微機(jī)原理與接口技術(shù)-并行輸入輸出接口課件

微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則對不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人。“穩(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對你的記憶，我不求天長地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則對不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人。“穩(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對你的記憶，我不求天長地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。第五章并行輸入輸出接口第一節(jié)I/O接口的基本概念一、I/O接口的基本功能1、I/O接口的作用 ⑴解決高速主機(jī)與低速外圍設(shè)備間的矛盾，即速度配合；⑵處理外圍設(shè)備與CPU之間的不同的信息格式即信號格式配合；⑶使主機(jī)與外設(shè)協(xié)調(diào)工作，即時(shí)序配合；⑷外設(shè)和主機(jī)在信號電平一致，即電平配合。2、I/O接口傳送信息的類型I/O接口傳送的信息可分為三類：數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)信息和控制信息。⑴數(shù)據(jù)信息：數(shù)據(jù)信息可分為四種①數(shù)字量，二進(jìn)制數(shù)據(jù)，最小單位是一個(gè)bit(位)，還有字節(jié)、字等。②模擬量，現(xiàn)場信號大多是由傳感器來的模擬電壓或電流，他們必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，有些接口有處理模擬量的電路，稱為模擬接口。③開關(guān)量，開關(guān)量只有兩種狀態(tài)，即“開”或“關(guān)”，可用一位二進(jìn)制數(shù)表示，如“1”表示“開”，“0”表示“關(guān)”。④脈沖量，脈沖量是以脈沖形式表示的一種信號，如計(jì)算機(jī)中用到的定時(shí)脈沖或控制脈沖等。⑵狀態(tài)信息：狀態(tài)信息是反映外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)，以作為CPU與外設(shè)間可靠交換數(shù)據(jù)的條件。當(dāng)輸入微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則1微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件2微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件3微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件4微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件5

圖5.1接口電路的基本結(jié)構(gòu)圖5.1接口電路的基本結(jié)6

三、I/O端口的編址方式

1、I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址該方式是將存儲(chǔ)器地址空間的一部分作為I/O設(shè)備的地址空間，所以I/O端口地址也是一個(gè)存儲(chǔ)器地址。優(yōu)點(diǎn)是CPU訪問存儲(chǔ)器的指令都可以訪問I/O端口，不需要專門的I/O指令。二是使I/O控制邏輯簡單，其引腳減少。缺點(diǎn)是I/O端口占用了一部分存儲(chǔ)器空間；二是訪存指令通常比專用的I/O指令長，所以執(zhí)行時(shí)間較長。MOTOROLA的微機(jī)系列如MC6800系列，MC68000系列都采用這一方法。APPLE公司如6502系列也采用這一方法。三、I/O端口的編址方式72、I/O端口和存儲(chǔ)器單獨(dú)編址

基本想法是I/O端口地址和存儲(chǔ)器地址分開，單獨(dú)編址，在指令系統(tǒng)中分別設(shè)立存儲(chǔ)器讀寫指令和I/O端口讀寫指令。在地址總線上的地址信息究竟是存儲(chǔ)器地址還是I/O地址，一般是在CPU上設(shè)置專門的控制線，如=1為I/O操作，=0為存儲(chǔ)器操作。優(yōu)點(diǎn)：I/O端口不占用存儲(chǔ)器地址空間；單獨(dú)I/O指令比較短，地址譯碼方便，指令執(zhí)行速度快。缺點(diǎn)：需要單獨(dú)的I/O指令，這些指令一般功能簡單，通常只有讀寫功能；需專門的I/O控制線，增加了CPU本身控制邏輯的復(fù)雜性。Intel系列和Zilog系列采用此方法。2、I/O端口和存儲(chǔ)器單獨(dú)編址8四、I/O接口的地址分配

每臺(tái)微機(jī)都給I/O端口分配相應(yīng)的端口地址。IBM/PC-XT使用10位地址作為I/O端口地址，即可用端口有1024個(gè)，以后的PC機(jī)（8086）用16位地址作為I/O端口地址，即可用端口有65536個(gè)。可用測試工具QAPLUS等軟件檢測系統(tǒng)配置及其端口地址使用情況；也可查閱每臺(tái)機(jī)器的硬件手冊。

五、I/O端口地址的譯碼及片選信號的產(chǎn)生

I/O端口地址的生成一般是由地址信號A9-A0的高位產(chǎn)生譯碼的片選信號CS，低位產(chǎn)生片內(nèi)的寄存器地址。在I/O操作時(shí)，CPU執(zhí)行IN或OUT指令，首先是端口地址有效，然后是IOR或IOW有效。

四、I/O接口的地址分配91、利用門電路進(jìn)行譯碼如圖5.2所示，端口地址為348H-34FH，由于A0-A2三位地址沒有參加譯碼，所以一個(gè)片選信號占用8個(gè)地址單元。實(shí)際上這低三位地址加到芯片上，產(chǎn)生片內(nèi)寄存器的地址。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A01101001×××

2、用集成譯碼器進(jìn)行譯碼如圖5.3所示，使用74LS138集成譯碼器譯出8個(gè)端口地址。由于所有A0-A9地址線都參加譯碼，所以稱1、利用門電路進(jìn)行譯碼如圖5.2所示，端口地址為10

為全譯碼，這時(shí)每條線對應(yīng)一個(gè)端口地址。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=11,0101,1×××1101011×××=358-F為全譯碼，這時(shí)每條線對應(yīng)一個(gè)端口地址。A9A8A711

3、開關(guān)式可選擇譯碼電路

3、開關(guān)式可選擇譯碼電路12如果用戶希望譯碼器能適應(yīng)不同的地址分配場合，則可采用開關(guān)式地址可選擇譯碼電路，如圖5.4所示。電路用DIP開關(guān)選擇地址，并使用了一片74LS688八位數(shù)據(jù)比較器。當(dāng)輸入端P0-P7的地址與設(shè)置端Q0-Q7的狀態(tài)一致時(shí)，輸出P=Q為低，其輸出控制地址譯碼芯片74LS138的譯碼。圖中，上面一片74LS138產(chǎn)生讀端口地址，下面一片74LS138產(chǎn)生寫端口地址，這樣使8個(gè)口地址作16個(gè)口地址用。此電路必須A9=1，AEN=0時(shí)才能有效譯碼。（AEN=0是CPU控制總線，AEN=1時(shí)DMA控制總線)。

4、使用可編程芯片進(jìn)行地址譯碼

目前大多數(shù)地址譯碼采用可編程芯片，如GAL或PAL器件。把譯碼電路的邏輯關(guān)系按說明文件格式寫入一文件，然后用編程器把邏輯關(guān)系寫入GAL器件中。如果用戶希望譯碼器能適應(yīng)不同的地址分配場合，則13第二節(jié)I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式

CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的方式通常有3種，即程序控制方式，中斷控制方式和直接存儲(chǔ)器方式（DMA）。一、程序控制方式

程序傳送是指CPU與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)在程序控制（即IN或OUT指令控制）下進(jìn)行。

1、無條件傳送這種方式適合于外設(shè)總是處于準(zhǔn)備好的情況，因此程序不必檢查外設(shè)的狀態(tài)。如圖5.5所示，端口地址譯碼器產(chǎn)生選通信號，RD信號為讀，WR信號為寫，開放三態(tài)緩沖器（讀）或?qū)懭腈i存器，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀或?qū)?。第二?jié)I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式CPU與外設(shè)之間數(shù)14

圖5.5無條件傳送方式圖5.5無條件15

例1：一個(gè)采用無條件傳送的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖5.6無條件輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)例1：一個(gè)采用無條件傳送的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖5.6無條件16

