1、第第7 7章章 輸入輸出接口和中斷技術(shù)輸入輸出接口和中斷技術(shù)n本章內(nèi)容n根本概念n I/O端口的編址n 輸入輸出的根本方法：無條件、查詢、中斷、DMAn中斷n中斷根本概念n8086/8088中斷系統(tǒng)n8259中斷控制器*7.1 輸入輸出接口概述n什么是什么是I/O接口電路？接口電路？nI/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制義務的邏輯電路助完成數(shù)據(jù)傳送和控制義務的邏輯電路nPC機系統(tǒng)板的可編程接口芯片、機系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總總線槽的電路板適配器都是接口電路線槽的電路板適配器都是接口電路7.1.1 CPU與外設(shè)間的銜接與外設(shè)間的銜接n外設(shè)

2、與外設(shè)與CPU的銜接必需經(jīng)過相應的公用接口。的銜接必需經(jīng)過相應的公用接口。n接口電路芯片分可編程、不可編程。接口電路芯片分可編程、不可編程。n不同外設(shè)有不同編號，類似存儲器單元的編不同外設(shè)有不同編號，類似存儲器單元的編號，即外設(shè)有地址。號，即外設(shè)有地址。輸入輸出端口的編址方式n兩種端口編址方式兩種端口編址方式n一、與存儲器一致編址：一、與存儲器一致編址：n外設(shè)端口作為存儲器的一個單元，占據(jù)存儲器的一外設(shè)端口作為存儲器的一個單元，占據(jù)存儲器的一個地址。訪問存儲器和個地址。訪問存儲器和 訪問外設(shè)運用一樣的指令。訪問外設(shè)運用一樣的指令。n如如MOTOROLA的產(chǎn)品的產(chǎn)品n二、獨立編址：二、獨立編址：

3、n外設(shè)端口與存儲器獨立編址。有專門的輸入輸出指外設(shè)端口與存儲器獨立編址。有專門的輸入輸出指令。令。n如如INTEL8088/8086、ZILOG的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 8088/8086的輸入輸出指令n輸入指令輸入指令nIN AL,i8/DX ;字節(jié)輸入字節(jié)輸入nIN AX,i8/DX ;字輸入字輸入n輸出指令輸出指令nOUT i8/DX,AL ;字節(jié)輸出字節(jié)輸出nOUT i8/DX;字輸出字輸出功能演示功能演示功能演示功能演示7.1.2 7.1.2 接口電路的根本功能接口電路的根本功能 I/OI/O接口的典型構(gòu)造接口的典型構(gòu)造控制總線控制總線CB地址總線地址總線ABI/O接口電路接口電路數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控

4、制控制形狀形狀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBCPU外設(shè)外設(shè)控制存放器控制存放器形狀存放器形狀存放器數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)存放器中斷控制中斷控制命令存放器命令存放器 接口電路的內(nèi)部構(gòu)造nCPU與外設(shè)主要有數(shù)據(jù)、形狀和控制信息與外設(shè)主要有數(shù)據(jù)、形狀和控制信息需求相互交換，于是從運用角度看內(nèi)部：需求相互交換，于是從運用角度看內(nèi)部：n 數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)存放器n保管外設(shè)給保管外設(shè)給CPU和和CPU發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù)發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù)n 形狀存放器形狀存放器n保管外設(shè)或接口電路的形狀保管外設(shè)或接口電路的形狀n 控制存放器控制存放器n保管保管CPU給外設(shè)或接口電路的命令給外設(shè)或接口電路的命令了解端口了解端口 I/O接口的主要功能 對輸

5、入輸出數(shù)據(jù)進展緩沖和鎖存對輸入輸出數(shù)據(jù)進展緩沖和鎖存輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)輸入接口有緩沖環(huán)節(jié)輸入接口有緩沖環(huán)節(jié) 對信號的方式和數(shù)據(jù)的格式進展變換對信號的方式和數(shù)據(jù)的格式進展變換微機直接處置：數(shù)字量、開關(guān)量、脈沖量微機直接處置：數(shù)字量、開關(guān)量、脈沖量 對對I/O端口進展尋址端口進展尋址 與與CPU和和I/O設(shè)備進展聯(lián)絡(luò)設(shè)備進展聯(lián)絡(luò) 7.2 數(shù)據(jù)傳送方式n程序控制下的數(shù)據(jù)傳送程序控制下的數(shù)據(jù)傳送經(jīng)過經(jīng)過CPU執(zhí)行程序中的執(zhí)行程序中的I/O指令來完成傳送，又分為：指令來完成傳送，又分為：n無條件傳送無條件傳送n查詢傳送查詢傳送n中斷傳送中斷傳送n直接存儲器存取直接存儲器存取DMA傳送懇

