接口课程介绍及补充知识 课件.ppt

微机接口及应用 计算机系刘双虎2008年春课件密码 informationEmail liushuanghu 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 微机接口及应用 刘双虎 信息工程学院计算机系 2008年春 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 课程性质 是本专业必修核心课程 是突出计算机应用的一门课程 课程要求 出勤 不说话 当堂问题尽量弄懂 考核方式 闭卷考试平时出勤 作业和课堂表现15 实验15 期末考试70 本课程共56学时 42课堂 14实验 课程性质 要求 考核方式 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 硬件类 软件类 CPU及整机设计 计算机组成原理 BIOS与接口驱动程序设计 模拟电路 数字逻辑电路设计 嵌入式 单片机系统 SOC芯片设计 计算机系统结构 外围接口电路设计 操作系统 编译系统 数据库 数据结构 C JAVA 离散数学 电子商务 多媒体技术 算法设计 数值分析 信号与系统 计算机理论课程 数学基础课程 汇编语言 软件工程 VB 本课程在计算机课程体系中的位置 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 接口技术的意义 可以充分利用微处理器的强大功能 设计出智能化的仪器仪表 自动控制器系统 各种嵌入式的通信设备 家电 工业产品等 大大减少了硬件的复杂程度 减低成本 提高性能 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 不限于普通微机可以应用于notebook 工控机嵌入式微机单片机DSP系统 接口技术的应用范围 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 参考教材 参考书 微计算机原理潘名莲电子工业Intel微处理器 从8086到Pentium系列体系结构 编程与接口技术 第五版影印版 高等教育出版社 电子工业出版社 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 答疑与问题探讨 时间 星期五下午 初步 其它时间可email或电话预约地点 计算机接口实验室 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 关于这门课的几点建议 1 课程特点 理论联系实际非常紧密的课程 同时有很多东西需要记忆 因此略显枯燥 需要多看书 2 上课要认真听讲 主动参与 不明白的及时问老师 3 独立完成作业 同学之间相互交流 一起讨论 但一定要独立完成作业 4 上机 试验前必须要预习 在上机前编写好要调试的程序 做到心中有数 有的放矢 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 课程介绍1 CPU如何与总线通信 CPU的信号与工作模式 CPU如何与MEM或I O设备通信 I O接口与译码 总线如何工作 总线标准 PCI I O接口如何主动与CPU通信 中断技术 8259 实验 I O接口的定时与计数功能 8254 实验 I O接口的并行通信 8255与并行接口 I O接口的串行通信 串行通信协议与8251 I O接口直接和MEM通信 DMA 8237 I O软接口技术 驱动程序编写 实验 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 课程介绍2 微机系统概述 介绍微机的发展概况 特点与类型 学习微机的系统结构 明确学习微型机的意义 微机原理 汇编 微处理器特性 在了解微处理器结构 ALU 寄存器组 指令处理单元和堆栈 基础上 重点学习intel80 x86内部结构和外部特性 掌握intel80 x86的引脚功能 总线支持电路 三态缓冲器和锁存器 总线周期时序 微机原理 汇编 基本输入输出接口 明确接口有关概念 了解I O接口的编程方式 认真领会微处理机与外设的数据传送方式 掌握无条件和查询传送方式 理解中断传送和DMA传送方式 重点 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 课程介绍3 总线接口技术 认识总线和总线标准 掌握微机系统中几种常用总线 PC总线 ISA总线 EISA总线和PCI总线 理解其它类型的总线 难点 中断控制接口 学习intel8088的中断系统 掌握8259的功能 编程和应用 学习PC系列中8259的应用和编写中断服务程序的方法 难点 重点 DMA控制接口 掌握8237A的工作周期 工作模式 编程和使用 学习PC XT机中8237A的应用 难点 重点 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 课程介绍4 定时计数控制接口 了解计数器 定时器的作用 掌握8254的工作方式 编程和使用 学习微机中8254的应用 难点 重点 并行接口 掌握8255A的工作方式和使用 了解在微机中8255A的应用 掌握键盘的工作原理和键的识别方法 重点 串行通信接口 学习串行通信的有关概念和串行总线RS 232C 掌握8251的功能 编程和使用 学习异步通信适配器电路和异步通信I O功能程序 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 一 常用的名字术语及二进制编码 位 bit 字节 Byte 字和字长 word 位编号指令指令系统和程序寄存器译码器1 位 bit 指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令 故 位就是一个二进制位 有两种状态 0 和 1 2 字节 Byte 相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte 8bit如 1100001101010111 预修知识补充 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 3 字和字长字是CPU内部进行数据处理的基本单位 字长是每一个字所包含的二进制位数 常与CPU内部的寄存器 运算装置 总线宽度一致例某CPU内含8位运算器 则 参加运算的数及结果均以8位表示 最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存 而将其保存到标志寄存器中 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 二 