第章微机原理.ppt

第8章　输入/输出接口 8.1　微型计算机的输入/输出接口概述 8.2　串、并行通信与并行I/O接口 8.3　可编程并行通信接口芯片8255A及其应用 8.4　串行通信及串行接口(8255A应用系统设计) 8.5　可编程串行通信接口芯片8251A(8255在交通灯控制系统中的应用举例) 本章学习重点和要求： 1、学习并了解微型计算机输入输出接口的功能、作用和常用控制方式。 2、学习并了解计算机的串、并行通信的作用和特点。 3、学习并掌握8255A在计算机系统中的主要作用和用途、功能特点、工作原理、工作方式、主要内部结构、外部特性及其与系统的连接、控制字及初始化编程和应用。 4、学习并掌握简单按键和LED数码显示器的工作原理，与计算机的连接和管理程序的设计方法。 8.1　微型计算机的输入/输出接口概述 概述：输入/输出(I/O)接口电路是计算机的重要组成部分。通过I/O接口电路可实现计算机与外部设备通信，与外部设备交换信息。 在微机系统中，最常用的外部设备有键盘、显示器、打印机、磁盘机等。在工业微机控制系统中，I/O接口电路还可通过A/D转换器或D/A转换器与各种工业检测和控制仪表相连接，这些仪表装置也属于外部设备。 8.1 微型计算机的输入/输出接口 8.1.1 输入/输出接口的交换信号 计算机I/O接口电路与外部设备间交换的信号，通常有以下4种类型： (1) 数字量: 二进制形式的数据，或是已经过编码的二进制形式 的数据。最小单位为“位”(bit)，8位称为一个字节(BYTE)。 (2) 模拟量: 用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量。模拟量信号不能直接进入计算机，必须经过A/D(模拟/数字)转换器，把模拟量转换成某种形式的数字量，才能输入计算机。当外部设备需要模拟量信号控制时，I/O接口电路D/A(数字/模拟)转换器又能把数字量转换成模拟量信号。 (3) 开关量: 开关量信号只有两种状态，即“开”或“闭”。这样，只要用一位二进制数就可表示。 (4) 脉冲量: 在计算机控制系统中还经常用到计数脉冲、定时脉冲或控制脉冲。脉冲量信号是以脉冲形式表示的一种信号。 8.1.2 输入/输出的控制方式 在微机系统中，与外设进行信息交换或传送的控制方式称为输入/输出控制方式。常用的输入/输出控制方式一般有4种：程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式(DMA方式)和输入/输出处理机方法。 1. 程序控制方式 这是指在程序控制下与外设进行信息交换或传送。 (1) 无条件传送控制方式： 该方式适用于那些在工作状态下随时都能够准备好被CPU进行访问的外设，即这类外设无论CPU何时访问都能够随时准备就绪，而无需查询其状态，从而称为无条件传送控制方式。但这种控制方式只适用于简单的外设，如开关和七段LED数码显示器等。 当简单外设作为输入设备时，输入数据保持时间要比CPU的处理速度慢得多，所以可直接使用三态缓冲存储器与数据总线相连，如图8.1所示。CPU执行输入指令时，读信号RD有效，选通信号M/IO＝0，因而三态缓冲存储器被选通，于是已准备好的输入数据便可进入数据总线。 当简单外部设备作为输出设备时，一般都需要锁存器。这是因为CPU送出的数据应在接口电路的输出端保持一段时间。在图8.1中，当CPU执行输出指令时，M/IO＝0及WR＝0，于是接口中的输出锁存器被选中，CPU输出的信息经过数据总线送入输出锁存器。 (2) 条件传送控制方式： CPU通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，如果输入外部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲状态时，则CPU执行传送信息指令。由于条件传送方式是CPU在不断调查外部设备的当前状态后才进行信息传送，所以也称为“查询式传送”。因此，条件传送方式的接口电路应包括：传送数据端口及传送状态端口。当输入信息时，查询到外部设备准备好后，则使接口的“准备好”标志位置1。当输出信息时，外部设备取走一个数据后，传送状态端口使标志为“空闲”状态，可以接收下一个数据。图8.2为查询式输入的接口电路。输入设备在数据准备好后便往接口发出一个选通信号。 这个选通信号起两个作用，一是把外部设备的数据送到接口的锁存器中；另一方面，它使接口中的一个D触发器置1，从而使三态缓冲存储器的READY＝1。在查询输入过程中，CPU先从外部设备输入数据中读取状态字，检查“准备好”标志位是否为“1”。若已准备好，这时数据已进入接口锁存器，则执行输入传送指令。同时把“准备好”标志位清“0”，接着便可开始下一个数据传输过程。 图8.3为查询式输出接口电路。CPU执行输出指令时，由选择信号M/IO及写信号WR产生的选通信号把数据送入数据锁存器，同时使D触发器输出“1”。此信号一方面告诉外部设备在接口中已有数据要输出，