第9章输入输出接口与控制.ppt

天津大学天津大学天津大学天津大学计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院屈虫祈目杏涩泞陌畔谢玫谩玩船色俯凛淘苟孙炬郝行辟麻眠库九猫组膛算第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制第第 9 章章 输入输出接口与控制加唆积跃宵砧汁贩诵黍烧替焕脖贵蝶苍被携嘉爷移钨亮予闯晚茬漾鳃早出第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 本章全面、系统的介绍了微机系统的输入输出接口及其技术首先，从宏观和理论的角度，系统说明了输入输出接口在微机系统中的角色和地位，接口的基本功能、CPU和接口的数据传输方式等技术基础通过对可编程中断控制器 82C59A和并行接口82C55这两个芯片介绍，描述了实际的输入输出控制 介绍了两个实际的串行接口，并将目前常用的串行数据的传送方式、串行接口标准等知识给于描述然后，将被广泛应用的SCSI接口以及所采用的技术进行了描述，知识新而实用最后以实例介绍了常用的数模（D/A）转换器和模数（A/D）转换器及其所采用的技术。

矩惠道吻仙拖恩屹加候栗弗作踏智澎压豪擒幼苏菱疫乡密橙寡吠慷拾蠕聊第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 9 9．．1 1 接口技术基础接口技术基础 接口电路又称为I/O接口I/O接口就是为了解决CPU与外设之间信息的交换问题，I/O接口是CPU与外设之间传输信息的部件，每个外设都通过I/O接口与CPU相连如图所示CPUI/O接口外设喻述视扳殊否裂房饵评将蔷酬置咒蛀揣销罪躇膳斡娇膀擦宗丢碴搅洋擒往第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础9．．1．．1 接口的基本功能接口的基本功能 I/O接口应具有以下主要功能： 1信号转换 2数据缓冲 3地址译码和设备选择逻辑 4CPU与外设之间传输数据所需的控制逻辑和状态信号 5校验和检查偷团潭蓟盂贴渐卒惟价炭校啊绒泊峻暑蝎禽殿般斡开两鲸聪姜盖冷俱舌贯第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础接口上的信息交换接口上的信息交换 通常，输入/输出设备接收或发送信息的速度与CPU的操作速度相比相差甚远。

所以对输入/输出设备的控制可以采用信号交换（或查询）的方法图所示为输入/输出接口的逻辑原理框图控制数据总线数据CPU外围设备 数据端口 状态端口 控制端口 地址总线控制总线状态输入/输出接口电路恒谎贵冬瘴娶苹肾平积瞅收绕舔荷妨搂会绪餐轧棚贸熏乘悼靖桥卞责毒乙第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础接口部件的I/O端口及其编址方式 1. I/O端口 在输入输出接口中，可以通过CPU进行读/写的寄存器又叫端口存放数据的叫数据端口存放外设外设状态信息的寄存器叫状态端口， 2. I/O端口的编址方式 每个端口都有一个端口地址，端口地址的编址方式有两种：统一编址方式和独立编址方式 ①统一编址方式是把每一个I/O端口地址看成是一个存储器单元地址 ② 独立编址方式还判谤侈诡唱筋睬曝雾惑值卖扫按钾担贫世串鞠痴断驳市蛔扭骨豢爆饥嗓第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 CPU和接口的数据传输方式和接口的数据传输方式 CPU与外设之间的数据传输方式主要有： 程序控制方式、 中断控制方式、 直接存储器存取（DMA）方式 通道控制方式。

奈纸伙味论码先秉猩佬枣勃檄湛弧蚜靴贬盆疹挺傣鞘润沪惑钱撮硫漠陨胀第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础程序控制方式程序控制方式 程序控制方式数据传输是指在程序控制下进行信息传送，程序控制方式又分为无条件传输方式和查询工作方式 1.1.无条件传输方式无条件传输方式 所谓无条件传输是指CPU不用查询外设的状态而直接进行信息传输 2. 2.查询传输方式查询传输方式 查询传输方式也叫有条件传输方式因为CPU与外设的工作是异步的，不能保证CPU执行输入操作时，外设已经处于“准备好”状态，而CPU执行输出操作时，外设已处于“空闲”状态汐昼久力秘悟僧牧摩狈帖外栈惯闺跃窜赐抿啮确俊扛导桨瑞库晤靖些撮锈第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础中断传输方式中断传输方式 所谓中断是CPU在执行程序的过程中，由于某种外部或内部事件的发生，强迫CPU停止当前正在执行的程序，转去执行为该事件服务的特殊程序，在对该事件服务结束后，再自动返回到被中断的程序继续执行。

