【正文】 第 7章 輸入 /輸出接口技術(shù) 內(nèi)容安排 一 . 接口技術(shù)概述 二 . 可編程并行接口芯片 8255A 三 . 可編程定時器 /計數(shù)器接口芯片 8253A 四 . 串行通信 五 . 串行異步通信接口芯片 8250 167。 接口技術(shù)概述 定義 ：輸入 /輸出（ I/O）接口是 CPU和外設(shè)信息交換的橋梁，是一個過渡的大規(guī)模集成電路 1. 輸入 /輸出 接口 存在方式 ： ① 與 CPU集成在同一塊芯片上（如： MCS51, MC908GP32, AT89C52等） ② 以單獨芯片存在（如： 8255， 8253， 8250， 8279等） I/O接口與 I/O端口之間的 關(guān)系 ： I/O端口（ I/O口） ：是指 I/O接口中帶有端口地址的寄存器或緩沖器 I/O接口 ：是指 CPU和外設(shè)間的 I/O接口芯片 二者之間關(guān)系 ： ① CPU通過端口地址對端口中信息進行讀寫，但不能直接通過接口讀寫信息，需要借助于接口中的端口地址 ② 一個外設(shè)通常需要一個 I/O接口，但一個 I/O接口可以有多個 I/O端口 I/O接口的 作用 ： （ 1）隔離主機與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)和不同外設(shè)的速度匹配。 如：打印機、數(shù)控機床控制 （ 2）數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換 如：并 → 串，串 → 并，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D） （ 3）傳輸外設(shè)控制信號和接收外設(shè)的狀態(tài)信號 （ 4）改變信號的性質(zhì)和電平 注意 ： CPU與外設(shè)交換的信息 數(shù)據(jù)型 狀態(tài)和命令型 2. 外部設(shè)備的 編址 外設(shè)編址實際上是給所有 I/O接口中的端口編址，以便CPU通過端口地址和外設(shè)交換信息 外設(shè)端口的編址方式 外設(shè)端口的單獨編址 外設(shè)端口和存儲器統(tǒng)一編址 是指外設(shè)端口地址和存儲單元地址分別編址，互為獨立 （ 1） 外設(shè)端口的 單獨編址 例 71： 存儲器 地址范圍： 00000H ~ FFFFFH I/O端口 地址范圍： 0000H ~ FFFFH M/IO WR 8086 Z80 DB AB RD 存儲器 I/O A15…A 0 A19…A 0 注意 ：區(qū)分 16位地址總線上地址究竟是送給存儲器還是外設(shè)端口，依據(jù)是 I/O指令產(chǎn)生的 M/IO信號 特點 ： ① 外設(shè)端口單獨編址不占用存儲器地址 ② 需要 CPU指令集中有專用的 I/O指令 ③ 需要增加相應(yīng)的控制線 （ 2） 外設(shè)端口和存儲器 統(tǒng)一編址 是把外設(shè)端口當(dāng)作存儲器單元對待，也就是讓外設(shè)端口地址占用部分存儲器單元地址 例 72： 存儲器 地址范圍： 0000H ~ 1FFFH I/O端口 地址范圍： 2022H ~ 3FFFH WR MCS 51 DB AB RD 存儲器 I/O A12…A 0 A12…A 0 CS1 CS2 74LS 138 Y0 Y1 A B C A13 A14 A15 3. 輸入 /輸出接口的 交換信息 特點 ： ① 不需要專門訪問 I/O端口的指令，大大增強了 CPU對外設(shè)端口信息的處理能力 ② 外設(shè)端口地址安排靈活，數(shù)量不受限制 ③ 外設(shè)端口占用了部分存儲器地址，譯碼電路較復(fù)雜 ① 數(shù)字量：二進制表示一個數(shù)據(jù)， 如 ：字節(jié)、 ASCII碼 ② 模擬量：隨時間連續(xù)變化的物理量 如 ：電壓、電流、濕度、壓力、流量 …… ③ 開關(guān)量：二進制“ 0”和“ 1”描述外設(shè)的狀態(tài) 如 ：開關(guān)、 啟停、通斷 …… ④ 脈沖信號：上下沿跳變信號 4. 