第9章 CPU外围功能单元与IO接口技术[1].ppt

福州大学物理与信息工程学院 微机与单片机原理 第九章CPU外围功能单元与IO接口技术 9 1I O接口概述 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 3 9 1 1I O接口的主要功能 为了实现CPU与外部设备高效 可靠的信息交换 I O接口通常具备如下功能 1 数据缓冲功能2 信号变换功能3 设备的选择功能4 提供信息交换的握手信号5 可编程功能 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 4 9 1 2I O接口电路的基本模型 1 内部结构在I O接口电路基本结构的内部包含有3类可寻址的寄存器 这3类可操作的寄存器分别称为数据端口 状态端口和控制端口 简称数据口 状态口和控制口 数据端口可以是双向的 状态端口只作输入操作 控制端口只作输出操作 对应这三类端口的信息有数据信息 状态信息和控制信息 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 5 9 1 2I O接口电路的基本模型 2 外部特性接口电路的外部特性由其引脚信号来体现 面向CPU一侧的信号用于连接CPU 其中包括数据线 地址线和控制线 它们与CPU的连接同存储器与CPU的连接相类似 需要注意处理好地址译码和读 写控制 面向外设一侧的信号用于连接外设 由于外设种类繁多 其工作方式和所用信号可能各不相同 所以与外设的连接需要针对具体的外设来进行讨论 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 6 9 1 3I 0端口的编址 对I O端口进行地址编排时可以考虑两种方案 一种方案是将I O端口与存储器统一编址 共享一个地址空间 另一种方案是将I O端口单独编址 让它的地址空间独立于存储器地址空间 两种做法各有其优缺点 在使用嵌入式处理器系统中 芯片上的IO接口已编有固定的地址 故不用考虑 只有在扩展IO接口时 需要自行地址编排 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 7 1 I O端口与存储器统一编址 所谓I O端口与存储器单元统一编址 也称为存储器映像 MemoryMapped I O方式 即把每个I O端口都当做一个存储器单元看待 将I O端口的地址映射 Mapping 到存储器空间 I O端口与存储器单元在同一个地址空间中进行统一编址 通常 是在整个地址空间中划分出一小块连续的地址分配给I O端口 被分配给I O端口的地址 存储器不能再使用 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 8 2 I O端口独立编址 所谓I O端口独立编址 也称为I O隔离编址或I O指令寻址方式 即I O端口地址区域和存储器地址区域 分别各自独立编址 访问I O端口使用专门的I O指令 而访问内存则使用MOV ADD等指令 CPU在寻址内存和外设时 它使用不同的控制信号来区分当前是对内存操作还是对I O操作 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 9 9 1 4I O地址的译码方法 9 1 5PC系列机主板上的I O译码 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 10 9 280C51的并行I O接口 为了尽量减少芯片外围电路的规模 几乎所有的嵌入式处理器在芯片内部都集成了复数个IO接口电路 并配置了固定的地址 在80C51中 共有4个8位的并行双向口 计有32根输入 输出 I O 口线 各口的每一位均由锁存器 输出驱动器和输入缓冲器所组成 因为它们的性质和功能有所不同 所以各口在结构上存在一些差异 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 11 9 2 1P1口 1 接口结构 图2 15 接口结构中锁存器起输出锁存作用 8位锁存器组成特殊功能寄存器P1 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 12 2 接口功能 P1口只有一种功能 通用输入输出接口 9 2 1P1口 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 13 与P1相比P2口多了一个多路开关MUX 因此P2具有双重功能 通用I O口和高8位地址总线口 1 接口结构 9 2 1P2口 读片外ROM指令操作或执行MOVX指令 可使MUX开关打向右边 内部高8位地址线经反相器与输出驱动器相连 于是内部 地址 信号可以由P2口引脚输出 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 14 与P1口相比P3口多了一个与非门和一个输入缓冲器 所以它还具有第二附加功能 1 接口结构 9 2 1P3口 为保证第二功能信号的输入或输出 对应信号引脚的锁存器必须置1 P3口作为第二功能使用时 各位定义如下 P3 0 RXD 串行输入通道 P3 1 TXD 串行输出通道 P3 2 INT0 外中断0输入端 P3 3 INT1 外中断1输入端 P3 4 T0 定时器0外部输入 P3 5 T1 定时器1外部输入 P3 6 WR 外部数据存贮器写选通 P3 7 RD 外部数据存贮器读选通 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 15 1 接口结构 与P1相比P0口的输出驱动电路由一对FET 场效应管 组成 其工作状态由输出控制电路控制 P0口可作为通用I O接口 也可作为地址 数据总线口 9 2 1P0口 读片外ROM指令操作或执行MOVX指令 可使MUX开关打向右边 内部低8位地址线和数据总线分时经反相器与输出驱动器相连 于是内部 地址 数据 信号可以由P0口引脚输出 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 16 2 并行I O口的操作 所谓并行I O口的操作 是作为普通输入输出口时的操作 1 字节操作 输出 MOVP1 A P1 A MOVP1 data P1 dataMOVP1 direct P1 direct输入 MOVA P1 A P1 MOVdirect P1 direct A 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 17 2 位操作 置位 SETBP1 i P1 i 1清位 CLRP3 i P1 i 0输出 MOVP1 i C P1 i C输入 MOVC P3 i C P1 i 跳转 JBCP1 i rel P1 i 0 跳转且P1 i 0逻辑运算 ANLC P3 i CY P3 i CY 2 并行I O口的操作 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 18 3 读引脚操作和读锁存器操作 读引脚操作的指令有 MOVA P1MOVdirect P3读锁存器的指令有 字节操作 ANL ORL XRL 位操作 JBC CPL MOV SETB CLR 2 并行I O口的操作 2020 1 21 福州大学物理与信息工程学院 19 3 扩展外部数据存储器后的数据传送操作 P2口传输高8位地址 P0