数据,结束标志,同步数据链路控制（SDLC）协议是一种 IBM 数据链路层协议，适用于系统网络体系结构（SNA）,Flag 启动和终止差错校验。 Address 包括次站 SDLC 地址，表明帧来自于主站还是次站。 Control 使用3种不同格式，取决于使用的 SDLC 帧类型： Information（I）frame 传递上层信息和一些控制信息。 S

23、upervisory （S）frame 提供控制信息。S 帧可以请求和挂起传输、报告状态、确认 I 帧接收。S 帧不包含信息帧（information field）。 Unnumbered （U）frame 支持控制目标，无编号。U 帧用于启动次站。取决于 U 帧，其控制字段可能为1字节也可能为2字节。有些 U 帧包含信息字段。 Data 包含路径信息单元（PIU）或交换识别（XID）信息。 Frame check sequence （FCS)） 优于结束标签分隔符，通常指循环冗余校验（CRC）计算余数。,第五节可编程串行接口芯片,1、发送器：包括发送缓冲存储器、并/串转换器及发送控制电路。

24、TXD数据发送线，输出串行数据 TXRDY发送器已准备好信号，表示8251A的发送数据缓冲存储器已满 TXEMPTY发送器空闲信号，表示8251A的发送移位寄存器已空 TXC发送器时钟信号，外部输入,2、接收器：包括接收缓冲存储器、串/并转换器及接收控制电路。 RXD数据接收线，输入串行数据 RXRDY接收器已准备好信号，表示接收缓冲寄存器已接收到一个数据符号 SYNDET/BRKDET双功能的检测信号，高电平有效 RXC接收器时钟信号，外部输入,3、数据总线缓冲存储器：包括状态缓冲器、接收缓冲器、发送数据或命令缓冲器,4、读/写控制电路,5、调制/解调控制电路 DTR数据终端准备信号，向调制

25、/解调器输出，低电平有效 DSR数据装置准备好信号，由调制/解调器输入，低电平有效 RTS请求发送信号，向调制/解调器输出，低电平有效 CTS清除发送信号，由调制/解调器输入，低电平有效,二、 8251A芯片的控制字及其工作方式,1、方式字选择控制字（写入控制口，C / D = 1）,00 同步方式 01 异步 1 10 异步 16 11 异步 64,异步（S2S1）,00 无效 01, 1个停止位 10 ,1.5个停止位 11，2个停止位,2、操作命令控制字 （写入控制口， C / D = 1）也称工作命令字,注：方式控制字确定8251A的通信方式，它应在复位后写入；命令控制字使8251A处

26、于规定的状态以准备发送或接收数据。方式控制字和命令控制字本身无特征标志，也没有独立的端口地址，所以，初始化时应先写方式控制字，后写命令控制字,3、状态控制字 （读控制口，C / D = 1）,状态寄存器存放8251A的状态信息，供CPU查询,（1）8251A的方式命令字、工作命令字和状态字之间的关系是：方式命令字只是约定了双方通信的方式（同步/异步）及其数据格式（数据位和停止位长度、校验特性、同步字符特性），传送速率（波特率因子）等参数，但并没有规定数据传送的方向是发送不是接收，故需要工作命令字来控制发/收。但何时才能发/收？这就取决于8251A的工作状态，即状态字。只有当8251A进入发送/接收准备好的状态，才能真正开始数据的传送。,4、8251A的方式命令和工作命令的使用,（2）因为方式命令字和工作命令字均无特征位标志，且都是送到同一命令端口，所以在