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第 8 章 输入输出接口

第 8 章 输入输出接口. 主要内容 输入输出接口概述 并行通信与并行接口 可编程并行通信接口芯片 8255A. 8.1 输入输出接口概述. 8.1 输入输出接口概述. 为什么需要 I/O 接口（电路）？. 微机的外部设备多种多样，它们工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大。. 它们不能与 CPU 直接相连 , 必须经过中间电路再与系统相连，这部分电路被称为 I/O 接口电路。. 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。. 8.1 输入输出接口概述.

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第 8 章 输入输出接口

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Presentation Transcript

  1. 第8章 输入输出接口 主要内容 • 输入输出接口概述 • 并行通信与并行接口 • 可编程并行通信接口芯片8255A

  2. 8.1 输入输出接口概述

  3. 8.1 输入输出接口概述 • 为什么需要I/O接口（电路）？ • 微机的外部设备多种多样，它们工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大。 • 它们不能与CPU直接相连,必须经过中间电路再与系统相连，这部分电路被称为I/O接口电路。 • 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。

  4. 8.1 输入输出接口概述 • I/O接口电路与外部设备间交换的信号的类型： • (1) 数字量: 二进制形式的数据，或是已经过编码的二进制形式的数据。最小单位为“位”(bit)，8位称为一个字节(BYTE)。 • (2) 模拟量: 用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量。模拟量信号不能直接进入计算机，必须经过A/D(模拟/数字)转换器，把模拟量转换成某种形式的数字量，才能输入计算机。当外部设备需要模拟量信号控制时，I/O接口电路D/A(数字/模拟)转换器又能把数字量转换成模拟量信号。 • (3) 开关量: 开关量信号只有两种状态，即“开”或“闭”。这样，只要用一位二进制数就可表示。 • (4) 脉冲量: 在计算机控制系统中还经常用到计数脉冲、定时脉冲或控制脉冲。脉冲量信号是以脉冲形式表示的一种信号。

  5. 8.1 输入输出接口概述

  6. 8.1 输入输出接口概述 • 输入/输出的控制方式 在微机系统中，可采用的输入/输出控制方式一般有4种：程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式(DMA方式)和输入/输出处理机方式。 • 1.程序控制方式 • 这是指在程序控制下进行信息传送，程序控制方式可以分为： 无条件传送方式和条件传送方式。 • 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。 • 条件传送方式：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”。

  7. 8.1 输入输出接口概述 2.中断控制方式 中断控制方式一般用于低速外部设备与CPU之间的信息交换。当外部设备需要与CPU进行数据交换时，由接口部件向CPU发出一个中断请求信号，CPU响应这一中断请求，便可在中断服务程序中完成一个字节或一个字的信息交换。每操作一次，CPU要打断原来执行的程序去执行一段中断服务程序，对速度较高的外部设备会产生信息丢失，因此不能采用。 3.DMA控制方式 DMA控制方式是一种成块传送数据的方式。当某一外部设备需要输入/输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，向CPU发出总线请求；若CPU响应DMA的请求把总线使用权赋给DMA控制器，数据不通过CPU，可直接在DMA控制器操纵下进行传送。当这批数据传送完毕后，DMA控制器再向CPU发出“结束中断请求”，CPU响应这一中断请求，即可收回总线使用权。因此，采用DMA控制方式，CPU只需在数据传送结束时响应一次中断，减轻了CPU的负担，但DMA控制器一般只能对一台或几台同类型的外部设备完成控制功能。

  8. 8.1 输入输出接口概述 • 4.输入/输出处理机控制方式 • 对于有大量输入/输出设备的微机系统，DMA控制方式已不能满足这种需要。Intel公司生产了与86系列配套的输入/输出处理机(IOP)8089。系统中设置了IOP后，86系列CPU必须工作在最大工作模式。当CPU需要进行输入或输出操作时，只需在存储器中建立一个规定格式的信息块，设置好需要执行的操作和有关参数，然后把这些参数送入8089，IOP即会执行输入/输出操作。如果在数据传送过程出现差错，8089会进行重复传送或做必要的处理。在整个数据块的传送过程中，CPU可去完成其他作业。 • 在微型计算机系统中，通常是用各种类型的输入/输出接口芯片来完成CPU与其外部设备之间的信息交换。下面介绍一种常用接口芯片及工作原理。

