chap6微机原理与接口技术

微机原理与接口技术

Ch.6 输入输出和中断技术

本章内容

基本概念

I/O端口的编址 输入输出的基本方法：无条件、查询、中断、DMA

中断

中断基本概念 8086/8088中断系统 8259中断控制器*DMA的基本概念 DMA工作过程 DMA的三种传输方式

DMA*

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6.1 输入/输出接口(I/O接口)

6.1.1 概述

什么是I/O接口？把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之 间的信息交换。

I/O接口要解决的问题

速度匹配(Buffer) 信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)

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I/O接口的功能 I/O地址译码与设备选择

把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离(高阻态)

数据的缓冲与暂存

缓解接口与CPU工作速度的差异

对外设进行监测、控制与管理，中断处理 信号电平与类型的转换

形式、格式、电平、功率、码制等

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6.1.2 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 (或端口号)。 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。

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1. 统一编址

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。 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。内存可用地址空间减小

内存地址 (960KB)

缺点

EFFFFH F0000H

I/O地址 (64KB)FFFFFH

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2. 独立编址

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 内存地址空间 I/O地址空间0000H

00000H

I/O空间 (64KB)FFFFH

内存空间 (1MB)

FFFFFH

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例如：8088/8086系统MEMR、MEMW A19-A0 存储器访问

8 0 8 8 总 线

IOR、IOW 、AEN

I/O访问A9-A0

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8088/8086 CPU的I/O编址方式

采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用 IO/M 来区分：

IO/M=1 时为I/O地址

I/O操作只使用20根地址线中的16根： A15 ~ A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个

I/O地址范围为0~FFFFHIBM PC只使用了1024个I/O地址(0~3FFH)

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6.1.3 I/O端口地址的译码

IOW、IOR 、 A15 ~ A0 OUT指令将使总线的 IOW 信号有效 IN指令将使总线的 IOR 信号有效 当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译 码

,译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时， 则16位地址线的高位参与译码(决定接口的基地址), 而低位则用于确定要访问哪一个端口。 例如： 某外设接口有4个端口，地址为2F0H~2F3H, 则其基地址为2F0H,由A15~A2译码得到，而A1、A0用 来确定4个端口中的某一个。

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6.1.4 I/O数据的传送方式

并行

一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送 速度快、距离短、成本高 例：PC机的并行接口(通常用于连接打印机) 数据按位进行传送 速度慢、距离远、成本低 例： PC机的串行接口(通常用于串行通信)

串行

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6.2 简单接口电路

6.2.1 接口电路的基本结构译码 电路 数据输入寄存器 (or 三态门) 数据输出寄存器 (锁存器) DB 状态寄存器 (or 三态门) 状态线 数据线

AB

接 主 机

CB

控制 逻辑

接 外 设

控制线 命令寄存器

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数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的 数据 命令寄存器——存放控制命令，用来设定接 口功能、工作参数和工作方式。 状态寄存器——保存外设当前状态，以供 CPU读取。

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简单接口电路

数据输入接口

必须具有三态输出能力，以便与总线挂接 外设有数据保持能力时—可用三态门实现 外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实 现常用锁存器实现

数据输出接口

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三态门：高电平、低电平、高阻态

通常一个器件中包含8个三态门 常用芯片：74LS244(教材图6.3) 应用例子：开关接口

工作波形图如下：地址有效

A0~A15 IOR# 译码输出

D0~D7

开关状态

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简单的输入接口举例+5V

接口电路图如下：

74LS244 I0 DO0 I1 I2 I3 I4 E1 E2 I5

K0 K1 K2 K3 K4 K5

D0-D7译码器IOR A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A15 A10 A11 A12 A13 A14

~DO7

系 统 总 线 信 号

&

≥1

I6 I7

K6 K7

83FCH ~83FFH≥1

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简单的输出接口举例

锁存器：由D触发器构成

通常一个器件包含8个D触发器 常用芯片：(教材图6.5、图6.6)

74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器，内部结构见图6.8)+5VR

应用例子：发光二极管接口D0~D7 D0 | D7 Q0

A0~A15 IOW#

译 码 器

. . .Q7

=1 . . .

. . .

. . .R

CP

=1

74LS273

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输入/输出接口综合应用例子

根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号

共阳极7段数码管结构见教材图6.10 用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管

74LS273的地址假设为F0H 74LS244的地址假设为F1H

用74LS244作为输入口，读入开关K0~K3的状态

当开关的状态分别为0000~1111时，在7段数码管上对 应显示’0’~’F’ (7段码表见下页)

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符号

形状

7段码 .gfedcba00111111 00000110 01011011 0100

1111 01100110 01101101 01111101 00000111

符号

形状

7段码 .gfedcba01111111 01100111 01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001

’0’’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’

’8’’9’ ’A’ ’B’ ’C’

’D’’E’ ’F’

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F0H = 0000 0000 1111 0000 F1H = 0000 0000 1111 0001D0~D7 译码电路 IOW#74LS138

74LS273

7406 8个 反相器

Rx8

≥1

A7~A4

&≥1

D0 Q0 | Q1 D7 Q2 Q3 Q4 CP Q5 Q6 Q7

a b c d e f g DP

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