第6章 输入输出与接口技术

1、第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社6 6.1 .16 6.2 .26 6.3 .3接口概述接口概述I I/ /O O端口和端口和I I/ /O O指令指令数据传送方式数据传送方式6 6. .4 4基本输入输出接口设计基本输入输出接口设计第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 输入输出输入输出(I/O)(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换，是指微型计算机与外界的信息交换，即通信即通信(communication)(communication)。微型计算机与外界的通信，是。微型计算机

2、与外界的通信，是通过输入输出设备进行的，通常一种通过输入输出设备进行的，通常一种I/OI/O设备与微型机连设备与微型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为接，就需要一个连接电路，我们称之为I/OI/O接口。接口。6.1 接口概述 接口接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及到两之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连接，进多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连

3、接，进行 数 据 、 状 态 和 控 制 信 号 的 交 换 。行 数 据 、 状 态 和 控 制 信 号 的 交 换 。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 1.1.接口的一般定义接口的一般定义 接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备等外设之间协调动作的控制电路。输出设备等外设之间协调动作的控制电路。 接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取DMAD

4、MA接口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。接口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。6.1.1 接口的功能第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 2. 2.接口电路的功能接口电路的功能 接口是微处理器与存储器、输入输出设备等外接口是微处理器与存储器、输入输出设备等外设之间协调动作、交换信息的控制电路。接口电路并设之间协调动作、交换信息的控制电路。接口电路并不局限于微处理器与存储器及外设之间，也存在于存不局限于微处理器与存储器及外设之间，也存在于存储器和外设之间。接口电路的作用就在于把多种多样储器和外设之间。接口电路的作用就在于把多种

5、多样的外部设备与主机连接起来，实现通信双方的数据信的外部设备与主机连接起来，实现通信双方的数据信号的处理和传输控制。因此，接口必须具备以下功能：号的处理和传输控制。因此，接口必须具备以下功能： 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社1). 1). 数据缓冲数据缓冲 总线是微型计算机系统中传输信息的公共线总线是微型计算机系统中传输信息的公共线路，任何外设或存储器都不允许长期占用总线，路，任何外设或存储器都不允许长期占用总线，只允许被选中的外设或存储器在读写操作时使只允许被选中的外设或存储器在读写操作时使用总线。此外，外设的工作速度与微处理器不

6、匹用总线。此外，外设的工作速度与微处理器不匹配。配。 因此，大多数外设不能直接和因此，大多数外设不能直接和CPUCPU的数据总的数据总线直接相连，要借助接口电路使外设与总线隔离，线直接相连，要借助接口电路使外设与总线隔离，起缓冲、暂存数据的作用，使主机和外设协调一起缓冲、暂存数据的作用，使主机和外设协调一致的工作。致的工作。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社2). 2). 联络控制联络控制 接口电路可以提供联络信号给微处理器和外设，接口电路可以提供联络信号给微处理器和外设，协调主机和外设间数据传送速度不匹配的矛盾。协调主机和外设间数据

7、传送速度不匹配的矛盾。 大多数外设输入输出信息的速度远远低于微处大多数外设输入输出信息的速度远远低于微处理器，为同步外设与主机的工作，在输入输出控制理器，为同步外设与主机的工作，在输入输出控制中，常需要接口电路提供外设的工作状态给微处理中，常需要接口电路提供外设的工作状态给微处理器，同时接收主机发送给外设的命令，从而使主机器，同时接收主机发送给外设的命令，从而使主机与外设之间协调一致地工作。与外设之间协调一致地工作。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社3). 3). 信号变换信号变换 外设的信息格式与微处理器不一致时，需要外设的信息格式

8、与微处理器不一致时，需要接口电路进行信息的变换。接口电路进行信息的变换。 从本质上说，微处理器的信息格式是并行的从本质上说，微处理器的信息格式是并行的数字信号，而外设由于其功能的多样性，信息格数字信号，而外设由于其功能的多样性，信息格式也是多种多样的，对于一个具体的外部设备而式也是多种多样的，对于一个具体的外部设备而言，其使用的信息可能是数字式的，也可能是模言，其使用的信息可能是数字式的，也可能是模拟的；大部分外部设备是数字式的，但是又分并拟的；大部分外部设备是数字式的，但是又分并行的和串行的，这就需要进行电平变换、并串变行的和串行的，这就需要进行电平变换、并串变换、数模变换等信号变换。换、数

