第5章微机与外设的数据传输精选文档.ppt
第5章微机与外设的数据传输本讲稿第一页，共五十二页本章重点本章重点:接口电路的功能 接口部件和I/O端口 CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合 中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程 DMA方式的原理和DMA控制器的功能 本讲稿第二页，共五十二页教学建议：教学建议：在讲述接口电路的I/O端口基础上，以讲清楚中断方式的原理和DMA方式原理为目标。本章用2学时。本讲稿第三页，共五十二页什么是I/O接口（电路）？nI/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路nPC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路本讲稿第四页，共五十二页I/O接口的主要功能 对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节输入接口有缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换微机直接处理：数字量数字量数字量数字量、开关量开关量开关量开关量、脉冲量脉冲量脉冲量脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络本讲稿第五页，共五十二页5.1 为什么要用接口电路为什么要用接口电路 1、接口电路按功能可分为两类:（1）使微处理器正常工作所需的辅助电路（2）输入输出接口电路:本讲稿第六页，共五十二页2、为什么CPU访问内存不用接口，而访问外设要用接口？（1）外设种类繁多：机械、电动、电子、电磁。（2）信号类型复杂：数字量、模拟量、开关量。（3）处理信息速率相差大：如手动键盘输入与磁盘输入。（4）外设数据传递方式：并行，串行。本讲稿第七页，共五十二页5.2 CPU和输入输出设备之间的信号和输入输出设备之间的信号 CPU和输入输出设备之间有以下几类信号和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息：CPU和外设交换的基本信息。数字量 模拟量 开关量 本讲稿第八页，共五十二页（2）状态信息 状态信息反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。例如：READY信号：表明输入的数据是否准备就绪。BUSY信号：表示输出设备是否处于空闲。本讲稿第九页，共五十二页（3）控制信息控制信息是CPU通过接口传送给外设的，以此控制外设的工作。例如：外设的启动片选CS#、M/IO#,读信号RD#和写信号WR#等。本讲稿第十页，共五十二页本讲稿第十一页，共五十二页5.3 接口部件的接口部件的I/O端口端口 数据端口：对数据缓冲作用。状态端口：存放外部设备或接口部件本身的状态。控制端口或命令端口：存放CPU发出的命令，以便控制设备的动作。本讲稿第十二页，共五十二页外设通过接口和系统的连接外设通过接口和系统的连接 本讲稿第十三页，共五十二页对I/O编址1.与存储器统一编址；2.I/O端口独立编址。本讲稿第十四页，共五十二页5.4接口的功能（1）寻址功能（2）输入/输出功能（3）数据转换功能（4）联络功能（5）中断管理功能（6）复位功能（7）可编程功能（8）错误检测功能本讲稿第十五页，共五十二页本讲稿第十六页，共五十二页5.4 CPU和外设之间的数据传送方式和外设之间的数据传送方式 解决定时问题的三种传送方式：程序方式 中断方式 DMA方式 本讲稿第十七页，共五十二页5.4.1 程序方式程序方式 1.无条件传送方式：无条件传送方式：当外设已准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输，这就称为无条件传送。这种信息传送方式只适用于简单的外设，如开关和数码段显示器等。图图 无无条条件件传传送送方方式式的的工工作作原原理理本讲稿第十八页，共五十二页本讲稿第十九页，共五十二页n例题：用8255A的PA口接8个发光二极管,输出为1时二极管发光.以下程序是先让右边4个(低4位)二极管发光,延时一会后,再使左边4个(高4位)二极管发光,交替显示.8255A的端口地址为:40H,42H,44H,46H.请将下面程序段中空白处填上n适当的内容完成其功能.n MOV AL,80H；写方式控制字（全输出方式）n OUT 46H,ALnABC0:MOV AL,0FH；令右边4个二极管发光n OUT 40H,ALn MOV CX,0FFFFH ；延时nABC1:LOOP ABC1 n MOV AL,0F0H；令左边4个二极管发光 n MOV 60H,AL n MOV CX,0FFFFH ；延时nABC2:LOOP ABC2n JMP ABC0 ；继续交替显示本讲稿第二十页，共五十二页2.