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1、?!#%&!()+,&#一./%&,0%&%&1/./&!21 3 4/(5犷微型计算机应用系统6讲座7微型计算机应用 系统的输入输出及接口技 术洪明6华南工学院计算机系7一微型计算机的数据输入与输出一 个微型 计算机 应 用 系统的输入输出6.897接口设备,要比存储系统复杂得多,从一 个典型 系统结 构6图:7可以看出。.89接口是外部设备与微型 计算机之间各 种 信息交换的 出入通道,所以也有把接口称为界 面。:89接口的功能和外部改备的工作方式有着密切的关系,应用 系统必须 根据不同种类的外部 设备,按不同工作方式 的 要求,选 用合 适的.80接口及设计通 道 电 路。微 型计算机应
2、 用 系统采用的 外部设备大致可分为 三大类):;用于“人一机”对话 的输入8 输出设备,如键盘、纸带读入 机,电传打字机、行式 打印机、一(母片机等慢 速机电设备,这类设备传送一个字符的 速度一般以毫 秒或秒计 算。有高速输入8输出设备,如数 码 显示,屏 幕 显示,图象识 别仪等。输入8输出设备,包 括它 的控制器,是 人 们熟悉的语 言 与计算机能懂的 机器语 言之间 的翻译。外存储器,如磁带、磁盘等磁性存储器。尤 其廉价的音频盒式磁 带存储器,是小 型微 计算机 普 遍 采 用 的一种慢 速6=99波特7外存储器。磁盘 的存取速度较 高,特 别 是硬 磁盘 可 达。波特。外存储器用来驻
3、留大量 的操作 文 件,是一 种 非易失性存储 器,它与主机相 联 只需 变换数 据 格 式,不需作“语 言 翻译”。=;实时应用系统中各种物 理 量 的检 测 及调节设备。信息交换是在通 道上把非电物理量变为连续电 量6模拟量7,再 通 过模数转 换器转换为数据输入给计算机,或按 相 反 方控制地 址数据开 关量?一竺哩图:典型微型新应用系统框图向,把机器 代码通 过输出器 送给外围通 道 的数模转换器变换为模拟量,再将模拟 掀变成某些机械动作或非电物理兄。输入 输出接口技术 必须解决微型计算机与 整 个外 部世界的关联问题,是应用系统技术比较复杂的一个方面。首 先必须 根据系统和外部 设备
4、的 要求,确 定所采用的输入输出工作方式。:89接口的寻址方式)一是采用专用的.80指令寻 址,称专用 的.80方式。一种是把:89接口的 寄存器看成存储地址;单元,用访问 内存储 器的指令寻址,称存储器对应:89方式。前者程序比较清楚,易懂,便于调 试6如.3?8 9 的.7,0 36指令7,且 指 令字节数少,执行速度 高。但专用:89指令寻址范 围6端口数7小,只能解决接口寄存器与的累加器的通信,而 不 能 与 其他寄存器 通信,指 令类型也少,使用不灵活。采用存储器 对 应:89方 式寻 址,指 令 种类比较丰 富,所 有 访 内存指令都能 适用,而 且端口数目不受限 制,又 可以与
5、各可编程序寄 存 器直接通信,因此 设备简单,指令使用 灵活。但这种方式的指令 较 长,执行速度 较慢,程序调 试比较困难。至 。波 特7,异步定时多采用串行传送,以答应 方 式同步。电传机,打 印机均用异步方 式。=传送方式)并 行和串行。仪器设 备采用 并 行 传 送时,外围总 线 标准有.一。串行外围总线 标 准 普遍采用+=。控制方式)6:7询 间控制又称程序控制 输入输 出,是一种最 简 单又最耗时 间的控制 方 式。由执行一个询 问 程序,周期性的逐个询问 连接于系统的各个 设 备,是一 种 同步技术,其控制框 图如图二,程 序流 程如图。一个数据传送 的 程序流程 如图=。询问方
