第5章 微型計(jì)算機(jī)輸入輸出接口,5.1 輸入輸出接口 5.2 輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?5.3 開關(guān)量輸入輸出接口,5.1 輸入輸出接口,5.1.1 外部設(shè)備及其信號 5.1.2 I/O接口的功能 5.1.3 I/O端口的編址方法 5.1.4 簡單I/O接口的組成,5.1.1 外部設(shè)備及其信號 外部設(shè)備（Peripheral Device） 按照與CPU數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较騽澐? （1）輸入設(shè)備 鍵盤、鼠標(biāo)、光筆 輸入圖形信息的掃描儀、數(shù)碼相機(jī) 檢測現(xiàn)場信息的數(shù)字化測試儀表 模擬量采集和模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換裝置等,（2）輸出設(shè)備 顯示器、打印機(jī) 繪圖儀 現(xiàn)場控制的數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換裝置和執(zhí)行元件 （3）復(fù)合輸入輸出設(shè)備 外存儲設(shè)備是典型的復(fù)合輸入輸出設(shè)備: 磁帶機(jī)（Tape Driver） 軟磁盤驅(qū)動器（Floppy Driver） 硬磁盤驅(qū)動器（Hard Disk Driver） 光盤驅(qū)動器（Compact Disk Driver） 許多光盤只能讀出信息，稱為CDROM （Compact DiskRead Only Memory），只讀光盤只能用作輸入設(shè)備。,2. 外部設(shè)備的信號 （1）數(shù)據(jù)信號 按照信號的物理形態(tài)，可分為以下幾種； 數(shù)字量： 以二進(jìn)制形式表述的數(shù)據(jù)、圖形或文字信息。 模擬量： 現(xiàn)場的物理量通過傳感器件，轉(zhuǎn)換為大小與之對應(yīng)的電壓或電流信號。這些量呈連續(xù)變化的形態(tài)，稱為模擬量（Analog）。 開關(guān)量： 開關(guān)量是只有二種狀態(tài)（0，1）的量，如開關(guān)的接通（ON）與斷開（OFF），電機(jī)的啟停等 脈沖量： 計(jì)數(shù)脈沖、定時(shí)脈沖和控制脈沖 對于輸入設(shè)備，數(shù)據(jù)信號從外設(shè)送往CPU對于輸出設(shè)備，數(shù)據(jù)信號從CPU發(fā)往外部設(shè)備。,（2）狀態(tài)信號 狀態(tài)信號表明外部設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，用來協(xié)調(diào)CPU與外部設(shè)備之間的操作。 典型的狀態(tài)信號：READY, BUSY 有的設(shè)備有指示出錯(cuò)狀態(tài)的信號，如打印機(jī)的紙盡（Paper Out），故障（Fault）。 不同的外設(shè)可以有不同的狀態(tài)信號。 狀態(tài)信號總是從外部設(shè)備發(fā)往CPU。,（3）控制信號 控制信號是CPU向外設(shè)發(fā)出的命令，它指定設(shè)備的工作方式，啟動或停止設(shè)備 控制信號的格式因設(shè)備而異 控制信號從CPU發(fā)往外部設(shè)備 數(shù)據(jù)信號、狀態(tài)信號、控制信號都是以“數(shù)據(jù)”的形式，通過數(shù)據(jù)總線在CPU和外部設(shè)備之間進(jìn)行傳輸?shù)摹?5.1.2 I/O接口的功能 接口：計(jì)算機(jī)一個(gè)部件與另一個(gè)部件之間的連接界面。 功能： 1. 設(shè)備選擇功能 CPU通過地址代碼來標(biāo)識和選擇不同的外部設(shè)備 接口對系統(tǒng)總線上傳輸?shù)耐庠O(shè)地址進(jìn)行譯碼，在檢測到本設(shè)備地址代碼時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的“選中”信號 2. 信息傳輸功能 設(shè)備被“選中”時(shí): 從CPU/數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)或控制信息 外部設(shè)備的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息發(fā)往數(shù)據(jù)總線/CPU,3. 