输入和输出接口技术
合集下载
计算机控制系统的接口技术
计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。
1）方式0：基本输入/输出方式。
2）方式1：选通输入/输出方式。
3）方式2：双向选通输入/输出方式。
（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。
应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。
单片机中的输入输出接口技术讲解
单片机中的输入输出接口技术讲解单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）作为一种集成了微处理器核心、内存、输入输出接口和外部设备接口的集成电路，广泛应用于各种嵌入式系统中。
其中，输入输出接口技术是单片机的核心组成部分之一，它能够实现单片机与外部设备的高效通信和数据交换。
本文将就单片机中的输入输出接口技术进行详细讲解。
一、基本概念输入输出接口（Input/Output Interface，简称I/O Interface）是单片机与外设之间传输数据、信号的桥梁。
它负责转换单片机内部的电信号与外部设备的电信号之间的逻辑和电平转换。
在单片机应用中，常见的外部设备包括按键、LED灯、LCD显示屏、步进电机等。
二、数字输入输出接口1. 数字输入接口数字输入接口主要通过端口的工作方式与外设通信，常见的数字输入接口有通用并行接口（General Purpose Parallel Interface，简称GPIO）和外部中断（External Interrupt）。
GPIO是单片机中最常见的通用输入输出接口，它具有多种工作模式，可以通过软件控制单片机与外设之间的数据传输。
GPIO的主要功能是将单片机的高低电平与外部设备的高低电平进行转换。
通过控制GPIO的输入输出状态，可以实现与外设之间的数据交换和通信。
外部中断是一种特殊的输入接口，它能够实现对外部事件的高效响应。
当外部事件触发时，单片机会立即跳转到相应的中断服务程序进行处理。
外部中断常用于读取按键输入、检测传感器状态等场合。
2. 数字输出接口数字输出接口是单片机将数据传输出给外部设备的接口。
常见的数字输出接口有通用并行接口（GPIO）、定时器（Timer）和比较器（Comparator）。
GPIO作为通用输入输出接口，在数字输出方面同样起到重要作用。
通过控制GPIO的输出状态，单片机可以向外设发送数据、控制外设的开关状态等。
定时器是一种重要的数字输出接口。
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术
8 7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1 Q0
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
计算机控制(第五章开关IO电机控制步进电机)
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。
交流电电磁阀常要使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
下图为交流电磁阀的接口电路。MOC3041为光电耦合 器，用于触发双向晶闸管KS，以及隔离单片机和电磁阀系统。
（八）报警程序的设计
常用的报警方式有： 1、 声语言报警：电铃，电笛，频率可调的蜂鸣震 荡音响，集成电子音乐芯片，语音芯片等。 2、 显示报警：LED指示灯，闪烁的白炽电灯， LED、LCD数码管，LED、LCD图形显示器，CRT 显示器等。 3、 图形、声音的混合报警。
三、电机控制接口技术
电动机的应用非常广泛。电机分为动力电机和控制电机。 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、智 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 （一）小功率直流电机调速原理 小功率直流电机的调速可通过控制电枢平均电压来实现。 用微机或单片机控制，通过改变电枢电压接通时间与通电周期的 比值（即占空比）来控制电机速度——此即脉冲宽度调制PWM。 电机转速由电枢电压Ua决定， Ua越大，电机转速越高。 电机通电时速度增加，断电时速度逐渐减小，控制通、断时间比 即可控制电机转速。 设电机全通电时的转速为Vmax，占空比为D=t1/T,则电机的 平均速度为：Vd=Vmax×D （近似的线性关系）
8071第七章输入输出接口技术第一节内容2009.01.20(第三稿)
2.I/O端口独立编址
优点：
I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 I/O指令没有存储器指令丰富
缺点：
80x86采用I/O端口独立编址
2013年8月1日星期四 中北大学《微机原理及接口技术》 37
Байду номын сангаас
2.I/O端口独立编址
特点：
00000H 内存 地址
12
7.1.3 I/O接口的主要功能
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 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 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 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络
中北大学《微机原理及接口技术》 24
2013年8月1日星期四
外设接口
输入接口 输出接口 并行接口 串行接口
数字接口
模拟接口
2013年8月1日星期四
中北大学《微机原理及接口技术》
25
输入输出接口的特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）
输出接口：
要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）
中北大学《微机原理及接口技术》
6
7.1.2 I/O接口概述
为什么需要I/O接口（电路）？
多种外设
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 这部分电路被称为I/O接口电路
微机原理与接口技术输入输出接口技术
Annual Work Summary Report
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
第二章模拟量输入输出通道的接口技术
多阶采样：
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)
第6章 输入/输出接口技术