9、模变换等信号变换。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社4). 4). 外设寻址外设寻址 由于微机系统中的接口电路不止一个，而且由于微机系统中的接口电路不止一个，而且接口电路中有不同的寄存器，因此微处理器与外接口电路中有不同的寄存器，因此微处理器与外部设备进行信息交换时，首先必须对外部设备进部设备进行信息交换时，首先必须对外部设备进行寻址，然后进行数据传输。外设的寻址一般由行寻址，然后进行数据传输。外设的寻址一般由地址译码电路负责。地址译码电路负责。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出

10、版社6.1.2 接口中的信息类型 数据信息：它是数据信息：它是CPUCPU与外设之间传送的主要信与外设之间传送的主要信息，可分为数字量、模拟量和开关量三种形式。息，可分为数字量、模拟量和开关量三种形式。 状态信息：是外设通过接口送往状态信息：是外设通过接口送往CPUCPU的信息，的信息，作为外设与作为外设与CPUCPU之间交换数据的联络信号，反映了之间交换数据的联络信号，反映了当前外设所处的工作状态。当前外设所处的工作状态。 控制信息：是控制信息：是CPUCPU通过接口传送给外设的信息，通过接口传送给外设的信息，用来设置外设（包括接口）的工作方式、控制外设用来设置外设（包括接口）的工作方式、控

11、制外设的工作等。外设的启动信号和停止信号就是常见的的工作等。外设的启动信号和停止信号就是常见的控制信息。控制信息。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器6.1.3 接口电路的典型结构第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 数据寄存数据寄存器用来暂存微处理器和外设之间传送器用来暂存微处理器和外设之间传送的数据，

12、一般来说，输入接口采用缓冲器，输出接的数据，一般来说，输入接口采用缓冲器，输出接口采用锁存器。口采用锁存器。 控制寄存器控制寄存器用来接收微处理器发送的控制命令，用来接收微处理器发送的控制命令，以便完成对接口电路及外设的全部操作的控制。以便完成对接口电路及外设的全部操作的控制。 状态寄存器状态寄存器用来存放外设及接口本身的状态，用来存放外设及接口本身的状态，微处理器和外设根据状态寄存器的设置进行联络微处理器和外设根据状态寄存器的设置进行联络协调。协调。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社6.2.1 6.2.1 接口部件的接口部件的I/O

13、I/O端口端口 每个接口电路中都包含三类寄存器，微处理每个接口电路中都包含三类寄存器，微处理器与外设进行信息交换时，不同信息存入接口器与外设进行信息交换时，不同信息存入接口中的相应寄存器，一般称这些寄存器为中的相应寄存器，一般称这些寄存器为I/OI/O端口，端口，简称为端口（简称为端口（PortPort）。）。 微机系统中的每一个端口都分配有一个地微机系统中的每一个端口都分配有一个地址，称为端口地址，微处理器通过端口地址实址，称为端口地址，微处理器通过端口地址实现对不同接口电路中的寄存器的寻址。现对不同接口电路中的寄存器的寻址。6.2 I/O端口和I/O指令第第6 6章章 输入输入/ /输出与

14、接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 微处理器进行微处理器进行I/OI/O操作时，对操作时，对I/OI/O接口的寻址方接口的寻址方式与存储器寻址方式相似。即必须完成两种选择：式与存储器寻址方式相似。即必须完成两种选择：一是选择出所选中的一是选择出所选中的I/OI/O接口芯片接口芯片( (称为片选称为片选) )；二是；二是选择出该芯片中的某一寄存器选择出该芯片中的某一寄存器( (称为字选称为字选) )。 在微机系统中，一般有两种在微机系统中，一般有两种I/OI/O端口的编址方端口的编址方式：一种是统一编址方式，一种是独立编址方式式：一种是统一编址方式，一种是独立编址方式6.2

15、.2端口地址译码第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 1.1.统一编址方式又称为存储器映象统一编址方式又称为存储器映象I/OI/O寻址方式，寻址方式，有有3 3个特点：个特点： (1)(1)I/OI/O接口与存储器共用同一个地址空间。接口与存储器共用同一个地址空间。即在系即在系统设计时指定存储器地址空间内的一个区域供统设计时指定存储器地址空间内的一个区域供I/OI/O设备设备使用，故使用，故I/OI/O设备的每一个寄存器占用存储器空间的一设备的每一个寄存器占用存储器空间的一个地址。个地址。这时存储器与这时存储器与I/OI/O设备之间的唯一

