第6章基本輸入輸出接口技術

第6章基本輸入輸出接口技術6.1概述6.2輸入/輸出控制方式6.3I/O接口結構及特點6.4I/O接口讀寫技術本章主要目標重點掌握輸入輸出接口的實現(xiàn)、與總線的連接及其讀寫技術。6.1概述6.1.1輸入/輸出與輸入/輸出接口6.1.2I/O接口的功能6.13微處理器與I/O設備間的接口信息6.1.4I/O端口的編址方法6.1.5I/O組織6.1.1輸入/輸出與輸入/輸出接口輸入/輸出：微處理器與外部設備之間的信息交換。輸入/輸出接口：完成輸入/輸出任務的接口。包括:硬件接口電路和軟件接口程序。6.1.1輸入/輸出與輸入/輸出接口

結束6.1.2I/O接口的功能1.地址譯碼2.提供聯(lián)絡信號3.信號特性匹配（如電平轉換）4.信息格式的轉換（如正負邏輯的轉換，串并格式，模數(shù)轉換）5.數(shù)據(jù)緩沖與鎖存6.對外設進行中斷管理7.提供時序控制6.1.2I/O接口的功能

結束6.1.3微處理器與I/O設備間的接口信息三種：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息這些信息均通過數(shù)據(jù)總線傳輸。6.1.3微處理器與I/O設備間的接口信息

結束6.1.4I/O端口的編址方法1.存儲器映射編址含義：I/O端口的地址與存儲器的地址統(tǒng)一混合編址。用訪問存儲器的指令，即可對整個地址空間（存儲器和I/O）進行訪問，而無需專用I/O指令。優(yōu)點：訪問I/O指令多，使用方便。內(nèi)存與外設地址分布相同。無需專用的I/O指令。6.1.4I/O端口的編址方法2.I/O映射編址含義：I/O端口與存儲器分開獨立編址，即I/O端口和存儲器都有自己的一套地址空間，而且互不相干。優(yōu)點：I/O設備不占用內(nèi)存單元，節(jié)約了內(nèi)存空間。指令執(zhí)行速度快。80X86-PentiumX微機采用I/O映射的編址方法。I/O端口的地址64K個8位口地址（0000H-FFFFH）。6.1.4I/O端口的編址方法

結束6.1.5I/O組織1.I/O組織形式基于8088的8位I/O組織基于8086和8028616位I/O組織基于80386和8048632位I/O組織基于Pentium~Pentium4的64位I/O組織8位I/O組織-基于808816位I/O組織-基于8086-8028632位I/O組織-基于80386-8048664位I/O組織-基于Pentium-Pentium46.1.5I/O組織2.I/O端口的地址分配I/O地址范圍0000H-FFFFH.共64K個8位端口從8086-Pentium4I/O地址采用A15-A0共16條地址線，且與存儲器分開編址。系統(tǒng)板保留的1K個I/O端口

000H-03FFH，共1K個8位端口（詳見書P.219表6.1）系統(tǒng)板保留的1K地址6.1.5I/O組織

6.1概述

結束6.2輸入輸出控制方式6.2.1直接程序控制方式6.2.2中斷控制方式6.2.3DMA控制方式6.2.1直接程序控制方式含義：直接在程序控制下進行微處理器與外設之間的數(shù)據(jù)傳送。分類：無條件傳送方式和條件傳送方式兩種。1.無條件傳送方式：含義：不查詢外設狀態(tài)而直接進行輸入輸出的一種方式。特點：簡單、經(jīng)濟，但可靠性差。1.無條件傳送方式：

例：一個采用無條件傳送方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這是一個16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的數(shù)據(jù)是8個模擬量，由繼電器繞組P0、P1、…P7分別控制觸點K0、K1…K7逐個接通。每次采樣用一個4位（十進制數(shù)）數(shù)字電壓表測量，把被采樣的模擬量轉換成16位BCD代碼，高8位和低8位通過兩個不同的端口（其地址分別為10H和11H）輸入。

