2023年微机原理与接口技术期末复习考点版

微机接口基础知识什么是接口：是cpｕ与外部连接的部件,是cpu与外部设备进行信息互换的中转站。接口的功能:据缓冲、设备选择、信号转换、提供信息互换的握手信号、中断管理、可编程功能。数据传送方式:无条件传送方式(合用于外部设备的各种动作时间是固定的,并且条件是已知的情况,或者计算机与外部设备是完全同步的情况。在无条件传送方式传送数据时,已知外部设备已准备好,因此计算机不用查询外部设备的状态信息，输入、输出时直接使用IN或OUT指令完毕数据的传送,使用无条件传送数据时,必须拟定外部设备已准备好，否则数据传送失败）条件传送方式(查询输出的过程是：在输出数据之前，先读取状态信息,若读取的状态信息的D0＝0，则表达外设空闲,可以将数据输出。输出数据后,通过状态标志寄存器将状态置1,阻止在本次数据未读走时,下次数据输出覆盖本次输出数据;若D0=1则表达上次输出的数据未被外设读走,则等待；查询输入工作原理为:当外设输入数据时,通过“选通”将状态信息ｒeaｄy置１,在进行数据输入之前一方面读取状态信息，若readｙ＝1表达外设已将数据输入,可读取输入的数据,读取数据后通过“数据口选中”将状态信息ｒeａdｙ清零;若ｒｅady＝0表达外设无数据输入,则等待。条件传送方式的优点：其是计算机与外设之间最常用的数据传送方式,其优点是高速cpu可以与任意低速的外设进行速度匹配。但传送速度慢,ｃpu的运用率低，不能用于高速外设的数据传送；在接口应用程序中是使用最广泛的一种程序解决方法,它可以保证任意高速的计算机系统与任意低速的外设之间的同步协调工作，由于查询传送方式数据传送的依据是接口状态信息,因此规定接口程序设计人员必须对外设接口的状态信息和接口的控制方法有充足的了解。中断传送方式(当外部设备准备好数据或准备好接受数据时,由外部设备向ｃpu发出中断请求,cpu就暂停原程序执行(实现中断),转入执行输入、输出操作（中断服务),输入、输出完毕后返回原程序继续执行(中断返回)，这样ｃpu就不用等待外设,从而提高cpu运用率。)DMA传送方式(其传送速度取决于计算机存储器的存取速度和外设的传送速度，在DＭＡ传送期间，IBMPC系列的计算机采用ｃpｕ停机方式,即：在进行DMA传送时cpu一直处在等待状态,把数据总线、地址总线和控制总线让出来供DMA控制器使用;当ＤMＡ传送结束后,ｃpu再恢复对DB、AB、ＣB总线的控制权，这些过程都由计算机系统的硬件系统来实现。I/Ｏ寻址方法：端口Ｉ/O寻址和存储器相应的I／O寻址方式;端口寻址,在这种方式中，cpu有专门的Ｉ/O指令,在计算机系统中使用不同的端口地址来区分不同的外设，操作时以端口作为寻址单元,接口中的不同信息（数据、状态、控制信息）均通过不同的端口地址来区分，一般来说，一个外部设备往往需要多个端口地址,这种Ｉ/O端口寻址方式是目前IBMPC系列计算机及其它类型的微型计算机系统普遍采用的I/Ｏ寻址方式，当前微机均采用Ａ1５~A０作为I／Ｏ寻址,因此其I／O地址为0~65535（0~FFＦＦH)共６55３6个8位I/Ｏ端口或32７68个1６位I/O端口;存储器相应的Ｉ／O寻址方式中,外部设备的I/O端口是存储器的某些存储单元，每个外设占用一个或多个存储器地址，从而cpu对外设输入/输出一个数据相称于进行一次存储器读写操作,这种Ｉ/O寻址方式由于外设占用内存单元地址,会使计算机的有效内存容量减少,不便于计算机的并行操作，已不再使用。什么叫总线:一个计算机系统由微解决器、存储器和输入/输出等部分组成，计算机的各个部件均通过系统总线来连接，总线就是计算机之间、模块与模块之间传递信息的一束束信号线的集合，为各模块间和各部件间提供标准信息通路。