微机原理与接口技术学习心得

微机原理与接口技术学习心得本学期微机原理课程已经结束，关于微机课程的心得体会甚多。微机原理与接口技术作为一门专业课，虽然要求没有专业课那么高，但是却对自己今后的工作总会有一定的帮助。记得老师第一节课说学微机原理是为以后的单片机打基础，这就让我下定决心学好微机原理这门课程。初学《微机原理与接口技术》时，感觉摸不着头绪。面对着众多的术语、概念及原理性的问题不知道该如何下手。在了解课程的特点后，我发现，应该以微机的整机概念为突破口，在如何建立整体概念上下功夫。可以通过学习一个模型机的组成和指令执行的过程，了解和熟悉计算机的结构、特点和工作过程。《微机原理与接口技术》课程有许多新名词、新专业术语。透彻理解这些名词、术语的意思，为今后深入学习打下基础。一个新的名词从首次接触到理解和应用，需要一个反复的过程。而在众多概念中，真正关键的并不是很多。比如“中断”概念，既是重点又是难点，如果不懂中断技术，就不能算是搞懂了微机原理。在学习中凡是遇到这种情况，绝对不轻易放过，要力求真正弄懂，搞懂一个重点，将使一大串概念迎刃而解。学习过程中，我发现许多概念很相近，为了更好地掌握，将一些容易混淆的概念集中在一起进行分析，比较它们之间的异同点。比如：微机原理中，引入了计算机由五大部分组成这一概念；从中央处理器引出微处理器的定义；在引出微型计算机定义时，强调输入/输出接口的重要性；在引出微型计算机系统的定义时，强调计算机软件与计算机硬件的相辅相成的关系。微处理器是微型计算机的重要组成部分，它与微型计算机、微型计算机系统是完全不同的概念在微机中，最基础的语言是汇编语言。汇编语言是一个最基础最古老的计算机语言。语言总是越基础越重要，在重大的编程项目中应用最广泛。就我的个人理解，汇编是对寄存的地址以及数据单元进行最直接的修改。而在某些时候，这种方法是最有效，最可靠的。然而，事物总有两面性。其中，最重要的一点就是，汇编语言很复杂，对某个数据进行修改时，本来很简单的一个操作会用比较烦琐的语言来解决，而这些语言本身在执行和操作的过程中，占有大量的时间和成本。在一些讲求效率的场合，并不可取。汇编语言对学习其他计算机起到一个比较、对照、参考的促进作用。学习事物总是从最简单基础的开始。那么学习高级语言也当然应当从汇编开始。学习汇编语言实际上是培养了学习计算机语言的能力和素养。个人认为，学习汇编语言对学习其他语言很有促进作用。汇编语言在本学期微机学习中有核心地位。本学期微机原理课程内容繁多，还学习了可编程的计数/定时的8253，可编程的外围接口芯片8255A，可编程中断控制器8259A等。学的这些都是芯片逻辑器件，“可编程”说明其核心作用不可低估。还有就是，在学习中要考虑到“学以致用”，不能过分强调课程的系统性和基本理论的完整性，而应该侧重于基本方法和应用实例。从微机应用系统的应用环境和特点来看，微机系统如何与千变万化的外部设备、外部世界相连，如何与它们交换信息，是微机系统应用中的关键所在，培养一定的微机应用系统的分析能力和初步设计能力才是最终目的！在此门课程的学习过程中，××老师给我们细心讲解了一个个重要的知识点，并为我们一一解答了我们学习过程中遇到的问题及疑惑。因此在本学期结束之际，再三感谢××老师给予我及同学们在学习上的帮助和支持！微机原理与接口技术学习总结摘要：对这学期《微机原理与接口技术》课程内容的介绍，概括了微机原理与计算机接口技术，探讨了USB接口技术的应用以及其展望，简单地谈了一些学习体会。关键字：微机原理；接口技术；USB1、引言在计算机技术高度发展的今天，普遍认为，要开发一个系统，接口技术是重要的。计算机技术的发展使得越来越多的领域都广泛的使用计算机，尤其是实时与自动控制系统的设计应用在当代微机控制领域中成为了主要的技术支撑，而控制系统与微机之间如何进行数据的交换与传递，微机如何对被控制对象进行实时控制，并且要求精度高，且稳定，这就需要设计之间的接口。因此，《微机原理与接口技术》这门课程就是关于微型计算机的原理以及控制系统与微型计算机之间接口技术的问题。《微机原理与接口技术》作为我们机械电子工程专业的研究生选修课程，同时也是我们进行机械控制技术研究的重要理论基础。本课程主要讲了计算机接口相关的基本原理、微处理器系统和微型计算机系统的总线、计算机接口技术的介绍以及计算机接口技术在工程实际当中的应用等。