16、区别是其所设备之间的唯一区别是其所占用的地址不同。占用的地址不同。 ( (2)CPU2)CPU利用对存储器的存储单元进行操作的指令来利用对存储器的存储单元进行操作的指令来实现对实现对I/OI/O设备的管理。设备的管理。 ( (3)CPU3)CPU用存储器读用存储器读/ /写控制信号写控制信号( ( 、 ) )对对I/OI/O设备设备进行读进行读/ /写控制。写控制。 统一编址方式统一编址方式第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 2 2. .统一编址方式的优点：统一编址方式的优点： （1 1）CPUCPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指

17、令，对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便，如可对外设中的数据故指令多，使用方便，如可对外设中的数据( (存于外设的存于外设的寄存器中寄存器中) )进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等；进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等； （2 2）存储器和外设的地址分布图是同一个；）存储器和外设的地址分布图是同一个； （3 3）不需要专门的输入）不需要专门的输入/ /输出指令。输出指令。 3.3.其缺点有以下两种：其缺点有以下两种： （1 1）外设占用了内存单元，使内存容量减小；）外设占用了内存单元，使内存容量减小； （2 2）存储器操作指令通常要比）存储器操作指令通常要比I/OI/O

18、指令的字节多，故指令的字节多，故加长了加长了I/OI/O操作的时间。操作的时间。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 独立编址方式有以下独立编址方式有以下3 3个特点：个特点： (1) I/O(1) I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的的、分开的, ,即即I/OI/O接口地址不占用存储器的地址空间。接口地址不占用存储器的地址空间。 (2) (2) 微处理器对微处理器对I/OI/O设备的管理是利用专用的设备的管理是利用专用的IN(IN(输输入入) )和和OUT(OUT(输出输出) )指令来

19、实现数据传送的。指令来实现数据传送的。 (3) CPU (3) CPU对对I/OI/O设备的读设备的读/ /写控制是用写控制是用I/OI/O读读/ /写控制写控制信号信号( ( 、 ) )。 一个外设常有若干个端口地址。一个外设常有若干个端口地址。 独立编址方式独立编址方式第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 80 x8680 x86微处理器都由低微处理器都由低1616位地址线寻址位地址线寻址 I/OI/O端口，故可端口，故可寻址寻址64K64K个个I/OI/O端口，但在实际的端口，但在实际的80 x86PC80 x86PC机中，只用了最

20、前机中，只用了最前面面 1K1K个端口地址，也即只寻址个端口地址，也即只寻址1K1K范围内的范围内的I/OI/O空间。因此仅空间。因此仅使用了地址总线的低使用了地址总线的低1010位，即只有地址线位，即只有地址线A9A9A0A0用于用于I/OI/O地地址译码。址译码。 在在DMADMA操作时，操作时，DMADMA控制器控制了系统总线。控制器控制了系统总线。DMADMA控制器控制器在发出地址的同时还要发出地址允许信号在发出地址的同时还要发出地址允许信号AENAEN，所以还必须，所以还必须将将DMADMA控制器发出的地址允许信号控制器发出的地址允许信号AENAEN也参加端口地址的译码，也参加端口地

21、址的译码，用用AENAEN限定地址译码电路的输出。当限定地址译码电路的输出。当 AENAEN信号有效时即信号有效时即 DMADMA控制器控制系统总线时，地址译码电路无输出；当控制器控制系统总线时，地址译码电路无输出；当 AENAEN信号信号无效时，地址译码电路才有输出。无效时，地址译码电路才有输出。 I/O I/O 端口地址译码端口地址译码第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 无论是大规模集成电路的接口芯片，还是基本的无论是大规模集成电路的接口芯片，还是基本的输入输出缓冲单元，都是由一个或多个寄存器加上一输入输出缓冲单元，都是由一个或多个

22、寄存器加上一些附加控制逻辑构成的。对这些寄存器的寻址就是对些附加控制逻辑构成的。对这些寄存器的寻址就是对接口的寻址。接口的寻址。 通常采用两级译码方法，译码地址的高位组确定通常采用两级译码方法，译码地址的高位组确定一个地址区域，作为组选信号；低位组地址直接接到一个地址区域，作为组选信号；低位组地址直接接到芯片的地址输入端，选择芯片内各寄存器。芯片的地址输入端，选择芯片内各寄存器。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社1.1.门电路构成的端口地址译码电路门电路构成的端口地址译码电路 用各种基本门电路构成译码器是常用的方法，用各种基本门电路构

