微机接口基础
计算机与外设的输入、输出接口CPU与外设数据传送的控制方式基本 I/O 接口的应用
I/O 接口概述
I/O 接口的作用
高速 CPU 与低速外设数据传送的同步及配合 并行数据与串行数据间的数据格式转换
注:CPU 与外设间并不直接传送信息,而是经 I/O 接口传送信息,故说 I/O 接口是它们的 桥梁,访问 I/O 接口即访问外设.
I/O 接口概述
I/O 接口电路的结构I/O 接口电路原理图
CPU
外设
数据端口
状态端口
控制端口
总线驱动地址译码逻辑控制
DB
AB
CB
I/O 接口电路连接 与CPU —— 三总线连接 与外设 —— 三信息连接
I/O 接口电路
I/O 接口概述
I/O 接口中的信息流
数据信息 方向 CPU ←→ I/O 端口 ←→ 外设 双向 类型 数字量 二进制形式的数据 例:CPU ←→ 磁盘、CPU ←→ 键盘 开关量 两种状态的物理量 例:开关的通断,水位的高低 模拟量 连续变化的物理量 例:交流电、温度、气压
计算机与外设的 I/O 接口
I/O 接口中的信息流
状态信息 方向 CPU I/O端口 外设 单向 方式 对输入接口:CPU是否准备好接收数据,READY " 准备好吗?对输出接口:外设是否准备好接收数据,BUSY " 外设忙吗?
I/O 接口概述
I/O 接口中的信息流
控制信息 方向 CPU I/O端口 处设 单向 方式 CPU要求外设开始工作,启动外设 CPU要求外设终止工作,停止外设
注:数据信息是CPU与外设经I/O接口传送的 有用信息,状态、控制信息是CPU经I/O 接口与外设传送的配合信息,为了CPU 与外设间的数据传送,加入必要的握手 信息(状态、控制)非常重要
I/O 接口概述
I/O 接口与 I/O 端口
接口 端口
注:一个接口中有多个端口
完成一个外设操作所用的接口电路,多由接口芯片构成.
一个接口中不同信息流传送所需的地址通道,又称端口寄存器.
I/O 接口概述
I/O 接口的功能
数据缓冲及驱动功能 接口电路(芯片)的寻址功能 数据形态的转换功能 CPU 与外设的握手功能 接口芯片的可编程功能
I/O 接口概述
I/O 接口的分类
按数据传送方式 按接口的可编程、不可编程方式 按数据的同步、异步方式 按接口芯片的通用性、专用性
并行接口、串行接口
可编程接口灵活、不可编程接口简单
同步传送规矩、异步传送方便
通用芯片应用广、专用芯片应用窄
I/O 接口概述
接口芯片的类型
并行接口芯片与串行接口芯片 并行接口芯片,例:74LS245 串行接口芯片,例:MAX232 通用接口芯片与专用接口芯片 通用接口芯片,例:8255A 专用接口芯片,例:8259 不可编程接口芯片与可编程接口芯片 不可编程接口芯片,例:74LS245 可编程接口芯片,例:8255A
I/O 接口概述
可编程接口芯片对信息的处理
可编程接口芯片有多个不同应用的寄存器 命令寄存器 用于存放 CPU 向芯片写入的命令字 数据寄存器 用于存放 CPU 与外设交换的有用信息 状态、控制寄存器 用于存放 CPU与外设间的握手信息
I/O 接口概述
接口芯片寄存器的使用
访问外设即访问对应的芯片寄存器 不同的寄存器有不同的端口地址, 即用地址访问,而非用名访问 编程中使用 IN、OUT 指令访问寄存器
I/O 端口的编址方式
存储器映像方式独立I/O编址方式
I/O端口地址与存储器单元地址共享寻址空间 优点 —— 借用存储器操作指令 MOV 缺点 —— I/O端口占用存储器单元地址
I/O端口地址与存储器单元地址分享寻址空间 优点 —— 外设与存储器有自己的寻址空间 缺点 —— 专用控制线及专用指令 IN、OUT
I/O 端口的编址方式
计算机系统的 I/O 端口地址分配
8086 的I/O 端口地址范围 PC/XT 的I/O 端口地址分配特点 80386 的I/O 端口地址分配特点
可用地址线为 A0~A15,64K个字节端口、32K个字端口.
仅用地址线为 A0~A9,可有1024个字节端口、仅用512个字节端口.
可用地址线为 A0~A15.
I/O 端口的地址译码
I/O 端口地址译码电路结构
接口芯片
译码电路
译码输入
译码输入
/CS
注:译码输入含 CPU 的地址线和控制线,译码输出电平控制接口芯片的片选端.
I/O 端口的地址译码
I/O 端口地址译码电路的输入信号
8086 的地址线 8086 的控制线 系统总线提供的控制线
A0 ~ An,接口芯片内的端口选择地址线,接I/O 接口. An-1 ~ A15,接口芯片的片选地址线,接译码输入.
M//IO、 /RD、/WR
AEN、/IOCS16 /IOR、/IOW
注:第8章介绍
I/O 端口的地址译码
输入接口电路
输入设备
接口电路
CPU
译码电路
/CS
注:输入接口电路带缓冲器
I/O 端口的地址译码
输入接口电路中的缓冲器
基本电路 通用接口芯片 可编程接口芯片
三态门
74LS240、74LS244、74LS245、74LS125
8255、8155、8259、8253FPGA、ISP
注:272页图6-8是用74LS245构成的输入接口
I/O 端口的地址译码
输出接口电路
输出设备
接口电路
CPU
译码电路
/CS
注:输出接口电路带锁存器
I/O 端口的地址译码
输出接口电路中的锁存器
基本电路 通用接口芯片 可编程接口芯片
D 触发器
74LS273、74LS274、74LS373、74LS74
8255、8155GAL、CPLD、FPGA
注:273页图6-9是用74LS273构成的输出接口
I/O 端口的地址译码
系统总线 AEN、/IOR、/IOW 的作用
AEN /IOR /IOW
I/O 接口选择控制,低电平有效
I/O 端口读控制,低电平有效
I/O 端口写控制,低电平有效
注:存储器读写的系统控制线为 /MEMR、/MEMW
I/O 端口的地址译码
用通用门电路设计译码电路(与非门)
与非门
A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15
/CS
077AH
I/O 端口的地址译码
用通用门电路设计译码电路(或门)
或门
A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15
/CS
F885H
I/O 端口的地址译码
常用通用 IC 型号 (274页)
74LS00 74LS20 74LS32 74LS30
6 反相器(6 非门)
2 X 4 与非门
4 X 2 或门
10 与非门
I/O 端口的地址译码
用通用 IC 译码电路分析
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
0
0
IOR
AEN
译码输出 = 0000011101111010B = 077AH
I/O 端口的地址译码
同址可读可写 I/O 端口译码的设计
或门
或门
读端口片选
写端口片选
/IOW
/IOR
或门
AEN
地址译码
注:/IOR、/IOW 不能同时为低
I/O 端口的地址译码
同址可读可写 I/O 端口译码的设计
与非门
与非门
读端口片选
写端口片
……

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