第6微机原理与接口技术课件清华大学.ppt
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1、第6微机原理与接口技术课件清华大学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望主要内容主要内容n输入输出系统的基本概念输入输出系统的基本概念nI/O接口和端口接口和端口n端口的编址方式端口的编址方式n简单接口芯片及其应用简单接口芯片及其应用n基本输入输出方法基本输入输出方法n中断的基本概念及工作过程中断的基本概念及工作过程n*中断控制器中断控制器825926.6.1 1 输入输出系统输入输出系统3了解和掌握:了解和掌握:nI/O系统的概念和特点系统的概念和特点
2、n接口的基本功能接口的基本功能n端口的概念端口的概念n端口的编址方式端口的编址方式nI/O地址译码地址译码4一、输入输出系统的组成及特点一、输入输出系统的组成及特点n组成:组成:nI/O设备,设备,I/O接口,接口,I/O软件软件n特点:特点:n复杂性复杂性n实时性实时性n异步性异步性n与设备无关性与设备无关性5二、二、I/O接口和端口接口和端口nI/O接口:接口:n将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。n实现外设与主机之间的实现外设与主机之间的信息交换。信息交换。nI/O端口:端口:n接口中的寄存器接口中的寄存器6I/O接口要解决的问题接口要解决的问
3、题n速度匹配速度匹配(Buffer)n信号的驱动能力信号的驱动能力(电平转换器、驱动器电平转换器、驱动器)n信号形式和电平的匹配信号形式和电平的匹配(A/D、D/A)n信息格式信息格式(字节流、块、数据包、帧字节流、块、数据包、帧)n时序匹配时序匹配(定时关系定时关系)n总线隔离总线隔离(三态门三态门)7接口的功能接口的功能n数据的缓冲与暂存数据的缓冲与暂存n信号电平与类型的转换信号电平与类型的转换n增加信号的驱动能力增加信号的驱动能力n对外设进行监测、控制与管理,中断处理对外设进行监测、控制与管理,中断处理8I/O端口端口数据端口数据端口状态端口状态端口控制端口控制端口端端 口口9I/O端口
4、端口CPU数据数据状态状态控制控制外设外设I/O接口接口DB10三、三、I/O端口的编址方式端口的编址方式n8086/8088的寻址能力:的寻址能力:n内存:内存:n1MBn端口:端口:n64KBn编址方式:编址方式:n与内存统一编址与内存统一编址n独立编址独立编址11端口与内存的统一编址端口与内存的统一编址特点:特点:n指令及控制信号统一指令及控制信号统一n内存地址资源减少内存地址资源减少内存内存地址地址960KBI/O地址地址64KB00000HF0000HFFFFFH12端口的独立编址端口的独立编址特点:特点:n内存地址资源充分利用内存地址资源充分利用n能够应用于端口的指令能够应用于端口
5、的指令较少较少内存内存地址地址I/O地址地址00000HFFFFFHFFFFH0000H13端口的寻址端口的寻址n8088/8086寻址端口数:寻址端口数:n64KBn寻址端口的信号:寻址端口的信号:nIOR、IOWnA15 A0148088/8086的的I/O端口编址端口编址n采用采用I/O独立编址方式独立编址方式(但地址线与存储器共用但地址线与存储器共用)n地址线上的地址信号用地址线上的地址信号用IO/M来区分来区分nI/O操作只使用操作只使用20根地址线中的根地址线中的16根:根:A15A0n可寻址的可寻址的I/O端口数为端口数为64K(65536)个个nI/O地址范围为地址范围为0FF
6、FFHnIBM PC只使用了只使用了1024个个I/O地址地址(03FFH)15四、四、I/O地址的译码地址的译码目的:目的:n确定端口的地址确定端口的地址参加译码的信号:参加译码的信号:nIOR,IOW,高位地址信号高位地址信号nOUT指令将使总线的指令将使总线的IOW信号有效信号有效nIN指令将使总线的指令将使总线的IOR信号有效信号有效16I/O译码的地址信号译码的地址信号n当接口只有一个端口时,当接口只有一个端口时,16位地址线位地址线一般一般应应 全部参与译码,译码输出直接选择该端口;全部参与译码,译码输出直接选择该端口;n当接口具有多个端口时,则当接口具有多个端口时,则16位地址线
