第8章输入输出接口及常用接口芯片课件.ppt

1、第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第1页 8.1 概述概述 8.3 输入输出的数据传送方式输入输出的数据传送方式 8.5 可编程计数器定时器可编程计数器定时器8253 8.2 输入输出端口输入输出端口 8.4 可编程并行通信接口可编程并行通信接口8255A 8.6 可编程串行通信接口可编程串行通信接口8251A 第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第2页8.1 8.1 接口电路概述接口电路概述8.1.1 接口基本概念接口基本概念p输入设备：输入信息输入设备：输入信息p输

2、出设备：送出结果输出设备：送出结果输入设备输入设备 键盘、鼠标、扫描仪、磁带机、磁盘机、光盘机、键盘、鼠标、扫描仪、磁带机、磁盘机、光盘机、解调器、解调器、A/D转换器转换器输出设备输出设备 显示器、打印机、绘图仪、磁带机、磁盘机、光盘显示器、打印机、绘图仪、磁带机、磁盘机、光盘机、调制器、机、调制器、D/A转换器转换器 各设备的组成各设备的组成结构、电气性结构、电气性能和工作原理能和工作原理各不相同各不相同第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第3页外部设备种类繁多，输入外部设备种类繁多，输入/输出的信号各不相同输出的信号各不相同计

3、算机只能处理数字信号，外设提供的是模拟信号计算机只能处理数字信号，外设提供的是模拟信号或数字信号或数字信号外设的数字信号可以是并行信号或串行信号，而计外设的数字信号可以是并行信号或串行信号，而计算机只能接收和发送并行信号算机只能接收和发送并行信号外设的输入外设的输入/输出速度有很大差别。输出速度有很大差别。计算机与外部设备之间传送的信息格式和电平高低计算机与外部设备之间传送的信息格式和电平高低也是多种多样也是多种多样J外部设备需要接口电路与计算机相连，外部设备需要接口电路与计算机相连，而为什么不能象存储器那样直接连接到数而为什么不能象存储器那样直接连接到数据总线、地址总线和控制总线呢？据总线、

4、地址总线和控制总线呢？第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第4页解决的办法：解决的办法：加入转换及控制电路，实现信加入转换及控制电路，实现信号的转换及传输速度的匹配号的转换及传输速度的匹配外设接口电外设接口电路必然是多路必然是多样化的样化的定义：定义：把外部设备同计算机连接起来实现数把外部设备同计算机连接起来实现数据传送的转换和控制电路称为外设接口电路，据传送的转换和控制电路称为外设接口电路，简称外设接口。简称外设接口。计算机如何和这些电气性能不同、速度不同以及所计算机如何和这些电气性能不同、速度不同以及所处理的信息格式不同的设备连

5、接，以便能够正确地处理的信息格式不同的设备连接，以便能够正确地输入输入/输出信息，而不造成信息的混乱、丢失呢？输出信息，而不造成信息的混乱、丢失呢？第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第5页8.1.2 接口电路的功能接口电路的功能 外部设备的多样性，导致接口电路多样性。外部设备的多样性，导致接口电路多样性。接口的基本功能接口的基本功能传输信号传输信号提供缓冲功能提供缓冲功能满足接口两边的时序要求满足接口两边的时序要求外设接口电路应具有的功能外设接口电路应具有的功能1数据格式转换数据格式转换3数据缓冲功能数据缓冲功能5实现电平转换及驱

6、动实现电平转换及驱动7可编程序功能可编程序功能2提供联络信号提供联络信号4译码选址译码选址6具备时序控制具备时序控制8错误检测功能错误检测功能第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第6页1数据格式转换数据格式转换接口与系统总线之间，采用并行传送接口与系统总线之间，采用并行传送接口与外设之间，采用并行传送或串行传送接口与外设之间，采用并行传送或串行传送串行外设，接口具有串串行外设，接口具有串/并转换、并并转换、并/串转换能力串转换能力并行外设，接口具有拼装和分解的能力并行外设，接口具有拼装和分解的能力接口产生校验位及对数据进行校验的功能

