989291-计算机外设与接口技术-讲稿16
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989290-计算机外设与接口技术-讲稿15
电子乐器数字化接口MIDI （Musical Instruments Digital Interface）标准是电脑音乐进 入实用阶段的标志。通过MIDI 接口，各种乐器得以与电脑相 连。 7.其它接口
声卡本身可通过SCSI与CDROM 光驱接口；另外它能与游 戏棒接口。
声卡的组成
1.数字处理器 2.高级信号接口
称为校验位。与信息码组成输出编码，以增加合法编码 的码距。当输出码中任何一位发生了错误，这个编码就 成为非法代码或错误代码。 奇校验的规则是：计算接收码单个位的模2加应等于1， 即输出码中1的个数为奇数。 偶校验的规则是：计算接收码单个位的模2加应等于0， 即输出码中1的个数为偶数。
数据校验与纠错—海明纠错码
1.光学头：由发射激光的激光二极管和聚焦透镜组组成。 2.主轴电机：是带动盘片旋转的执行机构。 3.步进电机：受控于伺服系统，执行寻找数据道命令。 4.光驱伺服定位系统： 由伺服电路和光道检出电路组成。
声卡的功能
1.收录文件功能 2.混频功能 3.压缩和解压缩功能 4.语音合成功能 5.语音识别功能 6.MIDI接口功能
• CRC校验码的特点是：
表中任何两个CRC码按位“异或”，所得结果还是CRC 码。按照规则，任何一个CRC码右移一位，仍为CRC码。 正是由于CRC码的这个特点，且校验码放在信息码的右 边形成了多余部分，故称为循环冗余校验码。
MPEG 解压卡由于图像数据保真的要求高，需要处理大量 的采样数据。当数据被采样后，存储前要进行图像压缩处 理，以便于保存和传输；而在处理或显示图象数据前要解 压缩。
光盘存储器原理
光盘记录原理是将激光照 射在记录介质上,使其局部 温度升高,与此同时,再从 外部施加磁场使该处的磁 畴取向改变的过程。
声卡本身可通过SCSI与CDROM 光驱接口；另外它能与游 戏棒接口。
声卡的组成
1.数字处理器 2.高级信号接口
称为校验位。与信息码组成输出编码，以增加合法编码 的码距。当输出码中任何一位发生了错误，这个编码就 成为非法代码或错误代码。 奇校验的规则是：计算接收码单个位的模2加应等于1， 即输出码中1的个数为奇数。 偶校验的规则是：计算接收码单个位的模2加应等于0， 即输出码中1的个数为偶数。
数据校验与纠错—海明纠错码
1.光学头：由发射激光的激光二极管和聚焦透镜组组成。 2.主轴电机：是带动盘片旋转的执行机构。 3.步进电机：受控于伺服系统，执行寻找数据道命令。 4.光驱伺服定位系统： 由伺服电路和光道检出电路组成。
声卡的功能
1.收录文件功能 2.混频功能 3.压缩和解压缩功能 4.语音合成功能 5.语音识别功能 6.MIDI接口功能
• CRC校验码的特点是：
表中任何两个CRC码按位“异或”，所得结果还是CRC 码。按照规则，任何一个CRC码右移一位，仍为CRC码。 正是由于CRC码的这个特点，且校验码放在信息码的右 边形成了多余部分，故称为循环冗余校验码。
MPEG 解压卡由于图像数据保真的要求高，需要处理大量 的采样数据。当数据被采样后，存储前要进行图像压缩处 理，以便于保存和传输；而在处理或显示图象数据前要解 压缩。
光盘存储器原理
光盘记录原理是将激光照 射在记录介质上,使其局部 温度升高,与此同时,再从 外部施加磁场使该处的磁 畴取向改变的过程。
989286-计算机外设与接口技术-讲稿11
D7D6D5D4
D3
D2
D1
D0
字节0
×
1
LB
RB
y7
y6
x7
x6
字节1
×
0
x5
x4
x3
x2
x1
x0
字节2
×
0
y5
y4
y3
y2
y1
y0
鼠标器传送格式说明
鼠标器按照一定的传输格式向主机输送数据，一般采 用字节组安排数据信息，以便于依次送出。两键鼠标 以三字节为组，三键鼠标以五字节为组。
专用处理器负责将X、Y方向传感器的位置脉冲，装配 成8位带符号数据、1位停止位、无校验方式，其中字 节0的D5、D4位表示键的状态。D5=1表示左键LB按下， D5=0表示左键未按，D4表示右键RB的状态。X7、Y7 位是符号位，代表相对的移动方向。 字节1和字节2分 别是数据XY的D0~D5位。
鼠 标 追 踪 程 序 流 程
处理器将这个反应X,Y方
向的距离信号转换成串行
数据格式，与鼠标键的按
下或释放状态一起送往计 算机的串行接口。
机械式、光电式鼠标器工作原理
机械式鼠标的工作原理：
机械鼠标也是靠鼠标球的滚动，通过两个滚子和轮子转动来探 测运动的。只是轮子上不靠齿而是靠轮子边缘上的金属触点， 机械传感器组成转换部件。每当轮子上的金属点转动到机械 传感器位置时，机械传感器就发出小电脉冲，金属点的多少 决定着传动的速度。机械鼠标比光机鼠标的传输速度低。
光电式鼠标的工作原理：
光电鼠标不是靠鼠标球测定运动，而是使用鼠标垫感知运动， 由X,Y两个LED发光管透过垫上的网格，将光照进X,Y方向两 镜面，再由镜子反射到光敏管上。当鼠标移动的距离不同时， 光透向网格时的角度就不同，反射的光强弱也就不同。光敏 管将光转换成为电脉冲送往鼠标处理器，鼠标处理器再将信 号转换成为串行格式发送到计算机。
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鼠标器传送格式说明
鼠标器按照一定的传输格式向主机输送数据，一般采 用字节组安排数据信息，以便于依次送出。两键鼠标 以三字节为组，三键鼠标以五字节为组。
专用处理器负责将X、Y方向传感器的位置脉冲，装配 成8位带符号数据、1位停止位、无校验方式，其中字 节0的D5、D4位表示键的状态。D5=1表示左键LB按下， D5=0表示左键未按，D4表示右键RB的状态。X7、Y7 位是符号位，代表相对的移动方向。 字节1和字节2分 别是数据XY的D0~D5位。
鼠 标 追 踪 程 序 流 程
处理器将这个反应X,Y方
向的距离信号转换成串行
数据格式，与鼠标键的按
下或释放状态一起送往计 算机的串行接口。
机械式、光电式鼠标器工作原理
机械式鼠标的工作原理：
机械鼠标也是靠鼠标球的滚动，通过两个滚子和轮子转动来探 测运动的。只是轮子上不靠齿而是靠轮子边缘上的金属触点， 机械传感器组成转换部件。每当轮子上的金属点转动到机械 传感器位置时，机械传感器就发出小电脉冲，金属点的多少 决定着传动的速度。机械鼠标比光机鼠标的传输速度低。
光电式鼠标的工作原理：
光电鼠标不是靠鼠标球测定运动，而是使用鼠标垫感知运动， 由X,Y两个LED发光管透过垫上的网格，将光照进X,Y方向两 镜面，再由镜子反射到光敏管上。当鼠标移动的距离不同时， 光透向网格时的角度就不同，反射的光强弱也就不同。光敏 管将光转换成为电脉冲送往鼠标处理器，鼠标处理器再将信 号转换成为串行格式发送到计算机。
989289-计算机外设与接口技术-讲稿14
4
Multi-Channel Control Model(多通道控制模式)
5
CAPI Control Model(CAPI控制模式)
6
Ethernet Network Control Model(以太网控制模式)
7
ATM Network Control Model(ATM网控制模式)
