第2章 IO端口地址譯碼技術(shù)

第2章IO端口地址譯碼技術(shù)

§2.1I/O端口概述一。IO端口及其編碼方式內(nèi)存內(nèi)存接口CPU系統(tǒng)總線：地址總線XA19-0，數(shù)據(jù)總線XD7-0，控制總線/XIOR……智能儀器接口通信接口過(guò)程控制接口輸入接口輸出接口外存接口數(shù)字化存儲(chǔ)示

波器，數(shù)字化

萬(wàn)用表終端

調(diào)制解調(diào)器

TTY電傳機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器

開關(guān)量輸入

D/A轉(zhuǎn)換器

開關(guān)量輸出鍵盤數(shù)字化儀

光筆圖形輸入

聲音輸入

掃描儀點(diǎn)陣打印CRT顯示

激光打印液晶顯示

噴墨打印繪圖儀

X-Y記錄儀硬盤軟盤

光盤磁帶系統(tǒng)總線接口1.IO端口端口是接口電路中能被CPU直接訪問(wèn)的寄存器的地址。計(jì)算機(jī)給接口電路中的每個(gè)寄存器分配一個(gè)地址。IO操作指CPU對(duì)設(shè)備相關(guān)的IO端口的訪問(wèn)操作，而不是對(duì)IO設(shè)備的操作二。IO端口地址編碼方式1、統(tǒng)一編址方式端口地址與存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一編址譯

碼

器CPUAB去存儲(chǔ)器芯片去I/O接口芯片Y０---iYi+1---j優(yōu)點(diǎn)：指令豐富，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：外設(shè)占用存儲(chǔ)器空間，內(nèi)存容量減小。譯

碼

器8088CPU（最大模式）系統(tǒng)總線AB去存儲(chǔ)器去I/O接口/Y0-i/Y0-j譯

碼

器/XMENR/XMEMW/XIOR/XIOW注：最大模式下系統(tǒng)的控制總線來(lái)源于總線控制器8288和DMA總線仲裁邏輯2、獨(dú)立編址方式

優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)器和外設(shè)都有自己的地址譯碼器，地址空間獨(dú)立，互不影響。用專用的I/O指令訪問(wèn)I/O端口。三。獨(dú)立編址方式的端口訪問(wèn)輸入指令：INAL,n;n為8位IO端口地址INAL,DX;16位地址用DX間址輸出指令：OUTn,ALOUTDX,AL1.IO地址寬度

IO地址在0000H－00FFH，稱為8位地址寬度；

IO地址在0100H－FFFFH，稱為16位地址寬度說(shuō)明：不論IO地址寬度是8位，還是16位，都可以用DX間接尋址；只有IO地址是8位寬度才能直接尋址。2.IO數(shù)據(jù)寬度當(dāng)一次傳輸1個(gè)端口數(shù)據(jù)，即8位數(shù)據(jù)時(shí)，用AL累加器當(dāng)一次傳輸連續(xù)2個(gè)端口數(shù)據(jù)，即16位時(shí)，用AX累加器2.2IO端口地址分配一。IO接口硬件分類系統(tǒng)板（主板）上的IO芯片（如定時(shí)器，并口等等）

IO擴(kuò)展槽上的接口控制卡（聲卡、網(wǎng)卡、軟驅(qū)卡、顯卡）二。IO端口地址分配參看表2.1表2.2

三。IO端口地址選用的原則被系統(tǒng)配置已經(jīng)占用的不可用計(jì)算機(jī)廠家聲明保留的地址不要使用一般IBM實(shí)驗(yàn)卡用300H-31FH。2.3I/O端口地址譯碼一。IO地址譯碼電路工作原理及作用輸入信號(hào)：地址信號(hào)，控制信號(hào)輸出信號(hào)：“選中”信號(hào)。原理：譯碼器根據(jù)地址和控制信號(hào)，產(chǎn)生選中信號(hào)。不同的地址控制組合，最多只可能使一根“選中”信號(hào)有效，該有效的選中信號(hào)用于打開它所連接的IO接口芯片的數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)線的通路總開關(guān)。地址譯碼器地址信號(hào)控制信號(hào)“選中”信號(hào)“地址”信號(hào)線“控制”信號(hào)線“選中”信號(hào)線在這一段時(shí)間，3個(gè)控制信號(hào)沒(méi)有同時(shí)有效，譯碼器“選中”信號(hào)線輸出全部無(wú)效000000000000111111111111控制信號(hào)有效時(shí)，地址000時(shí)，僅/IOY0有效。其余選中線全無(wú)效

