微機(jī)原理 第六章-輸入和輸出接口技術(shù)

1、 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 電子信息教研室電子信息教研室郵箱：郵箱：電話：電話第6章章 輸入和輸出接口技術(shù)輸入和輸出接口技術(shù)6.1 I/O接口概述接口概述6.2 I/O接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式（接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式（重點重點）6.3 簡單簡單I/O接口芯片的應(yīng)用（了解）接口芯片的應(yīng)用（了解）6.4 直接存儲器存儲（直接存儲器存儲（DMA）方式（了解）方式（了解） 補(bǔ)補(bǔ) 充充 知知 識識-為什么需要為什么需要I/O接口電路？接口電路？ 微機(jī)的外部設(shè)備多種多樣，工作原理、驅(qū)動方式、信微機(jī)的外部設(shè)備多種多樣，工作原理、驅(qū)動方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差別很大，它們不

2、能與息格式、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)過中間電路再與系統(tǒng)相連。這部分直接相連，必須經(jīng)過中間電路再與系統(tǒng)相連。這部分電路被稱為電路被稱為I/O接口電路。接口電路。 I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路。和控制任務(wù)的邏輯電路。 補(bǔ)補(bǔ) 充充 知知 識識-什么是什么是I/O接口（電路）？接口（電路）？6.1 I/O接口概述接口概述 6.1.1 接口與端口的基本概念接口與端口的基本概念 u 接口的概念：接口的概念： 微機(jī)使用的外部設(shè)備種類很多，一般可以分為電子設(shè)備、機(jī)微機(jī)使用的外部設(shè)備種類很

3、多，一般可以分為電子設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等，它們的工作速度及信號的表示方法與微型電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等，它們的工作速度及信號的表示方法與微型計算機(jī)不同。如果按照它們與計算機(jī)不同。如果按照它們與CPU之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚩梢苑譃橹g數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚩梢苑譃檩斎朐O(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)等）、輸出設(shè)備（顯示器、打輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)等）、輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)等）、復(fù)合輸入印機(jī)等）、復(fù)合輸入/輸出設(shè)備（磁盤等）。為了能夠把各種各輸出設(shè)備（磁盤等）。為了能夠把各種各樣的外部設(shè)備與樣的外部設(shè)備與CPU的總線連接，要設(shè)計不同類型的接口電路，的總線連接，要設(shè)計不同類型的接口電路，簡稱簡稱接口接口，

4、也稱，也稱適配器適配器。微機(jī)系統(tǒng)中，各種輸入。微機(jī)系統(tǒng)中，各種輸入/輸出設(shè)備通過輸出設(shè)備通過接口與系統(tǒng)相連，并在接口的支持下實現(xiàn)各種方式的數(shù)據(jù)傳送。接口與系統(tǒng)相連，并在接口的支持下實現(xiàn)各種方式的數(shù)據(jù)傳送。 因此接口是因此接口是CPU與存儲器、外部設(shè)備或者兩種外設(shè)之間，與存儲器、外部設(shè)備或者兩種外設(shè)之間，或者兩種機(jī)器之間通過系統(tǒng)總線進(jìn)行連接的或者兩種機(jī)器之間通過系統(tǒng)總線進(jìn)行連接的邏輯部件邏輯部件（或稱（或稱電路電路），是），是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。 微型機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的信息交換、微型機(jī)與別的計算微型機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的信息交換、微型機(jī)與別的計算機(jī)或設(shè)備

5、的信息交換，都是通過接口來實現(xiàn)的，如圖機(jī)或設(shè)備的信息交換，都是通過接口來實現(xiàn)的，如圖6-1所示。所示。圖圖6-1 CPU與外設(shè)連接示意圖與外設(shè)連接示意圖u 接口的功能：接口的功能： 接收和執(zhí)行接收和執(zhí)行CPU命令的功能命令的功能 數(shù)據(jù)緩沖功能和接口狀態(tài)的表示數(shù)據(jù)緩沖功能和接口狀態(tài)的表示 設(shè)備選擇功能設(shè)備選擇功能 信號轉(zhuǎn)換功能信號轉(zhuǎn)換功能 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能 中斷管理功能中斷管理功能 可編程功能可編程功能 錯誤檢測及復(fù)位功能錯誤檢測及復(fù)位功能u 端口的概念：端口的概念： 微機(jī)的外部設(shè)備和存儲設(shè)備都是通過接口連接到系統(tǒng)上的，微機(jī)的外部設(shè)備和存儲設(shè)備都是通過接口連接到系統(tǒng)上的，每個接口

