第5章 数字量输入输出_串行接口_01
第5章 数字量输入输出_串行接口
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7
串行通信的工作方式
单工
发送器
接收器
半双工 发送器/接收器
发送器/接收器
全双工 发送器/接收器
发送器/接收器
第5章 数字量输入输出_串行接口
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8
调制与解调
远距离通信时需要通过普通电话网络传输
数字信号：频带宽
电话网络：频带窄
要使数字信号在电话网络上传输，需要进行信号变 换—把数字信号承载到模拟信号上传输，这个模拟 信号称为载波信号。
5.6 串行输入输出接口
第5章 数字量输入输出_串行接口
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1
1 串行通信基本概念
串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线， 一位一位顺序传送的方式
每个时间单位仅传送一位信息； 每个字符(字节)的各位依次传送。
优点：
传输线少，成本低，传输距离远
串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度 要求不高的近距离数据传送
第5章 数字量输入输出_串行接口
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4
同步通信的规程
面向比特(bit)型规程：以二进制位作为信息单 位。现代计算机网络大多采用此类规程。最典 型的是HDLC(高级数据链路控制)通信规程。
面向字符型规程：以字符作为信息单位。字符 是EBCD码或ASCII码。最典型的是IBM公司的 二进制同步控制规程(BSC规程)。在这种控制 规程下，发送端与接收端采用交互应答式进行 通信。
ASK (又称为调幅)
用载波信号的不同幅度代表‘1’和‘0’
FSK (又称为调频)
用载波信号的不同频率代表‘1’和‘0’
PSK (又称为调相)
用载波信号的相位变化代表‘1’和 ‘0’(有变化为’1’)
第5章 数字量输入输出_串行接口
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异步通信格式
串行通信时的数据、控制和状态信息都 使用同一根信号线传送
1962年公布，1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D
设计目的是用于连接调制解调器
现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与 数据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准 接口
可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机
属于网络层次结构中的最低层：物理层
第5章 数字量输入输出_串行接口
帧格式错
溢出错
第5章 数字量输入输出_串行接口
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串行接口标准
串行接口标准：指的是计算机或终端(数 据终端设备DTE)的串行接口电路与调制 解调器MODEM等(数据通信设备DCE)之 间的连接标准。
第5章 数字量输入输出_串行接口
ห้องสมุดไป่ตู้_01
15
串行接口标准RS-232C
美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口
调制—把数字信号承载到载波信号上
解调—从载波信号中恢复出数字信号
调制解调器：实现调制与解调的设备
第5章 数字量输入输出_串行接口
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三种调制方式
根据载波 Asin(t + )的三个参数：幅度、频率、相位，
产生常用的三种调制技术：
幅移键控法 Amplitude-Shift Keying (ASK) 频移键控法 Frequency-Shift Keying (FSK) 相移键控法 Phase-Shift Keying (PSK)
收发双方必须遵守共同的通信协议（通 信规程），才能解决传送速率、信息格 式、位同步、字符同步、数据校验等问 题
串行异步通信以字符为单位进行传输， 其通信协议是起止式异步通信协议
第5章 数字量输入输出_串行接口
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11
传送一个字符的信息格式：规定有起始位、数据 位、奇偶校验位、停止位等，其中各位的意义如
第5章 数字量输入输出_串行接口
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5
异步通信及其协议
异步通信以一个字符为传输单位，通信
中两个字符间的时间间隔是不固定的， 然而在同一个字符中的两个相邻位代码 间的时间间隔是固定的。
通信协议（通信规程）：是通信双方约 定的一些规则。
传送一个字符的信息格式：规定有起始 位、数据位、奇偶校验位、停止位等，
PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠
标器与主机间采用串行数据传送
第5章 数字量输入输出_串行接口
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2
1.1 串行通信方式
分为同步通信(SYNC)与异步通信 （ASYNC）两种方式。
第5章 数字量输入输出_串行接口
