微机接口技术概述

微机接口技术聂伟荣2011年春6/28/20231课程主要内容1微机接口技术基础2DMA控制器3总线技术4串行通信接口及其应用5A/D、D/A转换技术及其接口6人机接口6/28/20232教材及参考书主要教材:1.艾德才主编,微机接口技术实用教程(第二版),清华大学出版社,2009.52.雷丽文，微机原理与接口技术，电子工业出版社，2003参考书：1.戴梅萼,史嘉权。微型计算机技术及应用,电子工业出版社,20032.李大友，微型计算机接口技术，清华大学出版社，1997先修课程：微机原理及应用，模拟电路与数字电路6/28/20233教学要求与考核要求：通过本课程的学习和实验，了解并掌握基本串行接口、并行接口、人―机接口通信及数据采集系统的组成、基本原理、设计方法，并掌握微机在测控系统中的简单应用；在微机系统工程应用方面的实际动手能力得到锻炼和提高。

考核：平时成绩20%，实验成绩10%，期末考试70%。期末考试形式：开卷

6/28/202341微机接口技术基础1.1

接口及接口技术的基本概念1.2接口的功能1.3接口电路的组成及其传递的信息1.4接口的编址与译码1.5

常用外围接口芯片1.6微机接口设计与分析的基本方法6/28/20235微机硬件系统组成6/28/20236微机硬件系统结构图6/28/20237人是通过外部设备和软件使用计算机的，由于多种原因（信号兼容、电平匹配、时序\速度匹配、管理多个外设等），外设往往不能与系统总线直接相连，它们之间的信息交换需要一个中间环节（或称界面），这就是接口(Interface：接口，界面)。接口的基本概念包括硬件接口和软件接口两个方面的含义。1.1

接口及接口技术的基本概念6/28/20238从硬件角度讲，一个微机系统由CPU、存储器、接口电路、外部设备、电源及系统总线构成，存储器和各类外设都是通过各自的接口电路连接到系统总线上，如图1.1所示。不同的外部设备，通过各自相应的接口电路（或接口卡），连接到系统总线上，从而与CPU进行信息交换。1.1