6、是由一組寄存器組成，這些寄存器都分配了一個稱為每個接口是由一組寄存器組成，這些寄存器都分配了一個稱為I/O端口的地址編碼。端口的地址編碼。微機(jī)的微機(jī)的CPU和內(nèi)存就是通過這些端口和外部設(shè)和內(nèi)存就是通過這些端口和外部設(shè)備進(jìn)行通信的。備進(jìn)行通信的。 I/O接口部件中一般有接口部件中一般有3種寄存器：一是用來數(shù)據(jù)緩沖的種寄存器：一是用來數(shù)據(jù)緩沖的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器寄存器；二是用來保存設(shè)備和接口的狀態(tài)信息，供；二是用來保存設(shè)備和接口的狀態(tài)信息，供CPU對外設(shè)進(jìn)對外設(shè)進(jìn)行測試的行測試的狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器；三是用來保存；三是用來保存CPU發(fā)出的命令以控制接口發(fā)出的命令以控制接口和設(shè)備操作的和設(shè)備操作的命令寄

7、存器命令寄存器。這些寄存器都分配有各自的。這些寄存器都分配有各自的端口號端口號，CPU通過不同的端口號來選擇各種外部設(shè)備。通過不同的端口號來選擇各種外部設(shè)備。圖圖6-2 CPU尋址外設(shè)示意圖尋址外設(shè)示意圖CPUI/O設(shè)備設(shè)備譯碼譯碼數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口控制端口控制端口DBABCB一個典型的一個典型的I/O接口接口 補(bǔ)補(bǔ) 充充 知知 識識6.2 I/O接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式u 引言引言 外設(shè)與微機(jī)間的信息交換可以用不同的輸入輸外設(shè)與微機(jī)間的信息交換可以用不同的輸入輸出方法完成?；镜妮斎胼敵龇椒ㄓ校撼绦蚩刂瞥龇椒ㄍ瓿??；镜妮斎胼敵龇椒ㄓ校撼绦蚩刂艻/O方式（無

8、條件傳送方式與查詢方式）、中斷方式、方式（無條件傳送方式與查詢方式）、中斷方式、直接存貯器存?。ㄖ苯哟尜A器存?。―MA）方式。）方式。6.2 I/O接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式 6.2.1 程序控制方式程序控制方式 狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送是通過狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送是通過CPU執(zhí)行程序中的執(zhí)行程序中的指令指令來完成的，來完成的，又分為：又分為： 無條件傳送方式無條件傳送方式 條件（查詢）傳送方式條件（查詢）傳送方式u 無條件傳送方式無條件傳送方式 無條件傳送是一種最簡單的輸入無條件傳送是一種最簡單的輸入/輸出控制方法，一般用輸出控制方法，一般用于控制于控制CPU與低速與低速I/O接口之間的信息

9、交換。接口之間的信息交換。 由于這些信號變化緩慢，當(dāng)需要采集這些數(shù)據(jù)時，外部由于這些信號變化緩慢，當(dāng)需要采集這些數(shù)據(jù)時，外部設(shè)備已經(jīng)把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，不需要檢查端口的狀態(tài)，可以立即設(shè)備已經(jīng)把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，不需要檢查端口的狀態(tài)，可以立即采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保持時間相對于采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保持時間相對于CPU的處理時間長得多。的處理時間長得多。 輸入的數(shù)據(jù)不需要加鎖存器而直接用三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)不需要加鎖存器而直接用三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)總線連接，如圖總線連接，如圖6-3所示。所示。圖圖6-3 無條件傳送方式接口電路無條件傳送方式接口電路(a) 無條件傳送的輸入方式；無條件傳送的輸入方式； (b) 無條件傳

10、送的輸出方式無條件傳送的輸出方式 實現(xiàn)無條件輸入的方法是：在程序的恰當(dāng)位置安排輸入實現(xiàn)無條件輸入的方法是：在程序的恰當(dāng)位置安排輸入指令，當(dāng)程序執(zhí)行到這些指令時，外部設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，指令，當(dāng)程序執(zhí)行到這些指令時，外部設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，可在執(zhí)行當(dāng)前指令時間內(nèi)完成接收數(shù)據(jù)的全部過程?？稍趫?zhí)行當(dāng)前指令時間內(nèi)完成接收數(shù)據(jù)的全部過程。 實現(xiàn)無條件輸出的方法是：在程序的恰當(dāng)位置安排實現(xiàn)無條件輸出的方法是：在程序的恰當(dāng)位置安排OUT輸出指令，當(dāng)程序執(zhí)行到這些指令時，將輸出給外部設(shè)備的數(shù)輸出指令，當(dāng)程序執(zhí)行到這些指令時，將輸出給外部設(shè)備的數(shù)據(jù)存入鎖存器。據(jù)存入鎖存器。 如果外部設(shè)備是輸出設(shè)備（例如顯示器）