条件传送方式条件传送方式（1）条条件件传传送送：CPU通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，如果输入外部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲状态时，则CPU执行传送信息指令。也称为“查询式传送”。（2）条件传送的三个环节：）条件传送的三个环节：CPU从接口中读取状态字从接口中读取状态字CPU检测状态字检测状态字传送数据传送数据本讲稿第二十一页，共五十二页查询式输入的接口电路查询式输入的接口电路 本讲稿第二十二页，共五十二页本讲稿第二十三页，共五十二页查询式输入n SCAN:IN AL,状态口地址n TEST AL,80Hn JZ SCANn IN AL,数据口地址读取状态信息Y数据准备好？读数据入ALN本讲稿第二十四页，共五十二页查询式输出的接口电路查询式输出的接口电路 本讲稿第二十五页，共五十二页查询式输出n SCAN:IN AL,状态口地址n TEST AL,01Hn JNZ SCANn MOV AL,某数n OUT 数据口地址,AL读取状态信息N输出设备忙？读数据入ALY本讲稿第二十六页，共五十二页 查查询询式式输输入入过过程程的的流流程程图图本讲稿第二十七页，共五十二页使用查询式输入输出方式的实例n从终端往缓冲区输入1个字符行，当遇到回车符（0DH）或字符行超过80个字符时，输入便结束，并加上1个换行符（0AH），如果输入的81个字符中未见到回车符，则在终端上输出信息“BUFFER OVERFLOW”.n设接口的数据输入端口地址为0052H，数据输出端口为0054H，状态端口为0056H。n程序如下：nDATA_SEG SEGMENTnMESSAGE DB BUFFER OVERFLOW,0DH,OAHn .n .n .。2222本讲稿第二十八页，共五十二页nDATA_SEG ENDSnCOM_SEG SEGMENTn BUFFER DB 82 DUP(?)n COMNU DB?nCOM_SEG ENDSnCODE SEGMENTn ASSUME DS:DATA _SEG,ES:COM_SEG,CS:CODEnSTART:MOV AX,DATA_SEGn MOV DS,AXn MOV AX,COM_SEGn MOV ES,AXn n MOV DI OFFSET BUFFERn MOV COUNT,DI本讲稿第二十九页，共五十二页nDATA_SEG SEGMENTn MESSAGE DB BUFFER OVERFLOW,0DH,OAHn .nDATA_SEG ENDSnCOM_SEG SEGMENTn BUFFER DB 82 DUP(?)n COMNU DB?nCOM_SEG ENDSnCODE SEGMENTn ASSUME DS:DATA _SEG,ES:COM_SEG,CS:CODEnSTART:MOV AX,DATA_SEGn MOV DS,AXn MOV AX,COM_SEGn MOV ES,AXn MOV DI OFFSET BUFFERn MOV COUNT,DI 本讲稿第三十页，共五十二页n MOV CX,81n CLDnNEXT_IN:IN AL,56Hn TEST AL,02Hn JZ NEXT_INn IN AL,52Hn OR AL,0n JPE NO_ERRORn JMP ERRORn NO_ERROR:AND AL,7FHn STOSBn CMP AL,0DHn LOOPNE NEXT_IN 本讲稿第三十一页，共五十二页 n JNE OVERFLOWn MOV AL,0AHn STOSBn SUB DI,COUNTn MOV COUNT,DIn .n0VERFLOW:MOV SI,OFFSET MESSAGEn MOV CX,17nNEXT_OUT:IN AX,56Hn TEST AL,01Hn JZ NEXT_OUTn LODSBn OUT 56H,ALn LOOP MEXT_OUT 本讲稿第三十二页，共五十二页3个输入设备的查询程序nTREE_IN:MOV FLAG,0n INPUT:IN AL,STARTn TEST AL,20Hn JZ DEV2n CALL PROC1n CMP FLAG,1n JNZ INPUTn DEV2:IN AL,START2n TEST AL,20Hn JZ DEV3n CALL PROC2n CMP FLAG,1n JNZ INPUTnDEV3:IN AL,START3n TEST AL,20Hn JZ NO_INPUTn CALL PROC3n CMP FLAG,1n JNZ INPUT本讲稿第三十三页，共五十二页5.4.2 中断方式中断方式中断控制方式一般用来传送低速外部设备与CPU之间的信息交换。