微机原理及应用CH6 总线技术与I／O接口基础

1、微机原理及应用 v 6.1 6.1 总线技术总线技术v 6.2 6.2 I/OI/O接口基础接口基础 第第6 6章章 总线技术与总线技术与I/OI/O接口基础接口基础微机原理及应用 6.1 6.1 总线技术总线技术 6.1.1 6.1.1 总线技术概述总线技术概述总线定义总线定义: :总线是芯片内部各单元电路之间、芯片与芯片之间、模块与模块之间、设总线是芯片内部各单元电路之间、芯片与芯片之间、模块与模块之间、设备与设备之间、甚至系统与系统之间传输信息的公共通路，在物理上它是一组信号线备与设备之间、甚至系统与系统之间传输信息的公共通路，在物理上它是一组信号线的集合。的集合。总线技术研究对象总线技

2、术研究对象: :总线技术研究如何利用一组信号线有效地传递信息，并使其具有总线技术研究如何利用一组信号线有效地传递信息，并使其具有通用性强、扩展性好、升级容易等性能。通用性强、扩展性好、升级容易等性能。 微机原理及应用 数据总线：传送数据信息数据总线：传送数据信息 地址总线：传送地址信息地址总线：传送地址信息系统总线的基本组成系统总线的基本组成: : 控制总线：传送控制信息控制总线：传送控制信息 （完成总线操作功能）（完成总线操作功能） 电源线：为系统提供电源信号电源线：为系统提供电源信号1.总线的基本组成总线的基本组成微机原理及应用 2.总线功能总线功能（1 1）数据传输功能）数据传输功能 数

3、据传输功能是总线的基本数据传输功能是总线的基本功能，用总线传输率来表示，即每秒传输的字节功能，用总线传输率来表示，即每秒传输的字节数，单位是数，单位是MBps（兆字节每秒）。（兆字节每秒）。（2 2）多设备支持功能）多设备支持功能 多个设备使用一条总线，首先是总线占用权的问题，哪一个主设备申请占用多个设备使用一条总线，首先是总线占用权的问题，哪一个主设备申请占用总线，由总线仲裁器确定。总线，由总线仲裁器确定。微机原理及应用 （3 3）中断）中断 中断是计算机对紧急事务响应的机制。当外部设备与主设备之间进行服务约中断是计算机对紧急事务响应的机制。当外部设备与主设备之间进行服务约定时，中断是实现服

4、务约定的联络信号。定时，中断是实现服务约定的联络信号。 （4 4）错误处理）错误处理 错误处理包括奇偶校验错、系统错、电池失效等错误检测处理，以及提供相错误处理包括奇偶校验错、系统错、电池失效等错误检测处理，以及提供相应的保护对策。应的保护对策。微机原理及应用 规定模块尺寸，总线插头、边沿连接器等的规格。规定模块尺寸，总线插头、边沿连接器等的规格。 3.3.总线规范的基本内容总线规范的基本内容v机械结构规范：机械结构规范：微机原理及应用 确定引脚名称与功能，及其相互连接的协议。功能结构规范是总线的核心，通常确定引脚名称与功能，及其相互连接的协议。功能结构规范是总线的核心，通常以时序和状态来描述

5、信息的交流、流向及管理规则。总线在功能结构方面的规范包括：以时序和状态来描述信息的交流、流向及管理规则。总线在功能结构方面的规范包括：q数据线、地址线、读数据线、地址线、读/写及其它控制线、状态线、时钟线、电源线和地线等；写及其它控制线、状态线、时钟线、电源线和地线等；q中断机制；中断机制；q总线主控仲裁；总线主控仲裁； q应用逻辑：如联络（也称握手）线、复位、自启动、休眠维护等。应用逻辑：如联络（也称握手）线、复位、自启动、休眠维护等。 v功能结构规范：功能结构规范：微机原理及应用 v电气规范：电气规范： 规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。规定信号逻辑电平、负载能力及最

6、大额定值、动态转换时间等。微机原理及应用 4.4.总线的数据传送总线的数据传送（1 1）申请占用总线申请占用总线：需要使用总线的总线主设备（如：需要使用总线的总线主设备（如CPUCPU、DMADMA控制器等）向总线控制器等）向总线仲裁机构提出占用总线的请求，经总线仲裁机构判定，若满足响应条件，则发出仲裁机构提出占用总线的请求，经总线仲裁机构判定，若满足响应条件，则发出响应信号，并把下一个总线传送周期的总线控制权授予申请者。响应信号，并把下一个总线传送周期的总线控制权授予申请者。（2）寻址寻址：获得总线控制权的总线主设备，通过地址总线发出本次要访问的存储：获得总线控制权的总线主设备，通过地址总线

7、发出本次要访问的存储器和器和I/O端口的地址，经地址译码选中被访问的模块并开始启动数据转换。端口的地址，经地址译码选中被访问的模块并开始启动数据转换。微机原理及应用 （3）传送数据传送数据：总线主设备也叫主模块，被访问的设备叫从模块。主模块和：总线主设备也叫主模块，被访问的设备叫从模块。主模块和从模块之间的操作是由主模块控制在两个从模块之间通过数据总线进行数据传从模块之间的操作是由主模块控制在两个从模块之间通过数据总线进行数据传送。送。（4）结束结束：主、从模块的信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它主模块：主、从模块的信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它主模块使用。使用。 微机原理及应用

