基本输入输出接口技术

基本输入输出接口技术第一页，共六十页，2022年，8月28日本章主要目标重点掌握输入输出接口的实现、与总线的连接及其读写技术。第二页，共六十页，2022年，8月28日6.1概述6.1.1输入/输出与输入/输出接口6.1.2I/O接口的功能6.13微处理器与I/O设备间的接口信息6.1.4I/O端口的编址方法6.1.5I/O组织第三页，共六十页，2022年，8月28日6.1.1输入/输出与输入/输出接口输入/输出：微处理器与外部设备之间的信息交换。输入/输出接口：完成输入/输出任务的接口。包括:硬件接口电路和软件接口程序。6.1.1输入/输出与输入/输出接口结束第四页，共六十页，2022年，8月28日6.1.2I/O接口的功能1.地址译码2.提供联络信号3.信号特性匹配（如电平转换）4.信息格式的转换（如正负逻辑的转换，串并格式，模数转换）5.数据缓冲与锁存6.对外设进行中断管理7.提供时序控制6.1.2I/O接口的功能结束第五页，共六十页，2022年，8月28日6.1.3微处理器与I/O设备间的接口信息三种：数据信息、状态信息、控制信息这些信息均通过数据总线传输。6.1.3微处理器与I/O设备间的接口信息结束第六页，共六十页，2022年，8月28日6.1.4I/O端口的编址方法1.存储器映射编址含义：I/O端口的地址与存储器的地址统一混合编址。用访问存储器的指令，即可对整个地址空间（存储器和I/O）进行访问，而无需专用I/O指令。优点：访问I/O指令多，使用方便。内存与外设地址分布相同。无需专用的I/O指令。第七页，共六十页，2022年，8月28日6.1.4I/O端口的编址方法2.I/O映射编址含义：I/O端口与存储器分开独立编址，即I/O端口和存储器都有自己的一套地址空间，而且互不相干。优点：I/O设备不占用内存单元，节约了内存空间。指令执行速度快。80X86-PentiumX微机采用I/O映射的编址方法。I/O端口的地址64K个8位口地址（0000H-FFFFH）。6.1.4I/O端口的编址方法结束第八页，共六十页，2022年，8月28日6.1.5I/O组织1.I/O组织形式基于8088的8位I/O组织基于8086和8028616位I/O组织基于80386和8048632位I/O组织基于Pentium~Pentium4的64位I/O组织第九页，共六十页，2022年，8月28日8位I/O组织-基于8088第十页，共六十页，2022年，8月28日16位I/O组织-基于8086-80286第十一页，共六十页，2022年，8月28日32位I/O组织-基于80386-80486第十二页，共六十页，2022年，8月28日64位I/O组织-基于Pentium-Pentium4第十三页，共六十页，2022年，8月28日6.1.5I/O组织2.I/O端口的地址分配I/O地址范围0000H-FFFFH.共64K个8位端口从8086-Pentium4I/O地址采用A15-A0共16条地址线，且与存储器分开编址。系统板保留的1K个I/O端口

000H-03FFH，共1K个8位端口（详见书P.219表6.1）第十四页，共六十页，2022年，8月28日系统板保留的1K地址6.1.5I/O组织6.1概述结束第十五页，共六十页，2022年，8月28日6.2输入输出控制方式6.2.1直接程序控制方式6.2.2中断控制方式6.2.3DMA控制方式第十六页，共六十页，2022年，8月28日6.2.1直接程序控制方式含义：直接在程序控制下进行微处理器与外设之间的数据传送。分类：无条件传送方式和条件传送方式两种。1.无条件传送方式：含义：不查询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。特点：简单、经济，但可靠性差。第十七页，共六十页，2022年，8月28日1.无条件传送方式：

例：一个采用无条件传送方式的数据采集系统。这是一个16位精度的数据采集系统。被采集的数据是8个模拟量，由继电器绕组P0、P1、…P7分别控制触点K0、K1…K7逐个接通。每次采样用一个4位（十进制数）数字电压表测量，把被采样的模拟量转换成16位BCD代码，高8位和低8位通过两个不同的端口（其地址分别为10H和11H）输入。