2．端口编址方式 既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口 的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存 器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理， 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不 允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻 状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能 通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符，通常为8位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2．状态信息：指输入或输出设备的状态信息 1) 输入装置的信息：是否准备好Ready； 2) 输出时输出装置：是否空Empty； 3) 若输出装置正在输出信息，则以忙Busy指示；
3．控制信息：如控制输入输出装置启动或停止等信息。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
12
数据 来自外设
三态 缓冲器
数据总线
地址译码器 Y
地址总线 A0~A9
无条件传送的输入方式
说明：AEN为低电平，为CPU控制总线。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
AEN IOR
13
数据 到外设
锁存器
I/O设备的管理。 (3) CPU用对存储器的读写控制信号MEMR、
MEMW对I/O设备进行读写控制。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
9
端口与存储器统一编址（存储器映射方式）
例: motorola的M6800系列
日立H8S单片机系列
内
特点:
I/O端口相当于内存的一部分, 使内存容量减小
实现数据传送的。 (3) CPU对I/O设备的读写控制是用I/O读写控制信号(IOR、
IOW)
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
7
端口与存储器分别独立编址（I/O映射方式）
例 Intel的80X86系列、Z80系列
内
特点：
存
端口与存储器分别独立编址
空
端口不占用内存空间
间
设有专门的 I/O指令对端口进行读写，
对内存操作的指令不能用于I/O端口
例 MOV [ 10H ], AL ;对内存操作
I/O
IN
10H, AL ;对端口操作
空 间
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
8
端口的编址方式
存储器映像I/O寻址方式(统一编址)： (1) I/O设备的与存储器共用同一个地址空间。 (2) 微处理器用对存储器进行操作的指令来实现对
C
数据总线
地址译码器 Y
地址总线 A0~A9
8/28/2019 10:02 AM
无条件传送的输出方式
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
AEN IOW
14
Байду номын сангаас
查询传输方式
查询传送方式就是在输入和传送前先查询外设的状态， 当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU等待。 1．查询式输入
CPU先从状态口输入外设的状态信息，检查外设是否已 准备好数据。若未准备好，则CPU进入循环等待，直到准 备好才退出循环，输入数据。 2．查询式输出
5
CPU与I/O设备之间的接口信息
CPU与I/O设备之间要传送的信息包括数据信息、状态信 息和控制信息。
1．数据信息： 1) 数字量：以二进制或ASCII码表示的数或字符； 2) 模拟量：如温度、压力、位移等； 3) 开关量：只有两个状态的量，如开关的和与断，阀门的 开与关等，只要用1位二进制数即可表示。
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
2
接口的概念
接口：是中央处理器与存储器、外部设备，或者 两种外设之间，或者两种机器之间通过系统总线 进行连接的一组控制电路。
一个接口一般含有几个端口，CPU通过输入输 出指令向端口存或取信息。
端口主要有三类：状态口、命令口和数据口
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
3
接口电路
端口地址
CPU
数据
IORQ RD WR
I/O端口1 I/O端口2 I/O端口3
数据
状态 I/O 装置
控制
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
4
接口的功能
接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具 体包括以下六种功能：
6
端口的编址方式
通常有两种I/O接口结构：一种是标准的I/O接口，一 种是存储器映像I/O结构。与之对应的有两种I/O结构寻址 方式。
标准的I/O寻址方式(独立编址)： (1) I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开
的，即I/O接口地址不占用存储器的地址空间。 (2) 微处理器对I/O设备的管理是用专门的IN和OUT指令来
以上两种方式合称程序控制传送方式，即在程 序的编制中利用I/O指令来执行输入输出，CPU 处于主动地位。
(3)中断传送方式 (4)直接存储器存取(DMA)方式
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
11
无条件传输方式
最简单的传送方式，适于外设总是处于准备好的 情况，如发光二极管、开关设备等，较少使用。
存 空 间
对I/O端口的读/写与对存储器的读/写相同，
所有可对内存操作的指令对I/O端口均可使用，
指令系统中不专设I/O指令。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
I/O 空 间
10
输入输出传输方式
CPU与外部设备交换信息通常有如下几种方式：
(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式
1) 设备的选择功能：端口的地址译码 2) 数据的寄存与缓冲：外设的速度慢 3) 信号转换：串并、并串转换，数模、模数的转换、
光电隔离等
4) 对外设的控制和监测：提供命令译码和状态信息 5) 中断或DMA管理 6) 可编程功能
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
第5章 输入与输出接口技术
本章主要内容：
1、接口技术的基本概念 2、输入输出传送方式 3、I/O端口读写技术 4、可编程定时器/计数器8253 5、可编程并行输入输出接口芯片8255A
