微机原理及接口技术第7章 接口技术及典型接口设计01
《微机原理与接口技术》课程教学大纲
《微机原理与接口技术》课程教学大纲课程编号：适用专业：电子信息科学与技术学时数：48学分数： 3一、课程类别：微机原理与接口技术是电子信息科学与技术的专业基础课。
二、课程教学目标通过本课程的学习，通过本课程的学习，使学生掌握微处理器的工作原理及时序，微型计算机与外部设备数据传送的基本方法；掌握常用接口芯片的硬件结构、编程要点及使用方法；能够读懂简单的接口电路原理图及相关的控制程序；能够根据要求设计简单的常用的接口电路，编写相应的程序段；掌握实验、系统设计的基本方法。
为后继课程的学习及未来从事微机硬件及软件开发打下基础。
三、课程的目的与任务《微机原理与接口技术》课程学习内容为微型计算机系统的基本硬件组成、汇编语言指令系统、常用可编程接口电路、微机基本工作原理与应用。
通过本课程的学习，使学生掌握和理解微机的基本原理及应用开发方法，能根据实际要求完成微机系统的软、硬件设计，为后续课程奠定专业技术基础。
四、理论教学的基本要求1、了解：微机的应用前景和发展趋势;微机应用前景;8086最小模式的设计方法;现代微机的基本组成原理、功能、特点;存储器的基本工作原理;中断控制的特点、中断处理方法;微机中断系统的作用;8259的操作命令字和控制命令字的意义和使用方法;8255与8086的应用扩展设计方法;8255的方式控制字及状态字意义和使用方法、初始化设计方法;8253的6种应用扩展硬、软件设计方法;8253的引脚功能和内部组成结构;0832引脚功能和内部结构及0832与8086CPU的扩展设计方法;0809引脚功能和内部结构及0809与8086CPU的扩展设计方法;8086微机系统的小键盘设计方法;8086微机系统的七段码显示器的设计方法。
2、理解：中断请求与中断相应的基本工作过程;8259引脚功能和内部结构及各部分的工作原理与特点;8259中断触发方式和中断响应过程；多级中断响应过程;8255的三种工作方式;A/D及D/A变换器接口基本特点与转换原理;3、掌握：8086指令的寻址方式;8086的指令功能和使用方法;8086汇编语言程序格式形式和各种表达方式;汇编语言程序基本设计方法和基本要求;8086中断系统结构、8086内部与外部中断的特点、中断类型与中断向量、8086中断处理过程;8255的引脚功能和内部组成结构;8253的6种工作方式与输入/输出的时序、初始化编程;8251的控制字与状态字、初始化编程。
微机原理和接口技术实用教程
控制器
LA
CLK
A
EA
LB
控
CLK
B
制
EB
总
线
LA
CLK
C
EA
LA
CLK
D
EA
数 据 总 线
总线结构 符号图
1.3.5 存储器（Memory） Register
D7D6D5D4D3D2D1D0
A0 译
A1
A2
码
A3
器
16×8 的存储器
1个字节（Byte）=8 bit
…… ……
R0 R1 R2
单元的
Q
CLEAR（清除） 正边沿触发D触发器 负边沿触发D触发器
低电平预置及清 除的D触发器
•JK触发器
J
CLK
K
JKQ
0 0 保持原态
010
101
21 1
翻转
SQ ●
RQ ●
PR JQ
CLK
KQ
CLR
1.3.2 寄存器(Register)
寄存器：是由触发器组成的，可以保存二进制数。
寄存器
缓冲寄存器——用于暂存数据 移位寄存器——能够将其所存数据一位一位
ASCⅡ码： 美国标准通信编码，一般用7bit组合编码来表 示数字 、英文字母、符号等可以打印的字符
（1）汉字国标码
•汉字的表示
1981年国家标准总局公布了GB2312—80，
即《信息交换用汉字编码字符集基本集》，简称GB码。
（2）汉字区位码
将汉字编码GB2312—80中的6763个汉字分为94个区，每个区中 包含94个汉字（位），这样每个汉字所在的区和位就组成了一 个二维数组，这就是区位码。
8071第七章输入输出接口技术第一节内容2009.01.20(第三稿)
2.I/O端口独立编址
优点：
I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 I/O指令没有存储器指令丰富
缺点：
80x86采用I/O端口独立编址
2013年8月1日星期四 中北大学《微机原理及接口技术》 37
Байду номын сангаас
2.I/O端口独立编址
特点：
00000H 内存 地址
12
7.1.3 I/O接口的主要功能
对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络