這是一個(gè)16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的8個(gè)模擬量，由繼電器繞組P0、P1、…、P7分別控制觸點(diǎn)K0、K1、…、K7逐個(gè)接通。每次采樣轉(zhuǎn)換成16位BCD碼，高8位和低8位通過兩個(gè)端口（端口地址為11H和10H）輸入到計(jì)算機(jī)。CPU通過端口20H輸出控制信號，以控制繼電器的吸合，實(shí)現(xiàn)采集不同通道的模擬量。采集過程如下：（1）先斷開所有的繼電器觸點(diǎn)，不采集數(shù)據(jù)；（2）延遲一段時(shí)間后，使K0閉合，采集第1個(gè)通道的模擬量，并保持一段時(shí)間，以使數(shù)字電壓表將模擬電壓轉(zhuǎn)換為16位BCD碼；（3）分別將高8位與低8位BCD碼存入內(nèi)存，并轉(zhuǎn)存到DSTOR開始的數(shù)據(jù)區(qū)；（4）利用移位與循環(huán)實(shí)現(xiàn)8個(gè)模擬量的依次采集和存儲(chǔ)。這是一個(gè)16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的8個(gè)模擬17

數(shù)據(jù)采集程序如下： START： MOV DX，0100H ；01H置吸合第一個(gè)繼電器 ；00斷開所有繼電器代碼 LEA BX，DSTOR ；置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址指針 XOR AL，AL ；清AL和CF AGAIN： MOV AL，DL OUT 20H，AL ；斷開所有繼電器 CALL NEARDELAY1 ；繼電器觸點(diǎn)釋放時(shí)間 MOV AL，DH OUT 20H，AL ；先使P0吸合 CALL NEARDELAY2 ；繼電器觸點(diǎn)閉合和轉(zhuǎn)換時(shí)間 IN AL，10H ；輸入低8位 IN AH，11H ；輸入高8位 MOV [BX]，AX ；存入內(nèi)存 INC BX ；地址指針加2 INC BX RCL DH，1 ；DH帶進(jìn)位循環(huán)左移一位 JNC AGAIN ；8個(gè)通道完了嗎？沒有，循環(huán) DONE：… ；已完，則執(zhí)行其他程序 數(shù)據(jù)采集程序如下：18

2、程序查詢傳送方式⑴程序查詢式輸入圖5.7查詢式輸入的接口電路2、程序查詢傳送方式圖5.7查詢式輸入的接口電路19

如圖5.7所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷READY是否為1？即是否準(zhǔn)備好，若已準(zhǔn)備好，則讀入數(shù)據(jù)。查詢部分程序如下： POLL:in al,status_port ；讀狀態(tài)端口的信息 test al,80H ；設(shè)READY信息在D7位 je POLL ；D7=1未就緒，則循環(huán)再查 in al,data_port ；已就緒，則讀入數(shù)據(jù)其中：status_port是狀態(tài)口地址，data_port是數(shù)據(jù)口地址。⑵查詢式輸出如圖5.8所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷BUSY是否為1？BUSY=0表示外設(shè)不忙，則CPU執(zhí)行輸出指令如圖5.7所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷READ20

，輸出數(shù)據(jù)到外設(shè)。圖5.8查詢式輸出接口電路，輸出數(shù)據(jù)到外設(shè)。圖5.8查詢式輸出接口電路21

查詢式輸出的部分程序如下：POLL: in al,ststus_port ；讀狀態(tài)口，查D7位 test al,80H je POLL ；D7=1即忙線=1，則循環(huán) mov al,store ；否則外設(shè)空閑，從內(nèi)存取數(shù) out data_port,al ；輸出到外設(shè)的數(shù)據(jù)口3、一個(gè)查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖5.9所示，有8個(gè)模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，8個(gè)模擬量經(jīng)多路開關(guān)選擇其中一路，每次一個(gè)模擬量到A/D轉(zhuǎn)換器；同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器由端口4輸出的D4控制啟動(dòng)與停止。A/D轉(zhuǎn)換器的READY信號由端口2的D0輸出至CPU數(shù)據(jù)總線；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由端口3輸至數(shù)據(jù)總線。查詢式輸出的部分程序如下：22圖5.9查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這里用到三個(gè)端口地址，端口2為狀態(tài)口，端口3為數(shù)據(jù)口，端口4為控制口用于選擇那一路。圖5.9查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這里用到三個(gè)端口地址，端口2為23數(shù)據(jù)采集過程的程序如下：START:mov dl,0F8H ；設(shè)置啟動(dòng)信號，低3位選通多路開關(guān) mov ax,segdstor；設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址指針 mov es,ax ；段地址送es lea di,dstor ；偏移地址送diAGAIN:mov al,dl and al,0efH ；使D4=0 out 04,al ；停止A/D轉(zhuǎn)換 call delay ；等待停止A/D轉(zhuǎn)換操作完成 mov al,dl ；使al=0F8H，D4=1 out 04，Al ；選輸入通道并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換POLL: in al,02 ；從02端口輸入狀態(tài)信息 shr al,1 ；查AL的D0 jnc POLL ；判READY=1?若D0=0，未準(zhǔn)備好，則循環(huán) in al,03 ；若已準(zhǔn)備好，則經(jīng)端口3輸入采樣數(shù)據(jù)到AL STOSB ；輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至內(nèi)存單元，地址指針自動(dòng)加1 inc dl ；輸入模擬通道號加1 jne AGAIN ；8個(gè)模擬量未完則循環(huán) … ；輸入已完，執(zhí)行別的程序數(shù)據(jù)采集過程的程序如下：24

二、中斷傳送

程序查詢傳送方式明顯的缺點(diǎn)是CPU利用率低，不能滿足實(shí)時(shí)輸入輸出的需要，中斷方式可以較好地解決這一問題。所謂中斷是指程序運(yùn)行中出現(xiàn)了某種緊急事件，CPU必須中止現(xiàn)正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理該緊急事件（執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序），并在處理完后返回原運(yùn)行的程序的過程。完整的中斷處理過程包括中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。為了使中斷服務(wù)程序不影響主程序的執(zhí)行，需把主程序斷點(diǎn)處的有關(guān)寄存器的內(nèi)容保存下來，稱之為保護(hù)現(xiàn)場；在中斷服務(wù)程序操作完成后再恢復(fù)這些寄存器的內(nèi)容，稱之為恢復(fù)現(xiàn)場。用中斷方式時(shí)，外設(shè)處于就緒狀態(tài)時(shí)，例如輸入設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，二、中斷傳送25或輸出設(shè)備不忙可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫停當(dāng)前執(zhí)行的主程序進(jìn)入中斷響應(yīng)，與外設(shè)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換，操作完成后再繼續(xù)執(zhí)行原來的主程序。通常CPU在執(zhí)行每一條指令的末尾處會(huì)檢查外設(shè)是否有中斷請求（這種查詢是由硬件完成的，不占用CPU的工作時(shí)間），如果有，在中斷允許（即IF=1）的情況下，CPU將保留下一條指令的地址（斷點(diǎn)）和當(dāng)前標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，操作完成后恢復(fù)斷點(diǎn)和標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷方式的優(yōu)點(diǎn)很明顯，大大提高了CPU的工作效率，而且外設(shè)有申請中斷服務(wù)的主動(dòng)權(quán)。有關(guān)中斷的詳細(xì)工作情況將在第六章中介紹?；蜉敵鲈O(shè)備不忙可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便向CPU發(fā)出中斷請求，26三、DMA方式