8、5.5.微机总线的分类微机总线的分类 片内总线片内总线：它是位于大规模、超大规模集成芯片内部各单元电路之间的总线，作：它是位于大规模、超大规模集成芯片内部各单元电路之间的总线，作为这些单元电路之间的信息通路。如为这些单元电路之间的信息通路。如CPUCPU内部内部ALUALU、寄存器组、控制器等部件之间的、寄存器组、控制器等部件之间的总线。总线。 局部总线局部总线（也称内部总线）：通常指微机主板上各部件之间的信息通路。由于是一（也称内部总线）：通常指微机主板上各部件之间的信息通路。由于是一块电路板内部的总线，故又称在板局部总线。较典型的局部总线如：块电路板内部的总线，故又称在板局部总线。较典型的

9、局部总线如：IBM-PC总线，总线，ISA总线，总线，EISA总线，总线，VL和和PCI总线等。总线等。 微机原理及应用 系统总线系统总线（也称外部总线）：是指微机底板上的总线，用来构成微机系统的各插（也称外部总线）：是指微机底板上的总线，用来构成微机系统的各插件板、多处理器系统各件板、多处理器系统各CPU模块之间的信道。较典型的系统总线如：模块之间的信道。较典型的系统总线如：STD-BUS，MULTI-BUS，VME等。等。 通信总线通信总线：它是微机系统与系统之间、微机系统与其它仪器仪表或设备之间的信息：它是微机系统与系统之间、微机系统与其它仪器仪表或设备之间的信息通路。这种总线往往不是计

10、算机专有的，而是借用电子工业其它领域已有的总线标通路。这种总线往往不是计算机专有的，而是借用电子工业其它领域已有的总线标准并加以应用形成的。流行的通信总线如：准并加以应用形成的。流行的通信总线如：EIA-RS-232C、RS-422A、RS-485，IEEE-488，VXI等总线标准。等总线标准。微机原理及应用 各类总线之间的相互关系见图各类总线之间的相互关系见图6.1。 CPU片内总线MI/O在板局部总线CRT打印机测量仪器通信总线RS-232C存储板I/O接口板I/O接口板.通信总线IEEE-488S-100总线主机板系统总线图图6.1 4类总线之间的关系类总线之间的关系微机原理及应用 6

11、.6.使用标准总线的优点使用标准总线的优点q简化软、硬件设计：由于总线定义非常严格，任何厂家或个人都必须按其标简化软、硬件设计：由于总线定义非常严格，任何厂家或个人都必须按其标准制作插件板，有了规范就给用户在硬件设计上带来了很大的方便，简化了设准制作插件板，有了规范就给用户在硬件设计上带来了很大的方便，简化了设计过程。计过程。q简化系统结构：采用标准总线，只要将各功能模块（板）挂在总线上就可以简化系统结构：采用标准总线，只要将各功能模块（板）挂在总线上就可以方便的构成微机的硬件系统。方便的构成微机的硬件系统。 微机原理及应用 q便于系统的扩充：对于采用标准总线构成的微机系统，只要按总线标准和用

12、户便于系统的扩充：对于采用标准总线构成的微机系统，只要按总线标准和用户扩充要求设计或直接购买插件板插到总线插槽上就达到了扩充的目的。扩充要求设计或直接购买插件板插到总线插槽上就达到了扩充的目的。q便于系统的更新：随着电子技术的不断发展，新的器件不断涌现，微机系统也便于系统的更新：随着电子技术的不断发展，新的器件不断涌现，微机系统也要不断更新，在采用标准总线的插件板上用新的器件取代原来的器件就可以很方便要不断更新，在采用标准总线的插件板上用新的器件取代原来的器件就可以很方便地提高系统性能，而不必做很大改动。地提高系统性能，而不必做很大改动。微机原理及应用 总线总线名称名称数据位数数据位数适用处理

13、器适用处理器所属类型所属类型中文名称中文名称引脚数目引脚数目推出年份推出年份ISA-8(PC/XT)88088局部总线局部总线工业标准结构总线工业标准结构总线PC/XT总线总线621981ISA-16 (PC/AT)168086、80286局部总线局部总线扩展工业标准结构总线扩展工业标准结构总线PC/AT总线总线62+36（加长）（加长）1984ISA-32 (EISA)3280386局部总线局部总线扩展工业标准结构扩展工业标准结构总线总线62+36（上层）（上层）+90+10(空空)（下层）（下层）1988MCA32PS/2(IBM)局部总线局部总线微通道结构总线微通道结构总线与与ISA不兼

14、容不兼容1987(VESA)VL-BUS32/6480486局部总线局部总线视频总线视频总线62+36+90+112（加长）（加长）1992PCI3264Pentium局部总线局部总线外围组件互连总线外围组件互连总线短卡短卡124长卡长卡1881993几种局部总线的比较几种局部总线的比较微机原理及应用 总线总线名称名称数据位数据位数数适用适用微机系统微机系统所属类型所属类型中文名称中文名称推出年份推出年份Multi- bus1632SBC、多处理器系、多处理器系统统系统总线系统总线SBC多总线多总线(SBC公司公司)19741985STD8/16/32Z80等等系统总线系统总线工业控制微机系统

15、工业控制微机系统标准系统总线标准系统总线19781989S-10016Altair (MITS公司公司)系统总线系统总线S-100总线总线1979VME32M68000系统总线系统总线专用模块互连总线专用模块互连总线1988几种系统总线的比较几种系统总线的比较 6.1.3 6.1.3 系统总线系统总线 微机原理及应用 STDSTD总线的特点总线的特点（1 1）模块化的小板结构、开放式的灵活组态）模块化的小板结构、开放式的灵活组态 STD STD总线使得微机系统被划分成若干模块，并制作成标准的功能模板（插件总线使得微机系统被划分成若干模块，并制作成标准的功能模板（插件卡）。用户可根据需要选择功能

