输入和输出的方法以及常用的接口电路(微型计算机原理)

西南大学电子信息工程学院1§9.1概述⒈什么是I/O接口？I/O接口是介于CPU与外设之间的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之间的信息交换。西南大学电子信息工程学院2⒉基本I/O接口⑴基本输入接口⑵基本输出接口西南大学电子信息工程学院3⒊I/O接口的主要作用⑴对信号的形式、数据格式进行变换与匹配；⑵提供信息交换的应答信号；⑶根据寻址信息选择相应的外设；⑷时序匹配(定时关系)⑸总线隔离与驱动能力(电平转换器、驱动器)西南大学电子信息工程学院4⒋I/O接口电路的基本结构西南大学电子信息工程学院5补充：接口与端口的区别⑴接口是从整体上看，将处于CPU与外设之间，为了实现某种信息交换要求而组成的所有逻辑电路统称为“接口”。例如：并行通信接口，串行通信接口，A/D转换接口等。⑵端口是接口电路中，具有特定功能，能被CPU直接进行读/写操作的寄存器。例如：数据输入/输出端口，状态端口，命令端口等。一个接口一般包含1个或多个端口；CPU通过对端口的读/写操作，实现对接口的操作；西南大学电子信息工程学院6§9.2基本的输入/输出方法在微机中，主机与外设之间数据传送的基本方法有4种：⒈程序控制的输入/输出方式⑴无条件传送方式适用于总是处于准备好状态的外设如：开关发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)继电器步进电机优点：软件及接口硬件简单缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄西南大学电子信息工程学院7⑵有条件传送方式（查询方式）适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“准备好没有？”对外设的要求：应提供设备状态信息对接口的要求：需要提供状态端口优点：软件比较简单缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢。西南大学电子信息工程学院8查询方式的工作流程图超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环复位计时器NY西南大学电子信息工程学院9⒉程序中断的输入/输出方式CPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进行数据传送时才向CPU申请服务，CPU中断正在运行的程序，转去为申请中断的设备服务。等服务结束又返回被中断程序继续运行。优点：CPU和外设的效率都高，实时性好，速度快。缺点：需要特殊硬件支持，程序编制较为复杂。西南大学电子信息工程学院10⒊直接存储器存取方式（DMA）前面三种I/O方式都需要CPU作为中介：

外设

CPU

内存直接存储器存取方式：优点：数据传输由DMAC控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率。（可达几MB-几十MB/秒）西南大学电子信息工程学院11⒋专用I/O处理器传送方式当系统中有大量高速I/O设备时，可用专用I/O处理器（如8089）来完成系统与I/O设备之间的数据传送。Z8590UPC通用外部设备控制器是一种分布式智能I/O控制器西南大学电子信息工程学院12

§9.38255并行接口电路⒈8255的内部结构 ⒉8255的引脚图西南大学电子信息工程学院13⒊8255的端口功能⒋8255的读写操作西南大学电子信息工程学院14⒌8255的控制字和状态字8255的工作方式由方式控制字和置位/复位控制字来选择，通过读PC口可以测试各端口的工作状态。⑴方式控制字例如：要求：PA口输出

PB口输出

PC口输入则方式控制字为：10001001用十六进制表示为：89H西南大学电子信息工程学院15⑵置位/复位控制字例如：要把PC口的D3位置1，则置位/复位控制字内容为：00000111用十六进制表示为：07H西南大学电子信息工程学院16方式1输入状态方式1输出状态A组方式2，B组方式1输入状态A组方式2，B组方式1输出状态⑶工作状态字西南大学电子信息工程学院17⒍8255的工作方式⑴方式0基本输入/输出方式，适用于无需应答信号的简单的无条件输入/输出数据的场合。方式控制字为：1

