微机接口与应用第一章 概述

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6．数据宽度与数据格式的转换
CPU所处理的是并行数据(8位、16位或32位)，而 有的外设(如串行通信设备、磁盘驱动器等)只能处 理串行数据。在这种情况下，接口就应具有数据 “并←→串”的变换能力。为此，在接口中要设 置移位寄存器。
有些外设与CPU在交换的数据，在交换过程中有 一定的格式要求。如，串行通信中的起止式异步 通信数据格式及面向字符的同步通信数据格式。 这就要求接口有数据格式的转换功能。
微机系统中一般带有多个外设，而CPU在同— 时间里只能与一台外设交换信息，这就要对接口进 行选择，即所谓片选。而接口内还有若干不同的端 口，CPU要与它们进行交互，还要进行片内的端口 寻址，因此需要I/O端口地址译码电路。
通常，用CPU发送到ABUS的地址信号中的若干高 位地址用于芯片选择(广义地说就是外设选择)，若 干低位地址进行芯片内部端口的选择，以选定与 CPU交换信息的外设。
软件编程
接口程序常包含以下程序段： 1. 初始化程序段：设置可编程接口芯片工作方式及初始条
件。 2. 传送方式处理程序段：CPU与外设的数据交换可以有查
询、中断、DMA等不同方式。必须要有相应的程序段保证 其实现。比如，查询方式要检测外设或接口的状态；中断方 式要修改中断向量，开放/屏蔽中断源；DMA方式要开放/屏 蔽有关通道等。
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1.3 接口的组成
一、硬件电路—支撑作用
• 基本逻辑电路 • 端口地址译码电路 • 供选电路
硬件电路
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二、软件编程—驱动控制
一个完整的接口程序通常包括如下一些程序段： • 初始化程序段； • 传送方式处理程序段； • 主控程序段； • 程序终止与退出程序段； • 辅助程序段。
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3.可编程结构：采用大规模集成接口芯片构 成的接口电路，工作方式和功能可通过编程来改 变，使用灵活方便、适应面宽。
4. 智能型结构：采用专门的I/O处理器或通用的单片 机组成的接口电路。此微处理器可以对外设进行全面管理 ，使CPU得以解脱，从而大大提高了系统的效率。
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举例:
串行接口
并行接口
总线接口
显示卡 接口
USB 接口
键盘接口
硬盘接口
二、什么叫接口技术？
接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，
研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳
连接，以实现CPU与“外部世界”之间高效
可靠的信息交换的一门技术。
微机接口技术是采用软硬件结合方法，研究微处理器如何与其外部设 备或电路进行最佳耦合与匹配，以在CPU与外部之间实现高效、可靠 的信息交换的一门技术。 外部设备或电路是指除CPU本身以外的存储器、I／O设备、控制设备、 测量设备、通信设备、多媒体设备、A／D、D／A转换器等。
接口
数据
外部
控制
设备
状态
接口电路
二、接口的功能
• 执行CPU命令的功能 • 返回外设状态的功能 • 数据缓冲功能
数
高速 主机
据 缓 存
TTL 器
• 设备选择功能
• 信号转换功能
• 数据宽度与数据格式转换的功能
低速 外设
+/-3V
接口功能
1．接收和执行CPU命令
CPU控制命令→接口的命令寄存器(命令口)。接 口电路识别和分析命令代码，形成若干控制信 号→ I／O设备。
驱动能力的双向缓冲器(如74LS145)，CB和AB常用
三态驱动器(如74LS244) 2020/7/7
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1.2 接口功能
一、接口信息
CPU
• 数据信号
地址
如：8位、16位、32位数据；
数据
• 状态信号
控制
表示外设是否准备好信号。 如：READY、BUSY、ACK
• 控制信号
表示启动、停止外设之类的信号。
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1.5 数据传送方式
涉及课程：微机原理、汇编语言程序设计、 电子技术、数字逻辑设计等。
三. 接口与总线的连接
外设通过各自的接口电路连到微机系统的总线上。
选用某种外设，设计相应的接口电路，接到系统总 线上，就可构成所要求的应用系统。
在具体连接时，考虑到信号在总线上的停留时间短、
总线的带负载能力不是无限的。DB上常用有三态和
结构形式
1. 固定式结构：用中、小规模集成电路IC逻辑芯 片设计实现、具有固定的工作方式和功能的不可编程 的接口电路。用于简单任务。
2. 半固定结构：指用GAL、PAL构成的接口电路 。它是把用户设计接口时设计的各种“与”、“或” 逻辑表达式，通过专门的编程软件或编程器烧入GAL 、PAL而形成的接口电路。一旦烧入，其工作方式和 功能也就固定了。
2. 返回外设状态
用于同CPU联络。
接口常设有状态寄存器(状态口)。提供数据口的 “空”、“满”及外设“就绪”、“忙”、“ 闲”等状态信号。为CPU下一步操作提供判断 依据。
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3. 数据缓冲功能
用于解决主机与外设速度不匹配的矛盾、避免丢失 数据。
接口中设置数据缓冲寄存器或锁存器(数据口)，暂时 存放输入输出的数据。由于它们直接连在系统数据总 线上，故必须具有三态特性。
可见，CPU与外设之间有“控制”、“状态”、“ 数据”三种信息的传递。
4．信号转换功能 外设所需的控制信号和它的状态信号往往同微机的总线信 号不兼容。因此，信号转换就成为接口设计中的一个重要 任务。包括CPU的信号与外设的信号的逻辑关系上，时序 配合上以及电平匹配上的转换。
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Fra Baidu bibliotek
5．设备选择功能
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1.1 微机接口技术
一、接口（Interface）
微机接口是微处理器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
CPU 接口 外部设备
站。外部世界: 除CPU本身以外的所有设备或电路，包
括存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通讯设 备、多媒体设备等。
3. 主控程序段：完成接口任务的程序段。如，实现数据采 集；控制步进电机起停、方向、速度等。
4. 程序终止与退出程序段：包含对接口中硬件的保护程序 段。如，芯片中某些引脚的电平高低。
5. 辅助程序段：包含人-机对话、菜单设计等。
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1.4 接口电路的结构形式
接口电路的结构形式一般有以下几种： • 固定式结构 • 半固定式结构 • 可编程结构 • 智能型结构