23、成译码器是常用的方法，如图如图6-26-2所示，所示，CPUCPU输出的地址输出的地址A9A5A9A5与与AENAEN信号一起信号一起作为作为8 8与非门与非门74LS3074LS30的输入，从而使的输入，从而使74LS3074LS30产生组选产生组选信号，地址范围为信号，地址范围为380H39FH380H39FH。低位地址。低位地址A0A4A0A4作为作为片内寻址信号，可寻址多个个端口。片内寻址信号，可寻址多个个端口。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 图图6-26-2所示的直接地址译码电路的输出线，既所示的直接地址译码电路的输出线

24、，既可以用于输入也可以用于输出。可以用于输入也可以用于输出。图6-2 门电路直接地址译码 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社2.2.译码器构成的端口地址译码电路译码器构成的端口地址译码电路 当接口电路需要多个端口地址的时候，采用译码器构成当接口电路需要多个端口地址的时候，采用译码器构成地址译码电路比较简单。如图地址译码电路比较简单。如图6-36-3所示，系统地址的高位所示，系统地址的高位A9A3A9A3经过门电路经过门电路74LS3074LS30产生组选信号（产生组选信号（2F8H2FFH2F8H2FFH），低），低3 3位位地址地址A

25、0A2A0A2作为两个译码器作为两个译码器74LS13874LS138输入端输入端A A、B B、C C的输入，与的输入，与读写信号配合对组内相同的端口进行寻址。读写信号配合对组内相同的端口进行寻址。 当当A2A0A2A0在在000111000111之间变化时，译码器的输出端之间变化时，译码器的输出端Y0Y7Y0Y7对对应输出有效信号，在读写信号的控制下对端口地址应输出有效信号，在读写信号的控制下对端口地址2F8H2FFH2F8H2FFH进行读写。进行读写。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社图6-3 译码器译码电路 图6-3 译码器译码

26、电路 图6-3 译码器译码电路 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 PC PC微机接口芯片的译码电路微机接口芯片的译码电路图图6-46-4接口芯片的译码电路接口芯片的译码电路第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社1.1.输入指令输入指令IN AccIN Acc，PortPort或或IN AccIN Acc，DXDX 输入指令是把一个字节或一个字由输入端口传送输入指令是把一个字节或一个字由输入端口传送至至AL(8AL(8位位Acc)Acc)或或AX(16AX(16位位Acc)Acc)。

27、 端口地址若是由指令中的端口地址若是由指令中的portport所规定，则只可寻所规定，则只可寻址址 0 0255255。端口地址若用寄存器。端口地址若用寄存器 DXDX间址，则允许寻间址，则允许寻址址64K64K个输入端口。个输入端口。 6.2.3 I/O指令第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社2.2.输出指令输出指令OUT PortOUT Port，AccAcc或或OUT DXOUT DX，AccAcc 输出指令是把在输出指令是把在 ALAL中的一个字节或在中的一个字节或在 AXAX中的中的一个字，传送至输出端口。端口寻址方式与一个字，

28、传送至输出端口。端口寻址方式与ININ指指令相同。令相同。 输入输出指令传送字节还是字，取决于端口的输入输出指令传送字节还是字，取决于端口的宽度。宽度。PC XTPC XT机端口宽度只有位，只能传送字节。机端口宽度只有位，只能传送字节。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社1.1.数据传送方式数据传送方式 在微机系统内，如，大系统部件之间的数据传送在微机系统内，如，大系统部件之间的数据传送都采用并行数据传送方式。都采用并行数据传送方式。 并行数据的每一位都对应独立的传输线路，所以并行数据的每一位都对应独立的传输线路，所以数据传送速度快，但

29、线路多，一般只用于较短距离的数据传送速度快，但线路多，一般只用于较短距离的数据传送。数据传送。 （1 1）并行数据传送）并行数据传送6.3 CPU与外设之间数据传送的方法第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式。按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行远距离数据

30、传送采用串行方式比较经济，但串行数据传送比并行数据传送控制复杂。数据传送比并行数据传送控制复杂。（2 2）串行数据传送）串行数据传送第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：异步串行通信协议规定字符数据的传送格式： 异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持相异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。 起始位、数据位、奇偶位和停止位约定，在同一起始位、数据位、奇偶位和停止位约定，在同一 次传送过程中必须保持一致。

31、次传送过程中必须保持一致。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社2.2. 传送控制方式传送控制方式 CPUCPU通过接口与外设之间数据传送的方式，根通过接口与外设之间数据传送的方式，根据其控制原理的不同，一般可划分为无条件传送据其控制原理的不同，一般可划分为无条件传送方式、查询方式、中断控制方式和直接存储器存方式、查询方式、中断控制方式和直接存储器存取方式。取方式。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社2.2. 传送控制方式传送控制方式 （1 1）无条件传送方式）无条件传送方式 无条件

