新第4章.io接口基礎(chǔ)

《新第4章.io接口基礎(chǔ)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、第4章：I/O接口基礎(chǔ)4.1I/O接口的基本概念再好的CPU，如果不配上一定的外部設(shè)備而構(gòu)成一個(gè)完備的微機(jī)系統(tǒng)，其強(qiáng)大的功能和優(yōu)越的性能將無(wú)法顯示出來(lái)，因而也就不具有實(shí)用價(jià)值。那么，外設(shè)包括那些東西呢？首先，任何計(jì)算機(jī)必須有一條接收程序和數(shù)據(jù)的通道，才能接收“外界”的信息來(lái)進(jìn)行處理，這就必須有輸入設(shè)備，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、光筆、觸摸屏、掃描儀等；其次，微機(jī)處理的結(jié)果還必須送回給要求進(jìn)行信息處理的“外界”，這就必須有輸出設(shè)備，如顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、記錄儀等。其三，在一些工業(yè)控制場(chǎng)合，還需要模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、傳感器、發(fā)

2、光二極管、光電隔離器等。上述這些設(shè)備在信息格式、工作速度、驅(qū)動(dòng)方式等方面差別很大，所以不能直接與CPU相連，亦即不能直接接入總線，必須通過(guò)接口(Interface)電路連接。I/O(Input/Output,，I/O)接口是CPU與外設(shè)之間的橋梁，是用來(lái)協(xié)助兩者完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ秒娐?。圖4-1體現(xiàn)了微機(jī)系統(tǒng)中總線、接口、外設(shè)的關(guān)系。讀者借助此圖能更好地學(xué)習(xí)理解本章內(nèi)容。圖4-1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4.1.1I/O接口的基本功能微機(jī)系統(tǒng)可選用的接口的種類很多，作用各異；各外部設(shè)備更是千差萬(wàn)別；總線與外設(shè)通信的方式也不一樣。但無(wú)論哪種

3、接口都是專門(mén)為解決CPU與外設(shè)之間的速度和時(shí)序不匹配、不能協(xié)調(diào)工作而設(shè)置的，它處在總線和外設(shè)之間，一般應(yīng)具有以下基本功能。1.接口對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖、隔離和鎖存接口必須具備“輸入口有三態(tài)、輸出口能鎖存”的特點(diǎn)。2接口有尋址功能：.根據(jù)輸入的地址信息選擇相應(yīng)的端口一個(gè)接口含多個(gè)端口，正如一個(gè)存儲(chǔ)器含多個(gè)存儲(chǔ)單元一樣。端口指I/O接口中可被CPU讀/寫(xiě)的寄存器，而外設(shè)也接在端口。若某接口具有多個(gè)端口，但CPU在某一段時(shí)間內(nèi)只能與一個(gè)端口交換信息，因此需要通過(guò)接口地址譯碼對(duì)端口進(jìn)行尋址，以選定CPU所需的端口，只有選中的端口

4、才能與CPU交換信息。此即所謂尋址功能。3.正確控制微機(jī)與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)的方向，即輸入/輸出功能?？偠灾?，接口的功能就是完成微機(jī)的數(shù)據(jù)、地址、控制三總線和外設(shè)信號(hào)線之間的轉(zhuǎn)換與連接任務(wù)。由圖4-1可以較好理解此語(yǔ)的含義。4.3可編程并行I/O接口芯片可編程芯片意即該芯片功能多而功能待定義，必須先定義該芯片功能而后才能使用之。定義的方法一般是對(duì)該芯片寫(xiě)入所謂控制字，是通過(guò)執(zhí)行一段程序完成這個(gè)工作的?！翱删幊獭备拍罴丛从诖?。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，CPU與外設(shè)之間有大量的數(shù)據(jù)交換，在前一節(jié)中我們已經(jīng)知道，完成這些數(shù)據(jù)交換任務(wù)的部件

5、是接口電路。按接口電路數(shù)據(jù)傳送方式可分為并行接口和串行接口兩大類。本章以可編程并行接口芯片8255A為例討論并行接口芯片的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。并行接口一般具有以下特點(diǎn)：1)通過(guò)多根信號(hào)線同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。2)并行接口多用于傳送距離短，數(shù)據(jù)量大，速度高的實(shí)時(shí)傳輸場(chǎng)合。3)傳送時(shí)一般不需要特定的數(shù)據(jù)傳送格式。Intel8255A是一種典型的并行接口芯片。雖然它面世的年代有些久遠(yuǎn)，但在許多領(lǐng)域仍得到了廣泛應(yīng)用；同時(shí)從“可編程芯片”的角度來(lái)說(shuō)，它涉及的技術(shù)概念較為全面，有利于初涉接口技術(shù)的人學(xué)習(xí)，所以本書(shū)仍重點(diǎn)介紹之。4.3.18255A的

6、結(jié)構(gòu)可編程并行接口芯片8255A是Intel公司生產(chǎn)的并行接口芯片的代表產(chǎn)品，具有通用性強(qiáng)、使用靈活、方便、可編程等優(yōu)點(diǎn)。它本是為Intel系列微處理器設(shè)計(jì)的配套電路，但也可用于其他微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。8255的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖4-9和4-10所示。圖4-10中，8255A由三個(gè)數(shù)據(jù)端口(A、B、C)、A組和B組控制邏輯電路、數(shù)據(jù)總線緩沖器及讀/寫(xiě)控制邏輯等四部分組成。1.數(shù)據(jù)端口在8255A內(nèi)部包含了三個(gè)8位輸入/輸出數(shù)據(jù)端口：端口A、端口B、端口c。端口A和端口B可作為8位的輸入/輸出端口，端口C既可以作為一個(gè)8

7、位的輸入/輸出端口，又可圖4-98255A外部引腳作為兩個(gè)4位的輸入/輸出端口(即PC7～PC4和PC3～PC0)。另外，需要特別指出的是端口C不僅可作為輸入/輸出端口使用，還能配合端口A、端口B工作，作為端口A和端口B的與外設(shè)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。2.端口控制邏輯端口控制邏輯分為A組和B組，各組管理的端口如下：A組：管理端口A及端口C的上半部(PC7～PC4)。B組：管理端口B及端口C的下半部(PC3～PC0)。端口控制邏輯的內(nèi)部有一個(gè)控制字寄存器，用來(lái)接收CPU輸出的控制命令字。圖4-108255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總

8、線緩沖器是一個(gè)雙向三態(tài)的8位緩沖器，用于8255A和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的連接。它在數(shù)據(jù)交換中起了接口作用。一方面，CPU送出的數(shù)據(jù)或控制字需經(jīng)過(guò)它傳送給外設(shè)；另一方面，外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)也要通過(guò)它送給CPU。4.讀/寫(xiě)控制邏輯讀/寫(xiě)控制邏輯包括：1)讀信號(hào)：低電平有效，當(dāng)為低時(shí)，CPU讀取825