《《微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)資料》第六章io(課件)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《《微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)資料》第六章io(課件)(24頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、1 第 六 章 I/O 接 口 和 總 線 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 2 6-1 I/O接 口一 、 采 用 I/O接 口 的 必 要 性計 算 機(jī) 和 外 設(shè) 之 間 的 信 息 交 換 存 在 以 下 問 題 :1、 速 度 不 匹 配 : 解 決 方 法 : 設(shè) 置 緩 沖 器 、 鎖 存 器2、 信 號 電 平 不 匹 配 : CPU: TTL電 平 ; 外 設(shè) : 電 源 系 統(tǒng) 解 決 方 法 : 設(shè) 置 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 , MC14883、 信 號 格 式 不 匹 配 : CPU: 16位 的 并 行 數(shù) 據(jù) 外 設(shè) : 數(shù) 字 量 、 模 擬 量 、 開
2、關(guān) 量 ; 串 行 、 并 行 解 決 方 法 : A/D、 D/A轉(zhuǎn) 換 ; 串 變 并 、 并 變 串 電 路 , 電 壓 變 電 流 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 3 4、 時 序 不 匹 配 外 設(shè) : 各 自 的 定 時 和 控 制 邏 輯 解 決 方 法 : 設(shè) 置 時 序 控 制 電 路 , 實 現(xiàn) CPU與 外 設(shè) 之 間的 握 手 聯(lián) 絡(luò) , 保 證 同 步二 、 I/O接 口 的 功 能 :1、 尋 址 : 統(tǒng) 一 、 獨(dú) 立 、 片 選 、 組 內(nèi) 選2、 數(shù) 據(jù) 輸 入 、 輸 出3、 聯(lián) 絡(luò) 功 能4、 復(fù) 位 功 能5、 可 編 程 功 能6、 檢 測 功
3、 能 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 4 三 、 簡 單 的 輸 入 輸 出 接 口 芯 片總 線 與 外 設(shè) 的 接 口 應(yīng) 遵 循 以 下 原 則 : 輸 入 三 態(tài) 輸 出 鎖 存單 向 : 緩 沖 器 74LS244 鎖 存 器 74LS373雙 向 : 緩 沖 器 74LS245 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 5 6-2 I/O端 口 及 其 尋 址 方 式一 、 基 本 概 念通 信 : 計 算 機(jī) 與 外 設(shè) 間 交 換 數(shù) 據(jù) 、 狀 態(tài) 和 控 制 命 令 的 過 程 ,是 在 控 制 信 號 的 作 用 下 , 通 過 數(shù) 據(jù) 總 線 來 完 成 的I/O
4、設(shè) 備 ( 外 設(shè) ) : 輸 入 輸 出 設(shè) 備 。例 : 鍵 盤 、 掃 描 儀 、 顯 示 器 、 打 印 機(jī) 、 磁 盤 等I/O接 口 ( 電 路 ) : 外 設(shè) 和 計 算 機(jī) 之 間 傳 送 信 息 的 交 接 部 件( 界 面 ) , 每 一 個 外 設(shè) 都 要 通 過 接 口 電 路 才 能 與 主 機(jī) 相 連I/O端 口 : 一 個 I/O接 口 電 路 中 通 常 包 含 多 個 端 口 , 一 個 端 口對 應(yīng) 一 個 地 址 例 : IN AL , 60H ; 60H端 口 的 內(nèi) 容 AL 端口地址為60H電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 6 v I/O接 口