32、传送方式与查询方式本质上都是在程序无条件传送方式与查询方式本质上都是在程序控制下的数据传送方式，如果控制下的数据传送方式，如果CPUCPU能够确认一个外能够确认一个外设已经准备就绪，那么就不必查询外设的状态而直设已经准备就绪，那么就不必查询外设的状态而直接进行数据传送，这就是无条件传送方式。这种传接进行数据传送，这就是无条件传送方式。这种传送方式只适用于对简单外设的操作，这些外设始终送方式只适用于对简单外设的操作，这些外设始终处于就绪状态，典型的外设如开关、七段发光二极处于就绪状态，典型的外设如开关、七段发光二极管。管。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技

33、术-中南大学出版社显然，无条件传送方式对于双方而言，不需要联络显然，无条件传送方式对于双方而言，不需要联络信号和控制信号，只需要通过数据缓冲器和寄存器信号和控制信号，只需要通过数据缓冲器和寄存器进行数据交换进行数据交换 （1 1）无条件传送方式）无条件传送方式 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社（2 2）查询方式）查询方式 查询方式也称为程序控制下的有条件传送方式，查询方式也称为程序控制下的有条件传送方式，微处理器在数据传送之前通过执行程序不断读取微处理器在数据传送之前通过执行程序不断读取状态寄存器并测试外设的状态，待外设处于准备状态寄

34、存器并测试外设的状态，待外设处于准备就绪时，执行就绪时，执行I/OI/O指令进行数据传送。指令进行数据传送。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 在查询方式下，接口电路中的状态寄存器保存外设的在查询方式下，接口电路中的状态寄存器保存外设的状态。状态。 对于输入过程，当外设将数据准备好后，使接口中状对于输入过程，当外设将数据准备好后，使接口中状态端口的态端口的“准备好准备好”标志位置标志位置1 1，表示，表示输入缓冲器为满输入缓冲器为满； 对输出过程来说，当外设取走数据后，接口将状态寄对输出过程来说，当外设取走数据后，接口将状态寄存器的对

35、应标志位置存器的对应标志位置1 1，表示当前，表示当前输出寄存器为输出寄存器为“空空”，可，可以接受下一个数据。以接受下一个数据。 （2 2）查询方式）查询方式 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社（3 3）中断方式）中断方式 中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，外设向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传外设向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传送数据的操作方式。送数据的操作方式。 在中断方式下，中央处理器不必查询外设，提高在中断方式下，中央处理器不必查询外设，提高了系统的工作效率，

36、但中央处理器管理中断的接口比了系统的工作效率，但中央处理器管理中断的接口比管理查询复杂。管理查询复杂。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社（4 4）直接存储器存取（）直接存储器存取（DMADMA）方式）方式 DMA DMA 方式是数据不经过中央处理器在存储器和外方式是数据不经过中央处理器在存储器和外设之间直接传送的操作方式。设之间直接传送的操作方式。DMADMA方式是这方式是这3 3种方式中种方式中效率最高的一种传送方式，效率最高的一种传送方式，DMA DMA 方式控制接口也最复方式控制接口也最复杂，需要专用的杂，需要专用的DMADMA

37、控制器。控制器。 DMA DMA 方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁盘之间的数据传送。盘之间的数据传送。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社6.4.1 缓冲器与锁存器 在接口电路中，大量使用三态缓冲器、寄存器和三态缓冲寄在接口电路中，大量使用三态缓冲器、寄存器和三态缓冲寄存器来作微处理器与外部设备的数字量通道，用来输入输出数存器来作微处理器与外部设备的数字量通道，用来输入输出数据或检测和控制与之相连接的外部设备。微处理器可以将接口据或检测和控制与之相连接的外部设备。微处理器可以将接口电路中的三态

38、缓冲电路中的三态缓冲( (寄存寄存) )器视为存储单元，把控制或状态信号器视为存储单元，把控制或状态信号作为数据位信息写到寄存器中或从三态缓冲作为数据位信息写到寄存器中或从三态缓冲( (寄存寄存) )器中读出。器中读出。寄存器的输出信号可以接到外部设备上，外部设备的信号也可寄存器的输出信号可以接到外部设备上，外部设备的信号也可以输入到三态缓冲寄存器中。以输入到三态缓冲寄存器中。 一般说来，微处理器都是通过三态缓冲一般说来，微处理器都是通过三态缓冲( (寄存寄存) )器检测外设的器检测外设的状态，通过输出寄存器发出控制信号。状态，通过输出寄存器发出控制信号。 6.4 基本输入/输出接口设计第第6

