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第第6章章 输入输入/输出接口输出接口1输入输出接口基础输入输出接口基础1. 接口的功能与结构接口的功能与结构2. 端口编址端口编址2接口地址译码方式接口地址译码方式3接口信息传输方式接口信息传输方式 程序控制程序控制（无条件、条件）、（无条件、条件）、中断中断、DMA、通道通道四四. 接口设计接口设计1.并行接口设计：并行接口设计： 无握手（无条件）无握手（无条件）、带握手信号带握手信号、可编程并行接口可编程并行接口2.串行接口设计串行接口设计 同步、异步同步、异步关键：设置接口电路关键：设置接口电路计算机与直接相联的外围设备进行数据交换的过程计算机与直接相联的外围设备进行数据交换的过程通常称为通常称为输入输入/输出输出(In/Out)，而与远方设备进行数据交换，而与远方设备进行数据交换的过程习惯上称为的过程习惯上称为数据通信数据通信(data communication)3/811CPU与外设两者的信号不兼容，在信号类型、功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致如：信号类型有机械的、物理的、电信号等，信号形式有脉冲、模拟量或数字量等；2两者的工作速度不匹配，CPU速度高，外设速度低；3若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率；4数据传输方式不同，有并行、串行之分。

5它们不能与CPU直接相连,必须经过中间电路再与系统相连,这部分电路被称为I/O接口电路接口结构与功能接口结构与功能1 1接口主要功能接口主要功能 数据缓冲数据缓冲 信号转换信号转换 联络控制联络控制2 2接口硬件结构接口硬件结构 存储器接口、外设接口存储器接口、外设接口3 3接口技术组成接口技术组成4 4 硬件：地址译码、读写控制、总线（数据）缓冲硬件：地址译码、读写控制、总线（数据）缓冲5 5 软件：驱动程序（初始化、传送控制、结束控制等）软件：驱动程序（初始化、传送控制、结束控制等）CPU与外设与外设都是都是面向接口面向接口而非直接联络！而非直接联络！端口和接口的区别？端口和接口的区别？端口（端口（PORT）一定要理解一定要理解1I/O接口通常设置有若干个接口通常设置有若干个寄存器寄存器，用来暂存，用来暂存CPU和外和外设之间传输的数据、状态和控制信息设之间传输的数据、状态和控制信息2一般有三类寄存器，分别是一般有三类寄存器，分别是数据寄存器、状态寄存器、数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器控制寄存器3 3接口内的寄存器通常被称为接口内的寄存器通常被称为接口内的寄存器通常被称为接口内的寄存器通常被称为端口端口端口端口。

根据寄存器内暂存信根据寄存器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和状态端口息的类型，分别称为数据端口、控制端口和状态端口4每个端口有一个每个端口有一个独立的地址独立的地址独立的地址独立的地址，CPU可以用端口地址代码可以用端口地址代码来区别各个不同的端口，并对它们分别进行读来区别各个不同的端口，并对它们分别进行读/写操作端口和接口的区别？端口和接口的区别？一定要理解一定要理解接口（接口（Interface）1、若干个、若干个端口端口加上相应的控加上相应的控制逻辑电路构成了制逻辑电路构成了接口接口2、一个接口包含多个端口，、一个接口包含多个端口，端口是接口的一部分端口是接口的一部分3、对接口的访问实质是对、对接口的访问实质是对寄寄存器（端口）存器（端口）的访问的访问接口举例接口举例-USB通用接口芯片通用接口芯片- -支持支持USBUSB设备的控制传输、批量传输、中断传输设备的控制传输、批量传输、中断传输 -内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输 -通过通过U U盘文件级子程序库实现单片机读写盘文件级子程序库实现单片机读写USB USB 存储设备中的文件。