11、，一般要求接如果外部設(shè)備是輸出設(shè)備（例如顯示器），一般要求接口具有鎖存能力，即要求口具有鎖存能力，即要求CPU送給外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，應(yīng)該在輸送給外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，應(yīng)該在輸出設(shè)備接口電路中保持一段時間，保持時間的長短應(yīng)該和外部出設(shè)備接口電路中保持一段時間，保持時間的長短應(yīng)該和外部設(shè)備的接受動作時間相適應(yīng)。設(shè)備的接受動作時間相適應(yīng)。u 無條件傳送方式（續(xù)）無條件傳送方式（續(xù)）IN AL, 21H 補(bǔ)補(bǔ) 充充 知知 識識 補(bǔ)補(bǔ) 充充 知知 識識u 查詢方式（條件傳送方式）查詢方式（條件傳送方式） 此傳送方式在接口電路中，除具有數(shù)據(jù)緩沖器或數(shù)據(jù)鎖此傳送方式在接口電路中，除具有數(shù)據(jù)緩沖器或數(shù)據(jù)鎖存器外，還具

12、有存器外，還具有外設(shè)狀態(tài)標(biāo)志位外設(shè)狀態(tài)標(biāo)志位，用于反映外部設(shè)備數(shù)據(jù)的情，用于反映外部設(shè)備數(shù)據(jù)的情況。在接口電路中，況。在接口電路中，狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器也占用端口地址號。也占用端口地址號。 使用查詢方式控制數(shù)據(jù)的輸入使用查詢方式控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出，通常要按圖輸出，通常要按圖6-4的流的流程進(jìn)行。首先讀入設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志信息，接著根據(jù)讀入的狀態(tài)信程進(jìn)行。首先讀入設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志信息，接著根據(jù)讀入的狀態(tài)信息進(jìn)行判斷，如果設(shè)備沒有準(zhǔn)備好，則程序轉(zhuǎn)移去執(zhí)行某種操息進(jìn)行判斷，如果設(shè)備沒有準(zhǔn)備好，則程序轉(zhuǎn)移去執(zhí)行某種操作，或循環(huán)回去重新執(zhí)行讀入設(shè)備狀態(tài)信息；如果設(shè)備準(zhǔn)備作，或循環(huán)回去重新執(zhí)行讀入設(shè)備狀態(tài)信息；如

13、果設(shè)備準(zhǔn)備好，則執(zhí)行完成數(shù)據(jù)傳送的好，則執(zhí)行完成數(shù)據(jù)傳送的I/O指令。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，指令。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù)，剛才所操縱的設(shè)備脫離轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù)，剛才所操縱的設(shè)備脫離CPU控制?？刂?。圖圖6-4 查詢方式示意圖查詢方式示意圖補(bǔ)充知識補(bǔ)充知識-查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)u 查詢環(huán)節(jié)查詢環(huán)節(jié) 尋址狀態(tài)口尋址狀態(tài)口 讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位 若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒u 傳送環(huán)節(jié)傳送環(huán)節(jié) 尋址數(shù)據(jù)口尋址數(shù)據(jù)口 是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù) 是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口

14、輸出數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)小結(jié)小結(jié) 小小 結(jié)結(jié)u 查詢方式的優(yōu)點是：可以較好地協(xié)調(diào)外設(shè)與查詢方式的優(yōu)點是：可以較好地協(xié)調(diào)外設(shè)與CPU之間的之間的定時關(guān)系；定時關(guān)系；u 缺點是：缺點是：CPU需要不斷查詢標(biāo)志位的狀態(tài)，這將占用需要不斷查詢標(biāo)志位的狀態(tài)，這將占用CPU較多的時間，尤其是和中速或慢速的外部設(shè)備交換信息較多的時間，尤其是和中速或慢速的外部設(shè)備交換信息時，時，CPU真正花費在傳送數(shù)據(jù)上的時間極少，絕大部分時間都真正花費在傳送數(shù)據(jù)上的時間極少，絕大部分時間都消耗在查詢上。消耗在查詢上。u 對多個外設(shè)的情況，則對多個外設(shè)的情況，則CPU按一定順序依次查詢（按一定順序依次查

15、詢（輪輪詢詢）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 查詢方式的缺點除了占用查詢方式的缺點除了占用CPU較多的工作時間外，還難以較多的工作時間外，還難以滿足實時控制系統(tǒng)對滿足實時控制系統(tǒng)對I/O工作的要求。因為在查詢方式中，工作的要求。因為在查詢方式中，CPU處于主動地位，而外設(shè)接口處于消極被查詢的被動地位。而在處于主動地位，而外設(shè)接口處于消極被查詢的被動地位。而在一般實時控制系統(tǒng)中，外設(shè)要求一般實時控制系統(tǒng)中，外設(shè)要求CPU為它服務(wù)是隨機(jī)的，而且為它服務(wù)是隨機(jī)的，而且支持系統(tǒng)的外設(shè)往往有幾個甚至幾十個，若采用查詢方式工支持系統(tǒng)的外設(shè)往往有幾個甚至幾十個，若采用