当前计算机接口技术主要要解决的问题有两类：一是以单片微机为核心的专用小系统设计，另一则是以商品机PC/XT/AT为基础的系统扩充。这也是我们这学期《微机原理与接口技术》重点要解决的两类问题。2、课程主要内容根据本学期《微机原理与接口技术》课程的上课学习情况，本课程的主要内容大概可以归纳为以下几个方面：1、计算机接口技术的基本原理1）计算机总线及其结构、特点计算机系统由中央处理器（CPU）、存储器、IO系统组成，在发展的初期，CPU与各模块之间采用点对点的方式直接连接，集成电路发展之后，才出现以总线为中心的标准结构。图1计算机总线结构原理图从而，计算机总线的特点主要有：A、总线结构简化了软硬件设计：所有的设备都以插件的形式挂接在总线上，设备在系统中只与总线直接打交道，因此硬件的设计与调试变得简单化；软件也变得规范化，并且同一类的总线设备相关软件的编写都有类似的模板可以遵循；B、总线简化了系统结构：整个系统的连线减少了，整体逻辑变得简明，而且总线结构的出现，使得系统的制造与安装都变得简化；C、便于系统扩展与更新：设备的扩展只是在总线负载能力许可的范围内增加系统的外设，而更新只是替换挂接在总线上的某一个设备，这些操作已经最大化地降低了对操作人员的技术与知识要求。其实，总线就是一组公用导线，一些数据源中的任何一个都可以利用它传送数据到另一个或者多个目的。它能使要使数据传输无误，总线就要维持一个时序，在第一个事件结束后才能开始第二个事件；此外，在给定的时间周期内，源只能有一个，目的可以有多个。总的来说，总线是时分复用的，在特定时间周期内，总线只能为一个源专用。2）两个重要的电路一是集电极开路电路；一是三态电路。集电极开路电路可以解决总线以下几个问题：任何时间总线只能从属于一个源；源的输出都是通过总线相连；在标准TTL电路中，任何逻辑上的相反输出会导致短路，损坏总线以及器件。主要工作原理是：两个晶体管开路输出，共用一个上拉电阻，用于限制最大电流。若有一个晶体管导通，输出低电平；若都截止，输出高电平。其电路原理图如下图中所示：图2集电极开路电路图三态电路是总线传输的另外一种手段。其与集电极开路的主要区别在于保留有有源上拉电阻，使输出阻抗可控。通过“三态控制端（使能端/禁止端）”控制电路的输出，如芯片的CS（ChipSelectPin），Enable，Disable端等。3）总线冲突总线冲突指的是：若两个或者两个以上的源同时传输信息，就会导致“总线冲突”，此时总线上实际传送的信息和总线的逻辑电路实现方式有关。如集电极开路形式，“0”状态可以传送，“1”状态将丢失。“总线冲突”导致信息传送的不可预料。4）接口输入口与输出口：输入口是外部设备通过总线向CPU输入数据的端口；输出口是CPU向外部设备输出数据的端口。状态口与控制口：为了保证外设与处理器之间的正常信息传输，就必须增加状态与控制口，实现信息交换。存储器包括：可读写存储器（RAM）、静态可读写存储器（SRAM）、动态读写存储器（DRAM）、只读存储器（ROM）、掩膜ROM、可擦写编程ROM（EPROM）等，其中每一个均有相应的接口。5）输入输出与中断技术为了使IO操作正常进行，就必须要对其操作进行控制。常用的方法包括：程序控制IO——CPU作为主导方；中断驱动IO——外设作为主导方；直接存储器存取（DMA）——外设直接和存储器交换数据。2、微处理器系统和微型计算机系统总线微型计算机应用系统包括：专用小系统；以商业PC或工业PC为基础扩充的系统。1）基本概念时钟周期：每两个相邻的时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为T状态，也称为时钟周期（ClockCycle）。总线周期：CPU与存储器或输入/输出端口进行一次数据交换所花费的时间称为一个总线周期（BusCycle）。指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期（InstructionCycle）。2）主要系统总线介绍课程主要是以MCS51系列单片机和IBMPC为代表分别介绍两类应用系统，内容略。3、并行/串行接口技术微型计算机与外界的通讯方式分并行和串行两种。并行接口由于接口直接、传输速率高而获得广泛的应用。