Συστήματα Μικροϋπολογιστών

Είσοδος / Έξοδος

Δεδομένων

Υπεύθυνος Μαθήματος:

K. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Άδεια Χρήσης

Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.

Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Είσοδος / Έξοδος Δεδομένων

Μορφή

Δεδομένων

Σειριακή

Παράλληλη

Τρόπος Διακίνησης

Δεδομένων

Ι/Ο ελεγχόμενη

από πρόγραμμα

Ι/Ο ελεγχόμενη με

διακοπές

I/O ελεγχόμενη

από ειδικό

επεξεργαστή

Εντολές Ε/Ε

Ε/Ε με ειδικές

εντολές

Ε/Ε με

απεικόνιση

μνήμης

Η επιλογή των

θυρών Ε/Ε

διαφοροποιείται

για τις 2 περιπτώσεις.

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Χονδρικό διάγραμμα I/O δεδομένων

ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ

ΣΥΣΚΕΥΗInterface

ΘΥΡΑ

I/OμΥ - Σ

DATA DATA DATA

Control Control Control

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Απλές Θύρες I/O

Απλή Θύρα

Εισόδου

Απλή Θύρα

Εξόδου

74LS240

IO/MRD

Address Select

G

D0-7 ΕΙΣΟΔΟΣ

74LS373

IO/M

WR

Address Select

CLK

D0-7 ΕΞΟΔΟΣ

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Εντολές I/O δεδομένων

IN address ;

IN Address• 3 κύκλοι

• 10 Καταστάσεις

AΘύρα με διεύθυνση

Address0 11 1 1address

Opcode DB

0 1 1

Θύρα με διεύθυνση addressΣυσσωρευτής Α

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Εντολές I/O δεδομένων

Θύρα με διεύθυνση addressΣυσσωρευτής ΑOUT address ;

OUT Address • 3 κύκλοι

• 10 Καταστάσεις

AΘύρα με διεύθυνση

Address0 11 1 0address

Opcode D3

0 1 1

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Χρονισμός Εντολής Εισόδου Δεδομένων

Διάγραμμα χρονισμού εκτέλεσης εντολής εισόδου δεδομένων (ΙΝ 20Η)

CLK

S1, S0

A8-A15

AD0-AD7

ALE

RD

WR

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3

IO/M ,(0, 1, 0)

M1 (Opcode Fetch) M2 (Read)

20H(PC+1)L

(PC+1)H

(0, 1, 1)

H

L DBH

PC

PC

T1 T2 T3

M3 (Input)

(1, 1, 0)

20H

20H (A) Input Data

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Χρονισμός Εντολής Εξόδου Δεδομένων

Διάγραμμα χρονισμού εκτέλεσης εντολής εξόδου δεδομένων (OUT 20H)

CLK

S1, S0

A8- A15

AD0- AD7

ALE

RD

WR

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3

IO/M ,(0, 1, 0)

M1 ( Opcode Fetch) M2 (Read)

20HL

(PC+1)H

(0, 1, 1)

H

L D3H

PC

PC

T1 T2 T3

20H

M3 (Output)

(1, 0, 1)

20H

OutputData

CLK

S1, S0

A8- A15

AD0- AD7

ALE

RD

WR

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3

IO/M ,(0, 1, 0)

M1 ( Opcode Fetch) M2 (Read)

20H(PC+1)

(0, 1, 1)

T1 T2 T3

20H

M3 (Output)

(1, 0, 1)

20H

(A)

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Κυκλώματα επιλογής συσκευών εισόδου/εξόδου

IO/M

IO/M

IO/M

WR

RD

IO/M A0

IN 1: E-IN 1

IN 8:

A3 E-IN 8

OUT 4:

A2 E-OUT 4

OUT 80:

A7 E-OUT 80

RD

WR

Ενεργοποίηση Θύρας 1

Ενεργοποίηση Θύρας 8Η

Ενεργοποίηση Θύρας 2

Ενεργοποίηση Θύρας 80Η

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Επιλογή Θύρας Ι/Ο από τη Διεύθυνση

Παράδειγμα: IN 07H

Υποθέτουμε ότι

υπάρχει το κύκλωμα

της θύρας με

διεύθυνση 07H.

