清华大学计算机原理课件第五章数字量输入输出4of7_370005460讲解

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1、 1 数据传输的简单数据传输的简单I/0I/0接口接口 三态缓冲器作输入接口 P247 图5.10 三态缓冲器用于输入接口 2 设I/0地址为218H时译码器输出选中此接口 ， 执行下列指令，可以读入8个开关状态： MOV DX，218H IN AL，DX 只有数据端口。 执行IN指令时开 关正在变化如何 保证输入的数据 正确？ 软件：重复多次IN的内 容相等时（稳定）才接收 。 硬件：增加状态端口， 先查询状态稳定才输入数 据。 3 简单的简单的I/0I/0接口接口 锁存器作输出接口 P247 图5.11 D触发器用于输出接口 4 设I/0地址为219H时译码器输出选中接口 执行下列指令，A

2、L的D0位写入触发器,驱 动LED ： MOV DX，219H OUT DX，AL 若连续输出如何保证数据都被可靠接收？ 延时 增加状态接口 5 数据传输的简单数据传输的简单I/0I/0接口接口 P248 图5.12 查询式实用接口 右边(乙)： BUSY = 1 等待 BUSY = 0 送出数据锁存到74LS373 并使 BUSY = 1 左边(甲)： D0 = 1 等待 D0 = 0 接收数据 并使 BUSY=0 简单接口举例 6 左边有主机，右边有外设 8位锁存缓冲器74LS373是数据端口，地 址为CS1 D触发器是状态端口，Q=1为准备好，地 址为CS0,状态位送到数据总线D0 状态

3、位的清零也用CS1，读数的同时清除 状态位 7 计算机甲（左边）的查询方式输入计算机甲（左边）的查询方式输入 mov DX, CS1 in AL, DX ; 假读，清忙信号 mov CX, DelayTime Chks: mov DX, CS0 in AL, DX and AL, 1 jz Datin loop Chks . Datin: mov DX, CS1 in AL, DX ; 输入数据 8 CPU反复查询接口状态，认为条件成熟才进行 传送 特点:增加状态端口,接口较简单,CPU效率低 轮询：多个外设可以轮流查询适当提高效率 。 查询方式由程序启动，又由程序完成，是典 型的程序控制I/

4、O方式。 9 CPU和外设并行工作，接口主动提出请求， CPU响应后由中断服务程序完成I/O传送。 中断方式中断方式 中断方式的接口及过程 CPU I/O 接 口 INT申请 DB AB CB INTA应答 IRQ请求 中断 管理 电路 发送中断类型号 转入中断服务程序 10 中断方式特点中断方式特点: : CPU和外设并行工作，效率较高， 对接口响应较快， 接口较复杂（专用的中断管理电路 例如8259A）。 由中断服务(专用)程序完成数据传送 。 属于程序控制I/O方式。 使用最广泛。 11 DMA( DMA(直接存储器存取直接存储器存取) )方式方式 CPUCPU和外设并行工作，外设主动提

5、出请求和外设并行工作，外设主动提出请求 CPUCPU响应后由响应后由DMADMA控制电路控制电路接管总线接管总线，完成，完成 I/OI/O传送。传送。 DMA方式的接口及过程 CPU I/O 接 口 总线申请 总线响应 DMA请求 DMA 管理 电路 DMA响应 内存 数据传送 此时 AEN = 1 12 DMADMA方式特点方式特点: : CPU和外设并行工作效率最高 对外设响应最快(当前总线周期结束) 接口最复杂（专用的DMA管理电路,例如8237） 在高速外设中广泛使用。 其他方式其他方式 I/OI/O处理机处理机 ( (独立于独立于CPUCPU之外的协处理机之外的协处理机) ) 在保证

6、在保证CPUCPU和外设协调传送的前提下，和外设协调传送的前提下， 尽量提高速度。尽量提高速度。 13 并行接口和串行接口的结构示意图并行接口和串行接口的结构示意图 14 主要内容： 串行通信的基本概念及异步转送方式 串行通信接口标准RS-232C 可编程串行接口可编程串行接口Ins 8250Ins 8250 5.6 5.6 异步串行异步串行I/OI/O 要点： u实现异步串行转送的要素有哪些？ uu可编程串行接口可编程串行接口Ins 8250Ins 8250 有哪些功能块及如 何编程控制？ 15 一、概述 1. 串行通信的概念 串行通信是指将数据按照一位一位地顺序进行传送， 它只占用一条传输

7、线。可以采用两种方式来实现：一种 是将8位数据通道中的一位通过软件来实现串行数据传送 ；另一种是通过专用的通信接口，将并行数据转换为串 行数据进行传送。 2. 串行通信的基本方式 通常情况下，串行通信可分为异步传送和同步传送 两种方式： 5.6 5.6 异步串行异步串行I/OI/O 16 2.1 同步传送 所谓同步通信是指在约定的数据通信速率下，发送方和 接收方的时钟信号频率和相位始终保持一致（同步），这就保 证了通信双方在发送数据和接收数据时具有完全一致的定时关 系。在有效数据传送之前首先发送一串特殊的字符进行标识或 联络，这串字符称为同步字符或标识符。 此时，在数据块开始处，要用同步字符来

