D8Z输入输出接口

2、条件传送方式 CPU 通过执行程序不断读取并测试外设状态，如果输 入外设处于已准备好状态或输出外设为空闲状态时,则CPU 执行传送信息指令。由于条件传送方式是CPU在不断调查外 设的当前状态后才进行信息传送，所以也称为“查询式传 送”。因此，条件传送方式的接口电路应包括：传送数据端 口及传送状态端口。当输入信息时，查询到外设准备好后， 则使接口的“准备好”标志位置1。当输出信息时，外设取 定一个数据后，传送状态端口使标志为“空闲”状态，可以 接收下一个数据。
8.3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ编程并行通信接口片8255A
一、8255的内部结构及其功能 1、8255的引脚 参见图5.13(a)，共有40条引线。电源与地线2条；与外 设相连的有24条；与CPU相连的有14条。
图5.13 8255引脚和功能示意图
2、8255的功能
如图5.13(b)所示，接口的左边与CPU连接，右 边与外设连接，有A、B、C三个8位端口，而C口 可分成两个4位的端口。每个端口都可以通过编 程设定为输入端口或输出端口，但有各自不同的 方式和特点。端口C可以独立使用，但通常是配 合端口A和端口B工作，为这两个端口的输入输 出提供联络信号。
三、DMA方式
利用程序中断方式，虽然可以提高CPU的工作效率，但它 仍需要由程序来传送数据，并在中断处理时要“保护现场”和 “恢复现场”等，要占用一定时间，是每传送一个字节大约要 几十微秒到几百微秒，这对于高速外设就显得太慢了。 DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O交换的传送方式， 它让外设接口与内存直接进行高速的数据交换，而不必经过 CPU，实现对存储器的直接存取。这种专门的硬件叫DMA控制器， 简称DMAC。当接口准备好就向DMAC发DMA请求，CPU通过HOLD引 脚接收DMAC发出的总线请求；CPU在完成当前总线操作后，就 发出HLDA的总线响应信号给DMAC， DMAC收到此信号后便接管 对总线的控制权，开始DMA操作。当DMA传送结束，DMAC将HOLD 信号变成低电平，并放弃对总线的控制权。CPU检测到HOLD为 低后，也将HLDA变成低，并恢复对总线的控制权。
2、工作方式1
这种方式与方式0的区别在于数据输入输出要在选通信号控制下进 行，如图5.19所示。 ⑴ 输入操作：其控制信号如下： ① STB，选通信号，由外部输入，低电平有效，该信号有效时将外 部数据锁存到所选端口的输入锁存器中。 STBA— PC4 ; STBB— PC2 ，此信号由C口的PC4和PC2输入。 ② IBF，输入缓冲器满信号，向外部输出，高电平有效。该信号有 效时，表示输入的数据已占用该端口的输入锁存器，实际上是对STB 信号的回答，等待CPU执行IN指令将数据取走。 IBFA — PC5；IBFB — PC1。 ③ INTR，中断请求，向CPU输出，高电平有效。 A组内部有中断允许触发器INTEA， B组内部有中断允许触发器 INTEB，由PC4和PC2置位/复位来控制。 INTRA— PC3； INTRB— PC0。采用中断方式时，当输入缓冲器 满，STB的后沿置INTEA或INTEB为1，则向CPU发中断请求INTR，
2、数据输出
⑴ CPU执行OUT指令把数据写到接口（中断或查询都可以）； ⑵ 接口向外设发出“输出准备好”信号，通知外设可以把数 据 取走； ⑶ 外设取走数据后，向接口发“输出回答”信号； ⑷ 接口向CPU发出新的中断请求，并使状态寄存器中的“输 出缓冲器空“位置1，要求CPU输出新的数据，转到⑴，开始 下 一输出过程。
表5-1： 8255A的操作
A1 A0 RD WR CS 操作
0
0 1 1 0 0 1
0
1 0 1 0 1 0
0
0 0 0 1 1 1
1
1 1 1 0 0 0
0
0 0 0 0 0 0
端口A数据送CPU（输入）
端口B数据送CPU （输入） 端口C数据送CPU （输入） 非法操作 CPU数据送端口A（输出） CPU数据送端口B （输出） CPU数据送端口C （输出）
四．输入／输出处理机控制方式
对于有大量输入／输出设备的微机系统，DMA控制方式已 不能满足这种需要。InteI公司生产与8086／8088配套的输入／ 输出处理机(IOP)8089。系统中设置了IOP后，8086／8088CPU 必须工作在最大工作模式。当CPU需要进行输入或输出操作时 只，需在存储器中建立一个规定格式的信息块、设置好需要执 行的操作相有关参数，然后把这些参数送入8089，IOP即会执行 输入／输出操作。如果在数据传送过程出现差错，8089会进行 重发传送或做必要的处理。在整个数据块的传送过程中，CPU 可去完成其它作业。
二、并行接口的数据输入输出过程
1、数据输入 ⑴ 外设将数据传送到并行接口，同时给出“输入数据准备好” 信号； ⑵ 接口把数据接收到输入缓冲寄存器，给出“输入回答”信号 （高电平）到外设；外设接到此信号便撤出 “输入数据准备好” 信号。 ⑶ 数据到达接口中后，接口会在状态寄存器中设置“输入准备 好” 状态位，若采用中断方式，则接口向CPU发中断请求信号， （也可以用查询方式）； ⑷ CPU响应接口的中断请求（或查询相应的状态位），在中断 服务程序中执行IN指令读取接口中的数据； ⑸ 接口会自动清除在状态寄存器中设置“输入准备好”态位， 通 知外设可以输入新的数据，此后转到⑴开始下一个数据的输 入过程。
