微机原理及接口技术（第六版）习题及答案 第6章 习题解答

第6章习题参考答案一、简答题1.解释下面术语：中断、中断源、软中断、硬中断、屏蔽、可屏蔽中断、不可屏蔽中断、中断处理程序、中断返回、中断优先级、中断嵌套。答：中断——中断是指CPU在正常运行时，由于内部、外部事件或由程序预先安排的中断源引起CPU暂停正在运行的程序而转到内部、外部事件预先安排的服务程序（中断处理程序）中去执行。服务执行完成后，再返回继续执行被暂停的程序。这一过程称为中断。中断源——能引起CPU产生程序中断的随机事件都称为中断源。软中断——表示由软件程序执行过程中产生的中断。硬中断——表示由计算机硬件设备产生的中断。屏蔽——英文简称为MASK，表示CPU对发生的中断请求不予响应，直接屏蔽掉。可屏蔽中断——表示CPU对发生的中断请求依据优先级可以不予响应，称可屏蔽中断。不可屏蔽中断——表示CPU对发生的中断请求无条件执行，称不可屏蔽中断。中断处理程序——中断处理程序就是用于完成对中断请求的CPU一种操作过程。将控制权转移给中断处理程序，一般都是由中断服务程序来完成。中断返回——中断返回就是控制权由中断服务程序转移到被中断程序的过程。中断优先级——是CPU对中断源给与某种优先执行顺序的一种表示方法。中断嵌套——表示在中断执行过程中包含更高一级的中断过程。2.简述中断过程。并说明系统如何能保证程序被中断后，在完成中断处理之后还能正确返回被中断的程序处接续执行。答：（1）中断是CPU和外设进行数据交换的一种方式。所谓中断，就是当CPU正常运行程序时，由于内部或外部的随机事件，引起CPU暂时中止正在运行的程序，转去执行请求中断的外设（或内部事件）的中断服务程序，中断服务结束后再返回被中止的程序。这一过程称为中断。中断过程可以分为中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回5个步骤。（2）因为系统进行中断处理过程时，先进行断点及现场保护，完成中断处理之后进行现场及断点恢复。因此能正确返回被中断的程序处接续执行。注意保护和恢复顺序。3.画出全双工传输方式的表示简图。答：4.试写出异步串行通信方式的优点和缺点，试写出同步通信信息帧的一般格式。答：（1）异步串行通信方式的优点是信号传输电路结构简单，因为有起始位、校验位和停止位等控制信号，故不需要同步信号。缺点是由于传输每个字符都增加了起始位、校验位和停止位等辅助信息，相对同步传输速度较低。（2）同步通信是通过同步字符（SYNC）在每个数据块传送开始时使收/发双方同步，其通信信息帧格式如下图所示。同步通信的数据传送格式5.在串行通信中，何谓“0”答：SDLC/HDLC协议规定以01111110为标志字节，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符。为了能把它与标志区分开来，所以采取了“0”位插入和删除技术。在发送端发送所有信息时（除标志字节外），只要遇到连续5个“1”，就自动插入一个“0”；当接收端在接收数据时（除标志字节外），如果连续收到5个“1”，就自动将其后的一个“0”删除，以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。6.在串行通信中，转义字符DLE有何作用？什么是字符填充技术?答：转义字符DLE（DataLinkEscape）。由于在面向字符的同步通信协议中采用一些传输控制字，从而增强了通信控制能力和校验功能，但也出现了一些问题，例如如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题，如果在数据块出现与特定的通信控制字符完全相同的数据字符，接收端就可能把它误认为正文结束，因而产生错误。因此，通信协议应当具有将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。为此，协议中设置了转义定符DLE（DataLinkEscape）。当把一个字符看成数据时，就要在它前面加一个DLE，每当接收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符。由于DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块时，也要在它前面再加上另一个DLE。这种方法称为字符填充，而字符填充与字符编码有关，故实现起来相当麻烦。为了克服以上的缺点，故又提出面向比特同步协议。7.RS-232C有哪些主要接口信号？