第二章 输入输出接口和通道1
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1. I/O接口电路
I/O接口电路是主机与外设之间交换信息的连接部件，起着桥 梁和纽带的作用。具体来讲： （1）时序配合和通信联络—ns级，ms级 设置数据锁存器、缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。 （2）数据格式转换和匹配—CPU只能读写并行数字信号 数据格式转换（串并、并串）和相匹配的速率和电平。 （3）CPU负载能力和外设端口选择—分担CPU负载、分配端口 具有三态门的输出锁存器或输入缓冲器，可编程并行接口电路等。
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2）查询I/O方式（条件传送方式） 过程：先检查后传送。即CPU传送数据前，先检查外设是否“准备 好”，若没有，则继续查询，直至外设准备好；若准备好，进行数 据传送。 特点：传送数据花费时间较长，CPU效率低，且CPU不能与外设同 时工作。但其硬件接口电路简单，程序调试方便、可靠，便于实现 CPU与I/O设备操作同步。 应用场合：在CPU不太忙且传送速度要求不高时，可以采用。一般 需要数据端口和状态端口。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用并行接口电路芯片：Z-80系列的PIO和Intel系列的8255A等。
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2. 串行通信
（1）按位传送，传输线条数n=1； （2）传输线既可做数据线又可做联络线用； （3）每个数据都占一个固定的时间长度；
常用串行通信接口芯片：Z-80系列的SIO和Intel系列的8251A等。 串行通信分全双工和半双工方式、同步和异步方式。
第二章 I/O接口技术和I/O通道
学习目的：
解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体， 能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必 须解决的基本问题。
学习要求：
通过本章的学习，了解接口和通道、I/O信号的种类、计算机与外部 的通讯方式；了解I/O控制方式及其应用场合，掌握中断控制方式。 学会对存储器、I/O端口的编址，掌握地址译码电路的设计方法；了 解过程通道的构成、功能、设计方法。掌握D/A、A/D转换器的选择 和使用方法；最后能进行一般的I/O接口设计。
键盘、拨码开关、编码器等输入的信息， 通常是二进制数据或ASCII码，8位。
现场温度、压力、流量、位移等物理量，需经转换。
开关合/开，电机起/停，阀门开/关 等等。 两种状态，用一位二进制数表示。
一个个传送的脉冲列。脉冲个数和频率可表示某种 物理量。如检测装载电机轴上的脉冲信号发生器发 出的脉冲，获得电机转速和角位移信息。
2.2.1 程序控制方式 2.2.2 中断控制方式 2.2.3 直接存储器存取方式—DMA方式
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2.2.1 程序控制方式
1. 定义 指CPU和外设之间的信息传递，是在程序控制下进行的。
2. 分类 1）无条件I/O方式 2）查询式I/O方式
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1）无条件I/O方式（同步方式） 定义：是一种最简单的I/O控制方式。使用简单，所需硬件、软件都 较简单，其所有的操作是由执行程序来完成的。 要求：CPU或者外设始终准备好，CPU直接执行I/O指令，便可实 现数据传送。即：无条件传送方式所需的条件就是CPU与外设能够 准确同步。一般只需要数据端口。 例如：主机与LED显示屏的数据传送，CPU随时都可将要显示的文 字或图形送至显示屏显示，即显示屏被当做什么时候都处于准备好 的状态。又如手动开关（人机交换），人们把CPU当作什么时候都 准备好的状态，随时都可以拨动手动开关，把开关信息传送至CPU。
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1）无条件I/O方式（同步方式） 定义：是一种最简单的I/O控制方式。使用简单，所需硬件、软件都 较简单，其所有的操作是由执行程序来完成的。 要求：CPU或者外设始终准备好，CPU直接执行I/O指令，便可实 现数据传送。即：无条件传送方式所需的条件就是CPU与外设能够 准确同步。一般只需要数据端口。 例如：主机与LED显示屏的数据传送，CPU随时都可将要显示的文 字或图形送至显示屏显示，即显示屏被当做什么时候都处于准备好 的状态。又如手动开关（人机交换），人们把CPU当作什么时候都 准备好的状态，随时都可以拨动手动开关，把开关信息传送至CPU。
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2.1 概述 2.2 I/O控制方式 2.3 I/O接口设计 2.4 I/O通道 2.5 D/A转换器 2.6 A/D转换器
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2.1 概述 2.1.1 接口、通道的概念及其功能 2.1.2 I/O信号的种类 2.1.3 计算机和外部通讯的方式
