微型計(jì)算機(jī)接口和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸教學(xué).ppt

1、第五章 微型計(jì)算機(jī)接口和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(2,本章重點(diǎn),接口電路的功能 接口部件和I/O端口 CPU和外設(shè)之間的三種數(shù)據(jù)傳輸方式、各自優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)合 中斷傳輸方式的原理和可屏蔽中斷的響應(yīng)過(guò)程 DMA方式的原理和DMA控制器的功能,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(3,I/O接口概述,接口電路按功能可分為兩類: 使微處理器正常工作所需的輔助電路 輸入輸出接口電路（2）為什么要用接口電路 為什么需要I/O接口（電路）,微機(jī)的外部設(shè)備多種多樣，其工作原理、驅(qū)動(dòng)方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差別很大，它們不能與CPU直接相連，必須經(jīng)過(guò)中間

2、電路再與系統(tǒng)相連,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(4,5.2 CPU和輸入輸出設(shè)備之間的信號(hào),CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號(hào) : （1）數(shù)據(jù)信息,又分為： 數(shù)字量 模擬量 開(kāi)關(guān)量 （2）狀態(tài)信息 （3）控制信息,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(5,5.3 接口部件的I/O端口,數(shù)據(jù)端口 狀態(tài)端口 控制端口或命令端口,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(6,I/O接口的主要功能,尋址功能 輸入/輸出功能 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 聯(lián)絡(luò)功能 中斷管理功能 復(fù)位功能 可編程功能 錯(cuò)誤檢測(cè)功能,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(7,外設(shè)通過(guò)接口和系統(tǒng)的連接

3、,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(8,5.4 CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式,解決定時(shí)問(wèn)題的三種傳送方式： 程序方式 中斷方式 DMA方式,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(9,5.4.1 程序方式,1. 無(wú)條件傳送方式,圖 無(wú)條件傳送方式的工作原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(10,無(wú)條件傳送方式及其接口,在CPU與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，可以認(rèn)為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，這就是無(wú)條件傳送，或稱立即傳送、同步傳送（演示） 適合：簡(jiǎn)單設(shè)備，如LED數(shù)碼管、按鍵或按紐等 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)條件傳送的接口和操作均十分簡(jiǎn)單 前提：外設(shè)必須隨時(shí)

4、就緒,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(11,無(wú)條件傳送：輸入示例,MOV DX, 160H IN AL, DX,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(12,無(wú)條件傳送：輸入實(shí)例,MOV DX, 160H IN AL, DX,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(13,無(wú)條件傳送：輸出示例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(14,無(wú)條件傳送：輸出實(shí)例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(15,無(wú)條件傳送：輸

5、入輸出接口,next:mov dx,8000h;DX指向數(shù)據(jù)端口 in al,dx;從輸入端口讀開(kāi)關(guān)狀態(tài) not al;反相 out dx,al;送輸出端口顯示 call delay;調(diào)子程序延時(shí) jmp next;重復(fù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(16,無(wú)條件傳送實(shí)例,例：用無(wú)條件傳送方式編寫(xiě)產(chǎn)生任意波形、任意頻率的脈沖信號(hào)程序。 現(xiàn)給定三種波形A、B和C。 其中時(shí)間間隔T=10ms，每種波形由T1T8共八個(gè)狀態(tài)組成，要求連續(xù)重復(fù)發(fā)送T1T8信號(hào),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(17,2 . 條件傳送方式,1）條件傳送的概念 （2）條件傳送的三個(gè)環(huán)節(jié)： CPU

6、從接口中讀取狀態(tài)字 CPU檢測(cè)狀態(tài)字 傳送數(shù)據(jù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(18,查詢傳送的兩個(gè)環(huán)節(jié),查詢環(huán)節(jié) 尋址狀態(tài)口 讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位 若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒 傳送環(huán)節(jié) 尋址數(shù)據(jù)口 是輸入，通過(guò)輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù) 是輸出，通過(guò)輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù) 流程,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(19,查詢式輸入的接口電路,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(20,查詢式輸出的接口電路,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(21,查詢式輸入過(guò)程的流程圖,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(22,查詢輸入接口,mov

