微型计算机系统与接口 马宏锋 等编著 第六章

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6.1 输入/输出接口概述 内容简介6.2 中断系统6.3 并行接口6.4 串行接口 重点/难点6.5 DMA控制技术6.6 定时器/计数器 习题解答6.7 A/D及D/A接口 Home 内容简介 本章主要介绍微机系统中的输入输出接口技术，通过学习，掌握接口的概念和功能，微处理器与I/O设备之间数据传输的3种控制方式，特别是要深刻理解中断和DMA的基本概念，熟练掌握编程和使用中断控制器与DMA控制的有关技术，掌握它们与CPU和外设连接的设计方法。在理解I/O接口原理的基础上，进一步学习并行接口、串行接口、定时器和模数、数模接口，了解它们的结构特点，理解其编程方法以及如何将接口和微处理器和外设进行连接，从而掌握系统扩充I/O通道的基本方法和规律。 Home 重点与难点u I/O接口的概念、功能和一般结构 u 微处理器与I/O设备之间数据传输的控制方式 u 中断的基本概念，包括中断分类、中断向量、中断处理过程、中断优先级及中断嵌套的概念和实现方案。掌握8259A的使用方法。 u DMA的基本概念，包括DMA的传送条件、传送过程、DMA系统总线缓冲器的控制和驱动。DMA控制器8237的编程以及和CPU的连接。 u 并行接口、串行接口、定时器和模数、数模接口的结构、原理和编程连接方法。 Home 1 1.输入/输出接口电路 数据输入寄存器 译码 (or 三态门) 数据线 AB 电路 数据输出寄存器接 (锁存器)主 DB 接 状态线机 状态寄存器 外 (or 三态门) 设 CB 控制 逻辑 控制线 命令寄存器 输入/输出接口 Next Home 2一、程序控制的输入输出 1. 无条件传送方式 u 适用范围 外设总是处于“准备好”状态 u 实现方法 适当位置直接安排IN/OUT指令 u 优点：软件及接口硬件简单u 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 Back Next Home 32. 查询传送方式 u 适用范围 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u 实现方法 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“你准备好没有？”u 优点：软件比较简单u 缺点： CPU效率低，数据传送的实时性差， 速度较慢 Back Next Home 4查询传送方式 的流程图 防止死循环 Y 超时? N 读入并测试外设状态 超时错 N READY? Y 与外设进 复位计时器 行数据交换 N 传送完？ Y Back Next Home 5二、中断传送方式u 适用范围 外设有主动申请CPU服务的权利 u 实现方法 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u 优点： CPU效率高，实时性好，速度快u 缺点：程序编制较为复杂 Back Next Home 6三、DMA工作方式u 适用范围 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u 实现方法 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u 优点：很高的传输速率(可达几MB/秒)u 缺点：CPU必须让出这些总线的控制权 Back Next Home 7四、I/O处理机方式 u 适用范围 CPU进一步摆脱I/O数据传送的负担 u 实现方法 采用专门的I/O协处理器，它不仅能控制数据的传送，而且，还可以执行算术逻辑运算、转移、搜索和转换等 u 优点：所有的I/O操作都是以块为单位来进行的 Back Next Home8 Back Next Home 9一、统一编址方式 u 编址方法 地址空间(共1MB) 0 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。 内存地址u 优点 (960KB) 指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地 EFFFFH址/控制信号。 F0000H I/O地址u 缺点 (64KB) FFFFFH 内存可用地址空间减小 Back Next Home 9二、独立编址方式 内存地址空间 00000Hu 编址方法 外设地址空间和内存地址空 内存空间间相互独立。 (1MB)u 优点 FFFFFH 内存地址空间不受I/O编址的影响 I/O地址空间 缺点 0000Hu I/O空间 指令功能较弱，使用不同 (64KB) I/O FFFFH的读写控制信号 Back Next Home通过本节的学习：Ø掌握输入/输出接口电路的基本概念，了解接口的用途。Ø掌握输入/输出端口的编址方式和特点。Ø熟悉CPU与外设之间传输数据的几种控制方式的优缺点、适用场合。 Back Home 11.中断的基本概念(1) 中断(2)中断源——能引起中断的外部设备或内部原因 常见的中断源： l 一般的输入/输出设备 l 实时时钟 l 故障源 l 软件中断 Next Home 22.8086/8088的中断类型 Back Next Home 3软件查询方式 Back Next Home 4硬件优先权排队电路 外设1 外设2 外设3 CPU 外设接口1 外设接口2 外设接口3 IREQ IREQ IREQ 中断确认 中断确认 中断确认 菊花链 菊花链 菊花链 INTAin INTAin INTAin INTA 逻辑电路 逻辑电路 逻辑电路 ≥1 INTR ┇ Back Next Home 5 8086CPU可管理256种中断。