第7章输入输出接口祥解.ppt

第7章 输入输出接口 7.1 微机接口概述 7.2 I/O端口及其编址方式 7.3 端口地址译码 7.4 CPU与外设之间的数据传送方式 7.1 微机接口及接口技术 7.1.1. 设置接口电路的目的 7.1.2 接口电路中的信息 7.1.3 接口的基本功能 7.1.4 接口的基本结构 7.1.1.设置接口电路的目的 CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致 两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低 若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率 若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。 7.1.2 接口电路中的信息 1．数据信息 （1）数字量： 通常以8位或16位的二进制数以及ASCII码的形式传输，主要指由键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。 （2）模拟量： 模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言，需先经过传感器转换成电信号，再经A/D转换器变成数字量；如果需要输出模拟控制量的话，就要进行上述过程的逆转换。 （3）开关量： 用“0”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断、电机的转/停、阀门的开/关等。 2．状态信息 CPU在传送数据信息之前，经常需要先了解外设当前的状态。如输入设备的数据是否准备好、输出设备是否忙等。 用于表征外设工作状态的信息就叫做状态信息，它总是由外设通过接口输入给CPU的。 状态信息的长度不定，可以是1个二进制位或多个，含义也随外设的具体情况不同而不同。 3．控制信息 用来发布控制命令、控制外设工作的信息，例如A/D转换器的启停信号。 控制信息总是CPU通过接口发出的。 7.1.3 接口的基本功能 1． 速度协调 2． 数据锁存 3. 三态缓冲 4． 数据转换 1. 速度协调 由于速度上的差异，使得数据的I/O传送只能以异步方式进行，即只能在确认外设已为数据传送作好准备的前提下才能进行I/O操作。而要知道外设是否准备好，就需要通过接口电路产生或传送外设的状态，以此进行CPU与外设之间的速度协调。 2． 数据锁存 在接口电路中需设置锁存器，以保存输出数据直至为输出设备所接收。因此数据锁存就成为接口电路的一项重要功能。 3. 三态缓冲 只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其它数据源都必须与数据总线处于隔离状态。为此要求接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。 三态缓冲电路就是具有三态输出的门电路，因此也称之为三态门（TSL）。所谓三态，就是指低电平状态、高电平状态和高阻抗三种状态。当三态缓冲器的输出为高或低电平时，就是对数据总线的驱动状态；当三态缓冲器的输出为高阻抗时，就是对总线的隔离状态（也称浮动状态）。在隔离状态下，缓冲器对数据总线不产生影响，犹如缓冲器与总线隔开一般。 在电路中，由”三态控制”信号控制缓冲器的输出是驱动状态还是高阻抗状态。当”三态控制”信号为低电平时，缓冲器输出状态反映输入的 数据状态。而当”三态控制”信号为高电平时，缓冲器的输出为高阻抗状态。 4． 数据转换 需要使用接口电路进行数据信号的转换。其中包括：模 / 数转换、数 / 模转换、串 / 并转换和并/ 串转换。 7.1.4接口的基本结构 1．端口 2．地址译码电路 3．数据缓冲器与锁存器 1．端口 I/O接口通常设置有若干个寄存器，用来暂存CPU和外设之间传输的数据、状态和控制信息。 一般有三类寄存器，分别是数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器。 接口内的寄存器通常被称为端口。根据寄存器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和状态端口。 每个端口有一个独立的地址，CPU可以用端口地址代码来区别各个不同的端口，并对它们分别进行读/写操作。 2．地址译码电路 它由译码器或能实现译码功能的其它芯片构成。 它的作用是进行设备选择，是接口中不可缺少的部分。这部分电路不包含在集成接口芯片中，要由用户自行设计。 3．数据缓冲器与锁存器 在微机系统的数据总线上，连接着许多能够向CPU发送数据的设备，如内存储器、外设的数据输入端口等。 为了不使系统数据总线的信号传输发生“信息冲突”，要求所有的这些连接到系统数据总线的设备具有三态输出的功能。 也就是说，在CPU选中该设备时，它能向系统数据总线发送数据信号，而在其它时刻，它的输出端必须呈高阻状态。为此，所有接口的输入端口必须通过三态缓冲器与系统数据总线相连。 7.2 I/O端口及其编址方式 7.2.1 I/0端口 7.2.2 I/O端口的编址方式 7.