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3
同步串行通信及其规程
同步通信以一个帧为传输单位，每个帧
中包含有多个字符。在通信过程中，每 个字符间的时间间隔是相等的，而且每 个字符中各相邻位代码间的时间间隔也 是固定的。
下：
第5章 数字量输入输出_串行接口
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12
起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的 开始。
数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、 5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从 最低位开始传送，靠时钟定位。
奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数 应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传 送的正确性。
停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、 1.5位、2位的高电平。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数 据传送。
第5章 数字量输入输出_串行接口
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传输错误:
奇偶校验错
奇偶校验： 以字符为单位进行校验 发送方使发送的每个字节中’1’的个数为奇数或偶数；接收 方检查收到的每个字节中’1’的个数是否符合双方的事先约 定。 奇偶校验可以检查出一个字节中发生的单个错误。 奇偶校验不能自动纠错，发现错误后需“重传”。
第5章 数字量输入输出_串行接口
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6
数据传输速率
数据传输速率也称比特率（Bit Rate）
每秒传输的二进制位数bps
字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数 据传输速率的倒数
当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等 时，比特率还等于波特率（Baud Rate）
过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50 bps到9600 bps之间。现在，可以达到115200 bps或更高
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RS-232C的引脚定义
232C接口标准使用一个25针连接器
绝大多数设备只使用其中9个信号，所以 就有了9针连接器
232C包括两个信道：主信道和次信道
次信道为辅助串行通道提供数据控制和 通道，但其传输速率比主信道要低得多， 其他跟主信道相同，通常较少使用
《数字量输入输出》课件
功率驱动电路
将较小的控制信号放大为 较大的功率信号，驱动执 行机构。
控制逻辑与算法
逻辑运算
利用逻辑门电路实现基本的逻辑 运算，如与、或、非等。
时序控制
根据时间顺序控制输出状态的变 化，实现定时、计数等功能。
算法控制
利用算法实现复杂的控制逻辑， 如PID控制、模糊控制等。
04
数字量输入输出模块
数字量输入输出模块的种类与特点
数字量输出电路
晶体管输出电路
利用晶体管开关特性实现数字信号的输出。
继电器输出电路
利用继电器触点实现数字信号的输出，适用于较大电流的场合。
固态继电器输出电路
利用固态继电器实现数字信号的输出，具有快速、可靠、长寿命等 优点。
驱动电路
电压驱动电路
通过电压信号驱动执行机 构。
电流驱动电路
通过电流信号驱动执行机 构，适用于较大负载的场 合。
以及时报警。
数字量输入输出在自动化控制系统中的实现方式
硬件接口
数字量输入输出模块通常与PLC、DCS等自动化控 制系统配套使用，通过硬件接口与系统连接。
软件编程
需要编写相应的软件程序，对数字量输入输出进 行配置和控制。
通信协议
支持多种通信协议，如Modbus、Profibus等， 方便与其他设备进行通信。
数字量输入输出在自动化控制系统中的发展趋势
高精度与高可靠性
随着工业自动化水平的提高，对数字量输入输出的精度和可靠性 要求也越来越高。
智能化
未来的数字量输入输出将更加智能化，能够自适应地进行数据处 理和控制。
网络化
通过网络技术，可以实现远程监控和诊断，提高系统的可维护性 。
THANKS
第5章 输入、输出接口P0～P3--1讲解
武汉科技大学
电信系
2. P1口 字节地址90H,位地址90H—97H
P1.0—P1.7: 准双向I/O口 输出时一切照常，输入时要先对其写“1”
读锁存器
内部 总线
写锁 存器
2
DQ CK /Q
1
读引脚
单片机及接口技术
Vcc 内部上拉电阻
引脚P1.X
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第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P1口
输入数据时，要先对其写“1”
读锁存器
Vcc 内部上拉电阻
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
1
CK /Q
0
截 引脚P1.X 止
1
读引脚 =1
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单片机及接口技术