串行接口在数据通讯系统中占有重要的地位。并行接口与串行接口的对比如下图：图3并行接口与串行接口的对比1）并行接口并行接口传输速率高，一般不要求固定格式，但不适合长距离数据传输。并行接口分类：按数据宽度分：有4、8、16Bit等；按握手线（Handshake）的多少分：有无握手线、一握手线、二握手线、三握手线等。其中，握手联络线是并行数据线以外的信息线，是为保证接口和外设间高效可靠传送数据而增加的状态控制信息线，而且这种信息线间有一定的应答关系，是否需要握手联络线和需要几条握手联络线，决定于外设的特性和并行通信协议的要求。2）串行接口串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传输一个二进制位。串行通信与并行通信是两种基本数据通信方式。发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。与并行通信相比，串行通信的优势主要有：A、传输距离长，可达到数千公里。B、长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快，串行通信的通信时钟频率较并行通信容易提高。C、抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰完全可以忽略。D、费用低。4、标准接口技术这部分主要讲了三种标准并行接口：打印机接口、PC机IEEE1284并行接口和GPIB接口。1）Centronics并行打印接口标准Centronics标准规定了36脚簧片式插座为打印机标准插座和其36脚的信号，其中包括8条数据线，3条握手线和其他一些特殊控制信号。3条握手线为：数据选通线STROBE、响应线ACK和忙信号BUSY。打印机每接收一个数码，发出一个ACK响应信号，作为对STROBE的应答。在打印机进行机械运动时，如换行等，BUSY将被拉高。2）PC机IEEE1284并行接口IBMPC打印机接口有8位数据输出，5位状态输入，存在成为双向口使用的可能。IEEE在1994年提出：个人计算机并行双向外设接口的标准信号方式，成为当今PC机并行接口的标准，该标准特点为：在硬件上与原打印口标准兼容，接插件、引脚顺序、逻辑地址都保留、该单向传输为双向传输、数据交换效率提高。IEEE1284并行接口标准的5种工作模式：兼容模式(Compatiblemode)、半字节模式(Nibblemode)、字节模式(Bytemode)、ECP模式(ExtendedCapabilitiesmode)、EPP模式（EnhancedParallelPortMode）。3）GPIB接口在接口和外设之间增加控制状态线可以实现复杂的接口功能，有利于接口向高级方向发展。HP在1970年提出一个具有8条(3条握手、5条控制线)控制状态线的HP接口总线标准。即IEEE488接口。在我国称为GPIB（generalpurposeinterfacebus）。GPIB最重要的特点，就是能使一个接口连接多达14个设备。实现点对多点的传输；GPIB第二个特点是它的高级特性，如自动完成设备寻址、服务请求等，因此它在进行操作时只需要搬动设备和插拔电缆，而不涉及接口的具体硬件设计。5、定时器接口及CRT显示器接口1）定时器接口定时的主要方法有：定时方法：a）软件定时，即是用软件指令周期方法定时，如执行循环程序。增加CPU负担，通用性差，一般用于短延时。b）不可编程硬件定时，即是采用中小规模IC构成。不增加CPU负担，成本低，定时值不可改变。c）可编程硬件定时，即是采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。可编程定时/计数器：实质上定时和计数本质上都是脉冲计数器，定时计的是内部基准时钟源产生的脉冲，计数是计外部脉冲。定时/计数器基本原理如图4中所示：图4定时/计数器基本原理2）CRT显示器接口原理CRT(Cathod-RayTube)阴极射线管是计算机的基本外设，用于输出字符和图形，其中又以字符显示为最基本。CRT显示器接口是连接处理器和CRT的中间件，其输入部分与CPU总线连接，输出与CRT显示器的符合电视信号输入相连。