接口及接口技术的基本概念6/28/20239CPU内存内存接口电源输入接口输出接口通信接口过程控制接口外存接口智能仪器接口键盘光笔声音输入图形输入打印机显示器绘图仪调制器解调器电传机ADCDAC开关量磁盘机磁带机光存储器数字化仪表6/披25由/2危02液3101.刷1接口棒及接子口技尽术的你基本芬概念从软啦件角饮度讲像，C挖PU计对外支设的法监控画以及鱼CP捏U、些M与料外设面的信扇息交芳换是史通过腥相应挠的接口捆程序来完爸成，产因此监软件浴接口垮也是拉接口词的重妹要组抄成部哑分。硬件艇电路包和接后口程萝序相态配合蜂才能误完成贼计算骗机与奖外设涝之间粉的信铅息交嗽换。6/恰25仇/2役02去3111.烛1接口掀及接听口技浇术的分基本盒概念微机谋接口罢：是指预CP狱U与吧存储做器、午外部攀设备许，或搂者两席种外盘设之少间，王或者必两种缺机器哪之间栗通过菌系统邪总线器进行枣连接毛的一耐组控板制电剩路及派其相们应的隶控制鸟程序锹,确是C缓PU垫与外璃设进甚行信康息交爸换的奸中转旱站。接口从广麦义上隐讲，认凡是丑两个叉相对枯独立井的子凉系统舰之间塑的连湿接部赢分均执可称士之为奋接口晓。6/柜25走/2姓02谜312接口龄技术：是标采用揭硬件它和软铲件相约结合隔的方盈法研螺究微巾处理溪器如场何与培外部溉世界六进行最佳连耦合籍与匹活配以实淋现C墨PU舰与外信界高效归且可脸靠的信啄息交眠换的忆一门纲技术扯,陪是计内算机寻应用赶领域侨的非哭常重描要的灶技术不。1.偷1接口箭及接局口技紧术的闲基本糟概念6/颤25搅/2闷02耻3131.字2寇接刷口的旨功能1)设备淹的选扩择功难能：即接舒口被览译码判寻址帅功能2)数据住的锁欠存与钞缓冲恨：输入给缓冲塑，输党出锁典存3)信号坊转换旦：串/抢并、剧并/慈串转归换，河数/涉模、未模/市数的身转换滋，电辽平转键换，诵光电幸隔离撤等4)分对蛾外设绢的控参制和杆监测叠：提供贞命令绘译码性和状斯态信丈息5)讨中葬断或际DM艰A管牌理6)可编悦程功乎能微机忽中，杆接口桌的基森本功木能就饿是对气数据滥传送鹊实现康控制造，具曲体包稠括以杜下六种功能浆：结论兄：任何鸦和C锯PU吧交换劈燕信息涌的设芝备及睡器件赚都必狼须通抓过相菠应的急接口屈才能布和总记线相删连。6/蚂25萄/2器02虫3141.膊3接口括电路猪的组蜂成及酷其传孟递的有信息1．辉数据投信息企(D销at螺a)五：1)扰数瞧字量：以二狠进制崖或A召SC型II训码表卸示的森数或早字符懒；2)塘模凤拟量暗：如温柴度、枣压力遵、位甘移等与；3)近开罚关量呈：只有叛两个眨状态岁的量除，如休开关睛的合料与断将，阀芦门的宵开与财关等吵，只途要用遗1位羊二进曾制数作即可尸表示色。2．逆状态淋信息伶(S疏ta嫩tu溪s)慌：1)维输入导装置党的状旗态：患是否厌准备小好数硬据（番Re隔ad粒y）钞；2)绿输修出装浩置的垄状态艘：若权为空明（E厚mp钟ty选）则倘可传以送；侄若输忍出装脾置忙弃（以架Bu边sy衔指示颠）则致不可六传送千；3．圈控制怎信息尺(C岩on沿tr怀ol励)：如控倚制输参入输孩出装言置启敲动或裙停止喝等信欣息。CP晋U与贺I/剂O设悬备之漏间通卖过接床口要闪传送婆的信垮息包敲括数据箭信息疲、状陕态信号息和吼控制瓣信息。6/书25窝/2常02亡315接口满电路稳的组逆成尽管塌功能遮不同资的接烦口电冻路结药构差决别很鼻大，祥但从凯使用伸和编涌程的冠角度婚来看烂，接键口电痒路对到应传仅送数疏据信庙息、碌状态呀信息秤和控链制信佳息，播应该袍包括论数据迹缓冲渔寄存朽器、羞状态党寄存蛮器和舞控制像寄存阻器等堤基本锅电路偿。接口蓬电路研连接榆于系忌统总麦线，低接口唱电路滑还应愧包括苍总线舌驱动纽奉、地萄址译宋码等誉读写站控制队逻辑雀电路颜。一个债典型疗的接键口电揉路如奶下图妥所示赖。6/算25芒/2落02粪316典型不接口宴电路6/贤25咸/2厕02影317CP慢U与蠢外设蠢之间改的数便据传先送方拴式(1牛)无爹条件斯传送测方式(2正)查恳询传绒送方颂式以上陶两种肯方式诸合称程序殖控制乒传送率方式，即种在程超序的牙编制掌中利育用I处/O忙指令掏来执运行输征入输呀出，盐CP愉U处钻于主淋动地绢位。(3界)中蓄断传捷送方袄式(4里)直摊接存碌储器齿存取兔(D均MA宽)方剪式CP床U与耐外部肤设备婚交换汤信息蚊通常同有如怠下四围种方桐式：6/杨25状/2折02撤318无条则件传床输方悉式最简液单的奥传送双方式贪，它醉适用鸦于外圣设总输是处亦于准微备好倍的情暂况，饼如开酬关设静备等片，较宗少使索用。1．碌无条慨件传市送的兰输入妥方式由于毁简单油外设槐用为躁输入衣设备饿时，给输入狡数据炊的保碑持时肾间相鼻对于泥CP报U的符处理厘时间按要长秧得多分，所糕以可检直接哈使用自三态筛缓冲道器和晨总线碍相连裳。输扁入时床认为酷来自脸外设告的数梨据已址出现梦在三炎态缓血冲器浅的输者入端桨。2．果无条魔件传貌送的姥输出爆方式在输巧出时焦，C诊PU闪的输薯出数记据经是数据尺总线泼加至纤输出盐锁存眯器的弟输入冷端。6/孕25嚼/2衫02摘319查询针传输惹方式查询舱传送述方式喇就是取在传祸送前的先查航询外店设的窑状态迅，当脉外设没准备拒好了租才传踢送；兴若未估准备或好，亩则C液PU好等待吊外设穷。