CPU通過端口20H輸出控制信號，以控制某個繼電器的吸合，實現(xiàn)采集不同通道的模擬量。1.無條件傳送方式：8個模擬量16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)繼電器繞組觸點控制端口數(shù)據(jù)端口1.無條件傳送方式：采集過程要求：（1）先斷開所有的繼電器線圈及觸頭，不采集數(shù)據(jù)。（2）延遲一段時間后，使K0閉合，采集第1個通道的模擬量，并保持一段時間，以使數(shù)字電壓表能將模擬電壓轉換為16位BCD碼。（3）分別將高8位與低8位BCD碼存入內(nèi)存，完成第1個模擬量的輸入與轉存。（4）利用移位與循環(huán)實現(xiàn)8個模擬量的依次采集、輸入與轉存。1.無條件傳送方式：數(shù)據(jù)采集程序：START： MOVDX，0100H ；01H→DH,置吸合第1個繼電器代碼 ；00H→DL,置斷開所有繼電器代碼

LEABX，DSTOR ；置輸入數(shù)據(jù)緩沖器的地址指針

XORAL，AL ；清AL及進位位CF1.無條件傳送方式：AGAIN：MOVAL，DL OUT20H，AL ；斷開所有繼電器線圈

CALLNEARDELAY1 ；模擬繼電器觸點的釋放時間

MOVAL，DH OUT20H，AL ；先使P0吸合

CALLNEARDELAY2 ；模擬觸點閉合及數(shù)字電壓表的轉換時間

INAX，10H ；輸入

MOV［BX］，AX ；存入內(nèi)存

INCBX INCBX RCLDH,1 ；DH左移（大循環(huán)）1位，為下一個觸點吸合作準備 JNCAGAIN ；8位都輸入完了嗎？沒有，則循環(huán)DONE： ↙ ；輸入已完，則執(zhí)行別的程序段6.2.1直接程序控制方式輸入輸出2.條件傳送方式：含義：首先查詢外設狀態(tài)，滿足條件時才進行數(shù)據(jù)的傳送，因此也叫查詢傳送方式。特點：簡單、可靠性高，但CPU效率低。2.條件傳送方式首先讀入狀態(tài)信息然后讀入數(shù)據(jù)同時設置狀態(tài)/數(shù)據(jù)2.條件傳送方式由于對應一個數(shù)據(jù)端口的狀態(tài)信息通常只有是1位。所以，不同 的數(shù)據(jù)端口可以使用同一個端口中不同的位作為其狀態(tài)信息。查詢式輸入部分的程序：POLL： INAL，STATUS_PORT ；讀狀態(tài)端口的信息

TESTAL，80H ；設“準備就緒”（READY）信息在D7位

JZPOLL ；未“準備就緒”，則循環(huán)再查

INAL，DATA_PORT ；已“準備就緒”(READY=1)，則讀入數(shù)據(jù)2.條件傳送方式首先讀入狀態(tài)信息然后寫入數(shù)據(jù)和設置狀態(tài)同時讀取數(shù)據(jù)和設置狀態(tài)2.條件傳送方式查詢式輸出部分的程序：POLL： INAL，STATUS_PORT ；查狀態(tài)端口中的狀態(tài)信息D7 TESTAL，80H JNZPOLL ；D7＝1即忙線＝1，則循環(huán)再查

MOVAL，STORE ；否則，外設空閑，則由內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)

OUTDATA_PORT，AL ；輸出到DATA地址端口單元其中，STATUS和DATA分別為狀態(tài)端口和數(shù)據(jù)端口的符號地址；STORE為待輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元的符號地址。2.條件傳送方式例：一個采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

8個輸入模擬量，經(jīng)過多路開關控制，每次輸入一個模擬量至A／D轉換器。

A／D轉換器由端口4輸出的D4位控制啟動與停止。

A／D轉換器的READY信號由端口2的D0輸至CPU數(shù)據(jù)總線。

A／D轉換后的數(shù)據(jù)由端口3輸入至數(shù)據(jù)總線。多路開關由端口4的D2-D03位二進制碼控制（000-111分別對應于UA0-UA7）。2.條件傳送方式控制端口狀態(tài)端口數(shù)據(jù)端口控制A／D的啟動與停止控制碼2.條件傳送方式采集過程要求：（1）初始化；（2）先停止A／D轉換；（3）啟動A／D轉換，查輸入狀態(tài)信息READY；（4）當輸入數(shù)據(jù)已轉換完（READY＝1，即準備就緒），則經(jīng)由端口3輸入至CPU的累加器AL中，并轉送內(nèi)存；（5）設置下一個內(nèi)存單元與下一個輸入通道，循環(huán)8次。2.條件傳送方式數(shù)據(jù)采集過程的程序：START： MOVDL，0F8H ；設置啟動A/D轉換的信號， 且低3位選通多路開關通道