7、接口产生校验位及对数据进行校验的功能2提供联络信号提供联络信号即状态信息：协调数据传送即状态信息：协调数据传送3数据缓冲功能数据缓冲功能具有输入缓冲、输出锁存的功能具有输入缓冲、输出锁存的功能第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第7页4译码选址译码选址根据地址信号提供地址译码的功能根据地址信号提供地址译码的功能 5实现电平转换及驱实现电平转换及驱动动计算机与外设的电源可能不同计算机与外设的电源可能不同数据总线的驱动能力有限数据总线的驱动能力有限6具备时序控制具备时序控制对于工作同步，提供复位电路对于工作同步，提供复位电路对于信号同步

8、，具有时钟发生器对于信号同步，具有时钟发生器 7可编程序功能可编程序功能编程决定接口的功能编程决定接口的功能 8错误检测功能错误检测功能检测数据传输错误和覆盖错误检测数据传输错误和覆盖错误 第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第8页8.1.4 通信的概念通信的概念 CPU与外部设备之间与外部设备之间,计算机和计算机之间需要进计算机和计算机之间需要进行信息交换，所有这些信息交换均称为行信息交换，所有这些信息交换均称为 1.并行通信是指数据的各位同时进行传送的方式，并行通信是指数据的各位同时进行传送的方式，特点特点是传输速度快。是传输速

9、度快。例如，例如，CPU将数据通过并口送给打印机等都属于将数据通过并口送给打印机等都属于并行通信并行通信。通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。当距离较远、位数又多时，则导致了通信线路复当距离较远、位数又多时，则导致了通信线路复杂且成本高。杂且成本高。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第9页 2.串行通信是指数据的各位一位一位地进行传送串行通信是指数据的各位一位一位地进行传送,特点特点是通信线路简单，只需要一对传输线。是通信线路简单，只需要一对传输线。节省传输线节省传输线（优点）（优点

10、）；数据传输率较低；数据传输率较低（缺点）（缺点）主要适用于长距离、低速率的通信中。主要适用于长距离、低速率的通信中。并行通信并行通信把一个字符各位用几条线同时进行传输。把一个字符各位用几条线同时进行传输。和串行通信相比，并行通信的信息实际传输速度和串行通信相比，并行通信的信息实际传输速度快，信息传输率高。快，信息传输率高。远距离成本高。远距离成本高。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第10页串行通信串行通信 有三种情况：即单工通信方式、半双工通信方式有三种情况：即单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式。和全双工通信方式。单

11、工和双工通信方式单工和双工通信方式发送器接收器单工发送器/接收器发送器/接收器半双工发送器/接收器发送器/接收器全双工第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第11页 同步方式和异步方式同步方式和异步方式 异步通信：每个字符的前面要有一位起始位，起异步通信：每个字符的前面要有一位起始位，起始位后面紧跟的是字符始位后面紧跟的是字符(数据字数据字)，最后是停止位，两，最后是停止位，两个字符间的传输间隔是任意的。个字符间的传输间隔是任意的。标准的异步通信数据格式标准的异步通信数据格式 MARK1 1 1 1 1 1第n个字符第 n 个字符第

12、n+1个字符5 8位数据位0起始位校验位1位终止位1,1.5或2位先送低位第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第12页波特率的概念波特率的概念：单位时间内传送的二进制数据的位数，：单位时间内传送的二进制数据的位数，以位以位/秒（秒（b/s）表示，也称为数据位率。表示，也称为数据位率。它是衡量串它是衡量串行通信速率的重要指标行通信速率的重要指标。波特率因子的概念：波特率因子的概念：通信时，发送端和接收端都要用通信时，发送端和接收端都要用时钟来测定每时钟来测定每1位对应的时间长度，它们称做发送时位对应的时间长度，它们称做发送时钟和接收时