二。I/O端口地址譯碼方法：1.簡(jiǎn)單接口芯片，只含有一個(gè)端口，內(nèi)部不帶帶譯碼器，譯碼器設(shè)計(jì)原則：由“IO地址”信號(hào)和“IO讀/寫”控制信號(hào)的不同組合實(shí)現(xiàn)。控制芯片內(nèi)寄存器的入口或出口開關(guān)。T1T2T3、TWT40026H號(hào)IO端口地址來(lái)自CPU內(nèi)AL中的數(shù)據(jù)向IO端口寫數(shù)據(jù)時(shí)（OUT0026H，AL）系統(tǒng)總線時(shí)序（假設(shè)（AL）=22H）CLKXA15-0XREADYXD7-00026H22HT1T2T3、TWT40025H號(hào)IO端口地址來(lái)自0025H號(hào)IO端口的數(shù)據(jù)從IO端口讀出數(shù)據(jù)（INAL,0025H）時(shí)系統(tǒng)總線時(shí)序（（25H端口）=11H）CLKXA15-0XREADYXD7-011H0025H外部譯

碼

器1個(gè)存儲(chǔ)單元（8bit）8個(gè)&&/XIOW/XIORD0-7XA0-15單個(gè)端口IO芯片（如373）內(nèi)部讀寫控制原理圖8個(gè)同時(shí)控制8個(gè)3態(tài)門GOEXD0-7I寫I讀/Y控制線始終保持有效或不帶控制線

二。I/O端口地址譯碼方法：2.多端口芯片（內(nèi)部帶譯碼器）由地址信號(hào)和控制信號(hào)的不同組合實(shí)現(xiàn)。其原則是：(2).低位地址線直接連接到I/O接口芯片，由內(nèi)部譯碼器實(shí)現(xiàn)選中存儲(chǔ)單元或IO端口。例如：8255內(nèi)部有四個(gè)端口寄存器，則至少要留出2低位地址線用于8255內(nèi)部尋找寄存器(1).高位地址與CPU的控制信號(hào)組合，經(jīng)外部譯碼電路產(chǎn)生I/O接口芯片的片選信號(hào)(/CS)，實(shí)現(xiàn)選中芯片（就是打開芯片內(nèi)部譯碼器）。譯

碼

器1個(gè)存儲(chǔ)單元（8bit）8個(gè)&&/WR/RDD0-7A0~i存儲(chǔ)器或IO接口芯片內(nèi)部讀寫控制原理圖/CS接自外部譯碼器“選中”線8個(gè)同時(shí)控制8個(gè)3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個(gè)IO端口/Y0I寫I讀外部譯

碼

器XAi+1~9/YnXA0-i譯

碼

器1個(gè)存儲(chǔ)單元（8bit）8個(gè)&&WRRDD0-7A0-i/CS8個(gè)同時(shí)控制8個(gè)3態(tài)門內(nèi)部選中線，用于選中1個(gè)IO端口外譯

碼

器/XIOW/XIORXA0-iXAi+1--9多端口芯片與系統(tǒng)總線連接圖XD0-7I寫I讀/Y0/Yn三。IO端口地址譯碼電路設(shè)計(jì)1.固定式端口地址譯碼指一旦譯碼電路設(shè)計(jì)好，接口用到的IO地址不能更改例1某接口的IO端口地址為2F8H，在非DMA期間只讀，為該接口設(shè)計(jì)譯碼器。分析：輸入信號(hào)：XA0－XA9，XIOR，XAEN輸出信號(hào)：一根選中信號(hào)/Y（因?yàn)樵撟g碼器僅為這一個(gè)接口電路服務(wù)）輸入輸出邏輯關(guān)系：XA9XA8XA7XA6XA5XA4XA3XA2XA1XA0XAEN/XIOR+/Y當(dāng)XA9-0＝2F8H，/XIOR＝0，XAEN＝0時(shí)，/Y=0;否則/Y=1寫出邏輯表達(dá)式：例2。使用74LS138設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)板上IO端口地址譯碼電路，并且讓每個(gè)接口芯片內(nèi)部可以有32個(gè)端口，非DMA期間可以訪問(wèn)接口芯片。分析：輸入XA9-5，XAEN。因?yàn)榈?位地址用來(lái)選中芯片內(nèi)部端口，不作為外部譯碼器的輸入。一片138只能譯碼3位地址，這里用138對(duì)XA7－XA5譯碼。輸出8個(gè)芯片選中信號(hào)/Y0-/Y7。邏輯關(guān)系：XAEN＝0，XA9XA8＝00時(shí)，使譯碼器工作。

