2022年接口单片机

第５章微型计算机接口接口及接口功能

CPU与外设之间的信号

CPU与接口之间的信息传送方式接口与系统的连接5.1接口及接口的功能定义：接口是CPU和外界连接的部件，是CPU和外界交换信息的通道。5.1.1接口的必要性1.减轻CPU的负荷，提高CPU的效率；2.在CPU与外设之间起信息转换作用；3.当CPU与外设速度不匹配时，起缓冲与联络作用。5.1.2接口的功能接口的功能包括：地址译码和I/O设备选择、信息的输入输出、信息的转换、联络和中断管理功能、可编程功能和错误检测功能。5.2CPU与外设之间的信号CPU和输入／输出外部设备之间的信息一般有三类，分别是数据信息、状态信息和控制信息。5.2.1数据信息数据信息是CPU和I/O设备交换的基本信息，通常是8位或16位。在输入过程中，数据信息一般是由外部设备通过接口芯片传递给系统的。数据信息由外设经过外设和接口之间的数据线进入接口，再到达系统的数据总线，然后送入CPU；在输出过程中，数据信息从CPU经过数据总线进入接口，再通过外设和接口之间的数据线，到达外设。5.2.2状态信息状态信息反映了当前外设的工作状态，它是由外设通过接口送入CPU的。对于输入设备来说，用Ready信号来表示待输入的数据是否准备就绪；对于输出设备来说，用Busy信号来表示输出设备是否处于空闲状态，如空闲，则可接收CPU送来的数据信息，否则CPU等待。5.2.3控制信息控制信息是CPU通过接口送给外设的。CPU通过发送控制信息控制外设的工作。外设的种类不同，控制原理不同，控制信息也各不相同。常见的控制信息有：外设的启动、停止等。

2.有条件传送方式有条件传送方式又称为程序查询方式。这种传送方式在接口电路中，除具有数据缓冲器或数据锁存器外，还应具有外设状态标志位，用来反映外部设备数据的情况。比如，在输入时，若数据已准备好，则将该标志位置位；输出时，若数据已空(数据已被取走)，则将标志位置位。下面，就查询输入、查询输出举例说明。（１）查询输入若CPU需要外设输入数据时，首先应从状态端口读入状态信息，判断数据是否准备好。D_PORTS_PORT接口程序清单：LT:INAL,S_PORT；从状态口S_PORT读入状态ANDAL,80H；检查READY=1?JZLT；READY=0，则继续等待INAL,D_PORT；READY=1，则从数据口D_PORT读入数据5.3.2中断控制方式中断是CPU与外部设备交换信息的一种方式，它是通过硬件手段来直接影响和改变CPU执行程序的顺序。CPU在执行正常程序的过程中，当出现某些异常事件或外设请求CPU服务时，CPU暂时中断正在执行的原程序，而去执行对异常事件或外设请求的中断处理程序；当CPU执行完中断处理程序后，又回到原程序的断点处，继续执行原程序。中断方式使外设与CPU并行工作，提高了CPU的效率。中断方式适用于CPU任务比较忙、传送速度不太高的系统中，尤其适合实时控制及紧急事件的处理。5.3.3直接存储器存取（DMA）控制方式虽然中断传送方式可以在一定程度上实现CPU与外设并行工作，但是在外设与内存之间，或在外设与外设之间进行数据传送时，还是要经过CPU中转，这对高速外设在进行大批量数据传送时，会造成中断次数过于频繁，不仅传送速度上不去，而且消耗大量CPU时间。为此，采用直接存储器存取方式。用DMA方式传送数据时，在存储器和外部设备之间，直接开辟高速的数据传送通路。数据传送过程不要CPU介入，只用一个总线周期，就能完成存储器和外部设备之间的数据传送。因此，数据传送速度仅受存储器的存取速度和外部设备传输特性的限制。对于输出设备来说，用Busy信号来表示输出设备是否处于空闲状态，如空闲，则可接收CPU送来的数据信息，否则CPU等待。从状态口S_PORT读入状态Intel80x86CPU中，I/O端口和存储器是单独编址的，采用专用的输入/输出指令访问端口。3CPU与接口之间的信息传送方式统一编址的缺点是外设占用了一部分内存地址空间，减少了内存可用的地址范围，对内存容量有潜在的影响。对于输出设备来说，用Busy信号来表示输出设备是否处于空闲状态，如空闲，则可接收CPU送来的数据信息，否则CPU等待。有条件传送方式又称为程序查询方式。100在CPU与外设之间起信息转换作用；100比如，在输入时，若数据已准备好，则将该标志位置位；INAL,D_PORT；在输入过程中，数据信息一般是由外部设备通过接口芯片传递给系统的。状态信息反映了当前外设的工作状态，它是由外设通过接口送入CPU的。1005.4接口与系统的连接5.4.1接口与系统的连接

数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机图5.1接口与系统的连接图5.4.2口地址译码技术在微机系统中，端口的编址通常有两种不同的方式，一是I/O端口与存储器单元统一编址；二是I/O端口独立编址。

1.I/O端口与存储器单元统一编址

所谓I/O端口与存储器单元统一编址，也称为存储器映像(MemoryMapped)I/O方式，既把每个I/O端口都当作一个存储器单元看待，I/O端口与存储器单元在同一个地址空间中进行统一编址。通常，是在整个地址空间中划分出一小块连续的地址分配给I/O端口。被分配给I/O端口的地址，存储器不能再使用。内存映射与I/O映射编址如下图（a）所示。(a)统一编址(b)独立编址图5.2编址方式采用这种编址方式的微处理器有6800、6502、68000等，其优点是简化指令系统的设计，同时I/O控制信号与存储器的控制信号共用，给应用带来极大的方便，另外由于访问存储器的指令种类多、寻址方式多样化，对访问外设带来了很大的灵活性。对I/O设备可以使用功能强大且像访问存储器那样的指令，如直接对I/O数据进行运算等。统一编址的缺点是外设占用了一部分内存地址空间，减少了内存可用的地址范围，对内存容量有潜在的影响。此外，从指令上不易区分当前指令是对内存进行操作还是对外设进行操作。

2.I/O端口独立编址所谓I/O端口独立编址(I/OMapped)，即I/O端口地址区域和存储器地址区域，分别各自独立编址。访问I/O端口使用专门的I/O指令，而访问内存则使用MOV、ADD等指令。CPU在寻址内存和外设时，使用不同的控制信号来区分当前是对内存操作还是对I/O操作。在单CPU模式时，当前的操作是由M/IO信号的电平来区别的。对于8086CPU系统，当M/IO为高电平时，表示当前执行的是存储器操作，地址总线上的地址是某个存储单元地址；当M/IO为低电平时，表示当前执行的是I/O操作，地址总线上的地址是某个I/O端口的地址。这种单独编址的优点是I/O端口不占用存储器的地址空间，使用专门的I/O指令对端口进行访问，具有I/O指令短、执行速度快、译码简单的优点。缺点是专门的I/O指令功能相对较弱，一般只有传送功能，而没有运算功能。Intel80x86CPU中，I/O端口和存储器是单独编址的，采用专用的输入/输出指令访问端口。

3.I/O端口地址译码方法端口地址的译码方式有多种，可由地址和控制信号的不同组合去选择口地址，也可用不同译码电路去选择口地址。电路设计中，一般需需使用多个口地址，经常用译码器件实现口地址译码，常用的74LS138、74LS139等。图5.374LS138引脚和译码逻辑图G1

CBA译码输出100000=0，其余为1100001=0，其余为1100010=0，其余为1100011=0，其余为1100100=0，其余为110