天津大学计算机控制系统——第二章 接口技术

天津大学计算机控制系统——第二章 接口技术

第二章

过程通道技术 接口技术主讲人：宗群教授

天津大学计算机控制系统——第二章 接口技术

接口技术 本章结构 2.1接口技术概述 2.2并行与串行接口 2.2.1并行接口 2.2.2串行接口

2.3接口扩展技术 2.4可编程逻辑器件 2.5人机接口

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接口技术 本章结构 2.1接口技术概述 2.2并行与串行接口 2.2.1并行接口 2.2.2串行接口

2.3接口扩展技术 2.4可编程逻辑器件 2.5人机接口

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2.1接口技术概述1接口的定义、目的、作用与功能 接口的定义接口是计算机与外部设备交换信的桥梁，包括输入接口和输出接口。 设置接口的目的使计算机与外部设备之间交换信息时信号传输匹配。 接口的作用外部设备向计算机输入信号得到缓冲暂存；计算机向外部设备输出信号得到锁存；计算机与外部设备串行与并行信号的转换。

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2.1接口技术概述1接口的定义、目的、作用与功能 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)接口功能寻址功能输入/输出功能数据转换功能联络功能中断管理功能接收复位信号并对接口进行初始化可编程功能检索错误功能

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2.1接口技术概述2接口编址方式 存储器统一编址方式把I/O设备的地址与存储器的地址一样对待，即所有的 I/O都当作存储器的一个单元进行访问。 (包括8051在内的大多数单片机均是这种编址方式) I/O接口编址方式将I/O接口地址空间与存储器地址空间分开设置，相互隔离，互不影响。(Intel的80X86系列、 Z80系列)

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2.1接口技术概述2接口编址方式编址方式特点比较存储器统一编址方式优点 1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4.指令丰富功能强使用灵活程序设计方便缺点 1. 2. 3.占用了存储空间地址指令执行时间较长难以区分I/O操作 I/O指令简单,输入输出数据必须经过累加器A,才能进行逻辑操作增加了微机本身硬件设计的复杂性

I/O接口编址方式

I/O指令执行时间较短 1.输入输出时容易安排应 2.答联系信号硬件设计简单 3.易于区分

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2.1接口技术概述3数据传送方式 程序传送方式 中断传送方式 DMA传送方式

前进

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2.1接口技术概述程序传送方式 定义：数据在微处理器和输入输出设备之间的传送完全靠程序实现。 传送方式： 1.无条件传送方式：不必查询外设状态，直接执行输入/输出指令，使微控制器与外设之间传送数据。 2.有条件传送方式：微机查询外设状态判断是否准备好，满足条件的进行数据传输。 3.优先级查询：根据程序设计的优先级别，谁优先谁进行数据的传输。 特点：无需专门的硬件，只需程序控制。但占用微机的时间，CPU利用率低，实时性差。当外设较多时，易于丢失

数据。返回

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2.1接口技术概述中断传送方式 定义：任何I/O设备需要和CPU交换信息时，必须向CPU发中断请求，CPU只有接到中断请求后，停止原执行程序，转入中断服务程序，服务完后，返回原断点，在执行原来的程序。 特点：分时操作提高了CPU效率，实现实时操作 优先权确定方法： 1.软件定义优先级先查询谁高级 2.菊花链方式：简便硬件方法确定优先级 3.可编程硬件方式：软硬结合，利用专用硬件如 8259中断控制器，程序确定工作方式

返回

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2.1接口技术概述DMA传送方式 定义：完全由硬件完成输入/输出操作的工作方式，外设与存储器之间直接进行数据交换而不通过CPU。适用于高速设备与CPU交换数据。

DMA从CPU中完全接管对总线的控制权，数据交换不通过 CPU,而直接在存储器和外部设备之间进行。

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DMA与微机接口：地址总线

Step 3 CPU上升沿采样并响应向DMA控制器发出总线回答信号，同时交出对总线的控制权

2.1接口技术概述 Step 4 DMA控制器产生总线控制信号，向外部设备发出DMA响应信号，开始DMA传送数据操作

DMA响应存储器 CPU BUSAK DMA高速外设 DMA请求

BUSRQ

数据总线 DMA接口图

Step 2 DMA控制器向CPU发总线请求信号

Step 1高速设备发出DMA控制器请求信号

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2.1接口技术概述高速外设向DMA请求

Step 1

DMA工作过程

DMA向CPU请求BUSRQ 1.高速外部设备通过DMA控制器向CPU发出DMA请求。 St e CPU响应，交总线控制权，向DMA回答BUSAK p 2 2.CPU相应请求，DMA从CPU接管对总线的控制权。 Step 3发送存储器地址，数据长度 3.有外部逻辑对存储器寻址，DMA控制器决定数据传送地址单元，以及传送传送数据地址加1数据的长度，并执行数据 Ste的传送。 p N 4 4.判断DMA传送是否结束。传送结束 5.发送DMA结束信号，交回 Step 5 Y CPU控制权，使CPU恢复正常工作状态。结束DMA,交回CPU控制板

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