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微机接口技术

微机接口技术. 体系独立的学科技术. 复习： 微机框图： 三部件、三总线 指令执行过程： 取指、取数、运算、存数 指令系统及汇编语言编程： IN 、 OUT. 请按本 PPT 及实验讲义顺序预习！ 有些内容要查阅参考书； 与实验内容有关的部分：精读！ 作业、实验报告必须手写！. 接口技术概述. 几个基本问题 ： 1 、什么是接口电路？ 2 、为什么外设与 CPU 间必须要有接口电路？ 3 、接口电路功能 4 、接口电路最基本功能 5 、接口电路分类. 存储器与 CPU 连接呢？. 接口电路. 1 、什么是接口电路？

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  1. 微机接口技术 体系独立的学科技术 复习： 微机框图：三部件、三总线 指令执行过程：取指、取数、运算、存数 指令系统及汇编语言编程：IN、OUT 请按本PPT及实验讲义顺序预习！ 有些内容要查阅参考书； 与实验内容有关的部分：精读！ 作业、实验报告必须手写！

  2. 接口技术概述 几个基本问题： 1、什么是接口电路？ 2、为什么外设与CPU间必须要有接口电路？ 3、接口电路功能 4、接口电路最基本功能 5、接口电路分类 存储器与CPU连接呢？

  3. 接口电路 1、什么是接口电路？ Interface，CPU与外设间电路，简称I/O接口 微机系统中最复杂的部分， 接口设计：硬件电路设计、驱动程序设计。 2、为什么外设与CPU间必须要有接口电路？ 外设种类繁多，速率不匹配：机械/电子 信号类型和电平幅度不匹配：数字/模拟 信号格式不匹配：位数不同，并/串 时序不匹配：特定工作原理/控制逻辑

  4. 接口电路功能 3、接口电路功能 (1)寻址 类似存储器找到地址 (2)输入/输出 类似存储器读或写 (3)数据转换 外设可用的格式 (4)联络 传送过程控制 (5)中断管理 一种实时的传送方式 (6)复位 使接口本身初始化 (7)可编程 工作方式可用软件设置 (8)错误检测 串口中，传输错误等 ……

  5. 接口电路最基本功能 4、接口电路最基本功能：由总线结构决定 端口译码：寻址，片选 输出锁存：锁存器 CPU输出数据出现在总线上的时间有限 输入缓冲：三态缓冲器 多个电路都挂在总线上 实际上存储器芯片也都具备上述三项基本功能！ 要解决两个问题:1、引脚对接；2、时序配合

  6. CPU引脚 8086为40脚DIP，80486为168脚PGA，…….. 七个方面的内容： 名称、功能、方向、 三态、有效（高/低/边缘）、多功能、驱动能力 按功能分三类：（早期CPU地址/数据复用） 地址：A0~A9~A16~A20~A32 数据：D0~D7~D15~D31 控制：RD、WR、IO/M NMI、INTR、INTA，……

  7. 8086引脚 AD0~AD15： 地址/数据(出/双向) A16/S3~A19/S6:地址/状态(出) /BHE/S7：高字节有效/状态(出) /RD：读控制（出） /WR：写控制（出） M/IO：存储器/IO选择(出) DT/R：数据发送/接收(出) /DEN：数据使能(出) ALE：地址锁存使能(出)

  8. *8086的引脚 • AD0~AD15：地址/数据复用总线； • A16/S3~A19/S6：地址状态总线； • BHE/S7：高8位数据总线允许/状态复用引脚； • RD：读信号； • WR：写信号； • M/IO：存储器或I/O端口访问信号； • READY：读写准备就绪信号； • INTR：可屏蔽中断请求信号； • INTA：中断响应信号； • NMI：不可屏蔽中断请求信号，上升沿触发；

  9. *8086的引脚（续） • ALE：地址锁存允许信号，将地址送上系统AB； • DT/R：数据发送/接收控制信号； • DEN：数据允许信号，将数据送上系统DB； • HOLD：总线请求信号，由另一主控模块发起； • HLDA：总线请求响应信号，由CPU应答； • TEST：测试信号，执行WAIT指令时决定是否继续等待； • RESET：复位； • MN/MX：最小/最大模式选择； • CLK：时钟

  10. 存储器举例 6264：8K×8位SRAM A0~A12： 地址线13根（入）； I/O0~I/O7 ： 数据线8根（双向）； /CS1、CS2： 片选信号（入）； /OE：输出允许（入）； /WE：写控制（入）； I/O接口电路的引脚类似

  11. 端口译码 用地址线确定要操作的端口。 片选：全译码、线译码、部分译码 RD/WR IO/M 译 码 电 路 74HC138 74HC139 …… A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Y7 … Y0 /CS /CS 接口1 接口2

  12. *全译码 • 所有地址线均参与译码 • 端口地址唯一 • 结构复杂 • 一般用在I/O空间较大的场合 • 高位地址线用于片选，低位地址线用于片内字选

  13. *线选法 • 少数几根地址线经简单逻辑或将某地址线直接作为片选 • 没参加译码的地址线不论为0或为1均不影响片选结果 • 结构简单，但地址重叠，地址空间浪费 • 适用于I/O空间较小的场合 • 难以扩展

