io接口技术PPT课件

04 IO接口的编程实现
IO接口的编程语言
C语言
其他语言
C语言是一种通用编程语言，具有高 效、灵活和可移植性强的特点，常用 于IO接口的编程。
如Python、Java等高级编程语言也可 以进行IO接口编程，但可能存在性能 损失。
Assembly语言
Assembly语言是一种低级编程语言， 直接与硬件交互，适用于对性能要求 高的IO接口编程。
输入设备接口
键盘接口
用于输入字符、数字和 命令，是计算机最常用
的输入设备之一。
鼠标接口
用于定位光标位置和输 入选择指令，提高用户 与计算机的交互体验。
扫描仪接口
摄像头接口
用于将纸质文档转化为 数字格式，方便存储、
传输和编辑。
用于输入视频和图像数 据，广泛应用于视频通 话、监控和拍照等领域。
输出设备接口
微型计算机课件第03章 IO接口
目录
• IO接口概述 • IO接口的工作原理 • IO接口的应用场景 • IO接口的编程实现 • IO接口的未来展望
01 IO接口概述
IO接口的定义与功能
定义
IO接口是微型计算机中用于连接 外部设备和主机之间的桥梁，实 现数据传输和控制信号传递。
功能
IO接口的主要功能包括数据传输 、地址识别、中断响应、设备选 择等。
IO接口的编程模型
同步模型
同步模型中，IO操作会阻塞当前 线程，直到IO操作完成。
异步模型
异步模型中，IO操作不会阻塞当 前线程，可以继续执行其他任务。
事件驱动模型
事件驱动模型中，IO操作通过事 件触发，可以提高程序的响应速
度和并发性能。
IO接口的编程实例
串口通信

2.倒T型电阻解码网络DAC
----是对T型电阻解码网络DAC的改进
a
10.1.1 D/A转换器原理
结构特点：
❖无论Si接1或接0,对应支路的电流Ii都恒定不变 (或者流入地，或者流入虚地∑)。 ❖从右边向任一节点(A、B、C、D)看过去，等效电 阻均为R，且两支路电阻都等于2R。可见VR产生的 电流I每经一个节点即平均分流一次。 ❖电阻网络中各支路的电流都直接流入“运放” 输
DAC按转换原理不同,可分为：
权电阻DAC T型电阻DAC 倒T型电阻DAC 变形权电阻DAC 权电流DAC 电容型DAC ……
❖电路结构上均由电压源、解码 网络、运放和数据缓冲器组成。
❖解码网络各不相同。
❖以T型和倒T型电阻DAC在集 成产品中应用较多。
a
10.1.1 D/A转换器原理
1.T型电阻解码网络DAC
入端，相互间不存在传输时间差，所以转换速 度较快，动态过程中输出端的尖峰脉冲较小。
a
10.1.1 D/A转换器原理
倒T型电阻DAC的转换原理：
I3 2 I I2 2 I2 I1 2 I3 I0 2 I4 I V R R
i DIDID IDI
O
33
22
11
00
11 1 1 I( D D D D)
2 3 22 2 23 1 24 0 R V R 24(23D 322D 221D 120D 0)
V
R
3
2i D
R 24 i0
i
vOiO•R f V R R •2 R 4 f V R R •2 R 4 f i 302iD i
a
10.1.1 D/A转换器原理
推广到n位转换器，则有：
iO

读操作
初始 状态
xxxxx xxx
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18
3）程序流程图（主发送模式） IICCON=1010000b（控制设置） IICDS=1010000b(从机地址数据)
IICSTAT=1111000b(启动发送数据)
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19
4.3 USB总线（Universal Serial Bus，通用串行总线） USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC 和Philips等公司制定的连接计算机与外围设备的总线。
第4章 总线接口设计
总线： 器件和器件之间的公共连线，用于数据、命令的传输。
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4.1 通用I/O端口 1、通用I/O端口结构（GPIO）
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2
GPIO端口： PORT数据寄存器、DDR数据方向寄存器。
DDR方向寄存器： 输出：置“1”，输出数据； 输入：置“0”，输入数据。
117个GPIO端口： 1个23位的Port A； 2个11位的Port B、H； 3个16位的Port C、D、E、G； 1个 8位的Port F。
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6
2、I2C总线的4种操作模式：
①主发送器模式——输出时钟信号SCL，发送数据；
SCL
主机 MPU
SDA
器件 从机
②主接收器模式——输出时钟信号SCL，接收数据；
SCL
主机 MPU
SDA
器件 从机
③从发送器模式——输入时钟信号SCL，发送数据； ④从接收器模式——输入医时学P钟PT 信号SCL，接收数据。7
读0：I2C总线不忙； 写0：产生I2C总线停止信号； 读1：I2C总线忙； 写1：产生I2C总线启动信号