总线结构：以解决器为中心的面向解决机的结构和以总线为中心的面向总线的结构。前者是将需要互换信息的模块通过总线建立点到点的连接,这也是当前微机总线的基本形式，后者是以总线为中心,计算机的所有设备(涉及cpu等）均看作总线挂接的外设。面向总线的结构的优点：１）简化软硬件的设计:由于面向总线的结构总线是严格定义的,因此只需将按照标准设计的cｐｕ、存储器和Ｉ／O设备以插件形式挂入总线,并辅以软件即可工作,不需专门设计存储器和I/Ｏ设备。2)简化了系统结构：面向总线结构节省连接线，使系统清楚明了。3）便于系统扩充和更新:用户可以根据自己的需求,选购相应的插件板,使计算机系统从规模和功能上得以扩充。面向解决器的总线结构可以根据解决器的特点设计最合适的总线系统,因此解决效率可以达成最佳效果，但系统的兼容性不好，而面向总线的结构往往采用通用的总线规范，兼容性好,但性能很难达成最佳；当前微机中,ｃpu与存储器，以及各核心模块之间采用面向解决器的总线结构，保证cpu的性能达成最佳状态；而cpu和I/Ｏ设备之间采用面向总线的结构,保证系统与Ｉ/O设备的良好兼容性和扩充性总线传输方式:1）同步式传输传输周期是固定的,在传输周期内严格地按规定的时间发出信号和进行相应的动作,在微机中cｐu与存储器之间的数据传输就是典型的同步式传输。2)异步式传输异步传输方式也称应答方式。进行通信的主、从模块不受统一的时钟控制,而是采？请求"和"应答"两信号来协调传输过程。在该方式下,由主模块提出传输(写或读）的规定后,由被选中的从属模块来决定响应速度，这样不同速度的模块可以存在于同一系统中。3）半同步式传输是同步和异步传输方式的折中方式，特点:地址、命令和数据的发出时间都严格按照系统时钟脉冲前沿时刻,接受判断采用系统时钟脉冲的后沿来辨认。在微机中，半同步传输方式重要用于cｐｕ与外设的数据传输。４）分离式传输其把一个读周期分解为两个分离的自周期，在第一个周期中，主模块将地址、命令，以及主模块的编号等一起发送到系统总线上,经总线传输后由相应的外设接受;外设接受到主模块发出的命令后，将数据准备好，再向总线提出请求,将需要传输的数据传输到总线上,由主模块读取，这就是第二个传输周期。第三章微机接口芯片及应用1.中断的分类：内部中断和外部中断；内部中断：其中断源在cpu的内部，重要是由INT指令、运算过程中的错误、设立的断点或单步执行而引起的中断。（IＮT指令、CPU的错误（除法错中断、溢出中断）、为调试程序设立的中断(单步中断、断点中断)）;外部中断(可屏蔽中断(INTR)和非屏蔽中断（NＭI)区别是是否受cpu标志位IF的影响)ＩNTR是由外部设备请求，通过中断控制器8259Ａ管理的一类中断，当在IＮTR线上出现中断请求时，ｃpｕ是否响应要取决于解决器的标志寄存器中的IF标志，若IF=1，则cｐu就响应当中断请求;否则不响应当请求。NMI是不受cpu标志寄存器IＦ标志的影响,重要是为解决某些计算机故障而设计的。在IBＭPC系列计算机中,NMＩ仅在存储器奇偶校验犯错、I/O通道数据奇偶校验犯错和80ｘ８7协解决器异常3种情况发生。２．硬件中断的优先权:内部中断>NMI>IＮTR＞单步中断中断源产生的中断请求是随机的,cpu在响应解决各中断源时，由cpu内部中断逻辑实现各中断源的不同解决。各外部设备由８２59A进行管理,其中断优先权采用固定优先权,ＩＲQ0最高,IＲQ7最低。3.中断的解决过程：请求中断→响应中断→关闭中断→保存断点→中断源辨认→保护现场→中断服务子程序→恢复现场→中断返回具体的执行过程:关中断->保存断点(下一条指令的地址入栈）－＞获得中断服务程序入口地址转中断服务程序－>保存断点现场（内部寄存器的值及标志寄存器的状态入栈)->开中断->执行中断服务代码－>关中断－>恢复现场->开中断－>返回４．