微机接口与应用第一章概述

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《微机原理与接口技术》课程标准

炎黄技工学校《微机原理与接口技术》教学大纲理论课时36实践课时36总课时72考核形式考查编写时间2022-03编写人审核人机电信息工程系计算机技术教研室编《微机原理与接口技术》课程标准课程名称：微机原理与接口技术适用专业：计算机网络应用课程学分：4学分计划学时：72学时一、课程概述１、课程性质与任务本课《微机原理与接口技术》是计算机专业的一门重要的专业课，它的前续课程有《电子技术基础》、《电路原理》通过本课程的学习，为后续课程《微机控制技术》打下良好的基础。

同时与毕业设计密切相关，为它提供了硬件和软件的基础。

本课程介绍了微型计算机原理及组成结构、微机接口的有关基本知识和实用技术、常用微机接口芯片的使用方法。

２、课程基本理念结合我们学生的实际情况，在平时的教与学中主要遵循以下的理念：（1）将专业课的学习与基础理论衔接，指导学生有针对性地预习；（2）帮助学生形成强烈兴趣；（3）指导学生了解课程教学目的，教师结合教学大纲和自己对课程的把握情况，阐明《微机原理与接口技术》的课程特点；（4）培养学生良好的学习习惯。

３、课程设计思路1、总体设计原则与思路:按照“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目课程为主体的模块化专业设计课程体系”的总体设计要求，该门课程以形成电机与变压器的原理与性能指标、运行调试及维护维修等能力为基本目标，彻底打破学科课程的设计思路，紧紧围铙工作任务完成的需求来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，提高学生的就业能力。

2课程设计依据与评价方法:学习项目选取的基本依据是该门课程涉及的工作领域和工作任务范围，但在具体设计过程中，以自动化专业学生的就业为向导，根据行业专家对自动化专业所涵盖的的岗位群体进行的任务和职业能力分析，同时遵循中等职业学校学生的认识规律，紧密集合职业资格证书中相关考核内容，确定本课程的工作任务模块和课程内容。

微机接口技术概述PPT课件

不同的微机系统对I/O端口地址的分配不同。
第1章微机接口技术概述
I/O端口分两类： 1、系统主板上的I/O芯片
A9=0端口(512个)为系统板所用，0000H——01FFH 2、I/O扩展槽上的接口适配器占用地址
A9=1端口(512个)为系统板所用，0200H——03FFH
A15 -----A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
源RAM地址用ES:DI / DS:SI 指定。EFLAG寄存器中 DF位来决定地址加和减。
输入：
输出：
MOV DX，port
MOV DX，port
LES DI，Buffer In
LDS SI，Buffer out
INSB
OUTSB
或 INSW
或 OUTSW
第1章微机接口技术概述
1.5 PC系列I/O端口地址配置
第1章微机接口技术概述
1.1.2 微机接口的概念
1.为什么要引入接口
❖ 外部设备种类繁多，其工作原理、工作速度、采用的信号形式、数据传送形式不同。由于种种的多样性，外设不能直接连在系统总线上; ❖ 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降低CPU的效率。 ❖ I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖 CPU，对外设本身发展不利。
第1章微机接口技术概述
1.1 微机接口的基本概念
1.1.1 微型计算机系统结构
通用的微型计算机硬件系统是由中央处理器、存储器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路组成。处理器由运算器、控制器和寄存器三部分组成。CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与其他部件之间进行联系。（如图所示）。
第1章微机接口技术概述

微机原理与接口技术课本

第1章微型计算机基础1.1 计算机中数的表示和运算1.1.1 计算机中的数制及转换在微型计算机中，常见和常使用的数制♦十进制♦二进制♦八进制♦十六进制等。

1.十进制十进制计数特征如下：♦使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9♦基数为10♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢十进一决定其实际数值。

任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：(D)10＝D n-l³10 n-1 +D n-2³10 n-2 +…+D l³101+D0³100+D—l³10 -1+D-2³10-2+²²+D-n³10-n2.二进制在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。

特征如下：♦使用两个不同的数码符号0和l♦基数为2♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢二进一决定其实际数值。

任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：(B)2＝B n—l³2 n-1 +B n—2³2 n-2+…+B l³21+B0³20+B—l³2 -1+B-2³1-2+²²+B-n³1-n十进制TO二进制把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。

把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。

在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。

[例 1-2] 将十进制小数0.6875转换成二进制小数3．八进制在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。