16、查詢方式工作，很難實現(xiàn)系統(tǒng)中每一個外設(shè)都工作在最佳工作狀態(tài)。所謂作，很難實現(xiàn)系統(tǒng)中每一個外設(shè)都工作在最佳工作狀態(tài)。所謂工作在最佳狀態(tài)，是指一旦某個外設(shè)請求工作在最佳狀態(tài)，是指一旦某個外設(shè)請求CPU為它服務(wù)時，為它服務(wù)時，CPU應(yīng)該以最快的速度響應(yīng)其請求。這就要求系統(tǒng)中的外設(shè)，應(yīng)該以最快的速度響應(yīng)其請求。這就要求系統(tǒng)中的外設(shè)，具備主動申請具備主動申請CPU為其服務(wù)的權(quán)利。為其服務(wù)的權(quán)利。 引引 言言6.2 I/O接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式 6.2.2 中斷控制方式中斷控制方式 中斷控制的輸入中斷控制的輸入/輸出方式，也稱中斷傳送方式，即當(dāng)輸出方式，也稱中斷傳送方式，即當(dāng)外設(shè)的輸

17、入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或接收數(shù)據(jù)的鎖存器為空時，主動外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或接收數(shù)據(jù)的鎖存器為空時，主動向向CPU發(fā)出中斷請求，使發(fā)出中斷請求，使CPU中斷原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去中斷原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的輸入或輸出操作，服務(wù)完畢，執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的輸入或輸出操作，服務(wù)完畢，CPU再繼再繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。續(xù)執(zhí)行原來的程序。知知 識識 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)-中斷中斷 采用中斷方式，信息的傳送是依賴采用中斷方式，信息的傳送是依賴CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序執(zhí)行中斷服務(wù)程序來完成的，因此每進(jìn)行一次來完成的，因此每進(jìn)行一次I/O操作，都需要操作，都需要CPU暫停執(zhí)行當(dāng)暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，把控制轉(zhuǎn)移到優(yōu)先級最高的前程序，把

18、控制轉(zhuǎn)移到優(yōu)先級最高的I/O程序。在中斷服務(wù)程程序。在中斷服務(wù)程序中，需要有保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的操作，而且序中，需要有保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的操作，而且I/O操作都是操作都是通過通過CPU來進(jìn)行的。來進(jìn)行的。 當(dāng)從存儲器輸出數(shù)據(jù)時，首先需要當(dāng)從存儲器輸出數(shù)據(jù)時，首先需要CPU執(zhí)行傳送指令，將執(zhí)行傳送指令，將存儲器中的數(shù)據(jù)，讀入存儲器中的數(shù)據(jù)，讀入CPU中的通用寄存器中的通用寄存器AL（對于字節(jié)數(shù)（對于字節(jié)數(shù)據(jù)）或據(jù)）或AX（對于字?jǐn)?shù)據(jù)），然后，執(zhí)行（對于字?jǐn)?shù)據(jù)），然后，執(zhí)行OUT指令，把數(shù)據(jù)由指令，把數(shù)據(jù)由通用寄存器通用寄存器AL或或AX傳送到傳送到I/O端口；當(dāng)從端口；當(dāng)從I/O端口向存儲器存端

19、口向存儲器存入數(shù)據(jù)時，過程正相反。入數(shù)據(jù)時，過程正相反。 CPU執(zhí)行執(zhí)行IN指令時，將指令時，將I/O端口數(shù)據(jù)讀入通用寄存器端口數(shù)據(jù)讀入通用寄存器AL或或AX，然后，然后CPU執(zhí)行傳送指令，將執(zhí)行傳送指令，將AL或或AX的內(nèi)容存入存儲的內(nèi)容存入存儲器單元。這樣，每次器單元。這樣，每次I/O操作都需要幾十甚至幾百微秒，對于操作都需要幾十甚至幾百微秒，對于一些高速外設(shè)，如高速磁盤控制器或高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，中一些高速外設(shè)，如高速磁盤控制器或高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，中斷控制方式往往滿足不了它們的需要。為此，提出了斷控制方式往往滿足不了它們的需要。為此，提出了數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)在I/O接口與存儲器之間的傳送，不經(jīng)接口