00

PAPC7-4

0

PBPC3-01输入1输入1输入1输入

0输出0输出0输出0输出例如：要求PA输入，PB输出，PC7-4输出，PC3-0输入则方式控制字为：10010001西南大学电子信息工程学院18⑵方式1

选通型（应答式）输入/输出方式。①方式1输入当PA口工作在方式1输入时，将PC5、PC4、PC3作为应答信号。当PB口工作在方式1输入时，将PC2、PC1、PC0作为应答信号。方式1输入时序图西南大学电子信息工程学院19②方式1输出当PA口工作在方式1输出时，将PC7、PC6、PC3作为应答信号。当PB口工作在方式1输出时，将PC2、PC1、PC0作为应答信号。方式1输入时序图西南大学电子信息工程学院20⑶方式2双向传输方式，只有PA口能工作在方式2。当PA口工作在方式2时，PC3-PC7都用于PA口的应答线。此时，PB口和PC2-PC0可以工作在方式0或方式1。方式2时序图西南大学电子信息工程学院21⒎8255应用举例例1：用8255A作为键盘接口（P360例9.1）①确定各端口地址A15…A10A9A8A7…A2A1A0×…×11×…×00PA口×…×11×…×01PB口×…×11×…×10PC口×…×11×…×11命令口若将全部“×”取为0，则：PA口地址为：300HPB口地址为：301HPC口地址为：302H命令口地址为：303H西南大学电子信息工程学院22②确定各端口的工作方式和命令字由图可知：PA口：键盘行扫描输出PB口：键盘列输入命令字：10000010A口方式0，输出B口方式0，输入③行扫描键盘要解决的技术问题判有无键按下，消除抖动，消除重键，给出按键值④写出程序（见P362）西南大学电子信息工程学院23例2：用8255作为打印机接口（P364例9.2)①Centronics接口引脚PC机端用DB25D型连接器打印机端用36针Centronics连接器

西南大学电子信息工程学院24②Centronics连接器引脚时序

西南大学电子信息工程学院25③硬件连线确定端口地址A9A8A7A6A5A4A3A2A1A01110000000011011端口地址为380H-383H。分配端口PA口：输出数据PC口：作为控制画逻辑电路图西南大学电子信息工程学院26④确定工作方式控制字由电路图可知，要求8255的：PA口：输出,PB口：输出PC口:PC7-PC4输出，PC3-PC0输入所以方式控制字为：10000001即81H⑤写出初始化程序段

….MOVAL,81H MOVDX,383H OUTDX,AL MOVAL，00001101B；PC6=1，使STB无效 OUTDX，AL西南大学电子信息工程学院27⑥控制程序段

MOVSI,200HMOVCX,0FFHCONP：MOVDX，382H ；查PC口LPST：INAL，DX ANDAL，04H ； JNZLPST ；若PC2=1，则等待 MOVAL，[SI] ；将要打印的字符送AL MOVDX，380H OUTDX，AL MOVAL，00001100B；PC6=0，使STB=0 MOVDX，383H OUTDX，AL西南大学电子信息工程学院28NOP ；延时NOPNOPMOVAL，00001101B ；使STB=1OUTDX，ALINCSIDECCXJNZCONPHLT西南大学电子信息工程学院29例3：用8255作为PC机与12位D/A转换器的接口(P369例题9.3)①了解DAC1210特点双绶冲12位DAC。西南大学电子信息工程学院30②分析接口电路DAC1210单缓冲方式8255A用PA和PC3-PC0

输出数据各端口地址分配：A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址端口名称用途10111101002F4HPA口数据D7-D0012F5HPB口保留102F6HPC口数据D11-D8112F7H命令口西南大学电子信息工程学院31③分析程序功能