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能 外設(shè)使用的數(shù)據(jù)格式與CPU數(shù)據(jù)格式不同時(shí)，接口要進(jìn)行二種數(shù)據(jù)格式之間的相互轉(zhuǎn)換。 聯(lián)絡(luò)功能 從系統(tǒng)總線或外設(shè)接收一個(gè)數(shù)據(jù)后，發(fā)出“數(shù)據(jù)到”聯(lián)絡(luò)信號，通知外設(shè)或CPU取走數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)傳輸完成，向?qū)Ψ桨l(fā)出信號，準(zhǔn)備進(jìn)行下次傳輸 5. 中斷管理功能 向CPU申請中斷； 向CPU發(fā)中斷類型號； 中斷優(yōu)先權(quán)的管理； 在以8086為CPU的系統(tǒng)中，這些功能大部份可以由專門的中斷控制器實(shí)現(xiàn)。,復(fù)位功能 接口在接收系統(tǒng)的復(fù)位信號后，將接口電路及其所連接的外部設(shè)備置成初始狀態(tài)。 7. 可編程功能 有些接口具有可編程特性，可以用指令來設(shè)定接口的工作方式、工作參數(shù)和信號的極性。,錯(cuò)誤檢測功能 （1） 物理信道上的傳輸錯(cuò)誤 信號在線路上傳輸時(shí)，如果遇到干擾信號，可能發(fā)生傳輸錯(cuò)誤。 檢測傳輸錯(cuò)誤的常見方法是奇偶檢驗(yàn)。 （2） 數(shù)據(jù)傳輸中的覆蓋錯(cuò)誤 輸入設(shè)備完成一次輸入操作后，把所獲得的數(shù)據(jù)暫存在接口內(nèi) 如果在該設(shè)備完成下一次輸入操作之后，CPU還沒有從接口取走數(shù)據(jù)，那么，在新的數(shù)據(jù)送入接口后，上一次的數(shù)據(jù)被覆蓋，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失 輸出操作中也可能產(chǎn)生類似的錯(cuò)誤 覆蓋錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，易發(fā)生在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?5.1.3 I/O端口的編址方法 有兩種不同的I/O端口編址方式： 1. I/O端口與內(nèi)存統(tǒng)一編址 把內(nèi)存的一部分地址分配給I/O端口，一個(gè)8位端口占用一個(gè)內(nèi)存單元地址，也稱為存儲器映射編址方式 優(yōu)點(diǎn)： 訪問內(nèi)存單元和I/O端口使用相同的指令，使用方便 降低CPU電路的復(fù)雜性 缺點(diǎn)： 減少了內(nèi)存可用范圍 難以區(qū)分訪問內(nèi)存和I/O的指令，降低了程序的可讀性和可維護(hù)性,I/O端口與內(nèi)存獨(dú)立編址 內(nèi)存儲器和I/O端口各自有自己獨(dú)立的地址空間 訪問I/O端口需要專門的I/O指令 8086/8088 CPU采用這種方式 訪問內(nèi)存儲器 使用20根地址線A0A19 使M/IO#=1 內(nèi)存地址范圍為000000FFFFFH共1MB 訪問I/O端口 使用低16根地址線A0A15 使M/IO#= 0 I/O端口地址范圍為00000FFFFH共64K,3 IBM PC 微型計(jì)算機(jī)I/O端口地址分配 在PC系列微機(jī)中，僅使用A0A9共10條地址線定義I/O端口（設(shè)A11A15= 0），尋址范圍為03FFH 前256個(gè)端口地址供主板上尋址I/O接口芯片使用，后768個(gè)供擴(kuò)展槽接口卡使用 用戶設(shè)計(jì)I/O接口電路的時(shí)候，應(yīng)使用系統(tǒng)未占用的端口地址區(qū)域 為避免所選擇的地址與其他擴(kuò)展卡沖突，最好將其設(shè)計(jì)成地址可選的型式 IBM-PC微機(jī)系統(tǒng)板各I/O接口器件端口地址見表5-1。,5.1.4 簡單I/O接口的組成 端口 端口：接口內(nèi)的寄存器，用來暫存CPU和外設(shè)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、狀態(tài)和命令。 