20、與存儲器之間的傳送，不經(jīng)CPU的干預(yù)，而是在專用的干預(yù)，而是在專用硬件電路的控制下直接傳送。這種方法稱為直接存儲器存取硬件電路的控制下直接傳送。這種方法稱為直接存儲器存?。―irect Memory Access，縮寫為，縮寫為DMA）。）。6.3 簡單簡單I/O接口芯片的應(yīng)用接口芯片的應(yīng)用 6.3.1 常用芯片功能介紹常用芯片功能介紹 目前常用的簡單目前常用的簡單I/O接口芯片有：接口芯片有：74LS244、74LS245、74LS373、Led數(shù)碼管。數(shù)碼管。 74LS244是一個典型的是一個典型的8位單向位單向3態(tài)緩沖驅(qū)動，能提高總線態(tài)緩沖驅(qū)動，能提高總線的驅(qū)動能力，是一種基本的的驅(qū)動能

21、力，是一種基本的I/O接口芯片。接口芯片。74LS244 緩沖器主緩沖器主要用于三態(tài)輸出的地址驅(qū)動器、時鐘驅(qū)動器、總線定向接收器要用于三態(tài)輸出的地址驅(qū)動器、時鐘驅(qū)動器、總線定向接收器和定向發(fā)送器等。和定向發(fā)送器等。 它無鎖存功能，常用作并行輸入口和總線驅(qū)動器，其邏輯它無鎖存功能，常用作并行輸入口和總線驅(qū)動器，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。所示。 74LS244的的8個三態(tài)門分為兩組，每組個三態(tài)門分為兩組，每組4個，分別由和控制。個，分別由和控制。當(dāng)和為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，否則輸出端為高阻狀態(tài)。實際當(dāng)和為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，否則輸出端為高阻狀態(tài)。實際使用中，通常是將兩個控制端并聯(lián)，這樣就

22、可用一個控制信號使用中，通常是將兩個控制端并聯(lián)，這樣就可用一個控制信號來使來使8個三態(tài)門同時導(dǎo)通或同時斷開。個三態(tài)門同時導(dǎo)通或同時斷開。u 單向三態(tài)緩沖器單向三態(tài)緩沖器74LS244（結(jié)合（結(jié)合P248 8.1.2） 圖圖6-7 74LS244的邏輯功能圖的邏輯功能圖1A11A4和和2A12A4是是2組組4位數(shù)據(jù)輸入端，位數(shù)據(jù)輸入端，1Y11Y4和和2Y12Y4是相應(yīng)的兩組輸出端。是相應(yīng)的兩組輸出端。1G圖圖8-2 74LS244功能示意圖（課本功能示意圖（課本P248） 74LS245是是8路路3態(tài)雙向緩沖驅(qū)動，也叫做總線驅(qū)動門電態(tài)雙向緩沖驅(qū)動，也叫做總線驅(qū)動門電路或線驅(qū)動。主要使用在數(shù)據(jù)的

23、雙向緩沖，增強(qiáng)驅(qū)動能力。路或線驅(qū)動。主要使用在數(shù)據(jù)的雙向緩沖，增強(qiáng)驅(qū)動能力。它比它比74LS244增加了一個方向控制端。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖增加了一個方向控制端。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。所示。u 雙向三態(tài)緩沖器雙向三態(tài)緩沖器74LS245（結(jié)合（結(jié)合P248 8.1.3） 圖圖6-8 74LS245的邏輯功能圖的邏輯功能圖 74LS245是一種通用的是一種通用的8位雙向總線數(shù)據(jù)收發(fā)器芯片，常用位雙向總線數(shù)據(jù)收發(fā)器芯片，常用于控制兩組總線數(shù)據(jù)之間傳遞。假設(shè)于控制兩組總線數(shù)據(jù)之間傳遞。假設(shè)A總線與芯片的總線與芯片的A0A7相相連，連，B總線與芯片的總線與芯片的B0B7相連，則芯片既可以控制數(shù)據(jù)從相連，

24、則芯片既可以控制數(shù)據(jù)從A總總線到線到B總線傳遞，也可以控制數(shù)據(jù)從總線傳遞，也可以控制數(shù)據(jù)從B總線到總線到A總線傳遞?？偩€傳遞。圖圖8-3 74LS245功能示意圖（課本功能示意圖（課本P248） 由于三態(tài)門器件沒有數(shù)據(jù)的保持能力，所以它一般只用由于三態(tài)門器件沒有數(shù)據(jù)的保持能力，所以它一般只用作輸入接口，不能直接用作數(shù)據(jù)輸出接口。數(shù)據(jù)輸出接口通常作輸入接口，不能直接用作數(shù)據(jù)輸出接口。數(shù)據(jù)輸出接口通常是用具有信息存儲能力的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)。最簡單的輸出是用具有信息存儲能力的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)。最簡單的輸出接口可用接口可用D觸發(fā)器構(gòu)成。觸發(fā)器構(gòu)成。 74LS273內(nèi)部包含了內(nèi)部包含了8個個D觸發(fā)器