利用程序中斷方式，雖然可以提高CPU的工作效率，但它仍需要由程序來傳送數(shù)據(jù)，并在中斷處理時(shí)要“保護(hù)現(xiàn)場”和“恢復(fù)現(xiàn)場”等，要占用一定時(shí)間，是每傳送一個(gè)字節(jié)大約要幾十微秒到幾百微秒，這對于高速外設(shè)就顯得太慢了。DMA方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O交換的傳送方式，它讓外設(shè)接口與內(nèi)存直接進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)交換，而不必經(jīng)過CPU，實(shí)現(xiàn)對存儲(chǔ)器的直接存取。這種專門的硬件叫DMA控制器，簡稱DMAC，如圖5.10。三、DMA方式27

如圖所示，當(dāng)接口準(zhǔn)備好就向DMAC發(fā)DMA請求，接著CPU通過HOLD引腳接收DMAC發(fā)出的總線請求；CPU在完成當(dāng)前總線操如圖所示，當(dāng)接口準(zhǔn)備好就向DMAC發(fā)DMA請求，接著CPU28作后，就發(fā)出HLDA的總線響應(yīng)信號給DMAC，DMAC收到此信號后便接管對總線的控制權(quán)，開始DMA操作。當(dāng)DMA傳送結(jié)束，DMAC將HOLD信號變成低電平，并放棄對總線的控制權(quán)。CPU檢測到HOLD為低后，也將HLDA變成低，并恢復(fù)對總線的控制權(quán)。第三節(jié)DMA傳輸和控制器參見課本P289-298頁。作后，就發(fā)出HLDA的總線響應(yīng)信號給DMAC，DMAC29第五節(jié)并行通信及接口電路通用接口可分為并行接口和串行接口兩大類。并行傳送是把一個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)用多條信號線同時(shí)進(jìn)行傳輸，即并行接口是按字節(jié)傳送的；串行接口和CPU之間按并行傳送，而和外設(shè)之間是一個(gè)二進(jìn)制位一個(gè)二進(jìn)制位的傳送，即串行接口是按位傳送的。參見圖5.11所示。一、并行接口的組成及其與CPU和外設(shè)的連接

1、并行接口的基本組成（如圖5.12所示）⑴兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有緩沖能力的數(shù)據(jù)寄存器第五節(jié)并行通信及接口電路通用接口可分為并行接口30微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件31

⑵可供CPU訪問的控制及狀態(tài)寄存器⑶片選和內(nèi)部控制邏輯電路⑷與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制和聯(lián)絡(luò)信號線⑸與CPU用中斷方式傳送數(shù)據(jù)的相關(guān)中斷控制2、與CPU的連接與CPU的連接主要是雙向數(shù)據(jù)總線，讀、寫控制線，復(fù)位信號，中斷請求以及狀態(tài)信號和地址譯碼產(chǎn)生的片選信號。3、與外設(shè)的連接與輸入設(shè)備的連接：并行輸入數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號（輸入準(zhǔn)備好和輸入回答信號）；與輸出設(shè)備的連接：并行輸出數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號（輸出準(zhǔn)備好和輸出回答信號）；⑵可供CPU訪問的控制及狀態(tài)寄存器32微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件33二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程

1、數(shù)據(jù)輸入⑴外設(shè)將數(shù)據(jù)傳送到并行接口，同時(shí)給出“輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號；⑵接口把數(shù)據(jù)接收到輸入緩沖寄存器，給出“輸入回答”信號（高電平）到外設(shè)；⑶若采用中斷方式，則接口向CPU發(fā)中斷請求信號，并使?fàn)顟B(tài)寄存器中的“輸入緩沖器滿”位置1（也可以用查詢方式）；⑷CPU響應(yīng)接口的中斷請求（或查詢相應(yīng)的狀態(tài)位），在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行IN指令讀取接口中的數(shù)據(jù)；⑸接口給外設(shè)的“輸入回答”信號變成低，通知外設(shè)可以輸入新的數(shù)據(jù)，此后轉(zhuǎn)到⑴開始下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸入過程。2、數(shù)據(jù)輸出⑴CPU執(zhí)行OUT指令把數(shù)據(jù)寫到接口（中斷或查詢都可以）；

二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程34

⑵接口向外設(shè)發(fā)出“輸出準(zhǔn)備好”信號，通知外設(shè)可以把數(shù)據(jù)取走；⑶外設(shè)取走數(shù)據(jù)后，向接口發(fā)“輸出回答”信號；⑷接口向CPU發(fā)出新的中斷請求，并使?fàn)顟B(tài)寄存器中的“輸出緩沖器空“位置1，要求CPU輸出新的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到⑴，開始下一輸出過程。

第六節(jié)可編程并行通信接口片8255A一、8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能1、8255的引腳

參見圖5.13(a)，共有40條引線。電源與地線2條；與外設(shè)相連的有24條；與CPU相連的有14條。⑵接口向外設(shè)發(fā)出“輸出準(zhǔn)備好”信號，通知外設(shè)可以把數(shù)據(jù)35

圖5.138255引腳和功能示意圖圖5.138255引腳和功能示意36

2、8255的功能如圖5.13(b)所示，接口的左邊與CPU連接，右邊與外設(shè)連接，有A、B、C三個(gè)8位端口，而C口可分成兩個(gè)4位的端口。每個(gè)端口都可以通過編程設(shè)定為輸入端口或輸出端口，但有各自不同的方式和特點(diǎn)。端口C可以獨(dú)立使用，但通常是配合端口A和端口B工作，為這兩個(gè)端口的輸入輸出提供聯(lián)絡(luò)信號。2、8255的功能37二、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖

如圖5.14所示，8255A由以下幾部分組成。1、數(shù)據(jù)總線緩沖器這是一個(gè)8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，是8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，是它們之間互相交換信息的必經(jīng)之路。2、并行輸入輸出端口A、端口B、端口C端口A和端口B是一樣的8位端口，可以作為輸入口或輸出口，并有數(shù)據(jù)鎖存功能。端口C作為輸入口時(shí)，對數(shù)據(jù)不鎖存，而作為輸出口時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。

端口C可以獨(dú)立作為輸入或輸出端口，也可分成兩個(gè)4位的端口，分別用來為端口A和端口B提供控制和狀態(tài)信息。二、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖38微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件393、A組控制和B組控制端口A與端口C的高4位（PC7-PC4）構(gòu)成A組，端口B與端口C的低4位（PC3-PC0）構(gòu)成B組。他們各有一個(gè)控制單元接收來自讀寫控制部件的命令和CPU通過數(shù)據(jù)總線送來的控制字，并根據(jù)控制字來定義各端口的操作方式。4、讀寫控制部件該部件用于接收CPU的控制命令，根據(jù)這些命令向片內(nèi)各功能部件發(fā)出操作命令。共有6個(gè)信號，CS是片選信號，通常由高位地址譯碼產(chǎn)生；RD和WR是CPU來的讀寫信號；RESET是復(fù)位信號，復(fù)位后，清除所有寄存器內(nèi)容，并將各端口置成輸入方式；A1、A0為地址信號，用于選擇8255內(nèi)部的端口。這6個(gè)信號的組合所完成的操作如下表所示?？梢钥闯?，CPU要求8255有4個(gè)端口地址，通常A1、A0直接和地址總線的AD1、AD0相連，這時(shí)4個(gè)地址是連續(xù)的。3、A組控制和B組控制40

表5-1：8255A的操作

A1A0RDWRCS操作00010端口A數(shù)據(jù)送CPU（輸入）01010端口B數(shù)據(jù)送CPU（輸入）10010端口C數(shù)據(jù)送CPU（輸入）11010非法操作00100CPU數(shù)據(jù)送端口A（輸出）01100CPU數(shù)據(jù)送端口B（輸出）10100CPU數(shù)據(jù)送端口C（輸出）11100CPU數(shù)據(jù)送控制口××110數(shù)據(jù)總線浮空××××1未選中該8255，數(shù)據(jù)總線浮空表5-1：8255A的操作A1A0RDWRCS41