其发、收的逻辑电平是如何规定的?答：（1）RS-232C规定了一个25脚针D形连接器，实际只用了21个引脚，具体信号功能详见教材。但RS-232C至少需要3个信号端才能完成串行通信。即发送端TXD、接收端RXD和信号地端。（2）RS-232C采用负逻辑规定逻辑电平，信号电平与通常的TTL电平不兼容，RS-232C对TXD和RXD线规定：-3V～-15V规定为“1”，+3V～+15V规定为“0”。控制信号的接通电平规定为+3～+15V，而断开电平是-15～-3V。8.RS-232C与TTL之间进行什么转换？为什么?答：计算机发送器/接收器的输出信号为TTL电平，一般为-5V～5V之间，而RS-232C为-15V～+15V之间。由于RS-232C的信号电平与TTL不兼容，故它们之间的连接，必须经过电平转换电路。下图是TTL标准和RS-232C标准之间的电平转换电路。图中采用1488和1489芯片作电平转换电路，该芯片采用单一+5V供电，由内部电路提供RS-232C所需的电平。它可同时实现2路TTL电平转换为RS-232C电平(T1I→T1O，T2I→T2O)，2路RS-232C电平转换为TTL电平(R1I→R1O，R2I→R2O)。RS-232采用这样的逻辑电平标准是为了增强抗干扰性能，一般连接电缆线不要超过15米9.串行通信接口芯片中的发送移位寄存器和接收移位寄存器有何作用?答：发送移位寄存器实现由并行向串行数据之间的信号转换。为提高数据处理能力，CPU一般都是采用并行数据处理，因此为实现串行通信功能，接口芯片必须由发送移位寄存器来实现并行数据到串行之间的信号转换。同理，接收移位寄存器实现串行到并行数据之间的信号转换。10.串行通信中发送中断、接收中断、线路状态中断、Modem状态中断的中断源各是什么?它们的置位和复位条件是什么？答：发送中断：待发送器中的8位数据发送完毕时，由发送控制电路向CPU发出TXEMPTY接收中断：外部通信数据从RXD端，逐位进入接收移位寄存器中。待一组数据接收完毕，便把移位寄存器中的数据并行置入接收缓冲器中，这时RXRDY线输出高电平，表示接收器准备好数据，等待CPU读取。线路状态中断：在通信过程中，除了检测发送和接收中断，还需要对其它信号进行检测，确保通信正常，一般用DSR位检测。Modem状态中断：用4条指令完成Modem状态中断。置位和复位条件详见教材内容。11.计时器在计算机中有哪些用途？答：有2种用途。一个是可编程定时，即可编程定时器；通过编程满足产生一些外部实时时钟，以实现延时控制或计时；另一个是计数功能，即计数器。实现能对外部事件计数的计数器。12.为精确测定事件发生的时间，计时器应具备什么功能？案：方式控制字，计数初始值，动态读计数值和减1计数等功能。13.计时器的自动重装入功能有什么用途？答：自动重装入功能可实现软件/硬件触发的分频器。14.8253有哪几种工作方式？GATE信号在各种方式中的作用是什么？答：有6种工作方式，分别从方式0到方式5。分别是：方式0—软件触发计数结束产生中断。若GATE=1，则计数器开始减1计数，若GATE=0电平，则停止计数器计数；方式1—可重触发的单稳触发器。在GATE加上升沿信号后的时钟脉冲CLK的下降沿，将计数初值装入减1计数器，同时使OUT变为低电平，然后开始递减计数过程：直至减1计数器为0时，OUT将变为高电平。在GATE输入上升沿的信号后，若计数初值为N时，则OUT输出的负脉冲宽度为N个输入脉冲的间隔时间。此时，GATE信号实际上是单稳态线路的触发信号。若在计数过程中（OUT为低电平时），装入一个新的计数值，则在下一次GATE触发之前不影响计数器的计数，即不影响上一个负脉冲的宽度。但在尚未计数结束时，GATE又出现一个上升沿，使预置的计数值重新加入到减法计数器中，计数将重新开始。方式1的计数是可重触发的，在一次计数结束后，要重新开始下一次计数就只需在GATE上加一个上升沿信号。在已触发计数后，GATE即使变成低电平也不会停止计数过程，直到这次计数结束。当计数结束时，不管GATE为高电平还是低电平，输出OUT端都将恢复为高电平。任何时刻都可以读出计数器的当前值，而不影响计数。方式2—可软件/硬件触发的分频器。在GATE=1时，为软件同步方式，写入方式字和初值，即启动计数，如果在计数过程中，对初值寄存器装入新的初始值，现行计数过程不受影响，但下一周期将反映新的计数初值。当GATE=0时，将迫使OUT为高电平，并使计数结束；当GATE再次变为高电平时，那么在下一个时钟周期就把初值寄存器中的新的计数值装入减1计数器，是开始更新计数。