輸入 /輸出的 控制方式 （見 ） 以位（ Bit）為單位進行數(shù)據(jù)傳輸 （如：通信，網(wǎng)絡(luò)等） 特點 ：傳輸距離相對較遠，但速率較低 芯片 ： 8250A， 8251A等 5. I/O接口的 類型 串行 I/O接口 并行 I/O接口 （ 1） 串行 I/O接口 （ 2） 并行 I/O接口 以字節(jié)（或字、雙字）為單位，做輸入 /輸出 如 ：打印機、 A/D、 D/A等 特點 ：傳輸距離近（一般 ≤ 2m），傳輸速率快 芯片 ： 8255A、 8253A、 8279等 6. 舉例 例 73：設(shè)有一個總線系統(tǒng) DB（ D7~D0）， AB（ A15~A0），RD， WR，要求用 74LS244與輸入設(shè)備連接，用 74LS373與輸出設(shè)備相連接，端口地址分別為 80H和 81H，要求用74LS138譯碼 步驟 ： （ 1）構(gòu)造總線系統(tǒng) （ 2）將接口掛在總線上 （ 3）按題意要求設(shè)置接口電路 地址分析 ： 不用 A15 … A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 … 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 … 0 1 0 0 0 0 0 0 1 80H 81H 思考 ：（ 1）如果 CPU為 8086 （ 2）除了上述輸入 /輸出設(shè)備，還有 2片存儲器 6116 電路如何設(shè)計？ WR CPU DB AB RD 74LS244 A2…A 0 CS1 CS2 74LS 138 Y0 Y1 A B C A7 ┇ 輸入設(shè)備 ＋ 74LS373 輸出設(shè)備 ＋ A3 A6 D7…D 0 167。 可編程并行接口芯片 8255A 1. 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及引腳功能 GNDD 7D 0讀寫控制邏輯5369835RDWRA 0A 1RESETCS 6B 組控制器A 組控制器A 口C 口（ 高四位 ）C 口（ 低四位 ）B 口 PB7 PB 0PC 3 PC 0PC7 PC 4PA7 PA0數(shù)據(jù)緩沖器VCC72627 ～ 3437 ~ 40 ， 1 ～ 410 ~ 1317 ~ 1425 ~ 18并行輸入 /輸出端口 A、 B、 C： ① PA口、 PB口、 PC口均為 8位、雙向 I/O數(shù)據(jù)口，都可直接與外設(shè)連接，但在結(jié)構(gòu)上稍有差異 ③ PA口、 PB口、 PC口受讀寫控制部件及 A組或 B組控制部件控制 輸入緩沖 /鎖存器（ 8位） 輸出緩沖 /鎖存器（ 8位） 輸入緩沖器（ 8位），沒有鎖存器 輸出緩沖 /鎖存器（ 8位） 基本輸入 /輸出 與 PA口、 PB口配合，作為它們狀態(tài)或控制信息的傳送口 PA口 PC口 PB口 PC口 ② A組和 B組控制部件 ： PA口（ PA7~PA0 ） → 基本輸入 /輸出 PC口（ PC7~PC4 ） → 為 PA口提供控制和聯(lián)絡(luò)信號 控制字寄存器 → 接收 CPU送來的工作方式控制字 控制邏輯 → A組控制邏輯 A組、 B組控制部件 B組控制邏輯 PB口（ PB7~PB0 ） → 基本輸入 /輸出 PC口（ PC3~PC0 ） → 為 PB口提供控制和聯(lián)絡(luò)信號 提供控制信息 接收讀 /寫控制部件提供的信息 數(shù)據(jù)總線緩沖器 ：是一個三態(tài)雙向 8位數(shù)據(jù)緩沖存儲器，是 8255A與 CPU之間的數(shù)據(jù)接口。有了數(shù)據(jù)總線緩沖器，8255A可直接“掛”到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線（ DB）上 功能 ： ① CPU控制字 /數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線緩沖器 → 8255A（ OUT指令） ②（ IN指令） 8255A → 狀態(tài)信息 /數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線緩沖器 → CPU 讀 /寫控制部件 ：接收控制信號，并產(chǎn)生 8255A內(nèi)部控制時序，向片內(nèi)功能部件發(fā)出操作命令 CS 片選信號，低電平有效，由 A15~A2 譯碼產(chǎn)生 RD、 WR 讀 /寫信號，低電平有效 （ IN、 OUT指令產(chǎn)生） RESET 復(fù)位信號，高電平有效， CPU輸入。