CPU通过端口20H输出控制信号，以控制某个继电器的吸合，实现采集不同通道的模拟量。第十八页，共六十页，2022年，8月28日1.无条件传送方式：8个模拟量16位精度的数据采集系统继电器绕组触点控制端口数据端口第十九页，共六十页，2022年，8月28日1.无条件传送方式：采集过程要求：（1）先断开所有的继电器线圈及触头，不采集数据。（2）延迟一段时间后，使K0闭合，采集第1个通道的模拟量，并保持一段时间，以使数字电压表能将模拟电压转换为16位BCD码。（3）分别将高8位与低8位BCD码存入内存，完成第1个模拟量的输入与转存。（4）利用移位与循环实现8个模拟量的依次采集、输入与转存。第二十页，共六十页，2022年，8月28日1.无条件传送方式：数据采集程序：START： MOVDX，0100H ；01H→DH,置吸合第1个继电器代码 ；00H→DL,置断开所有继电器代码

LEABX，DSTOR ；置输入数据缓冲器的地址指针

XORAL，AL ；清AL及进位位CF第二十一页，共六十页，2022年，8月28日1.无条件传送方式：AGAIN：MOVAL，DL OUT20H，AL ；断开所有继电器线圈

CALLNEARDELAY1 ；模拟继电器触点的释放时间

MOVAL，DH OUT20H，AL ；先使P0吸合

CALLNEARDELAY2 ；模拟触点闭合及数字电压表的转换时间

INAX，10H ；输入

MOV［BX］，AX ；存入内存

INCBX INCBX RCLDH,1 ；DH左移（大循环）1位，为下一个触点吸合作准备 JNCAGAIN ；8位都输入完了吗？没有，则循环DONE： ↙ ；输入已完，则执行别的程序段第二十二页，共六十页，2022年，8月28日6.2.1直接程序控制方式输入输出2.条件传送方式：含义：首先查询外设状态，满足条件时才进行数据的传送，因此也叫查询传送方式。特点：简单、可靠性高，但CPU效率低。第二十三页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式首先读入状态信息然后读入数据同时设置状态/数据第二十四页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式由于对应一个数据端口的状态信息通常只有是1位。所以，不同 的数据端口可以使用同一个端口中不同的位作为其状态信息。查询式输入部分的程序：POLL： INAL，STATUS_PORT ；读状态端口的信息

TESTAL，80H ；设“准备就绪”（READY）信息在D7位

JZPOLL ；未“准备就绪”，则循环再查

INAL，DATA_PORT ；已“准备就绪”(READY=1)，则读入数据第二十五页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式首先读入状态信息然后写入数据和设置状态同时读取数据和设置状态第二十六页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式查询式输出部分的程序：POLL： INAL，STATUS_PORT ；查状态端口中的状态信息D7 TESTAL，80H JNZPOLL ；D7＝1即忙线＝1，则循环再查

MOVAL，STORE ；否则，外设空闲，则由内存读取数据

OUTDATA_PORT，AL ；输出到DATA地址端口单元其中，STATUS和DATA分别为状态端口和数据端口的符号地址；STORE为待输出数据的内存单元的符号地址。第二十七页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式例：一个采用查询方式的数据采集系统

8个输入模拟量，经过多路开关控制，每次输入一个模拟量至A／D转换器。

A／D转换器由端口4输出的D4位控制启动与停止。

A／D转换器的READY信号由端口2的D0输至CPU数据总线。

A／D转换后的数据由端口3输入至数据总线。多路开关由端口4的D2-D03位二进制码控制（000-111分别对应于UA0-UA7）。第二十八页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式控制端口状态端口数据端口控制A／D的启动与停止控制码第二十九页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式采集过程要求：（1）初始化；（2）先停止A／D转换；（3）启动A／D转换，查输入状态信息READY；（4）当输入数据已转换完（READY＝1，即准备就绪），则经由端口3输入至CPU的累加器AL中，并转送内存；（5）设置下一个内存单元与下一个输入通道，循环8次。第三十页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式数据采集过程的程序：START： MOVDL，0F8H ；设置启动A/D转换的信号， 且低3位选通多路开关通道