8-127
保留
128-255
（4） 采用电容式隔离器接口 （5） 呼叫ID接口 （6） 提供电话查询功能 （7） 数字式电话 （8） 环流数值超出预警
xDSL调制解调器的带宽分配
xDSL调制解调器的工作速率为 400Kbit/s。
具有三种频带，一是由电话公司 发出的拨号音和语音频带，也称 POTS（Phone Old Transaction System）普通老式电话服务系统； 二是xDSL调制解调器通信设备 上的服务频带；三是安装在网络 上的各个交换子机设备的频带， 称为Home PNA协议信号频段。
ST调制解调器由DSP数据信号处理器ST7554、 MAFE调制解调器模拟前端ST75951、DAA数据存 取装置ST75952组成。数据传输速率为56Kbps。 结构如图：
ST调制解调器各部件及其作用
DSP器件是随机数据信号处理的专用单片机。作为物理器件，它用来专 门对调制解调信号的出错进行实时控制、运行数据压缩与解压缩函数等 功能。
ISDN（综合业务数字网）、终端、数字电话和模拟电 话； 另一类用于连网的设备包括：ADSL（非对称数字用户 线环路）调制解调器、10BASE-T以太网适配器、线缆 调制解调器。 下面主要描述两种调制解调器的体系结构，通过两 类产品的详细介绍，了解调制解调器MODEM的组成 原理。
989301-计算机外设与接口技术-讲稿4
显示器概述
显示器是计算机系统的重要输出设备。 具有形象、直观、快速和信息量大等特点。 在CPU及视频适配器(视频子系统)的协同控 制下工作。习惯上，显示器指的是监视器 和视频适配器两部分。
监视器有两大类型：ＣＲＴ和ＬＣＤ。 用途也有两类：ＴＶ接收机和直接视频监 视器。本章介绍ＣＲＴ监视器。
视频适配器或显卡是视频系统的Ｉ／Ｏ 接口。
文本方式 是指以字符为最小单位的显示 类别。
图形方式 以像素点为最小单位的显示类 别。
彩色监视器
数字监视器与模拟监视器
采用数字量作为视频输入信号时，电 平是二值的，只能使电子束处于打开和 关闭这两种状态。后来，人们发现了模 拟量可以将视频信号变为多值的。模拟 显示方式的图像效果好。VGA及后期的 视频适配器，全部改用模拟信号。
EGA（Enhanced-Graphics Adapter）支持所 有MDA和CGA模式，具有更高的分辨率和支持 更多的颜色种类。显存容量从十几KB增加至 128KB。
各时期监视器的性能特点：
VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列， 是显示适配器历史上最重要的阶段的产物。被 制作在PS/2的主板上。主要特点有：竖直分辨 率从350增为480、显存增加为256KB、256种 颜色、增加数模转换器、输出接口不是9针,而 是15针D型插件等。
显示器概述
随着显示性能的提高，接口已从单纯 硬件、驻留ＲＯＭＢＩＯＳ，发展为 高级软件接口。本章主要介绍后两种：
以专用微控制器为核心，包括显示存 储器、ＶＧＡＢＩＯＳ服务程序的视 频系统；
以高级软件接口8514为标准（8514/ 系列）的高级图形适配器。
ＣＲＴ监视器的结构组成
ＣＲＴ主要由：电子枪、偏转板和荧 光屏组成。 电子枪 负责将电子束以很高的电压射 向荧光屏。 偏转板 负责移动电子束的位置。 荧光屏 是涂有化学成分的玻璃，受电 子束的撞击，会发出光。
显示器是计算机系统的重要输出设备。 具有形象、直观、快速和信息量大等特点。 在CPU及视频适配器(视频子系统)的协同控 制下工作。习惯上，显示器指的是监视器 和视频适配器两部分。
监视器有两大类型：ＣＲＴ和ＬＣＤ。 用途也有两类：ＴＶ接收机和直接视频监 视器。本章介绍ＣＲＴ监视器。
视频适配器或显卡是视频系统的Ｉ／Ｏ 接口。
文本方式 是指以字符为最小单位的显示 类别。
图形方式 以像素点为最小单位的显示类 别。
彩色监视器
数字监视器与模拟监视器
采用数字量作为视频输入信号时，电 平是二值的，只能使电子束处于打开和 关闭这两种状态。后来，人们发现了模 拟量可以将视频信号变为多值的。模拟 显示方式的图像效果好。VGA及后期的 视频适配器，全部改用模拟信号。
EGA（Enhanced-Graphics Adapter）支持所 有MDA和CGA模式，具有更高的分辨率和支持 更多的颜色种类。显存容量从十几KB增加至 128KB。
各时期监视器的性能特点：
VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列， 是显示适配器历史上最重要的阶段的产物。被 制作在PS/2的主板上。主要特点有：竖直分辨 率从350增为480、显存增加为256KB、256种 颜色、增加数模转换器、输出接口不是9针,而 是15针D型插件等。
显示器概述
随着显示性能的提高，接口已从单纯 硬件、驻留ＲＯＭＢＩＯＳ，发展为 高级软件接口。本章主要介绍后两种：
以专用微控制器为核心，包括显示存 储器、ＶＧＡＢＩＯＳ服务程序的视 频系统；
以高级软件接口8514为标准（8514/ 系列）的高级图形适配器。
ＣＲＴ监视器的结构组成
ＣＲＴ主要由：电子枪、偏转板和荧 光屏组成。 电子枪 负责将电子束以很高的电压射 向荧光屏。 偏转板 负责移动电子束的位置。 荧光屏 是涂有化学成分的玻璃，受电 子束的撞击，会发出光。
989298-计算机外设与接口技术-讲稿22
PCM解码原理
红外线解码器可采用展宽原理。每当 接收端IRRXD收到一个符号序列的脉 冲，该脉冲被展宽至16个时钟，形成1 位数据。在16个时钟末尾，展宽结束， 恢复为高电平。
（包括消费遥控器IR） 不同传输器与红外线的接口
16 PSM脉冲序列编码方式
IrDA红外控制系统的编码方式，采用16PSM
（Pulse Sequence Modulation）脉冲序列编码原理，
PCM编码原理
红外编码器以16个时钟脉冲为单位，IRTXD端按照 16XCLK端的时序发出光信号。整个16XCLK期间， 如果TXD为低电平，则用占空比为3/16的脉冲表示。 如果TXD为高电平，则整个16XCLK期间为低电平。
红外线数据传输系统
IrDA（Infrared DATA Association） 红外线数据协议
IrDA控制协议包括三层：物理层PHY、介质访问层MAC和链路 控制层LLC。
1.PHY（Physical Layer） 物理层定义红外线各个模块信号的参量。 微控制器模块与编解码模块之间为：串行位流信号 编解码器与红外发送接收器之间为：调制的电脉冲信
号
红外发送接收器发出和接收：相应的光信号。
IrDA（Infrared DATA Association） 红外线数据协议（续）
2.MAC(Media Access Layer) 介质访问层定义红外线数据包结构，与物理层模块
的通信介面。 允许一个与多个设备的通信 保障最快响应时间：13.8ms作为基本的脉冲周期 MAC帧结构，定义了介质访问层的数据格式。 3.LLC(Logical Link Control) 逻辑链路层提供了与MAC通信的介面。LLC在
USB_HID（人机交互设备类）中采用HID_IrDA桥，与 MAC层进行通信。通称，枚举、粘合的通信过程不在 LLC层，而是放在MAC。 提供便于升级、高于基本的IR数据链路 允许HID_IrDA桥链路连接，具有USB_HID控制能力
