微机原理 第06章 IO接口和总线
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1、6-26-2通过对本章的学习，通过对本章的学习，您应该能够达到下列要求：您应该能够达到下列要求：n 端口的功能、种类、编址方式端口的功能、种类、编址方式n CPUCPU与外设交换数据与外设交换数据n 查询式传送软硬件设计查询式传送软硬件设计n 总线的概念、分类，总线的概念、分类，PCPC总线总线 重点与难点重点与难点n输入缓冲、输出锁存的概念输入缓冲、输出锁存的概念nCPUCPU与外设交换数据的方式与外设交换数据的方式n查询方式查询方式 一、一、I/O接口的功能接口的功能1、采用、采用I/O接口的必要性接口的必要性n计算机目的是进行信息处理，需要输入原始信息并计算机目的是进行信息处理，需要输入
2、原始信息并输出运算结果，需要输入输出运算结果，需要输入/输出外部设备。输出外部设备。n外设种类多：机械、电子、电动等，信息格式、内外设种类多：机械、电子、电动等，信息格式、内容多种多样。容多种多样。n速度不匹配：高速硬盘，低速打印机，键盘。速度不匹配：高速硬盘，低速打印机，键盘。n信号电平不匹配：信号电平不匹配：CPU为为TTL电平，外设有电平，外设有DC24V继电器、继电器、AC220V接触器等。接触器等。n信号格式不匹配：信号格式不匹配：CPU为为8/16位并行总线，外设有位并行总线，外设有串行、并行、数字信号、模拟信号。串行、并行、数字信号、模拟信号。n时序不匹配：外设有自己的操作逻辑，
3、不同于时序不匹配：外设有自己的操作逻辑，不同于CPU2、接口的功能、接口的功能n设置数据缓冲以解决速度不匹配：在设置数据缓冲以解决速度不匹配：在CPU与外设与外设之间设置缓冲区，发送方可把数据存放在缓冲区中，之间设置缓冲区，发送方可把数据存放在缓冲区中，接收方再从缓冲区中读取数据。接收方再从缓冲区中读取数据。CPU与外设交换与外设交换数据不必总是联合进行，增加灵活性。数据不必总是联合进行，增加灵活性。n设置电平转换电路：实现设置电平转换电路：实现TTL电平与外设信号电平电平与外设信号电平之间的转换，例如之间的转换，例如RS-232n设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求：例如设置信息转换逻辑以
4、满足对各自格式的要求：例如A/D转换器、转换器、D/A转换器、总线控制器转换器、总线控制器n设置时序控制电路来同步设置时序控制电路来同步CPU和外设的工作：设和外设的工作：设计握手信号（准备好、出错）计握手信号（准备好、出错）n提供地址译码电路：多个外设、多个端口的区分。提供地址译码电路：多个外设、多个端口的区分。二、简单的输入输出接口芯片1、缓冲器、缓冲器74LS244和和74LS245n输入缓冲的概念：输入缓冲的概念：考虑考虑CPU从从1#、2#、3#三个外设读取数据。三个外设读取数据。1#2#3#CPU总线总线当当CPU读取读取1#的数据时，要求的数据时，要求2#、3#不能影响总线不能影
5、响总线上的数值，即要求上的数值，即要求2#、3#与总线之间处于高阻状态与总线之间处于高阻状态，同时，同时1#的数据要正确传送到总线上。的数据要正确传送到总线上。CPU与输入外设之间的三态门就是输入缓冲器，其与输入外设之间的三态门就是输入缓冲器，其输入是专用的输入是专用的，但输出是共用的。，但输出是共用的。（1）74LS244n双双4单向缓冲器，输入端为单向缓冲器，输入端为1A11A4、2A12A4，输出端为输出端为1Y11Y4、2Y12Y4。n两个使能控制引脚两个使能控制引脚1G、2G，1G=01Y=1A，1G=11Y与与1A之间为高阻态。之间为高阻态。2G=02Y=2A，2G=12Y与与2A