6、求由外設(shè)向傳送懇求由外設(shè)向DMA控制器控制器DMAC提出，后者向提出，后者向CPU懇求總線，懇求總線，最后最后DMAC利用系統(tǒng)總線來完成外設(shè)和存儲器間的數(shù)利用系統(tǒng)總線來完成外設(shè)和存儲器間的數(shù)據(jù)傳送據(jù)傳送nI/O處置機處置機CPU委托專門的委托專門的I/O處置機來管理外設(shè)，處置機來管理外設(shè)，完成傳送和相應的數(shù)據(jù)處置完成傳送和相應的數(shù)據(jù)處置7.2.1 無條件傳送方式n在在CPU與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，可以以為與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，可以以為它們總是處于它們總是處于“就緒形狀，隨時可以進展數(shù)據(jù)就緒形狀，隨時可以進展數(shù)據(jù)傳送，這就是無條件傳送，或稱立刻傳送、同步傳送，這就是無條件傳送，或稱立刻

7、傳送、同步傳送。傳送。n適宜于簡單設(shè)備，如適宜于簡單設(shè)備，如LED 數(shù)碼管、按鍵數(shù)碼管、按鍵/按紐等按紐等n無條件傳送的接口和操作均非常簡單無條件傳送的接口和操作均非常簡單n這種傳送有前提：外設(shè)必需隨時處于就緒形狀這種傳送有前提：外設(shè)必需隨時處于就緒形狀傳送傳送流程流程接口接口實例實例無條件傳送：輸入例如IOR三三態(tài)態(tài)緩緩沖沖器器OEI/O安安裝裝地地址址譯譯碼碼器器CSD7D0A15A1A00160HMOV DX, 160HIN AL, DX無條件傳送：輸入實例MOV DX, 160HIN AL, DX74LS244+5V10K x 8G1 G2數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線CSRD無條件傳送：輸出例如地

8、地址址譯譯碼碼器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鎖鎖存存器器A15A0A14-IOWCS0160H輸輸出出設(shè)設(shè)備備D7D0MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL無條件傳送：輸出實例MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL+5V74LS373300 x 8LE OE數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線CSWR無條件傳送：輸入輸出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLKLS06反相反相驅(qū)動器驅(qū)動器LS2738D鎖存器鎖存器LS244三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器8000H譯碼譯碼+5VLED0LED7-GIOWIOR無條件傳送：輸入輸出接口next:mov dx,8000h;DX指向數(shù)據(jù)端口指

9、向數(shù)據(jù)端口in al,dx;從輸入端口讀開關(guān)形狀從輸入端口讀開關(guān)形狀not al;反相反相out dx,al;送輸出端口顯示送輸出端口顯示call delay ;調(diào)子程序延時調(diào)子程序延時jmp next;反復反復P248 例例就緒？2. 程序 查詢傳送nCPU先了解查詢外設(shè)的任務形狀，先了解查詢外設(shè)的任務形狀，在外設(shè)就緒可以交換信息的情況下在外設(shè)就緒可以交換信息的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入或輸出實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入或輸出n對多個外設(shè)的情況，那么對多個外設(shè)的情況，那么CPU按一定順按一定順序依次查詢輪詢。先查詢的外設(shè)將序依次查詢輪詢。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進展數(shù)據(jù)交換優(yōu)先進展數(shù)據(jù)交換n查詢傳送的特點是：任務可靠

