导图社区九、输入输出方法及常用的接口电路

九、输入输出方法及常用的接口电路

《微机原理》是一门专业基础课程，它的主要内容包括微型计算机体系结构、8086微处理器和指令系统、汇编语言设计以及微型计算机各个组成部分介绍等内容。参考教材为西安电子科技大学出版社的《微型计算机原理（第六版）》，此外还参考了XJTU段战胜老师的教学PPT。本导图为第九章输入输出方法及常用的接口电路，此外还介绍了8255A和8253两个微处理器。

编辑于2021-11-29 00:00:22

微机原理

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九、输入输出方法及常用的接口电路

I/O接口的概念与功能

概述

接口和接口技术

why

外设处理信息的类型、速度、通信方式与CPU不匹配，不能直接挂在总线上，必须通过接口和系统相连

接口与端口

接口电路的典型结构

从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口

各I/O端口由端口地址区分

I/O端口可分为三种类型

数据端口

状态端口

控制端口

CPU对外设输入/输出的控制，是通过对接口电路中各I/O端口的读/写操作完成

I/O接口电路芯片主要由图中的6部分组成

I/O接口电路的基本功能

对输入输出数据进行缓冲、隔离和锁存

对信号的形式和数据格式进行交换与匹配

提供信息相互交换的应答联络信号

根据寻址信息选择相应的外设

I/O接口电路的分类

按数据传送方式分类

并行接口

串行接口

按功能选择的灵活性分类

可编程接口

不可编程接口

按通用性分类

通用接口

专用接口

按数据控制方式分类

程序型接口

DMA（Direct Memory Access）型接口

I/O端口的编址及基本的输入输出方法

I/O端口的编址方式

端口与存储器分别独立编址（I/O映射方式）---x86系列

端口与存储器分别独立编址，端口不占用内存空间

设有专门的 I/O指令对端口进行读写，对内存操作的指令不能用于I/O端口

端口与存储器统一编址（存储器映射方式）

I/O端口相当于内存的一部分,使内存容量减小

对I/O端口的读/写与对存储器的读/写相同，指令通用，不专设I/O指令

8088的输入/输出指令和时序

8088CPU采用I/O端口与存储器分别独立编址

内存单元

可寻址1M个内存单元范围00000 ~FFFFFh 内存单元的地址有5种寻址

I/O端口

可寻址64K个I/O端口 I/O端口范围0000 ~ FFFFH I/O端口的地址由一个8位二进制数直接寻址或DX寄存器间接寻址

输入指令IN

1.注意那些二进制数都是指端口地址，注意端口地址与端口内容的区别

2.对输入/输出指令，目的/源操作数只能为AL, 或AX（一般为AL）

短格式用的是DX

3.端口地址可由直接方式或间接方式给出

当端口号在0~FFH，即0~255时

长格式指令

当端口号>FFH，即>255时

短格式指令

4.可进行字节或字传送，由指令中AL或AX的类型决定

输出指令OUT

输入/输出指令时序

I/O端口的译码

1. 译码电路的作用

2. 译码电路的构成

3. 设计译码电路的方法

1. 端口的选通信号通常为低电平有效

2. 除端口的地址信号参加译码外，控制信号IOW、IOR (IO/M、 AEN也可参加译码)

一个端口对应多个地址

4. 片内译码和片选译码

结合ch9PPT1的最后--例题

CPU与外设间的数据传送方式

代码理解即可

1.无条件传送（CPU与外设同步工作）

与外设速度的匹配通过在软件上延时完成

AND XOR LOOP JNZ

2.查询方式（CPU与外设不同步工作）

D4=1 输入 D0=0 输出

TEST为不存结果的AND JZ

DI SI---destination，source---对应输入输出

程序控制的...

3.中断方式（CPU与外设并行---串行工作）

CPU和外设大部分时间处在并行工作状态，提高了效率

适用于传送少量数据，以及中低速外设

程序中断的...

4.DMA方式（高速I/O及成组交换数据）

外设与内存直接进行数据传送，不通过CPU，效率极高

适用于内存与高速外设或两个高速外设之间

电路结构复杂，硬件开销较大

直接存储器存取方法

8255A并行接口电路

并行接口的基本概念

并行通信和串行通信

1.数据的各位同时在多根并行传输线传输

1.距离短、远程费用高适用于短距离、高速通信

2.数据的各位按时间顺序依次在一根传输线上传输

2.远程, 费用低，适用于长距离、中低速通信

并行接口概述

连接CPU与并行外设，实现两者间的并行通信

输出锁存或输入缓冲的作用

应答式通信

中断方式进行的输入输出

外设---接口---CPU

可编程并行接口8255A

8255A引脚、编程结构

端口A——有 3 种工作方式，对外8根引脚端口B——有 2 种工作方式，对外8根引脚端口C——A在方式1/2，B在方式1时某些位作为联络应答信号，对外8根引脚

控制端口D (A组和B组控制电路)

8位端口

无对外引脚

决定A口、B口、C口的工作状态

数据总线缓冲器

为A、B、C传送数据 CPU写入控制端口D中的控制字

读写控制电路 (引脚\CS使能、\RD、\WR)

片内译码电路 (引脚A1、 A0)

选择被操作的端口00 01 10 11---ABCD

8255A的控制字

例题

确定端口地址

确定方式控制字

设置方式控制字的程序段

C口按位置位/复位控制字

例题

8255A的工作方式

方式 0: 与C口之间没有硬件联系。

作为输入口相当于普通的三态门作为输出口相当于普通的锁存器

方式 1: C口的某3根引脚作为端口与外设的联络信号。

在方式 1 下，C口作为A口、B口联络信号的引脚，其动作关系在芯片设计和制造时已固定，不可改变

C口作为联络信号的引脚：不受方式控制字、按位置位/复位控制字的控制。该出则出，该入则入

p51

方式 2: C口的某5根引脚作为端口与外设的联络信号

8255A的应用举例

可编程的定时器/计数器 8253/8254

实现定时和计数

硬件定时

利用专门的定时电路实现精确定时

分为简单硬件定时、利用可编程接口芯片实现定时

软件定时

利用CPU每执行一条指令都需要几个固定的指令周期的原理

8253的组成与功能

结构特点：3个独立的减法计数器每个计数器包含3个16位寄存器，1个控制寄存器

引线

连接系统端的主要引线： D0----D7 \CS \RD \WR A0，A1

连接外设端的主要引线： CLK GATE OUT

8253的控制字、写/读操作及初始化编程

注意区分此处与A1A0，此处为对控制寄存器的选择，后者为计数器端口地址

BCD

例题

计数启动方式

软件启动

GATE端为高电平

置入计数初值后的第1个CLK脉冲写入初值，第2个CLK脉冲的下降沿开始减1

硬件启动

GATE端有一个上升沿

对应CLK脉冲的下降沿

8253的工作方式【6种】和时序

软件启动，不自动重复计数。装入控制字后输出端变低电平，计数结束输出高电平

硬件启动，不自动重复计数装入控制字后输出端变高电平，计数开始输出低电平，结束后又变高

2 计数分频

软启动，自动重复计数。装入控制字后输出端变高电平，计数到最后一个脉冲时输出低电平

3 方波发生器

软启动，自动重复计数装入控制字后输出端变高电平，输出对称方波

4 选通

软件启动，不自动重复计数。装入控制字后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的低电平

5 选通

硬件启动，不自动重复计数波形与方式4相同

几个节点： CW写入初值写入 GATE上升沿 CLK下降沿

n分频（1~65536）