25、，可存放觸發(fā)器，可存放8位二進(jìn)制信位二進(jìn)制信息，具有數(shù)據(jù)鎖存的功能。其中息，具有數(shù)據(jù)鎖存的功能。其中 D7D0 是輸入，是輸入，Q7Q0是輸是輸出，常用來作為并行輸出接口，將出，常用來作為并行輸出接口，將CPU的數(shù)據(jù)傳送到外部的數(shù)據(jù)傳送到外部I/O設(shè)備。其結(jié)構(gòu)和電路連接如圖設(shè)備。其結(jié)構(gòu)和電路連接如圖6-9所示。所示。u 鎖存器鎖存器74LS273圖圖6-9 74LS273的結(jié)構(gòu)原理圖、電路連接圖的結(jié)構(gòu)原理圖、電路連接圖 74LS374 也是經(jīng)常用到的一種電路芯片，從引線上它比也是經(jīng)常用到的一種電路芯片，從引線上它比74LS373多了一個輸出允許端多了一個輸出允許端OE。只有當(dāng)。只有當(dāng)OE0時時

26、 74LS374的的輸出三態(tài)門才導(dǎo)通。當(dāng)輸出三態(tài)門才導(dǎo)通。當(dāng)OE1 時，則呈高阻狀態(tài)。時，則呈高阻狀態(tài)。 74LS374 在用作輸入接口時，端口地址信號經(jīng)譯碼電路接在用作輸入接口時，端口地址信號經(jīng)譯碼電路接到到OE端，外設(shè)數(shù)據(jù)由外設(shè)提供的選通脈沖鎖存在端，外設(shè)數(shù)據(jù)由外設(shè)提供的選通脈沖鎖存在74LS374 內(nèi)部。內(nèi)部。當(dāng)當(dāng) CPU 讀該接口時，譯碼器輸出低電平，使讀該接口時，譯碼器輸出低電平，使74LS374的輸出三的輸出三態(tài)門打開，讀出外設(shè)的數(shù)據(jù)；如果用做輸出接口，也可將態(tài)門打開，讀出外設(shè)的數(shù)據(jù)；如果用做輸出接口，也可將OE端端接地，使其輸出三態(tài)門一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣就與接地，使其輸出三態(tài)門

27、一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣就與74LS273一樣使用了。用一樣使用了。用 74LS374作為輸入和輸出接口的電路，如圖作為輸入和輸出接口的電路，如圖6-10和圖和圖6-11所示。所示。 u 鎖存器鎖存器74LS374圖圖6-10 74LS374作為輸出接口作為輸出接口圖圖6-11 74LS374用作輸入接口用作輸入接口 LED數(shù)碼顯示器是一種由數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。的顯示器件。 它使用了它使用了8個個LED發(fā)光二極管，其中發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段發(fā)光

28、二極管數(shù)碼顯示器。段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。u LED數(shù)碼管數(shù)碼管 LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：數(shù)碼顯示器有兩種連接方法： 共陽極接法共陽極接法: 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。端相連。 共陰極接法共陰極接法: 發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。相連。VCC 由于發(fā)光二

29、極管發(fā)光時，通過的平均電流為由于發(fā)光二極管發(fā)光時，通過的平均電流為1020mA，而通常的輸出鎖存器不能提供這么大的電流，所以而通常的輸出鎖存器不能提供這么大的電流，所以LED數(shù)碼數(shù)碼管各段必須管各段必須接驅(qū)動電路接驅(qū)動電路，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。限流電阻。 為了顯示字符，要為為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或稱顯示器提供顯示段碼（或稱字字形代碼形代碼），組成一個），組成一個“8”字形字符的字形字符的7段，再加上段，再加上1個小數(shù)點

30、個小數(shù)點位，共計位，共計8段，因此提供給段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為顯示器的顯示段碼為1個字個字節(jié)。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如表節(jié)。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如表6-1所示。所示。表表6-1 LED數(shù)碼管各段碼位對應(yīng)關(guān)系數(shù)碼管各段碼位對應(yīng)關(guān)系 要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或者字符必須使段數(shù)據(jù)口輸要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或者字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。如表出相應(yīng)的字形編碼。如表6-2所示，字型碼各位定義如下：數(shù)所示，字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)線據(jù)線D0與與a字段對應(yīng)，字段對應(yīng)，D1字段與字段與b字段對應(yīng)字段對應(yīng).，依次類推。如，依次類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表

31、示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗，表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如顯示表示對應(yīng)字段亮。如顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編，共陽極數(shù)碼管的字型編碼為：碼為：11000000B（即（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼為：）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼為：00111111B（即（即3FH）。依次類推可求得數(shù)碼管字型編碼如表）。依次類推可求得數(shù)碼管字型編碼如表6-2所示。所示。表表6-2 LED數(shù)碼管字型編碼表數(shù)碼管字型編碼表 對于對于多位數(shù)碼顯示器多位數(shù)碼顯示器來說，為了簡化線