三、8255A的控制字

1、三種工作方式

三、8255A的控制字42

如圖5.15所示，將控制字寫入控制字寄存器，設(shè)置端口的工作方式，8255A有三種工作方式。⑴方式0：基本輸入輸出方式⑵方式1：選通輸入輸出方式⑶方式2：雙向輸入輸出方式端口A可處于三種方式的任一種；端口B只能工作在方式0和方式1；端口C可工作在方式0，但通常C口被分成兩組，A組（A口與PC7-PC4）和B組（B口與PC3-PC0），用于傳送數(shù)據(jù)和控制信息。2、方式選擇控制字方式選擇控制字用于定義端口的工作方式，控制字有8位，每一位的定義如圖5.16所示。例如：方式選擇控制字83H=10000011A口方式0，輸出方式；B口方式0，輸入方式；C口分為兩組，PC7-PC4方式0，輸出，PC3-PC0方式0，輸入。如圖5.15所示，將控制字寫入控制字寄存器，設(shè)置端口的43

若控制字寄存器的口地址是D6H，則 mov AL, 83H out 0D6H, AL若控制字寄存器的口地址是D6H，則44

3、C口置位復(fù)位控制字此控制字只對C口有效，該控制字緊跟在方式控制字后定義，它被寫入控制口，不是寫入C口。如圖5.17所示。在方式1和方式2時(shí)要用到這個(gè)控制字。

3、C口置位復(fù)位控制字45

四、8255A的工作方式

1、工作方式0四、8255A的工作方式46如圖5.18所示，8255工作在方式0只完成簡單的并行輸入輸出。方式0的控制字如圖5.18A所示，最高3位是100，其它D2位為0，D4、D3、D1、D0這4位可為任意，他們有16種組合。如圖5.18所示，8255工作在方式0只完472、工作方式1

這種方式與方式0的區(qū)別在于數(shù)據(jù)輸入輸出要在選通信號控制下進(jìn)行，如圖5.19所示。⑴輸入操作：其控制信號如下：①STB，選通信號，由外部輸入，低電平有效，該信號有效時(shí)將外部數(shù)據(jù)鎖存到所選端口的輸入鎖存器中。STBA—PC4;STBB—PC2

，此信號由C口的PC4和PC2輸入。②IBF，輸入緩沖器滿信號，向外部輸出，高電平有效。該信號有效時(shí)，表示輸入的數(shù)據(jù)已占用該端口的輸入鎖存器，實(shí)際上是對STB信號的回答，等待CPU執(zhí)行IN指令將數(shù)據(jù)取走。IBFA—PC5；IBFB—PC1。③INTR，中斷請求，向CPU輸出，高電平有效。A組內(nèi)部有中斷允許觸發(fā)器INTEA，B組內(nèi)部有中斷允許觸發(fā)器INTEB，由PC4和PC2置位/復(fù)位來控制。INTRA—PC3；INTRB—PC0。采用中斷方式時(shí)，當(dāng)輸入緩沖器滿，STB的后沿置INTEA或INTEB為1，則向CPU發(fā)中斷請求INTR，2、工作方式148在中斷服務(wù)程序中安排執(zhí)行IN指令，讀取輸入的數(shù)據(jù)，并使IBF為0。A口B口均可工作在方式1，完成輸入操作。

在中斷服務(wù)程序中安排執(zhí)行IN指令，讀取輸入的數(shù)據(jù)，并49⑵輸出操作，其控制信號如下：①OBF，輸出緩沖器滿，向外部輸出，低電平有效。該信號有效表示CPU已將數(shù)據(jù)寫入該端口。OBFA—PC7；OBFB—PC1②ACK，外部應(yīng)答信號，由外部輸入，低電平有效。該信號有效表示外設(shè)已收到由8255輸出的8位數(shù)據(jù)，實(shí)際上是對OBF的回答。ACKA—PC6；ACKB—PC2③INTR，中斷請求，向CPU輸出，高電平有效。A組內(nèi)部有中斷允許觸發(fā)器INTEA，B組內(nèi)部有中斷允許觸發(fā)器INTEB，由PC6和PC2置位/復(fù)位來控制。INTRA—PC3；INTRB—PC0。⑵輸出操作，其控制信號如下：50

采用中斷方式時(shí)，當(dāng)ACK有效時(shí)OBF被復(fù)位為高電平，并將相應(yīng)的INTE置1，于是INTR輸出高電平向CPU發(fā)中斷請求，CPU響應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行OUT指令，輸出后續(xù)字節(jié)。方式1（輸出）操作如圖5.20所示。采用中斷方式時(shí)，51在方式1下，A口和B口可以是輸入或輸出方式，所以他們有四種組合。其間使用C口的6根線作為控制線，此時(shí)總會(huì)有其它2根線可作為輸入或輸出線。

3、工作方式2

只有A口可以工作在方式2，當(dāng)A口工作在方式2時(shí)，B口可以工作在方式1或方式0，其控制字如圖5.21所示。INTRA：中斷請求信號，高電平有效；INTE1：A口內(nèi)部輸出中斷允許觸發(fā)器，可由軟件通過對PC6置位或復(fù)位來允許或禁止。INTE2：A口內(nèi)部輸入中斷允許觸發(fā)器，可由軟件通過對PC4置位或復(fù)位來允許或禁止。其他信號意義與方式1時(shí)相同。在方式1下，A口和B口可以是輸入或輸出方式，所以他52微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件53

D7=1，方式控制字標(biāo)志；D6=1方式2D5=任意，D4不用；D3不用，這時(shí)PC4-PC7作為聯(lián)絡(luò)線D2=1，B組方式1；=0，B組方式0D1=1，B口輸入；=0B口輸出D0=1，PC2-PC0輸入；=0，PC2-PC0輸出；PC3用作聯(lián)絡(luò)線A口方式2實(shí)際上是A口在方式1下輸入輸出的組合。所需的5根聯(lián)絡(luò)線和方式1是一樣的，只是中斷請求只需要一根線。

五、8255A的狀態(tài)字

8255A的狀態(tài)字為查詢方式提供了狀態(tài)標(biāo)志位。8255A工作于方式1或方式2時(shí)的狀態(tài)字可通過讀端口C得到。狀態(tài)字為查詢方式提供了狀態(tài)標(biāo)志位，如輸入緩沖器滿信號IBF，輸出緩沖器滿信號OBF等。1、方式1的狀態(tài)字格式

D7=1，方式控制字標(biāo)志；D6=1方式254方式1輸入狀態(tài)字格式:A組B組方式1輸出狀態(tài)字格式:A組B組D7D6D5D4D3D2D1D0I/OI/OIBFAINTEAINTRAINTEBIBFBINTRBD7D6D5D4D3D2D1D0OBFAINTEAI/OI/OINTRAINTEBOBFBINTRB方式1輸入狀態(tài)字格式:D7D6D5D4D3D2D1D0I/O55要注意的是：端口C的狀態(tài)字各位含義與相應(yīng)外部引腳信號并不完全相同。INTEA和INTEB是內(nèi)部控制信號，通過向控制口寫入“端口C置1/置0控制字”來設(shè)定的，設(shè)定后，就會(huì)在狀態(tài)字中反映出來。

2、方式2狀態(tài)字格式方式2狀態(tài)字也是從端口C讀取，其格式如下圖所示：其中：INTE1是輸出中斷允許位，INTE2是輸入中斷允許位。如前所述，它們也是利用“端口C置1/置0控制字”來使其置位或復(fù)位的。A口工作于方式2時(shí)，B口可以工作在方式1和方式0；若B口方式0，則端口C的PC2-PC0用于數(shù)據(jù)的輸入輸出；若B口工作在方式1，則PC2-PC0提供輸入或輸出的狀態(tài)。要注意的是：端口C的狀態(tài)字各位含義與相應(yīng)外部引56C口