7、 dx,8000h;DX指向狀態(tài)端口 status:in al,dx;讀狀態(tài)端口 test al,01h;測(cè)試標(biāo)志位D0 jz status;D00，未就緒，繼續(xù)查詢 inc dx;D01，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口 in al,dx;從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(23,查詢輸出接口,mov dx,8000h;DX指向狀態(tài)端口 status:in al,dx;讀取狀態(tài)端口的狀態(tài)數(shù)據(jù) test al,80h;測(cè)試標(biāo)志位D7 jnz status;D71，未就緒，繼續(xù)查詢 inc dx;D70，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口 mov al,buf;變量buf送AL out

8、dx,al;將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(24,查詢方式的EEPROM編程,next:mov al,55h;寫(xiě)入內(nèi)容55H mov bx,al;寫(xiě)入存儲(chǔ)單元 nop;空操作指令，起延時(shí)作用 nop next1:in al,dx;查詢狀態(tài)口 test al,01h;測(cè)試D0 jz next1;D00，芯片還在寫(xiě)入 inc bx;D01，寫(xiě)畢，指針移動(dòng) loop next;循環(huán)至全部字節(jié)寫(xiě)完,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(25,查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),8086/8088 CPU,A/D轉(zhuǎn)換,2,3,4,多路開(kāi)關(guān),數(shù)據(jù)端口讀選通,8位數(shù)據(jù),1位狀態(tài),

9、控制端口寫(xiě)選通,狀態(tài)端口讀選通,啟動(dòng) D4,數(shù)據(jù),READY,D7,D0,D1,D2,1個(gè)模擬量,8個(gè) 輸入 模擬量,A0,A7,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(26,查詢傳送方式及其接口,CPU需要先了解（查詢）外設(shè)的工作狀態(tài)，然后在外設(shè)可以交換信息的情況下（就緒）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出 對(duì)多個(gè)外設(shè)的情況，則CPU按一定順序依次查詢（輪詢）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 查詢傳送的特點(diǎn)是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(27,5.4.2 中斷方式,CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段預(yù)先安排好的中斷服務(wù)程序；服

10、務(wù)結(jié)束后，又返回原來(lái)的斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序,流程,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(28,5.4.2 中斷方式,1. 中斷傳送方式的原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(29,可屏蔽中斷的響應(yīng)和執(zhí)行,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(30,2 . 中斷優(yōu)先級(jí)問(wèn)題的解決,1)解決中斷優(yōu)先級(jí)的三種辦法： 軟件查詢方式 簡(jiǎn)單硬件方式菊花鏈法 專用硬件方式 (2)三種方法的優(yōu)缺點(diǎn),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(31,中斷優(yōu)先級(jí)菊花鏈及其邏輯電路,a) 菊花鏈,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(32,典型的可編程中斷控制器,微機(jī)原理

11、第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(33,5.4.3 DMA方式,1. DMA傳送方式的提出 DMA傳送方式的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳輸率,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(34,DMA傳送方式,希望克服程序控制傳送的不足： 外設(shè)CPU存儲(chǔ)器 外設(shè)CPU存儲(chǔ)器 直接存儲(chǔ)器存取DMA： 外設(shè)存儲(chǔ)器 外設(shè)存儲(chǔ)器 CPU釋放總線，由DMA控制器管理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(35,DMA傳送的工作過(guò)程,CPU對(duì)DMA控制器進(jìn)行初始化設(shè)置 外設(shè)、DMAC和CPU三者通過(guò)應(yīng)答信號(hào)建立聯(lián)系：CPU將總線交給DMAC控制 DMA傳送 DMA讀存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器 外設(shè) DMA寫(xiě)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器

12、外設(shè) 自動(dòng)增減地址和計(jì)數(shù)，判斷傳送完成否,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(36,DMA傳送流程,流程,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(37,DMA控制器的功能： 向CPU發(fā)總線請(qǐng)求信號(hào) 實(shí)行對(duì)總線的控制 修改所用的 存儲(chǔ)器或接口的地址指針 發(fā)讀寫(xiě)控制信號(hào) 存放數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 交還總線控制權(quán),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(38,DMA傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)(輸出過(guò)程)的原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(39,DMA控制器的內(nèi)部最小配置和接口要求,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(40,從接口往內(nèi)存?zhèn)鬏斠粋€(gè)數(shù)據(jù)塊的過(guò)程,接口往DMA控制器發(fā)