8.1.2 输入/输出的控制方式
CPU与外设之间数据传送的方式通常有3种，即程序控制 方式，中断控制方式和直接存储器方式（DMA）和输入/ 输出处理机方式。
一、程序控制方式
程序传送是指CPU与外设间交换数据在程序控制（即 IN或OUT指令控制）下进行。 1、无条件传送 这种方式适合于外设总是处于准备好的情况，因此 程序不必检查外设的状态。如图8.1所示，端口地址译码 器产生选通信号，RD信号为读，WR信号为写，开放三 态缓冲器（读）或写入锁存器，进行数据读或写。
若控制字寄存器的口地址是D6H，则
mov out AL, 83H 0D6H, AL
3、C口置位复位控制字 此控制字只对C口有效，该控制字紧跟在方式控制字后定 义，它被写入控制口，不是写入C口。如图5.17所示。在方式1 和方式2时要用到这个控制字。
四、8255A的工作方式
1、工作方式0
如图5 .18所示，8255工作在方式0只完成简单的并行 输入输出。 方式0的控制字 如图5.18A所示，最高3位是100，其它 D2位为0，D4、D3、D1、D0这4位可为任意，他们有16 种组合。
二、8255A的内部结构方块图
如图5.14所示，8255A由以下几部分组成。 1、数据总线缓冲器 这是一个8位双向三态数据缓冲器，是8255A与CPU 之间的数据接口，是它们之间互相交换信息的必经之 路。 2、并行输入输出端口A、端口B、端口C 端口A和端口B是一样的8位端口，可以作为输入口 或输出口，并有数据锁存功能。端口C作为输入口时， 对数据不锁存，而作为输出口时，对数据进行锁存。 端口C可以独立作为输入或输出端口，也可分成两个 4位的端口，分别用来为端口A和端口B提供控制和状态 信息。
③ 开关量，开关量只有两种状态，即“开”或“关”，可用 一位二进制数表示，如“1”表示“开”，“0”表示“关”。 ④ 脉冲量，脉冲量是以脉冲形式表示的一种信号，如计算机 中用到的定时脉冲或控制脉冲等。 ⑵ 状态信息：状态信息是反映外设当前所处的工作状态，以 作为CPU与外设间可靠交换数据的条件。当输入时，它告诉 CPU，有关的输入设备是否准备好（Ready=1？）；输出时 它告诉CPU，输出设备是否空闲（Busy= 0？）。 ⑶ 控制信息：它用于控制外设的启动和停止，以及给出命令 字，用于设置接口的工作方式。 通常接口中三种信息有不同的寄存器传送，如数据输入寄存 器、数据输出寄存器、状态寄存器和控制（命令）寄存器， 他们使用不同的端口地址来区分不同性质的信息。
⑵ 可供CPU访问的控制及状态寄存器
⑶ 片选和内部控制逻辑电路 ⑷ 与外设进行数据交换的控制和联络信号线 ⑸ 与CPU用中断方式传送数据的相关中断控制 2、与CPU的连接 与CPU的连接主要是双向数据总线，读、写控制线，复 位信号，中断请求以及状态信号和地址译码产生的片选信 号。 3、与外设的连接 与输入设备的连接：并行输入数据线，数据传输应答信号 （输入准备好和输入回答信号）； 与输出设备的连接：并行输出数据线，数据传输应答信号 （输出准备好和输出回答信号）；
8.2 并行通信及接口电路
8.2.1 并行通信 通用接口可分为并行接口和串行接口两大类。并行传 送是把一个字节或多个字节用多条信号线同时进行传输， 即并行接口是按字节传送的；串行接口和CPU之间并不按并 行传送，而和外设之间是一个二进制位一个二进制位的传送， 即串行接口是按位传送的。 8.2.1 并行接口 一、并行接口的组成及其与CPU和外设的连接 1、并行接口的基本组成（如图8-4所示） ⑴ 两个或两个以上的具有缓冲能力的数据寄存器
第 8章
输入/输出接口
8.1 微型计算机的输入/输出接口
8.1.1 输入/输出接口的交换信号
I/O接口传送的信息可分为三类：数据信息，状态信息和控制信息。
⑴ 数据信息：数据信息可分为四种
① 数字量，二进制数据，最小单位是一个bit( 位)，还有字节、 字等。
② 模拟量，现场信号大多是由传感器来的模拟电压或电流，他 们必须经过A/D转换，变成数字量才能进入计算机，有些接口有 处理模拟量的电路，称为模拟接口。
二、中断传送
程序查询传送方式明显的缺点是CPU利用率低，不能满足实时 输入输出的需要，中断方式可以较好地解决这一问题。 所谓中断是指程序运行中出现了某种紧急事件，CPU必须中止 现正在执行的程序，转去处理该紧急事件（执行一段中断服务 程序），并在处理完后返回原运行的程序的过程。 完整的中断处理过程包括中断请求、中断判优、中断响应、 中断处理和中断返回。 为了使中断服务程序不影响主程序的执行，需把主程序断点 处的有关寄存器的内容保存下来，称之为保护现场；在中断服 务程序操作完成后再恢复这些寄存器的内容，称之为恢复现场。 用中断方式时，外设处于就绪状态时，例如输入设备数据准备 好时，或输出设备不忙可以接收数据时，便向CPU发出中断请 求，CPU暂停当前执行的主程序进入中断响应，与外设进行一 次数据交换，操作完成后再继续执行原来的主程序。