计算机的基本结构1945年 美籍匈牙利数学家JohnVonNeumann提出 冯 诺依曼计算机体系 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 冯 诺依曼计算机的工作原理可概述为 事先编制程序 存储程序 程序控制 要点 1 以二进制表示数据和指令 程序 2 先将程序存入存储器中 再由控制器自动读取并执行3 由运算器 存储器 控制器 输入装置和输出装置五大功能部分组成计算机系统 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 微机结构 1 微型计算机的基本结构 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 微机的硬件由CPU 存储器 输入 输出设备构成 输入 输出设备通过输入 输出接口与系统相连 输入 输出接口简称I O接口 各部件通过总线连接 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 1 总线 连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 按信号的作用 总线分为三类 地址总线 数据总线 控制总线地址总线AB AddressBus 单向用来传送CPU输出的地址信号 确定被访问的存储单元 I O端口 数据总线DB DataBus 双向用来在CPU与存储器 I O接口之间进行数据传送 控制总线CB ControlBus 用于传送各种控制信号 双向有的是CPU发出 如读控制信号 写控制信号 有的是发向CPU 如外设向CPU发出的中断申请信号 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 地址总线的条数决定CPU的寻址能力 数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度 10根 21010241K20根 2201024K1M32根 23222 2304G36根 23626 23064G 8根 一次传送8位16根 一次传送16位32根 一次传送32位64根 一次传送64位 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 中央处理器CPU 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 8088的编程结构 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 3 内存 内存是存储程序和数据的部件 由地址译码器 内存单元等构成 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 4 外设和输入 输出接口 I O接口 键盘 键盘接口显示器 显示卡鼠标 串行接口网络 网卡打印机 并行接口音箱 麦可风 声卡 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 微机的工作过程计算机的工作原理是 存储程序 程序控制 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 微机的工作过程分两阶段 取指令执行指令 取指令阶段 CPU读内存操作 执行指令阶段 1 由IP PC 给出指令在内存的地址 2 地址经地址寄存器 地址总线 地址译码器 选中指令所在的内存单元 3 CPU发出内存读控制信号 4 指令从内存 数据总线 数据暂存器 指令寄存器 5 指令译码器对指令进行译码 经译码后的指令 由控制电路发出控制信号去执行 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 例指令1 将寄存器R1与R3的内容相加 结果存在R3中 指令1在CPU内部即可完成 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 例指令2 将内存中的数据2送至CPU的寄存器R2中 指令2的执行阶段包括一个到内存取数 即读内存 的过程 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 例指令3 将寄存器R3的内容送至数据3的内存单元中 指令3的执行阶段包括一个向内存存数 即写内存 的过程 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 微机的工作过程 当一条指令取走后 指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址 这样 当一条指令执行后 又进入取指令阶段 如此不断的重复 取指令 执行指令 取指令 执行指令 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 8086CPU采用双列直插式的封装形式 具有40条引脚 它采用分时复用的地址 数据总线 所以有一部分引脚具有双重功能 即在不同时钟周期内 引脚的作用不同 8086的引脚信号 括号中为最大模式下的名称 三 8086的引脚 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 1 数据信号线 DB 与地址信号线 AB AD15 AD0 三态 地址 数据复用线 访问I O或存储器时 首先发地址 ALE有效 然后用于传送数据 地址信号有效时为输出 传送数据信号时为双向 DMA时高阻态 A15 S6 AD0 S3 三态 输出 高4位地址信号 与状态信号S6 S3分时复用 S6 始终为低电平S5 和IF相同S4S3 指示正在使用哪个寄存器 00ES01SS10CS注意 访问I O口时不需要A19 A1611DS因为接口范围只有64KB 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 控制线 最大最小方式下都存在的8条控制线 BHE S7 高8位数据允许 状态 输出 三态 S7未定义RD 三态 输出 读命令信号 TEST 输入 与WAIT配合 低电平CPU结束等待 INTR 输入 可屏蔽中断请求输入端 高 有INTR中断请求NMI 输入 非屏蔽中断请求输入端 低 高 有NMI中断请求RESET 输入 为高时 CPU执行复位 除CS设置为FFFFH外 其他寄存器清零 CLK 时钟信号 输入 占空比1 3 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology READY信号 输入 高电平有效 用于协调CPU与存储器 I O接口之间的速度差异READY信号由存储器或I O接口发出 