32、路、降低成本，來說，為了簡化線路、降低成本，往往采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼往往采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。如前所述，由于各位數(shù)碼管器，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。如前所述，由于各位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種字符。對于這種接口電路來說，其顯示方法有字符。對于這種接口電路來說，其顯示方法有靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示和和動動態(tài)顯示態(tài)顯示兩種。兩種。 定義：當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管定義：當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。

33、恒定地導(dǎo)通或截止。 特點：每一位都需要有一個特點：每一位都需要有一個8位的輸出口控制，所以占用位的輸出口控制，所以占用硬件多，一般用于顯示器位數(shù)較小的場合。硬件多，一般用于顯示器位數(shù)較小的場合。 為了將一個十六進(jìn)制數(shù)在一個為了將一個十六進(jìn)制數(shù)在一個LED上顯示出來，就需要上顯示出來，就需要將十六進(jìn)制數(shù)譯為將十六進(jìn)制數(shù)譯為LED的的7位顯示代碼。一種方法是采用專用位顯示代碼。一種方法是采用專用的帶驅(qū)動的的帶驅(qū)動的LED段譯碼器，實現(xiàn)段譯碼器，實現(xiàn)硬件譯碼硬件譯碼；另一種常用的方；另一種常用的方法是法是軟件譯碼（常用）軟件譯碼（常用）。 u 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示圖圖6-14 7段段LED數(shù)碼管及按鈕的

34、一種接口電路數(shù)碼管及按鈕的一種接口電路 定義：就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。對于每一位顯示定義：就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。器來說，每隔一段時間點亮一次。 一般實際使用時，往往要用幾個數(shù)碼管實現(xiàn)多位顯示。這時，如果每一一般實際使用時，往往要用幾個數(shù)碼管實現(xiàn)多位顯示。這時，如果每一個數(shù)碼管占用一個獨立的輸出端口，那么將占用太多的端口；而且驅(qū)動電路的個數(shù)碼管占用一個獨立的輸出端口，那么將占用太多的端口；而且驅(qū)動電路的數(shù)目也很多。所以，要從硬件和軟件兩方面想辦法節(jié)省硬件電路。數(shù)目也很多。所以，要從硬件和軟件兩方面想辦法節(jié)省硬件電路

35、。 圖圖6-15是多位數(shù)碼管顯示的接口電路，這是一種常用的方案。在這種方案是多位數(shù)碼管顯示的接口電路，這是一種常用的方案。在這種方案中，硬件上用公共的驅(qū)動電路來驅(qū)動各數(shù)碼管；軟件上用掃描方法實現(xiàn)數(shù)字顯中，硬件上用公共的驅(qū)動電路來驅(qū)動各數(shù)碼管；軟件上用掃描方法實現(xiàn)數(shù)字顯示。采用掃描的方式驅(qū)動多位示。采用掃描的方式驅(qū)動多位7段段LED數(shù)碼管，節(jié)省驅(qū)動電路，降低功耗，保數(shù)碼管，節(jié)省驅(qū)動電路，降低功耗，保證一定的掃描循環(huán)頻率，得到較好的顯示質(zhì)量。證一定的掃描循環(huán)頻率，得到較好的顯示質(zhì)量。 各位各位7段段LED數(shù)碼管公用一個段驅(qū)動器、一個段碼鎖存器，為段驅(qū)動器提數(shù)碼管公用一個段驅(qū)動器、一個段碼鎖存器，為

36、段驅(qū)動器提供邏輯輸入。每位供邏輯輸入。每位7段段LED數(shù)碼管的公共端連接一個位驅(qū)動器，控制各位數(shù)碼數(shù)碼管的公共端連接一個位驅(qū)動器，控制各位數(shù)碼管的點燃。位驅(qū)動器由一個位碼鎖存器提供輸入邏輯電平。顯示器在系統(tǒng)中占管的點燃。位驅(qū)動器由一個位碼鎖存器提供輸入邏輯電平。顯示器在系統(tǒng)中占用兩個端口號：用兩個端口號：段碼口與位碼口段碼口與位碼口。u 動態(tài)顯示動態(tài)顯示圖圖6-15 多位數(shù)碼管顯示的一種接口電路多位數(shù)碼管顯示的一種接口電路 綜上所述，只要綜上所述，只要CPU通過段控制端口送出段代碼，然后通過位控制端通過段控制端口送出段代碼，然后通過位控制端口送出位代碼，指定的數(shù)碼管便顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果口送出