中北大学《微机原理及接口技术》 24
2013年8月1日星期四
外设接口
输入接口 输出接口 并行接口 串行接口
数字接口
模拟接口
2013年8月1日星期四
中北大学《微机原理及接口技术》
25
输入输出接口的特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）
输出接口：
要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）
中北大学《微机原理及接口技术》
6
7.1.2 I/O接口概述
为什么需要I/O接口（电路）？
多种外设
微机的外部设备多种多样
工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作 速度方面彼此差别很大
它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路
“微机原理与接口技术”课程设计指导书共22页
(四) 软件研制过程
1. 采用模块化程序结构设计软件，首先将 整个软件分成若干功能模块；
2. 对各模块设计写一个详细的程序流程图； 3. 根据流程图，编写源程序； 4. 上机调试各模块程序； 5. 各程序模块联调； 6. 与硬件一起联调，最后完成全部调试工
作。
二、课程设计课题
(一) 家用风扇控制器
5) 本应用系统的经济指标，特别是对新 产品的开发，应当综合考虑成本，可 靠性，可维护性以及经济效益和社会 效益，参考国内外同类产品的资料， 提出比较合理的技术指标，使所开发 的产品具有最佳的性能价格比。
(二) 总体设计
本阶段的任务便是通过调查研 究，查阅资料来初定系统结构的总 体方案，其中主要涉及到硬件和软 件的功能划分。
(三) 硬件研制过程
1. 将整个硬件系统划分为若干功能单元 电路，绘出整个系统逻辑电路图，注 明各交单元电路间接口信号，并画出 一些重要控制信号的时序图。
2. 完成各单元电路设计：
包括选择合适的各类元器件和电路 板设计(元器件布局和走线等)
3. 各单元电路板装配、分调。
4. 整个硬件联机调试、完成后准备与软 件联调。
应用系统中硬件和软件具有一定的互 换性，即某些功能既可能硬件实现也可以 软件来完成。一般说来，用硬件实现的优 点是可以提高工作速度，但使电路复杂， 增加了硬件成本，而用软件代替某些硬件 的功能可以使电路简化，硬件成本降低， 但软件工作量增大。
总体设计时，必须在硬件和软件之间 权衡，分工明确，然后分头开始设计。
6. 按照风速与类型的设置输出相应的控制信号。
(二) 汽车信号灯控制系统
1. 设计并制作出汽车信号灯微机控制系统； 2. 所需执行的操作由相应的开关状态反映，所
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
《微机原理及接口技术》课程思政优秀教学案例(一等奖)
《微机原理及接口技术》课程思政优秀教学案例(一等奖)《微机原理及接口技术》课程思政优秀教学案例（一等奖）1. 教学背景《微机原理及接口技术》课程是我校计算机科学与技术专业的一门重要专业基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握微型计算机的基本工作原理、接口技术及其应用，培养学生具备较强的实际动手能力和创新能力。
在课程教学过程中，我们积极探索课程思政教育，将思想政治教育与专业知识传授相结合，以培养具有社会责任感和创新精神的计算机专业人才。
本教学案例是在课程教学实践中形成的，具有较高的借鉴和推广价值。
2. 教学目标（1）知识与技能：使学生掌握微机原理及接口技术的基本概念、原理和应用，培养学生具备较强的实际动手能力和创新能力。
（2）过程与方法：通过实践教学，培养学生独立分析和解决问题的能力，提高学生的实践操作技能。
（3）情感态度与价值观：培养学生具有良好的科学素养，增强学生的社会责任感和创新精神。
3. 教学内容本教学案例涵盖《微机原理及接口技术》课程的教学内容，包括以下几个部分：（1）微型计算机的基本工作原理（2）微处理器及其接口技术（3）存储器及其接口技术（4）输入/输出接口技术（5）中断控制技术（6）总线技术4. 教学方法本教学案例采用以下教学方法：（1）理论教学与实践教学相结合：通过课堂讲授、实验操作等方式，使学生掌握微机原理及接口技术的基本知识和技能。
（2）案例教学法：选取具有代表性的实际案例，分析并解决实际问题，提高学生的应用能力。
（3）分组讨论法：组织学生进行分组讨论，培养学生的团队协作能力和沟通能力。
