南理工 第5章 输入与输出接口技术

第5章 输入与输出接口技术本章主要内容：1、接口技术的基本概念 2、输入输出传送方式 3、I/O端口读写技术 4、可编程定时器/计数器8253 5、可编程并行输入输出接口芯片8255A2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 1

接 口 的 概 念接口：是中央处理器与存储器、外部设备，或者 两种外设之间，或者两种机器之间通过系统总线 进行连接的一组控制电路。一个接口一般含有几个端口，CPU通过输入输 出指令向端口存或取信息。 端口主要有三类：状态口、命令口和数据口2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 2

接口电路端口地址 数据

I/O端口1数据

CPU

I/O端口2IORQ

状态

I/O

RDWR

I/O端口3

控制

装置

2013-8-14

微机原理及应用 接口技术

接 口 的 功 能接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具 体包括以下五种功能：1) 设备的选择功能：端口的地址译码 2) 数据的寄存与缓冲：外设的速度慢 3) 信号转换：串并、并串转换，数模、模数的转换、 光电隔离等 4) 对外设的控制和监测：提供命令译码和状态信息 5) 中断或DMA管理 6) 可编程功能2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 4

CPU与I/O设备之间的接口信息CPU与I/O设备之间要传送的信息包括数据信息、状态信 息和控制信息。 1.数据信息： 1) 数字量：以二进制或ASCII码表示的数或字符； 2) 模拟量：如温度、压力、位移等； 3) 开关量：只有两个状态的量，如开关的和与断，阀 门的开与关等，只要用1位二进制数即可表示。 2.状态信息：指输入或输出设备的状态信息 1) 输入装置的信息：是否准备好Ready; 2) 输出时输出装置：是否空Empty; 3) 若输出装置正在输出信息，则以忙Busy指示； 3.控制信息：如控制输入输出装置启动或停止等信息。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 5

端口的编址方式根据I/O接口应具备的功能，便可确定其基本 组成，即应具有： (1) 用保存输入输出数据的数据寄存器； (2)为选中I/O接口所需的寻址的地址寄存器 及译码电路； (3)有存放CPU发出的控制命令的控制寄存器； (4)标志I/O设备状态的状态寄存器； (5)数据格式转换电路； (6)输入输出方式控制逻辑电路。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 6

端口的编址方式通常有两种I/O接口结构：一种是标准的I/O接口， 一种是存储器映像I/O结构。与之对应的有两种I/O结 构寻址方式。 标准的I/O寻址方式(独立编址): (1) I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、 分开的，即I/O接口地址不占用存储器的地址空间。 (2) 微处理器对I/O设备的管理是用专门的IN和OUT 指令来实现数据传送的。 (3) CPU对I/O设备的读写控制是用I/O读

写控制信号 (IOR、IOW) 8080、Z80、8086/8088等系列微机采用这种方式。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 7

端口的编址方式存储器映像I/O寻址方式(统一编址):(1) I/O设备的与存储器共用同一个地址空间。 (2) 微处理器用对存储器进行操作的指令来实现对I/O 设备的管理。 (3) CPU用对存储器的读写控制信号MEMR、 MEMW对I/O设备进行读写控制。

Motorola的CPU采用这种方式。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 8

端口的编址方式CPU对外设的输入输出过程与对存储器的读写 操作过程完全一样，即： (1) CPU选地址代码到地址线； (2) CPU发出读控制命令，将地址代码所代 表单元的内容放在数据总线上；对输出而言， CPU则仅仅将数据放在数据总线上； (3) CPU从数据总线上读入数据，并将其放 入CPU内部的某个寄存器(通常是累加器); 对输出而言，CPU则发出写命令，将数据线 上的数据写入地址代码单元中。返回2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 9

输入输出传输方式CPU与外部设备交换信息通常有如下几种方式：(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式 以上两种方式合称程序控制传送方式，即在程 序的编制中利用I/O指令来执行输入输出，CPU 处于主动地位。 (3)中断传送方式 (4)直接存储器存取(DMA)方式2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 10

