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1、微机原理与接口技术学习总结2010级机电3班 未印201020502029摘要：对这学期微机原理与接口技术课程内容的介绍，概括了微机原理与计算机接口技术，探讨了 USB接口技术的应用以及其展望，简单地谈了一些学习体会。引言关键字：微机原理；接口技术；USB在计算机技术高度发展的今天，普遍认为，要开发一个系统，接口技术是重要的。 计算机技术的发展使得越来越多的领域都广泛的使用计算机，尤其是实时与自动控制系统的设计应用在当代微机控制领域中成为了主要的技术支撑，而控制系统与微机之间如何进行数据的交换与传递，微机如何对被控制对象进行实时控制，并且要求精度高，且稳定，这就需要设计之间的接口。因此，微机原
2、理与接口技术这门课程就是关于微型计算机的原理以及控 制系统与微型计算机之间接口技术的问题。微机原理与接口技术 作为我们机械电子工程专业的研究生选修课程，同时也是我们进行机械控制技术研究的重要理论基础。本课程主要讲了计算机接口相关的基本原理、微处理器系统和微型计算机系统的总线、计算机接口技术的介绍以及计算机接口技术在工程实际当中的应用等。当前计算机接口技术主要要解决的问题有两类：一是以单片微机为核心的专用小系统设计，另一则是以商品机 PC/XT/AT为基础的系统扩充。这也是我们这学期微机原理与接口 技术重点要解决的两类问题。二、课程主要内容根据本学期微机原理与接口技术 课程的上课学习情况， 本课
3、程的主要内容大概可以 归纳为以下几个方面：1、计算机接口技术的基本原理1）计算机总线及其结构、特点计算机系统由中央处理器（CPU ）、存储器、10系统组成，在发展的初期，CPU与各模块之间采用点对点的方式直接连接，集成电路发展之后，才出现以总线为中心的标准结构。内存斗A1T1111用户交互擡口外荐播口通厲撞口测控搔口專锻盘.鼠标、显示器、 打印机“声音辐入输 出、閣那输入、视頻输 入输出娥盘机 磁芾机终端 MODEM 电倍机ADCDAC 數竽化般黠电狐內存接口图1计算机总线结构原理图从而，计算机总线的特点主要有：A、总线结构简化了软硬件设计：所有的设备都以插件的形式挂接在总线上，设备在系统中只
4、与总线直接打交道，因此硬件的设计与调试变得简单化；软件也变得规范化， 并且同一类的总线设备相关软件的编写都有类似的模板可以遵循；B、总线简化了系统结构：整个系统的连线减少了，整体逻辑变得简明，而且总线结构 的出现，使得系统的制造与安装都变得简化；C、便于系统扩展与更新：设备的扩展只是在总线负载能力许可的范围内增加系统的外设，而更新只是替换挂接在总线上的某一个设备，这些操作已经最大化地降低了对操作人员的技术与知识要求。其实，总线就是一组公用导线， 一些数据源中的任何一个都可以利用它传送数据到另一 个或者多个目的。它能使要使数据传输无误，总线就要维持一个时序， 在第一个事件结束后才能开始第二个事件
5、；此外，在给定的时间周期内，源只能有一个，目的可以有多个。总的 来说，总线是时分复用的，在特定时间周期内，总线只能为一个源专用。2）两个重要的电路一是集电极开路电路；一是三态电路。集电极开路电路可以解决总线以下几个问题：任何时间总线只能从属于一个源；源的输出都是通过总线相连；在标准 TTL电路中，任何逻辑上的相反输出会导致短路，损坏总线 以及器件。主要工作原理是：两个晶体管开路输出， 共用一个上拉电阻，用于限制最大电流。 若有一个晶体管导通，输出低电平；若都截止，输出高电平。其电路原理图如下图中所示：图2集电极开路电路图三态电路是总线传输的另外一种手段。其与集电极开路的主要区别在于保留有有源上
6、拉电阻，使输出阻抗可控。通过“三态控制端（使能端/禁止端）”控制电路的输出，如芯片的CS（Chip Select Pin）， Enable， Disable 端等。3）总线冲突总线冲突指的是：若两个或者两个以上的源同时传输信息，就会导致“总线冲突”，此时总线上实际传送的信息和总线的逻辑电路实现方式有关。如集电极开路形式，“ 0”状态可以传送，“1”状态将丢失。“总线冲突”导致信息传送的不可预料。4）接口输入口与输出口：输入口是外部设备通过总线向CPU输入数据的端口；输出口是CPU向外部设备输出数据的端口。状态口与控制口：为了保证外设与处理器之间的正常信息传输，就必须增加状态与控制口，实现信息交
7、换。存储器包括：可读写存储器（ RAM ）、静态可读写存储器（SRAM ）、动态读写存储器（DRAM ）、只读存储器（ROM ）、掩膜ROM、可擦写编程 ROM （EPROM ）等，其中每一 个均有相应的接口。5）输入输出与中断技术为了使IO操作正常进行，就必须要对其操作进行控制。常用的方法包括：程序控制IOCPU作为主导方；中断驱动IO 外设作为主导方；直接存储器存取（ DMA ）外 设直接和存储器交换数据。2、微处理器系统和微型计算机系统总线微型计算机应用系统包括：专用小系统；以商业 PC或工业PC为基础扩充的系统。1 ）基本概念时钟周期：每两个相邻的时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称
8、为T状态，也称为时钟周期（Clock Cycle ）。总线周期：CPU与存储器或输入/输出端口进行一次数据交换所花费的时间称为一个总 线周期（Bus Cycle ）。指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期（Instruction Cycle ）。2）主要系统总线介绍课程主要是以 MCS51系列单片机和IBM PC为代表分别介绍两类应用系统，内容略。3、并行/串行接口技术微型计算机与外界的通讯方式分并行和串行两种。并行接口由于接口直接、 传输速率高而获得广泛的应用。串行接口在数据通讯系统中占有重要的地位。并行接口与串行接口的对比如下图：DE數据輸电据输入地11接口审行设备CPU并行并行S