  14. *简单逻辑译码

  15. *线选译码的地址空间

  16. *部分译码法 • 某些最高位地址线不参加译码（即悬空，造成地址重叠）或以简单逻辑接入 • 低位地址线作为字选 • 剩余中间地址线接入译码器 • 最常用也最容易设计的方法 • 适用于I/O空间较大的场合

  17. *输入输出指令 • 直接寻址（端口号小于100H） IN AL/AX , N OUT N , AL/AX • DX寄存器间接寻址（所有16位端口号） MOV DX , PORT IN AL/AX , DX OUT DX , AL/AX

  18. CPU读/写时序

  19. *指令、总线与时钟周期 • 执行一条指令所需时间为指令周期，不同指令其周期不等长。 • 当CPU从存储器或I/O设备存取一次数据就需要一个总线周期。一个或多个总线周期组成一个指令周期。 • CLK周期即时钟周期T，一个总线周期至少由四个时钟周期T1、T2、T3、T4组成。

  20. *总线周期 • 在T1期间送出地址； • 在其他三个T周期传送数据； • 如果无法在规定时间内完成传送，必须通过READY引脚发出请求信号，在T3与T4之间插入一个或数个等待周期Tw，直到READY有效。Tw也以T为单位。

  21. *8086读周期时序

  22. *8086写周期时序

  23. *中断响应周期时序

  24. *总线保持/响应时序

  25. *复位时序

  26. *最小方式下的总线形成

  27. *三态锁存器8282

  28. *数据收发器8286

  29. 接口电路分类 5、接口电路分类 按通用性分:专用接口、通用接口 按可编程性分:可编程接口、 不可编程接口 按外设传送数据格式分:并行接口、 串行接口 按工作对象分:面向CPU的外围接口、 面向外设的I/O接口 8253、8259、8255、8251、8237

  30. 外设与CPU传送的信息 存储器：程序、数据 （数据有各种不同的物理意义） I/O接口：信息，分三种： 数据信息：数字量、模拟量、开关量，双向 状态信息：由外设到CPU，输入 控制信息：由CPU到外设，输出 存储单元I/O端口 地址 端口号(端口地址)

  31. I/O端口 CPU AB 存储器 I/O接口 I/O设备 DB CB 输入/输出 读/写 接口电路可抽象为三组寄存器（端口） 数据端口、状态端口、控制端口 I/O端口编址方式：统一编址、单独编址

  32. CPU与外设信息传送控制方式 (1)无条件传送方式 (2)条件传送方式（查询方式） (3)中断传送方式 (4)直接存储器存取(DMA)方式 必须理解清楚：硬件、软件配合的过程

  33. 无条件方式 输出 输入 74HC273 74HC244 锁存器 三态 缓冲器 DB DB 输出数据 输入数据 0 0 74HC138 端口译码 AB 1 端口译码 AB 1 /IOW /IOR 0 0 注意：端口译码有效为低或高？ 软件原理：一条IN或OUT指令 典型应用：按键/开关输入，LED显示输出

  34. 条件方式(输入) 输入软件流程 硬件框图 读状态 0 0 /IOR N 准备好? 1 Y 输 入 设 备 锁 存 器 三 态 缓 冲 器 输入数据 DB D7 F0 F1 端口译码 保存数据 AB STB R Q +5V D 1 SCAN:IN AL,0F1H TEST AL,80H JZ SCAN IN AL,0F0H MOV BUF,AL /IOR 0 状态寄存器 0

  35. 条件输入流程改进 必须考虑：与硬件配合、与其它操作配合。 数据准备好所花时间与指令执行时间比较。 一个子程序(OTHER) 其它操作 其它操作 一个子程序(INPUT) 主程序： MAIN： …… CALL OTHER CALL INPUT …… JMP MAIN 读状态 读状态 N N 准备好? 准备好? Y Y 输入数据 输入数据 保存数据 保存数据

  36. 条件方式(输出) 硬件框图 输出软件流程 输 出 设 备 锁 存 器 DB 其它操作 0 0 /IOW 1 读状态 端口译码 AB ACK 1 R 设备忙? Q D 0 /IOR Y +5V 0 N 去DB 输出数据 与条件输入一样的流程改进请同学们思考。

  37. 中断方式(输入) 为提高CPU利用率，并实时处理随机事件 硬件框图 软件原理 0 0 /IOR 主程序 1 输 入 设 备 锁 存 器 三 态 缓 冲 器 中 断 子 程 序 DB INTR 端口译码 AB STB R 1 Q +5V D Q 0 /IOW IMR IRR 0 D D0 状态寄存器改为中断请求寄存器 输出较少使用中断方式。

  38. DMA方式 前三种方式都要CPU干预，传送时间长； 实际数据是放在存储器中的。 CPU AB 存储器 I/O接口 DMAC DB CB 适用于高速大量的数据传送

  39. 共性问题讨论 1、如何确定外设准备好？ 2、几种方式的优先级？ 3、软件中设置I/O缓冲区问题：与缓冲器区分！ 接口与系统的连接：P13图1-11 接口技术的发展： 从非标准化到标准化，从硬件到软件； 内嵌CPU，智能化； 新总线标准； 软件接口标准化；