10、，適用面查詢傳送的特點是：任務可靠，適用面寬，但傳送效率低寬，但傳送效率低查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)n查詢環(huán)節(jié)查詢環(huán)節(jié)n尋址形狀口尋址形狀口n讀取形狀存放器的標志位讀取形狀存放器的標志位n假設(shè)不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒假設(shè)不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒n傳送環(huán)節(jié)傳送環(huán)節(jié)n尋址數(shù)據(jù)口尋址數(shù)據(jù)口n是輸入，經(jīng)過輸入指令從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)是輸入，經(jīng)過輸入指令從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)據(jù)據(jù)n是輸出，經(jīng)過輸出指令向數(shù)據(jù)口輸出數(shù)是輸出，經(jīng)過輸出指令向數(shù)據(jù)口輸出數(shù)據(jù)據(jù)輸入形狀輸入形狀就緒？就緒？數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換YN傳送流程傳送流程接口實例接口實例 1) 查詢輸入 P249IOR+5V8D鎖存器鎖存器8位位三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器譯碼譯碼1位

11、位三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器 A0A1520H21HD0D7D7輸入輸入設(shè)備設(shè)備IORSTBRQD查詢輸入Poll : in al,20H ;讀形狀端口讀形狀端口test al,80h ;測試標志位測試標志位D7je poll ;D70，未就緒，繼續(xù)查詢，未就緒，繼續(xù)查詢in al,21H ;D71，就緒，從數(shù)據(jù)口輸入數(shù)據(jù)，就緒，從數(shù)據(jù)口輸入數(shù)據(jù)2、 查詢輸出8D鎖存器鎖存器譯碼譯碼1位位三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器RQ A0A1530H31HD0D7D7D+5VACKIOWIOR輸出輸出設(shè)備設(shè)備查詢輸出status:in al,30H;讀取形狀端口的形狀數(shù)據(jù)讀取形狀端口的形狀數(shù)據(jù)test al,80h;測

12、試標志位測試標志位D7jnz status;D71，未就緒，繼續(xù)查詢，未就緒，繼續(xù)查詢 mov al,buf ;D70，就緒，變量，就緒，變量buf送送AL out 31H,al ;將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口P251 例例:一個采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 例:一個采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個有個模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用查詢方式與傳送信息，電路如圖。 8個輸入模擬量，經(jīng)過多路開關(guān)它由端口4輸出的3位二進制碼D2、D1、D0控制(000相應于UA0輸入相應于UA7輸入)，每次送出一個模擬量至轉(zhuǎn)換器；同時，轉(zhuǎn)換器由端口4輸出的4位控制啟動與停頓。轉(zhuǎn)換

13、器的信號由端口2的0輸至數(shù)據(jù)總線;經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由端口3輸入至數(shù)據(jù)總線。所以，這樣的一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需求用到3個端口，它們有各自的地址。數(shù)據(jù)采集過程的程序為：數(shù)據(jù)采集過程的程序為： STARE: MOV DL,0F8H ;STARE: MOV DL,0F8H ;設(shè)置啟動設(shè)置啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換的信號, ,且低位選通多路且低位選通多路 開關(guān)通道開關(guān)通道 MOV AX,SEG DSTOR ;MOV AX,SEG DSTOR ;設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址指針設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址指針 MOV ES,AXMOV ES,AX LEA DI,DSTOR LEA DI,DSTOR AGAIN

14、 AGAIN：MOV AL,DLMOV AL,DL AND AL,0EFH ; AND AL,0EFH ;使使D4D4 OUT 04,AL ;OUT 04,AL ;停頓停頓A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 CALL DELAY ;CALL DELAY ;等待停頓等待停頓A/DA/D轉(zhuǎn)換操作的完成轉(zhuǎn)換操作的完成 MOV AL,DL MOV AL,DL OUT 04,AL ; OUT 04,AL ;選輸入通道并啟動選輸入通道并啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 POLLPOLL： IN AL,02 ;IN AL,02 ;輸入形狀信息輸入形狀信息 SHR AL,1 ;SHR AL,1 ;查查ALAL的的D0D0 JNC