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
1
微机硬件系统组成
8/28/2019 10:02 AM
1．无条件传送的输入方式
由于简单外设用为输入设备时，输入数据的保持 时间相对于CPU的处理时间要长得多，所以可直接 使用三态缓冲器和总线相连。输入时认为来自外设 的数据已出现在三态缓冲器的输入端。
2．无条件传送的输出方式
在输出时，CPU的输出数据经数据总线加至输出 锁存器的输入端。
8/28/2019 10:02 AM
3．控制信息：如控制输入输出装置启动或停止等信息。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
12
数据 来自外设
三态 缓冲器
数据总线
地址译码器 Y
地址总线 A0~A9
无条件传送的输入方式
说明：AEN为低电平，为CPU控制总线。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
AEN IOR
13
数据 到外设
锁存器
I/O设备的管理。 (3) CPU用对存储器的读写控制信号MEMR、
MEMW对I/O设备进行读写控制。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
9
端口与存储器统一编址（存储器映射方式）
例: motorola的M6800系列
日立H8S单片机系列
内
特点:
I/O端口相当于内存的一部分, 使内存容量减小
实现数据传送的。 (3) CPU对I/O设备的读写控制是用I/O读写控制信号(IOR、
IOW)
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
7
端口与存储器分别独立编址（I/O映射方式）
例 Intel的80X86系列、Z80系列
内
特点：
存
端口与存储器分别独立编址
空
端口不占用内存空间
间
设有专门的 I/O指令对端口进行读写，
对内存操作的指令不能用于I/O端口
例 MOV [ 10H ], AL ;对内存操作
I/O
IN
10H, AL ;对端口操作
空 间
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
8
端口的编址方式
存储器映像I/O寻址方式(统一编址)： (1) I/O设备的与存储器共用同一个地址空间。 (2) 微处理器用对存储器进行操作的指令来实现对
C
数据总线
地址译码器 Y
地址总线 A0~A9
8/28/2019 10:02 AM
无条件传送的输出方式
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
AEN IOW
14
Байду номын сангаас
查询传输方式
查询传送方式就是在输入和传送前先查询外设的状态， 当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU等待。 1．查询式输入
CPU先从状态口输入外设的状态信息，检查外设是否已 准备好数据。若未准备好，则CPU进入循环等待，直到准 备好才退出循环，输入数据。 2．查询式输出
5
CPU与I/O设备之间的接口信息
CPU与I/O设备之间要传送的信息包括数据信息、状态信 息和控制信息。
1．数据信息： 1) 数字量：以二进制或ASCII码表示的数或字符； 2) 模拟量：如温度、压力、位移等； 3) 开关量：只有两个状态的量，如开关的和与断，阀门的 开与关等，只要用1位二进制数即可表示。
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
2
接口的概念
接口：是中央处理器与存储器、外部设备，或者 两种外设之间，或者两种机器之间通过系统总线 进行连接的一组控制电路。
一个接口一般含有几个端口，CPU通过输入输 出指令向端口存或取信息。
端口主要有三类：状态口、命令口和数据口
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
3
接口电路
端口地址
CPU
数据
IORQ RD WR
I/O端口1 I/O端口2 I/O端口3
数据
状态 I/O 装置
控制
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
4
接口的功能
接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具 体包括以下六种功能：
6
端口的编址方式
通常有两种I/O接口结构：一种是标准的I/O接口，一 种是存储器映像I/O结构。与之对应的有两种I/O结构寻址 方式。
标准的I/O寻址方式(独立编址)： (1) I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开
的，即I/O接口地址不占用存储器的地址空间。 (2) 微处理器对I/O设备的管理是用专门的IN和OUT指令来
以上两种方式合称程序控制传送方式，即在程 序的编制中利用I/O指令来执行输入输出，CPU 处于主动地位。
(3)中断传送方式 (4)直接存储器存取(DMA)方式
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
11
无条件传输方式
最简单的传送方式，适于外设总是处于准备好的 情况，如发光二极管、开关设备等，较少使用。
存 空 间
对I/O端口的读/写与对存储器的读/写相同，
所有可对内存操作的指令对I/O端口均可使用，
指令系统中不专设I/O指令。
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
I/O 空 间
10
输入输出传输方式
CPU与外部设备交换信息通常有如下几种方式：
(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式
1) 设备的选择功能：端口的地址译码 2) 数据的寄存与缓冲：外设的速度慢 3) 信号转换：串并、并串转换，数模、模数的转换、
光电隔离等
4) 对外设的控制和监测：提供命令译码和状态信息 5) 中断或DMA管理 6) 可编程功能
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
第5章 输入与输出接口技术
本章主要内容：
1、接口技术的基本概念 2、输入输出传送方式 3、I/O端口读写技术 4、可编程定时器/计数器8253 5、可编程并行输入输出接口芯片8255A
8/28/2019 10:02 AM
版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳
1
微机硬件系统组成
8/28/2019 10:02 AM
1．无条件传送的输入方式
由于简单外设用为输入设备时，输入数据的保持 时间相对于CPU的处理时间要长得多，所以可直接 使用三态缓冲器和总线相连。输入时认为来自外设 的数据已出现在三态缓冲器的输入端。
2．无条件传送的输出方式
在输出时，CPU的输出数据经数据总线加至输出 锁存器的输入端。
8/28/2019 10:02 AM