16、模板组成自己的微机，插件卡与外设之间可用卡）。用户可根据需要选择功能模板组成自己的微机，插件卡与外设之间可用其他方式连接，因此可以灵活方便地构成适应不同要求的微机系统。图其他方式连接，因此可以灵活方便地构成适应不同要求的微机系统。图6.56.5是基是基于于STDSTD总线的微机系统的典型结构。总线的微机系统的典型结构。微机原理及应用 CPU板存储器板功能板1.功能板n图图6.5 STD总线微机系统结构总线微机系统结构 微机原理及应用 （2 2）高可靠性、高抗干扰能力和高信号质量：高可靠性、高抗干扰能力和高信号质量： STD STD总线优良的物理特性使之具有抗恶劣环境的能力。其模块化小尺寸结构使

17、总线优良的物理特性使之具有抗恶劣环境的能力。其模块化小尺寸结构使其具有抗冲击和振动的能力，也可以减少自身发热产生的问题。由于其具有抗冲击和振动的能力，也可以减少自身发热产生的问题。由于STDSTD总线采用总线采用印刷电路板边缘做接插件，可防止插件卡反插，引脚弯曲或折断。同时印刷电路板边缘做接插件，可防止插件卡反插，引脚弯曲或折断。同时STDSTD总线的总线的结构可使信号流有序地从总线接口流向用户接口，提高了信号的质量。结构可使信号流有序地从总线接口流向用户接口，提高了信号的质量。微机原理及应用 （3）兼容的结构、配套的产品和齐全的功能：）兼容的结构、配套的产品和齐全的功能： STD总线的兼容式

18、结构可以使总线的兼容式结构可以使8位的位的STD产品与新标准的产品与新标准的16位或位或32位位STD产品一产品一起工作。起工作。STD总线还支持多处理器系统。随着技术的发展和总线还支持多处理器系统。随着技术的发展和STD产品的推广和应产品的推广和应用，其标准插件板的功能不断增强，配套产品越来越丰富，给使用带来极大方便。用，其标准插件板的功能不断增强，配套产品越来越丰富，给使用带来极大方便。 微机原理及应用 总线总线名称名称引脚数目引脚数目适用微机系统适用微机系统所属类型所属类型 说说 明明推出年份推出年份RS-23225、9具有相应接口具有相应接口通信总线通信总线1发发1收，单端输入收，单端

19、输入1962年推出年推出1969年公布年公布RS-422同上同上具有相应接口具有相应接口通信总线通信总线1发发10收，差分输入收，差分输入1977RS-485同上同上具有相应接口具有相应接口通信总线通信总线1发发32收，差分输入收，差分输入1983USB4具有相应接口具有相应接口通信总线通信总线通用串行总线通用串行总线（2信号、信号、1电源、电源、1地）地）1996IEEE-48824具有相应接口具有相应接口通信总线通信总线自动测试系统自动测试系统并行接口总线并行接口总线1975年推出年推出1977年公布年公布几种通信总线的比较几种通信总线的比较 6.1.4 6.1.4 通信总线通信总线 微机

20、原理及应用 （1 1）RS-232CRS-232C总线总线 RS-232C RS-232C是一种串行通信总线标准，也是数据终端设备（是一种串行通信总线标准，也是数据终端设备（DTEDTE）和数据通信设备）和数据通信设备（DCEDCE）之间的接口标准，是）之间的接口标准，是19691969年由美国电子工业协会（年由美国电子工业协会（EIAEIA）从）从CCITTCCITT远程通信远程通信标准中导出的一个标准。当初制定这一标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能标准中导出的一个标准。当初制定这一标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能达到接插的兼容性，这个标准只保证硬件兼容而不保证软件兼容。达到接插的

21、兼容性，这个标准只保证硬件兼容而不保证软件兼容。 RS-232C RS-232C标准包括机械指标和电气指标，其中机械指标规定：标准包括机械指标和电气指标，其中机械指标规定：RS-232CRS-232C标准接口标准接口通向外部的连接器（插针和插座）是一个通向外部的连接器（插针和插座）是一个“D D”型保护壳型保护壳2525针插头。针插头。 1. RS-232C、RS-422A和和RS-485总线总线 微机原理及应用 12341 31 42 5图图6.6 标准标准25针针“D”型插头型插头微机原理及应用 引脚说 明缩写引脚说 明缩写*1保护地PG14第 二 数 据发送，输出TXD*2数 据 发 送

22、，输出TXD*15发 送 码 元定时，输出*3数 据 接 收，输入RXD16第 二 数 据接收，输入RXD*4请 求 发 送，输出RTS*17接 收 码 元定时，输出*5允 许 发 送，输入CTS*18未定义*6数 据 设 备准备好，输入DSR19第 二 请 求发送，输出RTS*7信号地SG*20数 据 终 端准备好，输出DTR*8接 收 信 号检出，输入DCD*21信 号 质 量检测，输出9电 流 环 发送返回，输出*22振 铃 指 示。输入RI10空备用*23数 据 信 号速率选择11电 流 环 发送数据，输出*24发 送 信 号码元 定 时 ，输出12第 二 接 收信号 检 出 ，输入D