无条件传输方式最简单的传送方式，它适用于外设总是处于准 备好的情况，如开关设备等，较少使用。 1.无条件传送的输入方式 由于简单外设用为输入设备时，输入数据的保 持时间相对于CPU的处理时间要长得多，所以可 直接使用三态缓冲器和总线相连。输入时认为来 自外设的数据已出现在三态缓冲器的输入端。 2.无条件传送的输出方式 在输出时，CPU的输出数据经数据总线加至输 出锁存器的输入端。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 11

8

数据总线

数据来自外设 三态 缓冲器 地址总线 A0~A9

地址译码器Y

AEN IOR

无条件传送的输入方式说明：AEN为低电平，为CPU控制总线。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 12

8 数据

数据总线

锁存器到外设 C

地址总线

地址译码器 Y

A0~A9

AEN IOW

无条件传送的输出方式2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 13

查询传输方式程序查询开始由输入指令读取状态寄存器 Y 对接口进行控制 与接口交换数据 置正常标志值 返回状态结束2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 14

准备就绪

N超时？ N

置超时错标志

查询传输方式为确保程序查询方式的正确进行，I/O接口 应具备以下条件：1、设置端口地址符合逻辑 该逻辑的设置应能 正确识别CPU本次输出的端口地址(所有接口 都会接收到)是否对自己的“

呼叫”。若与本 端口地址符合，则产生相应的控制信号使选中 的端口(即某个寄存器)进入工作状态，否则 不予理睬。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 15

查询传输方式2、设置状态寄存器 该寄存器反映当前设备的 各种状态信息，包括准备就绪位、忙碌位和错 误位等。 3、设置数据寄存器 该寄存器存放供输入输出 使用的数据，其中可为数据、命令参数等。通 常寄存器的长度为8位或16位。 4、设置控制寄存器 该寄存器随设备种类不同 而相差很大。通常，存放CPU通过输出指令传 送的控制命令，以控制设备完成相应的操作。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 16

查询传输方式查询传送方式就是在输入和传送前先查询外设 的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好， 则CPU等待。 1.查询式输入 CPU先从状态口输入外设的状态信息，检查 外设是否已准备好数据。若未准备好，则CPU进 入循环等待，直到准备好才退出循环，输入数据。 2.查询式输出 查询式输出时，CPU必须先查外设的BUSY状 态，看外设的数据缓冲区是否已空。若缓冲区为 空，即BUSY为假，则CPU执行输出指令；否则 若BUSY为真，CPU就等待。2013-8-14 微机原理及应用 接口技术 17

查询式输入的接口电路IOR AEN 系统 地址总线

数据输入 装置 锁存器 三态 缓冲器 数据

地址译码 去系统 数据总线 A0~A9

选通 信号R D +5

状态 信息

Q

缓冲器

Ready

地址译码

AEN IOR微机原理及应用 接口技术 18

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查询式输入数据口：状态口：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

D7Ready

POLL:

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MOV DX, STATUS-PORT IN AL, DX TEST AL, 80H JE POLL ; 未准备好等待 MOV DX, DATA-PORT IN AL, DX 接口技术 微机原理及应用

查询式输出的接口电路IOW AEN

数据输 出 装 置

锁 存 器

系统 地址总线

系统数据总线 Busy

数据口 地址译码 A0~A9

去系统数据总线 三态 状态信息“Busy” 缓冲器 状态口 地址译码 AEN IOR

Q ACK

R

D

+52013-8-14 微机原理及应用 接口技术

查询式输出数据口：状态口：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

D7Busy

POLL:

2013-8-14

MOV DX, STATUS-PORT IN AL, DX TEST AL, 80H JNE POLL ; 未准备好等待 MOV DX, DATA-PORT MOV AL, BUFFER OUT DX, AL微机原理及应用 接口技术