1）查询奸式输肿入CP急U先巡寿从状碰态口勤输入灭外设岁的状尸态信扮息，依检查婶外设奥是否侵已准乎备好创数据柔。若威未准岁备好夜，则村CP帝U进参入循素环等乒待，扭直到躺准备妈好才译退出述循环采，输傅入数僵据。2）查询清式输洪出查询丸式输剑出时娇，C悉PU务必须哪先查拢外设弦的B彻US痛Y状砖态，音看外咱设的钢数据泻缓冲箱区是驱否已爽空。欧若缓验冲区湾为空纪，即疯BU铜SY寄为假晒，则钉CP惨U执娘行输恐出指暴令；业否则纲若B幅US她Y为促真，眯CP喉U就拉等待怕。6/京25狱/2想02普320中断昨传输隙方式在查郑询传享送方陵式中陡，C惜PU牌要不仗断地竭询问繁慢速传的外盘设，勒当外拢设没狸有准恢备好凑，C乏PU导就要吃等待忘，不环能做雨其它身的操翼作，压这样丛就浪拍费了猪CP上U的超时间委。为了善提高竖CP矛U的浩工作企效率伤，提傅出了盟中断亚传送拍方式息。采籍用中断传送米方式方，可题允许渐CP性U和满多个责外设锁并行补工作构，此暖时外呢设处膨于主耍动地熄位。在一吨定的立条件川下，俊外设凑向C悄PU静提出辰中断修请求假，C负PU洲响应尚中断瞧请求自后，郊暂停刚原程酒序的版执行罗，转栏至为辅中断伍服务亮，中歌断处沫理结姿束后汇继续遍原程腿序的光执行困。6/某25像/2粗02干321直接需存储撑器存刺取方棕式(袜DM拦A)中断跌传送怀方式匠相对真于查哄询传舱送方衰式来栋说，竹大大末提高展了C旁PU宴的利声用率房诚，但滩中断碑传送进方式填仍然俘是由痕CP鸭U通些过指课令来慌传送永的。趣每次锡中断鞋，都纺要进痛行保括护断游点、蛙保护感现场午，传篇送数岛据、偶存取晃数据勒以及箱最后乱恢复萝现场有、返亮回主推程序傍等操拆作，效需要昆执行愁很多涝条指丈令。DM阳A方筹式是究在D持MA餐控制驴器的勒控制间下，挑在存末储器厌与I范/O鄙设备拢之间腐直接纤进行饿数据敌交换恩而不读通过俯CP乘U。阵这样袄数据饲传送疾上限丙将主等要取储决于匪存储尼器的询存取使速度淋，数伶据传类输效舟率最耍高。6/改25叼/2骨02危3221.独4接口苏的编设址与临译码一个倒接口惭（In投te芝rf喝ac肺e)一聋般含贫有几旗个端口(Po泉rt)，C课PU匀通过仙输入筹输出叮指令沉向端纤口存宵或取晴信息核。端口主要惕有三择类：数据蔽口(嚼Da枯ta回)状态奥口(遥St摆at浴us瘦)控制聪口(肌Co液nt倾ro降l)6/辩25漫/2众02崖323I/条O装置CP绞U接口阀信息I/牢O端仪口1I/叠O端肆口2I/市O端亡口3端口割地址数据IO苦RQRDWR数据状态控制6/肥25泄/2么02逮324端口宰的编坟址方卖式I/悠O映脾射方推式(削I/佣O端光口独狗立编歼址)近：(1咸)因I/敢O设才备的陶地址音空间刘和存均储器元地址磨空间渗是独号立的慨、分悬开的配，即极I/邪O接疑口地会址不枪占用机存储折器的易地址解空间场。(2列)程微处况理器隆对I惑/O餐设备翠的管典理是捷用专握门的IN和OU素T指令锦来实就现数处据传阿送的榆。(3疾)湿CP命U对丘I/阴O设田备的摘读写告控制块是用梦I/既O读胸写控口制信茄号(I冒OR剥、I汁OW追)80参80斑、Z妈80兄、8次08反6/灰80虹88笑等系种列微害机采快用这拳种方凯式。通常五有两共种I油/O络接口宵结构番：一共种是I/精O映艳射方刷式，一酸种是存储垄器映纳射I呀/O燃方式。6/窝25唯/2寻02讨325端口导的编拥址方鲁式存储拥器映跨射I汁/O医方式议(I盏/O扬端口劝与M膊统一贞编址饲)：(1卧)茄I/杀O设筝备与侧存储乎器共四用同做一个曲地址演空间直。(2监)呀微处它理器火用对霜存储捕器进巷行操辨作的永指令倦来实躲现对霜I/悬O设览备的疑管理拾。(3爱)悬CP窃U用宗对存齿储器问的读疯写控游制信饿号M及EM贯R、门ME哈MW赔对I聪/O盘设备凭进行欠读写宪控制兔。Mo涂to跟ro严la戒的C烟PU阻采用凳这种灵方式觉。6/王25敏/2集02膨326I/乞O端照口地鼻址的护译码棵方法用逻爸辑门臣电路友进行厉译码用译丧码器甲进行方地址多译码开关诱式可乎选口谜地址僻译码6/恳25叠/2岗02悦3271.啦5刘常用集外围震接口虏芯片微机贪外围休接口柏芯片援品种仍繁多绳，常忍用的争有：1）细并行订接口驶芯片戚82锡55稍A、绸81须55对A、始Z8垒0-吹PI法O：2）距串行歇接口畏芯片李82欢50摔、8招25赠1、馋Z8恭0-创SI巧O；3）行定时炭器/朵计数喷器8怜25多3、剩82幕54妹、Z贴80言-C团TC锦；4）币中断矿控制章器8愉25茫9A械；5)迹D龄MA眼控制台器8共23猪7A滔、Z歌80蚊-D包MA蠢；6）裤人机催接口较:养键盘削/L切ED斜专用拨控制僻器8井27教9；浴C欢RT坚、磁皱盘控堂制器击Up柿d7衡65顶、6掌84状3等趴，7）捞模拟性接口糟，A笼/D致转换衣器A搬DC波08鼠09板和D遭/A报转换油器D叫AC宁08仰32报等。6/渐25佩/2粪02周328IB蚊M士PC单机与泻外设其的主旅要接老口芯顺片定时欠/计念数器储82束53并行阁接口廊芯片希82教55中断这控制伶器8张25伴9DM壳A控苗制器鼓82臣37串行塔通信管控制熟器8博25浆0其它妹中小轻规模努集成杠电路围，如码缓冲伍器、哨锁存焦器以摄及用邮于与弃存储墨器以斯及键捉盘连地接的铺接口柏芯片障等。6/狂25哈/2领02侵329

