4接口讲解.pptx

微机原理与接口技术微机原理与接口技术第第4章章微机接口概述微机接口概述教案第第4章章微机接口概述微机接口概述4.1微机接口微机接口4.2I/O接口的基本结构接口的基本结构4.3接口数据传送的控制方式接口数据传送的控制方式本章要点本章要点微机接口与接口技术微机接口与接口技术 微微机机系系统统为为了了便便于于实实现现CPU的的控控制制处处理理，或或者者为为了了与与各各种种各各具具特特色色的的外外设设交交换换I/O信信息息，往往往往需需要要通通过过挂挂接接在在标标准准、通通用用的的系系统统总总线线上上的的各各种种接接口口电电路路来来实实现现。因因此此，微微机机系系统统的的总总线线结结构构，除除了了微微处处理理器器、存存储储器器以以外外，还还必必须须有有各各种种接口（接口（Interface）逻辑部件）逻辑部件。微微机机接接口口是是一一个个特特定定的的管管理理/协协调调、信信息息变变换换/缓缓冲冲部部件件，在在硬硬件件线线路路与与软软件件实实现现上上，保保证证完完成成微微机机和和外外设设之之间间具具有有其特定要求和方法的数据传送。其特定要求和方法的数据传送。微微机机接接口口技技术术是是专专门门研研究究CPU和和外外设设之之间间的的数数据据传传送送方方式式、接接口口电电路路工工作作原原理理和和使使用用方方法法的的一一门门软软、硬硬件件综综合合应应用用技技术。术。微机接口的分类微机接口的分类 接口接口按通用性分类按通用性分类：专用接口专用接口 通用接口通用接口接口接口按功能分类按功能分类：辅助辅助/控制接口控制接口 I/O接口（接口（通用通用I/O接口、接口、专用专用I/O接口）接口）接口接口按数据传送格式分类按数据传送格式分类：并行接口并行接口 串行接口串行接口接口接口按硬件复杂程度分类按硬件复杂程度分类：接口芯片接口芯片 接口卡（适配器）接口卡（适配器）微机接口微机接口的功能的功能 微机接口的基本功能微机接口的基本功能:根根据据系系统统要要求求对对外外设设进进行行管管理理与与控控制制，实实现现信信号号逻逻辑辑和和工工作作时时序序的转换，保证的转换，保证CPU与外设之间能进行可靠而有效的信息传送。与外设之间能进行可靠而有效的信息传送。从广义角度，从广义角度，I/O接口电路功能可以概括为：接口电路功能可以概括为：输入输入/输出数据缓冲输出数据缓冲/锁存功能锁存功能 接口（接口（设备）选择和寻址功能设备）选择和寻址功能 数据格式转换功能数据格式转换功能（如，并（如，并-串转换，数串转换，数-模转换）模转换）电平信号转换功能电平信号转换功能 控制功能控制功能（如，数据传送方式的设置）（如，数据传送方式的设置）可编程功能可编程功能错误检测功能错误检测功能微机接口的组成方案微机接口的组成方案 微机接口的组成有两种方案：微机接口的组成有两种方案：专用接口专用接口由由寄寄存存器器，缓缓冲冲器器等等通通用用集集成成电电路路搭搭建建而而成成。这这样样组组装装的的接口一旦完成，功能就固定不能改变了。接口一旦完成，功能就固定不能改变了。可编程接口可编程接口用用可可编编程程的的集集成成电电路路组组成成，接接口口的的功功能能、工工作作参参数数等等可可以以通通过过指指令令设设定定或或选选择择。这这样样组组成成的的接接口口有有较较大大的的灵灵活活性性。接口与外设之间的信息接口与外设之间的信息数据信息数据信息CPU和和外外设设交交换换的的最最基基本本的的信信息息就就是是数数据据信信息息。数数据据信信息息又可细分为：又可细分为：数字量数字量、模拟量模拟量、开关量开关量。控制信息控制信息控控制制信信息息是是CPU对对接接口口工工作作方方式式的的设设置置命命令令，或或者者是是通通过接口发送给外设的控制命令。过接口发送给外设的控制命令。状态信息状态信息状状态态信信息息是是外外设设通通过过接接口口发发给给CPU的的，反反映映其其工工作作状状态态的信息，用来协调的信息，用来协调CPU和外设之间的操作。和外设之间的操作。