（4）启发式教学法：引导学生主动思考、提出问题，提高学生的自主学习能力。
5. 教学过程5.1 导入环节通过介绍微型计算机在现代社会中的广泛应用，引发学生对微机原理及接口技术的学习兴趣，培养学生的社会责任感和使命感。
5.2 知识传授（1）微型计算机的基本工作原理：介绍微型计算机的组成、工作原理及其发展历程。
微机原理与接口技术课件PPT
返 回
7.1.1 中断、中断源及中断系统
1.中断 在CPU正常运行程序时，由于内部事件、外 部事件或由程序预先安排的事件所引起的 CPU暂时停止正在运行的程序，而转去执行 请求CPU服务的内部/外部事件或预先安排事 件的服务程序，待服务程序处理完毕后又返回 去继续执行被暂停的程序 2.中断源 发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原 因称为中断源
返 回
7.2.4 8086的中断响应过程
1．内部中断响应过程 2．外部中断响应过程
1．内部中断响应过程
过程： （1）将类型号乘4，计算出中断向量的地址； （2）CPU的标志寄存器入栈，以保护各个标志位， 此操作类似于PUSHF指令。 （3）清除IF和TF标志，屏蔽新的INTR中断和单 步中断。 （4）保存断点，即把断点处的IP和CS值压入堆 栈，先压入CS值，再压入IP值。 （5）根据第一步计算出来的地址从中断向量表 中取出中断服务程序的入口地址（段和偏移）， 分别送至CS和IP中。 （6）转入中断服务程序执行。
例7-2
将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表。
┇ MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV ┇ AX，00H ES，AX BX，60H*4 ；中断号×4→BX AX，OFFSET_INTR ；中断服务程序偏移值→AX ES：[BX]，AX ；装入偏移地址 AX，SEG_INTR ；中断服务程序的段基址→AX ES：[BX+2]，AX ；装入段基址
T1
T2
INTA T3
周期
第二个总线
T4
T1
T2
INTA T3
周期
T4
图7-5 8086对INTR的中断响应时序
微机原理与接口技术
微机原理与接口技术一、微机原理1.1. 微机的概念与发展微机是现代计算机的一种，通常包括中央处理器、存储器、输入/输出设备等部分，以及操作系统、应用软件等方面。
它是一种小型化的，具有高度自主、灵活性和可扩展性的计算机设备。
微机的发展源于计算机科学技术，始于19世纪60年代，经历了五十多年的演化发展，逐渐成为现代计算机的一个主要系列之一。
1.2. 微机的工作原理微机是一个高速度的计算机设备，它包括硬件和软件两个方面。
从硬件上看，微机包括中央处理器、内存、输入/输出设备等；软件方面主要包括操作系统和各种软件、程序。
微机的工作原理就是这两个方面的协同作用，首先通过输入设备将数据输入微机中，并与处理器和存储器进行交互，由操作系统控制各种资源，最后通过输出设备将结果反馈给使用者。
1.3. 微机的组成微机由中央处理器、存储器、输入/输出设备和操作系统等部分组成。
具体包括：中央处理器：是微型计算机最重要的组成部分，主要负责控制计算机运行、处理各种运算、指令执行等。
存储器：微机中的存储器由各种存储器构成，丰富的存储器可保证微计算机运行数据的高速存取、临时数据缓冲、预测等结果处理。
输入/输出设备：微机的输入设备主要包括键盘、鼠标等，输出设备主要包括显示器、打印机等。
操作系统：微机所使用的操作系统主要有Windows、Linux等，不同操作系统的功能、应用、兼容性也存在差别。
1.4. 微机的分类与应用微机根据不同的功能和应用可以分为不同的类别，如个人计算机（PC）、工作站、小型机、超级计算机等。
在应用方面，微机主要应用于办公、生产、控制、娱乐、医疗等广泛领域，其使用普及也是世界各地的各种行业、企业和机构。
二、接口技术2.1. 接口的定义与分类接口是指连接两个或多个系统、设备、技术等的一种机制，可以使它们之间进行数据传输和控制交互等。
接口按照数据传输的方向分为输入、输出或双向接口；按照数据传输的方式分为并行接口、串行接口等多种类型；按照物理连接方式，则分为USB、RS232、SCSI、IDE等种类。
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前端机
前端机 前端机 (c)
…
…
…
c) 多端口存贮器方式 的微机接口
…
外设接口n
外设n
主机
多端口存贮器
前端机