989294-计算机外设与接口技术-讲稿19
XACK#是从设备对主控设备命令返回的应答信号
ADR0# —ADR23#
地址信号线
BHEN#
高端字节允许信号
INH1#，INH2#
从设备禁止信号
DAT0#—DAT15#
数据信号
INT0#—INT7#
中断请求信号
INTA#
中断应答信号
时钟信号CCLK#频率为10MHZ
总线交换信号
BUSY# 总线忙，双向(接上拉电阻) ，当仲裁器裁决出一个主控设备 控制总线时，由该设备发出BUSY#信号。
数据、地址、控制三总线信号
总线实际是一组由程序定义的带技术规格的信号。标准总线 包含三种总线信号，分别为数据总线、地址总线和控制总线。 CPU与存储器或与I/O之间是通过数据总线传递指令和操作 数的。因此，每个在总线上的操作帧称为“总线周期”。所 有通信设备在访问之前，需要由CPU通过地址总线，给出存 储器或I/O设备的标识，也就是地址。它们唯一确定了，要 访问的存储器或I/O设备的身份。总线上一类特别重要的信 号是控制信号，控制信号能使不同速率和类别的设备联系成 为一个整体。例如，读写信号用来指明是把数据送到CPU， 还是从CPU发出去；时钟信号给出传送的确切时间。不仅如 此，控制信号还包括发送、接收操作的请求和应答，以及对 传送进程中的状态控制。
总线是采用数据、地址和控制信号来实现其通信传输机制的。
Multibus总线控制
总线向量中断的逻辑电路
总线向量中断时序
总线向量中断请求和回答的过程 :
从设备通过可编程控制器向总线发出中断请求信号INT 主设备的CPU认为可以接收时，就发中断回答信号INTA#
表示允许中断 同时使LOCK#为低电平，封锁其它设备的请求 从设备接收到第一个INTA#时，作优先权比较并置位中断
989305-计算机外设与接口技术-讲稿8
打印机的25针插座
打印机适配器组成及作用：
打印机适配器由命令 译码器、数据收发(双 向数据选择)器、数据 锁存器、数据缓冲器、 状态缓冲器、控制锁 存器和输出驱动器组 成。适配器的一边与 主计算机(系统)总线 相连，另一边与打印 机25针(Centronics标 准)插头相连。
命令译码器：
命令译码器将总线地址信息 和读写命令转换为五个端口 寄存器的选通信号。命令译 码器由2-4译码器和门电路 组成。
D1 D0
状态寄存器的格式：
BUSY ACK PE SLCT ERROR IRQ 保留 保留
控制寄存器的格式：
保留 保留 MFD IRQ-EN SLCT INIT AUTO-FD STROB
打印机端口说明：
状态位说明： BUSY 打印机正在打印 ACK 请求发送(打印空闲) PE 纸尽 SLCT 打印机现役(命令或状态) ERROR 出错 IRQ 请求状态(用于PS/2及以上机) 2.控制位说明： MFD 双向打印方式 IRQ EN 中断请求允许 AUTO FD 自动进纸(换行)命令 INIT 初始化命令 STB 选通命令
字符发生器、电源电 路和DIP开关。
接口电路由输入数据 缓冲器、状态输出电
与计算机系统通信。②与 从处理器联络，向从处理 器发送命令如初始化命令、 打印和暂停命令等。③检 测状态，如面板、DIP选
路和控制信号接收电 择开关、字车位置、缺纸
路组成。负责与计算 机联络，包括接受打
与否。④向打印针驱动电 路发出列逻辑信号。
电源电路:
1.打印头线圈电源+16V。
2. 字 车 和 走 纸 电 机 所 需 +36V电源。
3.以及处理器等所需数字 信 号 电 源 +5V 。 另 外 打 印机与主机间有公共地 线。
989287-计算机外设与接口技术-讲稿12
串行通信的传输
通信传输网络主要指ISDN综合业务数字的专用线路， 和公共电话网的通用线路，如图：
串行通信名词术语
专用线路与通用线路
数据终端设备与数据通信设备
串行通信的传输模式指信息通信节
点的结构。如网状、树状等。我 们这里仅讨论广义的传输路线。 通常，通信路线有专用与公用之 分。
按照数据处理的性质，通信设备 可分为终端设备和通信设备。
据的流通效率大大提高。
调制解调器原理
调制解调器MODEM（MOdulator- DEModulator）是 计算机与公共电话网的接口，以电话线为数据通信的 传输介质。MODEM具有将数据信号变换为音频信号 的功用，音频信号的频率范围在300Hz～3000Hz。
调制器的作用就是将数据的二进制电平转换成模拟信 号的有效形式。解调器的作用与调制器相反，是将模 拟信号转换为二进制数字信号。
串行通信名词术语（续）
• 同步与异步通信方式
• 单工、双工和全双工
在通信线路上，以位bit为传输的最小因 子，是串行数据的一般特征。串行数
数据的传输是靠发送与接收双方来完 成的。启动它们何时工作和要不要工
据通信的方式包含同步通信和异步通
作，取决于通信方向和时间模式。
信两种：
1.单工
1.同步通信方式
是指数据信息只能沿一个方向流动。
时钟独立于数据之外，与数据同步并行
可以认为通信中的一方总是作为发送
地传送的形式称为同步方式。数据通
器，另一方总是作为接收器。用于电
信的发送端产生主控时钟。在接收端， 报机或电视接收机。
采样时钟与数据位元的脉冲周期同步。 同步方式适合于较近距离的串行设备。 2.异步通信方式
2.通用线路
通信传输网络主要指ISDN综合业务数字的专用线路， 和公共电话网的通用线路，如图：
串行通信名词术语
专用线路与通用线路
数据终端设备与数据通信设备
串行通信的传输模式指信息通信节
点的结构。如网状、树状等。我 们这里仅讨论广义的传输路线。 通常，通信路线有专用与公用之 分。
按照数据处理的性质，通信设备 可分为终端设备和通信设备。
据的流通效率大大提高。
调制解调器原理
调制解调器MODEM（MOdulator- DEModulator）是 计算机与公共电话网的接口，以电话线为数据通信的 传输介质。MODEM具有将数据信号变换为音频信号 的功用，音频信号的频率范围在300Hz～3000Hz。
调制器的作用就是将数据的二进制电平转换成模拟信 号的有效形式。解调器的作用与调制器相反，是将模 拟信号转换为二进制数字信号。
串行通信名词术语（续）
• 同步与异步通信方式
• 单工、双工和全双工
在通信线路上，以位bit为传输的最小因 子，是串行数据的一般特征。串行数
数据的传输是靠发送与接收双方来完 成的。启动它们何时工作和要不要工
据通信的方式包含同步通信和异步通
作，取决于通信方向和时间模式。
信两种：
1.单工
1.同步通信方式
是指数据信息只能沿一个方向流动。
时钟独立于数据之外，与数据同步并行
可以认为通信中的一方总是作为发送
地传送的形式称为同步方式。数据通
器，另一方总是作为接收器。用于电
信的发送端产生主控时钟。在接收端， 报机或电视接收机。
采样时钟与数据位元的脉冲周期同步。 同步方式适合于较近距离的串行设备。 2.异步通信方式
2.通用线路
989285-计算机外设与接口技术-讲稿10
数据分离电路的作用是，从磁 盘读出的原始数据中分离时钟
数据分离电路原理
与数据。
当数据读出的脉冲为“1”时， 由锁相环电路输出同步信号； 当读出数据为“0”时，锁相环 直接输出时基500KHZ。
