微机原理与接口技术ch-6a

接口技术接口技术接口技术接口技术 一、微型计算机和外设的数据传输 二、并行接口8255A 三、串行接口8251A 四、计数器/定时器8253/8254 五、中断控制器8259A 六、可编程DMA控制器8237A第六章、微型计算机的输入/输出接口第一节 微型计算机的输入/输出接口存储器接口存储器I/O接口I/O设备CPU数据、地址、控制总线输入/输出接口电路是计算机的重要组成部分。通过它可以实现计算机与外部设备 通信和交换信息。常见的外部设备有：键盘、显示器、打印机、磁盘机等。工业控制计算机中， I/O接口电路还可以通过A/D或D/A与各种工业检测和控制仪表相连接。智能仪器接口（数字化示波器及 万用表）、通信接口（终端及调 制解调器）、过程控制接口（ A/D及D/A转换器）、输入接口 （数字化仪、键盘等各种输入设 备）、输出接口（CRT、打印 机、绘图仪等）、外存接口（磁 盘、软盘、光盘等）微机接口（interface) 是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与 外界进行信息交换的中转站。为什么要在CPU与外设之间设置接口电路？（1）CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时 序关系上都不一致。（2）二者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低。（3）若不通过接口，则会使CPU直接控制外设，大大降低CPU利用率。（4）若由CPU直接控制外设，会使外设硬件结构依赖于CPU，对外设本身 的发展不利。微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外 部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息 交换的一门技术。它涉及微机原理、汇编语言程序设计、电子技术、自 动控制原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。一、输入/输出接口的交换信号计算机I/O接口与外设交换的信息从广义上来讲包括数据信息、状态 信息、控制信息。这三者都用IN和OUT指令来传送的，只不过是分 别送入不同的部件，起不同的作用。数据信息：数字量、开关量、模拟量、脉冲量。状态信息：BUSY，READY等，反映外设的状态。控制信息：计算机I/O接口发出的信息如读、写等。二、输入/输出的控制方式无条件传送 中断方式 程序方式查询方式（条件传送） 存储器直接存取方式（DMA方式）.程序控制方式、中断控制方式、DMA控制方式、处理机控制方式1、程序控制方式（在程序控制下进行信息传送）(1)无条件传送方式外设已准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输的方式。端 口 译 码 器输 出 锁 存 器输 入 锁 存 器&&D7D0数据总线地址总线至 输 出 设 备自 输 入 设 备 来M/IOWRRD8086CPU（2）条件传送方式（查询式传送）输 入 设 备锁 存 器数 据 缓 冲 器三 态 缓 冲 器地址 译码&&数据+5VRD Q选 通数据READY地址 总线RDM/IOWR查询输入接口电路CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态是否处于空闲状态。如果输入外部设 备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲时，则CPU执行传送信息指令。输 出 设 备数 据 锁 存 器状 态 寄 存 器端口 译码RQ D+5VBUSY数据总线地址 总线WRRDM/IOACK选通信号数据查询式输出接口电路第二节、并行通信与并行接口 一、并行通信 是一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快 ，信息率高。 二、并行接口（典型的并行接口与外部设备连接）控制寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器数据总线读出信号中断请求复位准备好写入信号CPU地址地址 译码片选A0A1数据输入准备好数据输入回答数据输入数据输出数据输出准备好数据输出回答输 入 设 备输 出 设 备1、并行接口的输入过程CPU可通过中断方式或程序查询方式来读取接口中的数据。过程是： 外部设备首先将数据送给接口，并使状态线“数据输入准备好”成为高电 平。接口把数据接收到数据输入缓冲寄存器的同时，使“数据输入回答” 线变为高电平，作为对外设的响应。外设接收到此信号，便撤除数据和 “数据输入准备好”信号。而且，接口会在状态寄存器中设置“输入准备 好”状态位，并向CPU发数据准备好信号供CPU查询或中断请求用。 CPU读取数据后，接口会自动清除状态寄存器的“输入准备好”状态位， 且使数据总线处于高阻状态，进入下一个输入过程。2、并行接口的输出过程每当外部设备从接口取走一个数据之后，接口就会将状态寄存器中的“ 输出准备好”状态置“1”，以表示CPU当前可以往接口中输出数据，这个 状态位可供CPU进行查询或外设中断请求用。当CPU输出的数据到达接 口的输出缓冲寄存器中后，接口会自动清除“输出准备好”状态位，并且 将数据送往外部设备，同时，接口往外部设备发送一个“驱动信号”来启 动外部设备接收数据。外部设备被启动后，开始接收数据，并往接口发 一个“数据输出回答”信号。接口收到此信号，便将状态寄存器中的“输 出准备好”状态位重新置“1”，以便CPU输出下一个数据。第三节、可编程并行通信接口芯片8255A 8255A的特点： 8255A是Intel系列微处理机的配套并行接 口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之 间提供并行输入/输出通道。由于它是可编 程的，可以通过软件来设置芯片的工作方 式，所以，用8255A连接外部设备时，通 常不用再附加外部电路。