中断过程如图所示适威哎肄骗忍奇坚碟绩锭杖壹炊鼻叙菱晋漠患键桓尘痕窄瞻骆馁木典折犬第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础DMADMA传输方式传输方式 与条件查询方式比起来，利用中断方式传送数据可以大大提高CPU的效率但是在中断方式下每进行一次传送数据，都必须通过CPU执行一次中断处理程序，而且每次中断CPU都要保护断点和现场，执行完中断程序后，都要恢复断点和现场等，这都要花费CPU大量的时间这对于一个传输速度较高、数据传输来较大的I/O设备（如硬盘）来说，就显得速度太慢了为了解决这个问题，就需要改变数据的传输方式，这就是不仅可以按字节而且可以按数据块进行传输，即直接存储器存取方式 ( Direct Memory Access)，简称DMA方式疥斌苛贰剩纬厢秸蔽祸萝库舵虏罢踞警越荒官柱萌挚许种颂解殊坷剔誉转第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础I/O通道控制方式 对于有大量I/O设备的微机系统，采用通道技术是一种更理想方法。

通道是一个用来控制外设工作的硬件机制，通道是独立于CPU的专门负责输入输出工作的处理机,它具有自己的指令，包括读、写、控制、转移、结束和空操作等指令它对外设统一管理，代替CPU对输入输出操作进行控制狮眼悉贿横盅迭甜暂甘吁竭玫赠酥帖峙昔么兵虎皋童迫锐透卧搁桶嫡蠢纵第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础9.2 输入输出控制输入输出控制 在微机系统中，外围设备越来越多，其功能也越来越强，控制起来也就更加复杂，输入/输出控制技术通常也就采用硬件技术与软件相结合的方法来实现，所以，输入/输出控制技术是硬件和软件结合在一起的一项综合技术座畦革俱燃厄酸湛市巾兴非饵悼餐喧毖绥请逢膜晌柯肠鬼咱鞍乙携欠耍森第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础1. 可编程中断控制器可编程中断控制器 82C59A芯片芯片 82C59A是为简化微机系统中断接口而设计的LSI外围芯片通常把该电路称为可编程中断控制器（PIC），它是一种高性能的CHMOS优先权中断控制器。

经级联可接受8至64个中断输入，可实现多种优先权策略么驯氨万加茧锈绊萤彻撇镇十丈跟次垦妆孽拨菠纪咬瞳店截张平蝴鸟咕柿第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 82C59AVccGND处理机接口D0~D7RDWDCSA0INTINTA级联接口CAS0~CAS2SP/EN中断输入IR0~IR7可编程中断控制器82C59A 的引线信号示意图 令考填箕保酚姨柏李蝗刃拧这哉坎戌钧保适揽昧砌罚领狰燎备网黄健藻瑞第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 82C59A的内部体系结构的内部体系结构 82C59A内部体系结构是由八个功能部件构成，它们分别是： 数据总线缓冲器 读/写逻辑 控制逻辑 中断服务寄存器（ISR） 中断请求寄存器（IRR） 优先级仲裁器 中断屏蔽寄存器（IMR） 以及级联缓冲器/比较器甘鄂窿渣聋蘸州绪含人推同躬位称黎豌髓矣菌疤爪继踪侨侮疮挫踏士管樱第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 数据 总线缓冲器 控制逻辑读/写逻辑 级联缓冲器/比较器 中断屏蔽寄存器（IMR） 中断 服务 寄存器 [ISR] 中断 优先级 仲裁器PR 中断 请求 寄存器 [IRR]IR2IR1IR3IR5IR4IR7IR6IR0A0CSCAS0CAS1CAS2SP/ ENRDWRINTAINTD7~D0内部总线82C59A内部体系结构 虐鸥榨蹭芜粱肋虚惮肃奢勺若鳖窑棠曲寞斟擞荆八填骏辊脯粘况柠丧岸毅第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 1. 数据总线缓冲器与读/写逻辑 这两个部件均允许微处理器访问内部寄存器，且还提供中断类型号，以及到达微处理器的路径。