6、 式技术简单,但速 度很慢,适应于速度要求不高且有充分时间余皿的小应用系统,如程序拉制或顺控器等信息与 控 制:年第期典型的?人方式的流程 图如 图。?相当复杂,成本较高,非特殊要求的应用系统,一般不宜采用。主程序一主燮:生旦更全,佃7框图洲碑、申 请服务而晤程厉七中断服务程序设备人设备61 7一般:断8(设备服务子程序否;一,尸产、申请服务询循问环设备服务月耀序6 7程序 流程图67多重中断图询间方 式主程序图数据总线6 地址“介针介?9 6 7等待贮存器(8 0接口控制印百又:牙?请 求.卫翌 立堕座控制主程序图=数据传递的 程序流程67中断控制方式,由设备接口主动向提 出中断服 务请求,
7、当容许处理 时,中断正常的 工 作并向接口发出中断认可作为中断响应。然后转入 处 理 数据 交换 服务程序,完成交换一个字符之后,马 上返回主程序。这种控制式响应较 快方。图为一般中断和多重中断的 示意图。目前各个微处理器 厂家均有生产专供中断优先权 排队用的大规模集成电 路芯片,如?&!(1的?,./&(的 :,等,均可实行对级中断优先权 的管理。6=7直接存储 器存取 控制6?7。这 种方 式用于数 据 批 量很 大,且要求快速传送的输入输出设备。?是一种纯硬件的特殊字组传送处理 器,在外围接口与微型 计算机交换数据 时,取代 的控制。在?控制下,接口和存储器?直接交换数据。?控制数据传送
8、速度可以大大提高,速度只受存储器访同时间的限制。?原理框图如图,具有?能力的微处理器,一般都有两条 引出线 提供?时 使用,其中一条 为?请求输入线,一条为?响应 输 出 线,6对于?99来 说,?请求为?3输入端,?响应为输出端7,图封?原理框图图?方式流程 图接口适配 器芯 片的选用及可编程特性功能对接口芯片的一般要求微型计算机应用系统6讲座7目前,各个微处理器 厂商为适应实际应用的需求,了各种通用标准接口芯片,这些 芯 片能适应不 同设备,设 计支持些里 二级飞盖赢二一飞微处理器的 可控性,系统连接 的兼容性和 功能的 可 输程特性,使硬件和软件更紧密的结合。一个典型的:89接口功能组成
9、框 图如图。传送设备外困数据缓冲器锁存器输入端口渔生端口徽处理器外围 状态及控制 预晒二二(习.80接口必须能接受来 自?指令的 寻址及控制,即可用专用.80指令 或访 内指令米 寻址和控制,由从地址总线送 来的代码,决定端口号及被操作的寄存器。对子并行传送接口,还可以通 过编 程 设定每个端口或每 根 外围数据 线作为输入或作为输 出。对于串行传送接口,若采 用异步定时,必考虑它 的实时处理能 力。”表:综合各公司接口芯片型号及性能,可供选用参考。,?图?微处理器系列型号端口数 宽度通用性型号入 出端口数!同步定时异步定时通用性#%#&弓%#%()+,#?%()+,.#&.#&/0位/#,0
10、,&#&#通用非通用非 通 用通用#&%通用 玉+.#+.#%+.#%&+.#%1通 用通用通用&#.%&2#&#一34.%&/#%/#%#1#通用非通用&#一%.%/&通用非通用5 5555非通用 0 0 0 0邝6 门 乙6,曰的乙#1#&+.#&.#&并行接口适配器34的应用及可编程特性+.#&+.#&是莫托洛拉公司一种支持+.#的外围 接口芯片,是通用并行接口适配器。图#为34的引线及寄存器分布图。34 外围73 89 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9蔺刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁 叼:;)!人人 7)=;:。一;