特征如下：♦使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7♦基数为8♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢八进一来决定其实际数值。

任意一个八进制正数S，可表示为：(S)8＝S n—l³8 n-1+S n—2³8 n-2+²²+S1³8 1+S0³8 0 +S—l³8–1+²²+S-m³8-m转换: 将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。

微机原理及接口技术第一章概述

三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。
ALU ：算术运算、逻辑运算
寄存器：存放操作数、中间结果、地址、标志等信息控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信息产生电路。
外部设备

I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器微机的存储器分为：主存和辅存主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低，容量大，可长期保存，但速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计、处理及自诊断、自校准、自适应等功能。

第一章微型计算机系统概述

2. 字长
计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计算机即时存储信息的能力；
以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。
一、二，八，十，十六进制数
十进制数的两个主要特点：
1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数：数制所使用的数码的个数
*权：数制中每一位所具有的位值.
整数部分小数部分
式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1，逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
4. 按体积大小分：
(1) 台式机(又称桌上型) (2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、
膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)
四、微型计算机的主要性能指标
1. 运算速度
通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”(MIPS) 来描述。

微型计算机系统原理及应用第1章第一次课教材

序设计方法认识微机接口技术在工程中的实际应用了解微机及其接口技术的最新发展建立微型计算机系统的整体概念形成微机系统软硬件开发的初步能力
2019/4/27
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学习方法
充分的课前预习准备；注重课堂的学习成效，牢固掌握基本概念、
基本原理等基础知识；
理论联系实际，重视实验操作和程序设计的实践；
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第1章概述
微型计算机发展概述 80x86系列结构的概要历史计算机基础计算机的硬件和软件微型计算机的结构多媒体计算机
2019/4/27
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本节课要求：
了解80x86系列微处理器的发展历史掌握计算机的基本结构、常用术语等。掌握微处理器的工作原理掌握地址、数据、控制总线的概念理解计算机执行过程理解模型机的工作原理
微机原理及应用
自动化与电气工程学院
2019/4/27
2019/机原理及应用适应专业: 机自，机设课程性质: 专业基础课学时： 40学时（讲课：32，实验8）教材：
《微计算机系统原理及应用》 (第五版)，周明德,清华大学出版社
参考书： 1.微型计算机技术及应用 ,戴梅萼编,清华大学出版, 1995. 2.微型计算机原理及应用,郑学坚编,清华大学出版 3.微型计算机原理及接口技术, 钱晓捷,机械工业出版社,1999 4.IBM PC 汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社
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Gordon E. Moore，Intel公司的创始人之一
13
万晶体管
4500
4200
4000
3500
3000
2800