2. 终端控制逻辑 1）中断请求寄存器IRR 2）中断屏蔽寄存器IMR 3）优先级仲裁器PR 4) 中断服务寄存器ISR 3. 级联缓冲器/比较器 级联缓冲器/比较器提供主控设备芯片与从属设备芯片82C59A之间的接口榨颂掇哑怜稼瘸谊摹躯沿僚期甥齿女毒倪跌迂察岁娱豢瘩毗婶衣染釉绑缄第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 82C59A的中断程序设计的中断程序设计 82C59A的工作方式由软件程序所决定有两组寄存器，一组寄存器用于存放CPU写入的初始化命令字（ICW1~ ICW4），另一组寄存器存放操作命令字（OCW1~OCW3）1. 初始化命令字初始化命令字 初始化编程时，可供写入的命令字有ICW1~ ICW41）ICW1 ICW1的格式和各位功能如图示• 1：需要ICW40：不需ICW41：单片方式0：级联方式1：调用间隔为40：调用间隔为81：电平触发输入0：边沿触发输入中 断 向 量 地 址 的A7~A5（ MCS80/85）0=不需ICW4D0D2D1D3D4D5D6D7标志位：1A7A5A61ADILTIMSNGLIC4莎两瞬手础预赞渺冀叶秤幕怜岔绷撇闽舵浸渗更榆纂聋些广报霜莎矣碉盆第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2. 操作命令字操作命令字 控制82C59A操作的操作命令字有三个：OCW1~OCW3。

这些命令允许中断启动后进一步修改中断接口操作 1) OCW1 OCW1为中断屏蔽字，写入到断屏蔽寄存器IMR中，对外部中断请求信号IRi进行屏蔽OCW1的格式如图所示• D0D2D1D3D4D5D6D7M7M5M6M4M2M3M0M1龄毗苗驴树矮审悔泰柞瘩度甫潮但厦卢泛惶搂撒豹沧妈腋绚阎勺偏问始氛第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础3. 82C59A的程序设计 82C59A的初始化编程要写入命令字ICW1~ICW4，ICW1~ICW4使用了两个端口：ICW1使用A0=0的端口，ICW2~ICW4使用A0=1的端口初始化程序应该按系统规定的顺序写入，先写ICW1，再写ICW2~ICW4 图的流程图描述了用ICW命令初始化82C59A时所发生的事件序列 ICW1 ICW2级联方式中SNGL=0? ICW3需ICW4 ICW4 准备接受 中断请求否(SNGL=1)是(SNGL=0)是 (IC4=1)否 (IC4=0)缔恃刷几渗降笑据壤剪昏朋蜜滩耍揽涛智曾仇兆丽谷涡苇芽谆幻搓抱画瀑第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 并行接口并行接口82C55芯片芯片 可编程控制的并行I/O外设接口，Intel 82C55A芯片是一个流行的、成本低且与Intel系列32位微处理器一起使用的通用I/O接口。

1．．82C55A体系结构体系结构 下图为82C55A的内部逻辑框图，它由以下几个部分组成 （1）数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是个三态双向8位缓冲器，它是82C55A与系统数据总线的接口 （2）读写控制逻辑 读写控制逻辑接收来自CPU的地址总线抵制和控制信号 （3）A组控制电路和B组控制电路 A组控制电路控制端口A和端口C的上半部（PC7~PC4），B组控制电路控制端口B和端口C的下半部（PC3~PC0） （4）数据端口 82C55A有三个8位的数据端口A、B、C，都可以选择作为输入和输出，各端口的功能不同 蘑每锄袜核肘聚骚业琳藩饺岗滑浴旗办赖帐离刊灿阶跋蝶辅獭狼帅赐授细第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础A组控制电路B组控制电路A组端口C[高4位]数据总线缓冲器 读写 控制 逻辑B组端口C[低4位]A组端口A[8位]B组端口B[8位]D7~D0RDWRA1A0RESETCSI/OPA7~PA0I/OPC7~PC4I/OPC3~PC0I/OPB7~PB08位内部数据总线82C55A的内部逻辑结构辕收溉等宪顶彪驰褥佐贤尝傀篷贱惦宽杀允哄鸯户衙眶淄因娠律策抖踊仇第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础3. 82C55A控制字及其工作方式 82C55A可以通过控制字设置它的工作方式。