这时，GATE信号就可用做计数器的硬件同步控制信号。方式3—可软、硬件触发的方波发生器。GATE=1，软件触发产生周期性的方波；GATE=0时，计数结束，OUT端变为高电平，直到GATE=1，上升沿装入新的初值，开始重新计数，为硬件触发方式。方式4—软件触发的选通信号发生器。在GATE=1时，计数器开始计数。在计数结束时，OUT输出一个时钟周期的低电平信号，然后再次变为高电平。这种方式不能自动重复工作，而要以软件装入计数值作为触发信号，使计数器开始计数。如果在计数过程中写入一个新的计数值，则不会影响本次计数，但在下一个计数周期中将起作用。当GATE=0（低电平时），禁止计数，GATE=1（高电平时），计数器将继续计数。直到减为0。方式5—硬件触发的选通信号发生器。在GATE端出现上升沿后的一个时钟脉冲的下降沿，将计数值装入减1计数器，然后开始计数过程。在计数结束时，OUT将输出一个时钟周期的低电平信号，故从GATE有效到OUT产生—个负脉冲，共需N+1个时钟周期。计数器是可重触发的，在GATE端加上升沿信号，就可把计数初值重新送入计数器，然后开始计数过程。15.利用8253作为波特率发生器，当CLK＝1.193MHz，波特因子为16时，要求产生4800Baud的传输率，计算8253的定时常数。答：计数器初始值=时钟频率通常，波特率因子为16，这是一个常用的值，用于简化计算并获得更精确的波特率。使用这个因子，我们可以计算出：计数器初始值=1,193,0004800×16=1,193,00076,800=为保证传输质量，建议选择舍去小数点后的尾数。选择计数器初始值为15，而不是16。16.并行传输接口的特点是什么？它有哪几类？各有哪些用途？答：（1）并行接口是计算机和外设之间传递数据的一种方式，广泛应用于高速数据传输等领域。具有如下特点：A.传输效率高；B.需要的传输导线多，成本高；C.适于传输路径短的情况；D.抗干扰能力好。（2）并行数据和指令输入输出智能化。（3）用途广泛，只要满足上述A、C和D要求的场景都可以使用并行传输接口。比如，并行打印机，高速磁盘数据存取等等。17.说明8255A有哪几种工作方式，各有何特点?答：（1）3种工作方式。分别是方式0（mode0、方式1（mode1）和方式2（mode2）等。（2）方式0（mode0）是基本输入/输出方式；方式1（mode1）是选通输入/输出方式；方式2（mode2）是双向传送方式。18.并行接口8255A的口B为什么不能工作于方式2？当口A工作于双向方式时，口B能否工作于方式1?答：因为8255A的内部结构有关B口只有1位用于工作方式选择，因此不支持口B工作于方式2。当口A工作于双向方式时，口B能工作于方式119.筒述信息采集系统的概念，画出采样保持电路的原理图。答：所谓数据信息采集系统是从模拟信号到数字信号的一个接口，它把从传感器或其他途径获得的模拟信号，经过必要的处理后转换成数字信号，以供传输、处理、存储或显示。数据信息采集系统的功能部件包括传感器、对模拟信号进行采样的采样电路、模/数转换电路、数据缓冲器等，为了对多个模拟信号源进行处理，可能需要多路开关，另外由于传感器的输入可能还需要进行一些处理之后才能送到采样电路处理，所以还需要一个信号调制电路。典型的计算机数据信息采集系统框图如下图所示。计算机数据信息采集系统20．D/A转换有哪几种实现方法？T型网络电路有何优点？答：（1）并行D/A转换、串行D/A转换、积分型D/A转换、R-2R型D/A转换和权电阻型D/A转换（T型网络）。（2）T型网络D/A转换器使用不同阻值的电阻来表示数字量的每一位，通过电流或电压的叠加实现模拟量的输出，常称为T型电阻网络。它的优点是转换速度快，但电阻精度要求高，成本较高，适用于高速、中等分辨率的应用场合。下面以T型电阻网络为主要讲解对象。21.A/D转换器和D/A转换器的分辨率有何区别？答：A/D转换器分辨率是指A/D转换器对模拟输入信号的分辨能力，即能分辨的最小模拟输入量，通常指数值输出的最低位（LSB）所对应的输入电平值，以二进制位数表示。D/A转换器的分辨率是D/A转换器所能分辨的最小电压，即能够对转换结果发生影响的最小输入量，用最小输出电压与最大输出电压之比来表示。22.A/D转换有哪几种实现方法?比较它们的转换速度、精度和价格差别？答：A/D转换的实现方法主要包括以下几种：1.逐次逼近法：这是一种常见的A/D转换方法，转换时间通常为微秒级。它的基本原理是从高位到低位逐位试探比较，类似于用天平称物体时，从重到轻逐级增减砝码进行试探。2.