11、习,9 9 9):9一一 加):几几 一一一一9 9 9 9 93:。一】声声声声声声?护护、,月月月月、叫邓。、一一一一一一一一一一一一一一一一一一、一一一一 闷卜卜卜卜,阮一一一只 控控控控控控控控控控控控控控控控控控控制制制制7瑞瑞瑞瑞总总总总总总总总总总总总总总总总总总总线线线线?一?,刁卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜7 7 7 7 7 7 7 、广一,?、7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7残残7 7 7 7 7 7 7 9卜9,一叫叫卜卜匕匕匕匕而一一一7 叫叫叫叫、9 一,、一一一?一
12、门 卜卜卜)0 据数总线阳#+.43丁八引线34采用访 内指令寻址方 式,其中的可编 程序寄存器可看成地址单元进行编址,各寄存器 的地址编码由寄存器 选 择信号(),)4,及 片 选信号(7,74,7,与地址总线的连接决定。其中每个端口的输出寄存器)和数据方向寄 存 器;)占一个地址,控制寄存器7)占一个地址,则3人共占用.1存储空 间的四个地址。接口应用编程实例34 可用作为键盘,七划 数 码显示,模数及数模转换等,作为并行传送接口。由地址 线的连接,决定内部 寄存器的编址,9用户必根据使用的 要求,对接口的 数 据方向 寄 存 器和控制寄存器进行初始化预丑。例如通过编程预狡,把端口作为输人
13、 端口,中断控制74的正跳变作为 外围“输 入 预备”信号,7 负 跳变作为34对外围“输入肯定”的回答。把:端口作为数据 输出端口,7:4的正跳变作为外田“请 求输出”的控制,7:的负跳变作为数据输出“准备就绪”的回答信 号。这样必预置,9波;)二,7)&?,;):22,7):二&?。用.%汇编 语言写的34预 理程序及 询问程序段 为;人人;):;户%&?人7)人感信息与控 制:9.的引线及寄存器 分布如图:9。外接时钟 引至输入端 及3,作为接 收时钟 和发送 时钟。接 收与发送的编程实例。编 程以前必须熟悉控制寄存器 和状态寄存器各位的功能。当 .非用于调制一解调时,一般将数入预备 1
14、一,输入肯定瑞一残 .输输输入数据据 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6服 9 9 9 9 999 999 99 9 90石石 9 9 9 9 9 9:99:输输输出数据据据:9 9 9 9 99:99:输出请求输出数据准备好据载波检测砚7输 入端 接地。在中断响应后,调用询 间程序实现接收一个字符,图:为框图。控制字+0 表明)时钟分频比为:,数据格式为位 数码及位停止 位,请求 发送 3+9有 效,允许接收中断。当有中断诸求时,执行程序 询 问,判别状态寄存器):时,输出一个字符。流程框图为图:9.异步通信接口适配器?9.是支持?99的通 用
15、串行异步通信接口适配器,用于 调制一解调,电传打字机、3及盒式录 音机等作为异步通信 的接口。.采用对应存储器指令 操 作,它的四个 内部寄 存器作为内存地址来访问,可以对 控制 寄存主主复位并并预预置控制字字?+3互:,?+】3+9=口_ 卫0.人.人+3 0.人 控制主复位预置控制字读状态+3八0:+30二0转读接收寄存器图:接收一个字符程序框图?琳 姗 9人认预置控制字.+3读状态人.屡翌 3二巨 三日 3 匣垫二噩习 母一一(玩改外围通道3 发送数据3反万调制+3 人?冉+人以二+人+获+人启+3 3玖:转)3(,+,瞬、9 0 转褂昔了解调+3 (在3写发送数 据 3返回琢今叽竺钱+
16、.劝图:匕匕 口口口匕 3 3 3 3 33 3 3 3 33 3 3曰曰曰。(_ _ _3 3 3 3 33 3 3 3 3 3 3 33 3 33 3 3门门门门目目 口口【_ _ _ _ _ _ _.3 3 3 3 3 3曰曰曰曰日日 日日 日日(旧旧 _ _ _ _ _ _ 3 3 3!3 3 3曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰(旧旧 日日 日日(一一【_ _ _口口 2 2 2 !3 3 3!3 3 3!3 3 3!3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