锁相环电路的同步原理：相位 比较器将读数据的频率与另一 个时基频率相比较，产生相位 之差。低通滤波器对这种相位 的变化积分，并将变化的电压 送到压控震荡器。VCO压控振 荡器，可将电压的变化转换为 频率的变化，重新送相位比较 器。从而抵消原始数据的频率 偏差，达到同步。
数据字节减去校验字节（余 数），再被同样的常数K除， 得到的余数结果为0，表明 传输无误，若结果不为0就 表示出错。
节加1作为校验码，与512字 节数据一同发送。接收方首先 将512字节取最低两个字节， 再与校验码相加，所得结果应 为0，否则出错。作退回重发 处理。
软盘的磁道和扇区
软盘上每个磁道所存放的记录是相同的。都含有三类字段：索引字段、 标识字段和数据字段。
磁盘可受MPU或DMA的控 制
多驱动选择
工作时钟10MHZ 单+5V工作电源 40 引 脚 DIP双 列 直 插 式 封
装
可采用MFM/PLL磁记录格 式。
8272A的主要作用： 选择驱动器读写头，向磁
头发选通信号
读出磁头的位置信息
检测驱动器包括马达故障
写操作时进行并-串转换， 将串行数据信号作用于磁头 的控制端
63 80GB
33.3MB/S 2~28ms 100,400,1.2GB/S
软盘
软盘的结构 表面留有磁头读/写窗口、写 保护窗口、定位孔等。驱动器 是包含磁盘、驱动马达及控制 电路的器件盒。
软盘的定位 软盘上安装有定位标记，称索 引孔，表示0磁道。由于马达 在运转过程中，通过负反馈方 式进行精确控制，速度保持不 变。为了找到一个指定的磁道， 当磁头接近定位孔时，便开始 计算时间所对应的距离。一旦 到时间，步进马达就接受靠近 命令，表示与磁盘接触，并由 驱动器发回准备读/写数据的 信号，从而完成了定位任务。
989300-计算机外设与接口技术-讲稿3
符，与密码比较提示正确与否。给三次机 会，不正确或超时退出。
DOV AX, offset DATA1
MOV DS,AX
入
MOV DX,0 MOV AH,9H
；DS:DX→DATA1
x
INT 21H MOV AH,08H
；显示‘请键入1~9’
并行8位数据字节DB0~DB7和中断请求 IRQ1，同时输入到系统总线。IRQ1中断将 引起BIOS服务功能INT 9H 。
键盘接口电路框图
键盘的信号与时序
引脚T0,T1用于接收键盘发出的扫描码数据； 引脚P16,P17经驱动器向键盘发就绪信号； 与系统总线相连的一方，P11连接中断请求IRQ1； XDB0～XDB7送出８位并行扫描码数据。
每个键（除了Pause键） 按下超过0.5秒时，键盘微控制器将按重复键处理：即以重发速
率传送扫描码。
键盘接口电路的主要信号
键盘接口电路的功能是将串行扫描码转 换为并行扫描码。
键盘信息变成串行扫描码后，经串行数据 总线KBDDATA和串行时钟线KBDCLK，到 达主机。再由主机的键盘接口电路通知系 统进行处理。
键盘的动作分为四种：
接通码： 00 +扫描码 接通码表示一个键按下却未松开的动作，由高字节加键的扫描
码（表２－１）组成。 断开码：Ｆ0+扫描码 当键抬起时，高字节为Ｆ0加低字节扫描码组成。 组合键扫描码： F0+键Ctrl/Alt/Shift的扫描码+正常键的接通码组成。 重复动作键：F0+接通码+接通码+…（除了Pause键）
（ASCII/00/E0 ）
AH=12 AL=１０１键盘标志（见表2-2） 返回扩展键的 变换状态
将扫描码写入键盘缓冲区
DOV AX, offset DATA1
MOV DS,AX
入
MOV DX,0 MOV AH,9H
；DS:DX→DATA1
x
INT 21H MOV AH,08H
；显示‘请键入1~9’
并行8位数据字节DB0~DB7和中断请求 IRQ1，同时输入到系统总线。IRQ1中断将 引起BIOS服务功能INT 9H 。
键盘接口电路框图
键盘的信号与时序
引脚T0,T1用于接收键盘发出的扫描码数据； 引脚P16,P17经驱动器向键盘发就绪信号； 与系统总线相连的一方，P11连接中断请求IRQ1； XDB0～XDB7送出８位并行扫描码数据。
每个键（除了Pause键） 按下超过0.5秒时，键盘微控制器将按重复键处理：即以重发速
率传送扫描码。
键盘接口电路的主要信号
键盘接口电路的功能是将串行扫描码转 换为并行扫描码。
键盘信息变成串行扫描码后，经串行数据 总线KBDDATA和串行时钟线KBDCLK，到 达主机。再由主机的键盘接口电路通知系 统进行处理。
键盘的动作分为四种：
接通码： 00 +扫描码 接通码表示一个键按下却未松开的动作，由高字节加键的扫描
码（表２－１）组成。 断开码：Ｆ0+扫描码 当键抬起时，高字节为Ｆ0加低字节扫描码组成。 组合键扫描码： F0+键Ctrl/Alt/Shift的扫描码+正常键的接通码组成。 重复动作键：F0+接通码+接通码+…（除了Pause键）
（ASCII/00/E0 ）
AH=12 AL=１０１键盘标志（见表2-2） 返回扩展键的 变换状态
将扫描码写入键盘缓冲区
989299-计算机外设与接口技术-讲稿23
LCD液晶显示器
液晶是1888年奥地利学者Reinitzer发现的，是一 种介于固态和液态之间的物质，具有分子排列规则 的特点，属于有机化合物质。由于液晶显示器具有 耗电低、重量轻、无x射线辐射、无闪烁、可视角 度大和分辨率较高等特点，已获得了空前的应用。
液晶显示器按性能价格可分为有源阵列和无源阵列 两种；按照技术发展可分为4种类型：扭曲向列、 超扭曲向列、双层超扭曲向列和薄膜晶体管式；按 照液晶分子结构可分为3种：超扭曲向列型STN （Super-twisted Nematic）液晶显示器、金属—绝缘 体—金属结构式MIM（Metal—Insulate—Metal）液 晶显示器和场效应器件的TFT型液晶显示器。
例 如 ： STSCHNC 信 号 允 许 卡 配 置 成为I/O方式； IOIS16 信号当卡响
100Mbps的网络通信速率
应 一 个 16 位 I/O 周 期 时 有 效 ；
INPACK信号 当卡响应一个I/O读
时有效 。
液晶显示器工作时，功耗低于23W。 LCD显示器的点距在0.29 mm ～0.32
重量约为5~6kg，晶体外壳厚度在
mm ,虽然反应速度比CRT慢，但是
3.8cm～7.6cm之间。可视角度是指
LCD感觉不到闪烁。CRT通过提高
位于屏幕一侧时可以看见图像的最
每秒显示的画面数，来减少闪烁。
大角度，一般在100度左右，可视角
宾主式液晶显示器原理
所谓宾主方式是将二色性染料（宾）溶解于 特定排列的向列型晶体（主）中，在施加电 场的情况下，作为“主”的液晶分子排列和 作为“宾”的染料分子排列均将发生变化。 通过电控的方式来控制染料对可见光的吸收 量，从而得到不同的颜色显示效果。
笔记本电脑的部件及作用
液晶是1888年奥地利学者Reinitzer发现的，是一 种介于固态和液态之间的物质，具有分子排列规则 的特点，属于有机化合物质。由于液晶显示器具有 耗电低、重量轻、无x射线辐射、无闪烁、可视角 度大和分辨率较高等特点，已获得了空前的应用。
液晶显示器按性能价格可分为有源阵列和无源阵列 两种；按照技术发展可分为4种类型：扭曲向列、 超扭曲向列、双层超扭曲向列和薄膜晶体管式；按 照液晶分子结构可分为3种：超扭曲向列型STN （Super-twisted Nematic）液晶显示器、金属—绝缘 体—金属结构式MIM（Metal—Insulate—Metal）液 晶显示器和场效应器件的TFT型液晶显示器。