XA7-XA5＝000時(shí)，輸出/Y0=0,其余全無(wú)效為1。

XA7-XA5＝001時(shí)，輸出/Y1=0,其余全無(wú)效為1XA7-XA5＝010時(shí)，輸出/Y2=0,其余全無(wú)效為1……參看課本表2.574LS138的邏輯真值表，給出設(shè)計(jì)如下2.可選式端口地址譯碼例3。根據(jù)下圖的可選式地址譯碼電路，分析開關(guān)不同狀態(tài)時(shí)，輸出選中信號(hào)對(duì)應(yīng)的IO地址總結(jié):為單個(gè)端口設(shè)計(jì)譯碼,一般對(duì)所有地址線譯碼;為芯片設(shè)計(jì)外部譯碼器,一般對(duì)高位地址譯碼,低位地址讓芯片自己內(nèi)部譯碼,選內(nèi)部端口

S0

S1

S2

S3

A74LS138/Y0

B/Y1

C/Y2

/Y3

/Y4

/G2B/Y5

/G2A/Y6

G1/Y7

XA2

XA3

XA4

XA5

/XAEN

A074LS85

A1

A2

A3

B0

B1

B2

B3

Oa=b

Ia=b

Ia<b

Ia>b

Vcc

XA6

XA7

XA8

XA9

分析：假如S0S1合上，S3S2斷開。B3-0＝1100，只有當(dāng)XA9－6＝1100時(shí)，74LS85Oa=b端才輸出1。必須要使74LS138工作，則必須/XAEN＝0，XA5＝0。所以：要/Y0=0,必須XA9-2為11000000

要/Y1=0,必須XA9-2為11000001……選中/Y0的地址是XA9－0為11000000XX，即300H－303H選中/Y1的地址是XA9－0為11000001XX，即304H－307H選中/Y7的地址是XA9－0為11000111XX，即31CH－31FH思考，如果開關(guān)S1S3合上，S2S0斷開，選中/Y0-/Y7的地址分別是什么？思考：在PC機(jī)上設(shè)計(jì)接口，你設(shè)計(jì)的接口IO地址必須不能與其他設(shè)備接口IO地址沖突，你能想到用什么辦法解決這個(gè)問(wèn)題？方案一：先查PC機(jī)硬件說(shuō)明書，看那些IO地址已經(jīng)被占用。缺點(diǎn)是麻煩，且非PC機(jī)器廠家生產(chǎn)的設(shè)備（如擴(kuò)展接口卡）地址，必須通過(guò)查該卡說(shuō)明書才能了解它占用的IO地址。不可能??！你怎么知道你的卡被客戶裝在哪臺(tái)機(jī)器上？客戶計(jì)算機(jī)上裝了哪些其它廠家的卡，你怎么能預(yù)先知道呢？客戶買了你的卡回家能不能用只有靠運(yùn)氣了！天吶，那怎么辦？??！哇！方案二：先查PC機(jī)硬件說(shuō)明書，看哪些IO地址已經(jīng)被PC機(jī)廠家的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備占用。再設(shè)計(jì)一個(gè)可選式譯碼器，萬(wàn)一和其它廠家的設(shè)備接口沖突，用跳線開關(guān)改變你的IO地址用以避免沖突缺點(diǎn)：麻煩，普通客戶買了你的設(shè)備，你要求他回家跳線，對(duì)他來(lái)說(shuō)難度太大。在486以前的計(jì)算機(jī)開發(fā)接口就是這么辦的??！也要靠運(yùn)氣哦，萬(wàn)一怎么調(diào)整也無(wú)法避免沖突怎么辦？別想啦，還能怎么辦？退貨，買其他廠家的卡試試運(yùn)氣唄，客戶郁