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1、第第 6 6 章章第6章 基本输入输出接口教学重点n I/O接口电路的典型结构n 无条件传送方式n 查询传送方式n 中断工作过程6.1 I/O接口概述为什么需要I/O接口（电路）？n微机的外部设备多种多样n工作原理、驱动方式、信息格式、以及 工作速度方面彼此差别很大n它们不能与CPU直接相连n必须经过中间电路再与系统相连n这部分电路被称为I/O接口电路多种外设6.1 I/O接口概述（续1）什么是I/O接口（电路）？nI/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路nPC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线 槽的电路板（适配器）都是接口电路CPUCPU接口接口 电路电路I
2、/OI/O 设备设备6.1 I/O接口概述（续2）什么是微机接口技术？n处理微机系统与外设间联系的技术n注意其软硬结合的特点n根据应用系统的需要，使用和构造相应 的接口电路，编制配套的接口程序，支持 和连接有关的设备6.1.1 I/O接口的主要功能 对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲 环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换微机直接处理：数字量、开关量、脉冲 量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络6.1.2 I/O接口的典型结构控制总线CB地址总线ABI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设
3、控制寄存器状态寄存器数据寄存器 1. 接口电路的内部结构 2. 接口电路的外部特性 3. 接口电路芯片的分类 4. 接口电路的可编程性1. 接口电路的内部结构nCPU与外设主要有数据、状态和控制信息 需要相互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器n保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 状态寄存器n保存外设或接口电路的状态 控制寄存器n保存CPU给外设或接口电路的命令2. 接口电路的外部特性n主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：n用于与CPU连接n主要是数据、地址和控制信号 面向外设一侧的信号：n用于与外设连接n提供的信号五花八门n功能定义、时序及有效电平等差异较大3. 接
4、口电路芯片的分类n接口电路核心部分往往是一块或数块大规 模集成电路芯片（接口芯片）：n通用接口芯片n支持通用的数据输入输出和控制的接口 芯片n面向外设的专用接口芯片n针对某种外设设计、与该种外设接口n 面向微机系统的专用接口芯片n与CPU和系统配套使用，以增强其总体 功能4. 接口电路的可编程性n许多接口电路具有多种功能和工作方式， 可以通过编程的方法选定其中一种n接口需要进行物理连接，还需要编写接口 软件n接口软件有两类：n初始化程序段设定芯片工作方式等n数据交换程序段管理、控制、驱动 外设，负责外设和系统间信息交换6.1.3 I/O端口的编址接口电路占用的I/O端口有两类编排形式nI/O端
5、口单独编址nI/O地址空间独立于存储地址空间n如8086/8088nI/O端口与存储器统一编址n它们共享一个地址空间n如M6800理解端口I/O端口单独编址n优点：nI/O端口的地址空间独立n控制和地址译码电路相对简 单n专门的I/O指令使程序清晰 易读n缺点：nI/O指令没有存储器指令丰 富内存 空间 I/O 空间FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口独立编址I/O端口与存储器统一编址n优点：n不需要专门的I/O指 令nI/O数据存取与存储 器数据存取一样灵活n缺点：nI/O端口要占去部分 存储器地址空间n程序不易阅读（不易 分清访存和访问外设）内存 部分I/O 部分存储器空间0000
6、0FFFFF6.1.4 8088/8086的输入输出指令n输入指令 IN AL,i8;字节输入，直接寻址 IN AL,DX;字节输入，间接寻址 IN AX,i8;字输入，直接寻址 IN AX,DX ;字输入，间接寻址n输出指令 OUT i8,AL ;字节输出，直接寻址 OUT DX,AL;字节输出，间接寻址 OUT i8,AL ;字输出，直接寻址 OUT DX,AL;字输出，间接寻址演 示演示8088/8086的I/O端口n8088只能通过输入输出指令与外设进行数 据交换；呈现给程序员的外设是端口（Port ），即I/O地址n8086用于寻址外设端口的地址线为16条， 端口最多为2166553
7、6（64K）个，端口号 为0000H FFFFHn每个端口用于传送一个字节的外设数据I/O寻址方式n8088/8086的端口有64K个，无需分段， 设计有两种寻址方式v直接寻址：只用于寻址00H FFH前256 个端口，操作数i8表示端口号v间接寻址：可用于寻址全部64K个端口， DX寄存器的值就是端口号n对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式数据交换方式n如果输入输出一个字节，利用AL寄存器n如果输入输出一个字，利用AX寄存器n输入一个字，实际上是从连续两个端口输入 两个字节，分别送AL（对应低地址端口）和 AH（对应高地址端口）n输出一个字，实际上是将AL（对应低地址 端口）和AH（对应高
8、地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口IN指令（从20H端口输入一个字）；方法1：字量输入，直接寻址 in ax,20h；方法2：字量输入，间接寻址 mov dx,20h in ax,dx；方法3：字节输入，直接寻址 in al,21h mov ah,al in al,20h ；方法4：字节输入，间接寻址 mov dx,21h in al,dx mov ah,al dec dx in al,dxOUT指令（向300H端口输出一个字节）；唯一的方法：间接寻址，字节量输出 mov al,bvar ；bvar是字节变量 mov dx,300h out dx,al6.1.5 I/O地址的译码nI/
