輸入輸出接口

輸入輸出接口基礎(chǔ)

接口電路信息 I/O接口功能 I/O端口編址方式端口地址譯碼接口信息傳輸方式

查詢方式 中斷方式 DMA方式并行接口串行接口6.1輸入/輸出接口基礎(chǔ)接口電路中的信息一、數(shù)據(jù)信息數(shù)字量——二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)或ASCII碼表示的字符。模擬量——連續(xù)變化的物理量。接口中用A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。開(kāi)關(guān)量——只有兩個(gè)狀態(tài)的量。只需一位二進(jìn)制數(shù)表示。為什么要使用接口？二、狀態(tài)信息

反應(yīng)外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)，由外設(shè)通過(guò)接口送CPU。三、控制信息CPU通過(guò)接口發(fā)送給外設(shè)的信息，以控制外設(shè)的工作。數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)寄存、驅(qū)動(dòng)，時(shí)間緩沖設(shè)備選擇端口尋址信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平、傳輸格式、數(shù)據(jù)類別、傳輸邏輯和時(shí)序接收、解釋并執(zhí)行CPU命令錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)效驗(yàn)中斷管理具備中斷控制邏輯，允許中斷方式傳輸可編程功能可軟件改換

I/O接口的功能數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器狀態(tài)寄存器控制寄存器總線驅(qū)動(dòng)地址譯碼控制邏輯總線外設(shè)端口編址獨(dú)立編址：I/O端口與存儲(chǔ)器視為獨(dú)立對(duì)象，各自空間可用到最大。尋址時(shí)需專門信號(hào)配合進(jìn)行區(qū)分00000H……0FFFFH10000H……FFFFFH0000H……FFFFH存儲(chǔ)器空間I/O空間00000H…………EFFFFHF0000H……FFFFFH統(tǒng)一編址：I/O端口與存儲(chǔ)器視為一體，統(tǒng)一使用地址空間；對(duì)I/O端口和存儲(chǔ)器的訪問(wèn)使用同一套指令。無(wú)需專門信號(hào)配合進(jìn)行尋址區(qū)分，但二者擠占空間。統(tǒng)一編址6.2接口地址譯碼一個(gè)接口可能有多個(gè)端口，每個(gè)端口一個(gè)地址；高位地址譯碼后選接口，低位地址選端口。〖例〗現(xiàn)有7個(gè)接口芯片，每個(gè)芯片32個(gè)端口，用74138譯碼器為其設(shè)計(jì)地址譯碼電路（地址線16位，端口地址從0000H開(kāi)始）ABCG1A5A6A7+5VA15A14A13A12A11A10A9A8接口選通〖例〗為打印機(jī)配置接口地址378H、379H、37AHCLRACKDATA控制狀態(tài)數(shù)據(jù)鎖存控制鎖存狀態(tài)讀入STROBEAUTOFDXTINITSLCTIN中斷允許ERROESLCTPEACKBUSYDBA0A1A2A374174742747424074245IRQRESET379H37AH378H6.3接口信息傳輸方式程序控制方式又稱為同步方式，是一種軟、硬件都十分簡(jiǎn)單的I/O控制方式，一般用于CPU與數(shù)據(jù)變化緩慢、操作時(shí)間固定的外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。此種方式下CPU認(rèn)為外設(shè)始終處于就緒狀態(tài)。輸出鎖存器輸入緩沖器Vcc端口譯碼電路G1G2ABDBM/IOWRRD無(wú)條件傳送方式查詢方式（帶握手線）又稱條件傳送方式，即傳送數(shù)據(jù)之前CPU先要查詢外設(shè)狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好了才傳送。CPU先向I／O設(shè)備發(fā)出命令字，要求傳送數(shù)據(jù)；從I/O端口讀入狀態(tài)字；檢查狀態(tài)字中的標(biāo)志，數(shù)據(jù)交換是否可以進(jìn)行；CPU在確認(rèn)緩沖器中已有數(shù)據(jù)后，發(fā)出地址信息，對(duì)緩沖器尋址。通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取緩沖器中的內(nèi)容，并存入寄存器中。（輸入）CPU在確認(rèn)輸出接口的數(shù)據(jù)緩沖器空時(shí)，發(fā)出地址信息，對(duì)緩沖器尋址。CPU把要輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送入輸出緩沖器中。（輸出）查詢式輸入查詢方式輸入接口電路輸入裝置準(zhǔn)備好（選通信號(hào)）→D觸發(fā)器Q＝1→三態(tài)緩沖器置位（狀態(tài)信息“準(zhǔn)備好”）CPU由AB發(fā)出端口地址→譯碼后選通數(shù)據(jù)緩沖器→由DB讀數(shù)據(jù)。