第6章 基本IO接口技术

第6章
I/O接口
热能与动力工程
6.1 有关接口的基本概念 6.1.1 接口的概念与功能
一般情况下，外设并不直接与CPU交互，而是通过称为I/O接
口的电路与CPU交互。如图所示:
。
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为什么需要I/O接口（电路）？
• 微机的外部设备多种多样
• 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面 彼此差别很大 • 它们不能与CPU直接相连 • 必须经过中间电路再与系统相连
⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存
输出接口有锁存环节 输入接口有缓冲环节 ⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量
⑶ 对I/O端口进行寻址
⑷ 与CPU和I/O设备进行联络
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常见接口插槽
PS2鼠标 10/100M网卡 并行口
串行口
MIDI/游戏接口
PS2键盘
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•
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2．查询传送方式
• 查询传送方式在传送数据前先查询外设的状态，当外设准备好时， CPU执行I/O指令传送数据；若未准备好时，则CPU等待。
• 要求CPU与外设间的接口电路需要两个端口：数据端口和状态端口。 • 优点：能较好地协调外设与CPU之间的定时关系，因而比无条件传送 方式容易实现准确传送。 • 缺点:该方式需要不断查询外设的状态，大量时间花在等待循环中， 当主机与中、低速外设交换信息时，大大降低了CPU利用率。
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6.2.1 I/O端口 1.I/O端口
6.2 I/O端口的编址方式
I/O端口是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或电路。
接口中的命令口、状态口和数据口均为I/O端口。 2.I/O端口地址 是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加上该接口 的基地址称为该端口的I/O端口地址。

二是用专门的译码器进行译码。
6.2.2 常用并行I/O接口电路
1. 并行I/O接口的基本概念 2. 常用简单接口芯片 (1) 缓冲器接口芯片 ①单向缓冲器74LS244 ②双向缓冲器74LS245 （2）锁存器接口芯片 ①锁存器74LS273
②锁存器74LS374
图6-15 74LS374作为输入/输出接口
③量程：量程是指ADC所能够转换的模拟量输入电压范围。 ④绝对精度：是指在ADC输出端获得给定的数字输出时，
所需要的实际模拟量输入值与理论模拟量输入值之差值。 ⑤相对精度：是指ADC进行满刻度校准以后，任意数字输
出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论模拟输入值 （中间值）之差。
（3）ADC0809）ADC0809简介及应用 ①ADC0809的内部结构与引脚功能
6.2.3 常用数/模和模/数转换电路
1.数/模（D/A）转换器 （1）D/A转换原理 ( 2 )D/A转换器的性能参数 ①分辨率 ②转换精度 影响精度的原因有失调误差、增益误差、线性误
差和微分线性误差等。 ③建立时间 ④温度系数
（3）DAC0832简介及应用 ①DAC0832的内部结构与引脚功能
1．无条件传送方式 （1）无条件输入
2．查询传送方式
3．中断传送方式
4．直接存储器存取（DMA）方式
直接存储器存取（DMA，Direct Memory Access）方式， 即外设在专用的接口电路DMA控制器的控制下直接和存储 器进行数据传送的方式。采用DMA方式所传送的数据，无 须CPU干涉，而是在存储器和高速外设之间直接进行交换。
计数器式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式 A/D转换器，并行A/D转换器。 （3）A/D转换器的性能参数 ①分辨率（位数）：分辨率是指A/D转换器可转换成数字 量的最小模拟电压值，它标志着A/D转换器对输入电压微 小变化的响应能力。

设
硬件结构
Zuo 华中科技大学计算机学院
微机原理与接口技术---Chapter6 I/O接口
硬件结构
数据输入
暂存输入的数据,必须具有三态输出能力，以便与总线 挂接
外设有数据保持能力时—可用三态门实现 外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实
现 输出寄存器
暂存输出的数据,常用锁存器实现
第6章 输入输出接口
微机原理与接口技术 2019.10
本章目录
微机原理与接口技术---Chapter6 I/O接口
6.1 I/O接口基本概念 6.2 I/O端口及其寻址方式 6.3 CPU与外设间的数据传输方式
Zuo 华中科技大学计算机学院
6.1 I/O接口基本概念
微机原理与接口技术---Chapter6 I/O接口
定义：接口是CPU与“外部世界”的连接电路，负 责“中转”各种信息。
图6-1微机系统各类接口框图
Zuo 华中科技大学计算机学院
为什么需要I/O接口
微机原理与接口技术---Chapter6 I/O接口
微机的外部设备多种多样。
工作原理、驱动方式、信息格式和类型、时序方面彼此 差别很大。
微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降
为增加通用性，I/O接口电路一般均具有可编程功能
微机的应用离不开外部设备接口的设计、选用和连
接。
可能是单向的
数据
数据
CPU
控制信号 状态信号
接口
控制信号 状态信号
外设
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微机原理与接口技术---Chapter6 I/O接口

三、I/O端口编址 （续） 2.I/O独立编址(续)
缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指 令类型少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两 组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。

三、I/O端口编址 （续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序 控制完成。 程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送） 特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设 空闲。 要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。 应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送） 输入接口的设计要求:
寻 址 确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入 等待数据输入 输入缓冲器 读入数据 输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能 （续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1） 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的 不协调问题； 输出时： CPU DB 锁存器 输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑 来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称 为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构 （续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口

这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件； 对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门； 对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）