MOVAX，SEGDSTOR ；設置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址指針

MOVES，AX LEADI，DSTOR2.條件傳送方式AGAIN： MOVAL，DL ANDAL，0EFH ；使D4＝0 OUT04，AL ；停止A/D轉換

CALLDELAY ；等待停止A/D轉換操作的完成

MOVAL，DL OUT04，AL ；選輸入通道并啟動A/D轉換POLL： INAL，02 ；輸入狀態(tài)信息

SHRAL，1 ；查AL的D0 JNCPOLL ；判READY＝1？若D0＝0，未準備好循環(huán)再查

INAL，03 ；若已準備就緒，則經(jīng)端口3將采樣數(shù)據(jù)輸入至AL STOSB ；輸入數(shù)據(jù)轉送內(nèi)存單元

INCDL ；輸入模擬量通道增1 JNZAGAIN ；8個模擬量未輸入完則循環(huán) ↙ ；輸入完畢，則執(zhí)行別的程序6.2.1直接程序控制方式

結束6.2.2中斷控制方式含義：在滿足傳輸條件時，外設向CPU發(fā)請求傳輸?shù)闹袛嘈盘?，CPU接收請求后進入服務程序，在中斷服務程序中進行輸入輸出操作。特點：無需查詢等待，CPU利用率大大提高。不足：中斷控制方式仍需要一系列本與輸入輸出無關的操作（如壓棧保護等），因此對于高速I/O設備效率仍不算快。6.2.2中斷控制方式

結束6.2.3DMA控制方式含義：直接由DMA控制器硬件控制數(shù)據(jù)傳輸，傳輸過程無需CPU干預。特點：速度快（因為有DMA硬件直接控制），效率高。外設/內(nèi)存DMA方式與其它方式比較CPUDMA控制器內(nèi)存/外設外設/內(nèi)存MOV[XX]，ALOUTDX，ALINAL，DXMOV

AL，[XX]無需CPU指令內(nèi)存/外設DMA方式輸出單個數(shù)據(jù)示例6.2.3DMA控制方式

6.2輸入輸出控制方式

結束6.3I/O接口的基本結構及特點接口的基本結構6.3I/O接口的基本結構及特點接口的特點通用性可編程性6.3I/O接口的基本結構及特點

結束6.4I/O接口的讀寫技術6.4.1簡單輸入輸出接口6.4.2端口的讀寫控制6.4.1簡單輸入輸出接口74LS24074LS24474LS245、8位單向負邏輯8位單向正邏輯8位雙向正邏輯輸入采用緩沖器,輸出采用鎖存器。1.常用緩沖器：6.4.1簡單輸入輸出接口6.4.1簡單輸入輸出接口244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動器6.4.1簡單輸入輸出接口6.4.1簡單輸入輸出接口2.常用鎖存器273為帶公共時鐘復位八D觸發(fā)器6.4.1簡單輸入輸出接口6.4.1簡單輸入輸出接口6.4I/O接口的讀寫技術6.4I/O接口的讀寫技術6.4.1簡單輸入輸出接口

結束I/O指令的含義

INAL，DX；地址DX有效（相應片選信號有效），RD=0（IOR=0），AEN=0。OUTDX，AL；地址DX有效（相應片選信號有效）,WR=0（IOW=0），AEN=0。I/O接口一般原則：輸入緩沖，輸出鎖存端口讀寫控制的關鍵：除了由譯碼器產(chǎn)生片選信號外，還必須將讀/寫控制信號參加芯片的選通或控制。6.4.2端口的讀寫控制1.簡單I/O接口的讀控制讀操作程序:MOVDX,377H