(16)--[5.1] IO接口传输方式-单片机单片机设计及应用.ppt

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1、第第5 5章章 I I/O O接接口口 传传 输输 方方 式式第5章 I/O接口传输方式n了解了解I/OI/O的基本概念，掌握的基本概念，掌握I/OI/O端口的编址端口的编址n掌握输入输出的基本方法：掌握输入输出的基本方法：无条件、查询、中断、无条件、查询、中断、DMADMA微型计算机中I/O接口的作用存储器MI/O接口输入设备II/O接口数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB输出设备OCPU第5章 I/O接口传输方式第5章 I/O接口传输方式什么是I/O接口（电路）I/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，I/O接口就是CPU与外设的连接部件。PC机系统板的

2、可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是I/O接口电路第5章 I/O接口传输方式CPUCPUI/OI/O接口接口电路电路 I/OI/O设备设备接口在CPU与外设之间I/O接口的定义把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之间的信息交换.5.1 I/O接口电路I/O接口要解决的问题速度匹配(Buffer)信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器)信号形式匹配(A/D、D/A)信息格式(字节流、块、数据包、帧)时序匹配(定时关系)总线隔离(三态门)5.1 I/O接口电路I/O接口的功能n 1.I/O地址译码与设备选择 把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离（高阻态）。5.1

3、I/O接口电路n 2.数据的缓冲与暂存 缓解接口与CPU工作速度的差异 输出接口有锁存环节 输入接口有缓冲环节 I/O接口的功能5.1 I/O接口电路n 3.对外设进行监测、控制与管理，中断处理 信号电平与类型的转换形式、格式、电平、功率、码制等I/O接口的编址方式5.1 I/O接口电路nI/O端口：I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端 口(O)、状态端口(I)。n不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号称为端口地址(或端口号)。n端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。I/O接口电路的基本结构5.1 I/

4、O接口电路1.统一编址（例如:MCS-51单片机）5.1 I/O接口电路n定义把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。n优点指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。n缺点内存可用地址空间减小0地址空间(共1MB)内存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H2.独立编址（例如:8088/8086 微机系统）5.1 I/O接口电路n定义 外设地址空间和内存地址空间相互独立。n优点 内存地址空间不受I/O编址的影响n缺点 I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号。00000H内存地址空间内存空间(1MB)I/O空间(64

5、KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空间0000H2.独立编址（例如:8088/8086 微机系统）5.1 I/O接口电路2.独立编址（例如:8088/8086 微机系统）5.1 I/O接口电路5.2 I/O接口数据传送的控制方式 主机与外设之间数据传送的主机与外设之间数据传送的控制方式控制方式,有以下有以下四种四种：无条件传送无条件传送查询查询(条件条件)方式传送方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(DMADMA,Direct Memory Access)Direct Memory Access)无条件传送方式n适用场合：适用于总是处于准备好状态（定时固定或已知）的

6、外设n以下简单外设可采用无条件传送方式：开关发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)继电器步进电机n优点：软件及接口硬件简单n缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄5.2 I/O接口数据传送的控制方式 查询(条件)方式传送n适用场合：适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。nCPU在与外设交换数据前必须询问外设状态“你准备好没有？”n对外设的要求：应提供设备状态信息n对接口的要求：需要提供状态端口n优点：软件比较简单n缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢5.2 I/O接口数据传送的控制方式 查询方式的流程图5.2 I/O接口数据传送的控制方式 超时?RE

7、ADY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环复位计时器NY例如：用查询方式进行输出 外设状态端口地址为3FBH，第5位(D5)为状态标志（=1忙，=0准备好）外设数据端口地址为3F8H，写入数据会使状态标志置1；外设把数据读走后又把它置0。试画出其电路图。（电路图见下页）5.2 I/O接口数据传送的控制方式 5.2 I/O接口数据传送的控制方式 D5D7-D0A9|A31&A15|A101IOWD7-D03F8H外设D7D6D5D4D3D2D1D0BUSYCPQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0状态端口GG2AG2BCBAA2A1A074LS138Y01IORY3O

8、E74LS374CPQQDSSTROBE3FBH思考:程序段？打印机（1忙/0闲）查询输入的参考程序为：MOV DPTR,#STATUS-PORT；STATUS-PORT是状态口地址QUERY:MOVX A，DPTR ；从状态口输入状态信息 RRC A ；把D0移入Cy中，用于测试D0 JNC QUERY ；当D0=0时，未就绪，继续查询MOV DPTR,#DATA-PORT ；DATA-PORT是数据口地址MOVX A,DPTR ；从数据端口输入数据查询输出的参考程序为：MOV DPTR,#STATUS-PORT；STATUS-PORT是状态口地址QUERY:MOVX A，DPTR ；从状态

9、口输入状态信息 RLC A ；把D7移入Cy中，用于测试D7 JC QUERY ；当D7=1时，未就绪，继续查询MOV DPTR,#DATA-PORT ；DATA-PORT是数据口地址MOVX A,DPTR ；从数据端口输出数据中断方式传送5.2 I/O接口数据传送的控制方式 n概念:CPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进行数据传送时才中断CPU正在进行的工作，让CPU来为其服务。即CPU在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据，从而大大提高了CPU的利用率。中断方式传送5.2 I/O接口数据传送的控制方式 n优点：CPU效率高，实时性好，速度快。n缺点：程序编制较

10、为复杂。DMA传输 5.2 I/O接口数据传送的控制方式 n前面三种I/O方式共性:都需要CPU作为中介：外设 CPU 内存 两个含义：1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）；2）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的（总线由CPU控制）。n 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/秒）解决办法：DMA传输DMA传输 5.2 I/O接口数据传送的控制方式 外设 内存外设直接与存储器进行数据交换，CPU不再担当数据传输的中介者；总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。n优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几MB/秒）