輸入和輸出的方法以及常用的接口電路(微型計(jì)算機(jī)原理)

西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院1§9.1概述⒈什么是I/O接口？I/O接口是介于CPU與外設(shè)之間的一組邏輯電路的總稱(chēng)。實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)之間的信息交換。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院2⒉基本I/O接口⑴基本輸入接口⑵基本輸出接口西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院3⒊I/O接口的主要作用⑴對(duì)信號(hào)的形式、數(shù)據(jù)格式進(jìn)行變換與匹配；⑵提供信息交換的應(yīng)答信號(hào)；⑶根據(jù)尋址信息選擇相應(yīng)的外設(shè)；⑷時(shí)序匹配(定時(shí)關(guān)系)⑸總線隔離與驅(qū)動(dòng)能力(電平轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器)西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院4⒋I/O接口電路的基本結(jié)構(gòu)西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院5補(bǔ)充：接口與端口的區(qū)別⑴接口是從整體上看，將處于CPU與外設(shè)之間，為了實(shí)現(xiàn)某種信息交換要求而組成的所有邏輯電路統(tǒng)稱(chēng)為“接口”。例如：并行通信接口，串行通信接口，A/D轉(zhuǎn)換接口等。⑵端口是接口電路中，具有特定功能，能被CPU直接進(jìn)行讀/寫(xiě)操作的寄存器。例如：數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，狀態(tài)端口，命令端口等。一個(gè)接口一般包含1個(gè)或多個(gè)端口；CPU通過(guò)對(duì)端口的讀/寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的操作；西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院6§9.2基本的輸入/輸出方法在微機(jī)中，主機(jī)與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的基本方法有4種：⒈程序控制的輸入/輸出方式⑴無(wú)條件傳送方式適用于總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)的外設(shè)如：開(kāi)關(guān)發(fā)光器件(如發(fā)光二極管、7段數(shù)碼管、燈泡等)繼電器步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：軟件及接口硬件簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：只適用于簡(jiǎn)單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院7⑵有條件傳送方式（查詢方式）適用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好，而且對(duì)傳送速率、傳送效率要求不高的場(chǎng)合。CPU在與外設(shè)交換數(shù)據(jù)前必須詢問(wèn)外設(shè)狀態(tài)——“準(zhǔn)備好沒(méi)有？”對(duì)外設(shè)的要求：應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息對(duì)接口的要求：需要提供狀態(tài)端口優(yōu)點(diǎn)：軟件比較簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性差，速度較慢。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院8查詢方式的工作流程圖超時(shí)?READY?與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換超時(shí)錯(cuò)讀入并測(cè)試外設(shè)狀態(tài)YNYN傳送完？防止死循環(huán)復(fù)位計(jì)時(shí)器NY西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院9⒉程序中斷的輸入/輸出方式CPU無(wú)需循環(huán)查詢外設(shè)狀態(tài)，而是外部設(shè)備在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)才向CPU申請(qǐng)服務(wù)，CPU中斷正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去為申請(qǐng)中斷的設(shè)備服務(wù)。等服務(wù)結(jié)束又返回被中斷程序繼續(xù)運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：CPU和外設(shè)的效率都高，實(shí)時(shí)性好，速度快。缺點(diǎn)：需要特殊硬件支持，程序編制較為復(fù)雜。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院10⒊直接存儲(chǔ)器存取方式（DMA）前面三種I/O方式都需要CPU作為中介：

外設(shè)

CPU

內(nèi)存直接存儲(chǔ)器存取方式：優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸由DMAC控制，數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換，可以達(dá)到很高的傳輸速率。（可達(dá)幾MB-幾十MB/秒）西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院11⒋專(zhuān)用I/O處理器傳送方式當(dāng)系統(tǒng)中有大量高速I(mǎi)/O設(shè)備時(shí)，可用專(zhuān)用I/O處理器（如8089）來(lái)完成系統(tǒng)與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。Z8590UPC通用外部設(shè)備控制器是一種分布式智能I/O控制器西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院12

§9.38255并行接口電路⒈8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ⒉8255的引腳圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院13⒊8255的端口功能⒋8255的讀寫(xiě)操作西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院14⒌8255的控制字和狀態(tài)字8255的工作方式由方式控制字和置位/復(fù)位控制字來(lái)選擇，通過(guò)讀PC口可以測(cè)試各端口的工作狀態(tài)。⑴方式控制字例如：要求：PA口輸出

