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1、6.1 6.1 概述6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 输入输入输入输入/输出与输入输出与输入输出与输入输出与输入/输出接口输出接口输出接口输出接口6.1.2 I/O6.1.2 I/O6.1.2 I/O6.1.2 I/O接口的功能接口的功能接口的功能接口的功能6.1 3 6.1 3 6.1 3 6.1 3 微处理器与微处理器与微处理器与微处理器与I/OI/OI/OI/O设备间的接口信息设备间的接口信息设备间的接口信息设备间的接口信息6.1.4 I/O6.1.4 I/O6.1.4 I/O6.1.4 I/O端口的编址方法端口的编址方法端口的编址方法端口的编址方法6.1.5 I/O6.1
2、.5 I/O6.1.5 I/O6.1.5 I/O组织组织组织组织第1页/共59页6.16.1.1.1 输入/输出与输入/输出接口输入输入/输出：输出：微处理器与外部设备之间的信息交换。输入输入/输出接口：输出接口：完成输入/输出任务的接口。包括:硬件接口电路和软件接口程序。6.1.1 输入/输出与输入/输出接口 结束第2页/共59页6.1.2 I/O6.1.2 I/O接口的功能1.地址译码2.提供联络信号3.信号特性匹配（如电平转换）4.信息格式的转换（如正负逻辑的转换，串并格式，模数转换）5.数据缓冲与锁存6.对外设进行中断管理7.提供时序控制6.1.2 I/O接口的功能 结束第3页/共59
3、页6.1.3 6.1.3 微处理器与I/OI/O设备间的接口信息三种：数据信息、状态信息、控制信息这些信息均通过数据总线传输。6.1.3 微处理器与I/O设备间的接口信息 结束第4页/共59页6.1.4 I/O6.1.4 I/O端口的编址方法1.1.存储器映射编址存储器映射编址含义：含义：I/OI/O端口的地址与存储器的地址统一混合编址。端口的地址与存储器的地址统一混合编址。用访问存储器的指令，即可对整个地址空间（存储器和用访问存储器的指令，即可对整个地址空间（存储器和I/OI/O）进行访问，而进行访问，而无需专用无需专用I/OI/O指令。指令。优点：优点：访问访问I/OI/O指令多，使用方便
4、。指令多，使用方便。内存与外设地址分布相同。内存与外设地址分布相同。无需专用的无需专用的I/OI/O指令。指令。第5页/共59页6.1.4 I/O6.1.4 I/O端口的编址方法2.I/O2.I/O映射编址映射编址含义：含义：I/O端口与存储器分开独立编址，即I/O端口和存储器都有自己的一套地址空间，而且互不相干。优点：优点：I/O设备不占用内存单元，节约了内存空间。指令执行速度快。80X86-PentiumX微机采用I/O映射的编址方法。I/O端口的地址64K个8位口地址（0000H-FFFFH）。6.1.4 I/O端口的编址方法 结束第6页/共59页6.1.5 I/O6.1.5 I/O组织
5、1.I/O1.I/O组织形式组织形式基于8088的8位I/O组织基于8086和80286 16位I/O组织基于80386和80486 32位I/O组织基于PentiumPentium4的64位I/O组织第7页/共59页8 8位I/OI/O组织-基于80888088第8页/共59页1616位I/OI/O组织-基于8086-802868086-80286第9页/共59页3232位I/OI/O组织-基于80386-8048680386-80486第10页/共59页6464位I/OI/O组织-基于Pentium-Pentium 4 Pentium-Pentium 4 第11页/共59页6.1.5 I/
6、O6.1.5 I/O组织2.I/O2.I/O端口的地址分配端口的地址分配I/O地址范围 0000H-FFFFH.共64K个8位端口 从8086-Pentium 4 I/O地址采用A15-A0共16条地址线，且与存储器分开编址。系统板保留的1K个I/O端口 000H-03FFH，共1K个8位端口 （详见书P.219表6.1）第12页/共59页系统板保留的1 1K K地址6.1.5 I/O组织 6.1 概述 结束第13页/共59页6.2 6.2 输入输出控制方式6.2.1 6.2.1 直接程序控制方式直接程序控制方式6.2.2 6.2.2 中断控制方式中断控制方式6.2.3 DMA6.2.3 DM
