第3章 微机接口技术pptConvertor.doc

3 微机接口技术概念 微型计算机与外部设备之间的公用边界，把微型机与外界各种检测、控制对象联系起来的纽带和桥梁。特征（1） 利用软、硬件综合完成某一特定任务的技术。（2） 微机接口的基本任务：把微处理机和外部设备连接起来，使两者之间正确的交换和传递信息。微机接口技术的发展第一阶段：用TTL、MSI构成的简单功能接口。第二阶段：可编程接口：8155、8279、8255等。第三阶段：智能接口或通用外围接口，接口内部有微处理器（单片机）：如MCS-51、MCS-96等,如现在的很多打印机接口就是用51系列单片机来做的。第四阶段：功能接口板，如工业控制计算机的输入输出控制板卡：研华的818、812等计算机板卡。计算机板卡简要介绍： 与计算机的连接： 1）PCI插槽 ；2）ISA插槽；3）USB接口 计算机从采集卡获得数据的方式： 1）TIMER方式； 2）中断方式；3）DMA方式微型计算机的基本结构三总线结构AB（Adress Bus）、DB（Data Bus）、CB（Control Bus）。2 总线的结构类型 单总线、双总线、双重总线（对于需要DMA控制器的场合是必须的）。接口的基本功能与结构基本功能（1） 微机与外设间传递数据的中途缓冲站。（2） 正确寻址与微机交换数据的外设。（3） 提供微机与外设间交换数据所需的控制逻辑和状态信号。基本结构I/O端口的编址方式存储器映像方式将I/O端口与存储单元同等看待，一起编址。如MCS-51等。隔离I/O方式将I/O端口与存储器作不同的处理，分开编址，形成相互隔离的I/O和存储器两个地址空间，如Z-80、Intel公司的CPU等。I/O读写控制信号： 、M读写控制信号： 、注意：访问I/O端口必须用专用的I/O指令。PC系列机的I/O端口编址直接寻址：输入指令：IN AL, Port （1字节） 和 IN(E) AX, Port (2字节) 输出指令：OUT Port, AL （1字节） 和OUT Port, (E) AX(2字节) 间接寻址：输入指令：IN AL, Dx 和 IN(E) AX, Dx 输出指令：OUT Dx, AL 和 OUT Port, (E) AX 注意：（1）PC系列微型计算机有标准I/O端口地址，并有详细分配表。（2） 用户要自己开发接口电路板时，只能使用计算机未用的地址。在使用计算机板卡时，为方便用户使用，所有的计算机板卡都有地址设置功能，注意不能与声卡、网卡及其它采集板卡冲突。例：研华板卡上有DIP开关进行地址设置。I/O同步控制方式同步控制的概念概念：微机基本系统与I/O外设之间数据传送的管理方法，是微机系统的一种调度策略。目的：实现MPU与I/O设备之间操作的同步，以实现两者间正确有效的数据传送。原因：速度差异（MPU速度快，外设速度多种多样）I/O设备的同步控制方式程序查询式：MPU检测状态端口，看是否准备好。 I/O设备被动。中断驱动式：向MPU发中断请求，MPU被动。直接存取存储式：不需MPU介入，M与I/O直接进行数据传送。专用I/O处理器式： I/O处理器完成各种操作。3.2 总线连接技术总线概念：在模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息、相互通信的一组公用信号线。特点：公用性；在同一时刻总线上只能允许一对模块进行信息交换。物理连接：电缆的选择与连接、缓冲器的驱动、接收器的选择与连接、屏蔽、抗干扰等。电信号连接技术：基本信息线的缓冲、匹配、总线握手、总线判决和中断技术。总线握手技术总线完成一个传输周期分成四个阶段： 总线请求和仲裁、寻址阶段、传输阶段、结束阶段。概念主模块取得总线使用权后，如何在主模块和从模块之间实现高速而可靠的寻址与数据传送。总线握手方法（1） 同步总线协定：控制源只有一个时钟振荡器，时钟脉冲的前沿和后沿分别指明一个总线周期的开始和结束。高速（2） 异步总线协定：一问一答方式，适应高低速传输。（3） 半同步总线协定：多一个Wait信号线，同速时Wait不用，相当于同步；不同速时发Wait，相当于异步。（4） 周期分裂式总线协定：总线判决技术适用范围：多处理器或带DMA控制器的单处理器。总线判决方法：（1）菊花链判决（串行或串联判决）：三线菊花链最多。