9、O地址的译码方法与存储器地址的译码方法 一样，但有它的特点：n部分译码时，通常是中间地址线不连接n部分译码也有最低地址线不连接的情况n每个接口电路通常只占用几个I/O地址，这时可 以利用基本逻辑门电路进行地址译码n除采用译码器、门电路进行译码外，I/O地址译 码还经常采用可编程逻辑器件PLDn为了给系统一定的选择余地，有些接口电路利 用比较器、开关或跨接器等进行多组I/O地址的译码IBM PC/AT主机板的I/O译码电路接口芯片内部译码A0A4DMA控制器1 中断控制器1 定时计数器 并行接口电路 DMA页面寄存器 中断控制器2 DMA控制器2 协处理器A5 A6 A7A8 A9ALS138译
10、码器HLDA MASTERA B CE1 E2 E3Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7IBM PC/XT主机板的I/O译码电路Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5Y6 Y7A5 A6 A7A8 A9 AENIOWA B CG2B G2A G174LS13874LS138DMA CS（8237） INTR CS（8259） T/C CS（8253） PPI CS（8255）WRTDMAPG （写DMA页面寄存器）WRTNMIREG （写NMI屏蔽寄存器）逻辑门电路进行I/O地址译码A9 A8 A7 A6 A5 A2 A4 A3 AEN A1 A074LS033E7H6.1.6 数据传送
11、方式n程序控制下的数据传送通过CPU执行程序 中的I/O指令来完成传送，又分为：无条件传送、 查询传送、中断传送n直接存储器存取（DMA）传送请求由外设 向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请 总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存 储器间的数据传送nI/O处理机CPU委托专门的I/O处理机来管 理外设，完成传送和相应的数据处理6.2 无条件传送方式及其接口n在CPU与慢速变化的设备交换数据时， 可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时 可以进行数据传送，这就是无条件传送， 或称立即传送、同步传送n适合于简单设备，如LED数码管、按键 或按纽等n无条件传送的接口和操作均十分简单n
12、这种传送有前提：外设必须随时就绪流程无条件传送：输入示例MOV DX, 160H INAL, DX无条件传送：输入实例MOV DX, 160H INAL, DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数据总线CS RD无条件传送：输出示例MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL无条件传送：输出实例MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL+5V74LS373300 x 8LE OE数据总线CS WR无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLK LS06 反相 驱动器LS273 8D 锁存器LS244 三态 缓冲器8000H
13、译码+5VLED0LED7GIOWIORnext:mov dx,8000h ;DX指向数据端口in al,dx;从输入端口读开关状态not al;反相out dx,al;送输出端口显示call delay;调子程序延时jmp next;重复6.3 查询传送方式及其接口nCPU需要先了解（查询）外设的工作状 态，然后在外设可以交换信息的情况下（ 就绪）实现数据输入或输出n对多个外设的情况，则CPU按一定顺序 依次查询（轮询）。先查询的外设将优先 进行数据交换n查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽 ，但传送效率低就绪查询传送的两个环节 查询环节n寻址状态口n读取状态寄存器的标志位n若不就绪就继续查
14、询，直至就绪 传送环节n寻址数据口n是输入，通过输入指令从数据端口 读入数据n是输出，通过输出指令向数据端口 输出数据输入状态就绪？数据交换YN流程6.3.1 查询输入接口IOR +5V8D 锁存器8位 三态 缓冲器译码1位 三态 缓冲器RQA0A158000H8001HD0D7D0D输入 设备IORSTBmov dx,8000h ;DX指向状态端口status: in al,dx;读状态端口test al,01h;测试标志位D0jz status;D00，未就绪，继续查询inc dx;D01，就绪，DX指向数据端口in al,dx;从数据端口输入数据6.3.2 查询输出接口8D 锁存器译码1
15、位 三态 缓冲器RQA0A158000H8001HD0D7D7D+5V输出 设备ACKIOWIORmov dx,8000h ;DX指向状态端口status: in al,dx;读取状态端口的状态数据test al,80h;测试标志位D7jnz status;D71，未就绪，继续查询inc dx;D70，就绪，DX指向数据端口mov al,buf;变量buf送ALout dx,al;将数据输出给数据端口6.3.3 查询方式的EEPROM编程2817AA0A10A0A108000HI/O0I/O7D0D7D0译码A11A19译码A0A15RDY/BUSYIORWE RDMEMW MEMRCEnex
16、t:mov al,55h ;写入内容55H mov bx,al ;写入存储单元 nop;空操作指令，起延时作用 nop next1: in al,dx;查询状态口 test al,01h ;测试D0 jz next1;D00，芯片还在写入 inc bx;D01，写毕，指针移动 loop next;循环至全部字节写完6.4 中断传送方式断点主程序中断服务程序中断请求对外设 进行处理继续执行返回断点nCPU在执行程序中， 被内部或外部的事件所 打断，转去执行一段预 先安排好的中断服务程 序；服务结束后，又返 回原来的断点，继续执 行原来的程序流程6.4.1 中断传送与接口n中断传送是一种效率更高的程序传送方式n进行传送的中断服务程序是预先设计好的n中断请求是外设随机向CPU提出的nCPU对请求的检测是有规律的：一般是在每 条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入 引脚