端口地址：每一個(gè)端口有一個(gè)獨(dú)立的地址。 外部設(shè)備地址：設(shè)備接口內(nèi)各端口的地址，一臺外部設(shè)備可以擁有幾個(gè)通常是相鄰的端口地址。 端口種類：數(shù)據(jù)端口、命令端口（控制端口）和狀態(tài)端口。 如果外部設(shè)備的信息（數(shù)據(jù)/狀態(tài)）已經(jīng)鎖存，端口也可以由三態(tài)緩沖電路組成。,地址譯碼電路 地址譯碼是接口的基本功能之一。 一個(gè)接口上的幾個(gè)端口地址通常是連續(xù)排列的，可以把16位地址碼分解為二個(gè)部分： 高位地址碼用作對接口的選擇； 低位地址碼用來選擇接口內(nèi)不同的端口。 例如：某接口占有地址330H333H: 高8位地址為11001100B時(shí)，本接口被選中； 低2位地址為00，01，10，11時(shí)，選擇接口內(nèi)的不同端口。,圖5-1 端口的地址譯碼電路和跳線器,為了避免地址沖突，許多接口電路允許用“跳線器（JUMPER）”改變端口地址。上頁圖3-1（b） 將異或門的輸出代替圖3-1（a）中的A8，A9引腳： 二個(gè)跳線引腳均接地時(shí)，上面譯碼電路仍然產(chǎn)生330H333H的端口譯碼信號； 當(dāng)二個(gè)跳線引腳均接“1”時(shí)，上面譯碼電路會產(chǎn)生030H033H的端口譯碼信號 同理還可以產(chǎn)生130H133H，230H233H的譯碼信號。 8086工作于最大模式時(shí)，上面的M/IO#、WR#、RD#信號由8288總線控制器發(fā)出的IORC#、IOWC#代替。,由于讀、寫操作不會同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)輸入端口和另一個(gè)輸出端口可以使用同一個(gè)地址編碼。 例如，可安排數(shù)據(jù)輸入端口、數(shù)據(jù)輸出端口使用同一個(gè)地址330H，命令端口和狀態(tài)端口共同使用地址331H。 需要注意的是，數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口雖然使用相同的地址，但卻是二個(gè)各自獨(dú)立的不同的端口。,數(shù)據(jù)鎖存器與緩沖器 數(shù)據(jù)(狀態(tài))輸入端口： 必須通過三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)總線相連，保證數(shù)據(jù)總線能夠正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 輸入設(shè)備在完成一次輸入操作后，在輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)選通信號，把數(shù)據(jù)打入八位鎖存器74LS273 鎖存器的輸出信號通過三態(tài)八位緩沖器74LS244連接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。 數(shù)據(jù)端口讀信號由地址譯碼電路產(chǎn)生。 高電平（無效）：緩沖器輸出端呈高阻態(tài)。 低電平（有效，端口被選中 ）：已鎖存的數(shù)據(jù)通過74LS244送往系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，被CPU所接收。,圖5-3 輸入設(shè)備接口的數(shù)據(jù)鎖存和緩沖電路,數(shù)據(jù)（命令）輸出端口： CPU送往外設(shè)的數(shù)據(jù)或命令，應(yīng)由接口進(jìn)行鎖存，以便使外設(shè)有充分的時(shí)間接收和處理。 八位輸出鎖存電路例（圖5-4）。,圖5-4 輸出鎖存電路,簡單的輸入輸出接口（圖5-5） 把地址譯碼、數(shù)據(jù)鎖存與緩沖、狀態(tài)寄存器、命令寄存器各個(gè)電路組合起來，構(gòu)成簡單輸入輸出接口 接口連接的信號： 與系統(tǒng)總線連接： 地址總線A0A15 數(shù)據(jù)總線D0D7 控制總線M/IO#、RD# 、WR# （最小模式時(shí)）或IOWC#、IORC#（最大模式時(shí)）相連接 與外部設(shè)備相連：數(shù)據(jù)、狀態(tài)、命令。