23、CD25未定义13第 二 允 许发送，输入CTS表表6.2 RS-232C总线引脚分配及定义总线引脚分配及定义注：带注：带*者为主信道信号组。者为主信道信号组。微机原理及应用 信号线少信号线少：RS-232C总线共有总线共有25根线，它包括有主副两个通道，用它可进行双工通根线，它包括有主副两个通道，用它可进行双工通信。实际应用中，多数只用主信号通道（即第一通道），并只使用其中几个信号信。实际应用中，多数只用主信号通道（即第一通道），并只使用其中几个信号（通常（通常39根线）。根线）。传输距离远传输距离远(相对于并行相对于并行)：由于：由于RS-232C采用串行传输方式，并将采用串行传输方式，并

24、将TTL电平转换成电平转换成了了RS-232C电平，在基带传输时，距离可达电平，在基带传输时，距离可达30m。若是采用光电隔离。若是采用光电隔离20A电流环传电流环传送，其传输距离可达送，其传输距离可达1000m 。当然，如果在串行接口加上调制解调器，利用有线、。当然，如果在串行接口加上调制解调器，利用有线、无线或光纤进行传送，其距离会更远。无线或光纤进行传送，其距离会更远。 RS-232C的主要特点的主要特点微机原理及应用 可供选择的传输速率多可供选择的传输速率多：RS-232C规定的标准传送速率有：规定的标准传送速率有：50，75，110，150，300，600，1200，2400，480

25、0，9600，19200波特。可以灵活地使用于不同速率的设备。波特。可以灵活地使用于不同速率的设备。 抗干扰能力强抗干扰能力强：RS-232C采用负逻辑，空载时以采用负逻辑，空载时以+3+25V之间任意电压表示逻辑之间任意电压表示逻辑“0”，以，以-3-25V之间任意电压表示逻辑之间任意电压表示逻辑“1”，且它是无间隔不归零电平传送，从，且它是无间隔不归零电平传送，从而大大提高了抗干扰能力。而大大提高了抗干扰能力。微机原理及应用 RS-232C总线的功能规范总线的功能规范 引脚分配：共有引脚分配：共有25根信号线，其中，根信号线，其中，2根地线、根地线、4根数据线、根数据线、11根控制线、根控

26、制线、3根定时根定时线、线、5根备用线。根备用线。引脚信号说明：在引脚信号说明：在RS-232C总线中，在一般的微型计算机串行通信中，经常使用的总线中，在一般的微型计算机串行通信中，经常使用的只有以下只有以下9个信号线，具体见表个信号线，具体见表6.3，它们都是主信道组的信号线。这，它们都是主信道组的信号线。这9根引脚分为两根引脚分为两类：一类是基本的数据传送引脚，另一类是用于调制解调器类：一类是基本的数据传送引脚，另一类是用于调制解调器(MODEM)的控制和反映的控制和反映它的状态的引脚。它的状态的引脚。 基本的数据传送引脚：基本的数据传送引脚：TXD，RXD，GND（2，3，7号引脚）是基

27、本数据传送引号引脚）是基本数据传送引脚。脚。微机原理及应用 引脚号符号方向功能2TXD输出发送数据3RXD输入接收数据4RTS输出请求发送5CTS输入允许发送6DSR输入数据设备准备好7GND信号地8DCD输入数据载波检测20DTR输出数据终端准备好22RI输入振铃指示表表6.3 微型计算机通信中常用的微型计算机通信中常用的RS-232C接口信号接口信号微机原理及应用 DTRDTRRTSRTSDSRCTSDCDRI计计 算算 机机调制解调器调制解调器微机原理及应用 MODEMMODEM的控制和状态引脚：的控制和状态引脚：DTR DTR 数据终端准备完毕引脚，用于通知数据终端准备完毕引脚，用于通

28、知MODEMMODEM计算机准备好，可以通信了。计算机准备好，可以通信了。RTS RTS 为请求发送引脚，用于通知为请求发送引脚，用于通知MODEMMODEM计算机请求发送数据。计算机请求发送数据。DSR DSR 为数据通信设备准备就绪引脚，用于通知计算机，为数据通信设备准备就绪引脚，用于通知计算机，MODEMMODEM准备好了。准备好了。CTS CTS 为允许发送引脚，用于通知计算机为允许发送引脚，用于通知计算机MODEMMODEM可以接收数据了。可以接收数据了。DCD DCD 为数据载体检测引脚，用于通知计算机为数据载体检测引脚，用于通知计算机MODEMMODEM与电话线另一端的与电话线另

29、一端的MODEMMODEM已经建立联系。已经建立联系。RI RI 为振铃信号指示引脚，用于通知计算机，有来自电话网的信号。为振铃信号指示引脚，用于通知计算机，有来自电话网的信号。微机原理及应用 表表6.4 RS-232C总线的电气规范总线的电气规范 微机原理及应用 RS-232C RS-232C电平与电平与TTLTTL电平之间的转换电平之间的转换 由于由于RS-232CRS-232C使用非常广泛，许多半导体厂家都生产专用于使用非常广泛，许多半导体厂家都生产专用于TTLTTL电平与电平与RS-232CRS-232C电平电平的专用转换芯片。常用于将的专用转换芯片。常用于将TTLTTL电平转换为电平