D0 D7PA0 PA7PB0 PB7A组 控制B组 控制端口C 上半部端口C 下半部端口BO OO数据总线 缓冲器读 / 写 控制逻辑端口A数据总线RD WR A0 A1 RESETCSPC4 PC7PC0 PC3CPU接口外设接口内部逻辑一、8255A芯片内部 结构及其功能内部数据总线8位内部 数据总线8 2 5 5PA3PA2PA1PA0GND A1A0PC7D3PC5D6D7 VCCPC3PB7PB5PB4PB3PA4PA5PA6 PA7D0D2D1RD CSPC6PC4PC0PC1PC2PB0PB1PB2WRRESETD4D5PB68255A 芯片引 脚信号1、并行输入/输出端口A、B、C（3个8位端口）端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输出锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入缓冲存储器；端口C包含一个输出锁存/缓冲存储器和一个输入缓冲存储器。在工作方式1和2时，C端 口分成两个4位端口，分别配合A口和B口工作。2、A组和B组控制部件A组控制部件控制端口A与端口C的高4位（PC7PC4）的工作方式；B组控制部件控制端口B与端口C的低4位（PC3PC0）的工作方式；3、数据总线缓冲存储器三态双向8位数据缓冲存储器，它是8255A与8086CPU之间的数据接口。 CPU执行输出指令时，可将控制字或数据通过数据总线缓冲存储器传送 给8255A。CPU执行输入指令时，8255A可将状态信息或数据通过总线缓 冲存储器向CPU输入。它是CPU与8255A之间交换信息的必经之路。4、读/写控制部件（它能接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能 部件发出操作命令）A1A0RDWRCS操 作00010端口ACPU01010端口BCPU10010端口CCPU00100CPU端口A01100CPU端口B10100CPU端口C11100CPU控制寄存器11010非法操作××110数据总线浮空××××1未选该8255A，数据总线浮空8255A的读写操作控制A1A0=00 选端口AA1A0=01 选端口BA1A0=10 选端口CA1A0=11 选控制字 寄存器二、8255A芯片的控制字及其工作方式1、控制字 （1）定义工作方式控制字（写入 A1、A0 = 11）D0D1D2D3D4D5D6D7PC3 PC0 1：输入 0：输出B口 1：输入0：输出B组工作方式 0：方式01：方式1PC7 PC4 1：输入0：输出A口 1：输入0：输出A组工作方式 00：方式0 01：方式1 1×：方式2D7 = 1 特征位B组A组方式0：基本输入/输出方式 方式1：选通输入/输出方式 方式2：双向传送方式 端口A可工作在方式0、1、2 端口B可工作在方式0、1 端口C可工作在传送数据或控制信息（2）C口置位/复位控制字 （写入 A1A0 = 11）方式0：基本 I/O 方式 （查询时，任选C口做连络信号） 方式1：选通I/O 方式（可查询或中断，固定C口做连络信号） 方式2：双向I/O方式（只用于A口，PC3 PC7做连络信号）D0D1D2D3D4D5D6D71：置位 0：复位C口选择000：PC0 001：PC1 010：PC2 011：PC3 100：PC4 101：PC5 110：PC6 111：PC7任选（可1可0）D7 = 0 （特征位）关于两个命令的讨论：（1）方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能进行指定，即进行初 始化，初始化工作要在使用8255A之前做。（2）按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它并不破坏已经 建立的3种工作方式，而是对它们实现动态控制的一种支持。（3）两个命令的最高位都分配了特征位，之所以要设置特征位，是为了识 别两个不同的命令。在命令代码中设置特征位是解决多个命令写入同一 命令口时如何进行识别而经常采用的方法之一。由于8255A两个命令的特 征位不同，D7=1时，为工作方式命令；D7=0时，为按位置位/复位命令。 因此，可以判断，命令代码的值等于、大于80H的是工作方式命令字；小 于80H的是按位置位/复位命令。（4）按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。这个问题经常有人弄错。 因为表面看起来，按位置位/复位命令是对C口进行操作，所以，也就以 为可以把按位置位/复位的命令写到C口（数据口）。这是错误的想法， 因为按位置位/复位是一个命令，它就要按命令的定义格式来处理每一位 ，如果把它写入C口，就会按C口的数据定义格式来处理。这两种定义完 全不同的格式是不能互换的，所以，它只能写到命令口，按命令定义来 处理。2、工作方式 （1）工作方式0（基本输入/输出方式）方式控制字0001PC3 PC0 1：输入 0：输出 B口 1：输入0：输出PC7 PC4 1：输入0：输出A口 1：输入0：输出A组工作方式 00：方式0D7 = 1 特征位A组B组定义端口B为方式0序 号控制字 D7 D0A组B组 端口A端口C(高4位) (PC7PC4)端口A端口C(高4位) (PC7PC4) 110000000输出输出输出输出 210000001输出输出输出输入 310000010输出输出输入输出 410000011输出输出输入输入 510001000输出输入输出输出 610001001输出输入输出输入710001010输出输入输入输出 810001011输出输入输入输入910010000输入输出输出输出 1010010001输入输出输出输入 1110010010输入输出输入输出1210010011输入输出输入输入 1310011000输入输入输出输出 1410011001输入输入输出输入1510011010输入输入输入输出 1610011011输入输入输入输入方式0的工作状态组合（2）工作方式1（选通输入/输出方式）方式控制字111101定义端口B为工作方式1PC7 PC6 1：输入0：输出A口 1：输入A组工作方式 01：方式1D7 = 1 特征位定义端口B为输入8255A定义工作方式1输入控制字格式方式 1 的操作过程A口方式 1 ，输入B口方式 1 ，输入INTE APA0 PA7PC4PC5PC3STBAIBFAINTRAI / OPC6