地址選通信號(hào)同時(shí)將D觸發(fā)器Q清0。數(shù)據(jù)緩沖器(8位)鎖存器輸入裝置三態(tài)緩沖器(1位)RQD數(shù)據(jù)端口讀選通狀態(tài)端口讀選通數(shù)據(jù)狀態(tài)信息選通信號(hào)數(shù)據(jù)＋5V查詢式輸出三態(tài)緩沖器(1位)鎖存器（8位）DQR輸出裝置查詢方式輸出接口電路狀態(tài)端口讀選通數(shù)據(jù)端口寫(xiě)選通＋5V數(shù)據(jù)BUSYACKCPU由AB發(fā)出端口地址→譯碼后形成數(shù)據(jù)端口寫(xiě)選通信號(hào)→該信號(hào)上升沿鎖存輸出的數(shù)據(jù)→D觸發(fā)器置1通知輸出裝置從鎖存器取數(shù)據(jù)輸出裝置將數(shù)據(jù)輸出后回送ACK→D觸發(fā)器清0，表示輸出裝置空閑。數(shù)據(jù)中斷控制方式當(dāng)外設(shè)需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU進(jìn)入中斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在中斷控制方式方式下，可免去CPU查詢IO端口的任務(wù)，節(jié)約時(shí)間，提高CPU工作效率。特別適合CPU與多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作。2中斷控制何謂中斷？中斷請(qǐng)求中斷服務(wù)程序CPU現(xiàn)行處理流程中斷返回特點(diǎn)外部事件(中斷源)主動(dòng),CPU被動(dòng)。CPU工作效率提高中斷系統(tǒng)的幾個(gè)概念中斷源——發(fā)出中斷請(qǐng)求的來(lái)源中斷向量——中斷服務(wù)程序入口地址斷點(diǎn)——響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)CPU現(xiàn)行程序（下一條）待執(zhí)行指令的地址中斷優(yōu)先級(jí)——CPU對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)級(jí)別現(xiàn)場(chǎng)——中斷發(fā)生時(shí)程序的運(yùn)行狀態(tài)（主要指CPU寄存器內(nèi)容和特定狀態(tài)標(biāo)志）中斷嵌套——CPU正在執(zhí)行中斷服務(wù)時(shí)對(duì)更高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)中斷屏蔽——CPU對(duì)中斷請(qǐng)求不予響應(yīng)中斷服務(wù)中斷服務(wù)程序由用戶自行編制（1）保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：保存CPU內(nèi)部各寄存器的內(nèi)容，以便在服務(wù)程序中可以使用這些寄存器而不致破壞原信息。（2）開(kāi)總中斷：將IF置1，使得在該中斷服務(wù)期間CPU仍然能夠響應(yīng)更高級(jí)的中斷請(qǐng)求。（3）具體處理：進(jìn)行用戶的中斷服務(wù)。（4）關(guān)總中斷：將IF位清0。（5）恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)：將入棧保護(hù)的各寄存器內(nèi)容依次彈出，恢復(fù)進(jìn)入中斷服務(wù)程序前的狀態(tài)。（6）開(kāi)總中斷：再次將IF位置1，使返回之后能夠再響應(yīng)。（7）中斷返回：執(zhí)行一句IRET指令，CPU將自動(dòng)將堆棧中的斷點(diǎn)彈出給IP和CS，然后彈出標(biāo)志寄存器FLAGS，完成恢復(fù)斷點(diǎn)的操作。這樣，程序就可以接著執(zhí)行被中斷的原程序了。當(dāng)CPU正在進(jìn)行某一級(jí)別中斷源的中斷處理時(shí)，若有更高級(jí)別的新中斷源發(fā)出請(qǐng)求，且新中斷源滿足響應(yīng)條件，則CPU應(yīng)中止當(dāng)前的中斷服務(wù)程序，保護(hù)此程序的斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)而響應(yīng)高級(jí)中斷。這種多級(jí)（重）中斷的處理方式稱為“嵌套”。中斷優(yōu)先級(jí)按各個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求的重要程度排列CPU響應(yīng)的次序稱為中斷優(yōu)先級(jí)。即同時(shí)有多個(gè)中斷請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，CPU會(huì)首先響應(yīng)和處理優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。當(dāng)CPU正在處理某個(gè)中斷時(shí)，如果外部又有一個(gè)優(yōu)先級(jí)別比本優(yōu)先級(jí)別更高的中斷請(qǐng)求，則可以實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。