13、钟，这两个时钟的频率相等，是信息位传钟和接收时钟，这两个时钟的频率相等，是信息位传输的输的16倍、倍、32倍或者倍或者64倍。称为波特率因子。倍。称为波特率因子。波特率因子波特率因子=n波特率波特率一般一般n取取1,16,32和和64等。对于异步通信，常采用等。对于异步通信，常采用n=16第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第13页当当n=16时，数据传输监测示意图如下：时，数据传输监测示意图如下：能 完 成 上 述 功 能 的 部 件 为 通 用 异 步 收 发 器能 完 成 上 述 功 能 的 部 件 为 通 用 异 步 收 发

14、 器(UARTUniversal Asynchronous Receiver and Transmitter)。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第14页 同步通信同步串行通信是以数据块（字符块）为同步通信同步串行通信是以数据块（字符块）为信息单位传送，而每帧信息包括成多个字符，传送一信息单位传送，而每帧信息包括成多个字符，传送一旦开始，要求每帧信息内部的每一位都要同步。旦开始，要求每帧信息内部的每一位都要同步。同步字符1同步字符2数据信息图图9-1-3 9-1-3 同步通信数据格式同步通信数据格式 有关串行通信的物理标准有关串行

15、通信的物理标准 字符格式：字符格式：通信双方要约好字符的编码形式、奇偶校通信双方要约好字符的编码形式、奇偶校验形式以及起始位和停止位的规定。验形式以及起始位和停止位的规定。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第15页波特率波特率(Baud rate)：波特率或传输率就是指每秒传输波特率或传输率就是指每秒传输信息的位数，衡量数据传送速率的指标信息的位数，衡量数据传送速率的指标要求发送端和接收端数据传送速率相同。要求发送端和接收端数据传送速率相同。例例1：每个字符对应每个字符对应1个起始位，个起始位，7个信息位，个信息位，1个校验个校验

16、位，位，1个停止位，波特率为个停止位，波特率为1200位位/秒秒(波特波特)，则每秒传，则每秒传输的字符数为：输的字符数为：1200/10=120个。个。每一位的传送时间每一位的传送时间Td就是波特率的倒数，就是波特率的倒数，如如1200波特率，则：波特率，则：Td=1/1200=0.833ms第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第16页答：答：1）波特率是）波特率是 (7位数据位位数据位+1位起始位位起始位+1位校验位位校验位+1位停止位位停止位)240 =2400b/s2）有效数据位传输位是有效数据位传输位是：7240=1680

17、b/s3）传输效率是：传输效率是：1680/2400=70%例例2：异步传输：异步传输7位位ASCII码，如果需要数据传输速率码，如果需要数据传输速率为为240字符字符/秒，用秒，用1位奇偶校验位和位奇偶校验位和1位停止位，则：位停止位，则：1）波特率应该是多少？）波特率应该是多少？2）有效数据位传输位是多少？）有效数据位传输位是多少？3）传输效率是多少？）传输效率是多少？常用的标准波特率为：常用的标准波特率为：110，300，600，1200，1800，2400，4800，9600，19200，。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期

18、三第17页3远程串行通信远程串行通信 采用模拟载波传输方式。如在采用有形介质（如电话采用模拟载波传输方式。如在采用有形介质（如电话线）进行串行通信时，通信双方各接入一个专门设备线）进行串行通信时，通信双方各接入一个专门设备调制解调器调制解调器，将数字信号调制成模拟信号在电话将数字信号调制成模拟信号在电话线上传输，在接收端将模拟信号解调，还原成数字信线上传输，在接收端将模拟信号解调，还原成数字信号。号。电话线电话线第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第18页8.1.3 接口信号接口信号与计算机交换的信息与计算机交换的信息数据信息、状态

19、信息和控制信息数据信息、状态信息和控制信息 。1数据信息数据信息数字量数字量、模拟量、模拟量、开关量、开关量 2状态信息状态信息外设发送给计算机，反映外设工作状态外设发送给计算机，反映外设工作状态 有有BUSY和和READY3控制信息控制信息计算机发送给外设，控制外设的工作计算机发送给外设，控制外设的工作随着外设的具体工作原理不同而具有不同含义随着外设的具体工作原理不同而具有不同含义 第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第19页8.2 输入输出端口输入输出端口8.2.1 输入输出端口的概念输入输出端口的概念都是信息，存放在都是信息，