5、 和 I/O端 口 的 關(guān) 系 : 一 個 I/O接 口 電 路 中 通 常 包 含 多 個 端 口 CPU在 同 一 時 刻 只 能 選 中 某 一 個 I/O端 口 CPU訪 問 外 設(shè) , 實 質(zhì) 上 是 對 I/O接 口 電 路 中 相 應(yīng) 的 端 口 進(jìn)行 訪 問 I/O接 口 電 路 中 必 須 包 含 譯 碼 電 路 以 形 成 I/O端 口 地 址 ( 與存 儲 器 比 較 ) 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 7 一 個 雙 向 工 作 的 接 口 芯 片 通 常 有 四 個 端 口數(shù) 據(jù) 輸 入 寄 存 器數(shù) 據(jù) 輸 出 寄 存 器控 制 寄 存 器狀 態(tài) 寄 存 器
6、 外部輸出入設(shè)備數(shù) 據(jù)控 制狀 態(tài)DB CB AB 數(shù)據(jù)端口 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 8 二 、 I/O端 口1、 數(shù) 據(jù) 端 口 作 用 : 緩 沖 、 暫 存 數(shù) 據(jù) 信 息 、 8位2、 狀 態(tài) 端 口 作 用 : 指 示 外 設(shè) 的 當(dāng) 前 狀 態(tài) , 每 個 狀 態(tài) 用 1位 表 示 常 用 的 狀 態(tài) 位 有 : Ready、 Busy、 Error3、 控 制 端 口 作 用 : 用 來 存 放 CPU向 接 口 發(fā) 出 的 各 種 命 令 字 和 控 制字 , 以 便 控 制 接 口 或 設(shè) 備 的 動 作 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 9 三 、 I
7、/O端 口 尋 址 方 式 存 儲 器 映 象 尋 址 方 式特 點 :1、 將 每 一 個 I/O端 口 看 作 一 個 存 儲 單 元 , I/O地 址 即 為 整個 存 儲 單 元 的 一 個 部 分 , 統(tǒng) 一 編 址2、 無 專 門 I/O操 作 指 令3、 譯 碼 電 路 復(fù) 雜 、 指 令 長 度 長 I/O單 獨(dú) 編 址 方 式 ( 用 IN、 OUT指 令 )特 點 :1、 將 I/O地 址 單 獨(dú) 編 址 、 構(gòu) 成 一 個 I/O空 間 , 不 占 用 存 儲空 間2、 有 專 門 的 IN、 OUT指 令 , 程 序 清 晰 , 可 讀 性 好3、 CPU要 提 供 區(qū)
8、 分 存 儲 器 和 I/O端 口 的 信 號 , 如 M/IO4、 譯 碼 電 路 較 簡 單 、 指 令 執(zhí) 行 速 度 快 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 10 四 、 CPU與 外 設(shè) 之 間 數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 程 序 方 式 中 斷 方 式 DMA方 式v 區(qū) 別 : CPU的 利 用 率 數(shù) 據(jù) 傳 輸 效 率 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 11 程 序 控 制 在 程 序 控 制 下 傳 送 數(shù) 據(jù) 缺 點 : CPU利 用 率 低( 1) 無 條 件 傳 送 : 數(shù) 據(jù) 傳 送 不 能 頻 繁 , 適 用 于 簡 單 外 設(shè) 或外 設(shè) 的 定 時 是 固
9、 定 或 已 知 的 場 合例 1: 檢 測 按 鍵 開 關(guān) 狀 態(tài) 圖 6-4,見 后 頁 上 拉 電 阻 三 態(tài) 門例 2: 控 制 LED燈 亮 , 圖 6-5 74LS273鎖 存 器 , 限 流 電 阻 OUT PORT2,AL; 執(zhí) 行 時 , WR=0, M/IO=0, 地 址 信號 使 CS=0 CLK輸 出 一 上 升 沿 , 數(shù) 據(jù) 鎖 存 并 輸 出 。 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 12上 拉 電 阻 的 作 用 : 保 證 開 關(guān) 斷 開 時 , 有 一 高 電 平 輸 入 。1G 、 2G 的 作 用 : 為 低 電 平 時 , 三 態(tài) 門 打 開 , 輸
