第五章微型计算机接口和外设的数据传输

第五章微型计算机接口和外设的数据传输机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(*)五章微型计算机和外设的数据传输(*)五章微型计算机和外设的数据传输(*)第1页，共63页，2023年，2月20日，星期三本章重点接口电路的功能接口部件和I/O端口CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程DMA方式的原理和DMA控制器的功能第2页，共63页，2023年，2月20日，星期三I/O接口概述接口电路按功能可分为两类:使微处理器正常工作所需的辅助电路输入输出接口电路（2）为什么要用接口电路为什么需要I/O接口（电路）？微机的外部设备多种多样，其工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大，它们不能与CPU直接相连，必须经过中间电路再与系统相连第3页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.2CPU和输入输出设备之间的信号CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息,又分为： 数字量模拟量开关量（2）状态信息（3）控制信息第4页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.3接口部件的I/O端口数据端口状态端口控制端口或命令端口第5页，共63页，2023年，2月20日，星期三I/O接口的主要功能寻址功能输入/输出功能数据转换功能联络功能中断管理功能复位功能可编程功能错误检测功能第6页，共63页，2023年，2月20日，星期三外设通过接口和系统的连接

第7页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4CPU和外设之间的数据传送方式解决定时问题的三种传送方式：程序方式中断方式DMA方式第8页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4.1程序方式1.无条件传送方式图无条件传送方式的工作原理第9页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送方式及其接口在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送（演示）适合：简单设备，如LED数码管、按键或按纽等优点：无条件传送的接口和操作均十分简单前提：外设必须随时就绪第10页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送：输入示例MOV DX,160HIN AL,DX第11页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送：输入实例MOV DX,160HIN AL,DX74LS244+5V10Kx8G1G2数据总线CSRD第12页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送：输出示例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL第13页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送：输出实例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL+5V74LS373300

x8LEOE数据总线CSWR第14页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0～D7A0～A15CLKLS06反相驱动器LS2738D锁存器LS244三态缓冲器8000H译码+5VLED0LED7……GIOWIORnext: movdx,8000h ;DX指向数据端口 inal,dx ;从输入端口读开关状态 notal ;反相 outdx,al ;送输出端口显示 calldelay ;调子程序延时 jmpnext ;重复第15页，共63页，2023年，2月20日，星期三无条件传送实例例：用无条件传送方式编写产生任意波形、任意频率的脉冲信号程序。现给定三种波形A、B和C。其中时间间隔T=10ms，每种波形由T1～T8共八个状态组成，要求连续重复发送T1～T8信号。第16页，共63页，2023年，2月20日，星期三2.条件传送方式（1）条件传送的概念 （2）条件传送的三个环节：CPU从接口中读取状态字CPU检测状态字传送数据第17页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询传送的两个环节⑴查询环节寻址状态口读取状态寄存器的标志位若不就绪就继续查询，直至就绪⑵传送环节寻址数据口是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输出，通过输出指令向数据端口输出数据流程输入状态就绪？数据交换YN第18页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询式输入的接口电路

第19页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询式输出的接口电路

第20页，共63页，2023年，2月20日，星期三

查询式输入过程的流程图第21页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询输入接口IOR+5V8D锁存器8位三态缓冲器译码1位三态缓冲器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D0D输入设备IORSTB movdx,8000h ;DX指向状态端口status: inal,dx ;读状态端口 testal,01h ;测试标志位D0 jzstatus ;D0＝0，未就绪，继续查询 incdx ;D0＝1，就绪，DX指向数据端口 inal,dx ;从数据端口输入数据第22页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询输出接口8D锁存器译码1位三态缓冲器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D7D+5V输出设备ACKIOWIOR movdx,8000h ;DX指向状态端口status: inal,dx ;读取状态端口的状态数据 testal,80h ;测试标志位D7 jnzstatus ;D7＝1，未就绪，继续查询 incdx ;D7＝0，就绪，DX指向数据端口 moval,buf ;变量buf送AL outdx,al ;将数据输出给数据端口第23页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询方式的EEPROM编程2817AA0～A10A0～A108000HI/O0～I/O7D0~D7D0译码A11～A19译码A0～A15RDY/BUSYIORWERDMEMWMEMRCEnext: moval,55h ;写入内容＝55H mov[bx],al ;写入存储单元 nop ;空操作指令，起延时作用 nopnext1: inal,dx ;查询状态口 testal,01h ;测试D0 jznext1 ;D0＝0，芯片还在写入 incbx ;D0＝1，写毕，指针移动 loopnext ;循环至全部字节写完第24页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询式数据采集系统8086/8088CPUA/D转换234多路开关数据端口读选通8位数据1位状态控制端口写选通状态端口读选通启动D4数据READYD7D0D1D21个模拟量8个输入模拟量A0A7…第25页，共63页，2023年，2月20日，星期三查询传送方式及其接口CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低第26页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4.2中断方式断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序流程第27页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4.2中断方式1.中断传送方式的原理第28页，共63页，2023年，2月20日，星期三可屏蔽中断的响应和执行