PB口輸出

PC口輸入則方式控制字為：10001001用十六進(jìn)制表示為：89H西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院15⑵置位/復(fù)位控制字例如：要把PC口的D3位置1，則置位/復(fù)位控制字內(nèi)容為：00000111用十六進(jìn)制表示為：07H西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院16方式1輸入狀態(tài)方式1輸出狀態(tài)A組方式2，B組方式1輸入狀態(tài)A組方式2，B組方式1輸出狀態(tài)⑶工作狀態(tài)字西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院17⒍8255的工作方式⑴方式0基本輸入/輸出方式，適用于無(wú)需應(yīng)答信號(hào)的簡(jiǎn)單的無(wú)條件輸入/輸出數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。方式控制字為：1

00

PAPC7-4

0

PBPC3-01輸入1輸入1輸入1輸入

0輸出0輸出0輸出0輸出例如：要求PA輸入，PB輸出，PC7-4輸出，PC3-0輸入則方式控制字為：10010001西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院18⑵方式1

選通型（應(yīng)答式）輸入/輸出方式。①方式1輸入當(dāng)PA口工作在方式1輸入時(shí)，將PC5、PC4、PC3作為應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)PB口工作在方式1輸入時(shí)，將PC2、PC1、PC0作為應(yīng)答信號(hào)。方式1輸入時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院19②方式1輸出當(dāng)PA口工作在方式1輸出時(shí)，將PC7、PC6、PC3作為應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)PB口工作在方式1輸出時(shí)，將PC2、PC1、PC0作為應(yīng)答信號(hào)。方式1輸入時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院20⑶方式2雙向傳輸方式，只有PA口能工作在方式2。當(dāng)PA口工作在方式2時(shí)，PC3-PC7都用于PA口的應(yīng)答線。此時(shí)，PB口和PC2-PC0可以工作在方式0或方式1。方式2時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院21⒎8255應(yīng)用舉例例1：用8255A作為鍵盤(pán)接口（P360例9.1）①確定各端口地址A15…A10A9A8A7…A2A1A0×…×11×…×00PA口×…×11×…×01PB口×…×11×…×10PC口×…×11×…×11命令口若將全部“×”取為0，則：PA口地址為：300HPB口地址為：301HPC口地址為：302H命令口地址為：303H西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院22②確定各端口的工作方式和命令字由圖可知：PA口：鍵盤(pán)行掃描輸出PB口：鍵盤(pán)列輸入命令字：10000010A口方式0，輸出B口方式0，輸入③行掃描鍵盤(pán)要解決的技術(shù)問(wèn)題判有無(wú)鍵按下，消除抖動(dòng)，消除重鍵，給出按鍵值④寫(xiě)出程序（見(jiàn)P362）西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院23例2：用8255作為打印機(jī)接口（P364例9.2)①Centronics接口引腳PC機(jī)端用DB25D型連接器打印機(jī)端用36針Centronics連接器

西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院24②Centronics連接器引腳時(shí)序

西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院25③硬件連線確定端口地址A9A8A7A6A5A4A3A2A1A01110000000011011端口地址為380H-383H。分配端口PA口：輸出數(shù)據(jù)PC口：作為控制畫(huà)邏輯電路圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院26④確定工作方式控制字由電路圖可知，要求8255的：PA口：輸出,PB口：輸出PC口:PC7-PC4輸出，PC3-PC0輸入所以方式控制字為：10000001即81H⑤寫(xiě)出初始化程序段

….MOVAL,81H MOVDX,383H OUTDX,AL MOVAL，00001101B；PC6=1，使STB無(wú)效 OUTDX，AL西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院27⑥控制程序段

MOVSI,200HMOVCX,0FFHCONP：MOVDX，382H ；查PC口LPST：INAL，DX ANDAL，04H ； JNZLPST ；若PC2=1，則等待 MOVAL，[SI] ；將要打印的字符送AL MOVDX，380H OUTDX，AL MOVAL，00001100B；PC6=0，使STB=0 MOVDX，383H OUTDX，AL西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院28NOP ；延時(shí)NOPNOPMOVAL，00001101B ；使STB=1OUTDX，ALINCSIDECCXJNZCONPHLT西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院29例3：用8255作為PC機(jī)與12位D/A轉(zhuǎn)換器的接口(P369例題9.3)①了解DAC1210特點(diǎn)雙綬沖12位DAC。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院30②分析接口電路DAC1210單緩沖方式8255A用PA和PC3-PC0

輸出數(shù)據(jù)各端口地址分配：A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址端口名稱(chēng)用途10111101002F4HPA口數(shù)據(jù)D7-D0012F5HPB口保留102F6HPC口數(shù)據(jù)D11-D8112F7H命令口西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院31③分析程序功能

