微机接口 ppt Lecture11概述IO

微机原理与接口技术输入输出接口主讲：杨蓉机电与控制工程学院接口接口(interface)：两个部件或两个系统之间的交接部分微机接口：微处理器与各外部设备之间的接口存储器接口：微处理器与储存器之间的接口，较简单I/O接口：微处理器与外设之间的接口微型计算机之间的接口I/O接口是微机的基本组成部件CPU运算器控制器I/O接口是微机与外部I/O设备之间的公用边界I/O接口的作用采用I/O接口的必要性外围设备的品种繁多：机械，电子，机电，磁电，光电所传输的信息的要求不同：数字，模拟，电压，电流等微机与外设两者信号传输的速度和时序往往不匹配计算机与外设之间的信息交换应解决的问题速度不匹配：CPU100MIPSvs

外设毫秒级信号电平不匹配：电传电报几十伏vs

计算机5V信号格式不匹配：串行数据，并行数据，D/A，A/D信号时序不匹配I/O接口的一般结构信号：CPU与外设之间传送的信号有：数据、状态、控制状态信号：反映外设当前所处的工作状态。输入设备数据准备好，

READY＝1；输出设备正忙于处理，BUSY＝1。控制信号：控制外设的工作。CPU启动或停止外设工作，CPU确定外设

工作方式。

CPUABDBM/IOWRRD

接口数据状态控制外部设备数据信号：CPU和外部设备之间传送的数据信息端口每连接一个外设，就需要一个I/O接口（Interface），但每个接口都可以不止一个端口。一个接口芯片（电路）中包括一组寄存器，当CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中存入不同的寄存器端口(port)：在接口电路中用以完成某种信息传送，并可由编程人员通过端口地址进行读/写的寄存器一个接口电路可能含有一个或几个I/O端口数据端口：存放来自CPU和内存的数据或外设送CPU和内存的数据（能读能写）状态端口：存放外部设备或接口本身当前的工作状态，CPU通过对状态端口的访问检测并了解外设或接口的当前状态（只能读不能写）控制端口：存放CPU发出的控制外设或接口执行具体操作的命令（只能写不能读）每一个端口都要分配一个地址。CPU将不同的信息写到不同的端口地址，也从不同的端口地址来读取不同的信息。外设的编码方式外设的地址与存储器的地址没有关系；存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中；存在地址重复的问题，即必须区分地址线上发出的地址是存储器地址还是外设地址。把外设端口当作存储器单元来对待；外设端口单独编址外设与存储器统一编址优点：外设不占存储器地址缺点：需专门IN和OUT指令，CPU要有区分访问存储器和访问外设的控制线优点：可以直接使用访问存储器的各种指令访问外设端口，使用方便缺点：I/O端口地址占用存储器地址空间，译码电路相对复杂从指令上加以区分，例如：8086系统有专门的输入输出指令：IN A，nOUT n,A存储器地址外设地址0000HFFFFH00HFFH存储器地址0000HFF00HFFFFH外设地址MCS-51系统中外设与存储器统一编址例：8031和外部程序存储器、外部数据存储器以及一个I/O口的连接图。外部ROM是8KB的EPROM。外部RAM是8KB。I/O本身有4个端口，需要至少4个地址。ROM的片选接译码器的/Y0，RAM的片选接译码器的/Y2。请分析各存储器和I/O口的地址范围。地址锁存器2/4译码器A0~A158031A0~A12A14A13A15A0~A12A0~A12A0A1/Y0/Y2/CSROM/CSRAM/CSI/O地址范围：ROMx00000000000

0000~x00111111111

1111RAMx10000000000

0000~x10111111111

1111I/O0xxxxxxx

xxxxxx00~0xxxxxxx

xxxxxx11存在地址重复问题MCS-51系统中外设与存储器统一编址改进：地址锁存器3/8译码器A0~A158031A0~A12A15~A13A15A0~A12A0~A12A0A1/Y0/Y2/CSROM/CSRAM/CSI/O地址范围：ROM000000000000

0000~000111111111

1111RAM010000000000

0000~010111111111

1111I/O0xxxxxxx

xxxxxx00~0xxx

xxxx

xxxxxx11将外设当作数据存储器访问8051对外设的连接方式和8051对外部存储器的连接方式相同8051通过控制线/WR和/RD和外设的I/O口连接——/WR（/RD）与I/O的写（读）控制线连接8051通过访问外部存储器的指令来访问外设接口当外设端口地址为8位地址时