存储设备中的文件 -并行接口包含并行接口包含8 8位数据总线，位数据总线，4 4线控制线控制: :读选通、写选通、片选、中断输出读选通、写选通、片选、中断输出 -接口举例接口举例接口举例接口举例接口分类并行接口：一次传输多个数据位并行接口：一次传输多个数据位串行接口：一次只有一位数据串行接口：一次只有一位数据传输方式传输方式同步接口：总线相连，同步传输同步接口：总线相连，同步传输异步接口：无共同的基准时钟异步接口：无共同的基准时钟时序控制方式时序控制方式程序查询方式：程序的执行实现程序查询方式：程序的执行实现程序中断方式：传输时由中断请求信号触发程序中断方式：传输时由中断请求信号触发存储器直接存取访问方式（存储器直接存取访问方式（DMA）通道控制器，通道控制器，I/O处理机处理机传输控制方式传输控制方式外围接口：与外设无关，是系统的一部分外围接口：与外设无关，是系统的一部分外设接口：用于连接外设的接口外设接口：用于连接外设的接口工作对象工作对象端口编址端口编址 为了区分接口电路的各个寄存器，系统为它为了区分接口电路的各个寄存器，系统为它们各自分配了一个地址，称为们各自分配了一个地址，称为I/O端口地址端口地址，以，以便对它们便对它们进行寻址进行寻址并与并与存储器地址存储器地址相区别相区别 I/O端口有两种编址方式：端口有两种编址方式： 存储器映像方式、存储器映像方式、 I/O独立编址方式独立编址方式 端口编址方式端口编址方式1：独立编址：独立编址（如（如（如（如IntelIntel的系列芯片）的系列芯片）的系列芯片）的系列芯片）存储存储单元单元地址地址0000H0001HF0FFHF100HF101HFFFFH0000H0001HFF00HI/O端口端口地址地址FFFFH特点：特点：系统视端口和存储单元为不同的对象。

系统视端口和存储单元为不同的对象 优点：优点：系统中存储单元和系统中存储单元和I/OI/O端口的数量可达到最大端口的数量可达到最大缺缺点点：需需专专门门信信号号来来指指示示系系统统地地址址线线上上出出现现的的是是存存储储单单元元地地址址还还是端口地址；专用的端口操作指令比较单一；是端口地址；专用的端口操作指令比较单一；独立端口编址总线结构端口编址方式端口编址方式2：存储器映像编址：存储器映像编址（如（如（如（如FreescaleFreescale的系列芯片）的系列芯片）的系列芯片）的系列芯片） 特特点点：将将端端口口看看作作存存储储单单元元，仅以地址范围的不同来区分两者仅以地址范围的不同来区分两者 优优点点：对对端端口口的的操操作作和和对对存存储储单单元元的的操操作作完完全全一一样样，因因此此系系统统简简单单，并并且且对对端端口口操操作作的的指指令令种类较多种类较多 缺缺点点：CPUCPU对对存存储储单单元元和和I/OI/O端端口口的的实实际际寻寻址址空空间间都都小小于于其其最最大寻址空间大寻址空间统一编址总线结构I/O接口地址译码方法n地址译码的方法灵活多样地址译码的方法灵活多样 n低位地址线低位地址线直接接到直接接到I/O接口芯片的地址引脚，进接口芯片的地址引脚，进行行I/O接口芯片的接口芯片的片内端口寻址片内端口寻址 n高位地址线高位地址线与与CPU的的控制信号控制信号进行组合，经译码进行组合，经译码电路产生电路产生I/O接口芯片的片选信号接口芯片的片选信号CS，实现实现系统中系统中的接口芯片寻址的接口芯片寻址 接口地址译码的设计接口地址译码的设计 接口芯片的片选信号的生成仍然可以采用接口芯片的片选信号的生成仍然可以采用存储器存储器的译码的译码方式，即方式，即线译码、部分译码线译码、部分译码和和全译码全译码三种方式：三种方式：每组芯片使用每组芯片使用一根地址线作片选一根地址线作片选只有只有部分部分高位地址线参与译码形成片选信号高位地址线参与译码形成片选信号全部全部高位地址线都参与译码形成片选信号高位地址线都参与译码形成片选信号 地址信号不完全地址信号不完全确定，所以存在地确定，所以存在地址重叠问题，浪费址重叠问题，浪费寻址空间，并可能寻址空间，并可能导致误操作导致误操作u 线译码线译码u 部分译码部分译码u 全译码全译码课本课本P184 例例练习练习: :分析图中分析图中74LS13874LS138输出端的译码地址范围输出端的译码地址范围 74LS1383-8译码器AY0BY1CY2G1Y3Y4G2AY5Y6G2BY700010&A3A4A5+5VA6A7A8A9AENIORIOW&端口译码电路课本课本P184 例例输入输出控制方式输入输出控制方式程序控制方式程序控制方式1无条件控制 1. 1. 特点：特点：要求外设数据变化缓慢，操作时间固定，可以被认为始终处于要求外设数据变化缓慢，操作时间固定，可以被认为始终处于 就绪状态，如一组开关或就绪状态，如一组开关或LEDLED显示管。