MOVAX，SEGDSTOR ；设置输入数据的内存单元地址指针

MOVES，AX LEADI，DSTOR第三十一页，共六十页，2022年，8月28日2.条件传送方式AGAIN： MOVAL，DL ANDAL，0EFH ；使D4＝0 OUT04，AL ；停止A/D转换

CALLDELAY ；等待停止A/D转换操作的完成

MOVAL，DL OUT04，AL ；选输入通道并启动A/D转换POLL： INAL，02 ；输入状态信息

SHRAL，1 ；查AL的D0 JNCPOLL ；判READY＝1？若D0＝0，未准备好循环再查

INAL，03 ；若已准备就绪，则经端口3将采样数据输入至AL STOSB ；输入数据转送内存单元

INCDL ；输入模拟量通道增1 JNZAGAIN ；8个模拟量未输入完则循环 ↙ ；输入完毕，则执行别的程序6.2.1直接程序控制方式结束第三十二页，共六十页，2022年，8月28日6.2.2中断控制方式含义：在满足传输条件时，外设向CPU发请求传输的中断信号，CPU接收请求后进入服务程序，在中断服务程序中进行输入输出操作。特点：无需查询等待，CPU利用率大大提高。不足：中断控制方式仍需要一系列本与输入输出无关的操作（如压栈保护等），因此对于高速I/O设备效率仍不算快。6.2.2中断控制方式结束第三十三页，共六十页，2022年，8月28日6.2.3DMA控制方式含义：直接由DMA控制器硬件控制数据传输，传输过程无需CPU干预。特点：速度快（因为有DMA硬件直接控制），效率高。第三十四页，共六十页，2022年，8月28日外设/内存DMA方式与其它方式比较CPUDMA控制器内存/外设外设/内存MOV[XX]，ALOUTDX，ALINAL，DXMOV

AL，[XX]无需CPU指令内存/外设第三十五页，共六十页，2022年，8月28日DMA方式输出单个数据示例6.2.3DMA控制方式6.2输入输出控制方式结束第三十六页，共六十页，2022年，8月28日6.3I/O接口的基本结构及特点接口的基本结构第三十七页，共六十页，2022年，8月28日6.3I/O接口的基本结构及特点接口的特点通用性可编程性6.3I/O接口的基本结构及特点结束第三十八页，共六十页，2022年，8月28日6.4I/O接口的读写技术6.4.1简单输入输出接口6.4.2端口的读写控制第三十九页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口74LS24074LS24474LS245、8位单向负逻辑8位单向正逻辑8位双向正逻辑输入采用缓冲器,输出采用锁存器。1.常用缓冲器：第四十页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口第四十一页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器第四十二页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口第四十三页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口2.常用锁存器273为带公共时钟复位八D触发器第四十四页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口第四十五页，共六十页，2022年，8月28日6.4.1简单输入输出接口第四十六页，共六十页，2022年，8月28日6.4I/O接口的读写技术第四十七页，共六十页，2022年，8月28日6.4I/O接口的读写技术6.4.1简单输入输出接口结束第四十八页，共六十页，2022年，8月28日I/O指令的含义

INAL，DX；地址DX有效（相应片选信号有效），RD=0（IOR=0），AEN=0。OUTDX，AL；地址DX有效（相应片选信号有效）,WR=0（IOW=0），AEN=0。I/O接口一般原则：输入缓冲，输出锁存端口读写控制的关键：除了由译码器产生片选信号外，还必须将读/写控制信号参加芯片的选通或控制。6.4.2端口的读写控制第四十九页，共六十页，2022年，8月28日1.简单I/O接口的读控制读操作程序:MOVDX,377HINAL,DX第五十页，共六十页，2022年，8月28日2.简单I/O接口的写控制写操作程序:MOVDX,0DFFFHOUTDX,AL第五十一页，共六十页，2022年，8月28日3.