37、位代碼，指定的數(shù)碼管便顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果CPU順序地輸出段順序地輸出段碼和位碼，依次讓每個數(shù)碼管顯示數(shù)字，并不斷地重復(fù)，當(dāng)重復(fù)頻率達(dá)到碼和位碼，依次讓每個數(shù)碼管顯示數(shù)字，并不斷地重復(fù)，當(dāng)重復(fù)頻率達(dá)到一定程度，利用一定程度，利用人眼的視覺暫留特性人眼的視覺暫留特性，從數(shù)碼管上便可見到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)，從數(shù)碼管上便可見到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。字顯示。 上述多位顯示電路中，往往要用軟件完成段譯碼，并花費上述多位顯示電路中，往往要用軟件完成段譯碼，并花費CPU大量時大量時間去重復(fù)掃描每個數(shù)碼管。為此，程序設(shè)計時可以開辟一個間去重復(fù)掃描每個數(shù)碼管。為此，程序設(shè)計時可以開辟一個BuFF緩沖區(qū)，緩沖區(qū)，存放要顯

38、示的數(shù)字，第一個數(shù)字在最左邊的數(shù)碼管顯示，下一個數(shù)字送到存放要顯示的數(shù)字，第一個數(shù)字在最左邊的數(shù)碼管顯示，下一個數(shù)字送到左邊第二個數(shù)碼管顯示，依此類推。另外，還需要建立一個顯示代碼表左邊第二個數(shù)碼管顯示，依此類推。另外，還需要建立一個顯示代碼表TABLE，從前向后依次存放，從前向后依次存放0-F對應(yīng)的對應(yīng)的7段顯示代碼。顯示代碼是和硬件段顯示代碼。顯示代碼是和硬件連接有關(guān)的，在圖連接有關(guān)的，在圖6-15所示的接口電路中，數(shù)字所示的接口電路中，數(shù)字0的顯示代碼為的顯示代碼為COH，l的的顯示代碼為顯示代碼為F9H 。6.3 簡單簡單I/O接口芯片的應(yīng)用接口芯片的應(yīng)用 6.3.2 簡單簡單I/O接

39、口設(shè)計應(yīng)用接口設(shè)計應(yīng)用例例6-2 編寫程序判斷圖編寫程序判斷圖6-16中的開關(guān)狀態(tài)。如果中的開關(guān)狀態(tài)。如果 K0K2 開開關(guān)閉合，則其余開關(guān)斷開，則程序轉(zhuǎn)向標(biāo)號為關(guān)閉合，則其余開關(guān)斷開，則程序轉(zhuǎn)向標(biāo)號為KEY1的程序的程序段執(zhí)行；如果段執(zhí)行；如果 K3K6 開關(guān)閉合，則其余開關(guān)斷開，轉(zhuǎn)向開關(guān)閉合，則其余開關(guān)斷開，轉(zhuǎn)向標(biāo)號為標(biāo)號為KEY2的程序段執(zhí)行。另外，由圖的程序段執(zhí)行。另外，由圖6-16可以看出，當(dāng)可以看出，當(dāng)開關(guān)閉合時輸入低電平。開關(guān)閉合時輸入低電平。圖圖6-16 三態(tài)門輸入接口三態(tài)門輸入接口 在圖在圖6-16中，三態(tài)門中，三態(tài)門74LS244采用部分地址譯碼采用部分地址譯碼-地址線地址

40、線A1和和A0未參加譯碼，故它所占的地址為未參加譯碼，故它所占的地址為83FCH83FFH?？伞？梢杂闷渲腥魏我粋€地址，而其他重疊的以用其中任何一個地址，而其他重疊的3個地址空著不用。個地址空著不用。6.4 直接存儲器（直接存儲器（DMA）存儲方式）存儲方式 6.4.1 DMA概述概述 用用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時，在存儲器和外部設(shè)備之間，直方式傳送數(shù)據(jù)時，在存儲器和外部設(shè)備之間，直接開辟高速的數(shù)據(jù)傳送通路。數(shù)據(jù)傳送過程不要接開辟高速的數(shù)據(jù)傳送通路。數(shù)據(jù)傳送過程不要CPU介入，介入，只用一個總線周期，就能完成存儲器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)只用一個總線周期，就能完成存儲器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。因此，數(shù)據(jù)傳送速度僅受存儲器的存取速度和外部設(shè)傳送。因此，數(shù)據(jù)傳送速度僅受存儲器的存取速度和外部設(shè)備傳輸特性的限制。備傳輸特性的限制。 DMA傳送包括：傳送包括：RAMI/O端口的端口的DMA讀傳送；讀傳送；I/O端口端口RAM的的DMA寫傳送；寫傳送；RAMRAM的存儲單元傳送。的存儲單元傳送。DMA傳送過程如