13、一個(gè)DMA請(qǐng)求 得到總線控制權(quán) 地址寄存器的內(nèi)容送地址總線 通知接口將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)送到所指單元 地址寄存器的值加1 字節(jié)計(jì)數(shù)器的值減1 如字節(jié)計(jì)數(shù)器的值不為0，則回到;否則結(jié)束,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(41,DMA傳輸對(duì)接口的要求,控制寄存器有1位指出數(shù)據(jù)傳輸方向 控制寄存器有1位用來(lái)啟動(dòng)I/O操作 狀態(tài)寄存器有1位指出設(shè)備當(dāng)前是否處于忙狀態(tài),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(42,DMA傳輸對(duì)DMA控制寄存器的要求,有1位作為DMA允許位 有1位用來(lái)確定DMA方向 有1位決定進(jìn)行一次傳輸后放棄還是維持對(duì)總線的控制權(quán) 狀態(tài)寄存器有1位表示數(shù)據(jù)塊傳輸是

14、否結(jié)束,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(43,對(duì)DMA控制器和接口部件預(yù)置的信息,往DMA控制器的字節(jié)計(jì)數(shù)器設(shè)置初值 往DMA控制器的地址寄存器中設(shè)置地址初值 對(duì)DMA控制器設(shè)置控制字并啟動(dòng)DMA操作 對(duì)接口部件設(shè)置控制字并啟動(dòng)I/O操作,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(44,啟動(dòng)數(shù)據(jù)塊輸入的例子,IDLE:IN AL,INTSTAT;檢測(cè)設(shè)備是否處于 忙狀態(tài)，如是，則等待 TEST AL,04 JNZ IDLE MOV AX,COUNT ;設(shè)置計(jì)數(shù) OUT BYTE-REG,AX LEA AX,BUFFER ;設(shè)置地址初值 OUT ADD-REG，AX,微機(jī)原理

15、第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(45,MOV AL，DMAC;取原DMA控制字 OR AL，49H;設(shè)置方向、塊傳輸 ;和允許標(biāo)志 OUT DMACON,AL;置DMA控制字 MOV AL，INTC ;設(shè)置接口的傳輸方向 ;及允許標(biāo)志 OR AL，05H OUT INTCON,AL ;設(shè)置接口的控制字,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(46,3. DMA控制器的工作特點(diǎn),是一個(gè)接口電路 能夠控制系統(tǒng)總線 操縱外設(shè)和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(47,5.4.4 輸入輸出過(guò)程中提出的幾個(gè)問(wèn)題,1.系統(tǒng)如何知道接口已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)等待CPU提取或者

16、準(zhǔn)備接收CPU的數(shù)據(jù)? 2.當(dāng)系統(tǒng)中有幾個(gè)設(shè)備處于同一種傳輸方式之下、而且同時(shí)發(fā)傳輸請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)到底先響應(yīng)哪個(gè)請(qǐng)求,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(48,傳送方式的比較,無(wú)條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步 查詢傳送： 簡(jiǎn)單實(shí)用，效率較低 中斷傳送：外設(shè)主動(dòng)，可與CPU并行工作，但每次傳送需要大量額外時(shí)間開(kāi)銷 DMA傳送：DMAC控制，外設(shè)直接和存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速數(shù)據(jù)傳送,本章學(xué)習(xí)到此結(jié)束，謝謝,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(50,多種多樣的外設(shè),工作原理不同 機(jī)械、電子、機(jī)電、電磁 傳送信息類型多樣 數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量 傳送速度差別極大 傳

17、送方式不盡相同 串行、并行 編碼方式不同 二進(jìn)制、BCD碼、ASCII碼,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(51,輸出接口的鎖存環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(52,輸出接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(53,輸入接口的緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(54,輸入接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(55,端口（PORT,端口泛指I/O地址，通常對(duì)應(yīng)寄存器 一個(gè)接口電路可以具有多個(gè)I/O端口，每個(gè)端口用來(lái)保存和交換不同的信息 數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被稱為數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口，用于保存數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息 輸入、輸出端口可以是同一個(gè)I/O地址,一定要理解,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(56,IN AL, 21H,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(57,OUT 43H, AL,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(58,無(wú)條件傳送流程,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(59,就緒（