READY 0时 CPU就在T3后插入TW周期 插入的TW个数取决于READY何时变为高电平 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 3 电源和地线VCC 电源线 5V 10 波动 GND 地线4 其它控制线24 31引脚根据8086的工作方式 最大 最小方式 不同定义不同 以后介绍 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 时钟周期 是CPU的基本时间计量单位 执行指令的时间刻度 由主频决定 总线周期 CPU访问 读 写 一次I O口或存储器所花的时间 一般由4个时钟周期组成 8086的时钟和总线周期 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 总线周期CPU访问 读 写 一次I O口或存储器所花的时间 一般由4个时钟周期组成 时钟周期 状态T总线周期 T1 T2 T3 T4T1 发地址到总线 存储器或I O的地址 T1 T4 写周期 CPU直接把数据送上总线 读周期 T2总线浮空以便缓冲 写地址转换为读数据 CPU在T3 T4从总线上读数据 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 另外 TW 等待周期 Wait 存储器或外设跟不上CPU速度 数据未准备好 Ready无效 低电平 CPU在T3后插入一个或多个TW 数据准备好则发有效的Ready 高 信号 CPU进入T4状态 TI 空闲周期 Idle 总线空闲则插入TI 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 四 8086 8088的工作方式 8086可工作于两种模式 最小模式为单处理机模式 控制信号较少 一般可不必接总线控制器 最大模式为多处理机模式 控制信号较多 须通过总线控制器与总线相连 了解最小 最大方式连接图即可 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 一 最小方式及8282 8286的应用1 最小方式由图2 8可知 在8086的最小模式中 硬件连接上有如下几个特点 1 MN 引脚接 5V 决定了8086工作在最小模式 2 有一片8234A 作为时钟发生器 3 有三片8282或74LS373 用来作为地址锁存器 地址与数据的分离 4 当系统中所连接的存储器和外设比较多时 需要增加系统数据总线的驱动能力 这时 可选用两片8286或74LS245作为总线收发器 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 8086CPU最小模式下的典型配置 最小模式图 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 最小模式下的连接示意图 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 8282 74LS373 具有三态正相输出的锁存器 潘名莲 p46图2 9 内部包含8个D触发器引脚 DI0 DI7输入DO0 DO7输出STB锁存信号OE 输出允许功能 STB 1锁存数据OE 0将锁存的数据输出OE 1输出高阻态功能类似的还有8283 但为反相 输出与输入相反 输出 2 8282 74LS373 8283 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 8286 74LS245 双向三态驱动器 p47图2 10 引脚 A0 A7和B0 B7双向数据线OE 输出允许T方向控制功能 OE 0时 门导通 门导通时 T 0 B A T 1 A B功能类似的还有8287 但为反相输出 3 8286 8287的应用 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 总线驱动器2 74LS244 三态门驱动器 含8个门 引脚 I1 I8和O1 O8输入线和输出线E1 E2 使能信号 各控制4个三态门功能 1G 0 2G 0 门导通 否则输出为高阻态 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 4 最小方式下 24 31号引脚功能定义 M IO 输出 三态 区分CPU当前访问的是存储器还是接口 指出当前访问的是存储器还是I O接口 高 I O接口 低 内存 WR 输出 三态 低电平有效 写信号 有效时间为总线周期的T2 T3和TW DMA时悬空 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology HOLD 输入 高电平有效 总线保持请求信号当CPU以外的其他设备 如DMA控制器 要求占用总线时 通过该引脚向CPU发出请求 CPU收到此信号 在T4或TI的下一个状态发HLDA应答 并把所有具有三态的AB DB CB浮空 HLDA总线保持应答信号 输出 高电平有效 对HOLD信号的响应 为高电平时 表示CPU已放弃总线控制权 所有三态信号线均变为高阻状态 浮空 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology INTA INTAcknowledge输出 低电平有效 中断响应信号 与INTR配合使用 CPU收到INTR如果IF 1 则会在当前总线周期和下一个总线周期中 从INTA引脚发2次负脉冲 T2 T4 第1个 通知外设中断已经允许第2个期间 由外设往数据总线上送中断类型码N 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology ALE 出 高有效 固定在任意一个总线周期的T1状态输出 不能被浮空 表示当前地址复用总线上输出的是地址信号 提供给地址锁存器 DEN 三态 输出 低电平 数据允许信号 表示DB上的数据有效 提供给数据总线收发器8286 8287OE 访问存储器 接口或中断响应周期 发中断类型码N 有效 DT R 三态 输出 数据收 发控制信号 数据传送方向高 CPU输出 低 CPU输入 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 二 最大模式1 除了主处理器86 88还有协处理器8087 8089 最大模式 多了8288总线控制器 后面讲 多了8286数据收发器增加驱动能力最主要就是对总线控制方面作了调整 见引脚信号 成于大气信达天下 ChengduUniversityofInformationTechnology 2 最大方式下24 31引脚定义 S2 S1 S0 三态 输出