微机接口技术教学课件作者第二版电子教案王成端第10章

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1、第10章,微机接口分析与设计,第10章 微机接口分析与设计,学习目标： 掌握微机接口设计的基本方法，理解微机接口设计与分析时应注意的几个问题； 重点掌握硬件系统设计与软件系统设计的基本思路； 掌握中断处理程序的设计原则； 了解干扰产生的原因，掌握抑制干扰噪声的主要方法； 重点掌握微机接口系统设计的总体思路，包括电路图的设计、实验板的设计与调试、程序编写的方法等。,返回上一级,第10章 微机接口分析与设计,本章目录： 10.1 微机接口设计基本方法 10.2 硬件系统的设计 10.3 软件系统的设计 10.4 微机硬件中断的开发与设计 10.5 微机接口的可靠性与抗干扰设计 10.6 应用举例

2、习题与思考题,返回上一级,10.1 微机接口设计基本方法,1、微机接口信号分析 2、微机接口信号转换 3、微机接口驱动程序分析与设计 4、微机接口设计与分析时应注意的问题,返回上一级,1、微机接口信号分析,1、要弄清CPU的类型和引脚定义，如数据线宽度、地址线宽度和控制线的逻辑定义，以及时序关系。 2、外设一侧，设计和分析的重点放在控制和状态线上，因为接口上的同一个引脚接不同外设时作用可能不同。外设的速度不同，因此，要注意接口在时序上与CPU配合工作。,返回上一级,2、微机接口信号转换,与CPU和外设连接的信号在逻辑、时序或电平上不同，或需要一定的驱动等。 因此，要经过一定的转换和改造才能连接

3、，以保证信息的正确传输。,返回上一级,3、微机接口驱动程序分析与设计,编写驱动程序步骤： 熟练掌握接口芯片的编程方法，如控制字各位的含义、各控制字的使用顺序和使用场合，它们对应的端口等。 根据具体应用场合确定接口的工作方式。 依据硬件连接关系编写驱动程序，包括接口的初始化程序和接口控制的输入/输出工作程序。,返回上一级,4、微机接口设计与分析时应注意的问题,(1)软、硬件综合考虑 (2)逻辑关系和时序关系统筹考虑 (3)单、通用和扩展同时考虑,返回上一级,10.2 硬件系统的设计,硬件开发是指微型计算机接口硬件的开发。 基本方法： 熟悉与掌握微机及其提供的接口资源，如微型计算机总线、中断机构等

4、。 确定接口的功能、整体结构与软硬件分工。 完成接口与总线的硬件连接，自身功能的硬件设计，并选择适当的元器件完成有关的硬件设计。 使用有关的电路板CAD、PROTEL等软件设计逻辑图、印刷电路图，并制作实验板。 与软件协同调试实验板，验证硬件的设计是否合理及功能是否实现。若有问题，分析问题所在，直至正确无误为止。 完善文档等工作，最终完成硬件设计与开发。,返回上一级,硬件开发注意问题,可参照或照搬现成适用和成熟的电路，。 对于小的硬件设计，可使用面包板搭接；大一些的硬件设计，最好制成电路实验板。同时，在实验板验证无误后，再做批量硬件生产。 硬件开发调试是至关重要的。 在整个设计过程中，应使设计

5、的硬件性能价格比最优 。,返回上一级,10.3 软件系统的设计,10.3.1 微机软件结构 10.3.2 微机软件接口,返回上一级,10.3.1 微机软件结构,软件结构层次表,1应用层 应用层是建立在DOS基础上的用户服务层。用户在这一层可通过应用程序控制和使用微型计算机系统，同时用户也可在这一层开发应用系统的软件部分。 DOS命令层 DOS命令层是COMMAND.COM等文件组成的操作系统（DOS）层，为用户提供DOS命令等服务。,返回上一级,DOS服务层 DOS服务层是由DOS调用组成的服务层，主要为用户提供DOS调用服务。 ROM-BIOS服务层 ROM-BIOS服务层是建立在机器ROM