每操作一次，CPU要打断原来执行的程序去执行一般中断服务程序，对速度较高的外部设备会产生信息丢失，因此不能采用。本讲稿第三十四页，共五十二页1.中断传送方式的原理中断传送方式的原理 本讲稿第三十五页，共五十二页可屏蔽中断的响应和执行可屏蔽中断的响应和执行 本讲稿第三十六页，共五十二页Cpu中断响应的一般过程：答：（1）中断请求 （2）中断判断优先级及中断源识别 （3）中断响应 （4）中断处理 （5）中断返回 本讲稿第三十七页，共五十二页典型的可编程中断控制器典型的可编程中断控制器 本讲稿第三十八页，共五十二页5.4.3 DMA方式方式 1.DMA传送方式的提出传送方式的提出DMA传送方式的优点传送方式的优点数据传输率数据传输率2.DMA控制器的功能和原理控制器的功能和原理 本讲稿第三十九页，共五十二页本讲稿第四十页，共五十二页思考：何为DMA？DMA控制器应具备哪些基本功能？答：1.DMA：Direct Memory Access.直接存储器存取，是一种快速传送数据的机制。2.外设通过DMA向CPU提出DMA申请；DMA接受外设的请求，取得总线控制权；总线裁决逻辑对总线请求进行裁决，将控制权交给DMA；DMA通知外设应答，开始DMA传输；DMA按传输数据的长度直接控制RAM与外设进行数据交换；DMA控制结束，向外设输出计数终止信号，同多接口提出中断申请，把总线控制权交给CPU，完成一次DMA数据传输。本讲稿第四十一页，共五十二页 DMA控制器的功能：控制器的功能：向向CPU发总线请求信号发总线请求信号 实行对总线的控制实行对总线的控制 修改所用的修改所用的 存储器或接口的地址指针存储器或接口的地址指针 发读写控制信号发读写控制信号 存放数据长度存放数据长度 交还总线控制权交还总线控制权本讲稿第四十二页，共五十二页DMA传输单个数据传输单个数据(输出过程输出过程)的原理的原理 本讲稿第四十三页，共五十二页DMA控制器的内部最小配置和接口要求控制器的内部最小配置和接口要求 本讲稿第四十四页，共五十二页从接口往内存传输一个数据块的过程：从接口往内存传输一个数据块的过程：接口往DMA控制器发一个DMA请求 得到总线控制权 地址寄存器的内容送地址总线 通知接口将数据送到数据总线 数据送到所指单元 地址寄存器的值加1 字节计数器的值减1 如字节计数器的值不为0，则回到;否则结束 本讲稿第四十五页，共五十二页DMA传输对接口的要求：传输对接口的要求：控制寄存器有1位指出数据传输方向 控制寄存器有1位用来启动I/O操作 状态寄存器有1位指出设备当前是否处于忙状态 本讲稿第四十六页，共五十二页DMA传输对传输对DMA控制寄存器的要求：控制寄存器的要求：有1位作为DMA允许位 有1位用来确定DMA方向 有1位决定进行一次传输后放弃还是维持对总线的控制权 状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束本讲稿第四十七页，共五十二页对对DMA控制器和接口部件预置的信息：控制器和接口部件预置的信息：往DMA控制器的字节计数器设置初值 往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值 对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作 对接口部件设置控制字并启动I/O操作 本讲稿第四十八页，共五十二页启动数据块输入的例子启动数据块输入的例子IDLE:IN AL,INTSTAT;检测设备是否处于 忙状态，如是，则等待 TEST AL,04 JNZ IDLE MOV AX,COUNT;设置计数 OUT BYTE-REG,AX LEA AX,BUFFER;设置地址初值 OUT ADD-REG，AX 本讲稿第四十九页，共五十二页 MOV AL，DMAC;取原DMA控制字OR AL，49H;设置方向、块传输;和允许标志OUT DMACON,AL;置DMA控制字MOV AL，INTC ;设置接口的传输方向;及允许标志OR AL，05HOUT INTCON,AL ;设置接口的控制字 本讲稿第五十页，共五十二页3.DMA控制器的工作特点控制器的工作特点 是一个接口电路 能够控制系统总线操纵外设和存储器之间的数据传输本讲稿第五十一页，共五十二页5.4.4 输入输出过程中提出的几个问题输入输出过程中提出的几个问题 1.系系统统如如何何知知道道接接口口已已准准备备好好数数据据等等待待CPU提提取取或或者者准备接收准备接收CPU的数据的数据?2.当当系系统统中中有有几几个个设设备备处处于于同同一一种种传传输输方方式式之之下下、而而且且同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求?本讲稿第五十二页，共五十二页