,圖5-5 簡單接口的組成,5.2 輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?5.2.1 程序方式 5.2.2 中斷方式 5.2.3 直接存儲器存取(DMA)方式,5.2.1 程序方式 在程序控制下進(jìn)行信息傳送 分為無條件傳送和條件傳送二種 1 無條件傳送方式 對于簡單的外部設(shè)備的IO操作可以隨時(shí)進(jìn)行； 例如，開關(guān)、發(fā)光二極管 這些簡單設(shè)備的輸入信號一般不需要鎖存，可以通過三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線直接相連。 簡單輸出設(shè)備的信號一般需要由鎖存器鎖存,圖5-6 無條件輸入輸出傳送接口,條件傳送方式 條件傳送也稱為查詢式傳送、異步傳送； 接口電路除了有傳送數(shù)據(jù)的端口以外，還應(yīng)有儲存和傳送狀態(tài)的端口。 對于輸入過程： 外設(shè)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好， “準(zhǔn)備好（READY）”標(biāo)志位置1; CPU將數(shù)據(jù)取走，READY=0 對于輸出過程: 外設(shè)接收到數(shù)據(jù)，將“忙（BUSY）”標(biāo)志位置1 數(shù)據(jù)輸出完成，將 “BUSY”清零。,一個(gè)數(shù)據(jù)的“條件傳送”過程： CPU從接口中讀取狀態(tài)字； CPU檢測狀態(tài)字的對應(yīng)位是否滿足“就緒”條件，如果不滿足，則回到前一步重新讀取狀態(tài)字； 如狀態(tài)字表明外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài)，則傳送數(shù)據(jù)。,圖5-9 查詢式輸入流程,查詢方式輸入接口電路（圖5-7） 接口內(nèi)有兩個(gè)端口： 數(shù)據(jù)端口（8位，輸入） 狀態(tài)端口（1位，輸入，連接在D7上，=1表示有數(shù)據(jù)） 選通信號有二個(gè)作用： 將外設(shè)的數(shù)據(jù)送到接口的鎖存器中； 使接口中的D觸發(fā)器置“l(fā)”（READY=1） 數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)信息從不同端口經(jīng)過數(shù)據(jù)總線送到CPU。,圖5-7 查詢式輸入接口電路,匯編語言程序： AGAIN: IN AL, STAT_PORT; 讀狀態(tài)端口，D7=1表示“數(shù)據(jù)就緒” TEST AL，80H; 測試“數(shù)據(jù)就緒”位 JZ AGAIN; 未就緒，繼續(xù)讀狀態(tài)端口 IN AL, DATA_PORT; 已就緒，從數(shù)據(jù)端口讀取數(shù)據(jù) C語言程序： do stat = inportb( stat_port ); while (stat /* 數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好則讀取數(shù)據(jù) */,查詢方式輸出接口電路(圖5-8） 接口內(nèi)有兩個(gè)端口： 數(shù)據(jù)端口（8位，輸出） 狀態(tài)端口（1位，輸入，連接在D7上，=1表示正在輸出，“BUSY”） CPU讀取接口中的狀態(tài)： 外設(shè)忙（ BUSY =1），CPU等待 外設(shè)空閑（ BUSY =0），向外設(shè)輸出數(shù)據(jù),圖5-8 查詢式輸出接口電路,“數(shù)據(jù)端口寫”信號作用： 把數(shù)據(jù)打入“鎖存器”； 將“狀態(tài)觸發(fā)器”置1 D觸發(fā)器的作用： 為外設(shè)提供一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號STB，告訴外設(shè)現(xiàn)在接口中已有數(shù)據(jù)可供提?。?用作該設(shè)備的狀態(tài)標(biāo)志（ “忙”，BUSY）。,匯編語言程序： ONE: IN AL, STATUS_PORT ; 讀狀態(tài)端口 TESTAL, 80H ; 測試“忙”位 JNZ ONE ; 忙，再讀狀態(tài)端口 MOV AL, DATA ; 不忙，取來數(shù)據(jù) OUT DATA_PORT, AL ; 送入數(shù)據(jù)端口 C語言程序： do stat = inportb( status_port ); while ( stat /*設(shè)備空閑:輸出數(shù)據(jù) */,查詢式輸入輸出的程序設(shè)計(jì)例 某字符輸入設(shè)備以查詢方式工作： 數(shù)據(jù)輸入端口： 0054H， 狀態(tài)端口： 0056H。 