第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P1口
读锁存器
输出数据 1 时
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
1
CK /Q
0
1
Vcc 内部上拉电阻
1
读引脚 =0
控制=1时，此脚作通用输出口： 输出=1时
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单片机及接口技术
第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P2口
读锁存器
内部 总线 0
写锁 存器
2
DQ CK /Q
地址高8位 控制 =1
Vcc 内部上拉电阻
0
1
3
=0
导 引脚P2.X 通
1 读引脚 =0
单片机及接口技术
控制=1 时，此脚作通用输出口： 输出=0 时
例5-1.设计一电路，监视某开关K，用发光二极 管LED显示开关状态，如果开关合上，LED亮、 开关打开，LED熄灭
串行输入输出接口
串行输入/输出接口第一节串行通信基础知识一、串行通信基本原理：并行数据传送和串行数据传送并行数据传送的特点：各数据位同时传送，控制简单,速度快、效率高；成本高，且距离通常小于30米。
计算机内部的数据传送都使并行数据传送。
串行数据传送的特点：数据传送按位数需进行，最少只需一根传输线，成本低,可利用电话网等现成的设备；速度慢,控制复杂。
距离可从几米到几千公里。
计算机通信(串行通信)是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。
在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。
串行通信的方式:串行通信的方式:异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。
为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。
异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间是异步的但同一字符内的各位是同步的。
2.异步串行通信的字符格式:异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。
二、串行通信的传输方向 单工 半双工 全双工传输。
2、半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。
3、全双工是指数据可以同时进行双向传输三、串行通信的信号形式近程和远程的串行通信的信号形式不同1.近程通信(本地通信)采用数字信号直接传送,在传送过程中不改变原数据代码的波形和频率.这种数据传送方式称为基带传送方式.2.远程通信计算机A 计算机B利用调制器(Modula tor)把数字信号转换成模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器(Demodu l ator)把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是通常说的调制解调器MODEM四、传输速率：比特率和波特率1.比特率:每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒(bps)如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：10位×240个/秒= 2400 bps 2.波特率:每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特(Baud)。
计算机控制系统-数字量输入输出通道课件
滤波器是一种对信号进行过滤的电路 ，用于消除输入信号中的噪声和干扰 ，提高信号的纯度和稳定性。
滤波器的优点是精度高、稳定性好、 可靠性高等，广泛应用于各种计算机 控制系统中。
滤波器的工作原理是通过电感器和电 容器的组合，对输入信号进行频率选 择和过滤，保留所需的频率成分，抑 制不需要的频率成分。
03
功能
数字量输入通道负责采集外部数 字信号，并将其传输给计算机； 数字量输出通道则将计算机输出 的数字信号传输给外部设备。
数字量输入输出通道的类型
并行输入输出通道
适用于高速、大批量数据传输，具有较高的数据传输速率。
串行输入输出通道
适用于长距离、低速数据传输，可以节省线缆和接口资源。
网络化输入输出通道
通过网络实现远程数据传输和控制，具有灵活性和可扩展性。
数字量输入输出通道的应用场景
1 2
工业自动化控制
在生产线、机械设备等工业自动化控制领域中， 数字量输入输出通道用于实现设备的监测和控制 。
智能家居
在智能家居系统中，数字量输入输出通道用于控 制家电设备、灯光、窗帘等，实现智能化管理。
3
交通控制
在交通控制系统中，数字量输入输出通道用于检 测交通信号、控制红绿灯等，保障交通安全和顺 畅。
VS
详细描述
高性能数字量输入输出通道将采用更先进 的信号处理技术和传输协议，以实现更快 的数据传输速率和更低的延迟。这将有助 于提高计算机控制系统的实时性能和响应 速度，满足各种复杂控制任务的需求。
智能数字量输入输出通道
总结词
智能数字量输入输出通道是未来发展的另一 个重要方向。这种通道将具备自适应、自学 习和自调整的能力，可以根据不同的输入信 号和系统状态自动调整参数，实现最优的控 制效果。
单片机的输入输出设备接口
单片机的输入输出设备接口1. 简介在嵌入式系统开发中，单片机是最常用的核心处理器之一。
单片机通过输入输出设备接口与外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。