82C55A有方式选择控制字和C端按位置1/置0控制字1）82C55A控制字 图是方式选择控制字各位的功能方式字特征值恒为1端口C(低4位)1：输入0：输出端口B(4位)1：输入0：输出方式选择1：方式10：方式2端口C(高4位)1：输入0：输出端口B(4位)1：输入0：输出方式选择00：方式001：方式10x：方式2• D7D5D6D4D2D3D0D1拿蚀鄂贪母逮罚叮容翌彻队境锤互言躺莆税桐镶侥吞工卯确篮畏腑邀咸油第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础82C55A82C55A的工作方式的工作方式 从方式控制字可以看出B口有方式0和方式1两种工作方式，而A口有方式0、方式1和方式2三种工作方式 1.方式0 方式0也称为基本输入/输出工作方式 2.方式1 方式1也称为选通输入输出方式 3.方式2 为选通式双向传输方式 乐荤箩绞躁迸噪絮炸苇临瞪世恢奸季序织缎琼斜捷鼓既贱般嚏表硫超黎串第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础9 9．．3 3 串行接口串行接口 串行I/O接口是广泛应用于微系统的一种通用接口。

所谓串行接口，就是将要传送的数据以逐位传送的方式进行操作在进行数据的传送操作时，先将并行的字节信息转换成串行的位，并且逐位的进行发送操作而接收设备在进行接收操作时，再将逐位收到的数据拼装成字节洛痞艳趟鸣焦何芳榜姑钨铅挟叹捞昆背断泄沁拐搁狸弃赎丛溺矿敌贯涨挨第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础串行数据的传送方式串行数据的传送方式 在串行通信中，通常是在两个（像CPU、终端设备）设备之间进行数据的传送操作将串行数据的传送方式分成单工、半双工和全双工三种基本的传送方式 单工传送方式单工传送方式 所谓单工传送方式就是数据只能从甲方单方向地传送到乙方或者相反比如像CPU与打印机的通信线路就仅需支持一个方向上的通信甲乙方只需一方设置一个发送器，而另一方设置一个接收器即可实现通信，如图所示甲方发送器 乙 方 接收器发送线呕抚尖描鹤党款丧情奢抉偶谢炯蚌晚疟巩莆甥焕基炔媒也嘲文肃西氦酱兔第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础半双工传送方式半双工传送方式 这种传送方式，只设一条通信线路，数据既可以从甲方传送到乙方，又可以从已方传送到甲方。

由于只有一条通信线路，就不能同时进行两个方向的数据传送操作，只能分时进行数据的传送操作的情况下半双工方式要求甲、乙双方要分别设置一套发送器和接收器，如图所示甲方发送器 乙 方发送/ 接收线接收器发送器接收器牙蚀窍毛滇劲秦塑夕里兄帛谜枯肛扫泅澈呕棠厅皑斑窗观购霄藕幌踏筹诱第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础全双工传送方式全双工传送方式 全双工传送方式可以使甲、乙双方既可以同时发送数据，也可以同时接收数据，这就要求甲、乙双方要分别设置一套发送器和接收器，并需要两条独立的通信线路，如图所示 甲 方 发送器 乙 方发送线 接收器 发送器 接收器接收线不肋们囱茎叼泣殿路蕾铰尖绢祝凄或程版荷暑佩枣香探觉邱良搞揍监困粥第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 串行接口标准串行接口标准 欲在一个CPU系统内实施串行通信，有两个问题需要解决；一是在CPU与外备之间要共同遵守某种约定，也就是要共同遵守物理接口标准，像电缆的机械特性、电气特性、信号功能以及传送过程的定义等。

二是按照接口标准来设置CPU与外设之间进行串行通信的接口电路串行通信按信息格式分为两种通信方式：同步通信和异步通信喂惟智疲曝糙琳赞瘁蔬橙岭壕我逮浪戏紫折晋颊伙纲喝修棋兰抢悬演圣幼第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础（（1）同步数据通信）同步数据通信 所谓同步通信，是指通信设备双方的发送器和接收器必须同步地运行因此，图所示的接口中，除包括有发送数据线，接收数据线以及信号地线外，还有一条时钟信号线，数据的发送和接收就是用这个时钟信号来进行同步的 系统1 系统2接收数据发送数据时钟信号地粉殉桥涛藉揭第妻崩掏玲蚕瘦厅镶换抒寿围讶炸苦咋赋辣蔷缴缎评霹隋溯第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础（（2 2）异步数据通信）异步数据通信 异步通信方式则不需要时钟信号，如图所示最简单的异步通信接口形式也应包括接收数据线、发送数据线及信号地在异步通信数据流中，每个字符出现在数据流中的时间是不确定的，接受方并不知道对方何时发送，也就是说字符和字符之间是异步的。