中断向量表：80x86cｐｕ解决256级中断向量,类型号为０H～0FFH，一个中断向量占4字节,分别存放中断服务程序的IＰ和CS，整个中断向量占用1０24字节用以存放各个中断向量的中断服务程序的入口地址(CＳ：IＰ),中断向量表就是各个中断解决程序的地址表。中断向量表用存储器的0：0H~０:３FFH区域存放各个终端服务程序的入口地址,256级中断向量相应２５6种中断类型，每项占4字节,前两个字节存放中断解决程序的偏移地址IＰ后两个字节存放中断解决程序的段地址ＣS。所以某中断向量的解决程序的入口地址偏移可由中断类型号*4计算出来。5.8２5３工作原理：其是pc中所使用的定期/计数器芯片，其内部有3个独立的16位计数器通道,使用单+5Ｖ电源,是24个引脚的双列直插式芯片，8253事实上是一个减法计数器,根据计数器特性有:输出频率ｆ０=输入频率ｆi/计数器计数值N，及f0＝fｉ／N,采用周期表达Ｔ０=Ｎ*Ti。因此,若固定Ｔi，则定期时间与N成比例变化。82５３的重要功能:1)一片上有3个独立的１6位计数器通道,最大计数范围为0~65５35．2)每个计数器都可以按照二进制或二-十进制（BCD码）计数３)每个计数器的计数速度可达２MHｚ4)每个通道有６种工作方式,可通过程序设立来改变。5）所有的输入和输出都与与TTL兼容。控制字寄存器：SＣ1SC0RL1ＲL０M２通道选择：0０=计数器0,01=计数器1，10=计数器2，１1=非法I/O格式：00=计数锁存，０1=低8位有效,10=高8位有效,11＝先低后高8位。计数方式:０0０=方式1，00１=方式2,…，1０1＝方式5。计数方式：0=二进制，１=BCＤ码计数。８253的工作方式：方式2的工作特点:1）不用重新设立计数初值,就可以连续计数，输出固定频率的脉冲。2）在计数过程中，若ＧATE=0计数暂停，当GATE恢复为高后的下一个CLK脉冲,计数器恢复初值重新计数。3)在计数过程中,若改变初值，计数器不受影响，在下一次计数时，则以新的计数值开始计数。方式3的工作特点:１)不用重新设立计数初值,就能连续计数,输出固定频率的脉冲。2)在计数过程中，若GATE=0,计数暂停，当GATＥ恢复为高后的下一个CＬK脉冲,计数器恢复初值重新计数。３)在计数过程中，若改变初值,计数器不受影响,在下次计数时,则以新才计数值开始计数。方式3的ＯUT脉冲的占空比近似为1/2，当N为偶数时占空比=１/2,Ｎ为奇数时占空比＝(（N-1）／２+1）/N，即高电平比低电平宽度多一个CLK脉冲。８253的３个计数器功能及参数设立如下:ＣＮT０:电子钟时间基准,I／O口地址为40Ｈ,工作方式控制字为３6H,工作方式3，二进制计数,计数器初值为2＾16,输出频率=1．19ＭＨｚ/2＾16=18.２Hｚ。CＮT1:为动态RAM刷新定期,I/O口地址为40H,工作方式控制字为３6Ｈ，工作方式为２,二进制计数,计数器初值为12H,输出脉冲周期为1５.１2us,脉宽为840ns。CNＴ2：扬声器音频控制，Ｉ/O口地址为42H，工作方式控制字为Ｂ6H,工作方式是3，工作方式控制字寄存器的Ｉ／O口地址为4３H。例题：**＊*******＊**＊**＊＊**＊*＊********＊********＊＊*****＊***＊*＊*****＊*＊＊***＊*******＊**＊**＊＊****82５3的CLＫ=１ＭHｚ,ｃs＝３2０~323Ｈ，规定用８2５３连续产生10秒的定期信号,设计其延时线路和编写相应的控制程序。Ｎ=10/10^－６＝10^7;超过了一个通道的6５535计数值，用两个8253通道级联。