  9. 8.2 并行通讯与并行接口（Parallel communication & Parallel Interface） 一、并行通讯及特点： 特点： （1）速度快 （2）线较多 （3）距离近

  10. 8.2 并行通讯与并行接口 二、并行接口的一般结构及其与外部的连接 ：

  11. 8.2 并行通讯与并行接口 • 并行接口的输入过程： 外部设备首先将数据送给接口，并使状态线“数据输入准备好”成为高电平。接口把数据接收到数据输入缓冲寄存器的同时，使“数据输入回答”线变为高电平，作为对外部设备的响应。外部设备接到此信号，便撤除数据和“数据输入准备好”信号。数据到达接口中后，接口会在状态寄存器中设置“输入准备好”状态位，以便CPU对其进行查询，接口也可以在此时向CPU发一个中断请求。所以，CPU既可以用软件查询方式，也可以用中断方式来设法读取接口中的数据。CPU从并行接口中读取数据后，接口会自动清除状态寄存器中的“输入准备好”状态位，并且使数据总线处于高阻状态。此后，又可以开始下一个输入过程。

  12. 8.2 并行通讯与并行接口 • 并行接口的输出过程： • 每当外部设备从接口取走一个数据之后，接口就会将状态寄存器中的“输出准备好”状态位置“1”，以表示CPU当前可以往接口中输出数据，这个状态位可供CPU进行查询。此时，接口也可以向CPU发一个中断请求。所以，CPU既可以用软件查询方式，也可以用中断方式设法往接口中输出一个数据。当CPU输出的数据到达接口的输出缓冲寄存器中后，接口会自动清除“输出准备好”状态位，并且将数据送往外部设备，同时，接口往外部设备发送一个“驱动信号”来启动外部设备接收数据。外部设备被启动后，开始接收数据，并往接口发一个“数据输出回答”信号。接口收到此信号，便将状态寄存器中的“输出准备好”状态位重新置“1”，以便CPU输出下一个数据。

  13. 8.3 可编程并行通信接口芯片8255A 8255A是Intel86系列微处理机的配套并行接口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输出的通道。由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式，所以，用8255A连接外部设备时，通常不用再附加外部电路，给使用者带来很大方便。

  14. 8.3.1 8255A芯片内部结构及其功能 8255A的内部结构图

  15. 8.3.1 8255A芯片内部结构及其功能 8255A的芯片引脚信号

  16. 8.3.1 8255A芯片内部结构及其功能 1.并行输入/输出端口A，B，C 8255A芯片内部包含3个8位端口，其中：端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入缓冲存储器；端口C包含一个输出锁存/缓冲存储器和一个输入缓冲存储器。必要时端口C可分成两个4位端口，分别与端口A和端口B配合工作，通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C可作为状态或控制信息的传送端口。 2.A组和B组控制部件 端口A与端口C的高4位(PC7～PC4)构成A组，由A组控制部件实现控制功能，端口B与端口C的低4位(PC3～PC0)构成B组，由B组控制部件实现控制功能。它们各有一个控制单元，可接收来自读/写控制部件的命令和CPU通过数据总线(D7～D0)送来的控制字，并根据它们来定义各个端口的操作方式。