5
7.1 微机应用系统的接口模型 三、网络接口模型 ① 网络设备 ② 网络电缆 ③ 网络接口卡（适配器） PIO方式 共享内存方式 DMA方式 智能控制方式 ④ 网络操作系统（NOS）
14
PC6 0
PC2
CPU → 8255 8255 → 外设 8255 → CPU 外设 → 8255 8255 → 外设
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 二、8255的工作方式 2. 工作方式1：选通输入输出方式 ② 方式1下A口、B口均为输入
16
PC4
PC2
外设 → 8255 8255 → 外设 8255 → CPU CPU → 8255
图7.13 8255的控制字格式（方式选择字）
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 三、8255的方式控制字及状态字 2. 状态字 当8255的A口、B口工作在方式1或A口工作在方 式2时，通过读C口的状态，可以检测A口和B口的 状态。
24
D7 I/O
D6 I/O
D5 IBFA
…
BUS
模拟电设备 非 电 量 信 号
驱 动 器
串/并 接 口 芯 片
A/D
电信号
模拟信号 模拟信号
传 感 器 模拟设备
D/A
离散信号
平滑 滤波器
放大/ 驱动器
图7.2 单机系统中的接口模型
3
7.1 微机应用系统的接口模型 二、多机接口模型
微机接口：用于实现一台主机与多台前端机间的 连接，它实际解决的是一个多机通信的问题。 常规的解决方案： ① 采用点－点通信方式 ② 采用多端口存贮器方式
A6 AEN A5 号 A4 A3 A2
～
～
～
D7 RESET RD WR A1 A0
PA7
PC0 PC7
～
&
≥ 1
G G2B G2A C B A
Y0
CS PB0 PB7 8255
～
26
图7.18 PC机中8255的连接
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 五、8255的初始化及应用举例：方式0－打印机接口
19
PC6 PC4
PA7～PA0 为三态输出，受 ACKA 控制
20
IOW 在 ACK 之前发出，STB 在 IOR 之前发出 A口在 STB 锁存数据后，外设即可撤除A口的数据 A口在 ACK 有效时输出数据
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 三、8255的方式控制字及状态字 1. 控制字
图7.22 8255与打印机的另一种连接
30
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口 8255地址：380H ～ 383H 方式1 － 输出 初始化程序：
控制字格式
MOV MOV OUT MOV OUT
DX，0383H AL，10100000B DX，AL AL，00001101B DX，AL
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 五、8255的初始化及应用举例：方式1－打印机接口
8255 系 统 总 线 PA0 PA7 PC6 ACKA PC7 OBFA PC3 (INTR) 接8259 单稳 触发器 D0 打 印 机
～
～
D7 ACK
方式1 － 输出
打印机时序
STROBE
9
CPU接口
内部逻辑
外设接口 A组 端口 A(8) A组 端口C 上半部 (4)
A组 控制
I/O PA7～PA0
输入、输出、 双向 有锁存能力
I/O PC7～PC4
D0～ D7
DB
数据 总线 缓冲器
8位内部数据总线
复位后，A、B、 C口均为输入
RD WR A0 A1 RESET CS 读/写 控制 逻辑
B组 端口C 下半部 (4) B组 端口 B(8)
输入、输出、 控制/状态信号
I/O PC3～PC0
有锁存能力 无锁存能力
I/O PB7～PB0
B组 控制
输入、输出 有锁存能力
图7.6 8255的内部结构框图
控制字
控制字
7.2 典型接口芯片 二、8255的工作方式
7.2.1 可编程并行接口8255
; 方式选择 ; C口位操作
1 010 0 00 0
0 000 1101 PC6 置1
31
A口方式1、输出 B口方式0、输出 C口高4位 C口低4位 （输出）
0
无关 0 置/复位 0 复位 1 置位
B
C口的位选择 D3 D2 D1 选择 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7
