1、,6.1 输入/输出接口概述,6.2 中断系统,6.输入输出技术,内容简介,习题解答,重点/难点,Home,6.3 并行接口,6.4 串行接口,6.5 DMA控制技术,6.6 定时器/计数器,6.7 A/D及D/A接口,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
2、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。,内容简介,Home,6.输入输出技术,I/O接口的概念、功能和一般结构 微处理器与I/O设备之间数据传输的控制方式 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。 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。 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。,重点与难点,Home,6.输入输出技术,6.1 输入/输出接口概述,1.输入/输出接
3、口电路,Home,Next,一、程序控制的输入输出,Back,Next,2.CPU与外设数据传送的方式,1. 无条件传送方式,适用范围外设总是处于“准备好”状态 实现方法适当位置直接安排IN/OUT指令 优点：软件及接口硬件简单缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄,Home,Back,Next,2.CPU与外设数据传送的方式,2. 查询传送方式,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？”优点：软件比较简单缺点： CPU效率低，数据传送的实时性差， 速度较慢,Home,Back,Next,2.CPU与外设数
4、据传送的方式,查询传送方式 的流程图,Home,Back,Next,2.CPU与外设数据传送的方式,适用范围外设有主动申请CPU服务的权利 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优点： CPU效率高，实时性好，速度快缺点：程序编制较为复杂,二、中断传送方式,Home,Back,Next,2.CPU与外设数据传送的方式,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提供优点：很高的传输速率（可达几MB/秒）缺点：CPU必须让
5、出这些总线的控制权,三、DMA工作方式,Home,Back,Next,2.CPU与外设数据传送的方式,适用范围CPU进一步摆脱I/O数据传送的负担 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 优点：所有的I/O操作都是以块为单位来进行的,四、I/O处理机方式,Home,Back,Next,3.I/O接口的编址方式,I/O端口I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I)。不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号称为端口地址(或端口
6、号)。端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。,Home,Back,Next,一、统一编址方式,3.I/O接口的编址方式,编址方法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。优点指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。缺点内存可用地址空间减小,Home,Back,Next,二、独立编址方式,3.I/O接口的编址方式,编址方法外设地址空间和内存地址空间相互独立。优点内存地址空间不受I/O编址的影响缺点I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握输入/输出接口电路的基本概念，了解接口的用途。 掌握输入/输出端口的
7、编址方式和特点。 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。,Home,Back,6.1 输入/输出接口概述,6.2 中断系统,1.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,Home,Next,常见的中断源：一般的输入/输出设备实时时钟故障源软件中断,2.8086/8088的中断类型,Back,Next,6.2 中断系统,Home,Back,Next,3.中断优先权,软件查询方式,Home,Back,Next,3.中断优先权,硬件优先权排队电路,Home,Back,Next,4. 中断管理,8086CPU可管理256种中断。每种中断都指定一个