6、中的基本输入输出程序系统服务，为用户控制常用的外部设备提供BIOS调用等服务。 硬件控制层 微机裸机为用户提供了硬件资源，是微机系统的硬件基础，并为所有微型计算机软件、硬件提供服务。用户开发的微型计算机硬件接口也是这一层。,返回上一级,10.3.2 微机软件接口,用户开发控制硬件的软件方式： 在DOS命令层开发控制软件； 在DOS服务层开发控制软件； 在BIOS服务层开发控制软件； 在硬件控制层上与硬件直接打交道。,返回上一级,基于开发效率的原则： 凡能由高一层次提供的服务而实现的功能，决不调用低一层次的服务来实现； 凡能由高一层次提供的服务不能实现的功能，才用低一层次的服务来实现。 所以，目

7、前接口软件开发一般采用高级语言与汇编语言混合编程，即用高级语言编写用户界面等高层繁琐工作，而对于直接控制低层硬件部分软件则用汇编语言实现。,返回上一级,10.4 微机硬件中断的开发与设计,10.4.1 微机硬件中断开发概述 10.4.2 中断处理程序设计,返回上一级,10.4.1 微机硬件中断开发概述,微机硬件中断的设计，主要是开发硬件中断处理程序。 1、改进原有的硬件中断处理程序： 主要是扩展原硬件中断IRQ0IRQ7的功能。 2、设计新的硬件中断处理程序： 接口设备只要设计相应的中断请求电路，利用现有中断，继承其中断优先级来开发自己的硬中断处理程序。 IRQ2（保留） IRQ3（串口2）

8、IRQ7（打印机） 若不接打印机，则也可借用,返回上一级,10.4.2 中断处理程序设计,硬中断处理程序开发分为两步： 中断处理程序初始化； 中断处理程序设计。 第一步主要是安装中断处理程序至中断向量表，并做开放中断等初始化工作； 第二步才是中断处理程序本身的设计。,返回上一级,、中断处理初始化程序的设计原则,(1)应开放中断。 即使用开中断（STI）指令和对8259的中断屏蔽寄存器（口地址为21H）进行正确设置。 (2)修改中断向量表 安装中断服务程序至中断向量表，一般通过DOS系统调用INT 21H（25H功能）进行，获取中断向量一般也通过INT 21H（35H功能）调用进行。,返回上一级

9、,设置中断向量方法之一,PUSH DS ；保存DS值 MOV DX，OFFSET USER-INT ；取中断服务程序USER-INT的偏移地址 MOV BX，SEG USER-INT ；取中断服务程序USER-INT的段地址 MOV DS，BX ；段地址送入DS MOV AH，25H ；设置中断向量系统调用 MOV AL，OAH ；中断号为OAH，即IRQ2 INT 21H ；INT系统调用 POP DS ；恢复DS,返回上一级,获取中断向量方法之一：,MOV AH，35H ；取中断向量系统调用 MOV AL，0AH ；中断号0AH，即IRQ2 INT 21H ；系统调用，取OAH号中断向量至

10、ES：BX MOV INT-SEG，ES ；保存OAH号中断向量段地址到INT-SEG变量中 MOV INT-OFF，BX ；保存OAH号中断向量偏移地址到INT-OFF变量中,返回上一级,(3) 编写替代系统支持的中断处理程序 应先保存好原中断向量，通常，将其置于代码可寻址到的变量中，然后接管中断向量，使其指向新的中断处理程序，最后在应用程序终止退出前从变量获取原中断向量恢复到中断向量表中。 (4)接管中断向量前要关中断（CLI），并在初始化向量后开中断（STI）。,返回上一级,(5)若编制的中断处理程序仅为某个应用程序使用，则中断程序和主程序组装成一个应用程序一起装入内存，随主程序执行结束

11、一起退出内存。 (6)若编制的中断处理程序供多个应用程序使用，则中断程序和一个初始化程序一起装入内存。通过初始化程序的执行，中断处理程序长驻内存，而初始化程序随之消失。,返回上一级,2、中断处理程序的设计原则,(1)在中断程序入口处要开中断，以允许较高级的中断产生，并保存好程序中要使用的寄存器，在程序退出前予以恢复。 (2)硬件中断处理程序中决不要使用DOS系统功能调用（INT 21H的各个功能），因DOS的内核是不可重入的。处理程序若要控制I/O设备，最好调用ROM-BIOS功能或者对I/O接口直接编程。 (3)在中断程序执行IRET指令前，应向中断控制器发出结束中断命令EOI，否则以后将屏

