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1、第12章,微机接口分析与设计,第12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； 重点掌握硬件系统设计与软件系统设计的基本思路； 了解系统的可靠性及产生干扰的原因，掌握抑制干扰噪声的主要方法； 通过学习本章的应用案例，重点掌握微机接口系统设计的总体思路，包括硬件电路的设计方法、接口软件的编写方法等。,第12章 微机接口分析与设计,本章目录： 12.1 微机接口设计基本方法 12.2 微机接口的可靠性与抗干扰设计 12.3 定时显示系统的设计实例 习题与思考题,12.1 微机接口设计基本方法,12.1.1 微机接口设计基础 12.1.2 硬件系统的设计 12.1.3 软件系统
2、的设计 12.1.4 微机接口设计应注意的问题,返回上一级,12.1.1 微机接口设计基础,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,返回上一级,1. 微机接口信号分析,（1）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）外围设备3条连线：数据线、控制线和状态线。,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，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
3、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,12.1.2 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。 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
4、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，应使设计的硬件性能价格比最优 。,返回上一级,12.1.3 软件系统的设计,1. 微机软件结构 2. 微机软件接口,返回上一级,1. 微机软件结构,软件结构层次表,（1）应用层 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，同时也可开发应
5、用系统的软件部分。 （）DOS命令层 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,（3）DOS服务层 由DOS调用组成的服务层，主要为用户提供DOS调用服务。 （4）ROM-BIOS服务层 建立在机器ROM中的基本I/O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。 （5）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。用户开发的硬件接口也是这一层。,返回上一级,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；
6、在ROM-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,12.1.4 微机接口设计应注意的问题,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,12.2 微机接口的可靠性与抗干扰设计,12.2.1
7、系统的可靠性 12.2.2 产生干扰的原因 12.2.3 抗干扰的措施,返回上一级,12.2.1 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。 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,12.2.2 产生干扰的原因,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,12.2.3
8、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）布线技术 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
9、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,12.3 定时显示系统的设计实例,12.3.1 设计要求 12.3.2 硬件系统设计 12.3.3 软件系统设计 12.3.4 程序框图 12.3.5 参考程序,返回上一级,12.3.1 设计要求,设计一个定时显示装置，用六位数码管显示时、分、秒，每一秒钟显示内容变化一次。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DO
10、S。,返回上一级,12.3.2 硬件系统设计,在这个接口电路中用到了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,键盘扫描部分原理图,返回上一级,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,12.3.3 软件系统设计,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
11、为219H，C端口地址为21AH，控制口地址为21BH。,返回上一级,12.3.4 程序框图,主程序框图 中断处理子程序框图 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,返回上一级,主程序框图,返回上一级,中断处理子程序框图,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,INTA00 EQU 20H ；8259偶地址 INTA01 EQU 21H ；8259奇地址 PORTSEG EQU 211H PORTBIT EQU 210H TIM-CTL EQU 203H ；8253控制口地址 TIMER0 EQU 20
12、0H ；定时器0地址 TIMER1 EQU 201H ；定时器1地址 MODE03 EQU 36H ；8253定时器0工作于模式3 MODE12 EQU 54H ；8253定时器1工作于模式2 PA55 EQU 218H ；8255A的A口地址 PB55 EQU 219H ；8255A的B口地址 P55CTL EQU 21BH ；8255A的控制口地址 ;-定义堆栈段- STACK SEGMENT STACK STA DW 512 DUP(?) TOP EQU LENGTH STA STACK ENDS,12.3.5 参考程序,下页,上页,;-定义数据段- DATA SEGMENT Hou1
13、DB 0 Hou2 DB 0 Min1 DB 0 Min2 DB 0 SEC1 DB 0 SEC2 DB 0 COUNT DB 0 CHAR1 DB ? INTMAST DB ? CSREG DW ? IPREG DW ? LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,7DH,07H,7FH,6FH,40H,79H,00H TABLE DW 0101H,0201H,0401H,0801H,1001H,2001H,4001H,8001H DW 0102H,0202H,0402H,0802H,1002H,2002H,4002H,8002H DW 0104H,0204H,0404H,0804
14、H,1004H,2004H,4004H,8004H CHAR DB CDEFBA9845673210 RPMG MAXTIME DB 00H,1FH,1CH,1FH,1EH,1FH,1EH,1FH,1FH,1EH,1FH,1EH,1FH MES DB IN SMALL KEYRORD,0AH,0DH DB CDISPLAY 00,00,00; GG0 AHEAD,0AH,0DH DB DSTOP TO DISPLAY ; EEXIT TO DOS,0AH,0DH DB PPOSITION THE BENINNING TIME,0AH,0DH,$ DATA ENDS,下页,上页,;-代码段的定义
15、- CODE SEGMENT MAIN PROC FAR ASSUME CS：CODE，DS：DATA，SS：STACK START CLI ；关中断 MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV DX，TIM-CTL ；设置定时器0，使工作于模式3 MOV AX，MODE03 OUT DX，AL MOV DX，TIMER0 ；定时器设置计数初值低位为0 MOV AL，00H OUT DX，AL MOV AL，02H ；定时器设置计数初值低位为02H OUT DX，AL MOV DX，TIM-CTL MOV AL，MODE12 OUT DX，AL MOV DX，TIMER1 MOV AL
16、，0AH OUT DX，AL MOV AX，STACK ；段寄存器及堆栈指针初始化 MOV SS，AX MOV SP，TOP MOV DX，OFFSET MES MOV AH，09H ；显示提示信息 INT 21H,下页,上页,MOV AX，350AH ；取中断向量，设置中断类型 INT 21H MOV AX，ES MOV CSREG，AX MOV IPREG，BX PUSH DS MOV AX，CS MOV DS，AX MOV DX，OFFSET INT-PROC ；将INT-PROC的偏移地址送入DX MOV AX，250AH ；设置0A号中断向量 INT 21H POP DS MOV DX，
