第四章微型计算机的输入输出接口解读.docx

第四章·微型计算机的输入输出接口1.1外部设备及其信号：（1）外部设备：（a）输入设备。（b）输出设备。（c）复合输入输出设备（例如外存储设备）。（2）外部设备的信号：（a）数据信号：数据信号是外部设备信号的主要部分。按照信号的物理形态，可以分为以上几种： 1）数字量：以二进制形式表述的数据、图形或文字信息。 2）模拟量：现场的物理量（温度、压力、流量、位移等）通过传感器件，转换为大小与之对应的电压或电流信号。这些量呈连续变化的形态，称为模拟量。 3）开关量：只有0和1。 4）脉冲量：例如时钟信号。（b）状态信号：状态信号表明外部设备当前的工作状态，用来协调CPU与外部设备之间的操作。（c）控制信号：控制信号是CPU向外设发出的命令，它指定设备的工作方式，启动或停止设备。数据信号、状态信号、控制信号都是以数据的形式，通过数据总线与CPU进行传输的。1.2I/O接口的功能：（1）设备选择功能（CPU通过地址代码来标识和选择不同的设备）（2）信息传输功能（3）数据格式转换功能（4）联络功能（通知CPU或外设取走数据，数据传输完成）（5）中断管理功能（向CPU申请中断，发送中断类型号，中断优先权的管理）（6）复位功能（7）可编程功能（8）错误检测功能（例如进行奇偶校验）一般错误有两种（a）物理信道上的传输错误（b）数据传输中的覆盖错误（即CPU还没有取走数据就被新来的数据冲掉）1.3 I/O端口的编址方法：（1）I/O端口与内存统一编址：把内存的一部分地址分配给I/0端口，一个8位端口占用一个内存单元。优点：访问内存存储单元和I/O端口使用相同的指令，降低了CPU电路的复杂性。缺点：I/O端口占用内存地址，相对减少了内存可用范围。且难以区分访问内存和I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性。（2）I/O端口独立编址：内存储器和I/O端口各自有自己独立的地址空间。访问I/O端口需要独立的指令。优点：拥有自己的地址空间。缺点：需要独立的指令访问端口。1.4 简单I/O接口的组成：（1）端口：接口内通常设置若干个寄存器，用来暂存CPU和外设之间传输的数据，状态和指令。这些寄存器被称为端口。端口被分为数据端口、命令端口（也称控制端口）和状态端口。每一个端口有一个独立的地址，CPU可以用地址代码来区分各个不同的端口，对它们分别进行读、写操作。CPU对状态端口进行一次读操作，就可以得到该段口暂存的状态代码，从而获得与这个接口相连接的外部设备的状态信息。CPU对数据端口进行一次读或写操作，也就是与该外部设备发出一个控制命令。CPU与外部设备的输入输出操作都是通过对相应端口的读写操作来完成的。所谓的外部设备的地址，实际上是该设备接口内各端口的地址，一台外部设备可以拥有几个通常是相邻的端口地址。（2）地址译码电路：地址译码是接口的基本功能之一。CPU在执行输入输出指令时，向地址总线发送16位外部设备的端口地址。（可以将16位地址码分解成两个部分，高位地址译码用作对接口的选择，低位地址译码用来选择接口内不同的端口）如下图所示为端口的译码电路设定端口地址时，注意不能和已有设备的端口地址重复。为了避免重复的发生，许多接口电路准许使用跳线器改变端口地址（如上图）。由于读、写操作不会同时进行，一个输入端口和另一个输出端口可以使用同一个地址编码。例：可安排数据输入端口、数据输出端口和使用同一个地址330H，命令端口和状态端口共同使用地址331H。数据输入端口和数据输出端口虽然使用相同的地址，但确是2个各自独立的不同端口。（3）数据锁存器和缓冲器：为了使系统总线能够正常地进行数据传送，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，他能像系统数据总线发送数据信号。在其他时间，它的输出端必须呈高阻状态。为此，所有的输入端口必须通过三态缓冲器与系统总线相连。如下图：在上图中，输入设备在完成一次输入操作后，在输出数据的同时，产生数据选通信号，把数据打入8位锁存器74LS273。锁存器的输出信号通过8位三态缓冲器74LS244连接到系统数据总线。数据端口读信号由地址译码电路产生。该信号为高电平（无效）时，缓冲器输出端呈高阻态。一旦该端口被选中，数据端口读变为低电平（有效），已锁存的数据就可以通过74LS244送往系统数据总线继而被CPU所接收。如果输入设备自身具有数据的锁存功能。输入接口内可以不使用锁存器。输入设备的数据线可通过三台缓冲器直接与系统数据总线相连接。（注：由于系统总线的工作特点，输入接口中的三态缓冲器是绝对不可以省略的）CPU送往外设的数据或命令一般应由接口进行锁存，以便使外设有充足的时间接收和处理。（如下图是一个8位输出锁存电路的例子）CPU通过对状态端口的读指令，在D7上可以获知它的状态。在该位为1时，CPU不能