每种中断都指定一个中断矢量号，每一种中断矢量号都与一个中断服务程序相对应。 u 中断向量 把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量 。u 中断向量表 将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向量表 。 Back Next Home6 Back Next Home7 Back Next Home 8中断处理子程序的结构模式:ü保护CPU各寄存器的值 ü用指令设置中断允许标志IF来开放中断 ü中断处理子程序的主要部分 ü恢复各寄存器在进入中断处理时的值 ü使堆栈中保存的断点值和标志值分别装入IP、CS和标志寄存器 Back Next Home通过本节的学习：Ø掌握有关中断的基本概念：中断、中断源等。 Ø掌握8086中断系统中的中断源分类，熟悉各种中断的特点。 Ø掌握中断向量的概念。 Ø熟悉中断的处理过程。 Back Home 11. 并行通信与并行接口 u 并行通信，是把一个字符的各位同时用几根线进行传输。传输速度快，信息率高，需要的电缆多。随着传输距离的增加，电缆的开销会成为突出的问题，所以并行通信用在传输速率要求较高，而传输距离较短的场合。 u 并行接口， 是指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。可以做输入或输出使用。 Next Home 2典型的并行接口和外设连接 并行接口 数据输入准备好 数据总线 输 入 控制寄存器 数据输入回答 设 备 读出信号 数据输入 输入缓冲寄存器 写入信号 复位 输出缓冲寄存器 CPU 准备好 中断请求 状态寄存器 数据输出 地址 地址 片选 输 出 译码 数据输出准备好 设 备 数据输出回答 A 0 A 1 Back Next Home 38255A芯片内部结构及其功能 Back Next Home 48255与系统的连接示意图 8255 DB D0~D7 D0~D7 A口 IOW 系 WR 统 IOR RD 口 总 C 外 设 线 A1 A1 A0 A0 B口 A15～A2 译码器 CS Back Next Home 58255A芯片的控制字 1 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 1：端口C(PC 3 - P C 0 )输入 0：端口C(PC 3 - P C 0 )输出 方 1：端口B输入 式 控 制 0：端口B输出 字 标 识 1：端口B方式1 位 0：端口B方式0 1：端口C(PC7 - P C4 )输入 0：端口C(PC7 - P C4 )输出 1：端口A输入 0：端口A输出 00：端口A方式0 01：端口A方式1 1X：端口A方式2 Back Next Home 6 工作方式0――简单输入/输出――查询方式；A， B，C三个端口均可。 8 数据 数据总线 三态缓冲器 8 地址译码器 地址总线来自外设 & IO/ M RD Back Next Home 7 8 数据总线 锁存器 8 地址译码器 地址总线到外设 CE & IO/M WR Back Next Home 8工作方式1――选通输入/输出――中断方式；A ，B，两个端口均可。 A口方式1输出控制字 B口方式1输出控制字 1 0 1 0 1 1 0 D7~D0 D7~D0 PB7 PB0 PA7~PA0 ~ INTEA INTEB PC6 PC2 PC2 PC6 ACKA ACKB PC1 PC7 OBFA OBFB 与门 与门 WR PC0 INTRB WR PC3 INTRA Back Next Home 9 A口方式1输入控制字 B口方式1输入控制字 1 0 1 1 1 1 1D7~D0 D7~D0 PA7~PA0 PB7~PB0 INTEA INTEB PC4 PC2 PC4 STBA PC2 STBB PC5 IBFA PC1 IBFB 与门 与门 RD PC3 INTRA RD PC0 INTRB A口方式1输入时 B口方式1输入时 相应的联络信号 相应的联络信号 Back Next Home 8工作方式2――双向输入/输出――中断方式。只有A端口才有。 D7~D0 PA7~PA0 INTEA1 与 PC4 RD PC4 STBA 门 PC5 IBFA INTEA2 与 PC6 PC6 ACKA WR 门 PC7 OBFA 或门 PC3 INTRA Back Next Home通过本节的学习：Ø掌握并行接口的概念、并行接口的特点和功能。 Ø了解并行接口芯片8255A的结构、并行接口的工作方式，能利用并行接口芯片编程。 Back Home 11. 串行通信与串行接口 u 串行通信，串行通信指的是数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。 u 串行接口， 是指采用串行传输方式来传输数据的接口标准。 Next Home 2串行通信线路有如下三种方式ü 单工通信 发送器 接收器 发送器/ 发送器/ü 半双工通信 接收器 接收器 发送器/ 发送器/ü 全双工通信 接收器 接收器 A站 B站 Back Next Home 31. 异步通信方式 5-8位数据 空闲位 1 2 3 4 5 6 7 8 1 停 起 止 始 位 位 Back Next Home 42. 同步通信方式 ①  面向比特(bit)型规程②　面向字符型规程 Back Next Home 58251A芯片内部结构及其功能 D 7 - D 0 数据总线 发送 并 串 TxD 缓冲器 缓冲器 转换 发 　 送 　 TxRDY 器RESET 关 键 词： 微型计算机系统与接口马宏锋等编著第六章

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