7、A控制方式控制方式第14页/共59页6 6.2.1.2.1 直接程序控制方式含含含含义义义义：直直直直接接接接在在在在程程程程序序序序控控控控制制制制下下下下进进进进行行行行微微微微处处处处理理理理器器器器与与与与外外外外设设设设之之之之间间间间的数据传送。的数据传送。的数据传送。的数据传送。分类：分类：分类：分类：无条件传送方式和条件传送方式两种无条件传送方式和条件传送方式两种无条件传送方式和条件传送方式两种无条件传送方式和条件传送方式两种。1.1.1.1.无条件传送方式：无条件传送方式：无条件传送方式：无条件传送方式：含义：含义：含义：含义：不查询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。不查
8、询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。不查询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。不查询外设状态而直接进行输入输出的一种方式。特点：特点：特点：特点：简单、经济，但可靠性差。简单、经济，但可靠性差。简单、经济，但可靠性差。简单、经济，但可靠性差。第15页/共59页1.1.无条件传送方式：例：例：一个采用无条件传送方式的数据采集系统。一个采用无条件传送方式的数据采集系统。这是一个这是一个1616位精度的数据采集系统。位精度的数据采集系统。被采集的数据是被采集的数据是8 8个模拟量，由继电器绕组个模拟量，由继电器绕组P0P0、P1P1、P7P7分分别控制触点别控制触点K0K0、K1K1K7K7逐
9、个接通。逐个接通。每次采样用一个每次采样用一个4 4位（十进制数）数字电压表测量，把被采位（十进制数）数字电压表测量，把被采样的模拟量转换成样的模拟量转换成1616位位BCDBCD代码，高代码，高8 8位和低位和低8 8位通过两个不同的位通过两个不同的端口（其地址分别为端口（其地址分别为10H10H和和11H11H）输入。）输入。CPUCPU通过端口通过端口20H20H输出控制信号，以控制某个继电器的吸合，输出控制信号，以控制某个继电器的吸合，实现采集不同通道的模拟量。实现采集不同通道的模拟量。第16页/共59页1.无条件传送方式：8 8个模拟量个模拟量1616位精度的数位精度的数据采集系统据
10、采集系统继电器绕组继电器绕组触点触点控制端口控制端口数据端口数据端口第17页/共59页1.1.无条件传送方式：采集过程要求：采集过程要求：（1 1）先断开所有的继电器线圈及触头，不采集数据。先断开所有的继电器线圈及触头，不采集数据。（2 2）延迟一段时间后，使延迟一段时间后，使K0K0闭合，采集第闭合，采集第1 1个通道的个通道的模拟量，并保持一段时间，以使数字电压表能将模拟电模拟量，并保持一段时间，以使数字电压表能将模拟电压转换为压转换为1616位位BCDBCD码。码。（3 3）分别将高分别将高8 8位与低位与低8 8位位BCDBCD码存入内存，完成第码存入内存，完成第1 1个个模拟量的输入
11、与转存。模拟量的输入与转存。（4 4）利用移位与循环实现利用移位与循环实现8 8个模拟量的依次采集、输个模拟量的依次采集、输入与转存。入与转存。第18页/共59页1.1.无条件传送方式：数据采集程序：数据采集程序：STARTSTART：MOV DXMOV DX，0100H0100H；01HDH,01HDH,置吸合第置吸合第1 1个继电器代码个继电器代码；00HDL,00HDL,置断开所有继电器代码置断开所有继电器代码LEA BXLEA BX，DSTORDSTOR；置输入数据缓冲器的地址指针；置输入数据缓冲器的地址指针XOR ALXOR AL，ALAL；清；清ALAL及进位位及进位位CFCF第1
12、9页/共59页1.1.无条件传送方式：AGAINAGAIN：MOV ALMOV AL，DLDLOUT 20HOUT 20H，ALAL；断开所有继电器线圈；断开所有继电器线圈CALL NEAR DELAY1CALL NEAR DELAY1；模拟继电器触点的释放时间；模拟继电器触点的释放时间MOV ALMOV AL，DH DH OUT 20HOUT 20H，ALAL；先使；先使P0P0吸合吸合CALL NEAR DELAY2CALL NEAR DELAY2；模拟触点闭合及数字电压表的转换时间；模拟触点闭合及数字电压表的转换时间IN AXIN AX，10H10H；输入；输入MOV MOV BXBX，