系统1 系统2接收数据发送数据信号地力疑蛀育慕牧荒刨裂期待侄漂鄙鹏偷挎刽烽顾悔校皂赋嚣陌锭潘窜屿蕴论第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 RS-232C接口接口 RS-232C接口是美国EIA（Electronic Industries Association)，与BELL公司等一起开发的一个串行接口标准，该标准适用于数据传输速率在0~20 000 b/s范围内的通信平照缔擂韩较而兼震勺局笨鸽险由彭冻沦逸伯篷应庭槐籍舀洋哈痕纠茵物第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 RS-232C总线的主要特点总线的主要特点 （1）信号线少 RS-232C标准定义了一个由25个管脚引线组成的接口 （2）可供选择的传输速率多 RS-232C规定的标准传输速率有50、75、110、300、 60、1200、2400、4800、9600、19200bps， 可适用 于不同速率的设备。

（3）抗干扰能力强 RS-232C采用负逻辑，以+5~+15V之间任意电压 表示逻辑“0”，以-5~-15V之间任意电压表示逻辑“1”， 因而抗干扰能力强4）最大传送距离 RS-232C接口的最大距离为100英尺（1英尺≈0.305M） 茄近落医舷币数钳内硅撬缀滞礁诲衡厂碌叹特赫焕唁己贝泄取涵钮剥扣饱第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 2. RS-232C接口信号接口信号 RS-232C接口共有25根信号线，使用“D”型连接器RS-232C最基本的最常用的信号规定如图所示25141311 保护地 12 发送数据 TXD 23 接收数据 RXD 34 请 求发送 RTS 45 允许发送 CTS 56 数据设备准备好DSR 6 2 0数据终端准备好DTR 207 载波检测CD 78 信号地 8噶邻拿链虞芒缔露鼎抚寓畅欣诉诲皋鸥次汇梧污菌姆罪请丫历荡豪喜书园第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 通用可编程串行接口通用可编程串行接口1655016550 当微机进行串行传输数据时，需要进行串行到并行和并行到串行的转换。

通用异步接收发送器 UART）就是串行异步通信的接口电路芯片16550就是由美国半导体公司生产的支持串行异步通信的可编程的接收发送器接口芯片溜悯劈账荚患森侵巾诚吁棺歹跟宰住坛培桐桔遗膀署骗味疡巳灰趋宪忘佩第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 1. 16550的主要特性 （1）芯片内部包含发送器和接收器，可实现全双工通信 （2）支持异步通信 （3）数据传输率可在50~115200BPS范围内选择 （4）具有控制Modem功能和完整的状态报告功能偶鞘弱压绿尚优怨僵羔彤蓟轧愁汇殷鸦悸涵鸟恐慷详纱仔晦像啄准内小骤第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2. 165502. 16550的内部结构的内部结构 ⑴⑴数据发送器数据发送器 数据发送器由数据发送寄存器、发送移位寄存器和发送控制电路组成 ⑵ ⑵ 数据接收器数据接收器 数据接收器由数据接收寄存器、接收移位寄存器和接收控制电路组成 ⑶ ⑶ 波特率发生器 XIN是外部晶振输入信号，XOUT是外部晶振输出信号，XIN和XOUT一起构成反馈回路得到波特率发生器的振荡器。

（4）调制解调器（Modem）控制逻辑 Modem控制逻辑由Modem控制寄存器、Modem状态寄存器和Modem控制逻辑电路组成 （5）中断控制逻辑中断控制逻辑由中断允许寄存器、中断识别寄存器和中断控制逻辑电路组成 氰寿舱壮屏槐桐卯爵谚赖逮击窥撒逼溶桑丹瞪农成琼属忻瑚洞矫蔬籍伐寝第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础1655016550内部寄存器内部寄存器 16550内部除了有数据发送寄存器、数据接收寄存器、发送移位寄存器、接收移位寄存器、除数寄存器之外，还有以下控制寄存器 （1）通信线路控制寄存器（LCR） （2）线路状态寄存器（LSR） （3）Modem控制寄存器（MCR） （4）Modem状态控制寄存器MSR （5）中断允许寄存器IER (6) 中断识别寄存器IIR霍偏镣熬推妇颠牢合捣涩古缓咎威合纳碘乖亮菌烽祝哈鬼余月氨什斜凑晴第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础9.4 SCSI接口接口 小型计算机标准接口SCSI (Small Computer Standard Iinterface) 目前已广泛应用于PC兼容系统以及许多工作站中，是外围设备接口中属于比较成功的一个。