12、蔽同级中断和较低级中断。,返回上一级,(4)在中断服务程序中，若需对数据段中的变量或单元进行读或写，则最好将数据段的地址对DS重新置值，即加入以下语句： PUSH DS MOV AX，DATA ；取数据段地址 MOV DS，AX ；重置DS对数据段中的变量 ；或单元进行读或写 POP DS (5)中断程序的处理时间要尽量压缩到最小，以免干扰其他同级或低级中断设备的工作，以及影响系统日时钟的正确性。,返回上一级,10.5 微机接口的可靠性与抗干扰设计,1、系统的可靠性 2、干扰产生的原因 3、抗干扰的措施 4、容错技术,返回上一级,1 系统的可靠性,计算机监控系统的可靠性是指系统无故障运行的能力

13、。 可靠性常用“平均无故障运行时间”，即平均的故障间隔时间MTBF(mean time between failures)来定量地衡量。,返回上一级,提高系统的可靠性,选用性能稳定的元器件 充分考虑元器件的布局 抗干扰设计,返回上一级,2、干扰产生的原因,微机应用系统 模拟部分本身的噪声 模拟电路的干扰噪声： （1）输入干扰 （2）交流电源干扰 （3）直流电源干扰 （4）地线干扰 （5）电磁辐射干扰。,返回上一级,3、抗干扰的措施,（1）电路结构处理 可以通过差分放大器从噪声中提取模拟信号 （2）布线 模拟电路部分和数字电路部分应分开，避免混合交叉走线，尽量走直线。同时，模拟电路的连接线应尽可

14、能短，并尽量使信号流向一致。 （3）接地技术 有两种接地：一种是为人身或设备安全目的，而把设备的外壳接地，这种接地称为外壳接地或安全接地；另外一种接地是为电路工作提供一个公共的电位参考点，这种接地称之为工作接地。,返回上一级,（4）屏蔽技术 以金属板、金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效地对付电磁波的干绕。 为了有效发挥屏蔽体作用，还应注意屏蔽体的接地问题。 （5）隔离技术 隔离包括物理隔离和光电隔离两种。 （6）滤波技术 滤波是为了拟制噪声干扰。 利用电容、电感等储能元件可以抑制因负载变化而产生的噪声。,返回上一级,4、容错技术,（1）信息冗余 通信中采用奇偶校验、累加和校验、循环码校验等措施，

15、使系统具有验错和纠错能力。 （2）使用系统正常工作监视器，合理选择监视计数器的溢出周期。 （3）设计冗余 部件冗余，系统自动通过软件切换故障部件。系统冗余，系统结构采用双机热备份。,返回上一级,10.6 应用举例,设计一个定时显示装置，用六位数码管显示时、分、秒，每一秒钟变化一次。并能用小键盘控制走时、显示和初始值的予值。 编写程序，实现以下功能： “C”-清除计数。“G”-启动计数。“D”-暂停计数显示当时的时、分、秒。“P”-设置初值，设置不符合实际规定显示出错标志E。“E”-程序退出DOS。 1、硬件设计 2、软件设计 3、程序框图 4、参考程序,返回上一级,1、硬件设计,在这个接口电路

16、中用到了8255A，8253A、8259A接口芯片和LED显示器，必须熟悉它们及相应外围电路的工作原理。,返回上一级,应用举例键盘扫描部分原理图,返回上一级,应用举例定时与中断部分原理图,返回上一级,数码管显示部分原理图,返回上一级,2、软件设计,程序设计包含LED显示程序，并行键盘扫描程序以及定时程序。 8253A控制口为203H，定时器0端口为200H，定时器1端口为201H。 8259A偶地址端口为20H，奇地址端口为21H。 段锁存器端口地址为211H。 位锁存器端口地址为210H。 8255A的A端口地址为218H，B端口地址为219H，C端口地址为21AH，控制口地址为21BH。,返回上一级,3、程序框图,主程序框图 键盘扫描子程序框图 LED显示子程序框图 P键扫描子程序框图 中断处理子程序框图,返回上一级,主程序框图,返回上一级,键盘扫描子程序框图,返回上一级,LED显示子程序框图,返回上一级,P键扫描子程序框图,返回上一级,中断处理