20、存放在接口的不同寄存器（端口，接口的不同寄存器（端口，Port）中）中，每个端口有，每个端口有端口地址。端口地址。数据端口：存放数据信息。输入端口、输出端口数据端口：存放数据信息。输入端口、输出端口状态端口：存放外设或接口部件本身的状态信息状态端口：存放外设或接口部件本身的状态信息控制端口：存放控制端口：存放CPU发往接口的控制信息，以控制发往接口的控制信息，以控制接口和外部设备工作接口和外部设备工作第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第20页输入设备输入设备具备数据输入端口，状态端口，控制端口具备数据输入端口，状态端口，控制端口输

21、出设备输出设备具备数据输出端口，状态端口，控制端口具备数据输出端口，状态端口，控制端口输入输出设备输入输出设备具备数据输入和输出端口，状态端口，控制端口具备数据输入和输出端口，状态端口，控制端口典型的外设接口：典型的外设接口：I/O接口控制端口状态端口数据输出端口数据输入端口CPU外部输入设备或输出设备DB控制信息状态信息数据信息CBABABCB第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第21页8.2.2 输入输出端口编址方式输入输出端口编址方式对外设的访问实质上是对端口的访问对外设的访问实质上是对端口的访问外设外设I/O端口的地址安排端

22、口的地址安排I/O端口独立编址端口独立编址I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址独立编址的独立编址的I/O端口，用端口，用I/O指令操作指令操作I/O端口与存储器统一编址，用通用数据传送等指端口与存储器统一编址，用通用数据传送等指令操作令操作第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第22页存储器的地址空间为存储器的地址空间为2n字节字节，地址范围为，地址范围为02n-1；若；若I/O寻址为寻址为16位，则位，则I/O端口地址空端口地址空间为间为216=65536字节字节，地址范围为，地址范围为065535存储器访问和存储器访问和

23、I/O端口访问不会发生冲突端口访问不会发生冲突存储器的读、写操作由存储器的读、写操作由MEMR和和MEMW信号控制信号控制1 1I/OI/O端口独立编址方式（端口独立编址方式（I/OI/O指令寻址）指令寻址）端口的读、写操作由端口的读、写操作由IOR和和IOW信号控制，用信号控制，用IN指指令和令和OUT指令操作指令操作 两个独立的地址空间，地址空间重叠两个独立的地址空间，地址空间重叠第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第23页 存存储储器器 I/O 端端口口 控控制制逻逻辑辑 AB DB CB MEMR MEMW IOW IOR

24、CPU 地址空间的分配地址空间的分配接口与存储器接口与存储器空间相互独立空间相互独立第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第24页I/O端口独立编址方式的优点端口独立编址方式的优点 端口地址码短，译码电路简单，指令执行速度快端口地址码短，译码电路简单，指令执行速度快存储器与端口操作指令不同，程序清晰，便于理解存储器与端口操作指令不同，程序清晰，便于理解存储器地址和端口地址独立，端口地址空间不占用存储器地址和端口地址独立，端口地址空间不占用存储器地址空间存储器地址空间存储器和端口的控制结构相互独立，可分别设计，存储器和端口的控制结构相互

25、独立，可分别设计，且利于系统扩展且利于系统扩展I/O端口独立编址方式的缺点端口独立编址方式的缺点 需要专门的需要专门的I/O指令，且只有指令，且只有IN和和OUT两类指令两类指令只能对只能对I/O端口进行输入和输出操作，不能进行其端口进行输入和输出操作，不能进行其它运算处理它运算处理所以程序设计的灵活性较差所以程序设计的灵活性较差第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第25页2I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址(存储器映像编址存储器映像编址)端口被看作存储器单元，分配给一个地址端口被看作存储器单元，分配给一个地址存储器和存