13、AXAX；存入内存；存入内存INC BX INC BX INC BX INC BX RCL DH,1RCL DH,1；DHDH左移（大循环）左移（大循环）1 1位，为下一个触点吸合作准备位，为下一个触点吸合作准备JNC AGAINJNC AGAIN；8 8位都输入完了吗？没有，则循环位都输入完了吗？没有，则循环DONEDONE：；输入已完，则执行别的程序段；输入已完，则执行别的程序段 第20页/共59页6.2.1 6.2.1 直接程序控制方式输入输入输出输出2.2.条件传送方式：条件传送方式：含义：含义：首先查询外设状态，满足条件时才进行数据的传送，因此也叫查询传送方式。特点：特点：简单、可靠
14、性高，但CPU效率低。第21页/共59页2.2.条件传送方式首先读入状首先读入状态信息态信息然后读然后读入数据入数据同时设置状同时设置状态态/数据数据第22页/共59页2.2.条件传送方式 由于对应一个数据端口的状态信息通常只有是由于对应一个数据端口的状态信息通常只有是1 1位。位。所以，不同所以，不同的数据端口可以使用同一个端口中不同的的数据端口可以使用同一个端口中不同的位作为其状态信息。位作为其状态信息。查询式输入部分的程序：查询式输入部分的程序：POLLPOLL：IN ALIN AL，STATUS_PORTSTATUS_PORT；读状态端口的信息；读状态端口的信息TEST ALTEST
15、AL，80H80H；设；设“准备就绪准备就绪”（READYREADY）信息在）信息在D7D7位位JZ POLL JZ POLL；未；未“准备就绪准备就绪”，则循环再查，则循环再查IN ALIN AL，DATA_PORT DATA_PORT；已；已“准备就绪准备就绪”(READY=1)(READY=1)，则读入数据，则读入数据 第23页/共59页2.2.条件传送方式首先读入状首先读入状态信息态信息然后写入然后写入数据和设数据和设置状态置状态同时读取数据同时读取数据和设置状态和设置状态第24页/共59页2.2.条件传送方式查询式输出部分的程序：查询式输出部分的程序：POLLPOLL：IN ALIN
16、 AL，STATUS_PORT STATUS_PORT ；查状态端口中的状态信息；查状态端口中的状态信息D7D7TEST ALTEST AL，80H 80H JNZ POLLJNZ POLL；D7D71 1即忙线即忙线1 1，则循环再查，则循环再查 MOV ALMOV AL，STORE STORE；否则，外设空闲，则由内存读取数据；否则，外设空闲，则由内存读取数据OUT DATA_PORTOUT DATA_PORT，AL AL；输出到；输出到DATADATA地址端口单元地址端口单元 其中，其中，STATUSSTATUS和和DATADATA分别为状态端口和数据端口的分别为状态端口和数据端口的符号
17、地址；符号地址；STORESTORE为待输出数据的内存单元的符号地址。为待输出数据的内存单元的符号地址。第25页/共59页2.2.条件传送方式例：例：一个采用查询方式的数据采集系统一个采用查询方式的数据采集系统 8 8个输入模拟量，经过多路开关控制，每次输入一个输入模拟量，经过多路开关控制，每次输入一个模拟量至个模拟量至A AD D转换器。转换器。A AD D转换器由端口转换器由端口4 4输出的输出的D4D4位控制启动与停止。位控制启动与停止。A AD D转换器的转换器的READYREADY信号由端口信号由端口2 2的的D0D0输至输至CPUCPU数据数据总线。总线。A AD D转换后的数据由
18、端口转换后的数据由端口3 3输入至数据总线。输入至数据总线。多路开关由端口多路开关由端口4 4的的 D2-D0 3D2-D0 3位二进制码控制位二进制码控制（000-111000-111分别对应于分别对应于UA0-UA7UA0-UA7）。）。第26页/共59页2.2.条件传送方式控制端口控制端口状态端口状态端口数据端口数据端口控制控制A AD D的启动与停止的启动与停止控制码控制码第27页/共59页2.2.条件传送方式 采集过程要求：采集过程要求：（1 1）初始化；）初始化；（2 2）先停止）先停止A AD D转换；转换；（3 3）启动）启动A AD D转换，查输入状态信息转换，查输入状态信息
19、READYREADY；（4 4）当输入数据已转换完（）当输入数据已转换完（READYREADY1 1，即准备就，即准备就绪），则经由端口绪），则经由端口3 3输入至输入至CPUCPU的累加器的累加器ALAL中，并转送内中，并转送内存；存；（5 5）设置下一个内存单元与下一个输入通道，循）设置下一个内存单元与下一个输入通道，循环环8 8次。次。第28页/共59页2.2.条件传送方式数据采集过程的程序：数据采集过程的程序：STARTSTART：MOV DLMOV DL，0F8H0F8H；设置启动；设置启动A/DA/D转换的信号，转换的信号，且低且低3 3位选通多路开关通道位选通多路开关通道MOV