Ｎ=Ｎ１＊N２,为减小二进制计数误差，N1应尽也许小。设Ｎ1＝500N2＝２０230，选择方式２，控制程序为：＃inｃludｅ＜stdiｏ.ｈ>Maｉn(){ＵnsｉgneｄinｔN1＝5０0,Ｎ2=20230;Outｐorｔb(0x323，0x7４);Outporｔtb(0ｘ３21,Ｎ１-256*（N１/256));Outporttb(0ｘ321,N1/25６）;Outｐortｔｂ（0ｘ32３,0xB4）；Outporttb(０ｘ322,Ｎ２％256）;Outportｂ(０x３２2,N2/256);ﻫ}６.8２55A控制字:Ａ组方式PＡ口ＰC7~ＰC4B组ＰＢ口PC３～ＰC0D7=1时８255A将输入的命令解释为控制字。PAA组方式:００＝0方式,01=１方式，1x=2方式。ＰA口A口I/O:0＝输出，1=输入。PＣ7~PC4:０=输出,1=输入。PＢB组方式:0＝0方式，1＝１上式。ＰB口B口I/Ｏ：0＝输出,１＝输入。ＰC3～PC0：0＝输出，1=输入。6．18２５5A只有ＰA才可以工作在2方式。并行接口芯片具有一下功能:1）两个或两个以上的具有锁存器或缓冲器的数据端口。２)每个数据端口都具有与cpu用应答方式互换信号所必须的控制和状态信息，也有与外设互换信息所必须的控制和状态信息。3）通常每个数据端口有能力用中断方式与ｃpu互换信息所必须的电路。４)片选和控制电路。5）可用程序选择数据端口,选择端口的数据传送方向，选择与cｐu互换信息的方法等。＊*＊****＊*＊***＊******************＊*＊*＊＊＊****＊＊******＊***＊＊*＊*****＊＊＊*＊*＊*＊***＊*＊*******６.2．825５Ａ0方式:例题：用０方式构造打印机的接口电路：（CS=２00H~203H）MOＶＳＩ,OFFSETＤＡTA;打印数据首地址MOVＣX，0FFH；打印字符数ＭＯＶDＸ,20３H;8255A控制字端口MOＶAL,1000００01B;控制字：PＡ方式0、输出,ＰC７~PC４ 输出，PC3~PC0输入OUTDX，MOＶAＬ,0００0１１11B;置PC7＝1,即STB=0；OUTDＸ,NEＸＴ:MＯVDＸ,２0２H;8255APC端口ＩNAL,DＸ;读入PＣ端口数据,查询ＰC3＝0?(是否BUSＹ)ANDAL,00０01000B;JNZNEXT;打印机忙，则等待ＭＯVＤX,200H;82５5APA端口MOVAL,[SＩ]；取打印字符OＵTDX,ＡL;送到打印端口MOVDＸ,2０3H;８2５5A控制字端口ＭOＶAL,００00１11０B;产生SＴB信号（ＳＴB下降沿)ＯUTDX,ＪMP＄+２;适当延时ＭOVＡＬ,０000１111B;产生SＴB上升沿OUTＤＸ,INCＳＩ;内存地址ＤEＣCX;字符数-１JNZＮＸＴ;…．ＤATADＢ.．；7.DＭA概述:外部设备与计算机内存直接互换数据的方式是DMA，而不通过ｃpu,采用DMA时，传送速度取决于计算机存储器的存取速度和外设的传送速度。在传送期间,ＩBMPＣ系列的计算机用cpu停机方式,即进行ＤMA传送时,ｃpu一直处在等待状态。实现DMA操作有3种方法：７．1周期挪用：把cｐu不访问存储器的哪些总线周期挪用来进行DMA操作。7.2周期拓展：使用专门的时钟驱动电路，当需要进行DＭA操作时，将cpｕ的总线周期展宽，对存储器等操作使用正常的周期，其展宽部分用来进行DMA操作。7.3CPU停机：这种情况下，DＭA需要进行DMＡ传送时,向cpu发出DMA请求信号，时cpu让出总线的控制权，处在等待状态;DＭA结束后，cpu再恢复对总线的控制权，继续进行被中断的操作。