《微型计算机基本原理与接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 陈红卫 主编 第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机基本原理与接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 陈红卫 主编 第六章（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、主要内容 有关接口的基本概念 CPU与外设交换信息的方式 简单I/O接口 可编程I/O接口8255及应用,第六章 输入/输出接口,输入/输出接口简称I/O接口,6.1 概述,1外设的特点 （1）外设品种多 （2）外设的工作速度慢且分布范围广 （3）外设的信号类型与信号电平种类多 （4）外设传输的信息结构格式复杂,2I/O接口的功能 （1）数据缓冲和锁存 （2）提供联络信息 （3）信号与信息格式的转换 （4）设备选择 （5）中断管理 （6）可编程功能 （7）具备时序控制,3I/O接口的基本结构 I/O接口有两个接口面，一个I/O接口可能包含多个I/O端口，每个I/O端口需要一个地址。,I/O接口
2、的基本结构,输入输出,6.2.1 I/O端口的编址方式 常用有两种编址方法： （1）和存储器统一编址方式，也称存储器映像方式； （2）和存储器分开，单独编址，也称I/O映像方式。,6.2 输入/输出接口的基本概念,1I/O端口与存储器统一编址方式 把I/O端口地址看作是整个存储器空间的一部分，每个I/O端口看成是一个存储器单元，CPU可利用访问存储器的指令来访问I/O端口，不需要设置专门的I/O指令。,优点： （1） 指令功能比较齐全。 （2）CPU的I/O控制逻辑较简单，对应CPU的引脚数相对较少。 缺点： （1）用户的存储器地址空间相对减少。 （2）指令的长度通常比单独I/O指令要长，指令
3、的执行时间也较长。,2 I/O端口单独编址方式 将I/O端口地址和存储器地址分开，单独编址，各自形成完整的地址空间，两者可以使用相同的地址编号，CPU使用专门的I/O指令来访问I/O端口。,优点 （1）不减少用户的存储器地址空间； （2）单独I/O指令的地址码较短。 缺点 （1）单独I/O指令的功能有限。 （2）I/O操作时序及I/O控制信号线，增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。,6.2.2 输入输出传送方式 CPU与I/O设备之间进行信息交换需要： （1） 数据信号 （2） 状态信号 （3）控制信号,在微型计算机中，主机与外设之间的数据传送方式有四种： 1无条件传送方式 无条件传送方式又称
4、同步传送方式。它是假设外设已经准备就绪，CPU直接利用数据传送指令（与存储器统一编址），或输入指令（IN指令）、输出指令（OUT指令）与外设传送数据。,2程序查询传送方式(也称条件传送方式) CPU通过程序不断地读取并测试外设接口的状态，当设备处于准备就绪，才执行I/O指令完成相应的数据传送操作。,例6.1：一个状态端口地址为0AH，状态端口中的D7为“准备就绪”线，当D7=1表示外设准备就绪。数据端口地址为0BH，编写查询方式输入程序段。,例6.2：一个状态端口地址为0AH，状态端口中的D1为反映外设“空闲”线，当D1=1表示外设空闲。数据端口地址为0BH，编写查询方式把内存中STORE单元
5、内容送至端口的输出程序段。,3中断控制方式 外设准备就绪时自动向CPU发出中断请求信号。CPU在执行每一条指令的末尾处，硬件自动检查是否有外设发出中断请求。,与程序查询方式相比，中断控制方式的数据传送提高了CPU的工作效率，而且外设具有申请服务的主动权。,4DMA（直接存储器存取）方式 是外设与内存之间直接进行交换数据的方式。它不需要CPU的干预，也不需要软件介入，而是由专用的硬件来完成这种高速的数据传送。,HOLD：总线保持请求（在数据传送期间保持高电平） HLDA：总线保持响应（在数据传送期间保持高电平） DREQ：DMA请求 DACK ： DMA响应,传送结束？,Y,DMAC发送存储器地