例 如 ： STSCHNC 信 号 允 许 卡 配 置 成为I/O方式； IOIS16 信号当卡响
100Mbps的网络通信速率
应 一 个 16 位 I/O 周 期 时 有 效 ；
INPACK信号 当卡响应一个I/O读
时有效 。
液晶显示器工作时，功耗低于23W。 LCD显示器的点距在0.29 mm ～0.32
重量约为5~6kg，晶体外壳厚度在
mm ,虽然反应速度比CRT慢，但是
3.8cm～7.6cm之间。可视角度是指
LCD感觉不到闪烁。CRT通过提高
位于屏幕一侧时可以看见图像的最
每秒显示的画面数，来减少闪烁。
大角度，一般在100度左右，可视角
宾主式液晶显示器原理
所谓宾主方式是将二色性染料（宾）溶解于 特定排列的向列型晶体（主）中，在施加电 场的情况下，作为“主”的液晶分子排列和 作为“宾”的染料分子排列均将发生变化。 通过电控的方式来控制染料对可见光的吸收 量，从而得到不同的颜色显示效果。
笔记本电脑的部件及作用
989292-计算机外设与接口技术-讲稿17
B） （13×64B）
（高速） 24576 Byte 53248 Byte 24576 Byte 15872 Byte 事务/微帧 （3×1024B） （13×512B） （3×1024B） （31×64B）
可传输的方 1.0只支持输入 输入或输出 向
USB软件体系
USB主机软件是 分层式结构。分 层可以支持各种、 各级设备，因为 USB共含有5级 集线器和不同的 I/O设备。有关软 件体系如框图118所示。
描述符Descriptor定义
如果说数据包结构定义了的传输协议，那描述符则定义了数据传输规范。 数据是按照数据结构来传输的，不同的描述符定义有不同的数据类型和 长度。
到上电，这个过程称为“加电”状态。 ·（2）接通电源后，进行通信。对于总线来说就进入“忙”
工作过程，此一时期称为“接通”状态。 · （3）断开电源，停止工作的过程，称为I/O设备的“断
电”状态。此种状态下，主机检测不到该I/O设备的存 在。 （4）“挂起”状态。如果主机通过集线器，检测到总线 上的活动停止达3ms，则送出“BI”命令，通知设备进 入挂起状态。挂起状态就是接通电源，但不使用总线的 过程。
USB总线小结
USB总线打破了传统意义上接口的概念。是动态配置，软硬结合的 通用设备控制器。
系统配置的主要任务： · 能自动检测设备是否连接到系统； · 可供USB设备硬件与应用程序沟通； · 确认新连接设备的交换方式； · 定义连接后设备的标识符PID； · 驱动程序可调用系统提供的服务和函数； 总之，USB总线的规范是行业整体制定的，USB系统包括硬件和软
件。USB的使用是简单容易的，开发是复杂和不容易的。具有众多 优点的USB总线，在技术上，有非常大的特点。它综合了许多软硬 件成功的实践经验，拥有计算机各个时代、各个应用领域的先进知 识。它是7家大型跨国公司积二十年经验，历时5年的资深专家的宝 贵资源。
（高速） 24576 Byte 53248 Byte 24576 Byte 15872 Byte 事务/微帧 （3×1024B） （13×512B） （3×1024B） （31×64B）
可传输的方 1.0只支持输入 输入或输出 向
USB软件体系
USB主机软件是 分层式结构。分 层可以支持各种、 各级设备，因为 USB共含有5级 集线器和不同的 I/O设备。有关软 件体系如框图118所示。
描述符Descriptor定义
如果说数据包结构定义了的传输协议，那描述符则定义了数据传输规范。 数据是按照数据结构来传输的，不同的描述符定义有不同的数据类型和 长度。
到上电，这个过程称为“加电”状态。 ·（2）接通电源后，进行通信。对于总线来说就进入“忙”
工作过程，此一时期称为“接通”状态。 · （3）断开电源，停止工作的过程，称为I/O设备的“断
电”状态。此种状态下，主机检测不到该I/O设备的存 在。 （4）“挂起”状态。如果主机通过集线器，检测到总线 上的活动停止达3ms，则送出“BI”命令，通知设备进 入挂起状态。挂起状态就是接通电源，但不使用总线的 过程。
USB总线小结
USB总线打破了传统意义上接口的概念。是动态配置，软硬结合的 通用设备控制器。
系统配置的主要任务： · 能自动检测设备是否连接到系统； · 可供USB设备硬件与应用程序沟通； · 确认新连接设备的交换方式； · 定义连接后设备的标识符PID； · 驱动程序可调用系统提供的服务和函数； 总之，USB总线的规范是行业整体制定的，USB系统包括硬件和软
件。USB的使用是简单容易的，开发是复杂和不容易的。具有众多 优点的USB总线，在技术上，有非常大的特点。它综合了许多软硬 件成功的实践经验，拥有计算机各个时代、各个应用领域的先进知 识。它是7家大型跨国公司积二十年经验，历时5年的资深专家的宝 贵资源。
989284-计算机外设与接口技术-讲稿1
用 户 与 硬 件 之 间 的 驱 动 结 构
外部设备的三大作用
❖ 外部设备是人机对话的传递工具。
人们操作电脑必须借助外设输送程序和数据；获取电 脑处理结果必须借助外设送回信息；了解电脑运行状 态必须通过外设传达参数。所以，外部设备是数据的 传递工具。
❖ 外部设备是信息转换工具。
人与电脑打交道所使用的信息形式，是图形、文字、 声音和图像。但电脑只能运行数字，因此外部设备必 须将本身的信息形式变成电脑能够识别的数据，才能 进入电脑系统的加工、处理、制作的过程。所以，外 部设备是将一种数据形式，转换成另一种数据形式的 转换工具。
主板结构
外部设备系统的组成
外部设备系统是由五大部件组成的： 系统总线 接口电路 设备级总线（线缆） 接口程序 外部设备
外部设备的分类
外部设备的分类有多种方法。以访问形式分，包括有输入、输出、 外存设备；以用途分，大致分成以下8种：输入设备、输出设备、 外部存储设备、办公设备、多媒体设备、网络通信设备、总线设 备和电源设备。
北桥、南桥、高速接口和低速接口，具有总线速度递减的 特点 。
总线、接口在微型机系统中的位置
关于接口和总线
接口的定义 总线的定义与分类 总线上的信号 总线的性能
关于接口和总线
一．接口的定义 接口分为硬件和软件。
接口硬件或称（I/O）输入输出，是指外 部设备与系统通信的控制部分或电路。
接口软件指系统驱动程序。
关于接口和总线
二、总线的定义与分类 1.定义
总线是传送同一类信息的公共连线。 2.分类
总线分为芯片级、系统级和设备级。按 照数据的传输形式分为并行总线和串行 总线。
关于接口和总线
三、总线上的信号 总线上的信号分为四类： 数据信号 地址信号 控制信号 电源信号
989297-计算机外设与接口技术-讲稿21
数据开始与结束逻辑
数据的稳定与切换
假设有两个竞争者，举例如下：
2个主控器件时钟线CLK1与CLK2的竞争
2个主控器件数据线DATA1与DATA2的竞争
总线的数据格式
数据的稳定与切换： I 2 C总线规定，在时钟SCL高电平期间，数据SDA的电平必须稳定。 而在时钟SCL低电平期间，数据SDA可以改变电平状态。
开始与结束信号： 开始格式规定：在时钟信号SCL和数据信号SDA线同为高电平时， SDA发生由高到低的跳变，SCL仍保持高电平。停止格式规定：在 SCL时钟信号为高电平时，SDA发生Fra bibliotek低到高的跳变。