39、 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 数据输出寄存器用来寄存微处理器送出的数据和命令。数据输出寄存器用来寄存微处理器送出的数据和命令。74LS27374LS273可以用作无条件可以用作无条件传送的输出接口电路。传送的输出接口电路。 8D8D触发器触发器74LS27374LS273第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲器经数据总线传送给微处理器。器经数据总线传送给微处理器。74LS24474LS244

40、三态总线驱动器三态总线驱动器 74LS244 74LS244可以用作无条可以用作无条件传送的输入接口电路。件传送的输入接口电路。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 三态缓冲寄存器是三态缓冲器和寄存器组成的。数据三态缓冲寄存器是三态缓冲器和寄存器组成的。数据进入寄存器寄存后并不立即从寄存器输出，要经过三态缓进入寄存器寄存后并不立即从寄存器输出，要经过三态缓冲才能输出。三态缓冲寄存器既可以作数据输入寄存器，冲才能输出。三态缓冲寄存器既可以作数据输入寄存器，又可作数据输出寄存器。寄存器既可以由触发器构成，也又可作数据输出寄存器。寄存器既可以

41、由触发器构成，也可以锁存器构成。可以锁存器构成。触发器与锁存器是有差别的触发器与锁存器是有差别的。 74LS373 74LS373就是三态缓冲锁存器，就是三态缓冲锁存器，74LS37474LS374是三态缓冲触是三态缓冲触发器，它的引线排列与发器，它的引线排列与74LS37374LS373相同。相同。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 寄存器和缓冲器接口的应用简单又灵活，只要处理寄存器和缓冲器接口的应用简单又灵活，只要处理好好它们的时钟端它们的时钟端( (选通端选通端) )或输出允许端与微型计算机的连或输出允许端与微型计算机的连接接即

42、可。在下述应用接口电路中都使用图即可。在下述应用接口电路中都使用图6-86-8所示的电路的所示的电路的地址译码，该电路的地址译码，该电路的8 8个输出端是对个输出端是对图图6-26-2所示的输入输所示的输入输出出直接地址译码电路的进一步译码的输出。直接地址译码电路的进一步译码的输出。 图6-8 读缓冲器和写寄存器信号 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 需要注意的是图需要注意的是图6-86-8中的不仅仅是对地址信号中的不仅仅是对地址信号译码的输出信号，其中也包含有输入和输出的读译码的输出信号，其中也包含有输入和输出的读或写信号。若使用的

43、仅仅是对地址信号译码的输或写信号。若使用的仅仅是对地址信号译码的输出信号，则要将它和出信号，则要将它和 或者或者 相与后才能用作读相与后才能用作读缓冲器或写寄存器的信号。缓冲器或写寄存器的信号。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 发光二极管显示器（发光二极管显示器（LEDLED）是微型计算机应用系统中）是微型计算机应用系统中常用的输出装置。常用的输出装置。 1.1.七段发光二极管显示器接口七段发光二极管显示器接口 6.4.2 LED显示接口设计第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社

44、 图图6-96-9是共阴极是共阴极LEDLED驱动电路示意图，驱动电路示意图，CPUCPU将字形编码存入将字形编码存入段选锁存器中，经过段选锁存器中，经过8 8位反相驱动器，驱动位反相驱动器，驱动 ahah共共8 8个阳极段，个阳极段，使使LEDLED显示字形。显示字形。图图6-96-9第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 实际应用时，往往要用几个实际应用时，往往要用几个LEDLED灯显示管实现多位显示。灯显示管实现多位显示。此时，如果每一个此时，如果每一个LEDLED使用一个独立的输出端口与主机连接，使用一个独立的输出端口与主机连接，那

45、么，所占用的输出通道就太多了，而且驱动电路也复杂了。那么，所占用的输出通道就太多了，而且驱动电路也复杂了。因此，因此，LEDLED与主机的连接一般采用动态显示接口方式，即用两与主机的连接一般采用动态显示接口方式，即用两个个8 8位的并行输出端口实现多位位的并行输出端口实现多位LEDLED的动态扫描显示。其中，的动态扫描显示。其中，一个端口与几个一个端口与几个LEDLED显示器的共阴极型公共点相连，在程序的显示器的共阴极型公共点相连，在程序的控制下控制下LEDLED逐个循环显示，该端口称为逐个循环显示，该端口称为位控制端口位控制端口；另一个端另一个端口与多个口与多个LEDLED显示器的阳极相连，