26、储器和I/O端口共用一个地址空间，两者的端口共用一个地址空间，两者的地址是连续的，大小总共为地址是连续的，大小总共为2n字节字节CPU把把I/O端口当作存储单元一样进行访问，端口当作存储单元一样进行访问，不再需要专门的不再需要专门的I/O指令对指令对I/O端口操作，可端口操作，可使用所有的存储器指令使用所有的存储器指令第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第26页地址空间的分配地址空间的分配 存储器与 I/O 端口 控制逻辑 AB DB CB MEMR MEMW CPU 接口与存储器接口与存储器空间合而为一空间合而为一第第8 8章章

27、输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第27页I/O端口与存储器统一编址的优点端口与存储器统一编址的优点 所有指令都可用于所有指令都可用于I/O端口端口从而编程灵活，操作方便从而编程灵活，操作方便I/O端口与存储器统一编址的缺点端口与存储器统一编址的缺点 端口地址占用了存储器地址，使得存储器的地址空端口地址占用了存储器地址，使得存储器的地址空间相对减少间相对减少受地址空间的限制，不利于系统扩展受地址空间的限制，不利于系统扩展 由于地址位数长，指令码相对增长，使得指令执行由于地址位数长，指令码相对增长，使得指令执行速度较慢速度较慢第第8 8章章 输入输

28、出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第28页8.2.3 输入输出端口的地址译码输入输出端口的地址译码通过通过CPU给出的地址信号选定一个端口给出的地址信号选定一个端口可附加控制信号参与地址译码可附加控制信号参与地址译码按照译码电路采用的元器件的不同，分为按照译码电路采用的元器件的不同，分为门门电路译码电路译码与与专用译码器译码专用译码器译码 据使用的地址信号多少，分为全译码方式和据使用的地址信号多少，分为全译码方式和部分译码方式部分译码方式第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第29页全全 译译

29、 码：码：全部地址信号参与译码全部地址信号参与译码部分译码：部分译码：部分地址信号参与译码部分地址信号参与译码部分译码方式部分译码方式多个地址对应一个端口，因为多个地址对应一个端口，因为未参与译码未参与译码的地的地址线的信号可以为任意值址线的信号可以为任意值当系统中端口较多时，为避免地址的冲突，采用当系统中端口较多时，为避免地址的冲突，采用全部地址译码全部地址译码当系统中端口较少，为减少译码电路的复杂性，当系统中端口较少，为减少译码电路的复杂性，可采用部分地址译码可采用部分地址译码 第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第30页1门电

30、路译码门电路译码如图示：如图示：I/O端口独立编址时的译码电路，对端口独立编址时的译码电路，对A0A9地址信号进行译码，信号为地址信号进行译码，信号为1101001110B，即，即34EH。1 A A7 7 A A5 5 A A4 4 A A0 0&A A6 6 A A3 3 A A2 2 A A1 1&1 A AE EN N A A9 9 A A8 8 U U3 3 1 1 I IO OR R I IO OW W 3 34 4E E 读读 3 34 4E E 写写 3 34 4E E U U1 1 U U2 2 U U4 4 U5 U U6 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

31、 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 当接口电路中需要端口较少时采用此方式当接口电路中需要端口较少时采用此方式此为部分地址译码（由于此为部分地址译码（由于A10A15信号任意，则信号任意，则34EH、74EH、B4EH等都有效）等都有效）第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第31页2译码器译码译码器译码 A Y0 B Y1 C Y2 Y3 G2A Y4 G2B Y5 G1 Y6 Y7 1 A A0 0 A A1 1 A A2 2 1 A A1 15 5 A A1

32、 14 4 A A1 13 3 A A1 12 2 A A1 11 1 A A1 10 0 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A9 9 A A8 8 A A7 7 A AE EN N&3 38 80 0H H 3 38 81 1H H 3 38 82 2H H 3 38 83 3H H 3 38 84 4H H 3 38 85 5H H 3 38 86 6H H 3 38 87 7H H 7 74 4L LS S1 13 38 8&I IO OR R I IO OW W A15A3的地址的地址组合为组合为0000001110000时选中时选中74LS138l当接口电路