8、指明，同步字符通常 由用户自己设定，可用一个（或相同两个）8位二进制码作为 同步字符。 同步传送速度高于异步传送速度，但它要求由时钟来实 现发送端及接收端之间的同步，所以，硬件电路比较复杂。 17 2.2 异步传送方式 异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是 不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的 。异步通信规定字符由起始位（start bit）、数据位（ data bit）、奇偶校验位（parity）和停止位（stop bit ）组成。起始位表示一个字符的开始，接收方可以用 起始位使自已的接收时钟与数据同步，停止位则表示 一个字符的结束。这种用起始位开始，停止位结束所 构成的一串

9、信息称为一帧（frame）。 18 在异步传送中，CPU与外部设备之间的通信遵循 以下两项规定： （1）对字符格式的规定：字符格式是指字符的 编码形式及其规定。例如，规定每个串行字符由4个 部分组成：1个起始位、58个数据位、1个奇偶校 验位以及12个停止位。这种串行字符编码格式如 图5.48所示。 P284 图5.48 字符格式 19 错误检查约定协议,接收方检查 奇偶错：一个字符中1的个数的奇偶性 和约定不符 帧格式错：一个字符总位数和约定不符 溢出错：已接收的前一个字符尚未被CPU 读取，下一个又接收完成 20 P290 图5.54 数据接收过程 （2）对波特率（Boud Rate）的规

10、定：波特率 是指每秒传输字符的位数。国际上规定了标 准波特率系列，最常用的标准波特率是： 110波特、300波特、600波特、1200波特、 l800波特、2400波持、4800波特、9600波特 和19200波特。 21 3. 串行通信中的基本技术 3.1 数据传送方式 串行通信是一位接一位地按顺序通过一条信 号线进行传输的方式。它的通路可以只有一条，此 时发送信息和接收信息不能同时进行，只能采用分 时使用线路的方法。在串行通信中，数据通常在两 个站（如A和B）之间进行双向传送。这种传送根据 需要又可分为单工、半双工和全双工传送。 22 数据传送方式 23 二、 串行通信接口标准RS-232

11、C RS-232C是美国电子工业协会EIA于1962年公布，并于1969年 修订的串行接口标准，已成为国际上通用的标准。RS是英文“推 荐标准” (recommeded standard)的缩写，232为标识号，C表示 修改次数。 RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅 助通道，在多数情况下主要使用主通道。串行接口目前最普遍的 用途是连接鼠标和调制解调器，常被称为异步通信适配器接口， 串行端口插座分为9针或25针两种。串行接口被赋予专门的设备 名COMl和COM2。 目前RS-232C已成为数据终端设备DTE与数据通信设备DCE的 接口标准。不仅在远距离通信中要经常用

12、到它，就是两台计算机 或设备之间的近距离串行连接也普遍采用RS-232C接口。 24 1.RS-232C的引脚 串行通信RS-232是一种总线标准，这个标准仅保证硬件兼 容而没有软件兼容。通常RS-232C接口有9针、25针等规 格，RS-232C标准接口的引脚排列。 （a）25脚排列图 （b）9脚排列图 RS-232C引脚排列 25 2. RS-232C的连接 通过PC机的串行接口可以连接串行传输数 据的外围设备，如调制解调器、鼠标等。RS- 232C广泛用于数字终端设备，如计算机与调制 解调器之间的接口，以实现通过电话线路进行 远距离通信。 26 使用Modem的RS-232C接口 27

13、RS-232CRS-232C的引脚（的引脚（1 1） TxD：发送数据（终端数传机） 串行数据的发送端 RxD：接收数据（终端数传机） 串行数据的接收端 DTE数据终端设备，例如计算机 DCE数据通信设备（数传机），例如调制解调器 28 RS-232CRS-232C的引脚（的引脚（2 2） RTS：请求发送（终端数传机） 当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据 CTS：清除发送（允许发送） （终端数传机） 当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数 据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号 RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一

14、对用于数据发送的联络信号 29 RS-232CRS-232C的引脚（的引脚（3 3） DTR：数据终端准备好（终端数传机） 通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数 据终端设备准备就绪 DSR：数据装置准备好（终端数传机） 通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连 到通信线路上，并处在数据传输方式 DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设 备间的联络信号，例如应答数据接收 30 RS-232CRS-232C的引脚（的引脚（4 4） GND：信号地 为所有的信号提供一个公共的参考电平 CD：载波检测（DCD） （终端数传机） 当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该引脚

15、向数据终端设备提供有效信号 RI：振铃指示（终端数传机） 当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作 为电话铃响的指示、保持有效 31 RS-232CRS-232C的引脚（的引脚（5 5） 保护地（机壳地） 起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的 使用规定，连接到设备的外壳或大地 TxC：发送器时钟 控制数据终端发送串行数据的时钟信号 RxC：接收器时钟 控制数据终端接收串行数据的时钟信号 32 不用Modem的RS-232C接口 33 3. RS-232C的电气特性 为了保证数据正确地传送，设备控制能准确地完成，有必 要使所用的信号电平保持一致。为满足此要求，RS-232C标准 规定了数据和控制信号的电压范围。由于RS-232C是在TTL集 成电路之前制定的，所以它的电平不是+5 V和地。它规定：高 电平为+3 +15 V，低电平为-15 -3 V。 34 RS-232CRS-232C的电气特性的电气特性 232C接口采用EIA电平（负逻辑） “0” 电平为3V15V “1”电平为3V15V 实际常用12V或15V n标准TTL电平（正逻辑） n“1”电平：2.4V5V n“0”电平：0V0.8V 相互转换 35 由于发送器/接收器芯片使用TTL电平，但RS-232C 却使用上述EIA电平，所以为满足EIA电气特性，必须在 发送器/