本文将介绍常见的单片机输入输出设备接口，包括数字输入输出口、模拟输入输出口、串行通信接口等。
2. 数字输入输出口（GPIO）数字输入输出口（General Purpose Input Output，简称GPIO）是一种常见的单片机输入输出设备接口。
它可以通过程序控制对内部资源的输入和输出。
单片机的GPIO包括多个引脚，每个引脚可以作为输入口或输出口使用。
在使用过程中，我们可以通过将引脚设置为输入模式或输出模式，并通过编程对引脚进行读写操作。
2.1. 输入模式在输入模式下，GPIO可以用作输入接口，接收外部设备的信号。
在单片机中，通常使用输入状态寄存器（Input Status Register）来存储外部信号的状态。
当外部设备产生一个高或低电平信号时，单片机可以通过读取输入状态寄存器来获取该信号的状态。
2.2. 输出模式在输出模式下，GPIO可以用作输出接口，控制外部设备的状态。
在单片机中，通常使用输出数据寄存器（Output Data Register）来存储输出数据。
通过向输出数据寄存器写入高或低电平信号，单片机可以控制外部设备的状态。
3. 模拟输入输出口（ADC和DAC）除了数字输入输出口，单片机还可以提供模拟输入输出口。
模拟输入输出口分为模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）两种。
3.1. 模拟数字转换器（ADC）模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）可以将模拟信号转换为数字信号。
通过电压分压、采样等方法，单片机的ADC模块可以将外部模拟信号转换为数字量，供单片机进行处理和分析。
3.2. 数字模拟转换器（DAC）数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）可以将数字信号转换为模拟信号。
第五讲(1)数字量输入输出-基本输入输出
CPU系统
/IOR
A1 A0 0 1
/AEN
/Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /G2B /Y5 /G2A /Y6 G1 /Y7 A B C
A0 1 /CS 40H 41H 42H 43H
A1 A0 /CS 端口1 00 端口2 01 端口3 10 端口4 11 8253
第五章 数字量输入输出
本章内容 简单I/O接口 并行输入输出接口 中断控制系统 计数定时接口 串行输入输出接口 直接存储器存取DMA 系统总线及接口
简单I/O接口
什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据 传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电 路板（适配器）都是接口电路
例:一个输出设备的简单接口电路
IO总线 D7 数据线 输出 例:LED指示灯 ~ 锁存器 设备 D0 288H A15 地址线 地址 OUT指令时序 ~ T1 T2 T3 Tw T4 译码 A0 0 与 0 CLK 0 IOW 非
A15~A0 D7~D0
0000 0010 1000 1000
执行： MOV AL, 81H MOV DX, 288H OUT DX, AL
端口的基本特性： 是构成I/O接口的基本单元 有自己的端口地址（端口号） 可供外部设备或CPU读/写 有宽度 端口内容是外部设备的信息反映
I/O接口的基本功能
信号形式变换 电平转换和放大 锁存及缓冲 I/O定向 并－串转换
I/O端口按功能分为三种类型
AB
C P U
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
MOV DX, 288H IN AL, DX
《微机原理与接口技术》课程总结
《微机原理与接口技术》课程总结本学期我们学习了《微型计算机原理与接口技术》，总的来说，我掌握的知识点可以说是少之又少，我感觉这门课的内容对我来说是比较难理解的。
这门课围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，并系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A （DAC0832）、DMA（8237）、人机接口（键盘与显示器接口）的结构原理与应用。
在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。
第一章：微型计算机概论（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年-1980年）采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理（2）微型计算机阶段（1981年-1990年）微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。
（3）计算机网络阶段（1991年至今）。
计算机的数值表示方法：二进制，八进制，十进制，十六进制。
要会各个进制之间的数制转换。
计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。
第二章：80X86微处理器结构本章讲述了80X86微处理器的内部结构及他们的引脚信号和工作方式，重点讲述了8086微处理器的相关知识，从而为8086微处理器同存储器以及I/O设备的接口设计做了准备。
本章内容是本课程的重点部分。
第三章：80X86指令系统和汇编语言本章讲述了80X86微处理器指令的多种寻址方式，讲述了80X86指令系统中各指令的书写方式、指令含义及编程应用；讲述了汇编语言伪指令的书写格式和含义、汇编语言中语句的书写格式。
微机输入输出接口和数据传输
