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1、微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(1),本章重點(diǎn),接口電路的功能接口部件和I/O端口CPU和外設(shè)之間的三種數(shù)據(jù)傳輸方式、各自優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)合中斷傳輸方式的原理和可屏蔽中斷的響應(yīng)過程DMA方式的原理和DMA控制器的功能,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(2),I/O接口概述,接口電路按功能可分為兩類:使微處理器正常工作所需的輔助電路輸入輸出接口電路（2）為什么要用接口電路為什么需要I/O接口（電路）？,微機(jī)的外部設(shè)備多種多樣，其工作原理、驅(qū)動(dòng)方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差別很大，它們不能與CPU直接相連，必須經(jīng)過中間電路再與系統(tǒng)相連,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和

2、外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(3),5.2 CPU和輸入輸出設(shè)備之間的信號(hào),CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號(hào) :（1）數(shù)據(jù)信息,又分為：數(shù)字量 模擬量 開關(guān)量 （2）狀態(tài)信息 （3）控制信息,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(4),5.3 接口部件的I/O端口,數(shù)據(jù)端口 狀態(tài)端口 控制端口或命令端口,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(5),I/O接口的主要功能,尋址功能輸入/輸出功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能聯(lián)絡(luò)功能中斷管理功能復(fù)位功能可編程功能錯(cuò)誤檢測(cè)功能,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(6),外設(shè)通過接口和系統(tǒng)的連接,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(7),5.

3、4 CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式,解決定時(shí)問題的三種傳送方式：程序方式 中斷方式 DMA方式,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(8),5.4.1 程序方式,1. 無條件傳送方式,圖 無條件傳送方式的工作原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(9),無條件傳送方式及其接口,在CPU與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，可以認(rèn)為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，這就是無條件傳送，或稱立即傳送、同步傳送（演示）適合：簡單設(shè)備，如LED數(shù)碼管、按鍵或按紐等優(yōu)點(diǎn)：無條件傳送的接口和操作均十分簡單前提：外設(shè)必須隨時(shí)就緒,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(10),無

4、條件傳送：輸入示例,MOV DX, 160HIN AL, DX,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(11),無條件傳送：輸入實(shí)例,MOV DX, 160HIN AL, DX,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(12),無條件傳送：輸出示例,MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(13),無條件傳送：輸出實(shí)例,MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(14),無條件傳送：輸入輸出接口,next:mov dx,8000h;DX指向數(shù)據(jù)端口

5、in al,dx;從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài)not al;反相out dx,al;送輸出端口顯示call delay;調(diào)子程序延時(shí)jmp next;重復(fù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(15),無條件傳送實(shí)例,例：用無條件傳送方式編寫產(chǎn)生任意波形、任意頻率的脈沖信號(hào)程序?，F(xiàn)給定三種波形A、B和C。其中時(shí)間間隔T=10ms，每種波形由T1T8共八個(gè)狀態(tài)組成，要求連續(xù)重復(fù)發(fā)送T1T8信號(hào)。,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(16),2 . 條件傳送方式,（1）條件傳送的概念（2）條件傳送的三個(gè)環(huán)節(jié)：CPU從接口中讀取狀態(tài)字CPU檢測(cè)狀態(tài)字傳送數(shù)據(jù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和

6、外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(17),查詢傳送的兩個(gè)環(huán)節(jié), 查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒 傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)流程,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(18),查詢式輸入的接口電路,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(19),查詢式輸出的接口電路,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(20),查詢式輸入過程的流程圖,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(21),查詢輸入接口,mov dx,8000h;DX指向狀態(tài)端口status:in al,dx;讀狀態(tài)端口t

7、est al,01h;測(cè)試標(biāo)志位D0jz status;D00，未就緒，繼續(xù)查詢inc dx;D01，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口in al,dx;從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(22),查詢輸出接口,mov dx,8000h;DX指向狀態(tài)端口status:in al,dx;讀取狀態(tài)端口的狀態(tài)數(shù)據(jù)test al,80h;測(cè)試標(biāo)志位D7jnz status;D71，未就緒，繼續(xù)查詢inc dx;D70，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口mov al,buf;變量buf送ALout dx,al;將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(23),查詢方式的E

8、EPROM編程,next:mov al,55h;寫入內(nèi)容55Hmov bx,al;寫入存儲(chǔ)單元nop;空操作指令，起延時(shí)作用nopnext1:in al,dx;查詢狀態(tài)口test al,01h;測(cè)試D0jz next1;D00，芯片還在寫入inc bx;D01，寫畢，指針移動(dòng)loop next;循環(huán)至全部字節(jié)寫完,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(24),查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),8086/8088CPU,A/D轉(zhuǎn)換,2,3,4,多路開關(guān),數(shù)據(jù)端口讀選通,8位數(shù)據(jù),1位狀態(tài),控制端口寫選通,狀態(tài)端口讀選通,啟動(dòng) D4,數(shù)據(jù),READY,D7,D0,D1,D2,1個(gè)模擬量,8個(gè)輸入模擬量,

9、A0,A7,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(25),查詢傳送方式及其接口,CPU需要先了解（查詢）外設(shè)的工作狀態(tài)，然后在外設(shè)可以交換信息的情況下（就緒）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出對(duì)多個(gè)外設(shè)的情況，則CPU按一定順序依次查詢（輪詢）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換查詢傳送的特點(diǎn)是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(26),5.4.2 中斷方式,CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段預(yù)先安排好的中斷服務(wù)程序；服務(wù)結(jié)束后，又返回原來的斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序,流程,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(27),5.4.2

