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1、1*第6章 基本输入输出接口技术【本章提要本章提要】 本章首先概述本章首先概述I/OI/O的基本知识，然后讨论输入的基本知识，然后讨论输入/ /输出控制方式，输出控制方式，I/OI/O接口的接口的 读写技术，读写技术， 并行通信与串行通信，最后重点讨论常用可编程典型并行通信与串行通信，最后重点讨论常用可编程典型I/OI/O接接 口芯片及其接口技术。口芯片及其接口技术。 【学习目标学习目标】 了解了解I/OI/O接口信息、接口信息、I/OI/O编址方法、编址方法、I/OI/O组织、组织、I/OI/O控制方式、并行通信及串控制方式、并行通信及串 行通信等输入输出基础知识。行通信等输入输出基础知识。
2、 理解基本输入输出接口的操作。理解基本输入输出接口的操作。 掌握简单掌握简单I/OI/O接口的读写技术。接口的读写技术。 熟练掌握常用接口芯片熟练掌握常用接口芯片16550/825016550/8250、82558255和和82538253的工作原理及其编程应的工作原理及其编程应 用。用。 能综合运用接口芯片，构建和分析实际应用系统。能综合运用接口芯片，构建和分析实际应用系统。*2*第6章 基本输输入输输出接口 技术术123675本章主要内容：本章主要内容：概概 述述输入输入/ /输出控制方式输出控制方式I/OI/O接口读写技术接口读写技术并行通信与串行通信并行通信与串行通信可可编编程接口芯片
3、程接口芯片串行通信接口芯片串行通信接口芯片并行通信接口芯片并行通信接口芯片定时计数接口芯片定时计数接口芯片4*3返回6.1 概述一、一、输输输输入入/ /输输输输出与出与输输输输入入/ /输输输输出接口出接口1.输输入/输输出：微处理器与外部设备之间的信息交换即通信。2.输输入/输输出接口：完成微处理器与外部设备数据通信即输入/输出任务的接口。包括:硬件接口电路和软件接口程序。Date4返回二、I/O接口的功能1. 内部地址译码2.提供联络信号3.信号特性匹配（如电平转换）4.信息格式的转换（如正负逻辑的转换，串并 格式，模数转换）5.数据缓冲与锁存6.对外设进行中断管理7.提供时序控制Dat
4、e5返回三、CPU与I/O设备间的接口信息p三种：数据信息、状态信息、控制信息p这些信息均通过数据总线传输。Date6返回四、I/O端口的编址方法1.存储器映射编址p含义：p p I/OI/O端口的地址与存端口的地址与存储储储储器的地址器的地址统统统统一混合一混合编编编编址。址。p p 用用访问访问访问访问 存存储储储储器的指令，即可器的指令，即可对对对对整个地址空整个地址空间间间间（存（存储储储储 器和器和I/OI/O）进进进进行行访问访问访问访问 ，而无需，而无需专专专专用用I/OI/O指令。指令。p优点：p 访问访问访问访问 I/OI/O指令多，使用方便。指令多，使用方便。p p 内存与
5、外内存与外设设设设地址分布相同。地址分布相同。p p 无需无需专专专专用的用的I/OI/O指令。指令。Date7返回2. I/O映射编址l含义 I/O端口与存储储器分开独立编编址，即I/O端口和存储储器都有自己的一套地址空间间，而且互不相干。l优点 I/O设备设备 不占用内存单单元，节约节约 了内存空间间。 指令执执行速度快。lI/O端口 8086Core2微机采用I/O映射的编编址方法。 I/O端口的地址64K 个8位口地址（0000H- FFFFH）。Date8返回五、I/O组织2.基于8086和80286 1616位位I/OI/O组织组织3.基于80386和80486 3232位位I/O
6、I/O组织组织4.基于PentiumPentium4的6464位位I/OI/O组织组织I/ O 组组 织织1. 基于8088的8 8位位I/OI/O组织组织Date9返回8位I/O组织-基于8088Date10返回16位I/O组织-基于 808680286Date11返回32位I/O组织-基于 8038680486Date12返回64位I/O组织 -基于Pentium Core2 Date13返回2.I/O端口的地址分配1. I/O地址范围围0000H-FFFFH.共64K个8位端口从8086Core2 I/O地址采用A15A0共16条 地址线线，且与存储储器分开编编址。2. 系统统板保留的1
7、K个I/O端口（详见书（详见书P.238P.238表表6.16.1）000H-03FFH，共1K个8位端口3. 查查看当前系统统I/O地址分配Date14返回系统板保留的1K地址Date15返回I/O指令时序(b) OUT 指令操作时时序 OUT P8,AL或OUT DX，AL P8为为8位端口地址(a) IN指令操作时时序 IN AL,P8 或IN AL,DX P8为为8位端口地址 Date16*6.2 输入输出控制方式直接程序控制方式中断控制方式DMA控制方式I/O处理机控制方式*17返回一、直接程序控制方式l含义：直接在程序控制下进进行微处处理器与外 设设之间间的数据传传送。l分类：无条
8、件传传送方式和条件传传送方式两种 。 1.无条件传传送方式l含义：不查询查询 外设设状态态而直接进进行输输 入输输出的一种方式。l特点：简单简单 、经济经济 ，但可靠性差。Date18返回2.条件传送方式l含义：首先查询查询 外设设状态态，满满足条件时时才 进进行数据的传传送，因此也叫查询传查询传 送方式。l特点：简单简单 、可靠性高，但CPU效率低。输入输出Date19返回二、中断控制方式l含义：在满足传输条件时，外设向CPU发请求传输的中断信号，CPU接收请求后进入服务程序，在中断服务程序中进行输入输出操作。l特点：无需查询等待，CPU利用率大大提高。l不足：中断控制方式仍需要一系列本与输