33、中需多个端口地址时，采用专用译码器当接口电路中需多个端口地址时，采用专用译码器译码。译码。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第32页8.3 输入输出的数据传送方式输入输出的数据传送方式计算机与计算机与I/O接口间的数据传送即数据交换。接口间的数据传送即数据交换。数据传送的控制方式数据传送的控制方式 程序直接控制传送方式、中断方式、程序直接控制传送方式、中断方式、DMA方式和方式和I/O处理机方式处理机方式8.3.1 程序直接控制传送方式程序直接控制传送方式定义：定义：是指在程序控制下进行的数据传送，通常是是指在程序控制下进行的数据

34、传送，通常是在用户程序中安排一段由在用户程序中安排一段由I/O指令和其它指令组成的指令和其它指令组成的程序段，直接控制程序段，直接控制I/O接口的输入接口的输入/输出操作。输出操作。又分为无条件传送方式和程序查询传送方式又分为无条件传送方式和程序查询传送方式第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第33页1 1无条件传送方式无条件传送方式又称同步传送方式。传送时无需查询外设的状态，又称同步传送方式。传送时无需查询外设的状态，而直接使用而直接使用I/O指令进行数据传送。指令进行数据传送。外设的状态固定、事先已知其状态，不需进行查询外设的状

35、态固定、事先已知其状态，不需进行查询判断，直接利用判断，直接利用I/O指令进行数据的传送指令进行数据的传送优点优点硬件、软件开销小硬件、软件开销小只需只需等待一段时间等待一段时间后进行输入后进行输入/输出即可输出即可使用场合使用场合 用于对一些简单外设的操作，如读取用于对一些简单外设的操作，如读取开关状态、驱动七段数码管显示开关状态、驱动七段数码管显示硬件硬件不需要不需要状态端口状态端口和和控制端口控制端口软件软件第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第34页无条件传送的接口电路无条件传送的接口电路：D7D0 端译 码口器 输锁 存出

36、器 输缓 冲入器&地址总线 M/IO WR RD&接发光二极管接发光二极管接开关接开关地址地址300H300H地址地址301H301H则输入则输入/输出程序段为：输出程序段为：CONTR:MOV DX,301HCONTR:MOV DX,301H;输入端口地址送入输入端口地址送入DXDX IN AL,DX IN AL,DX;读取开关状态读取开关状态 MOV DX,300HMOV DX,300H;输出端口地址送入输出端口地址送入DXDX OUT DX,AL OUT DX,AL;控制发光二极管亮灭控制发光二极管亮灭第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月

37、28日星期三第35页 CPU U1 U2 高8位 低8位 U4 M/IO RD 11 M/IO RD 10 M/IO WR 12 IN0 IN1 IN2 IN7 数 据 总 线 U3 采用无条件传送的数据采集系统采用无条件传送的数据采集系统八选一模八选一模拟开关拟开关A/D转换器转换器通道选择通道选择转换为数字转换为数字读取读取第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第36页2 2程序查询传送方式程序查询传送方式又称为条件传送，或异步传送又称为条件传送，或异步传送I/O操作前，不断读取并测试外设的状态。就绪，则操作前，不断读取并测试外设

38、的状态。就绪，则交换信息，否则继续查询等待，直到就绪。交换信息，否则继续查询等待，直到就绪。接口电路中应具有数据端口和状态端口接口电路中应具有数据端口和状态端口传送过程传送过程读取状态字读取状态字测试状态字的相应位是否满足测试状态字的相应位是否满足“就绪就绪”条件，如条件，如果不满足，则回到前一步继续读取状态字果不满足，则回到前一步继续读取状态字如果状态字表明外设已经处于如果状态字表明外设已经处于“就绪就绪”状态，则状态，则传送数据传送数据 程序查询传送程序查询传送有查询输入和有查询输入和查询输出。查询输出。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月