2
什么是输入/输出设备？
计算机无论应用于何种场合，都离不开信息 处理。 所处理的信息，均要由输入设备提供，而处 理后的结果数据，则要送给输出设备，以各 种形式报告给用户。例如，键盘、鼠标器、 磁盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备，而 磁盘、CRT显示器、打印机等则是最常见的 输出设备。 能够完成输入/输出操作的设备就叫输入/输出 设备，简称外设或I/O设备。 3
29
中断传送方式
在每次外设准备好或空闲时，主动向CPU发出中断 请求，以示要传送数据，CPU响应该请求后，执行 中断服务程序，实现与外设的数据传送。其工作过 程如下： ⑴ 暂停主程序，实现程序的转移，即中断响应；
⑵ 保护和恢复有关寄存器的内容； ⑶ 执行I/O操作，并实现内存←→累加器←→端口之间的传送； ⑷ 中断返回。
微型计算机技术及其应用 ——第五章：输入 输出接口和数据传输 第五章：输入/输出接口和数据传输
1
第五章输入/输出接口和数据传输 第五章输入 输出接口和数据传输
1.输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 3.接口部件的I/O端口和寻址方式 I/O 4.CPU和外设间的数据传送方式
5
(3)信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的 通常是8位、16位或32位的并行数据，而各 种外设使用的信息格式各不相同。有些设 备上用的是模拟量，而有些是数字量或开 关量；有些设备上的信息是电流量，而有 些却是电压量，有些设备采用串行方式传 送数据，而有些则用并行方式。 (4)时序不匹配：各种外设都有自己的定时和 控制逻辑，与计算机的CPU时序不一致。
220 1M I/O端口 I/O端口 216 64K 存储 单元 存储器映像编址
I/O端口 内存单元 I/O端口 独立编址方式
数字电路数字量输入输出课件
形状
7段码 .gfedcba
符号
形状
7段码 .gfedcba
’0’
00111111
’8’
01111111
’1’
00000110
’9’
01100111
’2’
01011011
’A’
01110111
’3’
01001111
’B’
01111100
’4’
01100110
’C’
00111001
’5’
01101101
5.2.3 总线信号与接口的连接
数据信号的连接 地址信号的连接：译码信号 控制信号的连接
例1、简单的输入接口举例
常用芯片：74LS244 应用例子：开关接口
&
≥1
≥1
+5V
例2、 简单的输出接口举例
输出端口应具备锁存器功能. 常用芯片：74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器) 应用例子：发光二极管接口
a b c d e f g DP
7406
反相器
74LS273
Rx8
≥1
74LS138
D0～D7
IOW#
IOR#
Y0
Y1
F0H = 0000 0000 1111 0000 F1H = 0000 0000 1111 0001
&
≥1
A7～A4
A15～A8
A3
A2
A1
A0
D0
D1
D2
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。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态—— “你准备好没有？” 对外设的要求：应提供设备状态信息 对接口的要求：需要提供状态端口 优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢
第五章 数字量输入输出教案PDF(1)
第五章数字量输入输出*概念：总线、接口电路、接口芯片、端口地址*中断及其处理中断控制器8259*定时器/计数器*并行/串行接口微机系统与接口DMA 电路与应用(*原理)系统与应用技术接口和接口技术接口(interface)-----CPU、存储器、外设之间通过总线进行连接的电路部分信息交换的中转总线进行连接的电路部分，信息交换的中转:MOV[BX],AL MOV CX,[2000H]存储器INC WORD PTR[SI+100] IN AL,80H OUT40H,AL 接口输入输,, IN AL,DX OUT DX,AL 输输出接口接口技术--研究CPU如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术，体现软件、硬件结合，是微机应用的关键。
微机系统与接口8088系统非复用总线(最小模式)结构8284A CLKRESET READY地址锁存器A15~A8S6~S3/A19~A16AD7~AD0地址总线内8282(两片)STB OE 数据收发器ALE CLKRESET READY存OE 8286TMN/MXDEN DT/R IO/M 数据总线VCCWR RD HOLD 8088CPU+5VI/O GND HLDA INTR INTA NMI 控制总线接口微机系统与接口GNDN TEST SSO8088复用总线(最大模式)结构地址锁存器8282(两片)地址总线A15~A8S6~S3/A19~A16AD7~AD0内CLK RESET READY STB存+5V MN/MX VCC 数据收发器OE 8286T数据总线PC 总8088CPURDQS0QS1MRDC 8288MWTC DT/R DEN ALE控制总线线S0I/O LOCK TEST HIGH 总线IORC 控制器IOWCINTA S1S2接口NMIGND8259A 及有关电路INTR 微机系统与接口GND RQ/GT0RQ/GT1I/O接口功能I/O接口：CPU控制外部设备的必经通道实现：LSI/VLSI专用或通用接口芯片。