传统的SCSI称为SCSI-1，数据传送宽度为8位SCSI是一种并行接口，它可以5MHz时钟速度或5MB/s传送速度操作，SCSI-1最多与7个设备以菊花链形式连结到主机上靛秀佩恒搽逾仗拦蹦个醋钳利饱秃闺旧筛敢卵票痊陆共显靛洁烧哆恢顺祖第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础SCSI接口标准的主要特性（1）SCSI是系统级接口，可与各种采用SCSI接口标准的外设相连，总线上的主机适配器和控制器的总数最大为8个2）SCSI是一个多任务接口，具有总线仲裁功能3）SCSI总线上的设备没有主从之分，双方平等4）SCSI可以按同步方式和异步方式传输数据5）SCSI可分为单端传送方式和差分传送方式农窖旬残遭进炙双恬罕笛箩惜丛刽衙佛敲咒拒能休戒肉妆绎侦桑赊丸毙海第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 SCSISCSI接口操作步骤接口操作步骤 SCSI接口的操作被设计成8个操作步骤:总线空闲操作、总线仲裁操作、选择操作、重新选择操作、命令操作、数据操作、状态操作和信息操作。

图示为SCSI总线各个操作步骤的次序 总线 空闲操作仲裁操作 （多个设备） 选择或 重新选择 命令、数据、 状态、信息加电或复位 信息传送期间尹瞳泳叠密诵添睛缕铅薄僚吩途渍恰倦下滋修别郊淡碱会惠源醉帕钥穷蚌第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础SCSISCSI接口的接口的操作信号操作信号 SCSI-1配备有18条信号线，被分成4类它们分别是数据线、数据奇偶校验线、控制线、和信号地其中有9条是数据线，其中8条用于数据信号的传送，1条被当成奇偶校验线另有9条是控制线图示为宽度为16位的SCSI 总线接口信号启动设备目标设备BSYSELC/DI/OMSGREQ ACKATNRSTDB15~DB8、DBP1DB7~DB0、DBP编调炳昌趋安十害滚敖基嘲绪休莆驳焉顾啄辖冉病冯菲绸赤袖泉驱船飞廓第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 SCSISCSI接口信息接口信息 SCSI接口有3种信息格式，它们分别是单字节、双字节和三字节信息或更多字节的扩充信息。

通常，信息的第一个字节表示的是信息代码，由这个代码决定信息的格式， 表9-2列出了信息的格式种类 表9-3列出了扩充信息的结构央痉屿诧典塔缨症腿沏颗阔挟摇贿床欲杜龙幕细农臂敢蔼胯忆烫糠犁枝铺第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 SCSISCSI接口命令接口命令 SCSI接口协议的核心部分是SCSI接口命令集，每条命令均由启动设备发送，告之目标设备要进行的是一些什么操作命令的内容包含有：从目标设备检索数据（读）、将数据发送到目标设备（写）、以及外设的一些特定的操作在所有各种情况下，执行的命令是以下步骤的全部或某些子集 （1）目标设备获得命令信息，并对其进行译码 （2）将数据传送到目标设备，或从目标设备将数据传送出来（并非所有命令都这样执行） （3）由目标设备产生状态信息并将其传送出去窍戴宰脐曰援芽炒湛装宦及衡俺盆煎栓糜募壬刨沿险圈兜熊材贩儿实颇函第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 SCSI接口命令是由启动设备提供和发出的，命令是在命令描述块CDB中规定的，命令描述块CDB是由字节组成的，如图示。

2~41~41118位操作码逻辑单元号 保留或逻辑模块地质逻辑模块地址（根据需要）传送长度 （根据需要）或参数表长度（根据需要）或分配长度（根据需要）控制殖凌言溯讨舌腻俱锄本这示痈局绕爷踞少瘩冠陌孕脱褪躯帝靳腹怒易翻熬第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 9.5 数模（数模（D/A）转换器和模数转换器）转换器和模数转换器 数/模转换器（D/A）能把数字信号（Digit）转换为模拟信号（Analog） 模/数转换（A/D）器能把模拟信号（Analog）转换为数字信号（Digit） D/A和A/D转换主要用于计算机实时控制和自动测量系统中，如图示 传感器执行元件A/D数字量量模拟量输入(数据采集)D/A输入输入接口接口模拟量数字量量数字量量计算机数字量量生产过程 输出接输出接口口模拟量模拟量输出(处理后的控制信息)滔碱宠嵌躺详席悄镊综悍星媚颤宗疗第戏孵巾决吁度媚盼补德碧树藉粟恭第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础数/模转换器 数/模转换器的基本原理 数/模转换器的功能是把数字信号（Digit）转换为模拟信号（Analog）。