30、转换为RS-232CRS-232C电平的芯片，除电平的芯片，除MC1488 MC1488 外还有外还有7518875188，7515075150等，用于将等，用于将RS-232CRS-232C电平转换为电平转换为TTLTTL电平的除电平的除MC1489MC1489外还有外还有7518975189，7515475154等。采用等。采用MC1488MC1488和和MC1489MC1489进行电平转换的原理如图进行电平转换的原理如图6.76.7所示。所示。微机原理及应用 RS-232C总线接口几种常用的连接方法总线接口几种常用的连接方法利用利用RS-232C总线接口，可以实现微型计算机之间、微型计算

31、机与其他具有总线接口，可以实现微型计算机之间、微型计算机与其他具有RS-232C接口的设备之间相连接。常用的连接方法如图接口的设备之间相连接。常用的连接方法如图6.8所示。其中，下页图所示。其中，下页图6.8(a)、(b)连连线比较简单线比较简单,可以利用查寻或中断方式实现他们之间的通信。可以利用查寻或中断方式实现他们之间的通信。微机原理及应用 传输线驱动器1489RS-232C入TTL输入TTL输出传输线驱动器RS-232C出信号地TxDRxDUART接口327采用采用MC1488和和MC1489的电平转换原理的电平转换原理14881489微机原理及应用 433333322222277772

32、3111111888844556620202222222266204455计算机或其他外设计算机或其他外设计算机或其他外设MODEN(a)(b)(c)(d)67PC机PC机PC机PC机2020202763455几种常用的几种常用的RS-232C接口连接方法接口连接方法 微机原理及应用 T T LT T LM C 3 4 8 7 AM C 3 4 8 8R S - 4 2 2 ARS-422ARS-422A采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器。采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器。图图6.9 RS-422A的平衡输出和差分输入的平衡输出和差分输入（2）RS-422A总线总线 微机原理及应用

33、发送器有两根输出线，当一条线向高电平跳变的同时，另一条输出线向低电平发送器有两根输出线，当一条线向高电平跳变的同时，另一条输出线向低电平跳变，线之间的电压极性因此翻转过来。在跳变，线之间的电压极性因此翻转过来。在RS-422A线路中发送信号要用两条线，线路中发送信号要用两条线，接收信号也要用两条线，对于双工通信，至少要有接收信号也要用两条线，对于双工通信，至少要有4根线。由于根线。由于RS-422A线路是完全线路是完全平衡的，一般情况下，平衡的，一般情况下，RS-422A线路不使用公共地线。这使得通信双方由于地电位线路不使用公共地线。这使得通信双方由于地电位不同而对通信线路产生的干扰减至最小。

34、双方地电位不同产生的信号成为共模干扰不同而对通信线路产生的干扰减至最小。双方地电位不同产生的信号成为共模干扰会被差分接收器滤波掉，而这种干扰却能使会被差分接收器滤波掉，而这种干扰却能使RS-232C的线路产生错误。的线路产生错误。 微机原理及应用 使用接口电路进行全双工通信，需要两对线或使用接口电路进行全双工通信，需要两对线或4条线，使线路成本增加。条线，使线路成本增加。RS-485适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只是半双工的，线路如图总线方式联网，通信只是半双工的，线路如

35、图6.11 。 由于共用一条线路，任何时刻，只允许有一个发送器发送数据，其它发送器必由于共用一条线路，任何时刻，只允许有一个发送器发送数据，其它发送器必须处于关闭（高阻）状态，这是通过发送器芯片上的发送允许端控制的。例如，当须处于关闭（高阻）状态，这是通过发送器芯片上的发送允许端控制的。例如，当该端为高电平时，发送器可以发送数据，而为低电平时，发送器的两个输出端都呈该端为高电平时，发送器可以发送数据，而为低电平时，发送器的两个输出端都呈现高阻状态，好象从线路上脱开一样。现高阻状态，好象从线路上脱开一样。（3） RS-485总线总线微机原理及应用 发送控制发送接收发送控制发送接收接收发送发送控制

36、图图6.11 用用RS-485实现多点间的总线方式联网实现多点间的总线方式联网 微机原理及应用 2.IEEE-4882.IEEE-488总线总线 IEEE 488是一种并行的外总线，它同时使用了是一种并行的外总线，它同时使用了IEEE-448，IEC-IB(IEC接口接口总线总线)，HP-IB(HP接口总线接口总线)或或GP-IB(通用接口总线通用接口总线)多种名称。由于多种名称。由于IEEE-448总总线的推出，使得当用线的推出，使得当用IEEE-448标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不要再加标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不要再加一大堆复杂的控制电路，一大堆复杂的控制电路，IE

37、EE-488系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统，因此放式的积木测试系统，因此IEEE-488总线是当前工业上应用最广泛的通信总线之一。总线是当前工业上应用最广泛的通信总线之一。 微机原理及应用 （1）IEEE-488总线使用的约定总线使用的约定数据传输速率数据传输速率1MB/S。连接在总线上的设备连接在总线上的设备(包括作为主控器的微型机包括作为主控器的微型机)15个。个。设备间的最大距离设备间的最大距离20M。 整个系统的电缆总长度整个系统的电缆总长度220M220M，若电缆长度超过，若电缆长度超过220M220M，则会因延

38、时而改变定时，则会因延时而改变定时关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器。关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器。所有数字交换都必须是数字化的。所有数字交换都必须是数字化的。总线规定使用总线规定使用2424线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于0.8V0.8V的电平表示逻的电平表示逻辑辑“1 1”；用大于；用大于2V2V的电平表示逻辑的电平表示逻辑“0 0”。微机原理及应用 （2）系统上设备的工作方式）系统上设备的工作方式“听者听者”方式：这是一种接收器，它在数据总线上接收数据，一个系统在同一时方式：这是一种接收器，它在数据总线