17、3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ,/_ _ _?_ _ _2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3!.!3 3 3!丫8 8 8斌”斌”马马马”钱”仄口口口眨眨眨眨眨眨厂护护:了口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口腻腻腻腻腻腻腻厂尹尹:,体体口口口层层层层丫,广广体体,门门门叮叮叮犷尹尹一丫,俘俘口口口层层丫“:厂厂?一 茂茂荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞荞1 1 1,图:=键盘及显
18、示接口?”,则 字模编 码为=.9 9:9 9:9字序编码为)=.9:9 9 9 9。显示子 程事流 程 图:;?,非 编 码 键盘 的识别,一般采用 扫描技术,本例的行扫描采用移位扫描6=.7,列扫描采用计数扫 描6,7,则一个端口可以识 别=为一个数据选 择多路器,当有键闭合 且 在端 有 输出时,作为键码的检测信号,这 时 对应一,的 0内容为 闭合键的键码,链 识 别 时,端口不 用,即输出为 全“:”。这 个 接口必须有一个键 盘 扫描和 译 码 的子程序图:来支持,程序执行判别是否有键闭合,若为数码键则转显示子 程 序,若为命令 键,则转至该命令 程 序 的入口。显云子程序送缓冲区
19、指 针至.送数入使.又指向字模表.3?找出字模显示:#将扫描变量右移一位冲勺图“输出显示程序流程图图:识别键程 序 流 程9:,信息 与 控 制:年第期参考电压?9:数据/转换器丫&敬据眠品模拟输出?山9 9+3.清除 3 人.0 使人端口作?=输入+3(冉?=+3.预置控制字输出准备好数模转换器与 接口的连接日+送送启动转换”正脉冲冲将将端口的数据据存存 0 0 0单元元?.只甲;工一图在允许锁存信号6低电平7?的控制下,输 出 数 据从的刀端口进入转 换 器的锁存器,模拟电压从%&端 输出。9:与 并行接口.的 连接 如 图:。起着输出数据已准备好的作 用,可以预 丑控制 字,使 它 在
20、数据写入0 时降为 低电平保持一 个时 钟 周期,以满足+0:转换的需要609/7,数据在0 保 持 稳定,大约几微秒后,则有模拟 电 压输出。在实际使用中,若位数模转换 的分辨力不够,可 用:9至:位的转换器。若要 将存 储单元9 90中的数据送入数模转换器,其程序如图:。实时 应用系统中测 到的过 程被控变量多为 模拟量,必经模数转换后 以并行数据通过.接口送。模数转换器有多种形 式,如逐项逼近,双 积 分等。前者 转换 速度 快6。协 7,但抗 干扰能力差,后者转换速度慢6 9.异步通信接口。.与 电传机的 连接,一 种是带有+=串行总线标准 的电传机的 连接图961 7;一 种是没有带
21、+=的 电传机连接图96 7。写写入0 并锁锁存存在转换器中中?叭99+3以 清除控制寄存器?+3认使端口作输出?0 3 人人(预置控制字?再人0取数+3.0 数据写入0(并锁存似专换器中3 3 3 +=9 9 9 9 9电传机机 .+:图:数模转换程序 流 程 图?9 9 9 9 9串行输出出 .图9光电辊合元件=供给电传机继 电器。电传机接口,能 把输入电压转为 9#1,的电流输出图:模数转换按口应用在数字皿开关量 的 输 入辐出接口中洋峰在 接日的输出端都有串接光电锅合元件,使主机与 外界 隔离,抑制外来的噪音防 止 外 界故障曼 延 到主机改变信 号驱动的匹配。目前各公司已有光电 隔离元件功能 模块可供 用户选用。