15、POLL ; JNC POLL ;判判READY=1?READY=1?假設(shè)假設(shè)D0=0,D0=0,未預備好未預備好, ,那么循環(huán)再查那么循環(huán)再查 IN AL,03 ;IN AL,03 ;假設(shè)已預備就緒假設(shè)已預備就緒, ,那么經(jīng)端口將采樣數(shù)據(jù)輸入那么經(jīng)端口將采樣數(shù)據(jù)輸入至至A A STOSB ; STOSB ;輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送內(nèi)存單元輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送內(nèi)存單元 IN CDL ;IN CDL ;輸入模擬量通道增輸入模擬量通道增1 1 JNE AGAIN ;8 JNE AGAIN ;8個模擬量未輸入完那么循環(huán)個模擬量未輸入完那么循環(huán) ; ;輸入已完輸入已完, ,執(zhí)行別的程序執(zhí)行別的程序查詢方式的EEPROM編

16、程2817AA0A10A0A108000HI/O0I/O7D0D7D0譯碼譯碼A11A19譯碼譯碼A0A15 RDY/BUSYIORWERDMEMWMEMRCEnext: mov al,55h;寫入內(nèi)容寫入內(nèi)容55Hmov bx,al ;寫入存儲單元寫入存儲單元nop;空操作指令，起延時作用空操作指令，起延時作用nopnext1:in al,dx;查詢形狀口查詢形狀口test al,01h;測試測試D0jz next1;D00，芯片還在寫入，芯片還在寫入inc bx;D01，寫畢，指針挪動，寫畢，指針挪動loop next;循環(huán)至全部字節(jié)寫完循環(huán)至全部字節(jié)寫完7.2.2 中斷傳送 P252程序

17、程序斷點斷點主程序主程序中斷懇求中斷懇求為為外外設(shè)設(shè)繼繼續(xù)續(xù)執(zhí)執(zhí)行行前往斷點前往斷點傳送流程傳送流程nCPU執(zhí)行程序時，執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨由于發(fā)生了某種隨機的事件機的事件(外部或外部或內(nèi)部內(nèi)部)，引起，引起CPU暫時中斷正在運轉(zhuǎn)暫時中斷正在運轉(zhuǎn)的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的效力程一段特殊的效力程序序(稱為中斷處置稱為中斷處置程序程序)，以處置該，以處置該事件，該事件處置事件，該事件處置完后又前往被中斷完后又前往被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。這一過程稱為中斷。提提供供效效力力中斷效力程序中斷效力程序入口入口中斷傳送與接口n中斷傳送是一種效率更高的程

18、序傳送方式中斷傳送是一種效率更高的程序傳送方式n進展傳送的中斷效力程序是預先設(shè)計好的進展傳送的中斷效力程序是預先設(shè)計好的n中斷懇求是外設(shè)隨機向中斷懇求是外設(shè)隨機向CPU提出的提出的nCPU對懇求的檢測是有規(guī)律的：普通是在每對懇求的檢測是有規(guī)律的：普通是在每條指令的最后一個時鐘周期采樣中斷懇求輸條指令的最后一個時鐘周期采樣中斷懇求輸入引腳入引腳n本書主要論述中斷在輸入和輸出方面的運用本書主要論述中斷在輸入和輸出方面的運用n中斷還有著非常廣泛的運用中斷還有著非常廣泛的運用三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器中斷傳送與接口續(xù)D0D7+5V8D鎖存器鎖存器8位位三態(tài)三態(tài)緩沖器緩沖器RQ 譯碼譯碼8001H中斷向量號中

19、斷向量號D0D7INTRD輸入輸入設(shè)備設(shè)備中斷允許中斷允許觸發(fā)器觸發(fā)器A0A15中斷懇求中斷懇求觸發(fā)器觸發(fā)器IORINTASTB7.2.3 DMA傳送方式n希望抑制程序控制傳送的缺乏：希望抑制程序控制傳送的缺乏：n外設(shè)外設(shè)CPU存儲器存儲器n外設(shè)外設(shè)CPU存儲器存儲器n直接存儲器存取直接存儲器存取DMA：不經(jīng)：不經(jīng)CPU，不用指令，不用指令n 外設(shè)外設(shè)存儲器存儲器DMA寫寫n 外設(shè)外設(shè)存儲器存儲器DMA讀讀n 擴展：外設(shè)擴展：外設(shè) 外設(shè)外設(shè)nCPU出讓系統(tǒng)總線輸出高阻，由出讓系統(tǒng)總線輸出高阻，由DMA控制器控制器DMAC接納系統(tǒng)總線接納系統(tǒng)總線DMA傳送的任務過程 CPU對對DMA控制器進展初