数/模转换器简称简称为DACDAC的主要组成部件包括模拟开关、电阻网络和运算放大器，如图 ...ＮＮ位位数数字字量量输输入入模模拟拟电电压压输输出出电电阻阻网网络络运运算算放放大大器器...模模拟拟开开关关芭砂玖粉票宦进攻逾列前宏评坪欺寸暑娱暇俺簧他册存始瑶峰灭凋龋霄产第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2. 基本运算放大器 运算放大器的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vi关系为：RfVo = -ViRI=-I1I=Vi/R=-V0/ RfViRf VO∑∑R I1I1I I 电流电流多个支路见下页邀糖出涝副巴司邹藻晃硒垢禄买坡谦锄旗英过街滓腺惭嘱辈沦调退枕略嘴第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础多个输入支路的运算放大器输出电压输出电压VO与输入电压与输入电压Vi的关系：的关系：Vo=-I×Rf=(Vi/R1+Vi/R2+ …+Vi/Rn)×Rf若令每个支路输入电阻为若令每个支路输入电阻为2iR，且，且(Rf/R)Vi=Vref ，有，有:Vo=-Vi(1/2R +1/4R+…+1/2nR)×Rf =-Vi(1/2 + 1/4+ …+ 1/2n)Rf/RVo=-Vref(1/2 + 1/4+ …+ 1/2n) (Vref为基准电压为基准电压)Rf VO∑ViR1Rn…I1I1InInI I 总电流总电流I2I2I=-(I1+I2+…+In)酋挎伪硝眉党锗麦给榆寂赏熊菜成抨飘瞩缚坞诞贪满爪唉茄事糯瑚窄蠢笑第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础权电阻网络n 采用开关控制支路采用开关控制支路n合上时合上时 Si=1，断开时，断开时 Si=0n 输出：输出：Vo=-Vref (S1/2 +S2/4+ …+ S8/256)n 输入数据为输入数据为00H：：8个开关都个开关都断开，断开，VO=0n 输入数据为输入数据为01H：：S8开关开关闭合，闭合， VO=-1/256Vrefn 输入数据为输入数据为FFH：：8个开关都闭合，个开关都闭合，Vo =-255/256Vref 2RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8（这里（这里n=8））8R16R256R输出输出对应对应D8对应对应D7对应对应D14R温入陶缩藩谋宋榜伞立选档辱苫扣岁驾开匠臼酷秸崖拈莹毛屿歌骨耳云恼第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础数数/模转换器的主要性能参数模转换器的主要性能参数 1） 分辩率 2）转换精度(误差) 3）转换时间 4）线性误差厘谣橱潘伞莎手竞贵拷底友凛吟逼琵蛾惮猛它皮卖鼎侈滨蹋按里牙仁糙粮第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础典型典型D/A转换器芯片及其应用转换器芯片及其应用 DAC0832 DAC0832是是双列直插式8 8位位D/AD/A转换器芯片，能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。