字节传送 I 2 C总线是以字节为数据的传输单位，从MSB最高有效位顺序向 LSB最低有效位的传送方式。每个字节长度8位，可以为地址字或数 据字WORD。每传送一个字节后面必须跟第9位应答信号。
应答信号由接收字节的器件传递到总线，发送器件如果 没有收到应答信号，就必须停止下一个字节的发送。
总线数据传输格式
微控制器应用系统结构
I 2 C总线的特点
I 2 C总线是微处理器与存储器、I/O设备之间的二线串 行多主总线。它顺应了微控制器应用系统发展的趋势， 完全把握了芯片级总线需求的动态，特点和主要性能： 体积小、低功耗 性价比高、开发周期短 缩减的芯片引脚资源 I 2 C总线的最高传输率：100Kb/S（高速模式400Kb/s） 总线部件没有数量限制，只要总线电容为400PF。 VDD与VSS之间也没有限制，只要二态电平的翻转，足 以被检测和识别为准。 （有些微控制器的工作电压在1.8V。）
I 2 C总线的串行同步传输方式
总线的“线与”逻辑
大多数总线处理多部件的竞争方式，相当复杂。 而I 2 C总线却极简单即巧妙。这里仲裁的基础 是“线与”逻辑，“线与”仅靠漏极开路加上 拉电阻实现。当多个部件发出主控时钟“低” 电平时，由于线与的作用，总线上仅以最长的 低电平有效。形成统一的SCL主控时钟。换言 之，非主控时钟皆退出。当多个数据线发送时， 仅最长的低电平能够成为SDA，其它均被“线 与”掉。这样，接收方没有得到完整的字节， 便不会作出回答，也就保护了“败者”的数据 不丢失。
989288-计算机外设与接口技术-讲稿13
串行口适配器
串行口适配器 串行通信是靠发送器、接收器和线缆三部分实现的。适配器 的接口作用有两项：一是面对CPU系统提供可编程序寄存器， 并且带有系统端口地址的译码器；二是具有信号的转换、传递
功能。
串行口适配器的组成
串行口适配器由地址译码器、时钟电路、16550UART、发送 接收驱动器和RS232线缆插座组成。
地址译码器的作用是，接收系统发出的寻址信息，并使能 16550中的的端口寄存器。
时钟电路为16550提供1.8432Mhz频率的CLK，用于位流的 控制。
16550UART是串行口适配器的核心电路，含10个寄存器及 可访问8个端口地址。串行端口的标准接口称为COM ，如表 6-4所示。
发送通路上由1488与非门作信号的驱动部件，接收通路上由 1489单输入与非门驱动。环流电路是为了隔离两个通路上的 信号而设计的 。
DSR 数据设备准备就绪(Data Set Ready)
DTR 数 据 终 端 准 备 就 绪 (Data Terminal Ready)
CD 载波检测(Carrier Detect)(有 时为DCD数据载波检测)
RI 环形指示(Ring Indicator)
RS232的线缆标准
RS232的电平标准
（如图6-8所示）
串行端口寄存器地址
表6-4 串行端口寄存器地址
寄存器 写
地址(COM1) 地址(COM2) 除数锁存位 读/
发送TX缓冲器
3F8
接收RX缓冲器
3F8
除数锁存器低字节 3F8
除数锁存器高字节 3F9
中断允许寄存器
3F9
中断标识寄存器
3FA
FIFO控制寄存器 3FA
989283-计算机外设与接口技术-讲稿0
系统设计论文
题目《PC最新硬件系统设计》 选项导引（见下一面） 设计成果明细 总体要求 分组讨论（课时：4）
选项导引
显卡或图形加速卡AGP总线 硬盘 IDE线缆 声卡 MIDI接口 网卡PCI --------RJ45 光驱 SCSI线缆 PC卡（PCMCIA）笔记本电脑总线 USB总线 设备：
《 计算机外设与接口》
上机编程习题、课堂讨论和设计要求 袁新燕
上机编程习题（一）：
上机编程：键入任意字符，同时显示该 字符的扫描码的十六进制数值。按下 Enter键结束。
上机编程：从键盘接收“Password”， 6~10个字符，共提供三次机会，提示正 确与否。并在20秒内接收完毕，超时自 动结束。
计算机外设与接口简明教程（修订版）
袁新燕 北京航空航天大学出版社 2005.8
USB大全
美Jan Axelson 著
陈逸 等译 中国电力出版社 2001.5
USB设计应用实例 美John Hyde 著
孙耀国 赵德刚 译 中国铁道出版社 2003.8
PC升级与维护大全 美Scott Mueller 著
前导工作室译 机械工业出版社 2001.10
HID类（键盘、鼠标、游戏杆） PAD 个人数据助理 数码相机、扫描仪、打印机 调制解调器 MIC/SPEAKER 音响 串行口COM 写入EEPROM
设计成果明细
系统方块图 性能特点描述 核心器件型号 引脚描述 总线、线缆、数据协议描述 接口程序框图 应用程序框图 其它：制造商、开发工具、网址、参考书名称
总体要求
独立查找最新硬件、软件资料，进行市 场调查，或上网。
图纸及文字表述字数不少于8000字。 课堂分组讨论表述：
概述系统的应用功能，选题意义，创 新点和不足。
989295-计算机外设与接口技术-讲稿2
袖珍区 17个键
增加键区 10个键
2020/10/19
3
机械式按键的结构原理：
机械式按键的传达机构主要由键柄、金属触点、 弹簧片组成 。键的两个金属触点分别连接行、列 两条线。当键按下或抬起时 ，行与列线接触或断 开，键盘是靠每个键的列信号电平来读取键盘信 息的。理：
本章主要解决的问题：
键盘动作是如何转化为 用户信息的？
（用以下四个功能部件来 说明）
2020/10/19
1
四个功能部件的作用：
键盘 是指键盘外设的电路部分。作用：传 递按下键的动作，并变成串行扫描码。
键盘接口 指位于主机一侧的输入输出电路。 作用：将串行扫描码转换为并行扫描码。
键盘中断 称INT9H。作用：将并行扫描码 解释成为缓冲区的数据、状态和命令。
INT16H 指系统的ＢＩＯＳ键盘基本服务 功能。作用：代替用户访问缓冲区。
2020/10/19
2
１０１键盘分区
功能区 ESC、 F1～F12、Print Screen、Scroll Lock、 Pause/Break共16键组 成。
打字区 由0～9、 A～Z、标点符号11个、 及其它辅助键共58键 组成。
微控制器 是键盘识别电路的核心器件。作用： 发行信号、读列信号和传递串行扫描码。
译码器 作用：将微控制器发出的行信号代码转 换为13行扫描信号。
键盘矩阵 作用：将按下键变为电平送达微控制 器。
串行插头座 称PS/2线缆。作用：传递串行扫描 码到主机。
2020/10/19
6
键盘控制电路框图
2020/10/19
2020/10/19
9
： 识别键盘按下键的四项任务
扫描键盘 利用8049的P24～P27引脚，循环产生13个译码信号 0000H～1100H。每扫描一行，都引起DB数据总线对列信 号的检测。
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5.低功耗：USB控制器芯片本身采用 低功耗器件，电源的最高功耗： 500mA。
6.总线共享：USB作为外部设备总线，
2.接口方便：USB最大允许连接的设 备数：127个不同类别的设备 。
在端口技术上，可与现有的设备 总线实现传输模式互连。