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2.1.1 接口、通道的概念及其功能
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2. I/O通道
I/O通道也称过程通道，是计算机与控制对象之间 信息传送和交换的连接通道。它的主要任务就是实现 模拟量和数字量的转换。
模拟量 被 控 对 象 模拟量
数字量
A/D
计
算
D/A
机
数字量
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2.1.2 I/O信号的种类
1数据信息ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（8或16位并行 或串行数据）
数字量 模拟量 开关量 脉冲量
接收端，收到规定的同步字符后，按约定的传输速率，接收对方法来的 信息。
4）异步通信
通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码 间的时间间隔是固定的。
异步通讯中字符一帧帧传送，每帧字符的传送靠起始位来同步。
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2.2 I/O控制方式
当有多个外设的时候，外设的速度往往不一致，从而与主机 的配合要求也不一致。CPU需采用分时控制，每个外设置仅在 规定时间内得到服务。这就需要规定一个CPU控制（或调度） 各个外围设备的控制策略，称为控制方式。
1）全双工方式 （如同马路上的 左右人行道）
外 设
接 口
计 算 机
2）半双工方式 （如同马路上的东 南路口、打印机）
外 设
接 口
计 算 机
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3）同步通信 将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。
通信时，在每帧信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个的传输。 在没有信息要传送时，要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
2状态信息—外设通过接口向CPU反映外设所处工作状态的信息。
3控制信息—CPU通过接口传送给外设的信息。
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2.1.3 计算机和外部的通信方式
1. 并行通信 （1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线）；
握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是通过软件编程指定的。
I/O接口电路是主机与外设之间交换信息的连接部件，起着桥 梁和纽带的作用。具体来讲： （1）时序配合和通信联络—ns级，ms级 设置数据锁存器、缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。 （2）数据格式转换和匹配—CPU只能读写并行数字信号 数据格式转换（串并、并串）和相匹配的速率和电平。 （3）CPU负载能力和外设端口选择—分担CPU负载、分配端口 具有三态门的输出锁存器或输入缓冲器，可编程并行接口电路等。
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2）查询I/O方式（条件传送方式） 过程：先检查后传送。即CPU传送数据前，先检查外设是否“准备 好”，若没有，则继续查询，直至外设准备好；若准备好，进行数 据传送。 特点：传送数据花费时间较长，CPU效率低，且CPU不能与外设同 时工作。但其硬件接口电路简单，程序调试方便、可靠，便于实现 CPU与I/O设备操作同步。 应用场合：在CPU不太忙且传送速度要求不高时，可以采用。一般 需要数据端口和状态端口。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用并行接口电路芯片：Z-80系列的PIO和Intel系列的8255A等。
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2. 串行通信
（1）按位传送，传输线条数n=1； （2）传输线既可做数据线又可做联络线用； （3）每个数据都占一个固定的时间长度；
常用串行通信接口芯片：Z-80系列的SIO和Intel系列的8251A等。 串行通信分全双工和半双工方式、同步和异步方式。
第二章 I/O接口技术和I/O通道
学习目的：
解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体， 能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必 须解决的基本问题。
学习要求：
通过本章的学习，了解接口和通道、I/O信号的种类、计算机与外部 的通讯方式；了解I/O控制方式及其应用场合，掌握中断控制方式。 学会对存储器、I/O端口的编址，掌握地址译码电路的设计方法；了 解过程通道的构成、功能、设计方法。掌握D/A、A/D转换器的选择 和使用方法；最后能进行一般的I/O接口设计。
键盘、拨码开关、编码器等输入的信息， 通常是二进制数据或ASCII码，8位。
现场温度、压力、流量、位移等物理量，需经转换。