  17. 8.3.1 8255A芯片内部结构及其功能 3.数据总线缓冲存储器 这是一个三态双向8位数据缓冲存储器，它是8255A与8086CPU之间的数据接口。CPU执行输出指令时，可将控制字或数据通过数据总线缓冲存储器传送给8255A。CPU执行输入指令时，8255A可将状态信息或数据通过总线缓冲存储器向CPU输入。因此它是CPU与8255A之间交换信息的必经之路。 4.读/写控制部件 这是8255A内部完成读/写控制功能的部件，它能接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出操作命令。可接收的控制命令如下： (1)CS——片选信号。由CPU输入，通常由端口的高位地址码(A15～A2)译码得到，CS有效，表示该8255A被选中。 (2)RD，WR——读、写控制信号。由CPU输入，RD有效，表示CPU读8255A，应由8255A向CPU传送数据或状态信息。WR有效，表示CPU写8255A，应由CPU将控制字或数据写入8255A。 (3)RESET——复位信号。由CPU输入。RESET有效时，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各端口置成输入方式。 (4)A1和A0——端口选择信号。 当A1A0＝00，选择端口A；当A1A0＝01，选择端口B；当A1A0＝10，选择端口C；当A1A0＝11，选择控制字寄存器。

  18. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 • 8255A中各端口可有3种基本工作方式： 方式0——基本输入/输出方式；方式1——选通输入/输出方式；方式2——双向传送方式。 • 端口A可处于3种工作方式(方式0，方式1和方式2)，端口B只可处于两种方式(方式0和方式1)，端口C常常被分成高4位和低4位两部分，可分别用来传送数据或控制信息。 • 用户可用软件来分别定义3个端口的工作方式，可使用的控制字有定义工作方式控制字和置位/复位控制字。 • 1.控制字 • (1)定义工作方式控制字：格式如下图所示。通过定义工作方式控制字可将3个端口分别定义为3种不同方式的组合，当将端口A定义为方式1或方式2或将端口B定义为方式1时，要求使用端口C的某些位作控制用，这时需要使用一个专门的置位/复位控制字来对控制端口C的各位分别进行置位/复位操作。

  19. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 • 8255A工作方式控制字格式：

  20. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 (2) 置位/复位控制字： 只对端口C有效，其使用格式如图所示。

  21. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 2.工作方式 (1)工作方式0：这是8255A中各端口的基本输入/输出方式。它只完成简单的并行输入/输出操作，CPU可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息。如果3个端口均处于工作方式0，则可由工作方式控制字定义16种工作方式的组合，这种情况下，工作方式控制字的具体格式如下图所示。

  22. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 • 在上述情况下，端口C被分成两个4位端口，它们可分别被定义为输入或输出端口，CPU与这三个端口之间交换数据可直接由CPU执行IN或OUT指令来完成，而不提供任何“握手”信息，适用于各种同步并行传输系统。 （2）工作方式1、2：略。 • 例题：8255A作为连接打印机的接口，工作于方式0，如下图所示： 8255A 打印机 D7~D0 PA7~PA0 8086 D7~D0 STB BUSY PC2 工作过程为：当主机要往打印机输出字符时，先查询BUSY信号，如为零，则可通过8255A向打印机输出一个字符，同时给出选通信号STB(负脉冲)。

  23. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 现将A端口作为传送字符的通道，工作于方式0、输出方式；B端口未用；端口C也工作于方式0，PC2作为BUSY信号输入端，故PC3~PC0为输入方式，PC6作为STB信号输出端，故PC7~PC4为输出方式。 设8255A的端口地址为： A端口：00D0H, B端口: 00D2H, C端口: 00D4H, 控制端口：00D6H 具体程序段如下： PP: MOV AL,81H ;控制字，使A,B,C三个端口均工作于方式0， A端口 OUT 0D6H,AL ;为输出， PC7~PC4为输出，PC3~PC0为输入。 MOV AL,0DH ;用置0置1方式使PC6为1，即STB为高电平。 OUT 0D6H,AL LPST: IN AL,0D4H ;读端口C的值 AND AL,04H JNZ LPST ;如不为0，说明打印机忙，故等待。

  24. 8.3.2 8255A芯片的控制字及其工作方式 MOV AL,CL OUT 0D0H,AL ;如不忙，则把CL中字符送端口A。 MOV AL,0CH OUT 0D6H,AL ;使STB为0 INC AL OUT 0D6H,AL ;再使STB为1 …… ;后续程序段 …… ……

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