双积分法：双积分型A/D转换器具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但与逐次比较型A/D转换器相比，转换速度较慢。双积分法先将输入的模拟电压对电容进行充电，然后在一定时间内对电容放电，通过测量放电时间来确定输入电压的大小。3.电压频率转换法：这种方法不是直接把电压转换成数字，而是先转换成中间量（电压控制的频率），再转换成数字。电压频率转换法对现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积分ADC，它比双积分ADC有较高的转换速度。4.并行A/D转换器：并行A/D转换器是一种高速的转换方法，它同时对所有可能的数字值进行比较，从而实现快速转换。并行A/D转换器适用于需要高速转换的应用场合。5.计时器A/D转换器：计时器A/D转换器利用定时器来测量模拟信号的某些特性，如脉冲宽度或频率，从而实现A/D转换。这种方法适用于特定类型的模拟信号转换。价格差别仅供参考：1.逐次逼近型：逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法。分辨率低于12位时，价格较低。2.积分型ADC：积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。价格较为经济实惠。3.并行比较ADC：并行比较ADC主要特点是速度快，但受到功率和体积的限制，并行比较ADC的分辨率难以做的很高。优点是模/数转换速度最高，但缺点也很明显，分辨率不高，功耗大，成本高。4.∑-Δ型ADC：∑-Δ转换器又称为过采样转换器，它采用增量编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型ADC的优点是分辨率较高，高达24位；转换速率高，高于积分型和压频变换型ADC；价格低。综上所述，在选择A/D转换器时，需要根据具体的应用需求权衡各种因素，包括但不限于分辨率、采样速率、功耗以及成本。23.简述A/D转换中逐次逼近法的工作原理。若是一个10位的A/D转换器，采用逐次逼近法，实现A/D转换比较器最多比较几次？模拟通道的制造工艺应注意哪些问题？答：详见教材。二、选择题1.串行异步通信协议规定的字符格式中，数据位数是（B）位。A.1～2B.5～8C.3～4D.82.不属于串行异步通信协议规定的常用比特率的是（D）。A．50bit/s～9kbit/sB．300bit/s～8kbit/sC．500bit/s～7kbit/sD．1200bit/s～10kbit/s3.8251A的传输速率选择范围是（A）。A．50～9600波特B．100～10000波特C．20～20000波特D．30～36000波特4.8255A中进行“数据总线←端口C”操作时、A1、A0、RD、WR、CS的情况是（B）。A．00010B．10010C．11100C．10100三、填空题在串行通信中，按照数据流的方向可分为四种基本传送方式，分别是单工、半双工、双工、多工。2.根据同步方式的不同，串行通信分为两种方式，分别是同步、异步。3.同步通信协议分为两种，分别是半双工、全双工。4.在串行通信系统中，两种常见的纠错方法是奇偶校验、循环冗余校验。5.Modem有两种类型，分别是脱机Modem、在线Modem。6.典型的可编程UART有单同步、双同步、外同步。7.并行接口可以分为三大类，它们是标准并口（SPP）、增强型高速并口（EPP）、扩展功能并口（ECP。8.8255A的端口有三种工作方式，分别是方式0、方式1、方式2。9.由模拟信号到数字信号的转换过程称为A/D转换；将数字信号转换成为模拟信号的过程称为D/A转换。10.采样保持电路有两种运行模式，分别采样状态、保持状态。四、综合练习1.使用8255A，把端口C第2位（PC2）置“1”的控制字为00000101（05H），如果8255A处于8086系统中，控制口的地址为0026H，写出该控制答：参见教材，略。2.根据本章中键盘输入处理程序例，请简化程序，使其仅完成中断方式的字符串输入任务。给出设计的主要考虑及相应的程序段。答：参见教材，略。3.利用IBM-PC所使用的ASCII码表，编制一架小飞机图形，在屏幕上自左向右不断地飞行的程序。要控制飞机的速度，在屏幕上每飞过一次约为5秒钟。讨论：当要求小飞机在飞行过程中，能上下移动，程序又如何编写。答：参见教材第5章相关内容，略。4.试实现具有中断方式的PC机间通信程序。发端以中断方式发送信息，收端以查询方式接收信息。如果接收端也