74LS240

IO/MRD

G

D0-7

ΕΙΣΟΔΟΣData

Bus

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Πλήρης

Αποκωδικοποίηση

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Ι/Ο με Απεικόνιση Μνήμης (Α)

Χωρίς ξεχωριστές εντολές I/O, αλλά με τις γνωστές

εντολές αναφοράς στη μνήμη.

Κάθε θύρα αντιστοιχεί σε μια θέση μνήμης που δεν

πρέπει να καταλαμβάνεται από κανονική μνήμη.

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Ι/Ο με Απεικόνιση Μνήμης (Β)

Για την επιλογή της θύρας αυτού του τύπου, η αποκωδικοποίηση πρέπει να περιλαμβάνει, αν είναι πλήρης, όλα τα bits της διεύθυνσης.

IO/M

RD / WR

CS

A0

A15

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Υλοποίηση θυρών Ε/Ε με τη χρήση κυκλωμάτων MSI

ΔΙΟΡΘΩΣΗ:

Τα σήματα RD και WR πρέπει να είναι χωρίς αναστροφή.

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Παράδειγμα

Να σχεδιαστεί μικροϋπολογιστικό σύστημα με τον 8085 και τα εξής

δεδομένα:

0000 – 1FFFH (8Kbytes) ROM

2000 – 2FFFH (4Kbytes) RAM

50H : Είσοδος

60Η : Έξοδος

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Address

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0FFF

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1000

0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFF

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2000

0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2FFF

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Παράδειγμα – Λύση

8085

2764

ROM 6132

RAM

AD0-7

A0-12

74LS373

OE

OE

CS

CS

74138

Y0

Y1

Y2

A12

A13

A14

A15

E1

E2

WE

A8-15

ALE

Data Bus

Address Bus

D0-7 D0-7

74LS373

Θύρα

εξόδου 50Η

74LS541

Θύρα

εισόδου 60Η

IO/M

WR

IO/M

RD

IO/M

RD

Y5 Y6WR

IO/M

RD

‘1’ Y5Y6

IO/M

Y7

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Τρόποι Παράλληλης Μεταφοράς Δεδομένων (Α)

Χωρίς Συνθήκη

Προς οθόνη 7-segment

Από διακόπτες

DATA

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Τρόποι Παράλληλης Μεταφοράς Δεδομένων (Β)

Απλού παλμού (STB ειδοποιεί για έγκυρα δεδομένα)

Χαμηλές ταχύτητες

Δεν επιβεβαιώνεται η δυνατότητα λήψης

Έγκυρα

STB

Data Data

Συσκ. 1 Συσκ. 2

Data

STB

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Τρόποι Παράλληλης Μεταφοράς Δεδομένων (Γ)

Μονής Χειραψίας (Handshake)

Έλαβα

Πάρε ένα

byte

ACK

STB

Data Data

Συσκ. 1 Συσκ. 2Data

STB

ACK"Πήρα, στείλε μου

άλλο"

"Πάρε ένα

χαρακτήρα"

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Ναι

Έτοιμος;

Πάρε ένα

byte

Πήρα, περιμένω αίτηση

για νέο χαρακτήραACK

STB

DataData

Τρόποι Παράλληλης Μεταφοράς Δεδομένων (Δ)

Διπλής Χειραψίας

Συσκ. 1 Συσκ. 2Data

STB

ACK"Πήρα, στείλε μου

άλλο"

"Πάρε ένα

χαρακτήρα"

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Απλές συσκευές για Είσοδο-Έξοδο δεδομένων

5V

Θύρ

αΕ

ισόδο

υR

μΥ-Σ

0

1

2

3

4

5

6

7

5V

Θύρ

αΕ

ξόδο

υ R

μΥ-Σ

0

1

2

3

4

5

6

7

LED

Θύρα Ε

ξόδο

υ

R

μΥ-Σ

0

1

2

3

4

5

6

7

LED

5V

Θύρα Ε

ισόδου

R

μΥ-Σ

0

1

2

3

4

5

6

7

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Ενδείκτες 7- τμημάτων (7-segment displays)

a

b

c

0

1

2

6 g

7

Θύρα μΥ -Σ

R

d

e

f

a

b

c g

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Διασύνδεση πληκτρολογίου με ένα μΥ-Σ