7、的高位地址线的高 位位参与译码(决定接口的基地址),而低位参与译码(决定接口的基地址),而低位 则用于确定要访问哪一个端口。则用于确定要访问哪一个端口。17I/O地址译码例地址译码例n某外设接口有某外设接口有4个端口,地址为个端口,地址为2F0H2F3H,由由A15A2译码得到,而译码得到,而A1、A0用用来区分接口中的来区分接口中的4个端口。试画该接口与系个端口。试画该接口与系统的连接图。统的连接图。18I/O地址译码例地址译码例n地址范围:地址范围:n 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0n 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1任意状态任意状态A11片内地址片内地址图中
8、不接入图中不接入19I/O地址译码例地址译码例n译码电路图:译码电路图:1A1111A1010A1818A3 3A2 2A9 9A7 7A4 4&CEA1 1A0 0接口芯片接口芯片206.2 6.2 简单接口电路简单接口电路21掌握:掌握:n接口电路的分类及特点;接口电路的分类及特点;n两类简单接口芯片的应用两类简单接口芯片的应用22一、接口的基本构成一、接口的基本构成数据线数据线控制线控制线状态线状态线DBCBAB数据输入寄存器数据输入寄存器(or 三态门三态门)数据输出寄存器数据输出寄存器(锁存器锁存器)状态寄存器状态寄存器(or 三态门三态门)命令寄存器命令寄存器译码译码电路电路控制控
9、制逻辑逻辑23接口的基本构成接口的基本构成n数据输入数据输入/输出寄存器输出寄存器 n暂存输入暂存输入/输出的数据输出的数据n命令寄存器命令寄存器 n存放控制命令存放控制命令n设定接口功能、工作参数和工作方式。设定接口功能、工作参数和工作方式。n状态寄存器状态寄存器 n保存外设当前状态,以供保存外设当前状态,以供CPU读取。读取。24二、接口的类型及特点二、接口的类型及特点n按传输信息的方向分类:按传输信息的方向分类:n输入接口输入接口n输出接口输出接口n按传输信息的类型分类:按传输信息的类型分类:n数字接口数字接口n模拟接口模拟接口n按传输信息的方式分类:按传输信息的方式分类:n并行接口并行
10、接口n串行接口串行接口25接口特点接口特点n输入接口:输入接口:n要求对数据具有控制能力要求对数据具有控制能力n常用三态门实现常用三态门实现n输出接口:输出接口:n要求对数据具有锁存能力要求对数据具有锁存能力n常用锁存器实现常用锁存器实现26三、三态门接口三、三态门接口n高电平、低电平、高电平、低电平、高阻态高阻态27三态门接口三态门接口n三态门的工作波形:三态门的工作波形:A0A15IOR译码输出译码输出D0D7开关状态开关状态地址有效地址有效2874LS244n含含8个三态门的集成电路芯片个三态门的集成电路芯片n在外设具有数据保持能力时用来输入接口在外设具有数据保持能力时用来输入接口n74
11、LS244应用例应用例教材教材p238P238图图29三态门接口应用例三态门接口应用例n利用三态门作为输入接口(利用三态门作为输入接口(接口地址接口地址380H)接接到到地址范围为地址范围为70000H-71FFFH的的EEPROM芯片的芯片的READY/BUSY端,当三态门输出高电平端,当三态门输出高电平时,可向时,可向98C64A写入一个字节数据,输出低写入一个字节数据,输出低电平时则不能写入。画芯片与系统的连接图电平时则不能写入。画芯片与系统的连接图30三态门接口应用例三态门接口应用例D0D7A0A12WEOEREADY/BUSYA0A12MEMWMEMR高位地高位地址信号址信号D0D7
12、D0380HCE译码译码IOR31四、锁存器接口四、锁存器接口n通常由通常由D触发器构成;触发器构成;n特点:特点:n具有对数据的锁存能力;具有对数据的锁存能力;n不具备对数据的控制能力不具备对数据的控制能力32常用锁存器芯片常用锁存器芯片n74LS273 8D触发器,不具备数据的控制能力触发器,不具备数据的控制能力n74LS373 含三态的含三态的8D触发器,具有对数据的控触发器,具有对数据的控 制能力制能力P239图图33锁存器芯片锁存器芯片74LS374D0D7Q0Q7.OECP译码器译码器Q0Q7D0D7.OECP译码器译码器做输出口做输出口:做输入口做输入口:外外设设自外设自外设34
