接口技术

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本章要点
微机接口技术
微机接口的概念 微机接口与CPU的组成和数据交换方式 微机接口与 的组成和数据交换方式 微机接口电路的基本分析设计方法
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本章学习目标
微机接口技术
了解微机接口的功能和分类 掌握微机接口的组成 掌握微机接口和CPU之间的几种数据交换方式 掌握微机接口和 之间的几种数据交换方式 了解微机接口电路分析与设计的基本方法
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条件传送方式流程图 条件传送方式流程图
微机接口技术
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中断传送方式流程图 中断传送方式流程图
微机接口技术
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DMA传送方式流程图 DMA传送方式流程图
微机接口技术
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通道方式
微机接口技术
MM
CPU
CH
CH
CH
CU
D
CU
D D
CU
D
CU
D D
CU
D
MM：存储器 CPU： 中 央 处 理 器 C H ： I/O 通 道 CU： 设 备 控 制 器 D ： I/O 设 备
微机接口技术
采用传统的中 小规模的标准 采用传统的中、小规模的标准TTL、CMOS系列 、 系列 集成电路、 器件及传统的数字逻辑系统 器件及传统的数字逻辑系统的设计 集成电路、IC器件及传统的数字逻辑系统的设计 方法进行接口电路设计。 方法进行接口电路设计。 利用现有的各种用途的通用或专用的可编程大规 利用现有的各种用途的通用或专用的可编程大规 模集成电路接口芯片，并结合少量的中、 模集成电路接口芯片，并结合少量的中、小规模 进行接口电路设计。 的IC进行接口电路设计。 进行接口电路设计 利用PLD器件等各类可编程逻辑芯片，并借助 器件等各类可编程逻辑芯片 利用 器件等各类可编程逻辑芯片， VHDL或众多的 或众多的EDA工具进行相应的接口设计。 工具进行相应的接口设计。 或众多的 工具进行相应的接口设计
CU
D CU D
D
D
I/O通道控制在输入输出系统中的位置 I/O通道控制在输入输出系统中的位置
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1.3 接口电路分析与设计的 基本方法
分析接口两侧情况
微机系统侧 外设侧
ຫໍສະໝຸດ Baidu
微机接口技术
实现系统总线与外设之间的信号转换 合理选用接口芯片 接口驱动程序分析与设计
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信号转换
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CPU 信息类型 数字量
接口作用 数转换( / ) 模/数转换(A/D) 数转换 模转换( / ) 数/模转换(D/A) 模转换 三态缓冲、锁存 三态缓冲、 解决传送方式 串/并转换 并转换 串转换 并/串转换 三态缓冲、 三态缓冲、锁存
外设 模拟量 数字量 慢 串行 并行
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工作速度 通信方式
快 并行
接口芯片的选择途径
微机接口技术
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4
CPU和I/O设备之间的交换信息 CPU和I/O设备之间的交换信息 I/O接口的组成 I/O接口的组成 CPU与I/O接口之间的数据通信方式 CPU与I/O接口之间的数据通信方式 CPU与I/O接口之间的数据交换方式 CPU与I/O接口之间的数据交换方式
微机接口技术
程序控制方式(Programed 程序控制方式(Programed direct control) 无条件传送 条件传送（查询传送） 条件传送（查询传送） 中断(Interrupt transfer)方式 中断(Interrupt transfer)方式 access)方式 DMA (Direct memory access)方式 通道方式(I/O 通道方式(I/O channel control) 外围处理机方式(Peripheral 外围处理机方式(Peripheral processor unit)
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1.2.2
I/O接口的组成 I/O接口的组成
接口电路 数据线 数据缓冲器 数据端口
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外部 读/写/中断 控制逻辑 数 据总 线 控 制总 线 地 址总 线 端口 地址 译码 控制线 控制端口 设备 状态线 状态端口
I/O接口的基本结构 接口的基本结构
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I/O端口 端口
AB
微机接口技术
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微机系统结构示意图
中央 处理器 CPU
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数据总线（DB） 控制部线（CB） 地址总线（AB） 内存储器 I/O接口 I/O接口
I/O设备
I/O设备
返回本节