10、 入 三 態(tài)讀 開 關(guān) 狀 態(tài) : IN AL, PORT1; 執(zhí) 行 時 , RD=0, M/IO=0, 地 址信 號 使 CS=0 1G 、 2G =0, 三 態(tài) 門 打 開 , 開 關(guān) 狀 態(tài) 讀 入 CPU 1Y1 1A11Y2 1A2 74LS2442Y4 2A4 1G 2GD0D1D7M/IOCSRD 上 拉 電 阻+5V 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 13 ( 2) 條 件 傳 送 : 在 程 序 中 通 過 選 通 信 號 接 收 接 口 的 狀 態(tài) 信 號 ,確 定 數(shù) 據(jù) 是 否 處 于 準(zhǔn) 備 好 傳 送 。 確 認(rèn) 之 后 , 再 傳 送 。 ( 握 手 )例
11、 3 圖 6-6 初 始 化 讀 入 狀 態(tài) 位 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 備 好 ? 輸 入 數(shù) 據(jù) 到 CPUN READ-S1: IN AL,PORT-S1 TEST AL, 01H JZ READ-S1 IN AL, PORT-IN 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 14電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 15 1.選通 鎖存狀態(tài),鎖存數(shù)據(jù)2.CPU執(zhí)行讀指令,IN AL, PORT-S1; CS1有效,Q端高電平送至D0到CPU3.若 D0=1, 執(zhí) 行 讀 數(shù) 據(jù) 指 令 , IN AL, PORT-IN, CS2有效, 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 打 開 , 讀 入 數(shù) 據(jù) , 同 時 D觸
12、發(fā) 器 清 零 , READY狀 態(tài) 位 清 零 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 16 2、 中 斷 方 式 通 過 中 斷 請 求 決 定 是 否 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 傳 送 , 數(shù) 據(jù) 的 I/O是 在 中斷 處 理 子 程 序 控 制 下 完 成 , 實 時 性 較 好 優(yōu) 點 : CPU利 用 率 比 較 高 , 由 于 可 進(jìn) 行 中 斷 優(yōu) 先 級 的 設(shè) 定 ,適 用 于 外 設(shè) 比 較 多 的 場 合 。 缺 點 : 傳 送 數(shù) 據(jù) 仍 須 經(jīng) CPU, 且 每 傳 送 一 個 數(shù) 據(jù) 就 得 中 斷一 次 , 中 斷 時 , 需 要 中 斷 響 應(yīng) 過 程 、 保 護(hù) 現(xiàn)
13、 場 和 恢 復(fù) 現(xiàn) 場 、 中斷 返 回 ; 所 以 數(shù) 據(jù) 傳 送 的 效 率 還 比 較 低 。以 上 兩 種 方 式 , 數(shù) 據(jù) 傳 送 都 必 須 逐 個 字 節(jié) 的 進(jìn) 行 , 且 數(shù) 據(jù) 必須 由 外 設(shè) CPU寄 存 器 內(nèi) 存 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 17 3、 DMA方 式 : 直 接 存 儲 器 存 儲 特 點 : 數(shù) 據(jù) 在 外 部 設(shè) 備 與 內(nèi) 存 間 直 接 傳 送 而 不 經(jīng)CPU, 大 大 提 高 數(shù) 據(jù) 傳 送 速 度 。 但 須 一 專 用 的DMAC芯 片 8237A。例 : 磁 盤 和 內(nèi) 存 之 間 成 批 交 換 信 息 電 氣 學(xué)
14、 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 18 工 作 原 理 : 外 設(shè) DMA控 制 器 CPU 內(nèi) 存 數(shù)據(jù)S1.1 (8237A) S1.2 HOLD 1S4 HOLD 0S2 HLDA 1S3 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 19 v S1:發(fā) 送 總 線 保 持 請 求 信 號 , 要 求 CPU讓 出 總 線 控 制 權(quán) S1.1:外 設(shè) 接 口 8237A S1.2:8237A CPUv S2: 取 得 總 線 控 制 權(quán) , 由 DMA控 制 器 (8237A)取 代 CPU, 臨 時接 管 總 線v S3: 數(shù) 據(jù) 讀 寫 控 制 能 設(shè) 定 和 修 改 傳 送 的 字 節(jié) 數(shù)