采用8155扩展并行I/O端口（1）
采用8155扩展并行I/O端口（2）
采用8155扩展并行I/O端口（3）
7.5 MCS-51对LED/键盘的接口
单片机应用系统经常需要连接一些外部设备，其 中键盘和显示器是构成人机对话的一种基本方式， 使用最为频繁。键盘主要用于输入数据、代码和 命令等，显示器主要用来显示过程控制和运算结 果。 MCS-51对LED的接口 MCS-51对键盘的接口
状态信息


控制信息
读写控制信号、片选等。
接口的一般结构

接口电路一般包括以下部件：

数据寄存器 状态寄存器 控制（命令）寄存器
I/O数据的四种传送方式

程序控制传送方式

同步传送 异步传送

中断传送 DMA（直接存储器存取）方式
程序控制传送方式
无条件传送方式
条件传送方式
中断传送方式


缓冲器：对输入不作运算，输出和输入一致，计算机 设计中有重要作用。 作用：使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和 缓冲作用，实现数据传送的同步。 输入缓冲器：将外设送来的数据暂时存放，以便处理 器将它取走。 输出缓冲器：暂时存放处理器送往外设的数据 。 常规缓冲器：不同系统之间连接，推动电流到高一级 电路系统，如外设的工作电流和控制器不一样，驱动 电流超过驱动器驱动能力，缓冲器作用。 三态缓冲器：用于总线连接 三种状态:高电平;低电平;高阻态
扩展举例1
CPU内部RAM以20H为起始地址的连续50个 单元中的数据输出打印程序
综合例子







Org 1000H MOV DPTR #2000H(数据首地址) MOV R7 #08H(8个通道) MOV R0 #7EH（C口地址） MOV R2 #C0H（通道0开始地址） MAIN： MOV A R2 MOVX @R0 A (启动A/D) MOV R1 #7CH （A口） LOOP1: MOVX A @R1 ANL A #80H （检测STS） JNZ LOOP1 MOV A #10H ORL A R2 MOVX @R0 A

RD GATE0
OUT0
WR
CLK1
CS GATE1
A1
OUT1
CLK2
A0 GATE2
OUT2
5MHz 1Hz
MOV AL，00110111B；T/C0 OUT 43H，AL
MOV AX, 5000H OUT 40H，AL
MOV AL, AH OUT 40H，AL MOV AL，01110101B；T/C1 MOV AX, 1000H OUT 41H，AL
GATE=0 或停止CLK输入 •先锁存计数值，后用IN读 方式控制字 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD
00——10 0 0 x x x x 00H、40H、 80H 锁存CNT0、CNT1、CNT2计数值用 IN读。 读回命令 1 1 0 0 1/0 1/0 1/0 0
82C54工作方式比较
应用举例
2.分频器设计
用8254(地址40H~43H)将5MHz的脉冲变为1Hz的脉冲。 初值=fCLK/fOUT=5×106＞65536，怎么办？ 需要2个CNT级联，CNT0采用方式3产生连续分频方 波，做CNT1的CLK，CNT1 采用方式2产生1Hz脉冲 。两个CNT的GATE统一控制。
D0~D7 CLK0
存储空间
CPU对端口的访问
端口被视为存储 I/O端口地址和存储器 CPU访问端口如同访问存
端口统一编址 单元，并给予相 地址在同一逻辑地址 储器一样，所有的内存指
应的存储器地址 空间中
令同样适合I/O端口
端口独立编址
所有的I/O端口 看作是一个独立 于存储器空间的 I/O空间
计算机系统内有2个存 访问I/O地址空间必须用 储空间：一个是存储器 专门的I/O指令及相应控 地址空间和I/O端口地 制信号 址空间

适用于连接打印机等需要高速数 据传输的设备，传输速率较快。
USB接口（Universal Serial Bus）
适用于连接各种外部设备，具有 高速传输、热插拔等特点。
总线接口的定义和作用
总线接口定义
总线接口是计算机内部各个模块之间传输数据和控制信号的物理接口。
总线接口作用
总线接口实现了计算机内部各个模块之间的协同工作，提供了数据传输和通信的基础。
实现计算机内部模块之间的 数据传输和通信。
4 常见的总线接口类型
ISA总线、PCI总线、USB总线等。
5 IO端口与总线接口的关系
相互依赖，实现计算机的输入输出系统。
IO端口的功能和作用
1 输入功能
2 输出功能
IO端口能够接收外部设备传输的数据，并将其输 入到计算机中进行处理。
IO端口能够将计算机处理的数据输出到外部设备， 实现与外界的信息交互。
常见的IO端口类型和特点
串口（Serial Port）
适用于连接低速外部设备，传输 速率较慢但稳定可靠。
并口（Parallel Port）
常见的总线适用于早期的个人电脑，已
PCI总线
2
逐渐被更快速的接口所取代。
传输速率较快，广泛用于现代计算机中，提
供高速数据传输和多设备连接功能。
3
USB总线
热插拔、高速传输的通用接口，适用于各种 外部设备的连接。
IO端口与总线接口的关系
1 连接关系
2 互相依赖
IO端口通过总线接口与计算机内部的各个模块相 连，实现数据传输和协同工作。
IO端口和总线接口相互依赖，共同构成计算机的 输入输出系统，实现信息的交互和控制。
总结和要点
1 IO端口的功能和作用