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1.1.2
接口的功能
微机接口技术
I／O接口要解决的问题 ／ 接口要解决的问题 速度匹配问题 信号电平和驱动能力问题 信号形式匹配问题 信息格式问题 时序匹配问题
微机接口技术
74LS273的示意图和真值表 74LS273的示意图和真值表
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数据锁存器
74 LS 373 74 Q0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LF OE Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 OE 0 0 0 1 LF 1 1 0
X X
微机接口技术
D XX 1 0
X
X QO
C P U
DB
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
1001 0101 (状态端口) 状态端口 状态端口 0110 1010 (数据端口 数据端口) 数据端口 1100 0110 (控制端口 控制端口) 控制端口
外
CB
设
按存放信息的不同，I/O端口可分为三种类型 按存放信息的不同，I/O端口可分为三种类型 数据端口：用于存放CPU CPU与外设间传送的数据信息 数据端口：用于存放CPU与外设间传送的数据信息 状态端口： 状态端口：用于暂存外设的状态信息 21 控制端口：用于存放CPU对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。 CPU对外设或接口的控制信息 控制端口：用于存放CPU对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。
当信号
在电平上( 电平、 在电平上 TTL电平、非TTL电平 ) 电平 电平
在时序上 等不匹配，需转换匹配后， 等不匹配，需转换匹配后，方能连接 注意数据线的连接 考虑是否需加三态缓冲、 考虑是否需加三态缓冲、锁存器等
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1.4 接口技术的发展趋势
微机接口技术
标准化 多功能化 高度集成化 智能化
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可编程接口芯片的功能可以由指令来控制
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微机接口技术
按功能分 功能分 输入接口 输出接口 外存接口 过程控制接口 通信接口 智能仪器接口
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通用接口
通用接口： 通用接口：
微机接口技术
可供多种外部设备使用的标准接口， 可供多种外部设备使用的标准接口，目的是使微机正 标准接口 常工作，通用接口通常制造成集成电路芯片， 常工作，通用接口通常制造成集成电路芯片，称为接口芯 片。 最初的IBM-PC使用了6块接口芯片：8284、8288、 最初的IBM-PC使用了6 接口芯片：8284、8288、 IBM 使用了 8255、8259、8237、8253 8255、8259、8237、 82430TX芯片组， 两片芯片组成： 82430TX芯片组，由两片芯片组成： 芯片组 芯片组成 北桥： 北桥：82439TX 南桥： 南桥：82371AB
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1.1.1 接口的概念
微机接口技术
通用的微型计算机硬件系统是由中央处 理器（ ）、存储器 理器（CPU或MPU）、存储器、I/O（输入 输 或 ）、存储器、 （输入/输 出）设备及其接口电路组成
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接口和接口技术
接口 :
微机与外界设备的连接部件（电路、芯片、器件） 微机与外界设备的连接部件（电路、芯片、器件） 的连接部件 与外界进行信息交换的中转站 是CPU与外界进行信息交换的中转站 与外界进行信息交换的 接口的全称叫输入输出接口或I/O接口 接口的全称叫输入输出接口或I/O接口 叫输入输出接口或I/O
数 端 写 据 口 CP 状 端 读 态 口 U2 U3 D7
74LS273
M R
接 统 据 线 D0 系 数 总
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CPU与I/O接口之间的 1.2.3 CPU与I/O接口之间的 数据通信方式
微机接口技术
并行传送方式 串行传送方式
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CPU与I/O接口之间的 1.2.4 CPU与I/O接口之间的 数据交换方式
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无条件输入接口电路
微机接口技术
PC 总 线
D7 ~ D0
数据 线
三 态 缓冲器
输入 设备
A15 地址线 ~ A0 IOR
地址 200H 译码 0 与 0 0 非
注意： 注意：
表示对信号求反。 在逻辑门前输入信号的 ，表示对信号求反。 与锁存器、三态门等控制端的意义不同。 与锁存器、三态门等控制端的意义不同。
微机接口技术
接口技术 :
是研究CPU如何与外部世界进行最佳耦合与匹配， 如何与外部世界进行最佳耦合与匹配， 是研究 如何与外部世界进行最佳耦合与匹配 实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术， 实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术， 是软件、硬件结合的体现，是微机应用的关键。 是软件、硬件结合的体现，是微机应用的关键。