15、 送 地 址 :指 出 存 儲 單 元 、 外 設(shè) 地 址 , 并 能 自 動 修 改 地 址 指 針 產(chǎn) 生 R/W控 制 信 號 v S4: 交 回 總 線 控 制 權(quán)保持請求信號DMA請求信號電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 20 地 址 鎖存 器DMA控 制 器 操 作 框 圖 AD15 AD0 ALE CPUHLDA HOLD 存 儲 器H RQ DMA 控 制 器H LDA 外 設(shè)數(shù) 據(jù) 總 線控 制 總 線 地 址 總 線數(shù) 據(jù) 總 線控 制 總 線 DREQDACK DMA傳 輸 時 數(shù) 據(jù) 方 向地 址 控 制電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 21 6-3 I/O
16、端 口 譯 碼 電 路8086: I/O單 獨(dú) 編 址 方 式 可 尋 址 的 范 圍 : 端 口 地 址 為 0000FFFFH, 共 64K個 I/O端 口74LS138:輸 入 : 參 與 譯 碼 的 地 址 信 號 , M/IO信 號輸 出 : I/O接 口 選 擇 信 號 接 各 I/O接 口 的 CS端 , 從 而 選中 相 應(yīng) 的 接 口 , 繼 而 選 中 相 應(yīng) 的 端 口A15A0參與譯碼 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 22 例 : 某 一 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 , 有 8塊 I/O接 口 芯 片 , 每 個 芯 片 占 有 8個端 口 地 址 , 8塊 芯 片 的
17、 地 址 連 續(xù) 分 布 。 若 如 圖 所 示 連 接 I/O端口 譯 碼 電 路 , 試 求 出 各 I/O接 口 芯 片 的 地 址 范 圍 。 I/O接 口 地 址 范 圍 : 1# C000HC007H 2# C008HC00FHA 2 A1 A0用 于 片 內(nèi) 尋 址 , 用 于 對 接 口 芯 片 中 的 每 一 個 端 口 尋 址 G1G2BC BAM/IOA13A6 A5A4A3 G2A Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS38A14A15 A15A14A13A12 | A11A10A9A8| A7A6A5A4| A3A2A1A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
18、0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 23 6-4 總 線總 線 : 計 算 機(jī) 系 統(tǒng) 中 , 用 于 各 部 件 之 間 傳 送 信 息 的 公 共 通 路一 、 按 傳 送 的 信 息 類 型 分 : 地 址 總 線 、 數(shù) 據(jù) 總 線 、 控 制 總 線二 、 按 規(guī) 模 、 用 途 和 應(yīng) 用 場 合 分 :1、 片 級 總 線 ( 元 件 級 總 線 ) : 由 芯 片 內(nèi) 部 通 過 引 腳 引 出 的 總線2、 系 統(tǒng) 總 線 ( 內(nèi) 部 總 線 ) : 用 于 微 機(jī) 中 各 插 件 板 之 間 的 連 線3、 外 部 總 線 ( 通 信 總 線 ) : 用 于 微 機(jī) 系 統(tǒng) 之 間 或 微 機(jī) 與 其 他電 子 設(shè) 備 之 間 的 通 信三 、 總 線 標(biāo) 準(zhǔn)常 用 的 標(biāo) 準(zhǔn) 系 統(tǒng) 總 線 : PC總 線 、 ISA總 線 、 EISA總 線 外 部 總 線 : IEEE-488總 線 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫 24謝 謝 大 家 ! 作 業(yè) : 6-7 電 氣 學(xué) 院 學(xué) 習(xí) 部 資 料 庫