微机原理和接口技术--并行输入输出接口.ppt

第五章并行输入输出接口2、I/O接口传送信息的类型I/O接口传送的信息可分为三类：数据信息，状态信息和控制信息。⑴数据信息：数据信息可分为四种①数字量，二进制数据，最小单位是一个bit(位)，还有字节、字等。②模拟量，现场信号大多是由传感器来的模拟电压或电流，他们必须经过A/D转换，变成数字量才能进入计算机，有些接口有处理模拟量的电路，称为模拟接口。③开关量，开关量只有两种状态，即“开”或“关”，可用一位二进制数表示，如“1”表示“开”，“0”表示“关”。④脉冲量，脉冲量是以脉冲形式表示的一种信号，如计算机中用到的定时脉冲或控制脉冲等。⑵状态信息：状态信息是反映外设当前所处的工作状态，以作为CPU与外设间可靠交换数据的条件。当输入时，它告诉CPU，有关的输入设备是否准备好（Ready=1？）；输出时它告诉CPU，输出设备是否空闲（Busy=0？）。⑶控制信息：它用于控制外设的启动和停止，以及给出命令字，用于设置接口的工作方式。通常接口中三种信息有不同的寄存器传送，如数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器和控制（命令）寄存器，他们使用不同的端口地址来区分不同性质的信息。3、I/O接口的主要功能⑴数据缓冲功能，接口中有数据输入寄存器和输出寄存器，用于解决主机与外设在工作速度上的矛盾。⑵提供联络信息，接口中有状态寄存器⑶信息格式的转换，包括电平转换、并串转换等。⑷设备选择，每台外设都有设备地址，用于与其他设备区别。⑸中断管理，将在中断一章中详细介绍。⑹可编程功能，使接口具有多功能和灵活设置。⑺对外设的控制和监测功能二、I/O接口的基本结构如图5.1所示。电路包括四组寄存器和一个中断逻辑。这些寄存器也被称为端口，每个端口有一个端口地址，CPU通过这些端口与外设交换数据。接口有两个界面，一面是计算机总线；另一面是外围设备。图5.1接口电路的基本结构三、I/O端口的编址方式1、I/O端口和存储器统一编址该方式是将存储器地址空间的一部分作为I/O设备的地址空间，所以I/O端口地址也是一个存储器地址。优点是CPU访问存储器的指令都可以访问I/O端口，不需要专门的I/O指令。二是使I/O控制逻辑简单，其引脚减少。缺点是I/O端口占用了一部分存储器空间；二是访存指令通常比专用的I/O指令长，所以执行时间较长。MOTOROLA的微机系列如MC6800系列，MC68000系列都采用这一方法。APPLE公司如6502系列也采用这一方法。2、I/O端口和存储器单独编址基本想法是I/O端口地址和存储器地址分开，单独编址，在指令系统中分别设立存储器读写指令和I/O端口读写指令。在地址总线上的地址信息究竟是存储器地址还是I/O地址，一般是在CPU上设置专门的控制线，如=1为I/O操作，=0为存储器操作。优点：I/O端口不占用存储器地址空间；单独I/O指令比较短，地址译码方便，指令执行速度快。缺点：需要单独的I/O指令，这些指令一般功能简单，通常只有读写功能；需专门的I/O控制线，增加了CPU本身控制逻辑的复杂性。Intel系列和Zilog系列采用此方法。四、I/O接口的地址分配每台微机都给I/O端口分配相应的端口地址。IBM/PC-XT使用10位地址作为I/O端口地址，即可用端口有1024个，以后的PC机（8086）用16位地址作为I/O端口地址，即可用端口有65536个。可用测试工具QAPLUS等软件检测系统配置及其端口地址使用情况；也可查阅每台机器的硬件手册。五、I/O端口地址的译码及片选信号的产生I/O端口地址的生成一般是由地址信号A9-A0的高位产生译码的片选信号CS，低位产生片内的寄存器地址。在I/O操作时，CPU执行IN或OUT指令，首先是端口地址有效，然后是IOR或IOW有效。1、利用门电路进行译码为全译码，这时每条线对应一个端口地址。3、开关式可选择译码电路如果用户希望译码器能适应不同的地址分配场合，则可采用开关式地址可选择译码电路，如图5.4所示。电路用DIP开关选择地址，并使用了一片74LS688八位数据比较器。当输入端P0-P7的地址与设置端Q0-Q7的状态一致时，输出P=Q为低，其输出控制地址译码芯片74LS138的译码。图中，上面一片74LS138产生读端口地址，下面一片74LS138产生写端口地址，这样使8个口地址作16个口地址用。此电路必须A9=1，AEN=0时才能有效译码。（AEN=0是CPU控制总线，AEN=1时DMA控制总线)。4、使用可编程芯片进行地址译码目前大多数地址译码采用可编程芯片，如GAL或PAL器件。把译码电路的逻辑关系按说明文件格式写入一文件，然后用编程器把逻辑关系写入GAL器件中。第二节I/O数据传送控制方式图5.5无条件传送方式例1：一个采用无条件传送的数据采集系统这是一个16位精度的数据采集系统。被采