20、始化設(shè)置控制器進展初始化設(shè)置 外設(shè)、外設(shè)、DMAC、CPU， 3者經(jīng)過應對信號建立者經(jīng)過應對信號建立聯(lián)絡(luò)：聯(lián)絡(luò)：CPU將總線暫交將總線暫交DMAC控制，事后再將控制，事后再將控制權(quán)返還?？刂茩?quán)返還。 DMA傳送傳送DMA讀：存儲器讀：存儲器 外設(shè)外設(shè)DMA寫：存儲器寫：存儲器 外設(shè)外設(shè) DMAC的功能：的功能：對存儲器尋址地址動加對存儲器尋址地址動加1/減減1計數(shù)器減計數(shù)器減1判別傳送能否完成判別傳送能否完成傳送流程傳送流程DMA傳送 以DMA 寫為例-MEMW-IOR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線輸輸入入設(shè)設(shè)備備存存儲儲器器DMACCPUHOLDHLDADMA傳送流程HLDA發(fā)存儲器地址發(fā)

21、存儲器地址傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送終了？傳送終了？DMA終了終了修正地址指針修正地址指針DMA操作的根本方法n周期挪用：把周期挪用：把CPU不訪問存儲器的那些周期不訪問存儲器的那些周期挪用來進展挪用來進展DMA操作。操作。n周期擴展：周期擴展：DMAC發(fā)出懇求信號，時鐘電路把發(fā)出懇求信號，時鐘電路把供應供應CPU的時鐘周期加寬，的時鐘周期加寬，CPU在加寬的時在加寬的時鐘周期內(nèi)不向下操作，以便進展鐘周期內(nèi)不向下操作，以便進展DMA操作。操作。nCPU停機：最常用、簡便。停機：最常用、簡便。DMAC發(fā)出懇求，發(fā)出懇求，CPU在當前總線周期終了，讓出總線，由在當前總線周期終了，讓出總線，由DMAC控制

22、總線進展控制總線進展DMA。DMA傳送方式兩種n單字節(jié)方式：每次單字節(jié)方式：每次DMA懇求只傳送懇求只傳送1個個字節(jié)。字節(jié)。n字節(jié)組傳送方式：每次字節(jié)組傳送方式：每次DMA懇求延續(xù)懇求延續(xù)傳送傳送1個數(shù)據(jù)塊。個數(shù)據(jù)塊。傳送方式的比較n無條件傳送：慢速外設(shè)需與無條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU堅持同步堅持同步n查詢傳送：查詢傳送： 簡單適用，效率較低簡單適用，效率較低n中斷傳送：外設(shè)自動，可與中斷傳送：外設(shè)自動，可與CPU并行任務，并行任務，但每次傳送需求大量額外時間開銷但每次傳送需求大量額外時間開銷 nDMA傳送：傳送：DMAC控制，外設(shè)直接和存儲控制，外設(shè)直接和存儲器進展數(shù)據(jù)傳送，適宜大量、快速

23、數(shù)據(jù)傳送器進展數(shù)據(jù)傳送，適宜大量、快速數(shù)據(jù)傳送第6章教學要求1. 掌握掌握I/O端口編址方法端口編址方法2.掌握掌握CPU與外設(shè)交換信息的方式：無條件、與外設(shè)交換信息的方式：無條件、查詢傳送方式、中斷、查詢傳送方式、中斷、DMA3. 了解中斷方式了解中斷方式5. 了解了解DMA傳送的任務過程，掌握傳送的任務過程，掌握DMA操操作的根本方法、兩種作的根本方法、兩種DMA傳送方式。傳送方式。多種多樣的外設(shè)n任務原理不同任務原理不同n機械、電子、機電、電磁機械、電子、機電、電磁n傳送信息類型多樣傳送信息類型多樣n數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量n傳送速度差別極大傳送速度差別極大n傳送方式不盡一樣傳送方式不盡一樣n串行、并行串行、并行n編碼方式不同編碼方式不同n二進制、二進制、BCD碼、碼、ASCII碼碼輸出接口的鎖存環(huán)節(jié)內(nèi)內(nèi)部部數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線線外外部部數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)引引