狀態(tài)寄存器：D0=1，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，可以輸入； 狀態(tài)寄存器：D1=1，輸入設(shè)備發(fā)生故障 要求： 從該設(shè)備上輸入80個(gè)字符，配上水平和垂直校驗(yàn)碼（偶校驗(yàn)），向串行口輸出。 如果設(shè)備出錯(cuò)，顯示錯(cuò)誤信息后停止。,匯編語言程序： .data Buffer DB 81 dup( ? ) Message DB Device Fault !，0DH，0AH，$ .code Start：MOV AX，data ；對DS初始化 MOV DS，AX LEA SI， Buffer ；設(shè)置SI為緩沖區(qū)指針 MOV CX, 80；設(shè)置CX為計(jì)數(shù)器 MOVDL, 0 ；DL置垂直校驗(yàn)碼初值,Next：IN AL, 56H ；讀入狀態(tài) TEST AL，02H ；測狀態(tài)寄存器D1 JNZ ERROR ；設(shè)備故障，轉(zhuǎn)ERROR TEST AL， 01H ；測狀態(tài)寄存器D0 JZ Next；未準(zhǔn)備好，則等待，再測 IN AL，54H ；準(zhǔn)備好, 輸入字符 AND AL, 7FH ；清最高位，進(jìn)行校驗(yàn) JPE Store ；已經(jīng)是偶數(shù)個(gè)1，則轉(zhuǎn)Store ORAL，80H ；奇數(shù)個(gè)1，將最高位置為1 Store: XOR DL，AL ；產(chǎn)生垂直校驗(yàn)碼 MOV SI, AL ；將字符送緩沖區(qū) INC SI ；修改地址指針 LOOP Next ；80個(gè)字符未輸入完成，繼續(xù),MOVSI, DL ; 輸入完成, 保存垂直校驗(yàn)碼 Tranfer:LEA SI，Buffer；準(zhǔn)備發(fā)送,SI中置字符串首址 MOV CX，81 ；發(fā)送字符數(shù) One：MOV AH，04H ；設(shè)置串口輸出功能號 MOV DL, SI ；取出一個(gè)字符 INT 21H；從串口輸出 INC SI；修改指針 LOOP One ；輸出下一個(gè)字符 JMP Done Error:MOV AH, 09H；設(shè)備故障，輸出出錯(cuò)信息 LEA DX, Message INT 21H Done: MOV AH, 4CH INT 21H；返回DOS END Start,說明： 程序由二段循環(huán)程序組成： 第一段程序從設(shè)備輸入80個(gè)字符，同時(shí)產(chǎn)生它的水平/垂直校驗(yàn)碼存入緩沖區(qū)； 第二段程序?qū)⒕彌_區(qū)內(nèi)容通過串口輸出。 測試狀態(tài)位要注意先后次序：由于設(shè)備故障將導(dǎo)致該設(shè)備不能正常輸入，使完成標(biāo)志（D0）恒為零。所以，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)先判是否完成可能導(dǎo)致程序死循環(huán)。 產(chǎn)生水平校驗(yàn)碼：從設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，清除最高位，根據(jù)剩余七位的奇偶特性決定最高位置1或不變（保持為0）。 產(chǎn)生垂直校驗(yàn)碼：將80個(gè)字節(jié)半加（異或）得到。,多個(gè)設(shè)備循環(huán)查詢方法舉例： 三個(gè)設(shè)備，它們狀態(tài)端口地址分別為STATl、STAT2、STAT3，三個(gè)狀態(tài)端口均使用第5位作為準(zhǔn)備好標(biāo)志。 TREE： MOV FLAG，0 INPUT： IN AL，STAT l TEST AL，20H JZ DEV2 CALL PROC l,DEV2: IN AL，STAT2 TEST AL，20H JZ DEV3 CALL PROC2 DEV3； IN AL，STAT3 TEST AL，20H JZ NOINPUT CALL PROC3 NOINPUT：CMP FLAG，07H JNE INPUT ,說明： PROCl、PROC2、PROC3是三個(gè)設(shè)備輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的子程序。 