當(dāng)RESET有效時，清除 8255A中所有控制字寄存器內(nèi)容，并將各端口置成輸入方式 A1 、 A0 端口選擇信號線（端口地址輸入線），8255A共有 4個端口地址 A1 A0 =00 → 端口 A A1 A0 =10 → 端口 C A1 A0 =01 → 端口 B A1 A0 =11 → 控制字寄存器 注意 ： PA， PB， PC 三個端口各占用一個端口地址，加上控制字寄存器地址，這些地址連續(xù)，其中一個端口地址確定，則其它端口地址也就隨之確定 如 ： 82H → 1000 0010 → PC 口， PA口： 80H， PB口： 81H， 控制字寄存器： 83H 2. 8255A工作方式 類型及 控制字 （ 1） 8255A工作方式類型 方式 0 方式 1 方式 2 工作方式 0：基本輸入 /輸出方式（無條件傳送方式），PA、 PB、 PC口均可選擇此方式 工作方式 1：選通輸入 /輸出方式（條件傳送方式或中斷方式）， PA、 PB口可選擇此方式 注 ： 此方式一般用于連接需要聯(lián)絡(luò)信號的外設(shè)，其中 PC口 為 PA、PB口提供控制和聯(lián)絡(luò)信號 工作方式 2：選通的雙向傳送方式，只有 PA口 可用于此方式，既可做輸入，又可做輸出，由 PC口 提供控制和聯(lián)絡(luò)信號 （ 2） 8255A工作方式 選擇控制字 8255A內(nèi)部有一個控制寄存器，占用一個端口地址，專門用來接收 CPU送來的控制字 工作方式控制字 格式 ： D7D6D5D4D3D2D1D0C口低四位B 組B 口方式選擇0 ：輸出1 ：輸入0 ：輸出1 ：輸入0 ：模式01 ：模式1C口高四位A 組A 口方式選擇0 ：輸出1 ：輸入0 ：輸出1 ：輸入0 0 ：模式00 1 ：模式11 X ：模式2方式標(biāo)志：1 （有效）例 74：設(shè) PA口與輸出設(shè)備連接，工作于有條件傳輸方式（查詢）； PB口與輸入設(shè)備連接，工作于中斷方式； PC5， PC4 驅(qū)動二個發(fā)光二極管，設(shè) PA口地址為 A0H，用 138譯碼器，設(shè)計電路，并編寫程序 解 ： 步驟：① 設(shè)計電路；② 確定 8255A的工作方式； ③ 編寫初始化程序 A15 … A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 … 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 … 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 … 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 … 0 1 0 1 0 0 0 1 1 PA口 PB口 PC口 控制字 片內(nèi)地址 片外地址 地址分析 ： A0H A1H A2H A3H WR CPU DB AB RD 8255A CS 74LS 138 Y5 A B C PC4 A1 8086 M/IO + RESET A0 D7…D 0 A7…A 5 A4…A 2 A1 A0 輸出 輸入 PA口 PB口 PC5 工作方式 ： 初始化程序 ： MOV AL， 0A6H OUT 0A3H， AL ；向 8255A送控制字 IN AL， 0A1H ； PB口輸入 OUT 0A0H， AL ； PA口輸出 OUT 0A2H， AL ； PC5， PC4輸出 1 0 1 0 0 1 1 0 0A6H 控制字 置位 /復(fù)位 控制字 ： 只對 端口 C有效 當(dāng) PA口、 PB口工作方式 1或 2時，需要 PC口作為控制和聯(lián)絡(luò)信號線，工作前或工作過程中對其置位 /復(fù)位 如 ： PA口工作于方式 1，輸入 PC 4PC 5PC 38255 AINTEAD 7 D 0 PA7 PA 0INTR AIBF ASTB A輸入