9、入输出 无关的操作（如压栈保护等），因此对于高速I/O设备效率仍不算快。Date20返回三、DMA控制方式l含义：直接由DMA控制器硬件控制数据传输，传输过程无需CPU干预。l特点：速度快（因为有DMA硬件直接控制），效率高。Date21返回外设/内存DMA方式与其它方式比较CPUDMA控制器内存/外设外设/内存MOV XX，ALOUT DX，ALIN AL，DXMOV AL，XX无需CPU指令内存/外设Date22返回四、I/O处理机控制方式尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱 管理和控制I/
10、O设备的负担，引入了I/O处理机控制方 式。这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。Date23返回6.3 I/O接口的读写技术一、简单输入输出接口一、简单输入输出接口 输入采用缓冲器输入采用缓冲器, ,输出采用锁存器。输出采用锁存器。 1.1.常用缓冲器：常用缓冲器：Date24返回简单I/O接口-锁存器2.2.常用锁存器常用锁存器Date25返回二、简单I/O接口的读控制读操作程序: MOV DX,377H IN AL,DXDate26返回2.简单I/O接口的写控制写操作程序: MOV DX,0DFFFH OUT DX,ALDate27返回3. 16位I/O接口的读操作读操作
11、程序: MOV DX,2F6H IN AX,DXDate28返回4.32位I/O接口的写操作写操作程序: MOV DX,3ECH ;选中3ECH3EFH4个端 口 OUT DX,EAXDate29*常用接口芯片及应用6.4 6.4 并行通信与串行通信并行通信与串行通信6.5 6.5 可可编编编编程串行通信接口芯片程串行通信接口芯片6.6 6.6 可可编编编编程并行通信接口芯片程并行通信接口芯片6.7 6.7 可可编编编编程定程定时时时时/ /计计计计数器芯片数器芯片1234*30*6.4 并行通信与串行通信并行通信与并行接口串行通信与串行接口串行通信方式及异步通信协议串行异步通信标准接口*31
12、返回一、并行通信与并行接口1. 并行通信l含义：并行通信是指将一个字节或一个字的各 位同时进行传输的一种通信方式。 l要点：传输的各位同时传输（输入或输出）。l特点： （1）传输速度快 （2）传输的信息率高 （3）比串行通信需要更多通信信号线l用途：常用于传输距离短，数据传输速度要求 高的场合。Date32返回l含义：实现并行通信的接口称 为并行通信接口。2.并行接口Date33返回二、串行通信与串行接口1. 串行通信l含义：串行通信是把传输的数据一位 一位地顺序传送的一种通信方式。 l要点：按位传输，同一时刻仅传送一 位。l特点： （1）通信线少 （2）成本低 （3）但通信速度慢l用途：适用
13、于长距离数据传输。Date34返回l完成串行通信任务的接口称为串行通信接口 ，简称串行接口。l功能： （1）输入时，完成串行到并行格式转换 （2）输出时，完成并行到串行格式转换。2.串行接口Date35返回串行通信数据传输方式有单工方式、半双工方式、全双工方 式Date36返回三、串行通信方式 及异步通信协议串行通信方式串行通信方式 两种：串行异步通信和串行同步通信。 1. 异步通信异步通信:指字符与字符之间的传送是完全异步的，随机的，但一个字符的位与位之间是同步的。 2. 异步通信特点 字符的发送是随机的。 每一个字符传输总以一个起始位为准，然后接收方与发送 方保持同步（格式的统一），最后是
14、停止位 通信双方可随时改变通信协议，即改变数据位、奇偶校验 位和停止位长度或数据传输率。Date37返回3异步通信协议l异步通信协议包括：一是字符的传送格式的规定， 二是数据传送速率的要求。l 异步通信格式 协议，即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或 数据传输率。Date38返回波特率l波特率（Baud Rate）：指单位时间传送二进制数的位 数，一般以秒为单位。l微机中常见的波特率有110，300，600，1200，2400 ，4800，9600，19200等。微机最高波特率由硬件决 定。例：已知字符格式中数据为8位，无校验，1位停止位 ，在1分钟内连续不断传送了 69120个字符，求波特
15、率 。解：一个字符=1+8+0+1=10位每秒传送的字符个数=69120/60=1152个波特率=位/秒=1152*10=11520bits/S=11.52Kbits/sDate39返回4.同步通信 同步通信将多个字符连接成一个数据块，数据块前加1或2 个同步字符，尾部是校验字符，最后为同步字符。 同步的含义 字符与字符之间时间间隔固定不变，是同步的。Date40返回四、串行异步通信标准接口串行异步通信的标准接口有RS-232C、RS-449、 RS-422、RS-485以及20mA电流环等接口。 一、RS-232C接口（PC使用） 1. 接口逻辑：负逻辑传送 1：-15V-5V 0：+5V+
16、15V 允许噪声容限为2V 因此，实际RS-232能够区分的逻辑电平：1：-15V-3V 0：+3V+15V 只有在-3V+3V时逻辑为不确定Date41返回2. RS-232接口信号及含义Date42返回二、RS-232逻辑电平的转 换l为什么要进行逻辑电压的转换？ 因为为RS-232逻辑电逻辑电 平与UATRT电电平 不一致l常用单电源供电的232电平转换芯片 MAX232、TLC232、UN232、SP232 等为为不同厂家的典型单电单电 源供电电的 232接口芯片，完成电电平转换转换 功能。 根据UART的电电平的不同可分为为5V和 3.3V。 Date43返回RS232电平转换原理l计算机通信是TTL和CMOS逻辑电平，而RS-232规 定的电平与之不符，故需电平转换。Date44返回RS232电平转换典型芯片lC1C5可为 0.1uF4,7uF,具体