８.8２37工作模式:1)单字节传送模式：一次只能传送一个字节数据,数据传送后字节计数器－1,地址相应修改,HＲQ变为无效,释放系统总线,若传送至字节计数器为0，则产生TC信号，终结ＤMA传送。2)块传送方式:８23７由ＤREQ启动后就连续地传送数据,直至字节计数器减到0产生TC信号,或由I/O设备输入有效的信号，在这种方式下，DREQ只需维持到ＤAＣK有效即可，不需要连续到数据传送结束。3）请求传送方式:8２37可以连续进行数据传送,当出现:字节计数器到０，产生ＴＣ、外部送来有效的EOP’、I/O设备的DREQ变为无效时结束数据传送。若因DRＥQ无效而停止的传送,可在I／O设备的DREQ恢复有效后继续传送。4)级联方式:8237可以多级级联,拓展DMA通道，一般由二级８2３7的HRQ和HLDA连接到一级8237的DＲEQ和DAＣK上9.DMA操作的环节:1)申请I/O->DREQ;2）82３7向cpu申请总线的使用权，HRQ；3）应答，HLDＡ有效,823７按初始化内容控制数据传送，由现行地址寄存器内容选中Ｍ单元ＤACＲ’，选中I/O没发送一个字节地址＋1／-1，字节总数-１；4)结束总数->０，ＥＯP’=0；第四章串行通信接口1.异步通信：一位起始位七位数据位一位校验位一位停止位没有传输字符时，通信线路处在逻辑1(ＭARＫ)状态,传输字符时，先向通信线路发送一位起始位，起始位用逻辑０（SPACE)表达，起始位后是字符编码（一个字符编码也许有5、６、７、8位）字符编码后是校验位(奇偶校验和不校验），最后是停止位（用逻辑1表达一帧数据传输完后的连续时间，一般选1位,1.５位，和2位)。异步通信的参数：一个字符传输的时间为一个传输帧。传输率:传输率是1秒钟传输数据的位数，用于设立串行通信数据的传输速率,常见的有１1０ｂiｔ/ｓ、3００、6０0、120０、2４0０、…、１92００,在９６０0传输速率时,一秒钟大约传输960个字符。数据位：规定串行传输中数据的编码长度,传输数据位数应当由传输的数据有效位来拟定,如采用7位数据位时，其传输的字符范围0~127的ＡSＣII码。在波特率相同的情况下，数据位越多，传输速度越慢。校验位：规定串行数据传输过程中的错误检查方式，重要有奇偶校验和不校验。停止位：用于设立传输帧与传输帧之间的间隔大小,停止位重要有1、1.5、2位。如传输‘E’的传输参数设立:（96０0，7,０，１)可传输9600/(７＋1+1+校验位（1))＝96０个字符。数据传送方式：串行通信中,按照在同一时刻数据流的方向可分为全双工和半双工传送方式。1）全双工：当数据的发送和接受分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接受操作，这就叫全双工传送方式‘终端设备’发送‘字符’给‘串行接口’，‘串行接口’接受后‘发送’‘回波’给‘终端设备’2）半双工：使用一根传输线既进行数据输入又进行数据输出时，通信双方不能同时收发数据,这就叫～‘终端设备’发送字符同时显示,并在‘发送数据’的同时，接受‘串行接口’返回的信息。人机交互接口键盘接口的基本功能:去抖动、防串键、辨认被按下或释放键,以及产生与被按键或释放键相应的键码。按键辨认的方法（如何辨认):１)行扫描法:计算机通过程序先向键盘的所有行逐行输出低电平(逐行扫描)，若无按键按下闭合,则所有列的输出均为高电平,若有一个按键按下闭合，就会将所在的列输出低电平。计算机通过程序读入列线的状态，就也许判断有无键按下及哪个键按下,键所在的行、列位置的编码就是该键的编码。一方面使用PＡ0=0,然后读取ＰB端口，若PB=０FFH则表达行0没有按键按下,再使PA1=0，在读取PＢ判断行1有无按键按下,依次扫描所有的行线。当ＰB读取的数据不为0FFH时，则表达该扫描行有按键按下，则在拟定相应的按键序号。