46、用来输出七段译码值，使显示器的阳极相连，用来输出七段译码值，使LEDLED显示相应的数字，该端口称为显示相应的数字，该端口称为段控制端口段控制端口；这样，适当选这样，适当选择循环速度，利用人眼择循环速度，利用人眼“视觉暂留视觉暂留”效应，多个效应，多个LEDLED显示器就显示器就能看到稳定的数字显示。能看到稳定的数字显示。2.2.多位多位LEDLED显示电路显示电路 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社图图6-10 6-10 七段显示器动态显示接口电路七段显示器动态显示接口电路第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机

47、原理与接口技术-中南大学出版社 根据图根据图6-106-10电路所示，为使电路所示，为使LEDLED显示器的某一段发光，与显示器的某一段发光，与该段相连的段控制端口的输出必为该段相连的段控制端口的输出必为0 0，同时与其他不发光的段，同时与其他不发光的段相连的段控制端口的输出必为相连的段控制端口的输出必为1 1。例如显示数字。例如显示数字“1“1“的段控的段控制码为制码为“01111001”01111001”，以此表示该数字的字形编码，即，以此表示该数字的字形编码，即“79H”79H”。同理，可以得出其他十进制数码的字形编码如表。同理，可以得出其他十进制数码的字形编码如表6-6-1 1所示。所

48、示。 表表6-1 6-1 共阴极共阴极LEDLED显示电路的字形编码表显示电路的字形编码表字字形形0123456789编编码码40H79H24H30H19H12H02H78H00H18H第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 多位多位LEDLED显示电显示电路的控制原理就是路的控制原理就是 “扫描显示扫描显示”，通，通过电路中的位控制过电路中的位控制端口输出端口输出“位选择位选择码码”，控制，控制6 6个个LEDLED显示器的某一个发显示器的某一个发光。若位选择码的光。若位选择码的某一位为某一位为“1”1”，则，则与此相连的与此相连的LED

49、LED显示显示器发光，其余位为器发光，其余位为“0 0，”相应的相应的LEDLED显示器不发光。显示器不发光。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 把从把从PCPC机的键盘键入的六位十进制数送七段显示器显示的程序如下：机的键盘键入的六位十进制数送七段显示器显示的程序如下： stack segment stack stack segment stack stackstack dwdw 32 dup(0) 32 dup(0) stack ends stack ends data segment data segment IBF DB 7 IB

50、F DB 7，0 0，7 DUP(0)7 DUP(0) SEGPT SEGPT DB 40H DB 40H，79H79H，24H24H，30H30H，19H19H，12H12H，2 2，78H78H，0 0，18H18H data ends data ends code segment code segment start proc far start proc far assume assume ssss：stackstack，cscs：codecode，dsds：datadata push push dsds sub ax sub ax，axax push ax push ax mov a

51、x mov ax，datadata movmov dsds，axax MOV DX MOV DX，OFFSET IBF OFFSET IBF ；键入；键入 MOV AH MOV AH，1010 INT 21H INT 21H AGANO AGANO： MOV BPMOV BP，OFFSET IBF+2 OFFSET IBF+2 ；建立指针；建立指针 MOV AH MOV AH，20H 20H ；位指针代码；位指针代码 MOV BH MOV BH，0 0 ；将键入数的；将键入数的ASCIIASCII码变为码变为BCDBCD数数 AGANIAGANI： MOV BLMOV BL，DSDS：BPBP

52、 AND BL AND BL，0FH0FH第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 MOV AL MOV AL，SEGPTBX SEGPTBX ；取；取BCDBCD数的七段显示代码数的七段显示代码 MOV DX MOV DX，380H 380H ；输出段码；输出段码 OUT DX OUT DX，ALAL MOV AL MOV AL，AH AH ；输出位码；输出位码 MOV DX MOV DX，384H384H OUT DX OUT DX，ALAL MOV CX MOV CX，1000 1000 ；延时；延时 LOOP $ LOOP $ INC

53、 BP INC BP ；调整；调整BCDBCD数存放指针数存放指针 SHR AHSHR AH，1 1 ；调整位指针；调整位指针 AND AHAND AH，AH AH ；键入的；键入的6 6位数都输出否位数都输出否? ? JNZ AGANI JNZ AGANI ；6 6位数都已输出则退出内循环位数都已输出则退出内循环 MOV AH MOV AH，11 11 ；系统功能调用检查键盘有无输入；系统功能调用检查键盘有无输入 INT 21HINT 21H CMP AL CMP AL，0 0 ；键盘有输入；键盘有输入AL=0FFHAL=0FFH，无输入，无输入AL=0AL=0 JE AGANO JE AG