中斷嵌套中斷嵌套必須具備以下幾個(gè)條件：（1）原中斷的服務(wù)程序中，應(yīng)在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行完畢后開(kāi)放總中斷（IF位置1）；（2）新到來(lái)的中斷應(yīng)具有比原中斷高的優(yōu)先級(jí)，同級(jí)或低級(jí)均不能嵌套；（3）為保護(hù)各級(jí)中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)不被破壞，所有服務(wù)程序中均應(yīng)有保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的指令；（4）每個(gè)中斷服務(wù)程序末尾必須有IRET指令以示結(jié)束，從而返回被中斷的程序地址處。中斷控制接口的功能接收外設(shè)（中斷源）狀態(tài)變化，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷請(qǐng)求屏蔽接收CPU中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)，清除中斷請(qǐng)求（復(fù)位）傳送中斷向量（軟件配合）中斷可被響應(yīng)的條件：中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置位；中斷屏蔽觸發(fā)器清零；CPU內(nèi)部開(kāi)放中斷；CPU未處理更高級(jí)中斷；CPU現(xiàn)行指令執(zhí)行完；端口譯碼三態(tài)緩沖器輸入鎖存器QD中斷屏蔽觸發(fā)器輸入設(shè)備中斷請(qǐng)求INT數(shù)據(jù)＋5V中斷控制方式輸入的接口電路外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)時(shí)，便發(fā)出選通信號(hào)，該信號(hào)將數(shù)據(jù)打入鎖存器，同時(shí)使中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置1。在中斷屏蔽觸發(fā)器允許的情況下，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求INT。CPU回答的信號(hào)清除中斷請(qǐng)求。R地址總線數(shù)據(jù)總線選通信號(hào)中斷源管理……中斷判優(yōu)中斷處理過(guò)程屏蔽過(guò)濾正在服務(wù)優(yōu)先級(jí)……中斷服務(wù)寄存中斷服務(wù)程序中斷請(qǐng)求IRQ[n]IR0IR1IRn保存斷點(diǎn)保留現(xiàn)場(chǎng)由n獲取中斷向量恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回中斷檢測(cè)請(qǐng)求確認(rèn)IRQA1234567812345678：：……………………中斷允許寄存器中斷請(qǐng)求寄存器INTRCPU接收到INTR后，查詢中斷請(qǐng)求寄存器，其查詢順序決定了外設(shè)中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)8個(gè)外設(shè)的中斷請(qǐng)求輸入1允許，0屏蔽優(yōu)先級(jí)管理軟件判優(yōu)12345678：…………123456788-3編碼器優(yōu)先級(jí)寄存器A2A1A0B2B1B0A>B比較器中斷允許寄存器中斷請(qǐng)求寄存器INTRCPU正在處理的中斷優(yōu)先級(jí)硬件排序12345678：……………INTRINTA設(shè)備1INTA輸入設(shè)備2INTA輸入設(shè)備7INTA輸入設(shè)備8INTA輸入：：鏈?zhǔn)脚抨?duì)電路硬件排序（鏈?zhǔn)脚抨?duì)）12345678：：中斷允許寄存器中斷請(qǐng)求寄存器CPURegI/OMABDB3DMA(DirectMemoryAccess)控制DMACDMA請(qǐng)求總線請(qǐng)求總線允許DMA應(yīng)答對(duì)DMAC編程，確定傳送起始地址及長(zhǎng)度、優(yōu)先級(jí)等I/O就緒，發(fā)DMARQ信號(hào)DMAC向CPU提出總線保持請(qǐng)求，CPU應(yīng)答，釋放總線；DMAC接管DMAC分別向I/O及M尋址并發(fā)出對(duì)應(yīng)的讀、寫(xiě)信號(hào)，開(kāi)始DMA周期。輸入緩沖器輸出鎖存器外設(shè)端口譯碼DBAB6.4并行接口+5V8位并行輸入8位并行輸出行0127列0127……矩陣鍵盤(pán)接口輸入全0預(yù)設(shè)0列輸出鍵值=0輸出00H輸出延時(shí)去抖、確定輸入全0修改下一列輸出值行掃描，每掃一行鍵值+1鍵值+8查找到，結(jié)束YYNNabcdefgdp共陽(yáng)極共陰極abcdefgdp并行輸出并行輸出D0~D7D0~D3位選通段選通電源+開(kāi)關(guān)電源-開(kāi)關(guān)數(shù)碼顯示接口動(dòng)態(tài)顯示原理模擬量轉(zhuǎn)換接口溫度流量壓力位移模擬量電學(xué)量傳感器A/D計(jì)算機(jī)D/A執(zhí)行部件放大驅(qū)動(dòng)01001001110111011110001000111110110110101采樣量化編碼A/D原理A/D芯片的主要性能參數(shù)分辨率

