7.1.2. Простые внешние устройства

По-видимому, самым простым внешним устройством является порт вывода. Такие устройства являются стан­дартним компонентом большинства микропроцессорных систем. У микропроцессоров первых поколений порты реализовались отдельными микросхемами, у современных микроконтроллеров они обычно интегрированы в один кристалл с процессором.

Порт вывода представляет собой регистр и несколько выходных контактов. В литературе вход-ные и выходные контакти микросхем обычно называют просто входами и выходами. Количество выходов порта, как правило, соответствует, и никогда не превосходит количества битов в регистре. Если в бит регистра записан ноль, напряжение на виходе порта будет низким, а если единица, то, соответственно, высоким. Большинство современных микропроцессорных комплектов используют так называемые ТТЛ-совместимие напряжения, когда нулю соответствует напряжение 0 В, а единице — 5 В.

Применения порта вывода многообразны. Например, к нему можно присоединить светодиод и получить лампочку, миганием которой можно программно управлять (такне диоды часто используются при отладке программ для микроконтроллеров — вместо диагностической печати).

Кроме того, к выводу порта можно присоединить внешнюю цифровую, ана­логовую или злектромеханическую схему (например, шаговий злектродвигатель), которая будет вьшолнять какую-то полезную работу. Таким образом, порт вывода, как правило, не является внешним устройством сам по себе, а служит интерфейсом между микропроцессором и собственно внешним устройством.

Другое столь же простое устройство — зто порт ввода. Порт ввода также состо­ит из регистра и нескольких входных линий, соответствующих битам реги­стра (рис. 7.3).

Бит регистра имеет значение 0, если на вход подано низкое напряжение и, наоборот, единицу — если высокое.

Регистр порта ввода часто называют регистром-защелкой, потому что основная его функция — зафиксировать напряжения на входах в определенньїй момент времени и передать их центральному процессору в виде однозначно определенных значений.

Рис. 7.3 Порт ввода

Разработчики микросхем часто совмещают входы портов ввода и выводы портов вывода, создавая таким образом комбинированное устройство — порт ввода-вывода. Такое устройство должно быть существенно сложнее, чем простая комбинация порта ввода и порта вывода. (рис. 7.4).

Рис.7.4 Принципиальная схема порта ввода-вывода

Таким образом, даже такое простое устройство, как порт ввода-вывода, имеет целых три регистра: два регистра данных (многие реализации портов размещают зти два регистра по одному адресу: при чтении обращение происходит к защелке порта ввода, а при записи — к регистру порта вывода) и один управляющий. Более сложные устройства обычно также имеют один или несколько регистров данных и один или несколько управляющих регистров. Устройства, передающие и принимающие большие обьемы данных (контроллеры жестких дисков, сетевые интерфейсы, видеоадаптеры) часто вместо одного регистра данных снабжаются буфером памяти, отображенным на адреса памяти процессора.