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1、信息工程學(xué)院 接口 CPU 與外設(shè)之間的一種緩沖電 路，是CPU 與外設(shè)之間信息交 換的中轉(zhuǎn)站。6.1.1 什么是接口與接口技術(shù) 圖6.1 微機(jī)控制各類接口框圖內(nèi)存內(nèi)存接口CPU智能儀器接口通信接口過(guò)程控制接口輸入接口輸出接口外存接口數(shù)字化存儲(chǔ)示波器，數(shù)字化萬(wàn)用表終端調(diào)制解調(diào)器 電傳機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器開關(guān)量輸入D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量輸出鍵盤 數(shù)字化儀光筆 圖形輸入 聲音輸入 掃描儀點(diǎn)陣打印 CRT 顯示激光打印 液晶顯示噴墨打印 繪圖儀X-Y記錄儀硬盤 軟盤光盤 磁帶 接口技術(shù) 采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究CPU 與外設(shè)之間如何實(shí)現(xiàn)高效、可靠的信息交換的一門技術(shù)。 （1）數(shù)字量 由鍵盤、光電輸入機(jī)
2、等輸入的信息，通常是以二進(jìn)制表示的數(shù)或以 ASCII 碼表示的數(shù)或字符。1. 數(shù)據(jù)信息（DATA）CPU與外設(shè)交換的數(shù)據(jù)本身：CPU 外設(shè) （2）模擬量非電量信息傳感器電量信號(hào)處理U/I A/D CPU(P/T/Q) （3）開關(guān)量?jī)蓚€(gè)狀態(tài)的量 ，可以用“0”、“1”表示，例如電機(jī)的啟與停，開關(guān)的合與開等。 例如 輸入時(shí)，輸入設(shè)備是否準(zhǔn)備好？ 準(zhǔn)備就緒信號(hào)READY輸出時(shí)，輸出設(shè)備是否空閑？ 忙信號(hào)BUSY2. 狀態(tài)信息（STATUS）例如控制I/O 設(shè)備啟動(dòng)或停止等。3. 控制信息（CONTROL）反映外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息： CPU 外設(shè)CPU控制外設(shè)工作所發(fā)送的一種信息： CPU 外設(shè) 1
3、. 接口電路的組成圖6.2 接口的組成CPU I/O設(shè)備I/O接口DRSRCRABDBCB DATASTATUSCONTROL總線驅(qū)動(dòng)地址譯碼控制邏輯DR：數(shù)據(jù)寄存器SR：狀態(tài)寄存器CR：控制寄存器 2. I/O端口訪問(wèn)方法端口地址與存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一編址。譯碼器8086CPU AB存儲(chǔ)器I/O端口IOM/RDWR 圖6.3 統(tǒng)一編址方式硬件框圖 （1）統(tǒng)一編址方式 優(yōu)點(diǎn)：指令豐富，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：外設(shè)占用存儲(chǔ)器空間，內(nèi)存 容量減小。 圖6.4 獨(dú)立編址方式硬件框圖 譯碼器8086CPU AB存儲(chǔ)器I/O端口IOM/譯碼器 存儲(chǔ)器和外設(shè)都有自己的地址譯碼器，地址空間獨(dú)立，互不影響。用專用的I/O
4、指令訪問(wèn)I/O 端口。 （1）匯編語(yǔ)言的I/O 指令輸入指令： IN AL, n ; n 為8位立即地址IN AL, DX ; 16位地址用DX間址輸出指令： OUT n, ALOUT DX, AL 例：IN AL, 20HMOV DX, 2F0HOUT DX, AL （2）C 語(yǔ)言中的端口讀寫函數(shù)Turbo C 中的(1) unsigned inportb (int port)(2) void outportb (int port, unsigned value)# include dos.hmain ( ) unsigned c; c = inportb (0 x2f0); printf
5、(data = %0 x, c); outportb (0 x360, c); 從解決CPU 與外設(shè)在連接時(shí)存在的矛盾這個(gè)角度看，接口應(yīng)有以下功能： 設(shè)置“ 數(shù)據(jù)口”，解決CPU 高速與外設(shè)相對(duì)低速的矛盾，并為主機(jī)與外設(shè)的批量數(shù)據(jù)傳輸創(chuàng)造條件。1. 數(shù)據(jù)緩沖功能 設(shè)置“ 命令口”，對(duì)CPU 發(fā)出的代碼形式的控制命令識(shí)別、分析并執(zhí)行。CPU與外設(shè)之間信號(hào)在邏輯關(guān)系上的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換（串 并）、以及時(shí)序配合、電平匹配等。2. 接收與執(zhí)行CPU命令的功能3. 信號(hào)轉(zhuǎn)換功能 設(shè)置地址譯碼電路對(duì)外設(shè)尋址。設(shè)置中斷控制器，處理有關(guān)中斷事務(wù)（中斷請(qǐng)求、中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)等）。4. 設(shè)備選擇功能5. 中斷管