6、址,外设与存储器传送数据,N,DMA工作流程：,6.3.1 简单的并行接口 1简单并行接口的结构 简单的并行接口通常由锁存器和三态缓冲器完成。,6.3 并行接口芯片,2芯片举例 （1）74LS373锁存器 74LS373是一8D锁存器。,（2）74LS244缓冲器 74LS244是一三态输出的八单向缓冲器。,(3)74LS245 74LS245是一三态八双向缓冲器。,接口电路,输出型外设,输入型外设,冲,74LS373,NEXT： MOV DX，8000H ； DX指向接口 IN AL，DX ；从输入口读开关状态 NOT AL ；反相 OUT DX，AL ；送输出口显示 CALL DELAY
7、；调子程序延时10ms JMP NEXT ；重复,输入输出使用一个端口地址 编写数据传送程序段 ：,18255A的内部组成 8255A的内部组成框图如图6.5所示。,6.3.2 可编程并行接口,（1）数据总线缓冲器 双向三态8位数据缓冲器，它是8255A与CPU数据总线的接口。输入数据、输出数据、CPU发送给8255A的控制字以及从8255A读出的状态信息都是通过该缓冲器传送。,（2）读/写控制逻辑电路 读/写控制逻辑负责管理8255A的数据传送过程。接收片选信号CS、来自地址总线的地址信号A1、A0和来自控制总线的信号RESET，WR，RD，将这些信号组合后产生A组部件和B组部件的控制信号。
8、,（3）端口A、B、C 端口A有一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存器/缓冲器，用作输入口或输出口时，都有数据锁存功能。 端口B有一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存器/缓冲器，用作输入口或输出口时，也都有数据锁存功能。 端口C有一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出锁存器/缓冲器，用作输入口时，不具锁存；用作输出口时，具有锁存。,（4）A组控制和B组控制 这两组控制逻辑电路一方面接收内部总线上的控制字（来自CPU），另一方面接收来自读/写控制逻辑电路的读/写命令，由此来决定两组端口的工作方式及读/写操作。 A组控制控制端口A及端口C的高4位。 B组控制控制端口B及端口C的低
9、4位。,2.外部引脚 40脚双列直插封装，引脚分配如图6.6所示。 （1）电源、地线：+5V输入端VCC，地线GND； （2）与外设相连：PA7PA0，端口A引脚； PB7PB0，端口B引脚； PC7PC0，端口C引脚； （3）与CPU相连,RESET：复位信号，高电平有效。当RESET信号有效时，所有内部寄存器都被清零。同时3个数据端口被自动设置为输入口。 D7D0：双向数据线 CS：片选信号，低电平有效。 RD：读信号，低电平有效。 WR：写信号，低电平有效。 A1、A0：端口选择信号。规定A1A0为00，01，10，11时，分别选中端口A、端口B、端口C和控制端口。,38255A的工作方
10、式与控制字 （1）8255A的工作方式 a方式0 方式0也叫做基本输入/输出方式。它规定3个端口中的每一个都可以用作简单的输入或输出口；A、B口分别看成一个8位口，C口可看成两个4位口，或1个8位口。这些口共可构成16种不同的使用组合方式，见表6.1。,b方式1 方式1也叫做选通的输入/输出方式。 方式1输入 当端口A和端口B工作于“方式1输入”时，控制信号定义如图6.7所示。,方式1（端口A）,方式1（端口B）,图6.7 方式1下A、B口均为输入时的信号定义,STB：选通输入信号，低电平有效。它是由外设送给8255A的输入信号，当其有效时，8255A接收外设送来的一个8位数据。 IBF（In
