微机原理与接口技术PPT课件.ppt
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1、第第5章章 输入输出接口输入输出接口v5.1 微机接口及接口技术微机接口及接口技术v5.2 I/O端口及其编址方式端口及其编址方式v5.3 端口地址译码端口地址译码v5.4 CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式5.1 微机接口及接口技术微机接口及接口技术 5.1.1 为什么要设置接口电路为什么要设置接口电路 5.1.2 接口电路中的信息接口电路中的信息 5.1.3 接口的基本功能接口的基本功能 5.1.4 接口的基本结构接口的基本结构返返 回回数字化存储数字化存储示波器、数示波器、数字化万用表字化万用表终端、调制终端、调制解调器解调器 A/D转换器转换器 开关量输入开关量输入
2、 D/A转换器转换器 开关量输出开关量输出键盘、鼠标、数键盘、鼠标、数字化字化 仪、光笔、仪、光笔、图形输入仪麦克图形输入仪麦克风、扫描仪风、扫描仪 打印机打印机显示器显示器磁盘磁带磁盘磁带软盘光盘软盘光盘智能仪器接口智能仪器接口通信接口通信接口过程控制接口过程控制接口输入接口输入接口输出接口输出接口外存接口外存接口CPU内存内存 DB AB CB图图1-11-1微机系统各类接口框图微机系统各类接口框图 返返 回回5.1.1 5.1.1 为什么要设置接口电路为什么要设置接口电路CPUCPU与外设两者的信号线不兼容,在信号线功能定义、逻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
3、系上都不一致辑定义和时序关系上都不一致 两者的工作速度不兼容,两者的工作速度不兼容,CPUCPU速度高,外设速度低速度高,外设速度低 若不通过接口,而由若不通过接口,而由CPUCPU直接对外设的操作实施控制,就直接对外设的操作实施控制,就会使会使CPUCPU处于穷于应付与外设打交道之中,大大降低处于穷于应付与外设打交道之中,大大降低CPUCPU的的效率效率 若外部设备直接由若外部设备直接由CPUCPU控制,也会使外设的硬件结构依赖控制,也会使外设的硬件结构依赖于于CPUCPU,对外设本身的发展不利。,对外设本身的发展不利。 5.1.2 5.1.2 接口电路中的信息接口电路中的信息 v数据信息数
4、据信息v状态信息状态信息v控制信息控制信息习惯上把分别传送这三种信息的端口称为习惯上把分别传送这三种信息的端口称为 数据口、状态口、控制口数据口、状态口、控制口 1数据信息数据信息v(1)数字量:数字量: 通常以通常以8位或位或16位的二进制数以及位的二进制数以及ASCII码的形式传码的形式传输,主要指由键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主输,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。机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。v(2)模拟量:模拟量: 模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言,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
5、号,再经需先经过传感器转换成电信号,再经A/D转换器变成转换器变成数字量;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。上述过程的逆转换。v(3)开关量:开关量: 用用“0”和和“1”来表示两种状态,如开关的通来表示两种状态,如开关的通/断、电断、电机的转机的转/停、阀门的开停、阀门的开/关等。关等。2状态信息状态信息CPU在传送数据信息之前,经常需要先了解外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。、输出设备是否忙等。v用于表征外设工作状态的信息就
6、叫做状态信息,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它总是由外设通过接口输入给CPU的。的。v状态信息的长度不定,可以是状态信息的长度不定,可以是1个二进制位或个二进制位或多个,含义也随外设的具体情况不同而不同多个,含义也随外设的具体情况不同而不同。3控制信息控制信息v用来发布控制命令、控制外设工作的用来发布控制命令、控制外设工作的信息,例如信息,例如A/D转换器的启停信号。转换器的启停信号。v控制信息总是控制信息总是CPU通过接口发出的通过接口发出的。返返 回回5.1.3 接口的基本功能接口的基本功能v1 1 数据缓冲功能数据缓冲功能v2 2 端口选择功能端口选
7、择功能v3. 3. 信号转换功能信号转换功能v4 4 接收和执行接收和执行CPUCPU命令的功能命令的功能v5. 5. 中断管理功能中断管理功能 v6 6 可编程功能可编程功能v7. 7. 返回外设状态的功能返回外设状态的功能 v8. 8. 数据宽度与数据格式转换的功能数据宽度与数据格式转换的功能1. 1. 数据缓冲功能数据缓冲功能v接口电路中一般都设置有数据寄存器或锁存器数据口,以解决高速的主机与低速的外设之间的速度匹配问题,避免因主机与外设的速度不匹配而丢失数据。2 2 端口选择功能端口选择功能v微机系统中常有多个外设,而CPU在任一时刻只能与一个端口交换信息,因此需要通过接口的地址译码电
8、路对端口进行寻址。3. 3. 信号转换功能信号转换功能v外设所提供的数据、状态和控制信号可能与微机的总线信号不兼容,所以接口电路应进行相应的信号转换。4 4 接收和执行接收和执行CPUCPU命令的功能命令的功能vCPU对外设的控制命令一般以代码形式输出到接口电路的控制端口,接口电路对命令代码进行识别、分析,分解成若干控制信号,传送到I/O设备,并产生相应的具体操作。5. 5. 中断管理功能中断管理功能v当外设需要及时得到CPU的服务,特别是出现故障需要CPU立即处理时,就要求接口中设置中断控制器,以便于CPU处理有关中断事务(如中断请求、中断优先级排队、提供中断向量等)。6 6 可编程功能可编
9、程功能v由于I/O接口电路大多由可编程接口芯片组成,因此就有可能在不改变硬件电路的情况下,只要修改接口驱动程序就可以改变接口的工作方式,提高了接口的灵活性和可扩充性,使接口向智能化方向发展。7. 7. 返回外设状态的功能返回外设状态的功能v接口电路在执行命令之前、执行命令过程中和执行命令之后,外部设备及接口电路都会有一些情况发生,包括正常工作状态和故障状态。v“忙”、“闲”、“准备就绪”、“未准备就绪”、“满”、“空”、“溢出错”、“格式错”等v接口中一般都设置状态寄存器,称“状态口”。状态信号以状态代码形式存放在接口电路的状态寄存器中。vCPU从状态口读取状态信息,供CPU作出判断与处理。8
10、. 8. 数据宽度与数据格式转换的功能数据宽度与数据格式转换的功能vCPU所处理的是并行数据,而有的外设只能处所处理的是并行数据,而有的外设只能处理串行数据,接口应具有数据理串行数据,接口应具有数据“并串并串”、 “串串并并”的转换能力。的转换能力。vCPU与有些外设交换数据时,要求按照一定的与有些外设交换数据时,要求按照一定的数据格式传送,所以在数据格式传送,所以在CPU与通信设备之间进与通信设备之间进行数据格式转换。行数据格式转换。返返 回回5.1.45.1.4接口的基本结构接口的基本结构v1端口v2地址译码电路v3数据缓冲器与锁存器1端口端口vI/O接口通常设置有若干个寄存器,用来暂存C
11、PU和外设之间传输的数据、状态和控制信息。v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。v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。v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地址译码电路地址译码电路v 它由译码器或能实现译码功能的其它芯片它由译码器或能实现译码功能的其它芯片构成。构成。v它的作用是进行设备选择,是接口中不可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。口芯片中
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