MOVAL,82H ;10000010 MOVDX,2F7H ；PA口，PC口方式0輸出 OUTDX,AL LEABX,DATA MOVCX,200 ；輸出200個(gè)12位數(shù)據(jù)NEXT: MOVDX,2F6HMOVAL,00100000B ;PC5置1，禁止D/A輸出數(shù)據(jù)OUTDX,ALMOVAX,[BX] ；取數(shù)據(jù) MOVDX,2F4H ；PA口緩存低8位數(shù)據(jù) OUTDX,AL MOVAL,AH ；PC口緩存高4位數(shù)據(jù) ANDAL,0FH ；同時(shí)使PC5為0，允許D/A輸出數(shù)據(jù) MOVDX,2F6H OUTDX,AL INCBX INCBX LOOPNEXT西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院32⒏82C55A應(yīng)用于32位CPU的I/O接口見(jiàn)P375圖9.25西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院33§9.4可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器8253/8254⒈8253計(jì)數(shù)/定時(shí)器⑴8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ⑵8253引腳圖8253有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)/定時(shí)器。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院34⑶8253計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)⑷8253的端口分配西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院35⑸8253的控制字有三個(gè)獨(dú)立的控制字，共用一個(gè)端口地址，用控制字的最高二位選擇計(jì)數(shù)通道。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院36⑹8253的初始化步驟①寫(xiě)入計(jì)數(shù)通道的控制字，規(guī)定其工作方式及功能。②寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值。例如：設(shè)8253的地址為40H-43H，若要求：0#計(jì)數(shù)器工作在方式3，計(jì)數(shù)初值2354H，十進(jìn)制計(jì)數(shù)；1#計(jì)數(shù)器工作在方式2，計(jì)數(shù)初值18H，二進(jìn)制計(jì)數(shù)；則初始化程序段為： MOVAL，37H ；0#計(jì)數(shù)器控制字 OUT43H，AL MOVAL，54H ；計(jì)數(shù)初值低字節(jié) OUT40H，AL MOVAL，23H ；計(jì)數(shù)初值高字節(jié) OUT40H，AL西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院37 MOVAL，54H ；1#計(jì)數(shù)器控制字 OUT43H，AL MOVAL，18H ；計(jì)數(shù)初值 OUT41H，AL用“飛讀”法，讀1#計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值

MOVAL，44H ； OUT43H，AL INAL，41H MOVCL，AL ；讀出的值保存在CL中西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院38⑺8253的工作方式及時(shí)序

①方式0

計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷。方式0時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院39②方式1

可編程單次脈沖。方式1時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院40③方式2

分頻工作方式方式2時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院41④方式3方波發(fā)生器方式方式3時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院42⑤方式4

軟件觸發(fā)選通方式方式4時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院43⑥方式5硬件觸發(fā)選通方式方式5時(shí)序圖西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院44（8）GATE信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器的影響見(jiàn)P383表9.5西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院45（9）8253在IBM-PC機(jī)中的應(yīng)用⑴硬件電路8253端口地址：40H-43H西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院46⑵計(jì)數(shù)器功能分配0#計(jì)數(shù)器：系統(tǒng)定時(shí)，輸出與8259的IR0相連，控制字為36H，工作方式3，計(jì)數(shù)初值為0，輸入時(shí)鐘頻率1.193186MHz,定時(shí)時(shí)間為55ms（18.2Hz）。1#計(jì)數(shù)器：動(dòng)態(tài)RAM刷新定時(shí)，輸出與8237的

DREQ0相連，控制字為54H，工作方式4，計(jì)數(shù)初值12H，輸入時(shí)鐘頻率與0#計(jì)數(shù)器相同，定時(shí)時(shí)間15.12us。2#計(jì)數(shù)器：音頻盒式磁帶機(jī)接口和產(chǎn)處揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)，控制字為B6H，工作方式3，計(jì)數(shù)初值為533H，輸出頻率894Hz。西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院47⑶初始化程序段0#計(jì)數(shù)器：MOVAL，36H OUT43H，ALMOVAL，0OUT40H，ALOUT40H，AL1#計(jì)數(shù)器：MOVAL，54HOUT43H，ALMOVAL，12HOUT41H，AL西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院482#計(jì)數(shù)器：MOVAL，0B6H OUT43H，ALMOVAL，33HOUT42H，ALMOVAL，05HOUT42H，AL

….2、8254可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器8254是8253的改進(jìn)型，主要性能比較：引腳信號(hào)最高計(jì)數(shù)頻率通道狀態(tài)寄存器讀回命令字8254兼容8/10MHz有有8253兼容2MHz無(wú)無(wú)西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院49（1）8254的鎖存命令字 用來(lái)將當(dāng)前某計(jì)數(shù)單元內(nèi)容鎖存入相應(yīng)的輸出鎖存器中。（與8253兼容）00 0#計(jì)數(shù)器0