39、28日星期三第37页 输入设备 锁存器 缓冲器 缓冲器 地址译码 R CP Q D 缓冲器 选通&数据总线 RD M/IO+5V D0 读取状态信息 READY?读取数据信息 是 否 查询式输入查询式输入工作过程为：工作过程为：外设发选通信号，将外设的数据打入锁存器；外设发选通信号，将外设的数据打入锁存器；另使另使D D触发器输出触发器输出1 1，送状态缓冲器；，送状态缓冲器；读取状态读取状态缓冲器；缓冲器；准备好则读取数据缓冲器准备好则读取数据缓冲器 程序查询输入接口电路 查询式输入流程查询输入部分的程序为：查询输入部分的程序为：INDATA:INAL，STATUS_PORT；从状态端口读入

40、状态；从状态端口读入状态TEST AL，01H；测试是否；测试是否“准备好准备好”JZ INDATA；否，转；否，转INDATA循环测试循环测试INAL，DATA_PORT；是，从数据端口读取数据；是，从数据端口读取数据复位状态复位状态状态状态数据数据第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第38页 输出设备 锁存器 地址译码 R CP Q D 缓冲器&数据总线 RD M/IO+5V D7 读取状态信息 BUSY?输出数据信息 是 否 ACK WR 查询式输出查询式输出工作过程工作过程:外设空闲，发外设空闲，发ACK复位复位D触发器作为

41、外设状态；触发器作为外设状态；CPU读取外设状态；读取外设状态；若外设空闲，则送出数据，并置位若外设空闲，则送出数据，并置位D触发器；触发器；读状态读状态送数据送数据置位置位第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第39页OUTDATA:INOUTDATA:IN AL,STATUS_PORT AL,STATUS_PORT;读入状态读入状态 TEST TESTAL,80HAL,80H;测试是否测试是否”忙忙”JNZJNZOUTDATAOUTDATA;是是,转转OUTDATAOUTDATA循环测试循环测试 MOVMOVAL,STOREAL,

42、STORE;否否,从缓冲区取数据从缓冲区取数据 OUTOUTDATA_PORT,ALDATA_PORT,AL;输出到数据端口输出到数据端口查询输出部分的程序为：查询输出部分的程序为：第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第40页采用查询方式的数据采集系统采用查询方式的数据采集系统 CPU U1 U2 A/D转换 U4 M/IORD11 M/IOWR12 IN0 IN7 数据总线 8 READY 8 8 U3 启动 4 2 1 0 M/IORD10 图示电路为采用查询方式进行八路模拟量输入的数图示电路为采用查询方式进行八路模拟量输入的数

43、据采集系统。据采集系统。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第41页8.3.2 中断传送方式中断传送方式程序直接控制数据传送方式的优点是电路简单、软程序直接控制数据传送方式的优点是电路简单、软件简练且清晰，但效率低。件简练且清晰，但效率低。利用中断实现利用中断实现CPU和外设间的数据传送和外设间的数据传送中断传中断传送方式。送方式。在外设就绪时暂停执行主程序在外设就绪时暂停执行主程序在一定程度上实现了在一定程度上实现了CPU和外设的并行工作和外设的并行工作在一定程度上也实现了外设与外设间的并行工作在一定程度上也实现了外设与外设间的并

44、行工作第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第42页为了实现中断传送，计算机系统应提供相应的软件为了实现中断传送，计算机系统应提供相应的软件和硬件方面的支持。和硬件方面的支持。在软件方面，要编制中断申请对应的中断处理（服在软件方面，要编制中断申请对应的中断处理（服务）程序模块并装入内存，再将各模块的首地址写务）程序模块并装入内存，再将各模块的首地址写入中断向量表。入中断向量表。在硬件方面，设置在硬件方面，设置CPUCPU使其能够响应中断，设置中使其能够响应中断，设置中断接口与中断控制。断接口与中断控制。有关中断的详细内容见第有关中断的