11、put Buffer Full）：“输入缓冲器满”信号，高电平有效。IBF信号是由STB使其置位（变为高电平），而由读信号RD的上升沿使其复位（变为低电平）。 INTR（Interrupt Request）：中断请求信号，高电平有效。,以端口A为例，在允许中断情况下，对方式1输入的工作过程归结如下： CPU通过执行OUT指令送“方式选择控制字”到8255A，设定端口A为“方式1输入”工作方式。接着使PC4=1，于是INTEA=1，允许端口A处于中断状态。 当外设的选通信号STB有效时，来自外设的数据装入8255A输入缓冲器后， IBFA=1。,在INTEA=1及IBFA=1且STB=1时，IN
12、TRA由0变1，端口A向CPU发出中断请求信号。 CPU响应中断，进入中断服务程序，通过执行IN指令对端口A进行读操作，将端口A中的数据读入CPU。并由RD的下降沿使INTRA=0，撤销中断请求，由RD的上升沿使IBFA=0 ，接着8255A的A口又可以接收外设送来的新数据。,方式1输出 当端口A和B工作于方式1输出时，控制信号定义如图6.8所示。,OBF（Output Buffer Full）：“输出缓冲器满”信号，低电平有效。 ACK（Acknowledge）：外设响应信号，低电平有效。当其有效时，表明CPU通过8255A输出的数据已经由外设取走。它是对OBF信号的回答。 INTR（Int
13、errupt Request）：中断请求信号，高电平有效。INTR是当ACK、OBF、INTE都为“1”时才被置成高电平，由WR的上升沿使其变为低电平。,以端口A为例，在允许中断情况下对方式1输出的工作过程归纳如下： CPU通过输出指令送方式选择控制字到8255A，设定端口A的工作方式为“方式1输出”。接着使PC6=1，于是INTEA=1，端口A处于中断允许状态。此时OBFA=1，ACKA也为1。在此种条件下之下，INTRA端输出由低变高，端口A向CPU发出中断请求信号。,CPU响应端口A的中断请求，执行OUT指令将数据写入端口A。在写信号的上升沿作用下，INTR信号变成低电平，同时OBFA=
14、0，表明CPU已经把数据送至指定端口，外设可以把数据输出。外设取走数据后，发出应答信号ACKA=0。 在ACKA有效信号结束后，一方面使OBFA=1，又一方面使INTRA输出端由低变高，端口A再次向CPU发出中断请求，要求输出新的数据，从而又开始一次新的数据输出过程。,c方式2 方式2也叫双向传输方式，只有端口A才能工作于方式2。当端口A工作于方式2时，控制信号的定义如图6.9所示。,INTRA,（2）方式控制字及状态字 8255A的控制字由8位二进制数构成，各位的控制功能如图6.10所示。,状态字 状态字为查询方式提供了状态标志位，通过读取端口C口的内容，可以检查A口和B口的状态。如图6.1
15、2所示。,（3）8255A的初始化 在使用8255A芯片时，首先要对它进行初始化，设定端口的工作方式和输入输出。通过软件由CPU向8255A控制寄存器写入方式选择控制字，再对C口按置位/复位写入控制字，这个设置过程就称为“初始化”。 MOV DX，控制端口地址 MOV AL，控制字 OUT DX，AL,6.4.1 Intel 8255A的寻址及连接 8255A芯片内有两根地址线A1，A0，共占用4个端口地址，对端口地址可以进行读/写操作。,6.4 Intel 8255A的应用,例6.3：用8255A作为主机连接打印机接口，如图6.15所示。假设8255A的端口A地址：D0H；端口B地址：D1H
16、；端口C地址：D2H；控制口寄存器地址：D3H。编写程序段，实现N个字符的输出打印。,1LED显示器结构 LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有共阳极和共阴极两种。,6.4.2 七段数码显示器的接口,2显示控制 两种显示方式：静态显示和动态显示。 静态显示:把需要显示的字符的各字段连续通过电流，因而所显示的字段连续发光。 动态显示:把需要显示的字符的各字段断续通过电流，因而其发光是不连续的。,3应用举例 例6.4：用6位LED数码管组成显示器系统，由8255A的端口经驱动控制，接成动态显示方式。采用共阴极显示器，同相驱动，具体连线如图6.17所示。,1独立式按键接口电路和扫描方式 独立式按键中的每个按键相互独立，一个按键对应一根输入线，各按键的状态互不影响，CPU需对各按键