I/O接口的基本组成接口的基本组成 微机不同功能的微机不同功能的I/O接口电路各不相同。接口电路各不相同。I/O接口基本结构由以下部件组成：接口基本结构由以下部件组成：数据输入数据输入/输出寄存器输出寄存器状态寄存器状态寄存器控制（命令）寄存器控制（命令）寄存器数据总线缓冲数据总线缓冲/锁存器锁存器端口地址译码电路端口地址译码电路读读/写控制逻辑电路写控制逻辑电路I/O接口基本组成示意图接口基本组成示意图 输输入入/输输出出设设备备输入输入/输出输出寄存器寄存器数据信息数据信息控制（命令）控制（命令）寄存器寄存器控制信息控制信息状态状态寄存器寄存器状态信息状态信息微微处处理理器器数据总线数据总线缓冲缓冲/锁存器锁存器地址地址锁存锁存器器地址译码器地址译码器读读/写写控制逻辑控制逻辑数据总线数据总线控制总线控制总线地址总线地址总线端口选择端口选择I/O接口的端口接口的端口I/O接接口口通通常常设设置置若若干干个个（一一般般是是2i个个）寄寄存存器器，用用做做CPU和和外外设设之之间间传传输输的的数数据据、状状态态和和控控制制信信息息的的传传输输通通道道。接接口中的寄存器称为端口口中的寄存器称为端口。接接口口的的每每个个端端口口有有独独立立的的地地址址码码，CPU用用端端口口地地址址码码来来区区别别不不同同设设备备接接口口的的各各个个端端口口。一一个个接接口口的的2i个个端端口口地地址址通通常是连续地址。常是连续地址。例如，某一个接口有例如，某一个接口有4个端口，端口地址为个端口，端口地址为80H83H。端口的编址方式端口的编址方式：与存储器统一编址与存储器统一编址端口独立编址端口独立编址（有专门的（有专门的I/O指令）指令）端口端口地址译码电路地址译码电路接接口口中中的的地地址址译译码码电电路路用用于于（惟惟一一）选选择择接接口口内内各各个个端端口口（寄寄存存器器），保证保证CPU与外设之间能够准确无误地选择相应端口进行传送。与外设之间能够准确无误地选择相应端口进行传送。端口地址码译码端口地址码译码分为两部分：分为两部分：高高位位地地址址码码用用作作对对接接口口的的选选择择，通通过过接接口口外外部部的的片片选选译译码码电电路路产产生生接接口片选有效信号（口片选有效信号（CS）；其其余余的的低低位位地地址址码码用用作作对对端端口口的的选选择择，通通过过接接口口内内部部的的端端口口译译码码电电路路产生产生端口选通信号端口选通信号。例例如如，CPU在在执执行行INAL，80H指指令令时时，地地址址总总线线发发送送接接口口的的端端口口地地址址80H，高高位位地地址址码码通通过过译译码码电电路路选选中中接接口口，低低位位地地址址码码选选中中该该接接口口中中的的端口端口。接口地址译码电路例接口地址译码电路例 I/O接口片选信号接口片选信号CS来自（来自（3-8和和4-16）两级译码电路接口。）两级译码电路接口。16个端口的地址范围：个端口的地址范围：C120HC12FH。4-16译码译码G1G2AG2B74LS138（3-8）CBAY0Y1Y7与与A15A14M/IOA13A12A11A10A9A8或或或或16个端口个端口的接口的接口CSA3A0Y2A7A4I/O接口的读接口的读/写操作例写操作例【例例4.1】对接口输入对接口输入/输出数据、状态数据、命令数据的读输出数据、状态数据、命令数据的读/写操作。写操作。接接口口有有数数据据输输入入、数数据据输输出出、状状态态、命命令令4个个端端口口，端端口口地地址址分分别别为为38H，39H，3AH，3BH。当当A15A2地地址址码码为为00000000001110时时，译译码码得得到到该该接接口口片片选选（CS）信信号号有有效效，表表明明接接口口被被选选中中；A1，A0地地址址码码的的4种种组组合合00，01，10，11，分分别别选选择择接接口口的的数数据据输输入入端端口口、数数据输出端口、状态端口、控制端口。据输出端口、状态端口、控制端口。