总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB。（2） 二维总线判断。3.3 并行接口串行接口与并行接口概述（1） 并：被传送数据的各位同时在总线上传输。 串：被传送数据的各位一位一位在总线上传输。（2） 串行与并行是指I/O接口与I/O设备之间的通信方式， I/O接口与MPU之间通信全为并行方式传送。串行接口与并行接口的异同并行：如打印机；速度高，成本高，距离近串行：智能仪表；速度低，成本低，距离远。RS485可达1.2Km。并行接口的一般结构注：（1） 注意输出线是什么输出方式：OC输出、三态输出等。（2） 并行接口电路有的端口是固定的，有的是可编程的。（3） 关于并行接口的其它知识，自学。3.4 串行接口串行通信的基本概念基本的数据传送方式（1） 单工（Simplex)方式（2）半双工（Half-duplex）方式（3）全双工（Full-duplex）方式波特率和收/发时钟波特率：单位时间内传送二进制数据的位数。如果传输介质上是以n个脉冲来调制一位数据，则：比特率=n*波特率。收发时钟：作用：对传送的数据进行定位和同步控制。 收发时钟频率= n*波特率， 一般n取1，16，32，64。对于异步通信， n常取16；对于同步通信， n常取1。3 信号的调制和解调（1）传输线的频带宽度有限（普通电话线小于3000Hz），原因：传输电阻和分布电容。（2）传输距离与传输速度是矛盾的。注：在曲线下方发送和接收不加调制调解器，否则要加。串行通信的基本方式同步和异步同步串行通信收/发双方必须采用同一时钟。无论是同步，还是异步通信，为保证通信的正确，发送方和接收方必须遵守双方共同的协定：数据传送格式、起始标志、结束标志、校验方式、通信波特率。串行通信接口标准（一 ） 定义及常用串行通信标准定义：串行接口与外设之间的信号连接标准。常用串行通信标准：RS-232-C、RS422A/423A。（二） RS-232-C标准简介定义了按串行传输的数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口信息，最初用于电话交换系统的通信。一般采用25针的连接器，管脚分布如下：（三）几种常用的通信连接方式PC系列微型计算机串口9芯接插件管脚分布。计算机与单片机之间的通信1） 问题 单片机与计算机串口电平信号不统一，不能直接相连，必须进行电平转换。单片机串口：高电平+5V，低电平0V。计算机串口：高电平-3-15V，低电平+3+15V。2） 解决方案（1） 采用的芯片 1488 ：供电15V，输入为TTL电平，输出为RS-232电平。 1489 ：供电+5V，输入为RS-232电平，输出为TTL电平。3）计算机与多个单片机的通信连接图多机通信实现：各设备编号，计算机发送数据，单片机不断从总线上读取数据，当读取的编号与编码一致时，认为是计算机对自己进行控制，发送命令响应，计算机开始发送其它控制指令，而其它单片机不能往总线上发送任何信息，避免总线冲突。（四）RS232与RS485的区别RS232全双工通信接口，由EIA（美国电子工业协会）制定。计算机上的RS232接口常采用9引脚方式，常用串口有两个：COM1与COM2。特点：传输距离短，小于15M。原因：抗干扰差，在地线上的干扰被地吸收，而信号线上的干扰则传输到了CPU2。RS485 ：半双工特点：传输距离远。原因：信号发送前分成正、负两条线路，当达到接收端后再将信号相减还原，即使有干扰，两条信号线上的干扰相减就消除了。两种通信方式的比较如下表：干扰标准类别RS-232RS-485信号模式单点接入差动式接线方式9线/3线2线传输距离15M1200M传输速率115200bps10Mbps传输类型全双工半双工3.5 DMA控制器特点（与程序控制的data传送相比）传送data的路径不同：程控时必须经过CPU；DMA无须经过CPU。传送data的控制源不同：程控时以CPU为核心； DMA时以DMA控制器为核心。DMA的响应时间短：不用保护现场，无须有关等待时间。总线占用方式使CPU暂时放弃总线控制权的方式（三态总线技术）暂停CPU时钟脉冲，使CPU处于休眠状态。窃取CPU空闲时间的方式。DMAC的基本功能和结构基本