A
功能控制 0：位操作 1：方式选择
图7.14 C口的按位操作 控制字格式
D4
D3
D2 INTEB
D1 IBFB
D0 INTRB
INTEA INTRA
A组 B组 图7.15 A、B口均为方式1输入时的状态字
D7 OBFA D6 INTEA D5 I/O D4 I/O D3 INTRA D2 INTEB D1 OBFB
方式1输入
D0 INTRB
A组 B组 图7.16 A、B口均为方式1输出时的状态字
微机原理及接口技术
第
7章
接口技术及典型接口设计
7.1 微机应用系统的接口模型
7.1 微机应用系统的接口模型 一、单机接口模型
微 机
B U S
接 口
外 设
图7.1 接口的作用 接口模型 接口硬件 设备驱动程序
2
7.1 微机应用系统的接口模型 一、单机接口模型
串行/并行数字设备 滤 波 器 串行/并行 数 字 数 据 离散信号 采样/ 保持器 模 拟 门 放 大 器
22
1
7 6
A组控制 5 4 3
B组控制 2 1 0 控制C口低4位 0 输出 1 输入 控制B口8位 0 输出 1 输入 方式选择 0 方式0 1 方式1 控制C口高4位 0 输出 1 输入 控制A口8位 0 输出 1 输入 方式选择 00 方式0 01 方式1 1 方式2
D 7 D6 D5 D 4 D 3 D2 D1 D 0
AL, BLAK CL, AL ; 循环次数 SI, OFFSETDATA DX, 0382H ; C口地址 AL, DX AL, 02H ; 测试PC1是否为1 忙？（Busy＝1？） 则等待 PWAIT ; 等待不忙 AL,［SI］ DX, 0380H ; A口地址 DX, AL ; 送数据 DX, 0382H ; C口地址 AL, 00H DX, AL ; PC6＝0 Delay_1us ; 延时 1μs AL, 40H DX, AL ; 送 STROBE 脉冲（PC6＝1） SI CL GOON
外设 → 8255
方式1下，A口、B口一个为输入，另一个为输出：
18
7.2 典型接口芯片 二、8255的工作方式
7.2.1 可编程并行接口8255
3. 工作方式2：双向输入输出方式（仅A口）
PC3～PC7：A口方式2下的控制线 PC0～PC2：输入 或 输出 或 B口方式1下的控制线 B口：方式0 或 方式1
D7 OBFA D6 INTE1 D5 IBFA D4 INTE2 D3 INTRA D2 X D1 X
方式1输出
D0 X
A组 B组 图7.17 A口在方式2工作时的状态字
方式2
25
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 四、8255的寻址及连接使用
D0 系 统 总 线 信 D7 RESET IOR IOW A1 A0 A9 A8 A7 D0 PA0
INIT55: MOV MOV OUT MOV OUT DX, 0383H AL, 10000011B DX, AL AL, 00001101B DX, AL
; 方式选择 ; C口位操作
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PRINT: MOV MOV MOV GOON: MOV PWAIT: IN AND JNZ MOV MOV OUT MOV MOV OUT CALL MOV OUT INC DEC JNZ RET
6
7.1 微机应用系统的接口模型 三、网络接口模型 ②
调制 解调器 网络电缆
打印机
网络接口卡
③
①
网络设备 网络软件
④
图7.4 网络基本模型
7
微机原理及接口技术
第
7章
接口技术及典型接口设计
7.2 典型接口芯片
8255：可编程并行接口 8253：可编程定时器 8250：可编程串行接口
7.2 典型接口芯片 7.2.1 可编程并行接口8255 一、内部结构及外部引线
4
7.1 微机应用系统的接口模型 二、多机接口模型
前端机1 前端机2
主机
微机接口 … 前端机n-1 前端机n图7.3多机系统中的 Nhomakorabea接口模型
外设接口1
外设接口2
a) 典型的主从式多机 系统结构； b) 点 — 点 通 信 方 式 的 微机接口示意图；
外设1
外设2 (a) 主机
(b )
…
前端机
前端机
2. 工作方式1：选通输入输出方式
A口（PA0～PA7）：输入 或 输出 C口（PC3、PC6、PC7）：控制、状态信号 B口（PB7～PB0）：输入 或 输出 C口（PC0、PC1、PC2）：控制、状态信号