主机在以下几方面获得效益 智能化） （智能化）
减轻负担 加速处理 节省空间
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IBM-PC中的通用接口 芯片组) 中的通用接口( IBM-PC中的通用接口(芯片组)
微机接口技术
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专用接口
专用接口： 专用接口：
微机接口技术
为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路， 为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路，目的 专门设计的接口电路 在于扩充微机系统的功能。 在于扩充微机系统的功能。
微机接口技术
第一章 绪论
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目录
微机接口技术
1.1 微机接口的概念 1.2 接口的组成与数据交换 1.3 接口电路分析与设计的基本方法 1.4 接口技术的发展趋势
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1.1 微机接口的概念
微机接口技术
1.1.1 1.1.2 1.1.3
接口的概念 接口的功能 接口的分类
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1.2 接口的组成与数据交换
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I／O接口的功能
I／O地址译码与设备选择 信息的输入输出 命令、 命令、数据和状态的缓冲与锁存 信息转换 联络功能 中断管理功能 可编程功能 其他功能
微机接口技术
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1.1.3 接口电路的分类
微机接口技术
按通用性分为两类：通用接口 通用性分为两类： 分为两类
专用接口
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微机接口技术
按照可编程性分类， 按照可编程性分类，分成 可编程性分类 硬布线逻辑接口芯片 可编程接口芯片
专用接口通常制造成接口卡，插在主板总线插槽上使用。 专用接口通常制造成接口卡，插在主板总线插槽上使用。
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接口的功能分类
微机接口技术
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CPU和I/O设备之间交换信息 1.2.1 CPU和I/O设备之间交换信息
微机接口技术
数据信息（ 数据信息（Data） ） 状态信息（ 状态信息（Status） ） 控制信息（ 控制信息（Control） ）
数据缓冲器
微机接口技术
74LS245三态缓冲器示意图 74LS245三态缓冲器示意图
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数据缓冲器
微机接口技术
74LS244三态缓冲器示意图 74LS244三态缓冲器示意图
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I/O端口的读操作控制电路和缓冲器 I/O端口的读操作控制电路和缓冲器
微机接口技术
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数据锁存器
74LS 273 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CP MR Q0 Q1 MR Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 0 1 1 CP X DX X 1 0 QX 0 1 0
1
0 X
X
1 0 QX O 0XZ Z
74LS373的示意图和真值表 74LS373的示意图和真值表
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I/O端口的写操作控制电路和锁存器 I/O端口的写操作控制电路和锁存器
微机接口技术
输 完 出 成 自 出 备 （来 输 设 ）
数 到 据 （送 出 备 输 设）
R1 U1 CP
Q D +5V
BUSY Q7 接 出 备 据 Q0 输 设 数 线
包括可编程芯片的初始化程序、 包括可编程芯片的初始化程序、CPU与外设间数据传 与外设间数据传 送的输入/输出程序 送的输入 输出程序
接口的调试
包括调试硬件、调试软件、 包括调试硬件、调试软件、软硬件综合调试等
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注意事项
微机接口技术
软、硬件应综合考虑 注意信号的转换
在逻辑上(高电平、低电平、边沿信号 在逻辑上 高电平、低电平、 高电平
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接口驱动程序分析与设计
微机接口技术
掌握接口芯片的编程结构、编程方法 掌握接口芯片的编程结构、
包括确定各端口地址 了解控制字各位的含义和设置控制字的方法等
确定接口的工作方式， 确定接口的工作方式，设计接口工作过程
包括CPU与外设的数据传送方式 与外设的数据传送方式 包括
根据硬件连接关系， 根据硬件连接关系，编写接口程序