6、理功能使用可編程芯片實(shí)現(xiàn)。使用戶在不改動(dòng)硬件的條件下，只修改驅(qū)動(dòng)程序就可改變接口的工作方式。6. 可編程功能 查詢方式 中斷方式 DMA方式輸入外設(shè)狀態(tài)準(zhǔn)備好？數(shù)據(jù)輸入/輸出No Yes1. 查詢方式 （1）查詢式輸入 圖6.5 查詢式輸入接口電路 LOOP1: IN AL, STATUS_PORTTEST AL, 80H ;JE LOOP1IN AL, DATA_PORT D7位表示狀態(tài)信息D71 準(zhǔn)備好 （2）查詢式輸出 圖6.6 查詢式輸出接口電路 LOOP2: IN AL, STATUS_PORTTEST AL, 40H ;JNE LOOP2MOV AL, DATAOUT DATA_P
7、ORT, AL假設(shè)D6為狀態(tài)信息D61 表示忙 查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CPU 3 2 4A/D轉(zhuǎn)換8位數(shù)據(jù)1個(gè)模擬量數(shù)據(jù)READY1位狀態(tài)啟動(dòng) 輸入數(shù)據(jù)8位模擬量.8位數(shù)據(jù)總線4 2 1 0IO/M.RD.3 IO/M.RD.2 IO/M.RD.4 8個(gè)輸入模擬量，經(jīng)過(guò)多路開關(guān)-它由端口4輸出的3位二進(jìn)制碼（D2D1D0）控制（000-相應(yīng)于A0輸入），每次送出一個(gè)模擬量到A/D轉(zhuǎn)換器；同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器由端口4輸出的D4位控制啟動(dòng)與停止。A/D轉(zhuǎn)換器的READY信號(hào)由端口2的D0輸送到CPU數(shù)據(jù)總線，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由端口3傳送到數(shù)據(jù)總線。 START:MOV DL,0F8H LEA DI
8、,DSTORAGAIN:MOV AL,DL AND AL,0EFH OUT 4,AL CALL DELAY MOV AL,DL OUT 4,ALPOLL:IN AL,2 SHR AL,1 JNC POLL IN AL,3 STOSB INC DL AGAIN 數(shù)據(jù)I/OCPU 執(zhí)行程序CPU 中斷允許外設(shè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)(外設(shè)準(zhǔn)備好，請(qǐng)求中斷) 圖6.7 中斷傳送方式的接口電路 DMA (Direct Memory Access) 是存儲(chǔ)器與外設(shè)或存儲(chǔ)器之間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳送的方法，是在DMA 控制器的控制下進(jìn)行的。3. DMA方式 DMA 請(qǐng)求DMA 響應(yīng)送存儲(chǔ)器地址傳送數(shù)據(jù)DMA 結(jié)束傳送結(jié)束？Ye
9、s修改地址指針No圖6.8 DMA 工作流程圖 能向CPU 發(fā)出DMA 請(qǐng)求信號(hào)。 CPU 響應(yīng)后，接管對(duì)總線控制，進(jìn)入DMA 方式。 發(fā)出讀、寫控制信號(hào)。 決定數(shù)據(jù)傳送的地址和數(shù)據(jù)傳送的長(zhǎng)度。 判斷DMA 操作的結(jié)束，撤消總線請(qǐng)求信號(hào)， 使CPU 恢復(fù)正常工作。 （3）DMA 方式與中斷方式的比較中斷方式特點(diǎn)DMA方式控制數(shù)據(jù)傳送CPU 狀態(tài)響應(yīng)適用性由DMA控制器控制I/O 存儲(chǔ)器不破壞CPU 內(nèi)部寄存器狀態(tài)請(qǐng)求響應(yīng)，級(jí)別高于中斷適用于高速I/O設(shè)備和成組數(shù)據(jù)交換由CPU程序控制I/O CPU 存儲(chǔ)器請(qǐng)求響應(yīng)，級(jí)別比DMA方式低適用于慢速 I/O設(shè)備，實(shí)時(shí)處理破壞CPU內(nèi)部寄存器狀態(tài) I/
10、O 端口地址譯碼一般由地址信號(hào)和控制信號(hào)的不同組合實(shí)現(xiàn)。其原則是：（2）低位地址線直接連接到 I/O 接口芯片，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)尋址。1. I/O端口地址譯碼電路設(shè)計(jì)原則（1）高位地址與CPU 的控制信號(hào)組合，經(jīng)譯 碼電路產(chǎn)生 I/O 接口芯片的片選信號(hào)CS， 實(shí)現(xiàn)片間尋址。 （1）固定式端口地址譯碼 使用門電路的譯碼電路圖6.9 2F8H讀操作端口譯碼或門 圖6.10 2E2H 讀/寫操作端口譯碼 使用譯碼器的譯碼電路圖6.11 PC/XT 系統(tǒng)板上的地址譯碼電路 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0產(chǎn)生片選信號(hào)片內(nèi)尋址0 0 0 0 1 0 0 0 0 01 1 1 1 18259Y1有效選中因此8259的端口地址范圍 02003FH。 （2）開關(guān)式可選端口地址譯碼 用比較器組成的可選式譯碼電路圖6.12 74LS688 為8位比較器。當(dāng) P07 Q07時(shí)，P 0P07 Q07時(shí)，P1 使用跳線的可選式譯碼電路圖6.13 跳線開關(guān)可選 式譯碼電路 （3）使用可編程邏輯器件譯碼 1.分析接口兩側(cè)的情況2.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線與外設(shè)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換3.合理選用接口芯片4.接口驅(qū)動(dòng)程序分析與設(shè)計(jì)
微型計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)