39、上接收数据，一个系统在同一时刻，可以有两个以上的刻，可以有两个以上的“听者听者”在工作。在工作。“讲者讲者”方式：这是一种发送器，一个系统可以有两个以上的方式：这是一种发送器，一个系统可以有两个以上的“讲者讲者”但任一时但任一时刻只能有一个讲者在工作。刻只能有一个讲者在工作。“控者控者”方式：这是一种向其他设备发布命令的设备，例如对其他设备寻址，或方式：这是一种向其他设备发布命令的设备，例如对其他设备寻址，或允许允许“讲者讲者”使用总线。任一时刻只能有一个控者。使用总线。任一时刻只能有一个控者。微机原理及应用 微 处理 器设 备 1设 备 3设 备 2设 备 6设 备 7设 备 4设 备 5I

40、EEE488总 线图图6.12 IEEE-448 IEEE-448总线接口结构总线接口结构微机原理及应用 引 脚符 号说 明引 脚符 号说 明1D013D42D114D53D215D64D316D75EOI结束或未识别线17REN远程控制6DAV数据有效线18GND7NRFD未准备好接收数据线19GND8NDAC数据未接收完毕线20GND9IFC接口清零线21GND10SRQ服务请求线22GND11ATN监视线23GND12GND机壳地24GND低4位数据线高4位数据线地（3）IEEE-488总线信号定义说明总线信号定义说明微机原理及应用 IEEE-488IEEE-488的信号线除的信号线除8

41、 8条地线外，有以下信号线。条地线外，有以下信号线。D7D7D0D0数据总线：这是数据总线：这是8 8条双向数据线，除了用于传送数据外，还用于条双向数据线，除了用于传送数据外，还用于“听听”、“讲讲”方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。字节传送控制线：在字节传送控制线：在IEEE-488IEEE-488总线上数据传送采用异步握手（挂钩）联络方总线上数据传送采用异步握手（挂钩）联络方式。即用式。即用 DAVDAV，NRFDNRFD和和NDAC 3NDAC 3根线进行握手联络。根线进行握手联络。微机原理及应用 DA V（DATA A V AI

42、BLE）数据有效线。当由发送器控制的数据总线上的数据有效数据有效线。当由发送器控制的数据总线上的数据有效时，发送器置时，发送器置DA V低电平（逻辑低电平（逻辑1），指示接受器可以从总线上接收数据。），指示接受器可以从总线上接收数据。NRFD（NOT READY FOR DATA）未准备好接受数据线，只要连接在总线上被未准备好接受数据线，只要连接在总线上被指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数据，接收器就置指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数据，接收器就置NRFD线为低电平，线为低电平，示意发送器不要发送数据。当所有接收器都准备好时，示意发送器不要发送数据。当所有接收器都准备好时

43、，NRFD变为高电平。变为高电平。微机原理及应用 NDAC（Not Data Accepted）未接收完数据，当总线上被指定为接收器的设未接收完数据，当总线上被指定为接收器的设备，有任何一个未接收完数据，它就置备，有任何一个未接收完数据，它就置NDAC线为低电平，示意发送器不要撤消当线为低电平，示意发送器不要撤消当前数据。只有当所有接收器都接收完数据后，此信号才变为高电平。前数据。只有当所有接收器都接收完数据后，此信号才变为高电平。当当ATN=“1”时，表示数据线上传送的是地址或命令，这时只有控制器能发送信息，时，表示数据线上传送的是地址或命令，这时只有控制器能发送信息，其它设备都只能接收信息

44、并作出解释。其它设备都只能接收信息并作出解释。当当ATN=“0”时，表示数据总线上传送的是数据。时，表示数据总线上传送的是数据。微机原理及应用 EOI（End or Identify）结束或识别线。该线与结束或识别线。该线与ATN线一起指示是数据传送线一起指示是数据传送结束，还是用来识别一个具体设备。当结束，还是用来识别一个具体设备。当ATN=“0”时，这是进行数据传送，当传送时，这是进行数据传送，当传送完最后一个字节使完最后一个字节使EOI=“1”，表示数据传送结束，当，表示数据传送结束，当ATN=“1”，若，若EOI=“1”时，则表示数据总线上是设备识别信息，即可得到请求得到的设备编码。时

45、，则表示数据总线上是设备识别信息，即可得到请求得到的设备编码。微机原理及应用 （4）IEEE- 488 总线传送数据时序总线传送数据时序 1253910118674D7D0DAVNRFDNDAC下一节图图6.13 IEEE488总线总线3线握手时序图线握手时序图 IEEE-488总线上数据传送采用异步方式，即每传送一个字节数据都要利用总线上数据传送采用异步方式，即每传送一个字节数据都要利用DAV，NRFD和和NDAC 3条信号线进行握手联络。数据传送的时序如图条信号线进行握手联络。数据传送的时序如图6.13所示。所示。 微机原理及应用 REN（remote Enable）远程控制线。该信号远程

46、控制线。该信号为低电平时，系统处于远程控制状态，设备面板开关、为低电平时，系统处于远程控制状态，设备面板开关、按键均不起作用；若该信号为高电平，则远程控制不按键均不起作用；若该信号为高电平，则远程控制不起作用，本地面板控制开关、按键起作用。起作用，本地面板控制开关、按键起作用。微机原理及应用 SCSI是是small computer system interface的缩写，的缩写，即小型计算机系统接口。它用于计算机与磁带机、软即小型计算机系统接口。它用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、磁盘机、硬磁盘机、CD-ROM、扫描仪、通信设备及、扫描仪、通信设备及打印机等外部设备的连接。目前广泛应用

