微机接口技术概述课件.pptx
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1、 1 微机接口技术基础微机接口技术基础 2 DMA控制器控制器 3 总线技术总线技术 4 串行通信接口及其应用串行通信接口及其应用 5 A/D、D/A转换技术及其接口转换技术及其接口 6 人机接口人机接口 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, 2009.5 2.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, 2003 2.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 要求: 通过本课程的学习和实验,了解并掌握基
2、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 人是通过外部设备和软件使用计算机的,由于多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、时序种原因(信号兼容、电平匹配、时序速度匹配、速度匹配、管理多个外设等),外设往往不能与系统总线直管理多个外设等),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
3、接口(或称界面),这就是接口(Interface:接口,界面)。 接口的基本概念包括接口的基本概念包括 硬件接口和软件接口两个方硬件接口和软件接口两个方面的含义。面的含义。 从硬件角度讲,一个微机系统由从硬件角度讲,一个微机系统由CPU、存储器、存储器、接口电路、外部设备、电源及系统总线构成,存接口电路、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储器和各类外设都是通过各自的接口电路接口电路连接到连接到系统总线上,如图系统总线上,如图1.1所示。所示。 不同的外部设备,通过各自相应的接口电路(或不同的外部设备,通过各自相应的接口电路(或接口卡),连接到系统总线上,从而与接口卡)
4、,连接到系统总线上,从而与CPU进行进行信息交换。信息交换。CPU内内 存存内存接口内存接口电电 源源输入接口输入接口输出接口输出接口通信接口通信接口过程控制接口过程控制接口外存接口外存接口智能仪器接口智能仪器接口键盘键盘光笔光笔声音输入声音输入图形输入图形输入打印机打印机显示器显示器绘图仪绘图仪调制器调制器解调器解调器电传机电传机ADCDAC开关量开关量磁盘机磁盘机磁带机磁带机光存储器光存储器数字化数字化仪表仪表 从软件角度讲,CPU对外设的监控以及CPU、M与外设的信息交换是通过相应的接口程序来完成,因此软件接口也是接口的重要组成部分。 硬件电路和接口程序相配合才能完成计算机与外设之间的信
5、息交换。微机接口:是指CPU与存储器、外部设备,或者两种外设之间,或者两种机器之间通过系统总线进行连接的一组控制电路及其相应的控制程序, 是CPU与外设进行信息交换的中转站。接口接口从广义上讲,凡是两个相对独立的子系统之间的连接部分均可称之为接口。接口技术:是采用硬件和软件相结合的方法研究微处理器如何与外部世界进行最佳耦合与匹配以实现CPU与外界高效且可靠的信息交换的一门技术, 是计算机应用领域的非常重要的技术。1) 设备的选择功能:即接口被译码寻址功能2) 数据的锁存与缓冲:输入缓冲,输出锁存3) 信号转换:串/并、并/串转换,数/模、模/数的转换,电平转换,光电隔离等4) 对外设的控制和监
6、测:提供命令译码和状态信息5) 中断或DMA管理6) 可编程功能 微机中,接口的基本功能就是对数据传送实现控制,具体包括以下六种功能:1数据信息数据信息(Data): 1) 数字量:以二进制或ASCII码表示的数或字符; 2) 模拟量:如温度、压力、位移等; 3) 开关量:只有两个状态的量,如开关的合与断,阀门的开与关等,只要用1位二进制数即可表示。2状态信息状态信息(Status): 1) 输入装置的状态:是否准备好数据(Ready); 2) 输出装置的状态:若为空(Empty)则可传送;若输出装置忙(以Busy指示)则不可传送;3控制信息控制信息(Control): 如控制输入输出装置启动
7、或停止等信息。 CPU与I/O设备之间通过接口要传送的信息包括数据信息、状态信息和控制信息。 尽管功能不同的接口电路结构差别很大,但从使用和编程的角度来看,接口电路对应传送数据信息、状态信息和控制信息,应该包括数据缓冲寄存器、状态寄存器和控制寄存器等基本电路。 接口电路连接于系统总线,接口电路还应包括总线驱动、地址译码等读写控制逻辑电路。 一个典型的接口电路如下图所示。(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式 以上两种方式合称程序控制传送方式,即在程序的编制中利用I/O指令来执行输入输出,CPU处于主动地位。(3)中断传送方式(4)直接存储器存取(DMA)方式CPU与外部设备交换信息通常有如下
8、四种方式: 最简单的传送方式,它适用于外设总是处于准备好的情况,如开关设备等,较少使用。1无条件传送的输入方式 由于简单外设用为输入设备时,输入数据的保持时间相对于CPU的处理时间要长得多,所以可直接使用三态缓冲器和总线相连。输入时认为来自外设的数据已出现在三态缓冲器的输入端。2无条件传送的输出方式 在输出时,CPU的输出数据经数据总线加至输出锁存器的输入端。 查询传送方式就是在传送前先查询外设的状态,当外设准备好了才传送;若未准备好,则CPU等待外设。1)查询式输入 CPU先从状态口输入外设的状态信息,检查外设是否已准备好数据。若未准备好,则CPU进入循环等待,直到准备好才退出循环,输入数据
9、。2)查询式输出 查询式输出时,CPU必须先查外设的BUSY状态,看外设的数据缓冲区是否已空。若缓冲区为空,即BUSY为假,则CPU执行输出指令;否则若BUSY为真,CPU就等待。 在查询传送方式中,CPU要不断地询问慢速的外设,当外设没有准备好,CPU就要等待,不能做其它的操作,这样就浪费了CPU的时间。 为了提高CPU的工作效率,提出了中断传送方式。采用中断传送方式,可允许CPU和多个外设并行工作,此时外设处于主动地位。 在一定的条件下,外设向CPU提出中断请求,CPU响应中断请求后,暂停原程序的执行,转至为中断服务,中断处理结束后继续原程序的执行。 中断传送方式相对于查询传送方式来说,大
10、大提高了CPU的利用率,但中断传送方式仍然是由CPU通过指令来传送的。每次中断,都要进行保护断点、保护现场,传送数据、存取数据以及最后恢复现场、返回主程序等操作,需要执行很多条指令。 DMA方式是在DMA控制器的控制下,在存储器与I/O设备之间直接进行数据交换而不通过CPU。这样数据传送上限将主要取决于存储器的存取速度,数据传输效率最高。一个接口(Interface)一般含有几个端口(Port),CPU通过输入输出指令向端口存或取信息。 端口主要有三类:数据口(Data) 状态口(Status) 控制口(Control)I/O装置CPU接口信息I/O端口1I/O端口2I/O端口3端口地址数据I
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