《IO接口和总线》PPT课件

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1、第六章I/O接口和总线6-1I/O接口6-2总线学习目的通过对本章的学习，您应该能够达到下列要求：端口的功能、种类、编址方式CPU与外设交换数据查询式传送软硬件设计总线的概念、分类，PC总线重点与难点输入缓冲、输出锁存的概念CPU与外设交换数据的方式查询方式6-1I/O接口一、I/O接口的功能1、采用I/O接口的必要性计算机目的是进行信息处理，需要输入原始信息并输出运算结果，需要输入/输出外部设备。外设种类多：机械、电子、电动等，信息格式、内容多种多样。速度不匹配：高速硬盘，低速打印机，键盘。信号电平不匹配：CPU为TTL电平，外设有

2、DC24V继电器、AC220V接触器等。信号格式不匹配：CPU为8/16位并行总线，外设有串行、并行、数字信号、模拟信号。时序不匹配：外设有自己的操作逻辑，不同于CPU2、接口的功能设置数据缓冲以解决速度不匹配：在CPU与外设之间设置缓冲区，发送方可把数据存放在缓冲区中，接收方再从缓冲区中读取数据。CPU与外设交换数据不必总是联合进行，增加灵活性。设置电平转换电路：实现TTL电平与外设信号电平之间的转换，例如RS-232设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求：例如A/D转换器、D/A转换器、总线控制器设置时序控制电路来同步CPU和外设

3、的工作：设计握手信号（准备好、出错）提供地址译码电路：多个外设、多个端口的区分。二、简单的输入输出接口芯片1、缓冲器74LS244和74LS245输入缓冲的概念：考虑CPU从1#、2#、3#三个外设读取数据。1#2#3#CPU总线当CPU读取1#的数据时，要求2#、3#不能影响总线上的数值，即要求2#、3#与总线之间处于高阻状态，同时1#的数据要正确传送到总线上。CPU与输入外设之间的三态门就是输入缓冲器，其输入是专用的，但输出是共用的。（1）74LS244双4单向缓冲器，输入端为1A1~1A4、2A1~2A4，输出端为1Y1~1Y4

4、、2Y1~2Y4。两个使能控制引脚1G、2G，1G=01Y=1A，1G=11Y与1A之间为高阻态。2G=02Y=2A，2G=12Y与2A之间为高阻态。（2）74LS245（类似Intel8286）8位双向缓冲器，输入/输出端为A1~A8、B1~B8。一个使能控制引脚G，G=0A1~A8=B1~B8，G=1A1~A8与B1~B8之间为高阻态。一个传送方向控制引脚DIRDIR=1AB，DIR=0AB2、锁存器74LS373输出锁存的概念：1#2#3#CPU总线（公用）1#专用2#专用3#专用当CPU写数据到1#时，要求

5、不能影响2#、3#的专用信号数值，即要求2#、3#能保持原来的数值，这就要求接口具有锁存功能。从接口角度看，锁存器用于一个公用输入信号多个专用输出信号的情况下。OEGDO0111（直通状态，O=D）0100（直通状态，O=D）00X锁存值，G下降沿对应的D值1XX与内部线路间为高阻态2、锁存器74LS373具有三态功能的8D锁存器，输入端为1D~8D，输出端为1O~8O。一个输出使能控制引脚OE一个输入控制引脚G（数据打入线）三、I/O端口及其编址方式1.I/O端口I/O端口是外设接口电路中CPU访问的寄存器。CPU通过对端口的访问

6、来实现对外设的访问。根据所存内容不同，接口电路包含以下几种端口：数据端口：存放外设与CPU之间要交换的数据，通常为1个字节或1个字。状态端口：存放外设的当前状态，通常有准备好、出错、忙等。命令端口：也叫控制端口，存放CPU对接口电路的行为逻辑的控制信息，通常有方式控制字、操作控制字。每个端口存储一个字节数据，地址相邻的两个字节端口可以组成一个字端口，低地址存放地字节，高地址存放高字节。端口的访问用输入输出指令INAL，portINAX，portOUTport，ALOUTport，AXINAL，DXINAX，DXOUTDX，ALOUTD

7、X，AX访问外设的IN/OUT指令与访问存储器的MOV指令硬件的区别在于：M/IO（对8086）、IO/M（对8088）。2.I/O端口编址方式CPU通过地址信息区分不同的端口，接口电路中要有地址译码功能。CPU有两种处理端口地址的方法：统一编址、独立编址。存储器映象编址：把每个I/O端口当作一个存储器单元，并与存储单元统一编址。所有访问存储器的指令都可访问I/O端口。地址译码电路简单，占用存储器地址空间。例如：MC6800，51系列单片机。I/O独立编址：把所有I/O端口组成I/O端口空间，与存储器空间相互独立。用独立的I/O指令访

8、问I/O端口。地址译码电路复杂，不占用存储器地址空间。例如：INTEL8088/8086在8088/8086系统中，I/O端口空间使用低16位地址信号A0~A15，总共64kB，而存储器空间使用20位地址信号，总共1MB