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微机原理与接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 马维华 主编6,7章 十一五教材讲稿第6章基本输入输出接口技术

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    • 1、第6章 基本输入输出接口技术,【本章提要】 本章首先概述I/O的基本知识,然后讨论输入/输出控制方式,I/O接口的读写技术, 并行通信与串行通信,最后重点讨论常用可编程典型I/O接口芯片及其接口技术。 【学习目标】 了解I/O接口信息、I/O编址方法、I/O组织、I/O控制方式、并行通信及串行通信等输入输出基础知识。 理解基本输入输出接口的操作。 掌握简单I/O接口的读写技术。 熟练掌握常用接口芯片16550/8250、8255和8253的工作原理及其编程应用。 能综合运用接口芯片,构建和分析实际应用系统。,第6章 基本输入输出接口技术,本章主要内容: 概 述 输入/输出控制方式 I/O接口读写技术 并行通信与串行通信,可编程接口芯片 串行通信接口芯片 并行通信接口芯片 定时计数接口芯片,2019年5月20日星期一,6.1 概述,一、输入/输出与输入/输出接口 1.输入/输出:微处理器与外部设备之间的信息交换即通信。 2.输入/输出接口:完成微处理器与外部设备数据通信即输入/输出任务的接口。 包括:硬件接口电路和软件接口程序。,2019年5月20日星期一,二、I/O接口的功能,1. 内

      2、部地址译码 2.提供联络信号 3.信号特性匹配(如电平转换) 4.信息格式的转换(如正负逻辑的转换,串并 格式,模数转换) 5.数据缓冲与锁存 6.对外设进行中断管理 7.提供时序控制,2019年5月20日星期一,三、CPU与I/O设备间的接口信息,三种:数据信息、状态信息、控制信息 这些信息均通过数据总线传输。,2019年5月20日星期一,四、I/O端口的编址方法,1.存储器映射编址 含义: I/O端口的地址与存储器的地址统一混合编址。 用访问存储器的指令,即可对整个地址空间(存储器和I/O)进行访问,而无需专用I/O指令。 优点: 访问I/O指令多,使用方便。 内存与外设地址分布相同。 无需专用的I/O指令。,2019年5月20日星期一,2. I/O映射编址,含义 I/O端口与存储器分开独立编址,即I/O端口和存储器都有自己的一套地址空间,而且互不相干。 优点 I/O设备不占用内存单元,节约了内存空间。 指令执行速度快。 I/O端口 8086Core2微机采用I/O映射的编址方法。 I/O端口的地址64K 个8位口地址(0000H-FFFFH)。,2019年5月20日星期一,五、I

      3、/O组织,2.基于8086和80286 16位I/O组织,3.基于80386和80486 32位I/O组织,4.基于PentiumPentium4的64位I/O组织,I/O组 织,1. 基于8088的8位I/O组织,2019年5月20日星期一,8位I/O组织-基于8088,2019年5月20日星期一,16位I/O组织-基于808680286,2019年5月20日星期一,32位I/O组织-基于8038680486,2019年5月20日星期一,64位I/O组织 -基于Pentium Core2,2019年5月20日星期一,2.I/O端口的地址分配,1. I/O地址范围 0000H-FFFFH.共64K个8位端口 从8086Core2 I/O地址采用A15A0共16条地址线,且与存储器分开编址。 2. 系统板保留的1K个I/O端口 (详见书P.238表6.1) 000H-03FFH,共1K个8位端口 3. 查看当前系统I/O地址分配,2019年5月20日星期一,系统板保留的1K地址,2019年5月20日星期一,I/O指令时序,(b) OUT 指令操作时序 OUT P8,AL或OUT DX,A

      4、L P8为8位端口地址,(a) IN指令操作时序 IN AL,P8 或IN AL,DX P8为8位端口地址,6.2 输入输出控制方式,直接程序控制方式 中断控制方式 DMA控制方式 I/O处理机控制方式,2019年5月20日星期一,一、直接程序控制方式,含义:直接在程序控制下进行微处理器与外设之间的数据传送。 分类:无条件传送方式和条件传送方式两种。 1.无条件传送方式 含义:不查询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。 特点:简单、经济,但可靠性差。,2019年5月20日星期一,2.条件传送方式,含义:首先查询外设状态,满足条件时才进行数据的传送,因此也叫查询传送方式。 特点:简单、可靠性高,但CPU效率低。,输入,输出,2019年5月20日星期一,二、中断控制方式,含义:在满足传输条件时,外设向CPU发请求传输的中断信号,CPU接收请求后进入服务程序,在中断服务程序中进行输入输出操作。 特点:无需查询等待,CPU利用率大大提高。 不足:中断控制方式仍需要一系列本与输入输出无关的操作(如压栈保护等),因此对于高速I/O设备效率仍不算快。,2019年5月20日星期一,三、DMA控制方式

      5、,含义:直接由DMA控制器硬件控制数据传输,传输过程无需CPU干预。 特点:速度快(因为有DMA硬件直接控制),效率高。,2019年5月20日星期一,DMA方式与其它方式比较,MOV XX,AL,OUT DX,AL,IN AL,DX,MOV AL,XX,无需CPU指令,2019年5月20日星期一,四、I/O处理机控制方式,尽管DMA方式优点比较突出,但在DMA进行传输之前,对DMA的初始操作、对数据的运算和处理等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管理和控制I/O设备的负担,引入了I/O处理机控制方式。这种方式下,由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。,2019年5月20日星期一,6.3 I/O接口的读写技术,一、简单输入输出接口 输入采用缓冲器,输出采用锁存器。 1.常用缓冲器:,2019年5月20日星期一,简单I/O接口-锁存器,2.常用锁存器,2019年5月20日星期一,二、简单I/O接口的读控制,读操作程序: MOV DX,377H IN AL,DX,2019年5月20日星期一,2.简单I/O接口的写控制,写操作程序: MOV DX,0DFFFH OUT DX,AL,