3.传输速度快：USB支持三种速度模 USB的缺点
式：低速（Low speed）1.5Mbps、 全速（Full speed）12Mbps和高 速（High speed）480Mbps。低 速适合交互设备：键盘、鼠标、游
3.终止序列 包的终止序列标志一个数据包的结束。由信号线D+和D-同时变为低电平，如图 11-9所示。终止序列在USB总线上出现，唯一不是差动信号，这样很容易识别。 终止序列也称单一的“零”信号，或称EOP序列。
数据包类型
表11-2
PID 0101 1101 1001 0001 0011 1011 0010 1010 1110 1100 其它
总线数据包
1.起始序列 包的起始标志，是从一个“J”状态跳变为“K”状态。即D+和D-两条线上的电平， 同时切换到相反的极性。起始的时间为0.0833 µs（1/12MHz）。我们将这种传 输的最小元素称为“码元”（bit）。8位码元组成为一个“字节”BYTE。
2.信息序列 包的信息序列的长度，是可变的。最少一字节，最多1024字节。信息序列由三 项组成：同步、标识和选项。（如图11-9）。 同步SYNC由8位码元组成。紧接起始之后是6个跳变，最后是两个“K”状态。同 步序列为8个状态：“KJKJKJKK”。 标识也由8位码元组成。前4位是标识符PID，后4位组成PID的补码CRC。包的标 识符象征信息包的类型。（见表11-2）补码用于检查信息的错误。USB信息类型 主要分为四大类：令牌、数据、握手和特殊类型。使用的种类分为16种。 选项的长度可选，用来表示数据本身，内容分属上述四大类共16种。
上游与下游 集线器上的端口Port分 为两种：上游为A型插口、下游为B型 插口，如图。
级连深度 指USB线缆从上游插口到 下游连接的最多集线器个数。主机外 部的USB集线器最多为5级，USB设 备最大数为126个。加上根集线器是 127个。
总线数据包结构与定义
USB总线传输的最小数据单位，称为包Packet。下面 以12MHz的传输速率描述一个包结构。一个数据包， 由起始序列、信息序列和终止序列组成，如图11-9所 示。从起始到终止所用时间叫1“帧”。
USB总线的性能特点
USB总线是通用设备总线。它能 4.传输稳定抗干扰：数据线采用差动
够将各种外设，统一在一个线缆标 准下，并只有唯一的主控制器位于 系统内，作为与外界联系的接口。
USB的优点
1.即插即用 ：设备可以带电插拔，不 需要重新开机和启动，便可以直接 使用。
式信号，对于干扰信号有天然的 抑制作用。
2.SETUP
该令牌包比OUT令牌包的优先级高，由4部分组成。SETUP标识符8位 PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位。如图11-10所示。
3.IN
IN令牌包用来建立数据传输，方向由USB设备传送到根集线器。由IN标 识符8位PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位组成。如图11-10所 示。
USB总线术语
信道 信道指传输频道，是共享一个 频带的数据传输途径。
频带宽度 是数据传输的频率范围（最 高频率fh~最低频率fl）。
集线器（Hub） 一个只有USB端口 Port的设备称为集线器。其中，位于 PC 机 的 内 部 ， 称 为 根 集 线 器 （ Root Hub）。
I/O设备（Function） 与PC机进行数 据交流的终端设备。区别于集线器。
数据线是一对正付极差动信号。USB没有时钟线。时钟由控制电路提供。
•信号电平范围：
全速/低速 “J”电平
“K”电平
高速
“J”电平
“K”电平
D+ > 2.7V D- < 0.4V
D+ < 0.4V D- > 2.7V
D+ > 360mV D- < 10mV
D+ < 10mV D- > 360mV
USB控制器组成
4.OUT
OUT令牌包用来建立数据传输，方向由根集线器传送到USB设备。由 OUT标识符8位PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位组成。如图 11-10所示。
数据包、握手包
数据包（Data Packet） 数据包是SETUPБайду номын сангаасIN、OUT令牌之后的实际内容。从表11-2中可以看出，
共有DATA0和DATA1两种，实际指的是同一个数据。利用两个包，一个 是另一个的补码，互为印证、保证纠错。数据包的长度可变：1～1024字 节，外加16位CRC校验位。当数据DATA0和DATA1被发送到接收器时， 如果出错，纠错的方式是重发；如果时间到了却没有收到一个完整帧，则 发出超时警告。数据包由3部分组成：DATA0或DATA1标识符8位PID、传 送包（Payload data）1～1024字节不等和16位CRC。如图11-10所示。 握手包（Hold Packet） 握手包用来表明接收设备的环境、接收数据的状态。用于由接收器对发送 器返回的回答信号。共3种握手包类型：ACK、NAK和STALL。
1. ACK
ACK握手信息，表示一个令牌或数据包已接收成功。
2. NAK
NAK握手信息，表示接收设备“忙”未就绪。NAK的优先级别在SETUP之 下，是一个优先级别较高的握手包。
3. STALL
STALL握手信息，表示寻求USB系统的帮助。例如，I/O设备不能识别某个 命令、由接收方的回答信息表明故障等。
数据包示意图
USB控制器是超大规模集成电路。芯片中包含有CPU、程序存储器、数 据存储器、数据缓冲器和SIE（Serial Interface Engine）。
SIE接口 SIE引擎负责①检测进入USB控制器的信息包：包括起始包、结束包， ②发出回答信号和重发信号，③负责对总线上的数据传输格式进行编码、 译码，④进行CRC纠错，⑤对信息包标识PID（Packet Identification） 解密。
1.设备之间不能直接通信 。
2.由于旧的计算机没有USB接口，使 得USB设备无法与主机相连。需
戏机。全速适合音频设备：麦克风、 要通过一个转换器。
唱机、POST。高速适合影像设备： 3.新开发USB设备较难 。
数码相机、摄像机、图像压缩卡和
图形存储卡。
USB的线缆信号和电平规范
USB线缆是连接USB控制器与USB设备的信号线。线缆规范了4条信号线： · 电源线+5V（红色） · 数据线D+（绿色） · 数据线D-（白色） · 地线GND（黑色）
数据包类型 SOF SETUP IN OUT DATA0 DATA1 ACK NAK STALL PRE 保留
类型说明 令牌 令牌 令牌 令牌 数据 数据 握手 握手 握手 特殊的 保留
令牌包
令牌包（Token Packet） 令牌包是数据的一种，用于使USB设备领受命令。令牌包信息类型的优
先级别较高，即可以终止低一级的命令帧或数据帧。令牌包主要有以下4 种： 1.SOF（Start Of Frame）起始帧 起始帧使得USB组成强大的查错能力，SOF包出现在任何信息包之中。 起到传输确认的作用。也可以认为是有规则的传输节拍。一个SOF结构包 括三部分：SOF标识符8位PID、Frame11位和CRC 5位。如图11-10所示。
6.总线共享：USB作为外部设备总线，