10、 中斷方式,1. 中斷傳送方式的原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(28),可屏蔽中斷的響應(yīng)和執(zhí)行,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(29),2 . 中斷優(yōu)先級(jí)問題的解決,(1)解決中斷優(yōu)先級(jí)的三種辦法：軟件查詢方式 簡單硬件方式菊花鏈法專用硬件方式 (2)三種方法的優(yōu)缺點(diǎn),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(30),中斷優(yōu)先級(jí)菊花鏈及其邏輯電路,(a) 菊花鏈,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(31),典型的可編程中斷控制器,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(32),5.4.3 DMA方式,1. DMA傳送方式的提出DMA傳送方式

11、的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸率,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(33),DMA傳送方式,希望克服程序控制傳送的不足：外設(shè)CPU存儲(chǔ)器外設(shè)CPU存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)器存取DMA：外設(shè)存儲(chǔ)器外設(shè)存儲(chǔ)器CPU釋放總線，由DMA控制器管理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(34),DMA傳送的工作過程, CPU對(duì)DMA控制器進(jìn)行初始化設(shè)置 外設(shè)、DMAC和CPU三者通過應(yīng)答信號(hào)建立聯(lián)系：CPU將總線交給DMAC控制 DMA傳送DMA讀存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器 外設(shè)DMA寫存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器 外設(shè) 自動(dòng)增減地址和計(jì)數(shù)，判斷傳送完成否,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(35),DMA傳送流程,流程,微

12、機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(36),DMA控制器的功能： 向CPU發(fā)總線請(qǐng)求信號(hào) 實(shí)行對(duì)總線的控制 修改所用的 存儲(chǔ)器或接口的地址指針 發(fā)讀寫控制信號(hào) 存放數(shù)據(jù)長度 交還總線控制權(quán),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(37),DMA傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)(輸出過程)的原理,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(38),DMA控制器的內(nèi)部最小配置和接口要求,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(39),從接口往內(nèi)存?zhèn)鬏斠粋€(gè)數(shù)據(jù)塊的過程：, 接口往DMA控制器發(fā)一個(gè)DMA請(qǐng)求 得到總線控制權(quán) 地址寄存器的內(nèi)容送地址總線 通知接口將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)送到所指單元

13、地址寄存器的值加1 字節(jié)計(jì)數(shù)器的值減1 如字節(jié)計(jì)數(shù)器的值不為0，則回到;否則結(jié)束,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(40),DMA傳輸對(duì)接口的要求：, 控制寄存器有1位指出數(shù)據(jù)傳輸方向 控制寄存器有1位用來啟動(dòng)I/O操作 狀態(tài)寄存器有1位指出設(shè)備當(dāng)前是否處于忙狀態(tài),微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(41),DMA傳輸對(duì)DMA控制寄存器的要求：, 有1位作為DMA允許位 有1位用來確定DMA方向 有1位決定進(jìn)行一次傳輸后放棄還是維持對(duì)總線的控制權(quán) 狀態(tài)寄存器有1位表示數(shù)據(jù)塊傳輸是否結(jié)束,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(42),對(duì)DMA控制器和接口部件預(yù)置的信

14、息：, 往DMA控制器的字節(jié)計(jì)數(shù)器設(shè)置初值 往DMA控制器的地址寄存器中設(shè)置地址初值 對(duì)DMA控制器設(shè)置控制字并啟動(dòng)DMA操作 對(duì)接口部件設(shè)置控制字并啟動(dòng)I/O操作,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(43),啟動(dòng)數(shù)據(jù)塊輸入的例子,IDLE:IN AL,INTSTAT;檢測(cè)設(shè)備是否處于 忙狀態(tài)，如是，則等待 TEST AL,04 JNZ IDLE MOV AX,COUNT ;設(shè)置計(jì)數(shù) OUT BYTE-REG,AX LEA AX,BUFFER ;設(shè)置地址初值 OUT ADD-REG，AX,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(44),MOV AL，DMAC;取原DMA控制字O

15、R AL，49H;設(shè)置方向、塊傳輸;和允許標(biāo)志OUT DMACON,AL;置DMA控制字MOV AL，INTC ;設(shè)置接口的傳輸方向 ;及允許標(biāo)志OR AL，05HOUT INTCON,AL ;設(shè)置接口的控制字,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(45),3. DMA控制器的工作特點(diǎn),是一個(gè)接口電路 能夠控制系統(tǒng)總線操縱外設(shè)和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(46),5.4.4 輸入輸出過程中提出的幾個(gè)問題,1.系統(tǒng)如何知道接口已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)等待CPU提取或者準(zhǔn)備接收CPU的數(shù)據(jù)?2.當(dāng)系統(tǒng)中有幾個(gè)設(shè)備處于同一種傳輸方式之下、而且同時(shí)發(fā)傳輸請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)

16、到底先響應(yīng)哪個(gè)請(qǐng)求?,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(47),傳送方式的比較,無條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步查詢傳送： 簡單實(shí)用，效率較低中斷傳送：外設(shè)主動(dòng)，可與CPU并行工作，但每次傳送需要大量額外時(shí)間開銷 DMA傳送：DMAC控制，外設(shè)直接和存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速數(shù)據(jù)傳送,本章學(xué)習(xí)到此結(jié)束，謝謝！,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(49),多種多樣的外設(shè),工作原理不同機(jī)械、電子、機(jī)電、電磁傳送信息類型多樣數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量傳送速度差別極大傳送方式不盡相同串行、并行編碼方式不同二進(jìn)制、BCD碼、ASCII碼,返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(50),輸出接口的鎖存環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(51),輸出接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(52),輸入接口的緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(53),輸入接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié),返回,微機(jī)原理 第五章 微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(54),端口（PORT）,端口泛指I/O地址，通常