45、详细内容见第8章中断系统。章中断系统。第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第43页8.3.3 DMA（直接存储器存取）方式（直接存储器存取）方式 中断传送方式需要中断传送方式需要保护断点、标志和保护现场保护断点、标志和保护现场等操等操作，存在着作，存在着CPU运算资源得不到充分利用的问题。运算资源得不到充分利用的问题。对于高速外设，中断传送方式对于高速外设，中断传送方式甚至不能满足数据传甚至不能满足数据传送的要求送的要求。为此提出了在外设和内部存储器之间直。为此提出了在外设和内部存储器之间直接传送数据的方式，即接传送数据的方式，即D

46、MA方式（方式（Direct Memory Access）。）。DMA方式传送数据直接在外设与内部存储器之间方式传送数据直接在外设与内部存储器之间进行，即开辟了一条数据传送通道，传送期间不需进行，即开辟了一条数据传送通道，传送期间不需CPU干预也不需要软件介入，数据传送的速度的上干预也不需要软件介入，数据传送的速度的上限就取决于存储器的工作速度。限就取决于存储器的工作速度。DMA控制器控制器(DMAC-Direct Memory Access Controller)实实施施DMA传送控制传送控制第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第

47、44页CPU存储器高速设备DMAC总线DMA控制器作为系统的核心，具有两个特性：控制器作为系统的核心，具有两个特性：总线总线从属性从属性和和总线主控性总线主控性。总线从属性总线从属性 DMAC如同普通的如同普通的I/O接口芯片，可由接口芯片，可由CPU通过对通过对其端口进行读写，设置其端口进行读写，设置DMAC的工作方式的工作方式总线主控性总线主控性 DMAC作为作为DMA系统的核心器件，在系统的核心器件，在DMA传输中传输中其表现如同其表现如同CPU一样，可掌管总线控制权一样，可掌管总线控制权 第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三

48、第45页1.DMA控制器的功能控制器的功能通常地址总线、数据总线和一些控制信号线由通常地址总线、数据总线和一些控制信号线由CPU管理。管理。在在DMA传送时，传送时，DMA控制器接管这些总线。控制控制器接管这些总线。控制数据的传送、判断数据的传送、判断DMA传送是否结束以及发出传送是否结束以及发出DMA结束等信号。结束等信号。所以所以DMA控制器必须具备以下功能控制器必须具备以下功能DMAC能够向能够向CPU发出总线请求信号发出总线请求信号HOLD DMAC接管对总线的控制，进入接管对总线的控制，进入DMA方式方式第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年

49、12月28日星期三第46页在在DMA传送期间，能发出读、写等控制信号传送期间，能发出读、写等控制信号能决定传送的字节数，以及判断能决定传送的字节数，以及判断DMA传送是否结束传送是否结束在在DMA传送结束，向传送结束，向CPU发出发出DMA结束信号，将总结束信号，将总线控制权交还给线控制权交还给CPU，使，使CPU恢复正常工作状态恢复正常工作状态DMAC能发出地址信号，对存储器、外设进行寻址；能发出地址信号，对存储器、外设进行寻址；在完成一次传送后修改地址指针，以便传送下一数在完成一次传送后修改地址指针，以便传送下一数据据第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2

50、022年12月28日星期三第47页2.DMA接口接口 设备选择寄存器 CPU 存储器 字/字节计数器 状态寄存器 控制寄存器 接 口 数据输入端口 数据输出端口 状态端口 控制端口 HOLD HLDA 数据缓冲寄存器 DMA 请求 触发器 I/O 设备 选通脉冲STB DMA 请求 DMA 响应 就绪信号READY DMA 控制器 内存地址计数器 系统总线 DMA系统框图为：系统框图为：第第8 8章章 输入输出接口及常用接口芯片输入输出接口及常用接口芯片 2022年12月28日星期三第48页关键是如何识别合适的、可挪用的周期，以避免与关键是如何识别合适的、可挪用的周期，以避免与CPU的操作发生