1
LQ 0
LQ 1
LQ 2
LQ 3
LQ 4
LQ 5
1
1
1
1
U 1 0A
U5A
U9A
U7A
U8A
U5A
U6A
U5A
74LS 04 74LS 04 74LS 04 74LS 04 74LS 04 74LS 04 74LS 04 74LS 04
1
1
1
0.2 k*8 +5
LD 0 LD 1 LD 2 LD 3 LD 4 LD 5 LD 6 LD 7
(DMA, Direct Memory Access)
28
无条件传送方式
适用于总是处于准备好状态的外设
以下外设可采用无条件传送方式： 开关 发光器件(如发光二极管、 7段数码管、灯泡等) 继电器 步进电机
优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，
适应范围较窄
29
查询方式传送
适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送 效率要求不高的场合。
31
查询方式的流程：
超时?
N 读入并测试外设状态
N 复位计时器
READY?
Y 与外设进 行数据交换
防止死循环
Y
超时错
N
传送完？
Y
32
D7-D0
IOW
A9 | A3
A2 A1 A0
IOR
74LS138
&G
Y0
G2A G2B
C
Y3
B
A
D5
≥1 3F8H
74LS374
D7-D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
LQ3 2

a
5.3 I/O同步控制方式
1.程序查询式控制 1）特点：I/O操作总是由MPU通过程序查询外设
的状态来启动，即总是MPU主动，I/O被动。
2）硬件接口结构
① 输入接口
数
据 锁存
输
器
入 设 备
选 通
>R
DQ +5V
准备就绪
触发器
三态缓冲 器(8位)
三态缓冲 器(1位)
(a)硬件结构
& Pd
Di
R(状EA态DY 信息)
任意两个相邻的8位端口可构成一个16位端口；4个 相邻的8位端口可构成一个32位端口。
（16、32位端口的对准、不对准问题）
实际的80X86系统中只用A9～A0这十根地址线对 I/O寻址，即只使用了1K字节的I/O空间。
对这1K字节的I/O地址空间大都按AT系统的技术 标准作了分配。
a
5.2.3 80486的I/O端口编址方式
的不同，通常可分为四种：
微处理器 MPU
用户交互接口
随机存储器RAM 只读存储器ROM 电源
内务操作接口OOI 传感接口SI
AB DB CB
控制接口CI
打印机
控制台及 显示终端
软磁盘驱动器
传感器
蒸汽调节阀
下节
a
5.1.2 接口分类
1.用户交互接口(UII)
这类接口是指微机接收来自用户的信息(数 据或命令)或向用户发送信息所需要的接口电路。
其主要任务是完成信息表示方法的转换和 数据传输速率的转换。
这类接口是任何应用系统不可缺少的。
back
a
5.1.2 接口分类
2.内务操作接口(OOI)
这类接口是使微处理器能发挥最基本的处理 和控制功能所必需的接口电路。

单片机的历史与发展
总结词
技术进步与普及
详细描述
单片机自20世纪70年代问世以来，经历了从4位、8位到16位、32位的发展历程，同时单片机的集成度和性能也 得到了不断提升。随着物联网、智能家居等领域的快速发展，单片机的应用越来越广泛，成为现代电子系统中不 可或缺的重要部分。
单片机的应用领域
总结词：应用广泛
制、故障诊断等高级功能。
03
低功耗化
随着物联网设备数量的不断增加，单片机的功耗问题越来越受到关注。
未来的IO接口设计可能会更加注重低功耗化，以满足物联网设备长时间
工作的需求。
THANK YOU
并行通信
通过IO接口，可以实现单片 机与其他设备之间的并行通 信，提高通信的效率和速度 。
网络通信
部分单片机集成了网络模块 ，通过IO接口可以实现单片 机与网络之间的通信，实现 远程控制和数据传输。
无线通信
通过IO接口，单片机可以与 无线模块连接，实现无线通 信，如WiFi、蓝牙等。
05
单片机IO接口的发展 趋势与展望
详细描述：单片机被广泛应用于工业自动化控制、智能家居、消费电子、医疗器 械、汽车电子、智能仪表等领域。通过单片机，可以实现设备的智能化、自动化 和远程控制等功能，提高设备的性能和用户体验。
02
单片机IO接口基础
IO接口的定义与功能
定义
IO接口是单片机与外部设备或电路进行数据传输的桥梁。
功能
实现数据输入、输出，控制外部设备，与外部设备进行信息 交互。
IO接口的分类
按数据传输方式分类
并行IO接口和串行IO接口。
按功能分类
普通IO接口和特殊功能IO接口（如PWM、AD/DA等）。