2.接口方便：USB最大允许连接的设 备数：127个不同类别的设备 。
在端口技术上，可与现有的设备 总线实现传输模式互连。
3.传输速度快：USB支持三种速度模 USB的缺点
式：低速（Low speed）1.5Mbps、 全速（Full speed）12Mbps和高 速（High speed）480Mbps。低 速适合交互设备：键盘、鼠标、游
3.终止序列 包的终止序列标志一个数据包的结束。由信号线D+和D-同时变为低电平，如图 11-9所示。终止序列在USB总线上出现，唯一不是差动信号，这样很容易识别。 终止序列也称单一的“零”信号，或称EOP序列。
数据包类型
表11-2
PID 0101 1101 1001 0001 0011 1011 0010 1010 1110 1100 其它
总线数据包
1.起始序列 包的起始标志，是从一个“J”状态跳变为“K”状态。即D+和D-两条线上的电平， 同时切换到相反的极性。起始的时间为0.0833 µs（1/12MHz）。我们将这种传 输的最小元素称为“码元”（bit）。8位码元组成为一个“字节”BYTE。
2.信息序列 包的信息序列的长度，是可变的。最少一字节，最多1024字节。信息序列由三 项组成：同步、标识和选项。（如图11-9）。 同步SYNC由8位码元组成。紧接起始之后是6个跳变，最后是两个“K”状态。同 步序列为8个状态：“KJKJKJKK”。 标识也由8位码元组成。前4位是标识符PID，后4位组成PID的补码CRC。包的标 识符象征信息包的类型。（见表11-2）补码用于检查信息的错误。USB信息类型 主要分为四大类：令牌、数据、握手和特殊类型。使用的种类分为16种。 选项的长度可选，用来表示数据本身，内容分属上述四大类共16种。
上游与下游 集线器上的端口Port分 为两种：上游为A型插口、下游为B型 插口，如图。
级连深度 指USB线缆从上游插口到 下游连接的最多集线器个数。主机外 部的USB集线器最多为5级，USB设 备最大数为126个。加上根集线器是 127个。
总线数据包结构与定义
USB总线传输的最小数据单位，称为包Packet。下面 以12MHz的传输速率描述一个包结构。一个数据包， 由起始序列、信息序列和终止序列组成，如图11-9所 示。从起始到终止所用时间叫1“帧”。
USB总线的性能特点
USB总线是通用设备总线。它能 4.传输稳定抗干扰：数据线采用差动
够将各种外设，统一在一个线缆标 准下，并只有唯一的主控制器位于 系统内，作为与外界联系的接口。
USB的优点
1.即插即用 ：设备可以带电插拔，不 需要重新开机和启动，便可以直接 使用。
式信号，对于干扰信号有天然的 抑制作用。
2.SETUP
该令牌包比OUT令牌包的优先级高，由4部分组成。SETUP标识符8位 PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位。如图11-10所示。
3.IN
IN令牌包用来建立数据传输，方向由USB设备传送到根集线器。由IN标 识符8位PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位组成。如图11-10所 示。
USB总线术语
信道 信道指传输频道，是共享一个 频带的数据传输途径。
频带宽度 是数据传输的频率范围（最 高频率fh~最低频率fl）。
集线器（Hub） 一个只有USB端口 Port的设备称为集线器。其中，位于 PC 机 的 内 部 ， 称 为 根 集 线 器 （ Root Hub）。
I/O设备（Function） 与PC机进行数 据交流的终端设备。区别于集线器。
数据线是一对正付极差动信号。USB没有时钟线。时钟由控制电路提供。
•信号电平范围：
全速/低速 “J”电平
“K”电平
高速
“J”电平
“K”电平
D+ > 2.7V D- < 0.4V
D+ < 0.4V D- > 2.7V
D+ > 360mV D- < 10mV
D+ < 10mV D- > 360mV
USB控制器组成
4.OUT
OUT令牌包用来建立数据传输，方向由根集线器传送到USB设备。由 OUT标识符8位PID、设备地址7位、端点地址4位和CRC5位组成。如图 11-10所示。
数据包、握手包
数据包（Data Packet） 数据包是SETUPБайду номын сангаасIN、OUT令牌之后的实际内容。从表11-2中可以看出，
共有DATA0和DATA1两种，实际指的是同一个数据。利用两个包，一个 是另一个的补码，互为印证、保证纠错。数据包的长度可变：1～1024字 节，外加16位CRC校验位。当数据DATA0和DATA1被发送到接收器时， 如果出错，纠错的方式是重发；如果时间到了却没有收到一个完整帧，则 发出超时警告。数据包由3部分组成：DATA0或DATA1标识符8位PID、传 送包（Payload data）1～1024字节不等和16位CRC。如图11-10所示。 握手包（Hold Packet） 握手包用来表明接收设备的环境、接收数据的状态。用于由接收器对发送 器返回的回答信号。共3种握手包类型：ACK、NAK和STALL。
1. ACK
ACK握手信息，表示一个令牌或数据包已接收成功。
2. NAK
NAK握手信息，表示接收设备“忙”未就绪。NAK的优先级别在SETUP之 下，是一个优先级别较高的握手包。
3. STALL
STALL握手信息，表示寻求USB系统的帮助。例如，I/O设备不能识别某个 命令、由接收方的回答信息表明故障等。
数据包示意图
USB控制器是超大规模集成电路。芯片中包含有CPU、程序存储器、数 据存储器、数据缓冲器和SIE（Serial Interface Engine）。
SIE接口 SIE引擎负责①检测进入USB控制器的信息包：包括起始包、结束包， ②发出回答信号和重发信号，③负责对总线上的数据传输格式进行编码、 译码，④进行CRC纠错，⑤对信息包标识PID（Packet Identification） 解密。
1.设备之间不能直接通信 。
2.由于旧的计算机没有USB接口，使 得USB设备无法与主机相连。需
戏机。全速适合音频设备：麦克风、 要通过一个转换器。
唱机、POST。高速适合影像设备： 3.新开发USB设备较难 。
数码相机、摄像机、图像压缩卡和
图形存储卡。
USB的线缆信号和电平规范
USB线缆是连接USB控制器与USB设备的信号线。线缆规范了4条信号线： · 电源线+5V（红色） · 数据线D+（绿色） · 数据线D-（白色） · 地线GND（黑色）
数据包类型 SOF SETUP IN OUT DATA0 DATA1 ACK NAK STALL PRE 保留
类型说明 令牌 令牌 令牌 令牌 数据 数据 握手 握手 握手 特殊的 保留
令牌包
令牌包（Token Packet） 令牌包是数据的一种，用于使USB设备领受命令。令牌包信息类型的优
先级别较高，即可以终止低一级的命令帧或数据帧。令牌包主要有以下4 种： 1.SOF（Start Of Frame）起始帧 起始帧使得USB组成强大的查错能力，SOF包出现在任何信息包之中。 起到传输确认的作用。也可以认为是有规则的传输节拍。一个SOF结构包 括三部分：SOF标识符8位PID、Frame11位和CRC 5位。如图11-10所示。