《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。

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微机系统中一般带有多个外设，而CPU在同— 时间里只能与一台外设交换信息，这就要对接口进行选择，即所谓片选。而接口内还有若干不同的端口，CPU要与它们进行交互，还要进行片内的端口寻址，因此需要I/O端口地址译码电路。
通常，用CPU发送到ABUS的地址信号中的若干高位地址用于芯片选择(广义地说就是外设选择)，若干低位地址进行芯片内部端口的选择，以选定与 CPU交换信息的外设。
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1.5 数据传送方式
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3.可编程结构：采用大规模集成接口芯片构成的接口电路，工作方式和功能可通过编程来改变，使用灵活方便、适应面宽。
4. 智能型结构：采用专门的I/O处理器或通用的单片机组成的接口电路。此微处理器可以对外设进行全面管理，使CPU得以解脱，从而大大提高了系统的效率。
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驱动能力的双向缓冲器(如74LS145)，CB和AB常用
三态驱动器(如74LS244) 2020/7/7
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1.2 接口功能
一、接口信息
CPU
• 数据信号
地址
如：8位、16位、32位数据；
数据
• 状态信号
控制
表示外设是否准备好信号。如：READY、BUSY、ACK
• 控制信号
表示启动、停止外设之类的信号。
软件编程
接口程序常包含以下程序段： 1. 初始化程序段：设置可编程接口芯片工作方式及初始条
件。 2. 传送方式处理程序段：CPU与外设的数据交换可以有查
询、中断、DMA等不同方式。必须要有相应的程序段保证其实现。比如，查询方式要检测外设或接口的状态；中断方式要修改中断向量，开放/屏蔽中断源；DMA方式要开放/屏蔽有关通道等。
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6．数据宽度与数据格式的转换
CPU所处理的是并行数据(8位、16位或32位)，而有的外设(如串行通信设备、磁盘驱动器等)只能处理串行数据。在这种情况下，接口就应具有数据 “并←→串”的变换能力。为此，在接口中要设置移位寄存器。
有些外设与CPU在交换的数据，在交换过程中有一定的格式要求。如，串行通信中的起止式异步通信数据格式及面向字符的同步通信数据格式。这就要求接口有数据格式的转换功能。
可见，CPU与外设之间有“控制”、“状态”、“ 数据”三种信息的传递。
4．信号转换功能外设所需的控制信号和它的状态信号往往同微机的总线信号不兼容。因此，信号转换就成为接口设计中的一个重要任务。包括CPU的信号与外设的信号的逻辑关系上，时序配合上以及电平匹配上的转换。
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5．设备选择功能
结构形式
1. 固定式结构：用中、小规模集成电路IC逻辑芯片设计实现、具有固定的工作方式和功能的不可编程的接口电路。用于简单任务。
2. 半固定结构：指用GAL、PAL构成的接口电路。它是把用户设计接口时设计的各种“与”、“或” 逻辑表达式，通过专门的编程软件或编程器烧入GAL 、PAL而形成的接口电路。一旦烧入，其工作方式和功能也就固定了。
接口
数据
外部
控制
设备
状态
接口电路
二、接口的功能
• 执行CPU命令的功能 • 返回外设状态的功能 • 数据缓冲功能
数
高速主机
据缓存
TTL 器
• 设备选择功能
• 信号转换功能
• 数据宽度与数据格式转换的功能
低速外设
+/-3V
接口功能
1．接收和执行CPU命令
CPU控制命令→接口的命令寄存器(命令口)。接口电路识别和分析命令代码，形成若干控制信号→ I／O设备。
举例:
串行接口
并行接口
总线接口
显示卡接口
USB 接口
键盘接口
硬盘接口
二、什么叫接口技术？
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“外部世界”进行最佳
连接，以实现CPU与“外部世界”之间高效
可靠的信息交换的一门技术。
微机接口技术是采用软硬件结合方法，研究微处理器如何与其外部设备或电路进行最佳耦合与匹配，以在CPU与外部之间实现高效、可靠的信息交换的一门技术。外部设备或电路是指除CPU本身以外的存储器、I／O设备、控制设备、测量设备、通信设备、多媒体设备、A／D、D／A转换器等。
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1.1 微机接口技术
一、接口（Interface）
微机接口是微处理器CPU与 “外部世界”的连接电路,是 CPU与外界进行信息交换的中转
CPU 接口外部设备
站。外部世界: 除CPU本身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、通讯设备、多媒体设备等。
2. 返回外设状态
用于同CPU联络。
接口常设有状态寄存器(状态口)。提供数据口的 “空”、“满”及外设“就绪”、“忙”、“ 闲”等状态信号。为CPU下一步操作提供判断依据。
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3. 数据缓冲功能
用于解决主机与外设速度不匹配的矛盾、避免丢失数据。
接口中设置数据缓冲寄存器或锁存器(数据口)，暂时存放输入输出的数据。由于它们直接连在系统数据总线上，故必须具有三态特性。
涉及课程：微机原理、汇编语言程序设计、电子技术、数字逻辑设计等。
三. 接口与总线的连接
外设通过各自的接口电路连到微机系统的总线上。
选用某种外设，设计相应的接口电路，接到系统总线上，就可构成所要求的应用系统。
在具体连接时，考虑到信号在总线上的停留时间短、
总线的带负载能力不是无限的。DB上常用有三、硬件电路—支撑作用
• 基本逻辑电路 • 端口地址译码电路 • 供选电路
硬件电路
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二、软件编程—驱动控制
一个完整的接口程序通常包括如下一些程序段： • 初始化程序段； • 传送方式处理程序段； • 主控程序段； • 程序终止与退出程序段； • 辅助程序段。
3. 主控程序段：完成接口任务的程序段。如，实现数据采集；控制步进电机起停、方向、速度等。
4. 程序终止与退出程序段：包含对接口中硬件的保护程序段。如，芯片中某些引脚的电平高低。
5. 辅助程序段：包含人-机对话、菜单设计等。
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1.4 接口电路的结构形式
接口电路的结构形式一般有以下几种： • 固定式结构 • 半固定式结构 • 可编程结构 • 智能型结构