3、USB接口技术的运用1、USB简介USB是UniversalSerialBus(通用串行总线)的简称，1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的，1995年Compaq等公司为解决传统总线的不足而推广的一种新型串行通讯标准，近几年在PC领域有了广泛的应用，诸如移动存储设备，扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。其中，优盘(又称U盘或闪存)是世界上首创的基于USB接口的无需驱动器的新一代存储设备，又是移动存储技术领域的一大突破，优盘的普及让用户进一步知道了USB接口技术，由于现在PC机上均配有USB接口，流行的操作系统也都支持USB，又有很多厂商提供USB芯片、外设，USB现已进入其发展的黄金时代。2、USB接口技术USB之所以能为广大PC用户所钟爱，是因为它拥有其它接口所无法比拟的优点：连接容易、使用方便；独立供电，降低外设成本；速度快，适应不同外设要求；USB支持PNP(即插即用)等。1）USB的结构外观上，USB采用四根电缆线连接，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备提供电源。USB规范中将USB分为五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及USB设备的驱动程序。(1)控制器(HostController)：主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。(2)控制器驱动程序(HostControllerDriver)：在控制器与USB设备之间建立通信信道。(3)USB芯片驱动程序(USBDriver)：提供对USB的支持。(4)USB设备(USBDevice)：包括与PC相连的USB外围设备，分为两类：一类设备本身可再接其它USB外围设备，称为集线器；另一类设备本身不可再连接其它外围设备，称为设备。(5)设备驱动程序(ClientDriverSoftware)：就是用来驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商提供。如平常所说Modem驱动程序、打印机驱动程序等。2）USB的四种数据传输方式(1)等时传输方式(Isochronous)。该方式用来连接需要连续传输，且对数据的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、音箱以及电话等。等时传输方式以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据。(2)中断传输方式(Interrupt)。该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理，以达到实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及游戏手柄等外部设备上。(3)控制传输方式(Control)。该方式用来处理主机的USB设备的数据传输。包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后，将依据先进先出的原则按队列方式处理到达的数据。(4)批传输方式(Bulk)。该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数码相机以这种方式与主机连接。3、USB产品应用目前，USB已经在PC机的多种外设上得到应用，常见的有以下几种：(1)USB调制解调器：USB调制解调器已于2002年上半年投入国内市场，体积小、安装方便、性能理想，而且价格也基本低于外置MODEM。(2)USB扫描仪：USB扫描仪比其他扫描仪具有更多优势，安装十分简单，不需关闭计算机主机，只要将USB插头接到主机上，计算机就会自动识别USB扫描仪。(3)USB数码相机：带有USB口的数码相机具有传输速度快、接线少、接口简单等优点，是数码相机的发展趋势。(4)USB存储器USB存储器是除软盘和光盘以外的另一种可移动存储设备，由于采用FlashMemory技术和USB，不仅具有可檫、可写、