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1、第四单元 输入/输出系统和设备,刘卫东 ,教学内容安排,第一讲 输入/输出系统概述和输入/输出方式 第二讲 总线 第三讲 接口电路 第四讲 输入设备和输出设备 第五讲 本单元小结及考试说明,第三讲 接口电路设计,2003年11月,主要教学内容,接口电路的作用 接口电路的一般组成 串行接口 并行接口 USB接口 SCSI接口,输入/输出系统,控制方式：处理器如何管理设备 总线：数据发送和通信 接口：总线和设备的连接 连接总线和设备（对设备提供编码） 接收处理器（主设备）的命令，并提交给外部设备，同时，为主设备提供外部设备的状态 数据缓冲 对主设备屏蔽外部设备的差异（一种接口可以连接多种类型的设备
2、） 设备：完成输入/输出任务,接口的基本功能,提供主机识别（指定、找到）使用的I/O设备的支持（为每个设备规定几个地址码或编号） 建立主机和设备之间的控制与通信机制 提供主机和设备之间信息交换过程中的数据缓冲机构 提供主机和设备之间信息交换过程中的其他特别需求支持,通用可编程接口电路,通用 能有多种用法与入/出功能 可编程 能通过指令指定接口的功能和运行控制参数 接口内部组成 设备识别电路 数据缓冲寄存器（输入/输出） 控制寄存器 状态寄存器 中断电路 其他电路,8251的基本功能,可用于同步或异步传送 同步传送时 每字可为bits，可用内或外同步，能自动插入同步字符。 异步传送时 每字可为b
3、its，接收和发送时钟可为1，16或64倍的波特率。可产生中止字符并自动检测和处理。可用1，1.或位停止位。能检测假启动完全双工，双缓冲的发送器和接受器。具有检测奇偶错，数据丢失错和帧错的能力。全部入出信号为 TTL 电平,D7D0（外部数据总线）,状态 缓冲器,接受数据 缓冲器,发送数据命令 缓冲器,串行异步传送中的有关概念,奇偶校验： 传送的波特率： 波特率因子： 数据采样：,串行： 异步、同步： 单工，半双工，全双工：,停止位： 数据位： 起始位：,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,同步?,Y( D1D0 = 00 ),N ( D1 D0 0 0 ),D6: 外同步检测,1
4、 外同步,SYNDET为输入,0 内同步,SYNDET为输出,D7: 同步字符,1 单同步字符,0 双同步字符,规定帧控制,00 无效,01 1个 停止位,10 1.5个停止位,11 2个 停止位,确定字符长度,00 5bits,01 6bits,10 7bits,11 8bits,TxC , RxC,波特率因子,00 同步方式,01 异步1倍,10 异步16倍,11 异步64倍,对奇偶校验的规定,X0 不校验,11 偶校验,01 奇校验,方式命令字的格式,EH,IR,ER,SBBK,RxE,DTR,TxEN,RTS,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,工作命令字的格式,发送器使能
5、信号，1有效,接收器使能信号，1有效,数据终端就绪，使出 为低,/DTR,使三个出错标志位复位,发包 信号,BREAK,请求发送信号，使出 为低,/RTS,发软 信号,RESET,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,DSR,SYNDET,FE,OE,PE,TxE,RxRDY,TxRDY,接口状态寄存器的内容格式,发送器就绪信号，1有效,并到串的发送器空，1有效,接收器就绪信号，1有效,奇偶错,溢出错,数据帧错,数据设备就绪，1有效,INTEL 8251 串行接口芯片,1 D2 D1 28 2 D3 D0 27 3 RXD VCC 26 4 GRD /RX C 25 5 D4 /DT
6、R 24 6 D5 /RTS 23 7 D6 /DSR 22 8 D7 RESET 21 9 /TXC CLK 20 10 /WR TX D 19 11 /CS TX EMPTY 18 12 C/ D /CTS 17 13 /RD SYNDET/BD 16 14 RXRDY TXRDY 15,D7D0 : I/O数据,器 件 引 脚 图,CLK： 主时钟,/RxC,RxD: 接收时钟、数据,/TxC,TxD: 发送时钟、数据,/WR、/RD: 写、读命令,/CS: 片选信号,C/ D： 控制 / 数据信号,RESET： 总清信号,RxRDY: 接收准备就绪,TxRDY: 发送准备就绪,TxEM
7、PTY: 发送寄存器空,/DTR、/DSR：,/RTS、 /CTS：,EH,IR,ER,SBBK,RxE,DTR,TxEN,RTS,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,DSR,SYNDET,FE,OE,PE,TxE,RxRDY,TxRDY,工作命令字的格式,接口状态寄存器的内容格式,内存储器和串行接口 存储器由 2 组 8 位区组成，可运行于8 位或16位方式； 每组由 1 片 2716 RAM 和 2 片 28C64 ROM芯片组成，亦可选用2764 ROM芯片。 对16位地址的最高3位译码，产生 8 个存储器片选信号，各自对应81
8、92 的存储容量。 2 路串行接口，其中一路正常运行，另一路经扩展后方可使用。 对 8 位 IO 端口地址的最高 4位译码，产生 8 个 IO芯片的片选信号。 1 片双 2-4 译码器 139 给出内存和 IO 的读写命令信号。 2 片GAL 和 2 片 373 寄存器用于支持中断响应与处理实验。,TEC-2000 机串行口初始化的程序,MVRD R0， 4Eh OUT 81h MVRD R0, 37h OUT 81h,方式设置：0 1 0 0 1 1 1 0,命令设置： 0 0 1 1 0 1 1 1,对 OUT 指令而言， 81h、83h 为控制寄存器地址； 对 IN 指令而言， 81h、
9、83h 为状态寄存器地址；,编程用串行口执行输入任务/输出操作,INCH:IN 81h SHR R0 SHR R0 JR NC, INCH IN 80h PUSH R1 MOV R1, 00FFh AND R0, R1 POP R1 RET,OUTCH:PUSH R0 OUT1: IN 83h SHR R0 JR NC, OUT1 POP R0 OUT 82h RET,对 IN 指令而言， 80h 是输入数据寄存器地址， 对 OUT 指令而言， 80h 是输出数据寄存器地址，,双串行口同时运行的程序例子,loop1: in 83 shr r0 shr r0 jr nc, loop in 82
10、out 82 out 80 jp loop ret,Loop: in 81 shr r0 shr r0 jr nc, loop1 in 80 out 80 out 82,并行接口8255,USB接口,用户不必再设置卡上、设备上的开关或跳线 不必打开机箱来安装新的输入输出设备 应该只需要一根电缆线就可以将所有设备连接起来 输入/输出设备应可以从电缆上得到电源 单台计算机最多可以连接127个设备 系统应能支持实时设备（声卡、电话） 可在计算机运行时安装设备 不必重新启动计算机 成本低,USB结构,USB协议,USB帧,控制帧 配置设备，对设备发出命令，查询设备状态 同步帧 实时设备同步 块传送帧 非实时设备的大量数据传送 中断帧 发出中断帧，收集设备数据,USB线缆,有4根线组成，电源、地和双数据线。 同步传输方式,SCSI接口,小型计算机系统接口（Small Computer System Interface） 1986年成为国际标准，1991年扩充为SCSI-2 成为主机和智能外设连接的统一I/O接口 单端输出和差分输出两种输出方式 50根线的扁平电缆，25根地线，8位数据线，9条控制线，1根奇偶校验线，其余备用。 最多可连接8个设备（包括主机适配器），每个设备有一个ID。 采用集中式菊链仲裁。,SCSI接口信号线,SCSI接口参数,