6、之间为高阻态。之间为高阻态。（2）74LS245（类似（类似Intel 8286）n8位双向缓冲器，输入位双向缓冲器，输入/输出端为输出端为A1A8、B1B8。n一个使能控制引脚一个使能控制引脚G，G=0A1A8=B1B8，G=1A1A8与与B1B8之间为高阻态。之间为高阻态。n一个传送方向控制引脚一个传送方向控制引脚DIRDIR=1AB，DIR=0AB2、锁存器、锁存器74LS373n输出锁存的概念：输出锁存的概念：1#2#3#CPU总线（公用）总线（公用）1#专用专用2#专用专用3#专用专用当当CPU写数据到写数据到1#时，时，要求不能影响要求不能影响2#、3#的的专用信号专用信号数值，即
7、要求数值，即要求2#、3#能保持原来的数能保持原来的数值，这就要求接口具有值，这就要求接口具有锁存功能。锁存功能。从接口角度看，锁存器从接口角度看，锁存器用于用于一个公用输入信号一个公用输入信号多个专用输出信号多个专用输出信号的的情况下。情况下。OEGDO0111（直通状态，O = D）0100（直通状态， O = D）00X锁存值，G下降沿对应的D值1XX与内部线路间为高阻态2、锁存器、锁存器74LS373n具有三态功能的具有三态功能的8D锁存器，输入端为锁存器，输入端为1D8D，输，输出端为出端为1O8O。n一个输出使能控制引脚一个输出使能控制引脚OEn一个输入控制引脚一个输入控制引脚G（
8、数据打入线）（数据打入线）1.I/O1.I/O端口端口nI/OI/O端口是外设接口电路中端口是外设接口电路中CPUCPU访问的寄存器。访问的寄存器。nCPUCPU通过对端口的访问来实现对外设的访问。通过对端口的访问来实现对外设的访问。n根据所存内容不同，接口电路包含以下几种端口：根据所存内容不同，接口电路包含以下几种端口：数据端口：存放外设与数据端口：存放外设与CPUCPU之间要交换的数据，之间要交换的数据，通常为通常为1 1个字节或个字节或1 1个字。个字。状态端口：存放外设的当前状态，通常有准备好、状态端口：存放外设的当前状态，通常有准备好、出错、忙等。出错、忙等。命令端口：也叫控制端口，
9、存放命令端口：也叫控制端口，存放CPUCPU对接口电路对接口电路的行为逻辑的控制信息，通常有方式控制字、操的行为逻辑的控制信息，通常有方式控制字、操作控制字。作控制字。ININALAL，portportININAXAX，portport OUT OUTportport，ALALOUTOUTportport，AX AX ININALAL，DXDXININAXAX，DXDXOUTOUTDXDX，ALALOUTOUTDXDX，AXAX2.I/O2.I/O端口编址方式端口编址方式1.1.程序控制方式程序控制方式nCPUCPU与外设接之间的数据交换完全在程序控与外设接之间的数据交换完全在程序控制下实现，
10、包括无条件传送和条件传送两制下实现，包括无条件传送和条件传送两种方式。种方式。n(1)(1)无条件传送：无条件传送：CPUCPU直接用直接用 IN IN 指令从外设读取数据，直接指令从外设读取数据，直接用用 OUT OUT 指令向外设发送数据。指令向外设发送数据。要求外设总是已经准备好数据，总是准备要求外设总是已经准备好数据，总是准备好接收数据。好接收数据。用于简单的外设，如显示、按键。用于简单的外设，如显示、按键。1 Y 1 1 A 11 Y 2 1 A 2|2Y4 2A41G 2GD0D1|D7M/IO CS RD+5VK1K2K8INAL，port1G = 2G = 0K1K8ALINM
11、/IO=0，RD=0Port地址译码后地址译码后CS=0最小模式下的总线写操作最小模式下的总线写操作ALESTB把地址信息把地址信息A0A19从复用从复用总线上提取出来加以保持总线上提取出来加以保持1 D 1 Q2 D 2 Q|8 D 8 Q CLKD0D1|D7M/IO CS WRL1L2L8OUT port，ALAL L1L8OUTM/IO=0，RD=0Port地址译码后地址译码后CS=0CLK = (2)(2)条件传送（查询传送）：条件传送（查询传送）：一般而言，一般而言，CPUCPU应该在外设准备好数据以后才读应该在外设准备好数据以后才读取数据，应该在外设准备好接收数据以后才发送取数据