數(shù)字輸出最低位（LSB）所對(duì)應(yīng)的輸入電平精度

轉(zhuǎn)換輸出的正確程度轉(zhuǎn)換時(shí)間

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間例ADC08098路模擬量輸入通道分辨率8位精度±1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs(CLK640kHz)A0A1A2A16~A3D7D0微機(jī)總線ADD0ADD1ADD2ALESTARTOEEOC地址譯碼ADC0809IN0IN7ADC0809查詢接口~~D7D0~ADD0~2模擬輸入通道選擇 IN0~IN7模擬量輸入ALE地址鎖存允許 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出高（狀態(tài)）START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，高 D0~D7數(shù)據(jù)輸出OE讀出允許，高A0A1A2A16~A3D7D0微機(jī)總線ADD0ADD1ADD2ALESTARTOEEOC地址譯碼ADC0809IN0IN7ADC0809中斷接口~~D7D0~ADD0~2模擬輸入通道選擇 IN0~IN7模擬量輸入ALE地址鎖存允許 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出高（狀態(tài)）START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，高 D0~D7數(shù)據(jù)輸出OE讀出允許，高IRQ

可編程并行接口芯片

Intel8255A8255A的基本性能8255A具有三個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道，即通道A、通道B和通道C，簡(jiǎn)稱A口、B口、C口。A口有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。B口有兩種工作方式：方式0和方式1。在方式0下，A口、B口、C口都可作為數(shù)據(jù)口，在其他方式下，A口、B口作數(shù)據(jù)口，C口作聯(lián)絡(luò)口。PA7~PA0PC7~PC4PB7~PB0外設(shè)接口部分（通道A、B、C）通道A8位輸出鎖存/緩沖器和8位輸入鎖存器。

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳通道B8位輸出鎖存/緩沖器和8位輸入鎖存/緩沖器通道C8位輸出鎖存/緩沖器和8位輸入緩沖器（無(wú)鎖存）A組端口A組端口C上半部B組端口C下半部B組端口A組控制電路B組控制電路數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫(xiě)控制邏輯A1A0RESETD0~D7PC3~PC0I/OI/OI/OI/O內(nèi)部8位數(shù)據(jù)總線內(nèi)部邏輯(A、B組控制電路)CPU接口（數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀寫(xiě)控制邏輯）A組端口A組端口C上半部B組端口C下半部B組端口A組控制電路B組控制電路數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫(xiě)控制邏輯A1A0RESETD0~D7I/OI/OI/OI/O內(nèi)部8位數(shù)據(jù)總線A1A0端口00A口01B口10C口11控制口

8255A的控制字8255A方式選擇控制字

方式選擇控制字的格式如圖。該控制字寫(xiě)到控制口。C口可以按高4位、低4位分別設(shè)定數(shù)據(jù)輸入或輸出1－輸入0－輸出1－輸入0－輸出0－方式01－方式11－輸入0－輸出標(biāo)識(shí)位00－方式001－方式11X－方式21－輸入0－輸出1D6D5D4D3D2D1D0A組方式選擇：通道A：通道B：B組方式：PC7~PC4：PC3~PC0：8255A按位置位／復(fù)位控制字通道C的每一位都可以通過(guò)向控制寄存器寫(xiě)入置位/復(fù)位控制字，使之置位（即輸出為1）或復(fù)位（即輸出為0）?！咀⒁狻吭摽刂谱謱?xiě)到控制口1=置10=置0位選擇：000~111分別表示C口的位0~位7未用標(biāo)識(shí)位0D6D5D4D3D2D1D0

