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1、单元四 微机接口概述,本章知识要点：,1、为什么需要接口 2、接口具有的功能 3、接口传输的内容 4、接口结构 5、IO接口编址 6、IO接口芯片连线的寻址原理 7、IO接口数据传输的控制方式,4.1为什么需要接口？,总的来说，I/O接口具有下述三方面功能： （1）速度的匹配 （2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转换等。 （3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。,4.1接口具有的功能,I/O设备数据缓冲/锁存; 设备选择和寻址; 数据格式转换; 信号转换：逻辑关系，时序配合以及电平匹配上的转换。 设备控制; 可编程：修改驱动程序就可改变接口的工作方式; 错
2、误检测控制.,4.1接口知识应用范围,不限于普通电脑 可用于笔记本电脑，工控机 嵌入式系统 单片机，DSP系统,4.1嵌入式微机,CPU：8086/8088，486，586，PII，PIII 10*14cm，10*10cm或更小主板集成多种接口： 以太网，USB，显示，音频，IDE，LCD，并行口，RS232，存储卡及其他常用接口,4.1学习微机接口有什么好处,可以利用微处理器的强大功能设计出智能化仪器仪表，自动控制系统，各种嵌入式的通信设备，家电，工业产品等。,大大减少硬件复杂程度，减低成本， 提高性能。,4.2 I/O接口的传输内容,1.数据信息： （1）数字量（计算机可以直接接收和处理的
3、数据） （2）模拟量 2.状态信息 例如：对于输入设备的“Ready” 对于输出设备的“Busy” 特点：CPU外设接口 可读（不可写） 3.控制信息： 特点CPU外设接口 可写（不可读）,4.2 I/O接口的传输内容,4.2 I/O接口的基本结构,外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组寄存器： 数据输入寄存器 数据输出寄存器 状态寄存器 控制寄存器 通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址,I/O接口的编址,计算机中I/O端口也是可以编址的，编址的方法与存储器编址方法类似。 如何理解存储器和I/O端口寻址的区别？ 以城市类比计算机,I/O接口
4、地址的编址方案,混合编址：存储器地址和I/O端口地址统一编址，Motorola系列CPU采用混合编址；,1. I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O） 优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。 例如 :ADD AL, 2000H,XXXXH,0,XXXXH,I/O 存储器,整个地址空间,一个I/O端口的内容,缺点：I/O端口占用了一部分地址空间。,2. I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O） 指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口所共享，那么，CPU输出的
5、地址信号究竟是给谁的？是给M，还是I/O? 在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO（80x86均如此）。,I/O接口芯片连线的寻址原理,对I/O接口芯片的的寻址通过地址线连接：,74LS138译码器的连线方法,假设：I/O接口芯片的片内地址为370H377H，求CPU如何通过74LS138译码器进行寻址？ 分析：片内地址8个，说明芯片具有片内地址线3位A0A2，高位地址为A3A9，按照全局译码的原理，A3A9是高位地址线，要通过译码器连接到片选信号。,74LS138译码器的连线方法,370H377H对应的二进制为： 11011100001101110111，根据界线原理：低三位直接连接，主
6、要说明高位地址线的接法。,74LS138译码器的连线步骤,第一步：比较CPU高位地址线位数和74LS138译码器输入端位数的关系，有三种可能：相等、大于或小于； CPU高位地址线7位（A3-A9）， 74LS138译码器输入端6位。,74LS138译码器的连线步骤,第二步：将高位地址线中0和1分类； 第三步：接线，为0的端口线先接G2A、G2B，为1的端口先接G1；其余接线端自由接A、B、C端；当CPU高位地址线比74LS138译码器输入端数量多时，要用逻辑门电路过渡，减少接线端。,74LS138译码器的连线步骤,第四步：根据A、B、C的值确定Yi的输出选择，接芯片的片选。 问题：如何根据74
7、LS138译码器的接线判断芯片的地址？,4.3 接口数据传送的控制方式,程序方式； 中断方式； DMA方式。,程序方式,有两种：无条件传送方式和条件传送（查询）方式，无条件传送方式可靠性差，一般采用条件传送（查询）方式。,程序方式,通信需要发送和接收双方的配合。,输出 状态 检测,输出 有效,输出有效状态检测,接收端,发送端,程序方式,程序方式,问题： 如何检测“接收就绪”和“发送有效”的状态信号？ 发送操作如何实现？ 接收操作如何实现？,程序方式,检测接收就绪和发送有效状态信号： 先读取接口状态字节（inportb()），然后用“与”（&）位操作取得状态位； 发送操作：写端口数据（outpo
8、rtb()） 接收操作：读接口数据（inportb()）,补：C语言的接口操作和位操作,（1）outportb()，向指定端口地址输出字节 原形：void outportb(int portid,unsigned char value) 调用方式：outportb(端口号,要输出的字节); 头文件：dos.h,补：C语言的接口操作和位操作,（2）inportb()，从指定端口读入字节 原形：unsigned char inportb(int portid) 调用方式：字符变量=inportb(0x端口号)； 头文件：dos.h,补：C语言的位操作运算符,“按位与” 运算：& “按位或” 运算：
