第七章 输入输出接口技术

第七章输入输出总线接口技术主要内容微型计算机的最小系统CPU与外设之间数据传送的方式并行接口芯片8212可编程并行接口芯片8255A串行接口通信的基本概念可编程串行接口芯片8251A接口功能地址译码和设备选择数据缓冲设置、保存控制命令和译码监测、保存外部设备的状态信息转换中断控制微型计算机的最小系统输入/输出接口芯片8282、8286特点：8282是典型的数据锁存器，传送的数据位数是8位，数据传送的方向是单向的。8286为数据收发器，双向传送8位数据。微型计算机的最小系统输入/输出接口芯片8282、8286微型计算机的最小系统微型计算机的最小系统8086的MIN/端接高电平，说明8086工作在最小模式。8086与外设进行信息交换时，有3片8282用来作为地址锁存器。当系统中所连的外设多时，使用2片8286来增加数据总线的驱动能力。选用8282芯片作地址信息锁存器，以获取地址信息；选用8286芯片作数据信息寄存器，以获取数据信息。MAX微型计算机的最小系统微型计算机的最小系统CPU与外设之间数据传送的方式程序传送方式程序传送方式以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，通过执行预先编制的输入/输出程序实现数据传输。程序传送方式可分为无条件传送和查询传送方式。无条件传送方式在传送信息时，已知外部设备是准备好的状态，所以输入输出时都不需要查询外部设备的状态。在输入或输出时，相应给出IN或OUT指令即可。但这种方式必须确信外部设备已准备好的状态才可使用，否则就会出错，故很少使用。CPU与外设之间数据传送的方式程序传送方式无条件传送方式CPU与外设之间数据传送的方式程序传送方式查询传送方式查询方式的数据传送过程如下：（1）CPU从状态端口读取状态字。（2）CPU判断状态位是否“准备就绪”，如果没准备好，就返回上一步，继续读取状态字。（3）如果准备好，则执行数据传送操作。CPU与外设之间数据传送的方式中断传送方式当外设准备好后，外设接口便主动向CPU发“中断请求”信号。CPU响应这样这一请求，则暂停正在执行的程序，而转入与外设操作有关的中断服务程序。在中断服务程序中完成数据的输入或输出，中断服务程序执行完毕，CPU返回到原来程序的断点继续执行。CPU与外设之间数据传送的方式中断传送方式CPU与外设之间数据传送的方式DMA传送方式基本思想:在存储器和外设之间建立起直接的数据传送通路，即不经由CPU，而由专门的DMA控制器实现存储器和外设之间的操作。于是，传送就不必进行保护现场等一系列额外操作，从而减轻了CPU的负担，因此特别适合于高速度大批量数据传送的场合。但是，这种方式要增设DMA控制器，硬件电路比前两种方式更为复杂，CPU与外设之间数据传送的方式DMA传送方式CPU与外设之间数据传送的方式DMA传送方式CPU与外设之间数据传送的方式DMA传送方式DMA传送的基本过程如下：（1）当I／O接口准备好，希望进行DMA操作时，就向DMA控制器（DMAC）发出DMA请求信号（DRQ）（2）DMA控制器将此请求信号转变成对CPU的总线请求信号（DMAHRQ）（3）CPU当前机器周期执行结束，响应DMA请求发出总线应答信号（HLDA），此时，由DMA控制器接管对总线的控制。CPU与外设之间数据传送的方式DMA传送方式（4）由DMA控制器对存储器寻址，并发出相应控制信号（DACK、、）,使存储器与I／O接口之间直接交换数据。（5）在传送一字节数据后，DMA控制器自动修改存储器地址和传送字节计数器，并检测传送是否结束。（6）DMA传送结束，DMA控制器向CPU发出结束信号，并释放总线，使CPU重新获得总线控制，恢复正常工作。WRRDWR并行接口芯片82128212介绍Intel8212是一个八位的输入输出接口芯片引脚图Intel8212包括8位锁存器、三态输出缓冲器，控制和选择逻辑电路和中断请求逻辑等部分。并行接口芯片82128212介绍并行接口芯片82128212工作方式1、输出接口并行接口芯片82128212工作方式2、输入接口（1）直通式并行接口芯片82128212工作方式2、输入接口（2）选通输入可编程并行接口芯片8255A8255A结构外部引脚可编程并行接口芯片8255A8255A结构内部结构可编程并行接口芯片8255A8255A结构内部结构8255A由三部分组成。1、与外设接口部分8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0。端口都是8位，都可以作为输入或输出，但功能上各有特色：端口A：一个8位数据输出锁存和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。端口B：一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。端口C：一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存）。可编程并行接口芯片8255A8255A结构2、与微处理器接口部分这部分主要完成数据传送及逻辑控制。3、内部控制部分由A、B两组控制电路组成。主要作用是根据CPU送来的控制字用以决定两组端口（A组为A口C口的高4位，B组为B口和C口的低4位。）的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位进行置位或复位。可编程并行接口芯片8255A8255A控制字1、工作方式控制字可编程并行接口芯片8255A8255A控制字2、8255A置位复位控制字可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式三种基本的工作方式：方式0－基本的输入输出方式方式1－选通输入输出方式方式2－双向传送方式。1、方式0方式0不使用联络信号，也不使用中断，A口和B口可定义为输入或输出口，C口分成两个部分（高四位和低四位），C口的两个部分也可分别定义为输入或输出。在方式0，所有口输出均有锁存，输入只有缓冲，但无锁存，C口还具有按位将其各位清0或置1的功能。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式2、方式1A口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，形成A组，B口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，组成B组。在方式1下，A口和B口的输入输出均带有锁存。