FLAG存放三個(gè)設(shè)備輸入完成的標(biāo)志，D0, D1, D2分別代表一個(gè)設(shè)備的輸入完成情況（=0表示未完成，=1表示完成）。 上例僅適用于三個(gè)設(shè)備工作速度都比較慢的情況； 如果其中一個(gè)設(shè)備工作速度很快，而其他設(shè)備的輸入輸出處理程序運(yùn)行時(shí)間又較長，可能發(fā)生“覆蓋錯(cuò)誤”。 在這種情況下，應(yīng)優(yōu)先執(zhí)行工作速度較快的外設(shè)的IO過程，然后再執(zhí)行其他設(shè)備的IO過程。,5.2.2 中斷方式 程序查詢方式的特點(diǎn)： 程序查詢方式解決了CPU與外設(shè)工作的協(xié)調(diào)問題，但是卻大大降低了CPU的使用效率； 在程序查詢方式中，CPU處于主動地位，外設(shè)處于消極等待查詢的被動地位； 設(shè)備較多時(shí)，查詢方式的數(shù)據(jù)傳送很難使每一個(gè)外設(shè)都能工作在最佳狀態(tài)。,程序中斷方式特點(diǎn)： 賦予系統(tǒng)中的外設(shè)某種主動申請、配合CPU工作的“權(quán)利”。 外設(shè)把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，主動向CPU發(fā)出一個(gè)請求信號。 CPU接收到請求信號后，暫停當(dāng)前的工作，進(jìn)行該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送操作。 賦予外設(shè) “主動權(quán)”之后，CPU可以不必反復(fù)查詢該設(shè)備的狀態(tài)，而是正常地處理系統(tǒng)任務(wù)； CPU與外設(shè)處于某種“并行工作”的狀態(tài)，從而提高CPU的工作效率。,中斷方式舉例： 某外設(shè)在1秒內(nèi)傳送100個(gè)字節(jié)。 若用程序查詢的方式傳送，則CPU為傳送100個(gè)字節(jié)所化費(fèi)的時(shí)間等于1秒。 用中斷控制方式傳送，CPU為執(zhí)行一個(gè)字節(jié)的傳送需要進(jìn)入一次中斷服務(wù)程序。 設(shè)CPU執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序需要100s； 傳遞100個(gè)字節(jié)CPU所使用的時(shí)間為100s100=10ms； CPU處理中斷開銷為1，99的時(shí)間可執(zhí)行其他任務(wù)； 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送仍在程序的控制下執(zhí)行，稱為程序中斷方式； 適應(yīng)于中、慢速的外部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送。,3.2.3 直接存儲器存取(DMA)方式 程序中斷方式，程序查詢方式的缺點(diǎn)： 中斷方式： 每傳送一次數(shù)據(jù)，CPU必須執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序； 對于高速數(shù)據(jù)傳輸，容易產(chǎn)生“覆蓋錯(cuò)誤”。 程序查詢方式： 響應(yīng)速度比中斷方式要快一些，完成一次數(shù)據(jù)傳輸仍然需要執(zhí)行七、八條以上的指令。 CPU的工作速度不高時(shí)仍有可能跟不上外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?直接存儲器傳送 （Direct Memory AccessDMA） 將外設(shè)的數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU直接送入內(nèi)存儲器； 或者，從內(nèi)存儲器不經(jīng)過CPU直接送往外部設(shè)備； 一次DMA傳送只需要執(zhí)行一個(gè)DMA周期（相當(dāng)于一個(gè)總線讀寫周期）； 能夠滿足高速外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?