8、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。,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 。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 。,Home,Back,Next,4. 中断管理,Home,5.中断处理过程,Back,Next,五个步骤： 中断请求 中断判优(有时还要进行中断源识别) 中断响应 中断服务 中断返回,Home,Back,Next,5.中断处理过程,中断处理子程序的结构模式: 保护CPU各寄存器的值 用指令设置中断允许标志IF来开放中断 中断处理子程序的主要部分 恢复各寄存器在进入中断处理时的值 使堆栈中保存的断点值和标志值分
9、别装入IP、CS和标志寄存器,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握有关中断的基本概念：中断、中断源等。 掌握8086中断系统中的中断源分类，熟悉各种中断的特点。 掌握中断向量的概念。 熟悉中断的处理过程。,Home,Back,6.2 中断系统,6.3 并行接口,1. 并行通信与并行接口,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。 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。,Home,Next,典型的并行
10、接口和外设连接,Back,Next,6.3 并行接口,Home,Back,Next,可编程并行通信接口芯片8255A,8255A芯片内部结构及其功能,Home,Back,Next,可编程并行通信接口芯片8255A,8255与系统的连接示意图,Home,Back,Next,可编程并行通信接口芯片8255A,8255A芯片的控制字,Home,Back,Next,8255A的工作方式,工作方式0简单输入/输出查询方式；A，B，C三个端口均可。,Home,方式0输入（IN AL，PORT） 框图,Back,Next,8255A的工作方式,Home,方式0输出（OUT PORT，AL） 框图,Back,
11、Next,8255A的工作方式,工作方式1选通输入/输出中断方式；A ，B，两个端口均可。,Home,Back,Next,8255A的工作方式,Home,方式1下输入端口的联络信号,Back,Next,8255A的工作方式,工作方式2双向输入/输出中断方式。只有A端口才有。,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握并行接口的概念、并行接口的特点和功能。 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。,Home,Back,6.3 并行接口,6.4 串行接口,1. 串行通信与串行接口,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
12、间长度。 串行接口， 是指采用串行传输方式来传输数据的接口标准。,Home,Next,6.4 串行接口,串行通信线路有如下三种方式,单工通信半双工通信全双工通信,Back,Next,Home,1. 异步通信方式,Back,Next,串行通信数据的收发方式,Home,2. 同步通信方式,Back,Next,串行通信数据的收发方式, 面向比特(bit)型规程 面向字符型规程,Home,Back,Next,可编程串行通信接口芯片8251A,8251A芯片内部结构及其功能,Home,Back,Next,1）CPU(数据)8251的THR ； 2）TSR移空时，THR TSR，LSR中“数据发送保持寄存
13、器空” 状态位置位 ； 3）TSR根据LCR中规定的格式从低到高逐位发送数据 ； 4）LSR中“数据发送保持寄存器空” 状态位可用来产生中断，也可查询该状态位，以实现数据的连续发送。,8251A的工作过程,8251A芯片发送数据过程,Home,Back,Next,1）SIN引脚 RSR； 2）RSR根据LSR中规定的数据位数确定是否收到了一个完整的数据，收到后将数据RBR； 3）RBR收到RSR的数据后，将LSR寄存器中“接收缓冲寄存器满”的状态位置位； 4）LSR中“接收缓冲寄存器满”状态位可用来产生中断，也可查询该状态位，以实现数据的连续接收。,8251A的工作过程,8251A芯片接收数据
14、过程,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握串行接口的概念、串行接口的特点和功能。 掌握串行通信线路的三种方式的特点。 熟悉可编程串行接口芯片8251A的内部结构、外部引脚功能。 掌握8251A的编程应用。,Home,Back,6.4 串行接口,6.5 DMA控制技术,1. DMA控制器,DMA 控制器可以象CPU那样得到总线控制权，用DMA方式实现外部设备和存储器之间的数据高速传输。一个DMA控制器通常可以连接一个或几个输入/输出接口，每个接口通过一组连线和DMA控制器相连。 将DMA控制器中和某个接口有联系的部分为一个通道。而一个DMA控制器一般由几个通道组成。,Home,Nex