A組狀態(tài)B組狀態(tài)A組方式2B組方式0輸入輸出

輸出時(shí)B組方式1輸入時(shí)

方式2狀態(tài)字格式D7D6D5D4D3D2D1D0OBFAINTE1IBFAINTE2INTRAI/OI/OI/OINTEBOBFBINTRBINTEBIBFBINTRBC口D7D6D5D4D3D2D1D0OBFAINTE1IB57六、8255A應(yīng)用舉例

例1：將外設(shè)開關(guān)的二進(jìn)制狀態(tài)從A口輸入，并由B口輸出到LED顯示器，如圖5.22所示。六、8255A應(yīng)用舉例58

圖中LED是8段發(fā)光二極管，當(dāng)某段中流過電流，則該段發(fā)光。從圖中可看出，8個(gè)發(fā)光二極管采用共陽極接法，當(dāng)B口的某位輸出高時(shí)，連接該位的那一段亮。所以輸出數(shù)字的二進(jìn)制編碼如下：數(shù)字發(fā)光的相應(yīng)段編碼0a、b、c、d、e、f00111111=3FH1b、c00000110=06H2a、b、d、e、g01011011=5BH3a、b、c、d、g01001111=4FH4b、c、f、g01100110=66H5a、c、d、f、g01101101=6DH…Aa、b、c、e、f、g01110111=77Hbc、d、e、f、g01111100=7CH…Fa、e、f、g01110001=71H圖中LED是8段發(fā)光二極管，當(dāng)某段中流過電流，則該段發(fā)光598255A端口地址為D0-D3H，A口工作于方式0輸入，B口工作于方式0輸出，程序如下： START:mov al,90H ；設(shè)置方式選擇字 out 0D3H,al AA: in al,0D0H ；讀端口A and al,0FH ；取端口A低4位 mov bx,offsetLEDTAL；取LED顯示代碼表首地址 xlat ；查表，AL←(BX+AL) out 0D1H,al ；從端口B輸出LED顯示代碼 mov ax,1000 ；延遲BB: dec ax jnz BB jmp AA ；返回到AA hltLEDTAL DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H8255A端口地址為D0-D3H，A口工作于方60

例2：實(shí)驗(yàn)8255A可編程并行接口方式0

硬件電路如下：

圖5.23（a）8255A方式0用于實(shí)驗(yàn)例2：實(shí)驗(yàn)8255A可編程并行接口方式0圖5.23（a）618255端口C接邏輯電平開關(guān)K0-K7,A口接LED顯示電路L0-L7圖5.23（b）開關(guān)和LED的連接8255端口C接邏輯電平開關(guān)K0-K7,A口接LED顯示電路628255A的端口地址為288H-28BH（Y1端），地址譯碼器如下圖所示：圖5.24實(shí)驗(yàn)用的地址譯碼器8255A的端口地址為288H-28BH（Y1端），地址63參考程序（E8255.ASM）如下： code segment assume cs:code start: mov dx,28bH ；設(shè)8255為C口輸入，A口輸出 mov al,8bH out dx,al inout:

mov dx,28aH ；從C口輸入一數(shù)據(jù) in al,dx mov dx,288H ；從A口輸出剛才從C口輸入的數(shù)據(jù) out dx,al mov ah,1 ；判斷是否有鍵按下？ int 16H jz inout ；若無鍵按下，則返回到inout mov ah,4cH ；否則，返回DOS

int 21H code ends end start 參考程序（E8255.ASM）如下：64

例3：8255A工作于方式1輸出，作為與中斷方式工作的打印機(jī)接口，如圖5.25所示。A口作為打印輸出數(shù)據(jù)口，工作于方式1。此時(shí)C口的PC7、PC6和PC3是聯(lián)絡(luò)信號。設(shè)中斷請求接到8259A的IR3，對應(yīng)的中斷類型號為0BH；8259A的初始化在主機(jī)系統(tǒng)開啟時(shí)完成。例3：8255A工作于方式1輸出，作為與中斷方式工作的打65

字符輸出操作由中斷服務(wù)程序完成，設(shè)8255的口地址同例1，則主程序及中斷服務(wù)子程序如下：主程序：MAIN: mov al,0A0H ;A組工作于方式1輸出 out 0D3H,al mov ax,0 mov ds,ax mov bx,0BH*4 ;求中斷類型0BH在矢量表中的起始地址 mov ax,offsetINTHAND;取中斷矢量INTHAND的偏移地址 mov wordptr[bx],ax;在中斷矢量表中設(shè)置中斷矢量INTHAND的偏移地址 inc bx inc bx字符輸出操作由中斷服務(wù)程序完成，設(shè)8255的口地址同例1，66mov ax, segINTHAND；取中斷矢量INTHAND的段地址mov wordptr[bx],ax ；在中斷矢量表中設(shè)置中斷矢量INTHAND的段地址mov al,0DH ；使PC6=1，允許8255A中斷out 0D3H,alsti ；開放CPU中斷…中斷處理子程序：INTHAND: … ；保存現(xiàn)場 mov al,[si] ；SI為打印字符緩沖區(qū)指針 out 0D0H,al ；字符送端口A … ；恢復(fù)現(xiàn)場 iret ；中斷返回mov ax, segINTHAND；取中斷矢量INTHA67例4：8255A用作鍵盤接口，如圖5.26所示。端口A地址為80H，B口為81H，控制口為83H。A口作輸出口，B口作輸入口，其工作原理采用兩次掃描，第一次將PA3-PA0輸出均為低電平，由PB3-PB0讀入，判斷是否有一個(gè)低電平，若沒有，則繼續(xù)第例4：8255A用作鍵盤接口，如圖5.26所示。端口A地址68一次掃描；若有低電平，則用軟件消除抖動(dòng)，延時(shí)10ms-20ms后，再去判別是否有低電平，若沒有，說明可能是干擾，必須重新實(shí)現(xiàn)第一次掃描，否則，經(jīng)10ms-20ms后，仍然判別出有低電平，則確認(rèn)有鍵按下；接著實(shí)現(xiàn)第二次掃描，判別是哪個(gè)鍵按下，這采用逐行掃描法。先掃第0行，即A口PA3-PA0輸出1110，然后從B口讀入，判別是否有低電平，若有，則可設(shè)別出0行上哪一列上有鍵按下；如果沒有，則掃第二行，即A口PA3-PA0輸出1101，然后從B口讀入，依上述方法判別，直至掃描最后一行，總可以找到按下的某一鍵。其鍵盤掃描程序如下：；判別是否有鍵按下 MOV AL，82H；8255A初始化，A口輸出，B口輸 OUT 83H，AL；入，均工作在方式0一次掃描；若有低電平，則用軟件消除抖動(dòng)，延時(shí)10ms-69 MOV AL，00H ；使PA3-PA0=0000 OUT 80H，AL LOOA：IN AL，81H ；讀B口 AND AL，0FH ；屏蔽高4位 CMP AL，0FH ；判斷是否有鍵按下 JZ LOOA ；結(jié)果為0，無鍵按下，轉(zhuǎn)LOOA CALL D20MS ；結(jié)果不為0，有鍵按下，延時(shí)20ms IN AL，81H ；第2次讀B口 AND AL，0FH CMP AL，0FH ；判別B口是否有低電平輸入 JZ LOOA ；若B口沒有低電平輸入，則是干擾，；轉(zhuǎn)LOOA，否則，有鍵按下，執(zhí)行下面程序 ；判斷是哪個(gè)鍵按下？START：MOV BL，4 ；行數(shù)送BL MOV BH，4 ；列數(shù)送BH MOV AL，0FEH ；D0=0，準(zhǔn)備先掃描第0行 MOV CL，0FH ；鍵盤屏蔽碼送CL MOV CH，0FFH ；CH中存放起始鍵號 MOV AL，00H ；使PA3-PA0=000070LOP1：OUT 80H，AL ；A口輸出，掃描一行 ROL AL，1 ；修改掃描碼，準(zhǔn)備掃描下一行 MOV AH，AL ；暫時(shí)保存 IN AL，81H ；B口輸入，讀列值 AND AL，CL ；屏蔽高4位 CMP AL，CL ；比較 JNZ LOP2 ；有列線為0，轉(zhuǎn)LOP2，找列線 ADD CH，BH ；無鍵按下，修改鍵號，；準(zhǔn)備找下一行 MOV AL，AH ；恢復(fù)掃描碼 DEC BL ；行數(shù)減1 JNZ LOP1 ；行未掃完轉(zhuǎn)LOP1 JMP START ；重新掃描LOP2：INC CH ；鍵號增1 ROR AL，1 ；右移一位 JC LOP2 ；無鍵按下，查下一列線 MOV AL，CH ；已找到，鍵號送AL

