微机原理基本IO接口

无条件传送：输入输出接口编程
NEXT: MOV DX,8000H IN AL,DX NOT AL ；DX指向数据端口 ；从输入端口读开关状态 ；反相
OUT DX,AL
CALL DEALY JMP NEXT
；送输出端口显示
；调子程序延时 ；重复
2. 有条件（查询）传送
有条件传送方式又称为程序查询方式。这种传送方式 在接口电路中，除具有数据缓冲器或数据锁存器外， 还应具有外设状态标志位，用来反映外部设备数据的 情况。比如，在输出时，若数据已准备好，则将该标 志位置位；输入时，若数据已空(数据已被取走)，则 将标志位置位。在接口电路中，状态寄存器也占用端 口地址号。 有条件传送的优点是：能较好地协调外设与CPU之间的 定时关系；缺点是：CPU需要不断查询标志位的状态， 这将占用CPU较多的时间。为克服这一缺点，可以采用 中断控制方式。
D0 D1 发 送 方 D6 D7
8位数据线 0 1 0 1 0 1 1 0
D0 D1 接 收 D6 方 D7 RDY STB
并行传送方式
0 1 1 0 1 0 10
发送方
接收方
图5-4串行传送方式
3、脉冲/计数器（定时器）接口 实现对外部事件的计数或要求对时间进行精确定 时----计数/定时器。计数由外部脉冲信号提供,当达 到设定的计数值时,输出一个电平信号,告知外部设备 已经计满。 定时可由计算机内部或外部提供一个标准的时钟 信号，当达到设定的定时时间后,输出一个电平信号, 告知外部设备已经到时。 典型的串行接口电路有8251。
图5.6 I/O端口与内存单元独立编址
00000H 存储器 FFFFFH
0000H
I/O FFFFH
I/O地址与内存地址的区分方法（重要概念）
CPU在访问内存和外设时，M/IO信号为1时，表示地址 总线上的地址是一个内存地址；为0时，则表示地址总 线上的地址是一个I/O端口地址。 采用独立编址方式下，存储器地址与I/O可以重叠,由 M/IO信号区别是访问的那个地址。
第五章
输入/输出接口
本章主要知识点： 1、输入/输出接口作用； 2、I/O接口的基本结构； 3、I/O端口的编址 4、输入/输出指令及其寻址方式 5、CPU与外设之间数据传送方式 本章学习的重点： 1、 I/O端口的编址 2、 CPU与外设之间数据传送方式
5.1 输入/输出接口概述
问题的提出: 输入/输出接口在计算机系统中起什么作用?
3．控制信息 控制信息由CPU通过接口传送给外设，控制信息设 置外设 ( 包括接口 ) 的工作模式、控制外设的工作。如 外设的启动信号和停止信号就是常见的控制信息。控 制信息随外设的具体工作原理不同而含义不同。 数据信息、状态信息和控制信息含义各不相同， 但在微型计算机系统中，CPU通过接口和外设交换信息 时，只能用输入指令(IN)和输出指令 (OUT)传送数据， 所以状态信息、控制信息也是被作为数据信息来传送 的，把状态信息作为一种输入数据，而把控制信息作 为一种输出数据。
用来保存 CPU 和外设之间传送数据的数据寄存器称
为数据端口；用来存放外设或者接口部件本身状态的状
态寄存器称为状态端口；用来存放 CPU 发往外设的控制
命令的控制寄存器称为控制端口。
DB AB CB
数据端口 译 码 状态端口 控制端口 I/O 设 备
CPU
图5.3 一个典型的I/O接口
5.1.4 I/O接口的种类: 1、并行接口 在计算机的I/O接口中满足多位数据同时 输入或输出的接口称为并行接口。常见的并行 接口有8位或16位。基本结构如下图。
5.1.3
I/O接口的基本结构
I/O接口的基本结构如图5.3所示。每个接口电路中
都包含一组寄存器，CPU与外设进行信息交换时，各类
信息在接口中存入不同的寄存器，一般称这些寄存器为
I/O端口，简称为口(Port)。
DB AB CB 数据端口 译 码 状态端口 控制端口 I/O 设 备
CPU
图5.3 一个典型的I/O接口
8086微机系统采用独立编址方式
在8086/8088系统中，共有20根地址线对内存寻
址，内存的地址范围是00000H～FFFFFH；用地址总线
的低16位对I/O端口寻址，所以I/O端口的地址范围是 0000H～FFFFH，如图5.6所示。