47、于微型计算打印机等外部设备的连接。目前广泛应用于微型计算机中主机与硬磁盘、光盘的连接，成为最重要、最有机中主机与硬磁盘、光盘的连接，成为最重要、最有潜力的新的总线标准。潜力的新的总线标准。另外另外: 还有还有SCSI总线、总线、AGP总线等总线等 AGP是是Accelerated Graphic Port的缩写，即图形加速接口，是专用的图形的缩写，即图形加速接口，是专用的图形总线，它只用于微机上的总线，它只用于微机上的AGP显示卡。显示卡。微机原理及应用 6.2 6.2 I/O I/O 接口基础接口基础 6.2.1 微机接口基本概念微机接口基本概念 1.接口与接口技术接口与接口技术接口的定义接

48、口的定义: : “接口接口”是微处理器是微处理器CPU与外界的连接部件（电路）。与外界的连接部件（电路）。接口技术的研究对象：接口技术的研究对象：“接口技术接口技术”是研究是研究CPU如何与外部世界进行最佳耦如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，以实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术。合与匹配，以实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术。微机原理及应用 2.为什么要用接口电路为什么要用接口电路 输入输入/输出（输出（Input/Output）是计算机与外部世界交换信息所必需的手段。）是计算机与外部世界交换信息所必需的手段。一方面，程序、数据和现场物理量等要通过输入设备送给计算机；另一方面，一方面，

49、程序、数据和现场物理量等要通过输入设备送给计算机；另一方面，计算机运行的结果和各种控制信号要通过输出设备（输入计算机运行的结果和各种控制信号要通过输出设备（输入/输出设备以下简称输出设备以下简称外设）进行显示、打印或实现实时控制等。计算机的外设有机械式、电子式、外设）进行显示、打印或实现实时控制等。计算机的外设有机械式、电子式、机电式等。机电式等。微机原理及应用 （1）数据信息）数据信息 数据信息是指数据信息是指CPU与外设之间要传送的数据本身。其形式有三种：与外设之间要传送的数据本身。其形式有三种：数字量数字量：常以：常以8位或位或16位的二进制或位的二进制或ASC码形式传输。码形式传输。

50、模拟量模拟量：模拟的电压或电流，甚至非电量：模拟的电压或电流，甚至非电量(如：温度、压力、流量等如：温度、压力、流量等)，需经传感器转换，需经传感器转换成连续变化的电信号，再经成连续变化的电信号，再经A/D转换器变成数字量形式传输。转换器变成数字量形式传输。开关量开关量：通常用于表示两种状态：通常用于表示两种状态“0”和和“1”，如开关的通，如开关的通/断，电机的转断，电机的转/停，阀门停，阀门的开的开/关等。关等。 3.接口电路的组成及其传递的信息接口电路的组成及其传递的信息 为了完成为了完成CPU与外设之间的信息交换，通常在接口部件中需要传输三种信与外设之间的信息交换，通常在接口部件中需要

51、传输三种信息。息。微机原理及应用 （2）状态信息）状态信息 为实现为实现CPU与外设配合工作，与外设配合工作，CPU需要了解外设所处的现行状态，如打印机是需要了解外设所处的现行状态，如打印机是否忙（否忙（BUSY），输入设备是否准备好（），输入设备是否准备好（READY），用于表示外设工作状态的信号），用于表示外设工作状态的信号叫状态信息，它是由外设通过接口传递到叫状态信息，它是由外设通过接口传递到CPU的。的。（3）控制信息）控制信息 在在CPU与外设的信息传送过程中，需要向外设发出控制命令，这些控制信号由与外设的信息传送过程中，需要向外设发出控制命令，这些控制信号由CPU发给接口电路，经接

52、口电路解释并做适当变换后（若需要的话），去控制外设发给接口电路，经接口电路解释并做适当变换后（若需要的话），去控制外设的动作。的动作。微机原理及应用 图图6.14 接口电路的典型结构接口电路的典型结构总线驱动接口电路数据寄存器状态寄存器寄存器控制地址译码控制逻辑外部设备接一侧接外设一侧微机原理及应用 4.接口的作用和特点接口的作用和特点（1）接口的作用接口的作用 主要负责接收、解释并执行主要负责接收、解释并执行CPU发出的命令，传送外设的状态，以及双方的数发出的命令，传送外设的状态，以及双方的数据传输。管理双方的工作逻辑、协调它们的工作时序。据传输。管理双方的工作逻辑、协调它们的工作时序。微机

53、原理及应用 （2）接口的功能特点）接口的功能特点 按按CPU与外界交换信息的要求，一般来讲，接口部件应具有如下功能特点：与外界交换信息的要求，一般来讲，接口部件应具有如下功能特点：数据缓冲功能数据缓冲功能 接口中一般都设置数据寄存器或锁存器，以解决高速接口中一般都设置数据寄存器或锁存器，以解决高速CPU和低速外设之间的矛和低速外设之间的矛盾，避免丢失数据。另外，这些锁存器常常有驱动作用。盾，避免丢失数据。另外，这些锁存器常常有驱动作用。微机原理及应用 设备选择功能设备选择功能微机系统中通常都有多台外设，而微机系统中通常都有多台外设，而CPU在同一时间里只能与一台外设交换信息，这在同一时间里只能