0 1 2 3 4 5 6 7

Θύρα ΕξόδουΈξοδοι

Είσοδοι

ΕΝ

Διάδρομος Δεδομένων

ΘύραΕισόδου

Έξοδοι

Είσ

οδο

ι

Γραμμή

ΕΝ0

1

2

3

+ 5V

ΕπιλογήΘύρας Β

ΕπιλογήΘύρας Α

Στήλη

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Παράδειγμα μεταφοράς δεδομένωνμε τη χρήση σημαίας

Μια συσκευή εισόδου παρέχει δεδομένα (8bit) στην θύρα εισόδου DATAενός Μικροϋπολογιστή 8085. Για να δηλώσει ότι έχει διαθέσιμα δεδομένα θέτει το bit7 (MSB) της θύρας ελέγχου STATUS του μΥ. Να γραφεί πρόγραμμα και να δοθεί το κύκλωμα για τη μεταφορά δεδομένων σε πίνακα στη μνήμη με αρχή από τους καταχωρητές H-L. Το πλήθος δίνεται στον καταχ. C.

(Το πρόγραμμα θα δοθεί στην επόμενη ενότητα)

Address Data

1

2

. . .

N

Από τη θύρα εισόδου DATA H-L

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Είσοδος / Έξοδος με Χρήση Σημαίας

Ενεργοποίηση

Ανάγνωσης μΕ (RD)

ΠαλμόςΔιαθεσιμότηταςΔεδομένων

RD

8-bitsΔεδομένα

D0-D7

8 1

Απομονωτής/

ΜανδαλωτήςΘύρας Εισόδου

DATA

Απομονωτής/

Μανδαλωτής

Θύρας Ελέγχου

(Σημαία)

STATUS

Bit

7Bit

0

Set

Reset

Μανδάλωση

Συσκευή

Εισόδου

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Σύστημα μΕπεξ. με Συσκευές Ε/Ε

Επεξεργαστής

ΚΜΕ

STATUS

1

DATA

1

Interface

1

DONE DATA

8

Port

Select

MRDC

88

Περιφερειακή

Συσκευή 1

STATUS

2

DATA

2

Interface

2

DONE DATA

8

88

Περιφερειακή

Συσκευή 2

STATUS

8

DATA

8

Interface

8

DONE DATA

8

88

Περιφερειακή

Συσκευή 8

Address

Bus

Data

Bus

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Προγραμματιζόμενο I.C. για Ε/Ε

Êáôá÷ùñçôÞò

ÅëÝã÷ïõ

Ðüñôá

Åéóüäïõ

Ðüñôá

Åîüäïõ

ÄéÜäñïìïò Äéåõèýíóåùí (A0-A7)

8085

ìE

ÄéÜäñïìïò ÄåäïìÝíùí (D0-D7)

Êáôá÷ùñçôÞò

ÊáôÜóôáóçò

Ðüñôá

ÅëÝã÷ïõ

Åßóïäïò

ÄåäïìÝíùí

áðü ôçí

ÅîùôåñéêÞ

ÓõóêåõÞ

ÄåäïìÝíùí

ÅîùôåñéêÞ

ÓõóêåõÞ

Åîïäïò

ðñïò ôçí

Ðñïãñáììáôéæüìåíï LSI

. . .

ÓÞìáôá ÅëÝã÷ïõ

êáé åðéëïãÞò

Èõñþí

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Δημιουργία περισσότερων θυρών

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα μΥ-Σ όπου δεν έχουμε πρόσβαση στο

διάδρομο διευθύνσεων του, όπως για παράδειγμα σε ένα PC ή σε

ένα Μικροελεγκτή.

Πως πρέπει να σχεδιάσουμε το σύστημα I/O για τη δημιουργία

περισσότερων θυρών αν υποθέσουμε ότι διαθέτουμε μία θύρα

εξόδου και μία αμφίδρομη;

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΘΥΡΩΝ

8085

74LS

645

74LS

373

74LS645

74LS645

74LS645

74LS645

74LS645

74LS645

DIR

En0

En3

En2

En7

En2

En4

En6

En5

6 B

IDIR

EC

TIO

NA

L

PO

RT

S

En1

En7

DIR

DIR

DIR

DIR

DIR

ΜΑΘΗΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

Χρηματοδότηση

Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού.

Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.