00000H 存储器 FFFFFH FFFFH 0000H I/O
有条件(查询)传送的两个环节
输入状态
⑴ 查询环节 –寻址状态口 –读取状态寄存器的标志位 –若不就绪就继续查询，直至就绪 ⑵ 传送环节 –寻址数据口 –是输入，通过输入指令从数据端 口读入数据 –是输出，通过输出指令向数据端 口输出数据
N
就绪？ Y 数据交换
查询输入接口例程
MOV DX，S_PORT STA: IN AL，DX ；DX指向状态端口 ；读状态端口
4、A/D（模/数）、D/A （ 数/模）转换器
在工业过程控制中，经常要对温度、压力、流
量、浓度及位移等物理量进行计算机控制。通常，
先用传感器测量这些物理量，得到与之相应的模拟
电流或模拟电压，再通过A/D转换器(ADC)转换为相 应的数字信号，送入数字计算机处理。计算机处理
后的结果是数字量，若用它去控制外部模拟量执行
5.2
I/O端口的编址(重点内容)
I/O端口编址方式有两种：I/O端口与内存单元统一
编址和 I/O端口与内存单元独立编址。
5.2.1 I/O端口与内存单元统一编址
I/O端口按照存储单元的编址方法统一编排地址号，
I/O端口地址和存储单元地址共同构成一个统一的地址
空间。例如，对于一个有16根地址线的微机系统，若采
5.1.1
I/O接口的作用
主机与外界交换信息的中间电路称为输入/输出
(I/O)。主机与外界的信息交换是通过输入/输出设备进 行的。比如常规的外设有键盘、显示器、打印机、扫描 仪、磁盘机、鼠标器等。 不同外设的信号形式、数据格式、运行速度也各不
相同。因此，外部设备不能与CPU直接相连，需要通过
相应的电路来完成它们之间的速度匹配、信号转换，并
3) 开关量
开关量可表示两个状态，如开关的断开和闭合，
机器的运转与停止，阀门的打开与关闭等。这些开关 量通常要经过相应的电平转换才能与计算机连接。开
关量只用一位二进制数即可表示,也是数字量的一种形
式。
2. 状态信息
状态信息作为CPU与外设之间交换数据时的联络信 息，反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接 口送往CPU的。CPU通过对外设状态信号的读取，可得 知输入设备的数据是否准备好、输出设备是否空闲等 情况。因此，状态信息能够保障CPU与外设正确地进行 数据交换。
用统一编址方式，其地址空间的结构如图5.5所示。
0000H
存储器
XXXXH
整个地 址空间
(XXXX+1)H
FFFFH
I/O ¶ Ë¿ Ú I/O端口
图5.5 I/O端口与内存单元统一编址
采用统一编址方式下，CPU对I/O端口的输入/输出 操作如同对存储单元的读/写操作一样，所有访问内存 的指令同样都可用于访问I/O端口，因此无需专门的 I/O指令，从而简化了指令系统的设计；同时，对存储 器的各种寻址方式也同样适用于对I/O端口的访问，给 使用者提供了很大的方便。但由于I/O端口占用了一部 分存储器地址空间，因而相对减少了内存的地址可用 范围。
TEST AL，80H
JZ STA IN AL，DX
；测试标志位D7
；D7＝0,未就绪,继续查询 ；从数据端口输入数据
MOV DX，D_PORT ；D7＝1,就绪,DX指向数据端口
查询输出接口例程
MOV DX，S_PORT STA: IN AL，DX TEST AL，80H JNZ STA MOV DX，D_PORT MOV AL，BUF OUT DX，AL ；DX指向状态端口 ；读取状态端口的状态数据 ；测试标志位D7 ；D7＝1,未就绪,继续查询 ；D7＝0,就绪,DX指向数据端口 ；变量buf送AL ；将数据输出给数据端口
机构，则需通过D/A转换器(DAC)转换为相应的模拟
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
信号，去驱动执行机构工作。
5、专用接口：不可编程，专用于一个目的 的接口电路； 6、 通用接口：可编程，通过编程可以实 现多种功能和目的的接口电路；