20、AXMOV AX，SEG DSTORSEG DSTOR；设置输入数据的内存单元地址指针；设置输入数据的内存单元地址指针MOV ESMOV ES，AXAXLEA DILEA DI，DSTORDSTOR第29页/共59页2.2.条件传送方式AGAINAGAIN：MOV ALMOV AL，DLDLAND ALAND AL，0EFH0EFH；使；使 D4D40 0OUT 04OUT 04，ALAL；停止；停止A/DA/D转换转换CALL DELAYCALL DELAY；等待停止；等待停止A/DA/D转换操作的完成转换操作的完成MOV ALMOV AL，DL DL OUT 04OUT 04，ALAL；选
21、输入通道并启动；选输入通道并启动A/DA/D转换转换POLLPOLL：IN ALIN AL，0202；输入状态信息；输入状态信息SHR ALSHR AL，1 1；查；查ALAL的的D0D0JNC POLL JNC POLL；判；判READYREADY1 1？若？若D0D00 0，未准备好循环再查，未准备好循环再查 IN ALIN AL，0303；若已准备就绪，则经端口；若已准备就绪，则经端口3 3将采样数据输入至将采样数据输入至ALALSTOSBSTOSB；输入数据转送内存单元；输入数据转送内存单元INC DLINC DL；输入模拟量通道增；输入模拟量通道增1 1JNZ AGAINJNZ AG
22、AIN；8 8个模拟量未输入完则循环个模拟量未输入完则循环 ；输入完毕，则执行别的程序；输入完毕，则执行别的程序6.2.1 直接程序控制方式 结束第30页/共59页6.2.2 6.2.2 中断控制方式含含义义：在在在在满满满满足足足足传传传传输输输输条条条条件件件件时时时时，外外外外设设设设向向向向CPUCPU发发发发请请请请求求求求传传传传输输输输的的的的中中中中断断断断信信信信号号号号，CPUCPU接接接接收收收收请求后进入服务程序，在中断服务程序中进行输入输出操作。请求后进入服务程序，在中断服务程序中进行输入输出操作。请求后进入服务程序，在中断服务程序中进行输入输出操作。请求后进入服务程
23、序，在中断服务程序中进行输入输出操作。特点：特点：无需查询等待，无需查询等待，无需查询等待，无需查询等待，CPUCPU利用率大大提高。利用率大大提高。利用率大大提高。利用率大大提高。不不足足：中中中中断断断断控控控控制制制制方方方方式式式式仍仍仍仍需需需需要要要要一一一一系系系系列列列列本本本本与与与与输输输输入入入入输输输输出出出出无无无无关关关关的的的的操操操操作作作作（如如如如压压压压栈栈栈栈保保保保护护护护等），因此对于高速等），因此对于高速等），因此对于高速等），因此对于高速I/OI/O设备效率仍不算快。设备效率仍不算快。设备效率仍不算快。设备效率仍不算快。6.2.2 中断控制方式
24、结束第31页/共59页6.2.3 DMA6.2.3 DMA控制方式含含义义：直直直直接接接接由由由由DMADMA控控控控制制制制器器器器硬硬硬硬件件件件控控控控制制制制数数数数据据据据传传传传输输输输，传传传传输过程无需输过程无需输过程无需输过程无需CPUCPU干预。干预。干预。干预。特特点点：速速速速度度度度快快快快（因因因因为为为为有有有有DMADMA硬硬硬硬件件件件直直直直接接接接控控控控制制制制），效效效效率高。率高。率高。率高。第32页/共59页外设外设/内存内存DMADMA方式与其它方式比较CPUDMA控制器控制器内存内存/外设外设外设外设/内存内存MOV XX，ALOUT DX，
25、ALIN AL，DXMOV AL，XX无需无需CPU指令指令内存内存/外设外设第33页/共59页DMADMA方式输出单个数据示例6.2.3 DMA控制方式 6.2 输入输出控制方式 结束第34页/共59页6.3 6.3 I/OI/O接口的基本结构及特点接口的基本结构接口的基本结构第35页/共59页6.3 I/O6.3 I/O接口的基本结构及特点 接口的特点接口的特点通用性通用性通用性通用性可编程性可编程性可编程性可编程性6.3 I/O接口的基本结构及特点 结束第36页/共59页6.4 6.4 I/OI/O接口的读写技术6.4.1 6.4.1 简单输入输出接口简单输入输出接口6.4.2 6.4.