54、与一台外设交换信息，这就要借助于接口的地址译码对外设进行寻址。高位地址用于芯片（电路）选择，低位就要借助于接口的地址译码对外设进行寻址。高位地址用于芯片（电路）选择，低位地址用于选择接口芯片（电路）内部寄存器或锁存器，从而选定需要与地址用于选择接口芯片（电路）内部寄存器或锁存器，从而选定需要与CPU交换信交换信息的外设。息的外设。 信号转换功能信号转换功能 由于外设所能提供和所需要的各种信号常常与微机总线信号不兼容，因此信号变由于外设所能提供和所需要的各种信号常常与微机总线信号不兼容，因此信号变换就不可避免，它是接口设计中的一个重要方面。换就不可避免，它是接口设计中的一个重要方面。微机原理及应

55、用 接受、解释并执行接受、解释并执行CPU命令的功能命令的功能 CPU发往外设的各种命令都是以代码形式先发到接口电路，再由接口电路解释后，发往外设的各种命令都是以代码形式先发到接口电路，再由接口电路解释后，形成一系列控制信号送往外设（被控对象）的。形成一系列控制信号送往外设（被控对象）的。 中断管理功能中断管理功能 当外设需要及时得到当外设需要及时得到CPU的服务，例如，在出现故障而要求的服务，例如，在出现故障而要求CPU进行刻不容缓的进行刻不容缓的处理时，就应在接口中设置中断控制逻辑，由它完成向处理时，就应在接口中设置中断控制逻辑，由它完成向CPU提出中断请求，进行中提出中断请求，进行中断优

56、先级排队，接收中断响应信号以及向断优先级排队，接收中断响应信号以及向CPU提供中断类型或中断向量等有关中断提供中断类型或中断向量等有关中断事务工作。事务工作。微机原理及应用 可编程功能可编程功能 为使接口具有较强的通用性、灵活性和可扩充性，现在的接口芯片多数都是可编为使接口具有较强的通用性、灵活性和可扩充性，现在的接口芯片多数都是可编程的，这样在不改变硬件的条件下，只改变驱动程序就可改变接口的工作方式和功程的，这样在不改变硬件的条件下，只改变驱动程序就可改变接口的工作方式和功能，以适应不同的用途。能，以适应不同的用途。微机原理及应用 （3）CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式

57、 程序控制方式程序控制方式 分为无条件传送方式和条件传送方式。分为无条件传送方式和条件传送方式。 无条件传送方式无条件传送方式(又称同步传送方式又称同步传送方式)。其具体方法是：在程序中的适当位置直接。其具体方法是：在程序中的适当位置直接插入插入I/O指令，以完成数据的传输。在这种方式中，指令，以完成数据的传输。在这种方式中，CPU始终认为外设是准备好的。始终认为外设是准备好的。 微机原理及应用 条件传送方式条件传送方式(又称查询传送方式又称查询传送方式)。其实现方法是：在每次执行。其实现方法是：在每次执行I/O操作之前，操作之前，CPU先查询外设的状态，当外部设备准备好时才执行先查询外设的状

58、态，当外部设备准备好时才执行I/O指令实现数据传送。这种传指令实现数据传送。这种传送方式有效地解决了无条件传送方式难以保证送方式有效地解决了无条件传送方式难以保证CPU与外设同步动作的问题，但其传与外设同步动作的问题，但其传输速度慢，输速度慢，CPU工作效率低，因为工作效率低，因为CPU将花费绝大部分时间去查询外设的状态。将花费绝大部分时间去查询外设的状态。 程序控制方式的具体实例参见可编程并行接口芯片程序控制方式的具体实例参见可编程并行接口芯片8255A的应用。的应用。微机原理及应用 中断传送方式中断传送方式 为了提高为了提高CPU的效率，使系统具有实时处理能力，可采用中断传送方式进行的效率

59、，使系统具有实时处理能力，可采用中断传送方式进行CPU与外设间的数据传送。具体过程为：当外设准备好进行数据传输时，通过接口与外设间的数据传送。具体过程为：当外设准备好进行数据传输时，通过接口向向CPU提出中断请求，提出中断请求，CPU在满足响应中断的条件下，向接口发出中断响应（回答）在满足响应中断的条件下，向接口发出中断响应（回答）信号，然后执行中断服务程序，完成数据传送。这种方式可使信号，然后执行中断服务程序，完成数据传送。这种方式可使CPU与外设并行工作，与外设并行工作，从而大大提高了从而大大提高了CPU的工作效率。关于详细的中断处理过程参见中断技术一章。的工作效率。关于详细的中断处理过程

60、参见中断技术一章。微机原理及应用 DMA传送方式（直接存储器存取方式）传送方式（直接存储器存取方式） 在中断传送方式中，每传送一次数据，在中断传送方式中，每传送一次数据，CPU就要执行一些附加的保护断点和现场、就要执行一些附加的保护断点和现场、恢复现场和断点的指令。因此不能从根本上提高恢复现场和断点的指令。因此不能从根本上提高CPU的效率，且不能成块传送数据。的效率，且不能成块传送数据。微机原理及应用 无条件传送：传送之前不查询外设状态无条件传送：传送之前不查询外设状态 程序控制方式程序控制方式 查询传送：传送之前查询外设状态查询传送：传送之前查询外设状态 中断方式：外设准备好后向中断方式：外