微型计算机接口技术及应用教案.doc

第一章概述

本章要点
接口的概念
微机系统的组成结构
为什么要在CPU与外设之间设置接口
理解接口实现的主要功能
CPU与接口交换数据的方式、各方式的特点及应用场合
1.接口
接口就是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。
2.微机系统的组成结构
微型计算机的硬件组成：中央处理器（CPU或MPU）、存储器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路，通过系统总线相连。
3.为什么要在CPU与外设之间设置接口
信号不兼容——功能定义、逻辑定义、时序关系
速度不兼容
为了提高CPU的效率
为了利于外设自身的发展
4.接口的功能（基本功能）
1）执行CPU命令的功能：CPU对外设的控制通过接口电路完成——命令口
2)返回外设状态的功能:正常工作状态、故障状态——状态口
3)数据缓冲功能:输入/输出缓冲；三态特性——数据口
4)设备选择功能:地址代码 I/O设备选择信号——端口地址译码电路
5)信号转换功能: 信号的功能定义、逻辑关系、电平高低、工作时序
6)数据宽度与数据格式转换功能:串行通信：串并转换、串行数据格式化
5.CPU与接口交换数据的方式
1.查询方式:CPU反复、主动地查询外设状态.
特点：无额外的硬件开销；CPU工作效率低,
应用：CPU不太忙、传送速度不高,
无条件方式是查询方式的特例
2.中断方式:外设主动向CPU提出中断申请；CPU与外设并行工作
特点：增加了硬件开销，提高了CPU工作效率
应用：CPU较忙、尤其是实时控制及紧急事件处理
3.直接存储器存取方式（DMA方式）:M与I/O、I/O与I/O间直接快速传送
快速性原因：硬件取代软件；提供直接通路
特点：电路结构复杂，硬件开销大
应用：高速外设进行大量数据传送
其他知识点
1接口电路的结构
固定式结构——不可编程
半固定式结构—— 用GAL器件设计
可编程结构 大规模集成芯片——本书重点
智能型结构——I/O处理器、通用单片微机
2分析与设计接口电路的基本方法
两侧分析法:
CPU一侧：CPU的类型；DB和AB的宽度；CB的逻辑定义；时序特点
外设一侧：外部特性（引脚的功能定义和逻辑定义）、工作过程
硬软结合法
1）硬件设计方法
合理选用外围接口芯片
有针对性地设计附加电路——逻辑关系与电平转换、时序配合、驱动能力
2）软件设计方法
用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程——了解硬件电路工作原理
用DOS系统功能调用和BIOS调用编程——标准输入/输出设备
3.接口技术的发展趋势
发展过程：固定式简单接口、可编程复杂接口、功能强大的智能接口
发展趋势：智能化、标准化、多功能化、高集成度化
第二章I/O端口地址译码技术
本章要点
端口的概念
端口的地址编址方式及其特点
I/O端口地址选用的原则
掌握I/O端口地址译码电路的工作原理
I/O端口地址译码电路的设计与分析
1.I/O端口和I/O操作
1）I/O端口
端口（port）：接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。
端口的种类：数据口、状态口、命令口
2）I/O操作
本质：I/O端口的操作
2.端口地址编址方式
1）统一编址（存储器映象方式）
原则：M与I/O共用整个地址空间；I/O端口与存储单元等同——M与I/O地址不重叠
优点：I/O可有较大编址空间，易扩展；I/O操作指令类型多、功能齐全
缺点：M的地址空间受限；I/O指令较长，执行速度较慢
2）独立编址（I/O映象、专用I/O指令方式）
原则：M与I/O分开编址、互不干扰——M与I/O地址重叠
优点：M空间不受I/O空间影响；有专用I/O指令（程序清晰）；I/O指令短，执行速度快
缺点：I/O指令种类有限，I/O空间不易扩展
3.I/O端口地址选用原则
1）凡是系统配置占用了的地址一律不能使用
2）计算机厂家申明保留的地址最好不要使用
3）可用留作实验卡的地址：300H～31FH；最好用地址开关
4.I/O地址译码电路工作原理及作用
1）地址译码电路的作用
作用：地址＋控制信号=接口芯片的选择信号
AEN＝0的原因：避免在DMA期间，由DMA控制器对这些以非DMA方式传送的端口执行DMA操作
2）地址译码电路的输出信号
输出信号：低电平有效
5.I/O地址译码方法
片间选择：高位地址＋控制信号=片选信号
片内端口选择：低位地址直接与接口芯片地址线相连
6.I/O端口地址译码电路设计
地址范围：n根地址线未参与译码，译出地址含2n个
例：图中译码输出地址2F8H（只读、AEN＝0）试分析将图中的A1、A0去掉后，译码输出的地址（地址范围：2F8H～2FBH）
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