MOVX A,@Ri

；读

MOVX @Ri,A ；写当外设端口地址为16位地址时

MOVX A,@DPTR；读

MOVX @DPTR,A ；写CPU与外设数据传送方式一、无条件传送二、查询式传送三、中断传送方式四、直接存储器存取方式一、无条件传送CPU总是认为外设在任何时刻都是处于“准备好”的状态，传送方式上不需要交换状态信息外设的工作速度非常快，可以和CPU数据传送速度相比。例如CPU和DAC的连接图DBCPU/WRAB数模转换器地址译码器CE一、无条件传送CPU总是认为外设在任何时刻都是处于“准备好”的状态，传送方式上不需要交换状态信息外设的工作速度虽然不高，但两次数据传送的间隔足够长。例如：8031和一组开关和一个LED显示器的接口。从开关读入一个BCD码，并将读入的值在显示器上显示。输入缓冲器的地址是8000H，输出缓冲器的地址是8002H.8031锁存器缓冲器数码管LED译码器4个开关16个状态，其中0000~1001对应BCD码，则先转换为7段显示码，再从输出口输出。如果输入是1010~1111，则属于错误输入，显示字母“E”。两次输入输出操作之间加上适当的延迟，以保证稳定的显示输出。

START: MOV DPTR,#8000H ；输入口地址

MOVX A,@DPTR ；输入BCD码

ANL A,0FH ；取低4位

CJNE A,#09H,NEXT1 ；检测是否为BCD码

NEXT1: JNC NEXT2 ；不是，转移到next2 MOV DPTR,#TABLE ；准备查表

MOV A,@A+DPTR ；查表

MOV DPTR,#8002H ；输出口地址

MOVX @DPTR,A ；输出显示

CALL DELAY ；延迟

SJMP START ；再次输入

NEXT2: MOV DPTR,#8002H ；错误输入处理

MOV A,#06H ；“E”的7段码

MOVX @DPTR,A ；显示“E” SJMP START ；再次输入

TABLE: DB 40H,79H,24H,30H ；0~3的7段显示码

DB 19H,12H,02H,78H ；4~7的7段显示码

DB 00H,18H ；8~9的7段显示码二、查询式传送方式

CPU需不断查询外设的状态，一旦外设满足数据传送的条件，就执行IN或OUT指令，读入或输出数据。输入外设状态信号ReadyReady=1输入数据N查询输入Y输出外设状态信号BusyBusy=1输出数据Y查询输出N二、查询式传送方式查询信号是从数据线的哪一位引入的查询信号的有效是高电位还是低电位表示;*ME500单片机开发系统演示程序-K1-K4状态指示

LED显示*

K1BITP1.4K2BITP1.5K3BITP1.6K4BITP1.7

ORG0000HJMPMAINORG0030H

MAIN:MOVSP,#60HMOVP2,#0FFHLOOP:MOVP0,#0FFH;关闭所有LEDMOVP1,#0F0H;置P1.4-P1.7为输入状态

JNBK1,K1_PROGJNBK2,K2_PROGJNBK3,K3_PROGJNBK4,K4_PROGJMPLOOPK1_PROG:MOVP0,#0FEH;D00灯亮

JMPLOOPK2_PROG:MOVP0,#0FDH;D01灯亮

JMPLOOPK3_PROG:MOVP0,#0FBH;D02灯亮

JMPLOOPK4_PROG:MOVP0,#0F7H;D03灯亮

JMPLOOPENDCPU与外设数据传送方式三、中断传送无条件、查询传送都需要CPU的等待或不断查询，使CPU的效率降低。

中断传送：外设需要传送数据时，申请中断；当CPU允许中断，在中断服务程序中执行IN/OUT指令；然后返回主程序。启动外设主程序外设准备好输入设备Ready=1输出设备Busy=0中断请求中断响应数据IN/OUT中断服务程序IRET中断响应外设又一次准备好中断请求无条件、查询、中断传送，每传送一个数据都需要CPU干预一次，限制了数据传送的速度。外设CPU内存

DMA（DirectMemoryAccess）：是一种不需要CPU干预也不需要软件介入的高速数据传送方式。在外设(如磁盘)与内存之间成批传送数据时，完全由硬件（DMA）完成外设与内存的数据传送，而不必CPU的干预。对这一数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器（DMAC）。CPU与外设数据传送方式四、直接数据通信传送DMA总线执行程序指令的数据传送路径DMA方式的数据传送路径锁存器74LS3738位D锁存器电路，三态控制输出DQG1D2D3D4D5D6D7D8DG(选通)1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QOE(输出允许)当选通端G为高电平，同时输出允许端OE为低电平， 则输出Q=输入D（输出Q跟随输入D）当选通端G为低电平，同时输出允许端OE为