LOP1：OUT 80H，AL ；A口輸出，掃描一行71 CMP AL，0 ；判斷是否是0號鍵 JZ KEY0 ；是0號鍵按下，轉(zhuǎn)KEY0CMP AL，1 ；否則，判斷是否為1號鍵JZ KEY1 ；是，轉(zhuǎn)KEY1…CMP AL，0EH ；判斷是否是14號鍵JZ KEY14 ；是，轉(zhuǎn)KEY14JMP KEY15 ；不是0-14號鍵，一定是15號鍵該4行4列矩陣鍵盤接口很容易擴(kuò)展，無論增加行還是列均可擴(kuò)充鍵的數(shù)量，只需對程序稍加改動(dòng)就可以。 CMP AL，0 ；判斷是否是0號鍵7256、書不僅是生活，而且是現(xiàn)在、過去和未來文化生活的源泉?！獛旆ㄒ?/p>

57、生命不可能有兩次，但許多人連一次也不善于度過?！獏蝿P特

58、問渠哪得清如許，為有源頭活水來。——朱熹

59、我的努力求學(xué)沒有得到別的好處，只不過是愈來愈發(fā)覺自己的無知?！芽▋?/p>

60、生活的道路一旦選定，就要勇敢地走到底，決不回頭。——左拉56、書不僅是生活，而且是現(xiàn)在、過去和未來文化生活的源泉?！?3微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則對不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對你的記憶，我不求天長地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則對不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對你的記憶，我不求天長地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。第五章并行輸入輸出接口第一節(jié)I/O接口的基本概念一、I/O接口的基本功能1、I/O接口的作用 ⑴解決高速主機(jī)與低速外圍設(shè)備間的矛盾，即速度配合；⑵處理外圍設(shè)備與CPU之間的不同的信息格式即信號格式配合；⑶使主機(jī)與外設(shè)協(xié)調(diào)工作，即時(shí)序配合；⑷外設(shè)和主機(jī)在信號電平一致，即電平配合。2、I/O接口傳送信息的類型I/O接口傳送的信息可分為三類：數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)信息和控制信息。⑴數(shù)據(jù)信息：數(shù)據(jù)信息可分為四種①數(shù)字量，二進(jìn)制數(shù)據(jù)，最小單位是一個(gè)bit(位)，還有字節(jié)、字等。②模擬量，現(xiàn)場信號大多是由傳感器來的模擬電壓或電流，他們必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，有些接口有處理模擬量的電路，稱為模擬接口。③開關(guān)量，開關(guān)量只有兩種狀態(tài)，即“開”或“關(guān)”，可用一位二進(jìn)制數(shù)表示，如“1”表示“開”，“0”表示“關(guān)”。④脈沖量，脈沖量是以脈沖形式表示的一種信號，如計(jì)算機(jī)中用到的定時(shí)脈沖或控制脈沖等。⑵狀態(tài)信息：狀態(tài)信息是反映外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)，以作為CPU與外設(shè)間可靠交換數(shù)據(jù)的條件。當(dāng)輸入微機(jī)原理與接口技術(shù)并行輸入輸出接口1、不要輕言放棄，否則74微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件75微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件76微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件77微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件78

圖5.1接口電路的基本結(jié)構(gòu)圖5.1接口電路的基本結(jié)79

三、I/O端口的編址方式

1、I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址該方式是將存儲(chǔ)器地址空間的一部分作為I/O設(shè)備的地址空間，所以I/O端口地址也是一個(gè)存儲(chǔ)器地址。優(yōu)點(diǎn)是CPU訪問存儲(chǔ)器的指令都可以訪問I/O端口，不需要專門的I/O指令。二是使I/O控制邏輯簡單，其引腳減少。缺點(diǎn)是I/O端口占用了一部分存儲(chǔ)器空間；二是訪存指令通常比專用的I/O指令長，所以執(zhí)行時(shí)間較長。MOTOROLA的微機(jī)系列如MC6800系列，MC68000系列都采用這一方法。APPLE公司如6502系列也采用這一方法。三、I/O端口的編址方式802、I/O端口和存儲(chǔ)器單獨(dú)編址

基本想法是I/O端口地址和存儲(chǔ)器地址分開，單獨(dú)編址，在指令系統(tǒng)中分別設(shè)立存儲(chǔ)器讀寫指令和I/O端口讀寫指令。在地址總線上的地址信息究竟是存儲(chǔ)器地址還是I/O地址，一般是在CPU上設(shè)置專門的控制線，如=1為I/O操作，=0為存儲(chǔ)器操作。優(yōu)點(diǎn)：I/O端口不占用存儲(chǔ)器地址空間；單獨(dú)I/O指令比較短，地址譯碼方便，指令執(zhí)行速度快。缺點(diǎn)：需要單獨(dú)的I/O指令，這些指令一般功能簡單，通常只有讀寫功能；需專門的I/O控制線，增加了CPU本身控制邏輯的復(fù)雜性。Intel系列和Zilog系列采用此方法。2、I/O端口和存儲(chǔ)器單獨(dú)編址81四、I/O接口的地址分配

每臺(tái)微機(jī)都給I/O端口分配相應(yīng)的端口地址。IBM/PC-XT使用10位地址作為I/O端口地址，即可用端口有1024個(gè)，以后的PC機(jī)（8086）用16位地址作為I/O端口地址，即可用端口有65536個(gè)。可用測試工具QAPLUS等軟件檢測系統(tǒng)配置及其端口地址使用情況；也可查閱每臺(tái)機(jī)器的硬件手冊。

五、I/O端口地址的譯碼及片選信號的產(chǎn)生

I/O端口地址的生成一般是由地址信號A9-A0的高位產(chǎn)生譯碼的片選信號CS，低位產(chǎn)生片內(nèi)的寄存器地址。在I/O操作時(shí)，CPU執(zhí)行IN或OUT指令，首先是端口地址有效，然后是IOR或IOW有效。

四、I/O接口的地址分配821、利用門電路進(jìn)行譯碼如圖5.2所示，端口地址為348H-34FH，由于A0-A2三位地址沒有參加譯碼，所以一個(gè)片選信號占用8個(gè)地址單元。實(shí)際上這低三位地址加到芯片上，產(chǎn)生片內(nèi)寄存器的地址。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A01101001×××

2、用集成譯碼器進(jìn)行譯碼如圖5.3所示，使用74LS138集成譯碼器譯出8個(gè)端口地址。由于所有A0-A9地址線都參加譯碼，所以稱1、利用門電路進(jìn)行譯碼如圖5.2所示，端口地址為83