第29页，共63页，2023年，2月20日，星期三2.中断优先级问题的解决(1)解决中断优先级的三种办法：软件查询方式简单硬件方式——菊花链法专用硬件方式(2)三种方法的优缺点

第30页，共63页，2023年，2月20日，星期三中断优先级菊花链及其逻辑电路(a)菊花链第31页，共63页，2023年，2月20日，星期三典型的可编程中断控制器

第32页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4.3DMA方式1.DMA传送方式的提出DMA传送方式的优点数据传输率第33页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传送方式希望克服程序控制传送的不足：外设→CPU→存储器外设←CPU←存储器直接存储器存取DMA：外设→存储器外设←存储器CPU释放总线，由DMA控制器管理第34页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传送的工作过程⑴CPU对DMA控制器进行初始化设置⑵外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：CPU将总线交给DMAC控制⑶DMA传送DMA读存储器：存储器→外设DMA写存储器：存储器←外设⑷自动增减地址和计数，判断传送完成否第35页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传送流程HLDA发存储器地址传送数据传送结束？DMA结束修改地址指针流程第36页，共63页，2023年，2月20日，星期三

DMA控制器的功能： 向CPU发总线请求信号实行对总线的控制修改所用的存储器或接口的地址指针发读写控制信号存放数据长度交还总线控制权第37页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传输单个数据(输出过程)的原理

第38页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA控制器的内部最小配置和接口要求

第39页，共63页，2023年，2月20日，星期三从接口往内存传输一个数据块的过程：①接口往DMA控制器发一个DMA请求②得到总线控制权③地址寄存器的内容送地址总线④通知接口将数据送到数据总线⑤数据送到所指单元⑥地址寄存器的值加1⑦字节计数器的值减1⑧如字节计数器的值不为0，则回到①;否则结束第40页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传输对接口的要求：①控制寄存器有1位指出数据传输方向②控制寄存器有1位用来启动I/O操作③状态寄存器有1位指出设备当前是否处于忙状态第41页，共63页，2023年，2月20日，星期三DMA传输对DMA控制寄存器的要求：①有1位作为DMA允许位②有1位用来确定DMA方向③有1位决定进行一次传输后放弃还是维持对总线的控制权④状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束第42页，共63页，2023年，2月20日，星期三对DMA控制器和接口部件预置的信息：①往DMA控制器的字节计数器设置初值②往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值③对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作④对接口部件设置控制字并启动I/O操作第43页，共63页，2023年，2月20日，星期三启动数据块输入的例子IDLE:INAL,INTSTAT ;检测设备是否处于 忙状态，如是，则等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT ;设置计数OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER ;设置地址初值OUTADD-REG，AX第44页，共63页，2023年，2月20日，星期三

MOVAL，DMAC ;取原DMA控制字ORAL，49H ;设置方向、块传输 ;和允许标志OUTDMACON,AL ;置DMA控制字MOVAL，INTC;设置接口的传输方向 ;及允许标志ORAL，05HOUTINTCON,AL;设置接口的控制字第45页，共63页，2023年，2月20日，星期三3.DMA控制器的工作特点是一个接口电路能够控制系统总线操纵外设和存储器之间的数据传输第46页，共63页，2023年，2月20日，星期三5.4.4输入输出过程中提出的几个问题1.系统如何知道接口已准备好数据等待CPU提取或者准备接收CPU的数据?2.当系统中有几个设备处于同一种传输方式之下、而且同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求?第47页，共63页，2023年，2月20日，星期三传送方式的比较无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步查询传送：简单实用，效率较低中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送第48页，共63页，2023年，2月20日，星期三本章学习到此结束，谢谢！第49页，共63页，2023年，2月20日，星期三多种多样的外设工作原理不同机械、电子、机电、电磁……传送信息类型多样数字量、模拟量、开关量传送速度差别极大传送方式不尽相同串行、并行编码方式不同二进制、BCD码、ASCII码……返回第50页，共63页，2023年，2月20日，星期三输出接口的锁存环节内部数据总线外部数据引脚锁存控制DCQDCQDCQ返回第51页，共63页，2023年，2月20日，星期三输出接口的锁存、缓冲环节内部数据总线外部数据引脚锁存控制DCQDCQDCQ读数据返回第52页，共63页，2023年，2月20日，星期三输入接口的缓冲环节内部数据总线外部数据引脚选通缓冲器返回第53页，共63页，2023年，2月20日，星期三输入接口的锁存、缓冲环节内部数据总线外部数据引脚锁存控制锁存器