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式方式1的输入A口工作于方式1且用作输入口时，C口的PC4线用作选通输入信号线STBA，PC5用作输入缓冲器满输出信号线IBFA，PC3用作中断请求输出信号线INTRA。B口工作于方式1且用作输入口时，C口的PC2线用作选通输入信号线STBB，PC1用作输入缓冲器满输出信号线IBFB，PC0用作中断请求输出信号线INTRB。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式各状态、控制信号线：选通信号，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将由外设送来的位于A口（或B口）引线的8位数据锁存到A口（或B口）的输入锁存器中。IBF：输入缓冲器满，输出，高有效。这是8255A送给外设的联络信号，有效时表示数据已送入到输入锁存器中。该信号由外设发出的置位（变为有效），由CPU发出的信号的上升沿复位（变为无效）。INTR：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。它是当信号将外设的数据送入8255A的输入锁存器，使IBF为有效，并且中断允许（INTE为高）时，由8255A发出的。换句话，在中断允许的前提下，输入选通信号结束时，外设已经将数据送入8255A的输入锁存器，这时8255A向CPU提出中断请求，让CPU来读取位于8255A输入锁存器中的数据。STBSTBBOBFRDSTB可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式各状态、控制信号线INTE：中断允许。它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTE＝l，允许A口或B口向CPU申请中断，INTE＝0，禁止A口或B口向CPU申请中断。INTE没有外部引出端，它是利用C口的按位置位／复位的功能来使其置1或清0的，INTEA由PC4控制，INTEB由PC2控制。需要指出的是，在方式1时，PC4和PC2的置位／复位操作分别用于控制A口和B口的中断允许信号，这是8255A的内部操作，这一操作对PC4和PC2引脚用于A口和B口的数据选通输入和的状态没有任何影响。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式方式1的输出当A口工作于方式1且用作输出口时，C口的PC7线用作输出缓冲器满信号，PC6用作外设收到数据后的响应信号，PC3用作中断请求输出信号线INTRA。当B口工作于方式l且用作输出口时，C口的PC1线用作输出缓冲器满信号，PC2用作外设收到数据后的响应信号，PC0用作中断请求输出信号线INTRA。AOBFAACKBACKBOBF可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式各状态、控制信号线：输出缓冲器满，输出，低有效。这是8255A送给外设的控制信号，有效时表示数据已送入到输出锁存器中，用该信号通知外设将数据取走。该信号由CPU发出的而置成低电平（变为有效）而由外设来的ACK信号使其恢复为高电平（无效）。：应答，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将表示外设已经从端口输出线上将数据取走。ACKOBFACK可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式INTR：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。它是当外设将数据取走并应答信号之后，并且中断允许（INTE为高电平）时，由8255A发出的。在中断允许的前提下，信号有效时，外设已经将数据取走，这时8255A向CPU提出中断请求，让CPU输出一个新的数据。ACKACK可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式INTE：中断允许。它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTE＝1，允许A口或B口向CPU申请中断，INTE＝0，禁止A口或B口向CPU申请中断。它是利用C口的按位置位／复位的功能来置1或清0的，INTEA由PC6控制，INTEB由PC2控制。在方式1时，PC4和PC2的置位／复位操作分别用于控制A口的B口的中断允许信号，可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式3、方式2方式2是A组独有的工作方式。外设既能在A口的8条引线上发送数据，又能接收数据。此方式也是借用C口的5条信号线作控制和状态线，A口的输入和输出均带有锁存。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式：输出缓冲器满，输出，低有效。这是8255A送给外设的控制信号，有效时表示数据已送入到A口输出锁存器中，用该信号通知外设将数据取走。：应答，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时表示外设已经从A口输出线上将数据取走。OBFACK可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式：选通信号，输入，低有效。这是由外设送来的信号，有效时将由外设送来的位于A口引线的8位数据锁存到A口的输入锁存器中。IBFA：输入缓冲器满，输出，高有效。这是8255A送给外设的响应信号，有效时表示数据已送入到输入锁存器中。该信号由外设发出的置位（变为有效），由CPU发出的信号的上升沿复位（变为无效）。ASTBASTB可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式INTRA：中断请求，输出，高有效。这是8255A送给CPU的中断请求信号。无论是输入操作还是输出操作，当一个操作完成，要进行下一个操作时在8255A都通过该引脚向CPU发中断请求信号。方式2的A口输入传送和输出传送各自作为一个中断源，两个中断请求信号在8255A内部相或，只产生一个中断请求通过PC3发给CPU。可编程并行接口芯片8255A8255A工作方式INTE1：中断允许1。它是由内部的中断控制触发器发出的允许中断或屏蔽中断的信号。INTE＝l，允许A口在输出缓冲器变空（数据已被外设取走）时向CPU申请中断，让CPU输出一个新的数据；INTE1＝0，则屏蔽了输出中断请求，这样，即使A口的输出缓冲器已经变空了，也不能在INTR上产生中断请求信号。INTE1为0还是为1是由软件通过对PC6复位／置位来完