為全譯碼，這時(shí)每條線對應(yīng)一個(gè)端口地址。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=11,0101,1×××1101011×××=358-F為全譯碼，這時(shí)每條線對應(yīng)一個(gè)端口地址。A9A8A784

3、開關(guān)式可選擇譯碼電路

3、開關(guān)式可選擇譯碼電路85如果用戶希望譯碼器能適應(yīng)不同的地址分配場合，則可采用開關(guān)式地址可選擇譯碼電路，如圖5.4所示。電路用DIP開關(guān)選擇地址，并使用了一片74LS688八位數(shù)據(jù)比較器。當(dāng)輸入端P0-P7的地址與設(shè)置端Q0-Q7的狀態(tài)一致時(shí)，輸出P=Q為低，其輸出控制地址譯碼芯片74LS138的譯碼。圖中，上面一片74LS138產(chǎn)生讀端口地址，下面一片74LS138產(chǎn)生寫端口地址，這樣使8個(gè)口地址作16個(gè)口地址用。此電路必須A9=1，AEN=0時(shí)才能有效譯碼。（AEN=0是CPU控制總線，AEN=1時(shí)DMA控制總線)。

4、使用可編程芯片進(jìn)行地址譯碼

目前大多數(shù)地址譯碼采用可編程芯片，如GAL或PAL器件。把譯碼電路的邏輯關(guān)系按說明文件格式寫入一文件，然后用編程器把邏輯關(guān)系寫入GAL器件中。如果用戶希望譯碼器能適應(yīng)不同的地址分配場合，則86第二節(jié)I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式

CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的方式通常有3種，即程序控制方式，中斷控制方式和直接存儲(chǔ)器方式（DMA）。一、程序控制方式

程序傳送是指CPU與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)在程序控制（即IN或OUT指令控制）下進(jìn)行。

1、無條件傳送這種方式適合于外設(shè)總是處于準(zhǔn)備好的情況，因此程序不必檢查外設(shè)的狀態(tài)。如圖5.5所示，端口地址譯碼器產(chǎn)生選通信號，RD信號為讀，WR信號為寫，開放三態(tài)緩沖器（讀）或?qū)懭腈i存器，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀或?qū)憽５诙?jié)I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式CPU與外設(shè)之間數(shù)87

圖5.5無條件傳送方式圖5.5無條件88

例1：一個(gè)采用無條件傳送的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖5.6無條件輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)例1：一個(gè)采用無條件傳送的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖5.6無條件89

這是一個(gè)16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的8個(gè)模擬量，由繼電器繞組P0、P1、…、P7分別控制觸點(diǎn)K0、K1、…、K7逐個(gè)接通。每次采樣轉(zhuǎn)換成16位BCD碼，高8位和低8位通過兩個(gè)端口（端口地址為11H和10H）輸入到計(jì)算機(jī)。CPU通過端口20H輸出控制信號，以控制繼電器的吸合，實(shí)現(xiàn)采集不同通道的模擬量。采集過程如下：（1）先斷開所有的繼電器觸點(diǎn)，不采集數(shù)據(jù)；（2）延遲一段時(shí)間后，使K0閉合，采集第1個(gè)通道的模擬量，并保持一段時(shí)間，以使數(shù)字電壓表將模擬電壓轉(zhuǎn)換為16位BCD碼；（3）分別將高8位與低8位BCD碼存入內(nèi)存，并轉(zhuǎn)存到DSTOR開始的數(shù)據(jù)區(qū)；（4）利用移位與循環(huán)實(shí)現(xiàn)8個(gè)模擬量的依次采集和存儲(chǔ)。這是一個(gè)16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。被采集的8個(gè)模擬90

數(shù)據(jù)采集程序如下： START： MOV DX，0100H ；01H置吸合第一個(gè)繼電器 ；00斷開所有繼電器代碼 LEA BX，DSTOR ；置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址指針 XOR AL，AL ；清AL和CF AGAIN： MOV AL，DL OUT 20H，AL ；斷開所有繼電器 CALL NEARDELAY1 ；繼電器觸點(diǎn)釋放時(shí)間 MOV AL，DH OUT 20H，AL ；先使P0吸合 CALL NEARDELAY2 ；繼電器觸點(diǎn)閉合和轉(zhuǎn)換時(shí)間 IN AL，10H ；輸入低8位 IN AH，11H ；輸入高8位 MOV [BX]，AX ；存入內(nèi)存 INC BX ；地址指針加2 INC BX RCL DH，1 ；DH帶進(jìn)位循環(huán)左移一位 JNC AGAIN ；8個(gè)通道完了嗎？沒有，循環(huán) DONE：… ；已完，則執(zhí)行其他程序 數(shù)據(jù)采集程序如下：91

2、程序查詢傳送方式⑴程序查詢式輸入圖5.7查詢式輸入的接口電路2、程序查詢傳送方式圖5.7查詢式輸入的接口電路92

如圖5.7所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷READY是否為1？即是否準(zhǔn)備好，若已準(zhǔn)備好，則讀入數(shù)據(jù)。查詢部分程序如下： POLL:in al,status_port ；讀狀態(tài)端口的信息 test al,80H ；設(shè)READY信息在D7位 je POLL ；D7=1未就緒，則循環(huán)再查 in al,data_port ；已就緒，則讀入數(shù)據(jù)其中：status_port是狀態(tài)口地址，data_port是數(shù)據(jù)口地址。⑵查詢式輸出如圖5.8所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷BUSY是否為1？BUSY=0表示外設(shè)不忙，則CPU執(zhí)行輸出指令如圖5.7所示，CPU從接口讀取狀態(tài)信息，判斷READ93

，輸出數(shù)據(jù)到外設(shè)。圖5.8查詢式輸出接口電路，輸出數(shù)據(jù)到外設(shè)。圖5.8查詢式輸出接口電路94

查詢式輸出的部分程序如下：POLL: in al,ststus_port ；讀狀態(tài)口，查D7位 test al,80H je POLL ；D7=1即忙線=1，則循環(huán) mov al,store ；否則外設(shè)空閑，從內(nèi)存取數(shù) out data_port,al ；輸出到外設(shè)的數(shù)據(jù)口3、一個(gè)查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖5.9所示，有8個(gè)模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，8個(gè)模擬量經(jīng)多路開關(guān)選擇其中一路，每次一個(gè)模擬量到A/D轉(zhuǎn)換器；同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器由端口4輸出的D4控制啟動(dòng)與停止。A/D轉(zhuǎn)換器的READY信號由端口2的D0輸出至CPU數(shù)據(jù)總線；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由端口3輸至數(shù)據(jù)總線。查詢式輸出的部分程序如下：95圖5.9查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這里用到三個(gè)端口地址，端口2為狀態(tài)口，端口3為數(shù)據(jù)口，端口4為控制口用于選擇那一路。圖5.9查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這里用到三個(gè)端口地址，端口2為96數(shù)據(jù)采集過程的程序如下：START:mov dl,0F8H ；設(shè)置啟動(dòng)信號，低3位選通多路開關(guān) mov ax,segdstor；設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址指針 mov es,ax ；段地址送es lea di,dstor ；偏移地址送diAGAIN:mov al,dl and al,0efH ；使D4=0 out 04,al ；停止A/D轉(zhuǎn)換 call delay ；等待停止A/D轉(zhuǎn)換操作完成 mov al,dl ；使al=0F8H，D4=1 out 04，Al ；選輸入通道并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換POLL: in al,02 ；從02端口輸入狀態(tài)信息 shr al,1 ；查AL的D0 jnc POLL ；判READY=1?若D0=0，未準(zhǔn)備好，則循環(huán) in al,03 ；若已準(zhǔn)備好，則經(jīng)端口3輸入采樣數(shù)據(jù)到AL STOSB ；輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至內(nèi)存單元，地址指針自動(dòng)加1 inc dl ；輸入模擬通道號加1 jne AGAIN ；8個(gè)模擬量未完則循環(huán) … ；輸入已完，執(zhí)行別的程序數(shù)據(jù)采集過程的程序如下：97

