数字量输入输出

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1、第五章 数字量输入输出v 概述v 系统总线及接口v 中断控制系统v 计数定时接口v 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 1. 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

2、表示。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CPU译 码数据端口状态端口控制端口I/O 设备DBABCB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。

3、分类：数据端口，状态端口，控制端口。CPU数据状态控制外设北京化工大学微机原理课件(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

4、微机原理课件二. 查询传送方式(1) 概念 (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,DXTEST AL,READY_BIT JZ WAITING MOV DX,DATA_PORTMOV AL,DATA OUT DX,AL MOV D

5、X,STATUS_PORT 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1. 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

6、址指针 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82558255A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。由于它是可编程的，

7、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 5. 控制信号 片选信号：由系统地址线译码产生，启动CPU与8255A之间 的通信。读、写信

8、号：控制CPU与8255A之间的数据流向。RESET复位信号：清控制寄存器，设置A、B、C三个端口为 输入方式。端口选择信号：经译码四个地址分别对应于A、B、C三个 数据端口和控制端口。RD 读信号:低电平有效，它控制8255A送出数据和状态信息 至CPU.WR 写信号，低电平有效，它控制把CPU输出的数据和命令信号 写到8255A。当A1A000，选择端口A；当A1A001，选择端口B；当A1A010，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RDWRCSA1A0操作00010读A口01010读B口100

9、10读C口00100写A口01100写B口10100写C口11100写控制端口1高阻11010非法状态110高阻北京化工大学微机原理课件二 8255A的控制字及工作方式1. 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 , AL北京化工大学微机原理课件二 8255A的控制字及工作方式3.

10、 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(1) MOV AL , 0000 1100BOUT 0FBH , AL(2) MOV AL , 0000 0111BOUT 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口的控制和状态信息。四 方式11. 与方式0的比较 和方式0相比，A、B仍作为数

11、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12. 方式1输入STB选通信号。由外部输入，低电平有效。STB有效时，将外部输入的数据锁存到所选端口的输入锁存器 中。IBF输入缓冲存储器满信号。向外部输出，高电平有效。IBF有效时，表示由输入设备输入的数据已占用该端口 的输入锁存器，它由STB信号置位，待CPU执行IN指令时， RD有效，将输入数据读入CPU，其后沿把IBF置“0”，表示输入缓冲存储器已空，外部设备可继续输入后续数据。INTR中断请求信号，高电平有效。这是8255A的一个输出信号，可作为向CPU的中断请求信号。 当ST

12、B为高，IBF为高和INTE(中断允许)为高时被置为高，而 由RD信号的下降沿清除。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方式1输入时序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输出对应的控制信号和状态信号OBF输出缓冲存储器满信号。向外部输出，低电平有效。OBF有效时，表示CPU已将数据写入该端口正等待输出。当 CPU执行OUT指令，

13、WR有效时，表示将数据锁存到数据输出 缓冲存储器，由WR的上升沿将OBF置为有效。由ACK的有效信号使其恢复为高。ACK 外部应答信号。由外部输入，低电平有效。ACK有效，表示外部设备已收到由8255A输出的八位数据， 它实际上是对OBF信号的回答信号。INTR中断请求信号。向CPU输出，高电平有效。当输出装置已经接收了CPU输出的数据后，它用来作为向CPU 提出新的中断请求。要求CPU继续输出数据。当ACK为高电平， OBF为高电平和INTE为高电平时，使其置位。而WR信号的 下降沿使其复位。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

14、。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PC2PC

15、0 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82

16、55A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A0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