需要一個(gè)專門的器件來協(xié)調(diào)外設(shè)接口和內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)傳輸，稱為DMA控制器（DMAC）,圖5-10 DMA數(shù)據(jù)傳送示意圖,5.3 開關(guān)量輸入輸出接口,5.3.1 開關(guān)量輸入接口 5.3.2 開關(guān)量輸出接口,5.3.1 開關(guān)量輸入接口 1 基本的開關(guān)量輸入接口 開關(guān)形態(tài)：單刀單擲開關(guān)/單刀雙擲開關(guān)/按鈕 開關(guān)量通過三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接 常用的三態(tài)緩沖器： 74LS244（輸入輸出同相）/74LS240（輸入輸出反相） 一條輸入指令可以同時(shí)讀入8位或16位開關(guān)量。,圖5-11 基本開關(guān)量輸入接口,2 矩陣式開關(guān)量輸入接口 開關(guān)數(shù)量多時(shí)，可以排列成矩陣，例如：圖5-12（鍵盤） 數(shù)據(jù)輸出端口連接8根“行線”(Row，R0R7); 數(shù)據(jù)輸入端口連接8根“列線”(Column, C0C7); 電路特點(diǎn)： 沒有鍵按下時(shí)，列線端口輸入為全“1”； 行線端口輸出全“1”時(shí)，不論有無鍵按下，列線端口輸入仍然為全“1”； 某一行線輸出“0”時(shí)，如果該行上有一個(gè)鍵按下，則輸入端口輸入代碼為7個(gè)“1”，1個(gè)“0”，0的位置與被按下鍵的位置相對應(yīng)。,圖5-12 鍵盤(矩陣式開關(guān)量輸入)接口,鍵盤掃描與編碼： 對8根行線逐行掃描，識別按鍵的所在行、列，從而獲得該鍵的代碼; 一個(gè)鍵的編碼可以用它的二字節(jié)“行列碼”表示。例如，（R3，C2）的二字節(jié)“行列碼”為F7FBH： F7H=11110111 ：按鍵在R3行上； FBH=11111011 ：按鍵在C2列上； 用“行列碼”查表，可以得到這個(gè)鍵的代碼。 鍵的編碼也可以用一字節(jié)“掃描碼”表示。上例中按鍵的一字節(jié)“掃描碼”為32H： 高4位0011：鍵所在的行； 低4位0010：鍵所在的列； 鍵剛按下時(shí)，會產(chǎn)生“抖動”。,鍵盤掃描程序： 沒有鍵被按下，返回1； 有鍵按下時(shí)返回按鍵的二字節(jié)“行列碼”（行碼為高8位，列碼為低8位）； RPORT, CPORT 定義為行、列端口的地址。 unsigned int kbinput( ) unsigned int row, row0, column, code, k=0; outportb( RPORT, 0); /*各行輸出全0,測試有無鍵按下*/ if (inportb(CPORT) /* 延時(shí)20ms，消除抖動 */,if (inportb(CPORT) /* 形成下一個(gè)行碼 */ ,if (column = = 0 xff ) return( 0 xffff ); /* 未找到按鍵所在行，返回全“1” */ code = (row0 ,5.3.2 開關(guān)量輸出接口 1 基本的開關(guān)量輸出接口 常見的開關(guān)量輸出： LED發(fā)光二極管 LED指示燈用于指示室內(nèi)儀表狀態(tài) 小功率LED可以由邏輯電路直接驅(qū)動： 輸出0：LED發(fā)光 輸出1：LED熄滅 執(zhí)行元件驅(qū)動線圈,表5-3 部分邏輯電路輸出端電流,大功率LED驅(qū)動或執(zhí)行元件驅(qū)動線圈的驅(qū)動: 普通邏輯電路輸出，外接功率放大三極管驅(qū)動； 集電極開路驅(qū)動器（OC驅(qū)動器），輸出端通過上拉 電阻接高壓。,2 LED七段數(shù)碼顯示管接口,圖5-15 多位LED數(shù)碼顯示接口,多位LED顯示器驅(qū)動： 設(shè)置位碼，熄滅所有數(shù)碼管； 將一個(gè)數(shù)碼管的字形代碼（段碼）送入段碼端口; 設(shè)置位碼，點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管 適當(dāng)延時(shí)后，重復(fù)以上過程 多位不同的數(shù)字同時(shí)顯示在不同的數(shù)碼管上。 