MOVAL,82H ;10000010 MOVDX,2F7H ；PA口，PC口方式0输出 OUTDX,AL LEABX,DATA MOVCX,200 ；输出200个12位数据NEXT: MOVDX,2F6HMOVAL,00100000B ;PC5置1，禁止D/A输出数据OUTDX,ALMOVAX,[BX] ；取数据 MOVDX,2F4H ；PA口缓存低8位数据 OUTDX,AL MOVAL,AH ；PC口缓存高4位数据 ANDAL,0FH ；同时使PC5为0，允许D/A输出数据 MOVDX,2F6H OUTDX,AL INCBX INCBX LOOPNEXT西南大学电子信息工程学院32⒏82C55A应用于32位CPU的I/O接口见P375图9.25西南大学电子信息工程学院33§9.4可编程计数/定时器8253/8254⒈8253计数/定时器⑴8253的内部结构 ⑵8253引脚图8253有3个独立的16位计数/定时器。西南大学电子信息工程学院34⑶8253计数器内部结构⑷8253的端口分配西南大学电子信息工程学院35⑸8253的控制字有三个独立的控制字，共用一个端口地址，用控制字的最高二位选择计数通道。西南大学电子信息工程学院36⑹8253的初始化步骤①写入计数通道的控制字，规定其工作方式及功能。②写入计数初值。例如：设8253的地址为40H-43H，若要求：0#计数器工作在方式3，计数初值2354H，十进制计数；1#计数器工作在方式2，计数初值18H，二进制计数；则初始化程序段为： MOVAL，37H ；0#计数器控制字 OUT43H，AL MOVAL，54H ；计数初值低字节 OUT40H，AL MOVAL，23H ；计数初值高字节 OUT40H，AL西南大学电子信息工程学院37 MOVAL，54H ；1#计数器控制字 OUT43H，AL MOVAL，18H ；计数初值 OUT41H，AL用“飞读”法，读1#计数器的计数值

MOVAL，44H ； OUT43H，AL INAL，41H MOVCL，AL ；读出的值保存在CL中西南大学电子信息工程学院38⑺8253的工作方式及时序

①方式0

计数结束产生中断。方式0时序图西南大学电子信息工程学院39②方式1

可编程单次脉冲。方式1时序图西南大学电子信息工程学院40③方式2

分频工作方式方式2时序图西南大学电子信息工程学院41④方式3方波发生器方式方式3时序图西南大学电子信息工程学院42⑤方式4

软件触发选通方式方式4时序图西南大学电子信息工程学院43⑥方式5硬件触发选通方式方式5时序图西南大学电子信息工程学院44（8）GATE信号对计数器的影响见P383表9.5西南大学电子信息工程学院45（9）8253在IBM-PC机中的应用⑴硬件电路8253端口地址：40H-43H西南大学电子信息工程学院46⑵计数器功能分配0#计数器：系统定时，输出与8259的IR0相连，控制字为36H，工作方式3，计数初值为0，输入时钟频率1.193186MHz,定时时间为55ms（18.2Hz）。1#计数器：动态RAM刷新定时，输出与8237的

DREQ0相连，控制字为54H，工作方式4，计数初值12H，输入时钟频率与0#计数器相同，定时时间15.12us。2#计数器：音频盒式磁带机接口和产处扬声器的音频信号，控制字为B6H，工作方式3，计数初值为533H，输出频率894Hz。西南大学电子信息工程学院47⑶初始化程序段0#计数器：MOVAL，36H OUT43H，ALMOVAL，0OUT40H，ALOUT40H，AL1#计数器：MOVAL，54HOUT43H，ALMOVAL，12HOUT41H，AL西南大学电子信息工程学院482#计数器：MOVAL，0B6H OUT43H，ALMOVAL，33HOUT42H，ALMOVAL，05HOUT42H，AL

….2、8254可编程计数/定时器8254是8253的改进型，主要性能比较：引脚信号最高计数频率通道状态寄存器读回命令字8254兼容8/10MHz有有8253兼容2MHz无无西南大学电子信息工程学院49（1）8254的锁存命令字 用来将当前某计数单元内容锁存入相应的输出锁存器中。（与8253兼容）00 0#计数器0