  40. *典型的IO接口与外部连接

  41. 端口译码实验(1) 5V 74HC138 需连线 Y4Y5 0 1 A3 0 0 A4 1 1 A5 PR A B C E1 D Q L0R(LED) CLK Y4 Y5 R 0 74HC74 A9A8,A7A6A5A4,A3A2A1A0 Y0 1 0 1 0 0 0 0 X X X 280~287 …… Y4 1 0 1 0 1 0 0 X X X 2A0~2A7 Y5 1 0 1 0 1 0 1 X X X 2A8~2AF …… Y7 1 0 1 0 1 1 1 X X X 2B8~2BF 0 A6 1 A7 0 A8 1 A9 /IOW /IOR 0

  42. 端口译码实验(2) 流程图 2A0和2A8输出数据任意； 用IN或OUT指令均可； 延时时间长则LED闪烁； 延时时间短则 示波器上可观察到波形。 2A0端口输出 延时 2A8端口输出 延时 为调试程序方便一般要有 按任意键结束程序的功能 N 有按键？ Y 结束

  43. 并行口实验(1) VCC CLR 273 需连线 L0R L1R L2R L3R L4R L5R L6R L7R Q1 ~ Q8 D0 ~ D7 DB 验证无条件和条件传送原理 2A8 CLK 问题： 为什么LED显示、 开关(按键)输入 可以用无条件方式？ /IOW 0 244 1A1 1A4 2A1 2A4 1Y1 ~ 2Y4 K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 DB 2A0 1/G 2/G /IOR 0

  44. 并行口实验(2) 从2A0输入 无 条 件 方 式 流 程 图 暂存到BL 编写控制硬件的程序必须 注意程序执行时间与硬件 工作速度的配合。 从2A8输出 到屏幕显示 从2A0输入 Y 与BL相等？ 不做此判断则现象如何？ N 暂存到BL 注意：按键输入的抖动现象 软件办法消除 从2A8输出 到屏幕显示 其它操作 改为查询方式： 用K7作为状态位 N Y 有按键？ 结束

  45. 数码LED动态扫描(1) 1、硬件原理图 VCC a 1 CLR 273 Q1 ~ Q8 D0 ~ D7 DB f b g 字型 e c . h 0 反相 2A8 d CLK /IOW DP …… SA VCC CLR 273 LED7 Q8 ~ Q1 D0 ~ D7 DB LED0 位型 2A0 CLK /IOW 静态显示：8个锁存器 动态显示：2个锁存器

  46. 数码LED动态扫描(2) 2、一般软件流程(八位显示) 指针位型初始化 位型输出全1 关显示 查字型表 注意： 亮度不均问题 输出字型 输出位型 指针加1 位型左移 1ms~2ms 延时 N Y 8位完？ 返回

  47. 数码LED动态扫描(3) 主程序 软件流程 一位显示子程序： 3、实验程序 数据结构 段初始化 字型表： LED DB 3FH,06H,…,71H 显示数据表： BUF DB 8 DUP(?) 显示指针：初值0 LPTR DW ？;0~7 显示位型：初值01H LBIT DB ？;02H,04H….80H 指针加1 指针初始化 位型左移 位型初始化 关显示 调用显示 子程序 查字型表 其它操作 输出字型 键盘输入 N 输出位型 有按键？ Y 返回 返回 不存在亮度不均问题

  48. 键盘扫描(1) VCC 1、硬件原理 VCC CLR 273 KB0 Q1 Q2 Q3 D0 ~ D7 DB F E D C B A 9 8 KB1 行输出 7 6 5 4 3 2 1 0 2A0 KB2 CLK /IOW KEY7 KEY5 KEY3 KEY1 244 2A4 2A1 1A4 1A1 1Y1 ~ 2Y4 KEY6 KEY4 KEY2 KEY0 DB 列输入 2A8 1/G 2/G /IOR 3行×8列

  49. 键盘扫描(2) 2、一般软件流程（三行全部扫描） 行输出全0 消除抖动 读入列值 延时(20ms) 拼键值 Y 列值全1？ 等待键松开 再输出行值 行输出全0 返回 读入列值 读入列值 一行输出0 Y 读入列值 列值相同？ N 列值全1？ N N Y 列值全1？ 返回 消抖 延时(20ms) Y 下一行 返回 N 行扫完？ Y 100ms 10ms 10ms 返回

  50. 键盘扫描(3) 3、实验程序 数据结构： BUF DB 8 DUP(?)；键盘输入缓冲区(环形) KPTR DW ?；键盘输入缓冲区指针(0~7) KBIT DB ?；行输出位型(01H,02H,04H) KROW DB ?；按键行值 KCOL DB ?；按键列值 KCNT DB ?；按键消抖计数 KEY DB ?；按键键值(00H~07H,08H~0FH,10H~17H) 子程序与主程序传递参数用 主程序用 子程序用 常数： CNTMAX EQU 80H ；按键消抖计数最大值， 可根据其它操作时间长短调整

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