开关合/开，电机起/停，阀门开/关 等等。 两种状态，用一位二进制数表示。
一个个传送的脉冲列。脉冲个数和频率可表示某种 物理量。如检测装载电机轴上的脉冲信号发生器发 出的脉冲，获得电机转速和角位移信息。
2.2.1 程序控制方式 2.2.2 中断控制方式 2.2.3 直接存储器存取方式—DMA方式
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2.2.1 程序控制方式
1. 定义 指CPU和外设之间的信息传递，是在程序控制下进行的。
2. 分类 1）无条件I/O方式 2）查询式I/O方式
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1）无条件I/O方式（同步方式） 定义：是一种最简单的I/O控制方式。使用简单，所需硬件、软件都 较简单，其所有的操作是由执行程序来完成的。 要求：CPU或者外设始终准备好，CPU直接执行I/O指令，便可实 现数据传送。即：无条件传送方式所需的条件就是CPU与外设能够 准确同步。一般只需要数据端口。 例如：主机与LED显示屏的数据传送，CPU随时都可将要显示的文 字或图形送至显示屏显示，即显示屏被当做什么时候都处于准备好 的状态。又如手动开关（人机交换），人们把CPU当作什么时候都 准备好的状态，随时都可以拨动手动开关，把开关信息传送至CPU。
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1）无条件I/O方式（同步方式） 定义：是一种最简单的I/O控制方式。使用简单，所需硬件、软件都 较简单，其所有的操作是由执行程序来完成的。 要求：CPU或者外设始终准备好，CPU直接执行I/O指令，便可实 现数据传送。即：无条件传送方式所需的条件就是CPU与外设能够 准确同步。一般只需要数据端口。 例如：主机与LED显示屏的数据传送，CPU随时都可将要显示的文 字或图形送至显示屏显示，即显示屏被当做什么时候都处于准备好 的状态。又如手动开关（人机交换），人们把CPU当作什么时候都 准备好的状态，随时都可以拨动手动开关，把开关信息传送至CPU。
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2.1 概述 2.2 I/O控制方式 2.3 I/O接口设计 2.4 I/O通道 2.5 D/A转换器 2.6 A/D转换器
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2.1 概述 2.1.1 接口、通道的概念及其功能 2.1.2 I/O信号的种类 2.1.3 计算机和外部通讯的方式
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2.1.1 接口、通道的概念及其功能
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2. I/O通道
I/O通道也称过程通道，是计算机与控制对象之间 信息传送和交换的连接通道。它的主要任务就是实现 模拟量和数字量的转换。
模拟量 被 控 对 象 模拟量
数字量
A/D
计
算
D/A
机
数字量
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2.1.2 I/O信号的种类
1数据信息ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（8或16位并行 或串行数据）
数字量 模拟量 开关量 脉冲量
接收端，收到规定的同步字符后，按约定的传输速率，接收对方法来的 信息。
4）异步通信
通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码 间的时间间隔是固定的。
异步通讯中字符一帧帧传送，每帧字符的传送靠起始位来同步。
10
2.2 I/O控制方式
当有多个外设的时候，外设的速度往往不一致，从而与主机 的配合要求也不一致。CPU需采用分时控制，每个外设置仅在 规定时间内得到服务。这就需要规定一个CPU控制（或调度） 各个外围设备的控制策略，称为控制方式。
1）全双工方式 （如同马路上的 左右人行道）
外 设
接 口
计 算 机
2）半双工方式 （如同马路上的东 南路口、打印机）
外 设
接 口
计 算 机
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3）同步通信 将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。
通信时，在每帧信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个的传输。 在没有信息要传送时，要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
2状态信息—外设通过接口向CPU反映外设所处工作状态的信息。
3控制信息—CPU通过接口传送给外设的信息。
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2.1.3 计算机和外部的通信方式
1. 并行通信 （1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线）；
握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是通过软件编程指定的。