26、2 端口的读写控制端口的读写控制第37页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口 74LS240 74LS244 74LS245、8位单向负逻辑 8位单向正逻辑 8位双向正逻辑 输入采用缓冲器输入采用缓冲器输入采用缓冲器输入采用缓冲器,输出采用锁存器。输出采用锁存器。输出采用锁存器。输出采用锁存器。1.1.1.1.常用缓冲器：常用缓冲器：常用缓冲器：常用缓冲器：第38页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口第39页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器 第40页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口第41页/共59页
27、6.46.4.1.1 简单输入输出接口2.2.2.2.常用锁存器常用锁存器常用锁存器常用锁存器273为带公共时钟复位八D触发器 第42页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口第43页/共59页6.46.4.1.1 简单输入输出接口第44页/共59页6.4 6.4 I/OI/O接口的读写技术第45页/共59页6.4 6.4 I/OI/O接口的读写技术6.4.1 简单输入输出接口 结束第46页/共59页I/OI/O指令的含义指令的含义IN AL，DX；地址DX有效（相应片选信号有效），RD=0（IOR=0），AEN=0。OUT DX，AL；地址DX有效（相应片选信号有效）,WR=0（IO
28、W=0），AEN=0。I/OI/O接口一般原则：接口一般原则：输入缓冲，输出锁存端口读写控制的关键：端口读写控制的关键：除了由译码器产生片选信号外，还必须将读/写控制信号参加芯片的选通或控制。6.4.2 6.4.2 端口的读写控制第47页/共59页1.1.简单I/OI/O接口的读控制读操作程序读操作程序读操作程序读操作程序:MOV DX,377HMOV DX,377HIN AL,DXIN AL,DX第48页/共59页2.2.简单I/OI/O接口的写控制写操作程序写操作程序写操作程序写操作程序:MOV DX,0DFFFHMOV DX,0DFFFHOUT DX,ALOUT DX,AL第49页/共5
29、9页3.163.16位I/OI/O接口的读操作读操作程序读操作程序读操作程序读操作程序:MOV DX,2F6HMOV DX,2F6HIN AX,DXIN AX,DX第50页/共59页3232位I/OI/O接口的写操作写操作程序写操作程序写操作程序写操作程序:MOV DX,3ECH;MOV DX,3ECH;选中选中选中选中3ECH3EFH43ECH3EFH4个端口个端口个端口个端口OUT DX,EAXOUT DX,EAX第51页/共59页常用接口芯片及应用可编程中断控制器可编程中断控制器可编程中断控制器可编程中断控制器8259825982598259可编程串行通信接口芯片可编程串行通信接口芯片可
30、编程串行通信接口芯片可编程串行通信接口芯片8250/165508250/165508250/165508250/16550可编程并行通信接口芯片可编程并行通信接口芯片可编程并行通信接口芯片可编程并行通信接口芯片8255825582558255可编程定时可编程定时可编程定时可编程定时/计数器芯片计数器芯片计数器芯片计数器芯片8253/82548253/82548253/82548253/8254可编程可编程D/AD/A转换器转换器芯片芯片DAC0832DAC0832可编程可编程A/DA/D转换器转换器芯片芯片ADC0809ADC0809第6章 基本输入输出接口技术 6.4 I/O接口的读写技术
31、6.4.2 端口的读写控制 结束第52页/共59页课堂练习1 1、6.26.22 2、基于、基于PX/XTPX/XT总线，利用总线，利用74LS37474LS374、74LS24474LS244、74LS13874LS138实现实现1616位锁存输出位锁存输出（端口地址为（端口地址为2F0H2F0H、2F1H2F1H）和）和1616位缓冲输入（位缓冲输入（2F2H2F2H、2F3H2F3H）。）。第53页/共59页课堂练习第54页/共59页课堂练习第55页/共59页课堂练习第56页/共59页课堂练习 1 1（a）A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000111 1111=07FH（b）A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=100101 0XXX 所以地址：250H257H第57页/共59页课堂练习第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页