数据总线缓冲器计数器0号D7~D0内部数据总线RDWRA0A1CS读/写控制逻辑计数器1号计数器2号控制字寄存器CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT282喉53耗的内华部结患构6/异25勇/2纸02叛330

A组控制B组控制数据总线缓冲器A组端口A(8)A组端口C高4位B组端口C低4位B组端口B(8)RDWRA0A1RESETCS读/写控制逻辑D0~D78位内部数据总线PA7~PA0PC7~PC4PC3~PC0PB7~PB0CPU接口内部逻辑外设接口82跳556/杠25乘/2为02季33182奴59搏A的迹内部矿结构

数据总线缓冲器控制逻辑D7~D0内部数据总线RDWRA0CS读/写控制逻辑在服务寄存器(ISR)优先权电路级联缓冲/比较器IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7CAS0CAS1CAS2SP/EN中断请求寄存器(IRR)中断屏蔽寄存器(IMR)INTAINT6/掏25得/2款02令3321.钥6帖微机鼠接口窜设计幻玉与分驶析的禽基本冻方法首先紫要分搬析接虚口两燥侧的滔情况对C骑PU忌一侧乡丰，要荒弄清联CP折U的参类型蕉和总烧线引怖脚定肆义，文如C灰PU跌提夺供的虾数据蜻宽度富（8舍bi役t、随16若bi眼t、渡32撤bi俗t）延、地箱址线怎宽度接（1丢6b荷it异、2必0b伴it愉、2裁4b浅it赚）和握控制哑线的混逻辑亩定义巷（高翼电平缺有效妈、低省电平际有效载、脉汁冲跳咱变）巨，以陡及时细序关驼系有柴什么关特点盾。对于肝外设舅一侧棍，连脖线只旋有三扑种：芝数据哥线（芝即接谜口的浩数据户端口工）、礼控制亚线和稠状态伸线。巷设计滚和分针析的旋重点调应放叔在控戏制线混和状端态线哭上，躁因为举接口循上的劫同一题个引惊脚接膝不同词外设浓时的嘴作用萌可能凉不同系。外找设的换速度肆千差租万别丢，而罚且相质差悬咱殊。致因此择尤其乎要注但意如回何借蒙助接蜂口在鸭时序恰上与桥CP澡U配喘合工砍作。6/坟25带/2夜02最333进行亮适当统的信趁号转忽换有些腹接口林芯片仆的信侍号线月可直钻接与奔CP荷U系戏统连变接，祥有些鉴信号侧线则妻需经啊过一熊定的诊处理毕或变牙换，纽奉这种就变换腹包括逻辑成上、抗时序山上或誓电平苦上的。卖特别屠是接类外设蜓一侧越的信档号线证，由营于外谈设需东要的舅电平飞常常济不是题TT屑L电深平,鼻而抗且要聪求有先一定齐驱动今能力躁。因飞此多的数情耻况下袜，要狱经过搜一定柏转换算才能快连接姿。总姥之，掩CP是U和谷外设忍之间套的各通种不裕匹配送都要杰由接慌口电挡路完次成双牵方的闹匹配战和协只调工央作，锐以保江证信划息的航正确诊传输婶。1.催6牲微机假接口剪设计却与分奖析的员基本风方法6/汽25容/2叔02蚕334接口贸驱动箭程序同分析赚与设乎计现在聪使用妈的接滥口芯士片多远数是异可编凝程的最，因颠此设巨计接悲口不蹄仅是拿硬件演上的蛾问题毙，而呼且还劫包括呢编写赶驱动仓程序与。编苦制驱吸动程享序可擦按以脆下三队个步穗骤进浮行。1）逢熟练擦掌握净接口沟芯片脏的编查程方室法，宗如：但控制隙