第8章微型计算机接口技术祥解.ppt

第8章 微型计算机接口技术 本章学习目标 本章主要讲解接口技术的基本概念、接口电路的工作原理、接口芯片的应用以及与微机系统（CPU）的连接。通过本章学习，读者应该掌握以下内容： 掌握输入/输出接口电路、输入/输出端口的基本概念、分类 掌握CPU与外设数据传送的方式方法。 掌握常用微机外部实用接口 掌握并行数据接口的基本概念、参数，及其应用 掌握串行数据接口的基本概念、参数，应用RS232C串行接口标准、 掌握DMA的基本概念、可编程DMA控制器芯片8237A的结构、应用及编程方法。 掌握微机内部总线接口 掌握模/数、数/模转换的基本概念、应用方法，了解DAC0832芯片和ADC0809、AD574等芯片的应用。 8.1 微型计算机接口技术概述 微型计算机接口技术在微机系统设计和应用过程中，都占有极其重要的地位。无论是系统内部的信息交换还是与系统外部的信息交换，都是通过“接口”来实现的。 1．接口 接口(interface)就是微处理器与外部世界的连接部件(电路)，它是CPU与外界进行信息交换的中转站。源程序或原始数据要通过接口从输入设备进来，运算结果要通过接口向输出设备送出；控制命令通过接口发出，现场状态通过接口取进，这些来往信息都要通过接口进行变换与中转。微机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界进行最佳耦合与匹配，以在CPU与外部世界之间实现高效、可靠的信息交换的一门技术。外界是指除CPU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、通信设备、多媒体设备、A／D和D／A转换器等。 2．微机接口功能 CPU与外部设备(简称外设)之间的接口一般有如下功能。 (1)数据缓冲功能 (2)接收和执行CPU命令的功能 (3)信号转换功能 (4)设备选择功能 (5)中断管理功能 (6)数据宽度变换的功能 CPU所处理的是并行数据(8位、16位,32位,64位)，而有的外设只能处理串行数据，在这种情况下，接口就应具有数据“并-串”和“串-并”的变换功能。为此，在接口中设置了移位寄存器。 (7)可编程功能 3．微机接口类型 微机接口的分类方法有多种，按与外设数据的传送方式可分为：并行I/O和串行I/O接口等；按通用性分，有专用接口和通用接口； 按功能分，有3种基本类型：运行辅助接口、用户交互接口和传感控制接口。 (1)运行辅助接口 运行辅助接口是和主机配套的，使微机实现最基本功能所需的接口。它包括微处理器周围的控制总线、地址总线和数据总线的锁存器、驱动器、接收器、收发器和时钟电路。执行总线判决、存储管理、中断控制、和DMA控制等等功能的接口。 (2)用户交互接口 用户交互接口是把用户指定的数据发送给主机系统或从主机系统接收数据的接口电路。它包括：通用的输入输出控制接口，例如：硬盘软盘接口、计算机终端接口、键盘接口、鼠标接口、显示接口、打印接口、操纵杆接口、光笔接口、录入笔接口、语音识别和合成接口等。 (3)传感和控制接口 微机控制系统通过传感接口接收检测对象、控制对象的状态和数据，在进行处理后通过控制接口执行。传感接口具有模拟量到数字量的转换器(A／D转换器)和数字量到微机系统总线的接口。控制接口将微机运算处理后得到的数字信号转换成适当的电压或电流，直接或通过机电接口驱动执行机构动作，以实现对外部世界的控制。A／D转换器由于微机内总功率小、速度快、集成度高的元器件使它与外部世界的控制信号电平不相匹配，所以控制接口有时比较复杂，要将微机内部的数据信号转换成合适大小的电压或电流控制外部世界的部件或装置。 下面，先讨论微机的数据传输方式 8.2 CPU和外部接口的数据传输方式 外部设备与微机之间的信息传送，实际上是CPU与接口之间的信息传送。它们之间的信息传送的方式有程序控制方式、中断传送方式、直接存储器访问（DMA）方式和I/O处理机方式。 1．程序控制方式 程序控制方式又可分为无条件传送方式和查询方式两类。 （1）无条件传送方式 无条件传送方式是一种最简单的输入/输出控制方式。该方式认为外设始终是准备好的，能随时提供数据，一般适用于经过较长时间间隔数据才有显著变化的情况。这时无需检查端口的状态，就可以立即采集数据。这时的端口不需加锁存器而直接用三态缓冲器与系统总线相连。 实现无条件输入/输出的方法是：在程序的适当位置直接安排IN/OUT指令，当程序执行到这些输入/输出指令时，外部设备的数据早已准备好，可以在执行当前指令时完成接受/发送数据的全过程。当外部设备是输出设备时，一般要求接口有锁存能力，即要求将CPU输出的数据在输出设备接口电路中保持一段时间。 无条件传送方式的接口电路和控制程序都比较简单。但应当注意：输入时，必须确保当CPU读取数据时（执行IN指令时），外设已将数据准备