２）行列互换法:计算机通过程序先向所有的行输出全低电平，然后读入所有列的状态，若读入的列状态为全高电平,说明没有键按下，若读入的列中有一个为低电平，其余为高电平,表面有键按下;将读到的列状态从列输出，然后读入所有行的状态，可判断出是那一行有按键按下;通过两次扫描就可以知道是哪行的按键按下,通过行列状态数据可得到该键的编码。在辨认闭合按键时,要将行线接一个并口，工作于输出方式,将列线也接一个并口，工作于输入方式,程序使cpu通过输出端口向各行线上所有送低电平,然后读入列线的值。假如某按键按下,则必然会使某一列线值为0。.然后,程序再对两个并行端口进行方式设立，使行线工作在输入方式，列线工作在输出方式,并将刚才读到的列线值从列线所接的并口输出，再读取行线上的输入值，在闭合键所在行线上的值比定为0，这样,当一个按键被按下时，必然可以读取一对唯一的行值和列值。3．PC键盘接口:当在键盘上输入一个键时，键盘上的解决器一方面向计算机主机产生硬件中断请求IＲＱ１，然后将该键的扫描码以串行的方式传送给计算机主机；而计算机主机在IRQ１硬件中断的作用下,调用ＩNT09H硬件中断把键盘送来的扫描码读入,并转换为ASCIＩ码，存入键盘缓冲区。在PＣ机中,各种特殊键的解决都通过IＮT０9H中断程序来实现,这些与PC的键盘接口硬件无关。接盘接口电路它由串并转换芯片74LS322和一些触发器、门电路构成,数据通过８255A的PＡ读入计算机。第六章D/Ａ转换器的特性性及连续1.选择D/Ａ转换器芯片时一般考虑如下指标:１)分辨率:指D/A转换器所能分辨的最小电压增量,或一个二进制增量所代表的模拟量大小。分辨率=Vｒef/2^位数或分辨率＝(V（+)ｒｅf－Ｖ（-）rｅｆ)／２＾位数，若Vref=5v，８位的D/A转换器分辨率为５/2５6=20ｍV.2)转换时间：指数字量输入到模拟量输出达成稳定所需的时间。3)精度:指Ｄ／A转换器实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位,如D／Ａ分辨率为２0mv，则精度为+-1０ｍv。4)线性度:当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按比例变化的限度,抱负的D／A转换器是线性的,但实际有一定的误差，模拟输出偏离抱负输出的最大值称为线性误差。ＤAＣ(数字模拟变换集成电路)是系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的规定，要考虑一下几点:输入缓冲能力：ＤAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力(数据寄存器)的DAC芯片可直接与cpu或系统总线相连，否则必须添加锁存器。输入码制:ＤAC输入有二进制和BＣD码两种,对于单极性DＡC可接受二进制和BCD码；双极性DAC接受偏移二进制或补码。输出类型:DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择,也可进行电流->电压转换。输出极性:DAC有单极性和双极性两种,假如输出规定有正负变化，则必须使用双极性DＡC芯片。选用DＡC芯片应根据需要选择转换速度、精度和分辨率等满足设计需要的芯片。编程题:1．函数信号发生器:运用DAC可以产生任意波形、幅度和频率的信号,如三角波、方波和函数波等，设计信号发生器使，一般可根据所需频率和幅度生产一个周期的数据，然后循环输出该周期数据即可。如ＤAC083２电路产生的函数信号程序。设CS’=2０0H~20ＦH,产生Y=2*cｏs（200t）*s