二、中斷傳送

程序查詢傳送方式明顯的缺點(diǎn)是CPU利用率低，不能滿足實(shí)時(shí)輸入輸出的需要，中斷方式可以較好地解決這一問題。所謂中斷是指程序運(yùn)行中出現(xiàn)了某種緊急事件，CPU必須中止現(xiàn)正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理該緊急事件（執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序），并在處理完后返回原運(yùn)行的程序的過程。完整的中斷處理過程包括中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。為了使中斷服務(wù)程序不影響主程序的執(zhí)行，需把主程序斷點(diǎn)處的有關(guān)寄存器的內(nèi)容保存下來，稱之為保護(hù)現(xiàn)場；在中斷服務(wù)程序操作完成后再恢復(fù)這些寄存器的內(nèi)容，稱之為恢復(fù)現(xiàn)場。用中斷方式時(shí)，外設(shè)處于就緒狀態(tài)時(shí)，例如輸入設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，二、中斷傳送98或輸出設(shè)備不忙可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫停當(dāng)前執(zhí)行的主程序進(jìn)入中斷響應(yīng)，與外設(shè)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換，操作完成后再繼續(xù)執(zhí)行原來的主程序。通常CPU在執(zhí)行每一條指令的末尾處會(huì)檢查外設(shè)是否有中斷請求（這種查詢是由硬件完成的，不占用CPU的工作時(shí)間），如果有，在中斷允許（即IF=1）的情況下，CPU將保留下一條指令的地址（斷點(diǎn)）和當(dāng)前標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，操作完成后恢復(fù)斷點(diǎn)和標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷方式的優(yōu)點(diǎn)很明顯，大大提高了CPU的工作效率，而且外設(shè)有申請中斷服務(wù)的主動(dòng)權(quán)。有關(guān)中斷的詳細(xì)工作情況將在第六章中介紹?；蜉敵鲈O(shè)備不忙可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便向CPU發(fā)出中斷請求，99三、DMA方式

利用程序中斷方式，雖然可以提高CPU的工作效率，但它仍需要由程序來傳送數(shù)據(jù)，并在中斷處理時(shí)要“保護(hù)現(xiàn)場”和“恢復(fù)現(xiàn)場”等，要占用一定時(shí)間，是每傳送一個(gè)字節(jié)大約要幾十微秒到幾百微秒，這對于高速外設(shè)就顯得太慢了。DMA方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O交換的傳送方式，它讓外設(shè)接口與內(nèi)存直接進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)交換，而不必經(jīng)過CPU，實(shí)現(xiàn)對存儲(chǔ)器的直接存取。這種專門的硬件叫DMA控制器，簡稱DMAC，如圖5.10。三、DMA方式100

如圖所示，當(dāng)接口準(zhǔn)備好就向DMAC發(fā)DMA請求，接著CPU通過HOLD引腳接收DMAC發(fā)出的總線請求；CPU在完成當(dāng)前總線操如圖所示，當(dāng)接口準(zhǔn)備好就向DMAC發(fā)DMA請求，接著CPU101作后，就發(fā)出HLDA的總線響應(yīng)信號給DMAC，DMAC收到此信號后便接管對總線的控制權(quán)，開始DMA操作。當(dāng)DMA傳送結(jié)束，DMAC將HOLD信號變成低電平，并放棄對總線的控制權(quán)。CPU檢測到HOLD為低后，也將HLDA變成低，并恢復(fù)對總線的控制權(quán)。第三節(jié)DMA傳輸和控制器參見課本P289-298頁。作后，就發(fā)出HLDA的總線響應(yīng)信號給DMAC，DMAC102第五節(jié)并行通信及接口電路通用接口可分為并行接口和串行接口兩大類。并行傳送是把一個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)用多條信號線同時(shí)進(jìn)行傳輸，即并行接口是按字節(jié)傳送的；串行接口和CPU之間按并行傳送，而和外設(shè)之間是一個(gè)二進(jìn)制位一個(gè)二進(jìn)制位的傳送，即串行接口是按位傳送的。參見圖5.11所示。一、并行接口的組成及其與CPU和外設(shè)的連接

1、并行接口的基本組成（如圖5.12所示）⑴兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有緩沖能力的數(shù)據(jù)寄存器第五節(jié)并行通信及接口電路通用接口可分為并行接口103微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件104

⑵可供CPU訪問的控制及狀態(tài)寄存器⑶片選和內(nèi)部控制邏輯電路⑷與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制和聯(lián)絡(luò)信號線⑸與CPU用中斷方式傳送數(shù)據(jù)的相關(guān)中斷控制2、與CPU的連接與CPU的連接主要是雙向數(shù)據(jù)總線，讀、寫控制線，復(fù)位信號，中斷請求以及狀態(tài)信號和地址譯碼產(chǎn)生的片選信號。3、與外設(shè)的連接與輸入設(shè)備的連接：并行輸入數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號（輸入準(zhǔn)備好和輸入回答信號）；與輸出設(shè)備的連接：并行輸出數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號（輸出準(zhǔn)備好和輸出回答信號）；⑵可供CPU訪問的控制及狀態(tài)寄存器105微機(jī)原理與接口技術(shù)--并行輸入輸出接口課件106二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程

1、數(shù)據(jù)輸入⑴外設(shè)將數(shù)據(jù)傳送到并行接口，同時(shí)給出“輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號；⑵接口把數(shù)據(jù)接收到輸入緩沖寄存器，給出“輸入回答”信號（高電平）到外設(shè)；⑶若采用中斷方式，則接口向CPU發(fā)中斷請求信號，并使?fàn)顟B(tài)寄存器中的“輸入緩沖器滿”位置1（也可以用查詢方式）；⑷CPU響應(yīng)接口的中斷請求（或查詢相應(yīng)的狀態(tài)位），在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行IN指令讀取接口中的數(shù)據(jù)；⑸接口給外設(shè)的“輸入回答”信號變成低，通知外設(shè)可以輸入新的數(shù)據(jù)，此后轉(zhuǎn)到⑴開始下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸入過程。2、數(shù)據(jù)輸出⑴CPU執(zhí)行OUT指令把數(shù)據(jù)寫到接口（中斷或查詢都可以）；

二、并行接口的數(shù)據(jù)輸入輸出過程107

⑵接口向外設(shè)發(fā)出“輸出準(zhǔn)備好”信號，通知外設(shè)可以把數(shù)據(jù)取走；⑶外設(shè)取走數(shù)據(jù)后，向接口發(fā)“輸出回答”信號；⑷接口向CPU發(fā)出新的中斷請求，并使?fàn)顟B(tài)寄存器中的“輸出緩沖器空“位置1，要求CPU輸出新的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到⑴，開始下一輸出過程。

第六節(jié)可編程并行通信接口片8255A一、8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能1、8255的引腳

參見圖5.13(a)，共有40條引線。電源與地線2條；與外設(shè)相連的有24條；與CPU相連的有14條。⑵接口向外設(shè)發(fā)出“輸出準(zhǔn)備好”信號，通知外設(shè)可以把數(shù)據(jù)108

圖5.138255引腳和功能示意圖圖5.138255引腳和功能示意109

2、8255的功能如圖5.13(b)所示，接口的左邊與CPU連接，右邊與外設(shè)連接，有A、B、C三個(gè)