显示管 2. 2. 优点：优点：简单，简单， CPUCPU随时可无条件读随时可无条件读/ /写数据 3. 3. 缺点：缺点：无法保证数据总是有效，适用面窄无法保证数据总是有效，适用面窄2条件控制（查询控制） 1. 1. 特点：特点： CPUCPU主动、外设被动执行主动、外设被动执行I/OI/O操作时操作时CPUCPU总要先查询外设状态；总要先查询外设状态； 若传输条件不满足时，若传输条件不满足时，CPUCPU等待直到条件满足等待直到条件满足 2.2.优点：优点：解决了解决了CPUCPU与外设之间的同步问题，可靠性高与外设之间的同步问题，可靠性高 3.3.缺点：缺点：CPUCPU利用率低，低优先级外设可能无法及时得到服务利用率低，低优先级外设可能无法及时得到服务 无条件控制方式举例无条件控制方式举例无条件控制无条件控制外设数据变化缓外设数据变化缓慢，始终慢，始终处于就处于就绪状态绪状态,如如开关开关或或LED接口结构接口结构简单（通常只需简单（通常只需要数据端口），要数据端口），适用面较窄适用面较窄无条件控制方式举例无条件控制方式举例条件控制（程序查询）方式条件控制（程序查询）方式输输入入设设备备数据端口读选通数据端口读选通状态端口读选通状态端口读选通输入选通输入选通输入数据输入数据RQD5VDB（数据、状态）（数据、状态）READY(1bit)数据锁存器数据锁存器（输出端口）（输出端口）状态缓冲器状态缓冲器(输入端口输入端口)输输出出设设备备输出选通输出选通RQD5VDB（数据、状态）（数据、状态）BUSY(1bit)ACK状态端口读选通状态端口读选通数据端口写选通数据端口写选通 接口避免了对端接口避免了对端口的口的“盲读盲读”、“盲写盲写” ，数据传送，数据传送的可靠性高，且硬的可靠性高，且硬件接口相对简单。

件接口相对简单 外设应具有必要的外设应具有必要的联络（握手）信号如联络（握手）信号如READY、ACK等；等； 缺点是缺点是CPU工作效工作效率低，率低，I/O响应速度响应速度慢；在有多个外设的慢；在有多个外设的系统中，系统中，CPU的查询的查询顺序由外设的优先级顺序由外设的优先级确定，实时性差确定，实时性差程序查询方式的打印机接口程序查询方式的打印机接口状态位为状态位为0，则表明先前送出的数据已被打印，可以再送下一，则表明先前送出的数据已被打印，可以再送下一个数据；若状态位为个数据；若状态位为1，则表明先前送出的数据还没打印，就，则表明先前送出的数据还没打印，就不能再送数据出去不能再送数据出去接口信息传输方式接口信息传输方式中断控制方式中断控制方式 中断（软件层面）中断（软件层面）中断（软件层面）中断（软件层面）: : 是指是指CPU在执行正常程在执行正常程序时，为处理一些紧急发生序时，为处理一些紧急发生的情况，的情况，暂时中止当前程序，暂时中止当前程序，转而对该紧急事件进行处理，转而对该紧急事件进行处理，并在处理完后返回正常程序并在处理完后返回正常程序的过程 烧水的过程方式1：查询 缺点：不停地到厨房查看方式2：中断机制 优点：可以同时做多。