15、t,DMA方式，外设向內存传输数据的过程,外设准备好数据后向DMAC发出DMA传送请求信号； DMAC经过处理后，由总线仲裁机构裁决，使CPU出让总线控制权，并向DMAC发出总线响应信号； DMAC接到响应信号后，成为总线的主控者； DMAC向外设发出DMA应答信号，开始DMA传送； DMA传送结束，DMAC向外设发出EOP信号，并撤消对CPU的总线请求，交回系统总线的管理和控制权。,6.5 DMA控制技术,Back,Next,Home,8237芯片内部结构及其功能,Back,Next,可编程DMA控制器8237,Home,工作方式寄存器,Back,Next,可编程DMA控制器8237,Hom
16、e,Back,Next,状态寄存器,可编程DMA控制器8237,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握控制技术的特点。 掌握方式传输数据的基本过程。 熟悉可编程控制器8237的内部结构、外部引脚功能。 掌握8237的编程方法。,Home,Back,6.5 DMA控制技术,6.6 定时器/计数器,定时的本质是计数，将若干片小的时间单元累加起来，就获得一段时间。,Home,Next,实现定时的方法： 软件方法：用一段程序实现延时 利用程序循环延迟指定的时间 缺点：CPU占用率高，延时精度低，兼容差 硬件方法：定时/计数器电路 利用脉冲计数在设定的时间输出定时信号, 8253是一种硬件定时
17、/计数器芯片,8253芯片外部引线,可编程定时/计数器芯片8253,Back,Next,Home,8253芯片内部结构及其功能,Back,Next,可编程定时/计数器芯片8253,Home,Back,Next,可编程定时/计数器芯片8253,8253的工作模式 方式0计数结束产生中断 方式1可编程的单脉冲(单稳)触发器 方式2分频器(速度波发生器) 方式3方波发生器 方式4软件触发的选通信号发生器 方式5硬件触发的选通信号发生器,Home,Back,Next,可编程定时/计数器芯片8253,8253控制寄存器的格式,Home,Back,Next,可编程定时/计数器芯片8253,8253与系统的
18、连接示意图,Home,Back,Next,可编程定时/计数器芯片8253,初始化程序流程,写入顺序： 可按计数器分别写入控制字和初值。 也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值,Home,本 节 小 结 通过本节的学习： 掌握定时的本质和定时的方法。 熟悉可编程定时/计数器8253的内部结构、外部引脚功能。 掌握8253的六种不同工作模式各自的特点及使用方法。 掌握8253的编程流程和应用。,Home,Back,6.6 定时器/计数器,6.7 A/D及D/A接口,完成这种模拟量向数字量转换的器件称为模拟/数字转换器，简称为ADC或A/D。,Home,Next,将数字量转换成模拟量的器件称为数
19、字/模拟转换器，简称DAC或D/A。,模拟量是指一些连续变化的物理量，所谓的连续变化是指：从时间上说，它随时间连续变化；从数值上说，它的数值也是连续变化的。,数字量是不连续的、间断的并且它能表示的数值范围也受微机的限制。,D/A转换器的主要性能指标,1.D/A转换器,1) 分辨率:8位:分辨率1/255 线性度 3) 转换精度 4) 建立时间 5) 温度系数 6) 电源抑制比 7) 工作温度范围 8) 失调误差 9) 增益误差 10) 非线性误差,Back,Home,Next,DAC0832 转换器的逻辑图,Back,Home,Next,DAC0832 D/A转换器,Back,Home,Nex
20、t,DAC0832工作方式1. 单缓冲方式适用于一路模拟量输出,或多路模拟量非同步输出. 2.双缓冲方式适用于多个DAC0832同时输出. 3. 直通方式适用于连续反馈控制线路.,DAC0832 D/A转换器,D/A转换器的主要性能指标,2.A/D转换器,1) 分辨率 2) 转换精度 3) 转换时间 4) 增益系数 5) 温度系数 6) 对电源电压变化的抑制比,Back,Home,Next,ADC 0809 转换器的逻辑图,Back,Home,Next,ADC0809 A/D转换器,ADC 0809 与系统总线的连接,Back,Home,Next,ADC0809 A/D转换器,Back,Hom
21、e,Next,AD570是AD公司生产的8位逐次逼近型A/D转换芯片，它将D/A转换电路、基准电压、时钟、比较器、逐次逼近寄存器以及输出缓冲器等集成在一块芯片上，并具有三态输出。,AD570 A/D转换器,AD570结构,Back,Home,Next,程序查询方式中断方式CPU等待方式固定延迟方式,AD570 A/D转换器,AD570的工作方式,本 节 小 结 通过本节的学习： 理解D/A转换和A/D转换的含义。 熟悉D/A转换器和A/D转换器的主要性能指标的含义。 掌握DAC0832 D/A转换器和ADC 0809 A/D转换器，以及AD570 A/D转换器的结构、工作方式。,Home,Back,6.7 A/D及D/A接口,