可以用以下指令实现对它们的读可以用以下指令实现对它们的读/写操作：写操作：INAL，38H；AL读取读取38H端口的数据端口的数据OUT39H，AL；把；把AL数据从数据从39H端口输出端口输出INAL，3AH；AL读取读取3AH端口的状态信息端口的状态信息OUT3BH，AL；把；把AL的命令信息从的命令信息从3BH端口输出端口输出I/O接口数据传送控制方式接口数据传送控制方式I/O接接口口最最基基本本的的操操作作是是实实现现微微机机和和外外设设之之间间的的数数据据传传输输。数数据据传传输输方方式式不不同同，CPU对对外外设设的的控控制制方方式式也也不不同同，从从而而使使接口的结构和功能接口的结构和功能也不同。也不同。微机系统与外设之间数据传送的控制方式：微机系统与外设之间数据传送的控制方式：程序方式程序方式无条件传送方式无条件传送方式、条件传送（查询）方式条件传送（查询）方式中断方式中断方式直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）方式）方式无条件传送方式无条件传送方式无无条条件件传传输输方方式式是是指指传传输输数数据据过过程程中中，发发送送/接接收收数数据据一一方方不不管管对对方方的的状状态态，直直接接用用输输入入/输输出出（IN/OUT）指指令令进进行数据传输。行数据传输。无条件传输方式的无条件传输方式的接口电路和程序设计最为简单接口电路和程序设计最为简单。例例如如，读读取取开开关关电电路路（端端口口地地址址80H）的的开开关关值值，送送到到发光二极管电路（端口地址发光二极管电路（端口地址81H）显示。）显示。读开关值（输入）读开关值（输入）INAL，80H发光二极管显示（输出）发光二极管显示（输出）OUT81H，AL条条件件（查查询询）传传输输方方式式是是在在外外设设状状态态条条件件许许可可的的前前提提下下，CPU与外设进行数据传输。与外设进行数据传输。查查询询传传输输方方式式的的接接口口电电路路除除了了有有相相应应的的I/O数数据据端端口口之之外外，还必须有还必须有状态端口状态端口电路。电路。状状态态信信息息（1位位）接接到到数数据据总总线线DB的的某某一一位位上上，通通过过IN指令指令读入，供读入，供查询查询（一般用（一般用TEST指令实现查询）。指令实现查询）。条件传送（查询）方式条件传送（查询）方式查询方式的接口电路查询方式的接口电路状态状态触发器触发器数据数据数据输入数据输入/输出输出寄存器寄存器数据总线数据总线数据端口选通数据端口选通输入输入/输输出出设备设备置置1信号信号状态端口选通状态端口选通Di+5V三态门三态门缓冲缓冲器器(1位位)清清0信号信号输入：输入：IN指令指令输出：外设输出：外设ACK输入：外设输入：外设STB输出：输出：OUT指令指令状态状态寄存器寄存器查询方式的控制流程查询方式的控制流程传送完传送完?就绪就绪?YesNo读取接口状态读取接口状态输入输入/输出数据输出数据NoYes例例如如，某某接接口口的的数数据据输输入入端端口口地地址址80H，状状态态端端口口地地址址82H，输输入入状状态态接接D2位。位。查询输入的程序段：查询输入的程序段：P1：INAL,82H;读状态口读状态口TESTAL,04H;测试测试D2位位JZP1;D2=0,继续查询继续查询INAL,80H;读数据口读数据口I/O接口查询方式例接口查询方式例【例例4.2】对对3个接口采用循环查询方式进行读个接口采用循环查询方式进行读/写操作。写操作。有有3个个I/O接接口口，它它们们的的状状态态端端口口地地址址分分别别为为32H，34H，36H，均用，均用D5=1为数据为数据I/O的就绪标志。的就绪标志。设设置置内内存存FLAG单单元元（初初值值为为3），其其值值表表示示接接口口是是否否完完成成I/O。每每当当一一个个接接口口结结束束输输入入/出出传传送送时时，在在其其子子程程序序中中将将FLAG单单元元值值减减1，FLAG=0，该该3个个接接口口的的I/O程程序序段结束。