13、I/O接口综合应用例接口综合应用例n根据开关状态在根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号段数码管上显示数字或符号n设输出接口的地址为设输出接口的地址为F0Hn设输入接口地址为设输入接口地址为F1Hn当开关的状态分别为当开关的状态分别为00001111时,在时,在7段数段数码管上对应显示码管上对应显示0F7段数码管图见教材段数码管图见教材p25535O1 I1O2 I2O3 I3O4 I4E1 K0K3+5V G G2A G2B C B A1174LS244D0 Q0|Q1D7 Q2 Q3 Q4CP Q5 Q6 Q7 abcdefgDP7406反相器反相器74LS273Rx81174LS138
14、D0D7IOWIORY0Y1F0H=1111 0000F1H=1111 0001&A6A4A3A2A1A0D0D1D2D3译码器译码器A7A0136符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba000111111801111111100000110901100111201011011A01110111301001111B01111100401100110C00111001501101101D01011110601111101E01111001700000111F0111000137I/O接口综合应用例接口综合应用例 程序段程序段Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66
15、H,6DH,7DH,07H,7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H LEA BX,Seg7 MOV AH,0 GO:INAL,0F1H AND AL,0FH MOV SI,AX MOV AL,BX+SI OUT 0F0H,AL JMP GO386.3 6.3 基本输入基本输入/输出方法输出方法39基本输入基本输入/输出方法输出方法无条件传送无条件传送查询式传送查询式传送中断方式传送中断方式传送直接存储器存取直接存储器存取(DMA)程序控制方式程序控制方式40一、无条件传送一、无条件传送n要求外设总是处于准备好状态要求外设总是处于准备好状态n优点:优点:n软件及接口硬件简
16、单软件及接口硬件简单n缺点:缺点:n只适用于简单外设,适应范围较窄只适用于简单外设,适应范围较窄41无条件传送例无条件传送例n读取开关的状态;读取开关的状态;n当开关闭合时,输出编码使发光二极管亮当开关闭合时,输出编码使发光二极管亮42DCPQD0D1输出口地输出口地址址38F3H输入口地输入口地址址38F0H+5V143二、查询工作方式二、查询工作方式n仅当条件满足时才能进行数据传送;仅当条件满足时才能进行数据传送;n每满足一次条件只能进行一次数据传送。每满足一次条件只能进行一次数据传送。n适用场合:适用场合:n外设并不总是准备好外设并不总是准备好n对传送速率和效率要求不高对传送速率和效率要
17、求不高n工作条件:工作条件:n外设应提供设备状态信息外设应提供设备状态信息n接口应具备状态端口接口应具备状态端口44查询工作方式查询工作方式n优点:软硬件比较简单优点:软硬件比较简单n缺点:缺点:CPU效率低,数据传送的实时性效率低,数据传送的实时性 差,速度较慢差,速度较慢45READY?READY?进行进行一次一次数据交换数据交换读入并测试外设状态读入并测试外设状态YN传送完传送完?Y结结 束束N开开 始始每满足一次条每满足一次条件只能进行一件只能进行一次数据传送次数据传送46超时超时?READY?READY?与外设进与外设进行数据交换行数据交换超时错超时错读入并测试外设状态读入并测试外设
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