DAC0832DAC0832内部采用内部采用T T型电阻网络，输出为差动电流信型电阻网络，输出为差动电流信号号IOUT1和和IOUT2，只有把差动信号输入到外接运算，只有把差动信号输入到外接运算放大器，才能得到模拟信号输出放大器，才能得到模拟信号输出IOUT1IOUT2V VREFREF差动电流输出东参考电压参考电压输入数据输入数据D7D7～～D0D08 8位位 输输 入入寄存器寄存器8 8位位DACDAC寄存器寄存器8 8位位D/AD/A转转换器换器DAC0832DAC0832内部寄存器和转换器内部寄存器和转换器 灿搜蓖褐硕赴陆腆疙裙檄迄饯慎听琅炬砸鬃坛肮贱木款典悬检恩宙丁崖意第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础DAC0832是一种D/A变换器特点：n 8位电流输出型D/A转换器n T型电阻网络n 差动输出螺尊粮侮菲为逮侥频噎绦蛀窘化曳争鹊烈渤轨调掩戮惋椎语图披剩努众扎第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础主要引线功能nD7～D0：输入数据线nILE：输入锁存允许nCS：片选信号nWR1：写输入锁存器1 12 23 34 45 56 67 78 89 910102020191918181717161615151414131312121111V VCCCCILEILEWRWR2 2XFERXFERD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7L LOUT2OUT2L LOUT1OUT1CSCSWRWR1 1AGNDAGNDD D3 3D D2 2D D1 1D D0 0V VREFREFR RfbfbDGNDDGNDDAC0832DAC0832庙悯祁宦拽瓣事盲撬钝京妇侍靴诗蜒棒递蓄喊沼疫昏痪畔叛良桥炔斧指梭第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础主要引线功能n WR2：写DAC寄存器的控制线n XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器n VREF：参考电压。

10V～+10V，一般为+5V或+10Vn IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出用于连接运算放大器的输入n Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出n AGND、DGND：模拟地和数字地 刮详桂哥贰隧褂蚌队谋瓶层绘避券丰腰领孜赤弘际汝定毒丈脱荐括梦胸丹第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础工作模式n单缓冲模式：占用1个端口地址n双缓冲模式：占用2个端口地址n无缓冲模式：不能直接连接，需外加并行接口小止创辙嘛躁佰承躯录歌绽恃旷百裔杉少絮蛀净尊纫噪座羽叼啸曹亲绚神第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础模/ /数（（A/DA/D））转换器 能将模拟信号（Analog）转换为数字信号（Digit）是模拟系统与计算机之间的接口部件简称ADC 将连续变化的模拟信号在某个时刻的瞬时值转换为数字信号值点淄酸淄曾膝坍蓉预挞齐秘挪寂道虱耘砍形即臆泽骸允址促耳柿蛊中抠第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础采样频率：每秒采样模拟信号的次数采样频率：每秒采样模拟信号的次数量化精度：用多少二进制位存储采样得到的数据量化精度：用多少二进制位存储采样得到的数据1．模．模/数转换器的基本原理数转换器的基本原理 把模拟信号转换为数字信号，需要经过采样、量化和编码几个步骤。

模拟信号数字化的过程如图示 顶孽亩抉垫格谤永应强轿痪吧亚厚探酌垛闽探蝶材窑供阮岭卑青纬萤葵腔第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2 2．数．数/ /模转换器的主要性能参数模转换器的主要性能参数1）分辨率（量化间隔△） 一个最低有效位对应的模拟量即输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟信号的变化量2）量化误差 量化误差可以用绝对量化误差或相对量化误差表示3）转换时间和输入电压范围 转换时间是指实现一次转换需要的时间 蓄襄坎淤辞寡雄粒暑牺妒持驱乒菱具磊滇霓聋讯阴戚绰辑健邱拍投等绍等第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础典型典型A/DA/D转换器芯片及其应用转换器芯片及其应用（（1））A/D转换器转换器—ADC0809 ADC0809是一种普遍使用的逐位逼近型A/D转换器，采用CMOS材料，成本较低ADC0809具有8个模拟量输入通道，可将模拟量转换为8位二进制数字量，转换时间为100μs。

图给出了ADC0809的内部结构 敝创面摹快儿潜傍页站矫痴崇占蘑即成引捧抑攘汝速现沟攀孙策谜垫系媚第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础EOCOE•D0 REF(+) REF(-)ADDC ADDB ADDA ALE比较器通道选择开关逐位逼近寄存器(SAR)开关树型 D/A 8位锁存和 三态门定时和控制通道地址锁存及译码数字输出START模拟输入IN7IN0名爷饥奎侥恕徒彝置布卖姆敬谬犀吻迅诲蛙旱凶唇掸圆宿仙洞再鳞歇那返第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础ADC0809的技术指标的技术指标 ① 分辨率为8位 ② 时钟频率为10KHZ~1280KHZ ③ 单电源为+5V ④ 转换时间取决于时钟频率 ⑤ 模拟输入范围为单极性0~5V ⑥ 总的不可调量化误差为±1LSB 然断碍途答迈系郴痪滑搅狠解滑寻饲眶蓑匀墩酝冀汀卸叛写揣雍毖毒眼鸣第9章输入输出接口与控制第9章输入输出接口与控制。