5.1.5 微机外设对接口的要求： 1、速度 2、数据位数 3、是否可编程，通用还是专用 5.1.6 接口需满足的功能： 1、选址功能:实现地址唯一性的要求； 2、数据传输功能:实现CPU与接口之间的数据交换； 3、传送命令的功能:实现CPU与向接口发出命令和接 口工作状态传送到CPU；
微处 理器
8086/ 8088
地址总线AB 控制总线CB 数据总线DB 存储器 RAM 存储器 ROM I/O 接口 外围设备
图5-1 微型计算机的基本组成原理结构图
输入/输出接口：CPU完成各种运算的原始数据如果要 求由外部设备提供，CPU是如何从外部设备取回数据？ 如果CPU运算的结果要传送给外部设备，CPU 如何传 送？ 解决的方法就是在外部设备与CPU之间架设一个 “桥”，这个“桥”的作用就是把外部设备的数据和 运算方式与命令传递给中央处理器，等中央处理器完 成了给定的运算后按给定的要求再把结果传递外部设 备。计算机通过这个“桥”----输入/输出接口与外部实 现信息或数据的交换。 把介于主机和外设之间的电路称为I/O接口电路， 简称I/O接口。
5.3 CPU与外设之间数据传送方式
5.3.1 程序控制方式
1. 无条件传送
无条件传送是一种最简单的输入/输出控制方法，
用于控制CPU与低速I/O接口之间的信息交换，例如，
开关、继电器和速度、温度、压力、流量等变送器
(即A/D转换器)。由于这些信号变化很缓慢，当需要 采集这些数据时，外部设备已经把数据准备就绪， 无需检查端口的状态，就可以立即采集数据。
5.2.3 I/O端口的地址译码
微机系统常用的I/O接口电路都被设计成通用的I/O 接口芯片，都有一个片选信号线，如果片内有若干可寻 址的端口，则还需有地址线用于片内端口寻址的地址线。
I/O端口地址译码的常见设计方法是用 74LS138 译码 器实现地址译码，将地址总线低位直接连到 I/O 接口芯 片的相应地址引脚，实现片内寻址，即选中片内的端口， 这样可以使片内端口地址号连续；而将地址总线高位接 译码器的控制端，实现地址的唯一性要求。
完成某些控制功能。I/O接口与处理器和外部设备的连
接如图5.2所示。
DB
I/O接口 数据端口
数据信息
CPU
AB 状态端口 CB 控制端口
状态信息
外设
控制信息
图5.2 主机与外设的连接
5.1.2 CPU与外设交换的信息 主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状 态信息和控制信息三类。
1．数据信息 数据信息又分为数字量、模拟量和开关量三种形式。 1) 数字量 数字量是计算机可以直接发送、接收和处理的数据。 例如，由键盘、显示器、打印机及磁盘等I/O外设与 CPU 交换的信息，它们是以二进制形式表示的数或以ASCII码 表示的数符。
5.2.2 I/O端口与内存单元独立编址(重点内容)
在这种编址方式中，建立了两个地址空间，一个 为内存地址空间，一个为I/O地址空间。内存地址空间
和I/O地址空间是相互独立的，通过控制线M/IO来确定
CPU到底要访问内存还是I/O端口。 这种编址要求 CPU 与 I/O端口之间进行数据传输时， 使 用 专 用 的 输 入 指 令 IN PORT，A。 A ， PORT 和 输 出 指 令 OUT
2) 模拟量
当计算机应用于控制系统中时，输入的信息一般 为来自现场的连续变化的物理量，如温度、压力、流 量、位移、湿度等，这些物理量通过传感器并经放大
处理得到模拟电压或电流，这些模拟量必须先经过模
拟量到数字量的转换(A/D转换)后才能输入计算机。 反过来，计算机输出的控制信号都是数字量，也必须 先经过数字量到模拟量的转换(D/A转换)，把数字量 转换成模拟量才能去控制现场。
数据线 地址线 并行 接口 电路 外部信号/输出线
CPU
控制线
典型的并行接口电路有8255、8155
2、串行接口 计算机与外设的数 据交换一位一位地顺序传 送，只占用一条传输线， 它可由两种方式来实现： 一种是将8位通道中的一 位依靠软件来实现串行数 据传送(如图中的D0-D7 中的某一位,按一定的时 间间隔来把数据转变成序 列脉冲的形式)；另一种 是通过专用的通讯接口， 将并行数据转换为串行数 据。典型的串行接口电路 有8251。