9、r选isr接口爲Jt绪杜设备地图3并行接口与串行接口的对比1 ）并行接口并行接口传输速率高，一般不要求固定格式，但不适合长距离数据传输。并行接口分类：按数据宽度分：有4、8、16Bit等；按握手线（Handshake）的多少分:有无握手线、一握手线、二握手线、二握手线等。其中，握手联络线是并行数据线以外的信息线，是为保证接口和外设间高效可靠传送数据而增加的状态控制信息线，而且这种信息线间有一定的应答关系，是否需要握手联络线和 需要几条握手联络线，决定于外设的特性和并行通信协议的要求。2)串行接口串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽传输线按顺序分时传送， 即通信双方一次传输一个二进
10、制位。 串行通信与并行通信是两种基本数据通信方式。发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。与并行通信相比，串行通信的优势主要有：A、传输距离长，可达到数千公里。B、长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快，串行通信的通信时钟频率较 并行通信容易提咼。C、抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰完全可以忽略。D、费用低。4、标准接口技术这部分主要讲了三种标准并行接口：打印机接口、PC机IEEE1284并行接口和GPIB接口。1) Centronics并行打印接口标准Centronics标准规定了 36脚簧片式插座为打印机标准插座和其 36脚的信号，
11、其中包括 8条数据线，3条握手线和其他一些特殊控制信号。 3条握手线为：数据选通线 STROBE、 响应线ACK和忙信号BUSY。打印机每接收一个数码，发出一个ACK响应信号，作为对STROBE的应答。在打印机 进行机械运动时，如换行等，BUSY将被拉高。2) PC机 IEEE 1284 并行接口IBM PC打印机接口有8位数据输出，5位状态输入，存在成为双向口使用的可能。IEEE在1994年提出：个人计算机并行双向外设接口的标准信号方式，成为当今PC机并行接口的标准，该标准特点为：在硬件上与原打印口标准兼容，接插件、引脚顺序、逻辑 地址都保留、该单向传输为双向传输、数据交换效率提高。IEEE
12、 1284并行接口标准的 5种工作模式：兼容模式(Compatible mode)、半字节模式(Nibble mode)、字节模式(Byte mode)、ECP 模式(Extended Capabilities mode)、EPP 模式 (Enhanced Parallel Port Mode )。3) GPIB 接口在接口和外设之间增加控制状态线可以实现复杂的接口功能，有利于接口向高级方向发展。HP在1970年提出一个具有8条(3条握手、5条控制线)控制状态线的HP接口总线标准。 即 IEEE 488 接口。在我国称为 GPIB (ge neral purpose in terface bu
13、s)。GPIB最重要的特点，就是能使一个接口连接多达14个设备。实现点对多点的传输；GPIB第二个特点是它的高级特性，如自动完成设备寻址、服务请求等，因此它在进行操作 时只需要搬动设备和插拔电缆，而不涉及接口的具体硬件设计。5、定时器接口及CRT显示器接口1)定时器接口定时的主要方法有：定时方法：a)软件定时，即是用软件指令周期方法定时，如执行循环程序。增加 CPU负担，通用性差，一般用于短延时。b)不可编程硬件定时，即是采用中小规模IC构成。不增加 CPU负担，成本低，定时值不可改变。c)可编程硬件定时，即是采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。可编程定时/计数器：实质上定时和计数本质上都
14、是脉冲计数器，定时计的是内部基准时钟源产生的脉冲，计数是计外部脉冲。定时/计数器基本原理如图 4中所示:控制寄存器计数初值寄存器内部总线输出锁存器计数器(工作单元)*状态锁存器控制選辐状塞寄存器.；CLK- 1I3ATE4_T-OUT*图4定时/计数器基本原理2) CRT显示器接口原理CRT (Cathod-Ray Tube)阴极射线管是计算机的基本外设， 用于输出字符和图形， 其中又 以字符显示为最基本。 CRT显示器接口是连接处理器和 CRT的中间件，其输入部分与 CPU 总线连接，输出与 CRT显示器的符合电视信号输入相连。三、USB接口技术的运用1、USB简介USB是Universal
15、 Serial Bus (通用串行总线)的简称，1994年底由康柏、IBM、Microsoft 等多家公司联合提出的，1995年Compaq等公司为解决传统总线的不足而推广的一种新型 串行通讯标准，近几年在PC领域有了广泛的应用， 诸如移动存储设备， 扫描仪、数码相机、 数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。其中，优盘(又称U盘或闪存)是世界上首创的基于USB接口的无需驱动器的新一代存储设备，又是移动存储技术领域的一大突破，优盘的普及让用户进一步知道了USB接口技术，由于现在 PC机上均配有USB接口，流行的操作系统也都支持 USB，又有很多厂商提供 USB芯片、外设，USB现已进入其发展的黄金
