《擴(kuò)展IO接口設(shè)計》PPT課件

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1、I/O的基本模型第9章擴(kuò)展I/O接口設(shè)計并行接口——8255A9.1I/O接口基本模型微型計算機(jī)系統(tǒng)可通過系統(tǒng)總線與外設(shè)相連，進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展與開發(fā)，而外設(shè)必須通過接口才能與CPU交換信息。CPU或系統(tǒng)總線I/O接口電路外設(shè)9.1.1I/O接口的交換信息1.數(shù)據(jù)信息(DATA)(1)數(shù)字量由鍵盤、光電輸入機(jī)等輸入的信息。(通常以二進(jìn)制表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符)CPU與外設(shè)交換的基本信息是數(shù)據(jù)，有三種類型：(2)模擬量非電量信息傳感器電量信號處理A/DCPU?(3)開關(guān)量兩個狀態(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。2.狀態(tài)信息(STATUS)輸

2、入時，輸入設(shè)備是否準(zhǔn)備好？(READY)輸出時，輸出設(shè)備是否空閑？(BUSY)反映當(dāng)前外設(shè)工作狀態(tài)的信息，例如：3.控制信息(CONTROL)例如控制I/O設(shè)備啟動或停止等。CPUI/O設(shè)備I/O接口123ABDBCBDATASTATUSCONTROLCPU與外設(shè)之間的接口信息通過接口輸出用以控制外設(shè)工作的信息。（1）速度的匹配外設(shè)的讀寫速度可能很慢。CPU與端口進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換，端口與外設(shè)進(jìn)行慢速交換。端口作為微型機(jī)與外設(shè)間傳遞數(shù)據(jù)的中間緩沖站。9.1.2I/O接口的功能（2）信息格式的變換外部設(shè)備的數(shù)據(jù)形式可能是數(shù)字量、模擬量或開關(guān)量等，數(shù)字量可能采用并行方式或串行方式。

3、接口電路的功能之一是將不同信息格式變換為CPU能接收的標(biāo)準(zhǔn)并行信息，如串并轉(zhuǎn)換、A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。（4）信號電平的匹配即電平配合、信號類型、信號電平、信號格式等的轉(zhuǎn)換（3）時序的匹配CPU時序與外設(shè)時序可能不一致，由接口電路實現(xiàn)匹配。（5）數(shù)據(jù)緩沖對所傳送的數(shù)據(jù)提供緩沖、隔離以及寄存的功能。（7）校驗和檢查在微機(jī)系統(tǒng)中，通常為I/O接口配備有校驗功能，并且可以將出錯信息報告給微處理器。（6）地址譯碼通過地址譯碼電路對外圍設(shè)備I/O地址尋址。外部設(shè)備與微處理器進(jìn)行信息交換必須通過訪問該外設(shè)相對應(yīng)的端口來實現(xiàn)。具體訪問這些外設(shè)端口的過程叫做尋址。通常有兩種尋址方式：存儲器映像

4、的I/O尋址方式和I/O端口單獨(dú)尋址方式。9.1.3I/O端口及其尋址方式9.1.4I/O接口的數(shù)據(jù)傳送方式微處理器與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送通常包括無條件傳送、查詢傳送、中斷傳送、以及DMA方式。1、無條件傳送方式無條件傳送一般適合于數(shù)據(jù)傳送不太頻繁的情況，如對開關(guān)、數(shù)碼顯示器等一些簡單外設(shè)的操作。所謂無條件，就是假設(shè)外設(shè)已處于就緒狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳送時，程序就不必再去查詢外設(shè)的狀態(tài)，而直接執(zhí)行相應(yīng)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2、條件傳送方式條件傳送也稱為查詢傳送方式。它在執(zhí)行輸入輸出操作之前，需通過測試程序?qū)ν獠吭O(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查。當(dāng)所選定的外設(shè)已準(zhǔn)備“就緒”后，才開始進(jìn)行輸入輸出操作。查詢傳送

5、方式流程圖查詢傳送方式工作流程包括三個基本工作環(huán)節(jié)（2）查詢環(huán)節(jié)CPU從讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位。（3）傳送環(huán)節(jié)當(dāng)上一環(huán)節(jié)完成后，將對數(shù)據(jù)口實現(xiàn)尋址，從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)，或從數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)。（1）讀取狀態(tài)字主要通過檢測狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位來檢查外設(shè)是否“就緒”。3、中斷傳送方式為了進(jìn)一步提高CPU的效率和使系統(tǒng)有實時性能，可以采用中斷傳送方式。在中斷傳送方式下，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好時，主動向CPU發(fā)出中斷請求，請求CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。中斷方式的數(shù)據(jù)輸入采用中斷傳送方式時,外設(shè)處于主動地位,無需CPU花費(fèi)大量時間去查詢外設(shè)的工作狀態(tài)。與程序方式相比，大大提高了CPU的效率。外設(shè)請求

6、中斷INTR有效主程序中斷服務(wù)程序輸入數(shù)據(jù)外設(shè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)4、DMA方式DMA(DirectMemoryAccess):是存儲器與外設(shè)或存儲器之間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳送的方法，是在DMA控制器(DMAC)的控制下進(jìn)行的。CPU總線存儲器外設(shè)程序控制的數(shù)據(jù)輸入/輸出DMADMA與程序控制數(shù)據(jù)傳送路徑比較DMA與程序控制數(shù)據(jù)傳送路徑的比較傳送方式的比較無條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步查詢傳送：簡單實用，效率較低中斷傳送：外設(shè)主動，可與CPU并行工作，但每次傳送需要大量額外時間開銷DMA傳送：DMAC控制，外設(shè)直接和存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速數(shù)據(jù)傳送微機(jī)系統(tǒng)的信息交換有并行通信

7、和串行通信兩種方式。并行通信是以微處理器的字長為傳輸單位；適合于外部設(shè)備與微機(jī)之間進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換。實現(xiàn)并行通信的接口稱之為并行接口。9.28255A概述22西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院Intel公司的80/85系列接口電路都可以直接與MCS-51接口。常用的接口器件為：8255：可編程通用并行接口電路；8253/8254：可編程定時/計數(shù)器；8155/8156：可編程RAM/IO/TIMER擴(kuò)展芯片；8251：可編程串行接口電路；8279：可編程鍵盤顯示接口電路；以上器件最大的特