9、| “按位异或” 运算： “按位取反” 运算： 移位运算：右移，左移,补：C语言的位操作运算符,如何取得状态信息：,状态信息,如何判断？,补：C语言的位操作运算符,用C语言的输入/输出函数和位操作相结合可以实现对计算机接口的基本操作，是C语言的基本功能。,程序方式,有条件查询方式的缺点： CPU工作效率低； 以串行接口通信为例，CPU的利用率只有0.5%,中断方式,中断的基本思想：CPU平时正常运行用户程序，只有在有特殊事件需求时才进行服务，服务完成后立即返回原来运行的程序，目的是提高CPU的工作效率。 中断的定义：CPU暂停正在运行的程序，处理需要服务的事件，等服务完成以后，返回到原来运行的
10、程序。,发出中断请求信号：提供检测中断源的输入线路； 定向中断服务子程序：为指定事件提供相应的服务；,中断方式的功能,断点的保护和返回：进行中断服务前保存当前程序地址，以便中断服务结束后程序返回； 现场的保护和恢复：在中断服务前保存当前程序运行条件下的数据，以便中断服务结束后继续使用。,中断方式的功能,中断流程,中断的相关概念,中断源：产生中断申请的设备或事件； 中断申请：中断源向CPU发出服务请求； 中断响应： CPU接收中断请求，中断源加入中断队列；,中断的相关概念,中断服务程序：进行中断事件处理的程序； 中断优先级：中断源申请中断服务的优先级别； 中断嵌套：运行中断服务程序时，优先级别高
11、的中断服务程序能够中断优先级别低的中断服务程序。,关于中断原理的说明,CPU如何检测中断请求？ 同时产生多个中断请求怎么办？ 中断服务程序如何与中断源对应？ 如何理解中断的随机性？ 对中断源的选择性？,CPU如何检测中断请求？,CPU一般利用中断控制器处理中断事件，中断源一般是通过电平信号或脉冲信号产生中断请求，所以，需要中断服务的设备和部件首先要提供中断请求信号到中断控制器，由中断控制器向CPU申请中断服务。,CPU如何检测中断请求？,CPU,中断 控制器,INTR,INTA,IRQ,接设备和部件,同时产生多个中断请求怎么办？,中断控制器支持优先级设置，先为不同接入端设置不同优先级，在接线时
12、根据外设（或部件）的重要程度和特征设置不同的优先级。当同时有多个中断源申请中断时，按照“同级先到先服务，不同级按优先级顺序服务”。,中断服务程序如何与中断源对应？,CPU在响应中断、进行中断服务前可以检测到中断源，中断源可能的中断服务要求是可以预先处理，准备好现成的程序，这个程序的起始地址就是中断服务程序的入口地址。,中断服务程序如何与中断源对应？,在内存中专门设置一个区间存放中断服务程序的入口地址，显然，一个中断源应该有一个中断服务程序，一个中断服务程序就有一个入口地址，这个入口地址就是中断向量。,中断服务程序如何与中断源对应？,中断源 接入位置 (中断号),中断 向量,中断服务 程序入口地
13、址,中断控制器内信息,内存信息,中断源中断服务程序入口地址,如何理解中断的随机性？,中断源的服务请求时间是不确定的,其含义是:一是不知道是否有请求? 二是不知道何时产生请求? 中断方式所提供的优势在于可以在接收到请求后，在微秒（us）量级的时间范围进行服务，特别适合外部设备通信和控制。,对中断源的选择性？,如果不允许某个中断源申请，可以设置中断屏蔽； 中断控制器支持对单中断源和所有中断源的中断屏蔽。,CPU如何屏蔽中断请求？,CPU,中断 控制器,INTR,INTA,IRQ,接设备和部件,中断过程,中断的特点,有效协调高速运行的CPU与慢速工作的外部设备之间的速度关系，提高CPU的工作效率；
14、需要中断控制器硬件支持，并将外部设备连接到中断控制器上。,中断的缺点,不能支持特别高速的设备，在设备需要通信信号的时间间隔小于中断服务最小时间间隔时，中断服务将无法实现。,中断控制器作用信访局,PC机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,PC/XT的外部中断表,PC机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,中断功能调用,BIOS（BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM），基本输入/输出系统是存储于计算机ROM系统中的程序模块，其功能是管理计算机的标准硬件系统，如：显示器、磁盘（硬盘、软盘）、串行接口、打印机等。 BIOS程序可以为其他程序所调用，这个功能就叫做B
15、IOS功能调用，亦称为BIOS调用。 BIOS功能调用在本质上是软件中断，在中断向量表中，存储了BIOS程序中不同功能模块的入口地址，当在汇编语言程序中执行指令INT *H 时，将自动运行位于ROM中的模块。,DMA方式,采用DMA方式的原因：,DMA控制器的作用,CPU,存储器,DMA 控制器,I/O 接口 和设备,总线请求,总线允许,DMA请求,DMA允许,DMA控制器的功能结构,1）总线控制功能。 2）具有用于提供交换数据地址的地址寄存器。 3）具有数据块长度计数器。 4）具有编程寄存器和状态寄存器。,DMA数据传送的基本过程,1）外部设备向DMAC发出DMA传送请求信号（DREQ）。
16、2）DMAC向总线仲裁机构请求占用总线。 3）DMAC接到HLDA信号后成为总线的主控者。 4）向存储器和进行DMA传送的外设发出读写命令，开始DMA传送（外设和内存之间）。 5）撤消对CPU的总线请求，交回系统总线的管理和控制权。,通信方式比较,通信程序示例,已知条件： Buffer为首址的100个字节，从A设备发送，数据端口地址60H、状态端口地址62H，状态位D3=1，表示设备忙，D4=0表示设备未联机； 编写发送数据程序；,通信程序流程,流程图反映编程的基本思路和过程，根据流程图进行程序设计在目前仍然是行之有效的方法；,通信程序流程,#include #include Main() int portt=0x60,ports=0x62,I,j; int maxnum=100; unsigned char buffer100,tem; tem=inportb(ports); /*读状态字节*/ if(tem&0x10=0),通信程序流程,tem=inportb(ports); /*读状态字节*/ if(tem,通信程序流程,while(Imaxnum) tem=inportb(ports); if(tem ,