8255A的工作方式方式0（Model0）——基本輸入輸出方式1（Model1）——選通輸入輸出方式2（Model2）——雙向數(shù)據(jù)傳送1．方式0方式0是一種基本的輸入或輸出方式。這種方式通常不用聯(lián)絡(luò)信號(hào)（或不使用固定的聯(lián)絡(luò)信號(hào)），不使用中斷。在這種工作方式下，3個(gè)通道中的每一個(gè)都可以由程序選定作為輸入輸出。作無(wú)條件傳送方式工作，3個(gè)數(shù)據(jù)通道可以實(shí)現(xiàn)三路數(shù)據(jù)（共24位）傳輸。作查詢方式工作，通道A和通道B作數(shù)據(jù)通道，通道C的高4位和低4位分別作控制線和狀態(tài)查詢線。8255A方式0應(yīng)用示例用按鍵控制LED顯示。A口讀按鍵，B口驅(qū)動(dòng)LED+5VPB0PB7+5VPA7PA0 MOVAL，91H OUTCTR，ALLOP： INAL，PORTA OUTPORTB，AL JMPLOP2方式1方式1輸入方式1也叫作選通的輸入/輸出方式。8255A工作于方式1時(shí)，通道A、B仍作為數(shù)據(jù)的輸入輸出通道，同時(shí)通道C的某些位被固定作為通道A、B的控制位或狀態(tài)信息位。每工作于方式1一個(gè)通道，將占用C口3位作控制位或狀態(tài)位。C口余下的位可程序設(shè)定作為輸入或輸出口用。

PC4PC5PC3IBFAINTRAINTEPA7~PA0PC2PC1PC0IBFBINTRBINTEPB7~PB0PC4PC5PC3IBFAINTRAINTEPA7~PA0①（Strobe）：選通輸入，低電平有效。這是由外設(shè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)選通信號(hào)。有效時(shí)，外設(shè)使通道A或B上的數(shù)據(jù)選通并進(jìn)入相應(yīng)的輸入鎖存器中。②（InputBufferFull）：輸入緩沖器滿，高電平有效。該信號(hào)由8255A產(chǎn)生，以作為的應(yīng)答。IBF為高電平表明此時(shí)輸入緩沖區(qū)中已存了一個(gè)新的數(shù)據(jù)，可備CPU讀取。該電平由CUP的有效釋放。③（InterruptRequest）：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。當(dāng)8255A的和IBF信號(hào)均變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，在對(duì)應(yīng)的INTE信號(hào)有效的情況下，該信號(hào)有效。該信號(hào)可作為向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求或查詢使用。CPU從8255A讀入數(shù)據(jù)時(shí)，其的后沿使INTR信號(hào)無(wú)效。④（InterruptEnable）：中斷允許信號(hào)，高電平有效。方式1輸出INTRA①（OutputBufferFull）：輸出緩沖器滿，低電平有效。該信號(hào)由8255A送給外設(shè)。有效，表明CPU已將待輸出的數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定通道的數(shù)據(jù)寄存器中，通知外設(shè)應(yīng)從中讀取數(shù)據(jù)。由的后沿置成有效的低電平，而由有效恢復(fù)為高。②（Acknowledge）：響應(yīng)輸入，低電平有效。該信號(hào)由外設(shè)送入以作為的響應(yīng)。當(dāng)外設(shè)從8255A中讀取數(shù)據(jù)后，變?yōu)橛行У碗娖健＂跧NTR（InterruptRequest）：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。當(dāng)＝1（輸出緩沖器空），在對(duì)應(yīng)的INTE信號(hào)有效的情況下，產(chǎn)生INTR信號(hào)。該信號(hào)可作為向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求或查詢使用。CPU的下降沿使INTR復(fù)位。PC7PC6PC3INTEPA7~PA0INTRBPC1PC2PC0INTEPB7~PB0*INTE是由軟件通過(guò)對(duì)PC4和PC2的置位／復(fù)位操作實(shí)現(xiàn)控制的，是8255A的內(nèi)部操作，對(duì)PC4、PC2引腳的邏輯狀態(tài)完全沒(méi)有影響。上述信號(hào)在8255A引腳上的分配是：通道A通道BPC4

PC2數(shù)據(jù)輸入選通

IBFPC5

PC1輸入緩沖器滿INTEPC4*PC2*中斷允許PC7 PC1輸出緩沖器滿PC6 PC2外設(shè)應(yīng)答INTEPC6*PC2*中斷允許

INTR

PC3PC0中斷請(qǐng)求3方式2（雙向傳輸）只適用于通道A。通道A工作于方式2時(shí)，通道C的PC7~PC3自動(dòng)配合通道A提供控制信號(hào)。方式2下為通道A提供的控制信號(hào)PC4IBFPC5INTRPC3INTEPC4PC7* PC6INTRPC3INTEPC6*方式2下的信號(hào)具有開(kāi)放數(shù)據(jù)到外部數(shù)據(jù)線的作用輸入輸出INTEBIBFBI