送段碼之前熄滅所有數(shù)碼管可以消除“段碼”和“位碼”不同步產(chǎn)生的閃爍。,多位LED數(shù)碼顯示程序： 需要輸出的數(shù)字分別是1,2,3,4,5,6,7,8 段碼和位碼的端口地址分別是segport 和 bitport,；數(shù)據(jù)段和堆棧段 data Segtabdb 40h, 4fh, 24h, 30h, 19h db 12h, 02h, 78h, 00h, 10h buffer db 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 segcodedb? bitcodedb? stack100h,code leddisp proc far pushds； 保護(hù)各寄存器內(nèi)容 pushax pushbx pushcx pushsi movax, data；裝載ds movds, ax leabx, segtab；bx 置為七段碼表首址 movbitcode, 80h ; 位碼初始值為80H(從左邊開始) movsi, 0；si用作輸出緩沖區(qū)指針，初值0 movcx, 8；cx 用作循環(huán)計(jì)數(shù)器，初值8,one: moval, 0 out bitport, al； 送位碼0，熄滅各LED moval, buffersi ；取出一個(gè)待輸出數(shù)字 xlat； 轉(zhuǎn)換成七段碼 outsegport, al； 向段碼端口輸出 moval, bitcode outbitport, al； 輸出位碼，點(diǎn)亮一個(gè)LED rorbitcode, 1； 修改位碼，得到下一個(gè)位碼 incsi； 修改輸出緩沖區(qū)指針 calldelay； 延時(shí) loopone； 循環(huán)，點(diǎn)亮下一個(gè)LED,popsi popcx；恢復(fù)各寄存器 popbx popax popds ret； 返回主程序 leddispendp end,習(xí)題5,1. 接口電路與外部設(shè)備之間傳送的信號有哪幾種？傳輸方向怎樣？ 2. 接口電路有哪些功能？哪些功能是必需的？ 3. I/O端口的編址有哪幾種方法？各有什么利弊？80X86系列CPU采用哪種方法？ 4. 按照傳輸信號的種類，I/O端口有幾種？它們信號的傳輸方向怎樣？ 5. I/O端口譯碼電路的作用是什么？在最小模式和最大模式下分別有哪些輸入信號？ 6. 外部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送有哪幾種控制方式？從外部設(shè)備的角度，比較不同方式對外部設(shè)備的響應(yīng)速度。,7. 敘述一次查詢式輸出過程中，接口內(nèi)各電路、信號的狀態(tài)變化過程。 8. 比較程序中斷方式和查詢方式的區(qū)別，根據(jù)比較，指出中斷工作方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 9. 比較DMA方式和程序中斷方式的區(qū)別，根據(jù)比較，指出DMA工作方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 10. 某輸入設(shè)備數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口地址分別為70H, 71H, 72H。狀態(tài)端口D5=1表示輸入完成，控制端口D7=1表示啟動設(shè)備輸入（輸入完成后由設(shè)備清除該位）。從該設(shè)備輸入100個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，存入以BUFFER為首地址的緩沖區(qū)。如果啟動該設(shè)備1秒后仍未完成一次輸入，則視為超時(shí)錯(cuò)，顯示出錯(cuò)信息后返回。分別用8086匯編語言和C語言編寫完成上述功能的I/O程序。,11. 某輸出設(shè)備數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口地址分別為220H, 221H。狀態(tài)端口D0=1表示輸出完成。將數(shù)據(jù)段中以STRING為首地址的20個(gè)字符（用七位ASCII代碼存儲）添加水平和垂直校驗(yàn)發(fā)送到該外部設(shè)備。用8086匯編語言編寫完成上述功能的I/O程序。 12. 試畫出矩陣式鍵盤查詢的程序流程圖。 13. 試畫出公用端口多位LED輸出的程序流程圖。,