段结束。设设计计3个个接接口口各各自自的的数数据据I/O子子程程序序PROC1，PROC2，PROC3。查询方式例的程序段查询方式例的程序段MOVFLAG，3；设置初值；设置初值FLAG=3DEV1：INAL，32H；读取；读取32H端口状态信息端口状态信息TESTAL，20H；测试其；测试其D5=1？JZDEV2CALLPROC1；调用该接口的；调用该接口的I/O过程过程DEV2：INAL，34H；读取；读取34H端口状态信息端口状态信息TESTAL，20H；测试其；测试其D5=1？JZDEV3CALLPROC2；调用该接口的；调用该接口的I/O过程过程DEV3：INAL，36H；读取；读取36H端口状态信息端口状态信息TESTAL，20H；测试其；测试其D5=1？JZNOINCALLPROC3；调用该接口的；调用该接口的I/O过程过程NOIN：CMPFLAG，0；测试；测试FLAG=0？JNZDEV1中断方式中断方式 为为了了使使CPU能能实实时时地地有有效效管管理理多多个个外外设设，赋赋予予外外设设具具有有主主动动请请求求CPU配配合合的的“权权利利”。中中断断传传输输方方式式是是仅仅当当外外设设有有“请求请求”，才进行，才进行“服务服务”的一种程序方式的一种程序方式。中中断断方方式式的的接接口口电电路路除除了了I/O通通道道外外，还还要要有有能能向向CPU的的中中断断系系统统发发出出中中断断请请求求（INTR）信信号号和和接接受受中中断断响响应应（INTA）信号。）信号。中中断断方方式式的的软软件件设设计计，主主要要的的是是设设计计I/O中中断断服服务务程程序序，在中断程序中完成相关的在中断程序中完成相关的I/O操作操作。中断方式的中断方式的接口电路接口电路输输入入/输输出出设设备备数据数据数据输入数据输入/输出输出缓冲寄存器缓冲寄存器数据总线数据总线数据端口选通数据端口选通中断请求中断请求（1）INTR与与门门中断请求中断请求触发器触发器中断允许中断允许触发器触发器中断允许中断允许/屏蔽屏蔽（1/0）直接存储器存取方式直接存储器存取方式（DMA方式）方式）DMA方方式式是是外外设设在在专专用用接接口口电电路路DMA控控制制器器（DMAC）的控制下直接存储器数据传送方式。的控制下直接存储器数据传送方式。DMA方式方式特点特点：DMA方式可以响应随机方式可以响应随机DMA请求，具有实时性。请求，具有实时性。DMA传传送送的的插插入入不不影影响响CPU程程序序的的执执行行，满满足足高高速速数数据据传送的速度要求，从而提高整个系统的效率。传送的速度要求，从而提高整个系统的效率。DMA方方式式只只能能处处理理单单一一或或成成组组的的数数据据传传送送，无无法法识识别别和和处处理理较较复复杂杂事事务务，往往往往需需要要综综合合应应用用DMA方方式式与与程程序序中中断方式，二者互为补充。断方式，二者互为补充。DMA方式方式接口电路接口电路系统总线系统总线CPU存储器存储器总线请求总线请求总线允许总线允许DMA控制器控制器DMA请求请求DMA允许允许I/O接接口口I/O设设备备本章要点本章要点1微微机机系系统统为为什什么么要要设设置置接接口口？接接口口的的数数据据输输入入/输输出出通通道道一一般般由由什什么么器件组成？器件组成？2I/O接口主要有哪几项功能？画出接口主要有哪几项功能？画出I/O接口基本组成的结构示意图。接口基本组成的结构示意图。3什什么么是是端端口口？8086/8088的的端端口口编编址址方方式式是是什什么么？如如何何设设计计接接口口的的译译码电路，生成接口片选码电路，生成接口片选CS信号？信号？4I/O接口传送数据有哪几种控制方式？各有什么特点？接口传送数据有哪几种控制方式？各有什么特点？5设设计计一一个个查查询询方方式式的的I/O接接口口电电路路，接接口口硬硬件件应应该该包包括括哪哪几几个个部部分分？接口应用的程序设计要点是什么？接口应用的程序设计要点是什么？