54、ANO ；有键入结束程序运行，无键入循环；有键入结束程序运行，无键入循环 retret start start endpendp code ends code ends end start end start第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 本节介绍的键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，本节介绍的键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，用于向计算机输入数字、字符等代码，是最常用的输用于向计算机输入数字、字符等代码，是最常用的输入电路。入电路。 在键盘的按键操作中，其开或闭均会产生在键盘的按键操作中，其开或闭均会产生101020ms20ms的抖

55、动，可能导致一次按键被计算机多次读入的的抖动，可能导致一次按键被计算机多次读入的情况。通常采有情况。通常采有RCRC吸收电路或吸收电路或RSRS触发器组成的闩锁电触发器组成的闩锁电路来消除按键抖动；也可以采用软件延时的方法消除路来消除按键抖动；也可以采用软件延时的方法消除抖动。这里设开关为理想开关即没有抖动。抖动。这里设开关为理想开关即没有抖动。 6.4.3 键盘接口设计第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 下图是一个下图是一个4 44 4键盘及其接口电路，用它向计算机输键盘及其接口电路，用它向计算机输入入0 0F 16F 16个十六进制

56、数码个十六进制数码。 77 B7 D7 E777 B7 D7 E77B BB DB EB7B BB DB EB7D BD DD ED7D BD DD ED7E BE DE EE7E BE DE EE按键与编码的对应关系按键与编码的对应关系第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社1 1、逐行扫描法：、逐行扫描法： 图示是一个图示是一个4 44 4的键盘矩阵及其接口电路，图的键盘矩阵及其接口电路，图中寄存器中寄存器74ls27374ls273的输出接键盘矩阵的行线，缓冲的输出接键盘矩阵的行线，缓冲器器74ls24474ls244接键盘矩阵的列线，

57、其控制端分别与端接键盘矩阵的列线，其控制端分别与端口地址译码器的输出相连。口地址译码器的输出相连。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 首先，首先，CPUCPU通过寄存器通过寄存器74ls27374ls273向矩阵各行全部输向矩阵各行全部输出低电平，从缓冲器出低电平，从缓冲器74ls24474ls244读取矩阵的列值，若所读取矩阵的列值，若所有列线均为高电平，说明无按键闭合；否则有按键闭有列线均为高电平，说明无按键闭合；否则有按键闭合。然后，若有按键闭合，就逐行扫描检测，通过寄合。然后，若有按键闭合，就逐行扫描检测，通过寄存器存器74ls

58、27374ls273向矩阵逐行输出低电平，其他行输出高向矩阵逐行输出低电平，其他行输出高电平，再从缓冲器电平，再从缓冲器74ls24474ls244读取矩阵的列值，若所有读取矩阵的列值，若所有列线均为高电平，说明该行无按键闭合；若列线中有列线均为高电平，说明该行无按键闭合；若列线中有一位是低电平，说明该行有按键闭合，则立即退出行一位是低电平，说明该行有按键闭合，则立即退出行扫描。最后，逐位检查时哪一根列线为低电平，从而扫描。最后，逐位检查时哪一根列线为低电平，从而根据按键行线和列线的位置识别出按键的位置。根据按键行线和列线的位置识别出按键的位置。第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出

59、与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社 这里键名定位采用查表法：即将有键闭合的行值这里键名定位采用查表法：即将有键闭合的行值和列值进行编码，根据编码查键名表。和列值进行编码，根据编码查键名表。 对于对于“键抖动键抖动”问题，这里采用软件延时法，即问题，这里采用软件延时法，即在判定有某键按下时，退出行扫描后，延时一段时间在判定有某键按下时，退出行扫描后，延时一段时间（毫秒级），等待（毫秒级），等待“键抖动键抖动”结束后再读取列值。结束后再读取列值。 第第6 6章章 输入输入/ /输出与接口技术输出与接口技术微机原理与接口技术-中南大学出版社根据上面流程编写的程序如下：根据上面流程编写的程序

60、如下：STACKSTACKSEGMENTSEGMENTDW 32 DUP(0)DW 32 DUP(0)STACKSTACKENDSENDSDATADATASEGMENTSEGMENTMESGMESGDB REARY,0DH,0AH,$DB REARY,0DH,0AH,$KEYKEYDB 0FED123C456B789ADB 0FED123C456B789ALINELINEDB ?DB ?COUNTCOUNTDW, ?DW, ?DATADATAENDSENDSCODECODESEGMENTSEGMENTASSUMEASSUME DS:DATA,CS:CODE,SS:STACKDS:DATA,CS