      6、2019年5月20日星期一,3. 16位I/O接口的读操作,读操作程序: MOV DX,2F6H IN AX,DX,2019年5月20日星期一,32位I/O接口的写操作,写操作程序: MOV DX,3ECH ;选中3ECH3EFH4个端口 OUT DX,EAX,常用接口芯片及应用,6.4 并行通信与串行通信 6.5 可编程串行通信接口芯片 6.6 可编程并行通信接口芯片 6.7 可编程定时/计数器芯片,6.4 并行通信与串行通信,并行通信与并行接口 串行通信与串行接口 串行通信方式及异步通信协议 串行异步通信标准接口,2019年5月20日星期一,一、并行通信与并行接口,1. 并行通信 含义:并行通信是指将一个字节或一个字的各 位同时进行传输的一种通信方式。 要点:传输的各位同时传输(输入或输出)。 特点: (1)传输速度快 (2)传输的信息率高 (3)比串行通信需要更多通信信号线 用途:常用于传输距离短,数据传输速度要求 高的场合。,2019年5月20日星期一,含义:实现并行通信的接口称为并行通信接口。,2.并行接口,2019年5月20日星期一,二、串行通信与串行接口,1. 串行通信

      7、含义:串行通信是把传输的数据一位一位地顺序传送的一种通信方式。 要点:按位传输,同一时刻仅传送一位。 特点: (1)通信线少 (2)成本低 (3)但通信速度慢 用途:适用于长距离数据传输。,2019年5月20日星期一,完成串行通信任务的接口称为串行通信接口,简称串行接口。 功能: (1)输入时,完成串行到并行格式转换 (2)输出时,完成并行到串行格式转换。,2.串行接口,2019年5月20日星期一,串行通信数据传输方式,有单工方式、半双工方式、全双工方式,2019年5月20日星期一,三、串行通信方式 及异步通信协议,串行通信方式 两种:串行异步通信和串行同步通信。 1. 异步通信 异步通信:指字符与字符之间的传送是完全异步的,随机 的,但一个字符的位与位之间是同步的。 2. 异步通信特点 字符的发送是随机的。 每一个字符传输总以一个起始位为准,然后接收方与发送方保持同步(格式的统一),最后是停止位 通信双方可随时改变通信协议,即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。,2019年5月20日星期一,3异步通信协议,异步通信协议包括:一是字符的传送格式的规定,二是数据传送速率的要求

      8、。 异步通信格式 协议,即改变数据位、奇偶校验位和停止位长度或数据传输率。,2019年5月20日星期一,波特率,波特率(Baud Rate):指单位时间传送二进制数的位数,一般以秒为单位。 微机中常见的波特率有110,300,600,1200,2400,4800,9600,19200等。微机最高波特率由硬件决定。 例:已知字符格式中数据为8位,无校验,1位停止位,在1分钟内连续不断传送了 69120个字符,求波特率。 解:一个字符=1+8+0+1=10位 每秒传送的字符个数=69120/60=1152个 波特率=位/秒=1152*10=11520bits/S=11.52Kbits/s,2019年5月20日星期一,4.同步通信,同步通信 将多个字符连接成一个数据块,数据块前加1或2个同步字符,尾部是校验字符,最后为同步字符。 同步的含义 字符与字符之间时间间隔固定不变,是同步的。,2019年5月20日星期一,四、串行异步通信标准接口,串行异步通信的标准接口有RS-232C、RS-449、RS-422、RS-485以及20mA电流环等接口。 一、RS-232C接口(PC使用) 1. 接口逻

      9、辑:负逻辑传送 1:-15V-5V 0:+5V+15V 允许噪声容限为2V 因此,实际RS-232能够区分的逻辑电平: 1:-15V-3V 0:+3V+15V 只有在-3V+3V时逻辑为不确定,2019年5月20日星期一,2. RS-232接口信号及含义,2019年5月20日星期一,二、RS-232逻辑电平的转换,为什么要进行逻辑电压的转换? 因为RS-232逻辑电平与UATRT电平不一致 常用单电源供电的232电平转换芯片 MAX232、TLC232、UN232、SP232等为不同厂家的典型单电源供电的232接口芯片,完成电平转换功能。根据UART的电平的不同可分为5V和3.3V。,2019年5月20日星期一,RS232电平转换原理,计算机通信是TTL和CMOS逻辑电平,而RS-232规定的电平与之不符,故需电平转换。,2019年5月20日星期一,RS232电平转换典型芯片,C1C5可为0.1uF4,7uF,具体值参见芯片说明 TIN为TTL输入 RIN为232输入 TOUT为由TTL转换后的232电平输出 ROUT为由RS232转换后的TTL电平输出,2019年5月20日星期一,RS-232简单连接示意图,2019年5月20日星期一,二、RS-485接口标准,RS232C缺点:受共模干拢影响,通信距离不长。仅20米以内。 RS485主要特点: 采用差分传输方式,具有很强的抗共模干扰能力。 可同时连接多个接收器和发送器(32256个) 通信距离长,可达千米(标准为1.2Km)。 RS-485逻辑电平: 逻辑1:A的电位比B高200mV以上 逻辑0:B的电位比A高200mV以上,2019年5月20日星期一,RS-485接口的连接,由于是差分传输,因此RS485接口采用同名端相连的方法,即所有485芯片的A和A连在一起,B和B连在一起。 DI为数据发送端,RO为数据接收端,RE收发使能 RE0接收,RE1发送 终端(两个远端)各接一个匹配电

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