微型计算机接口技术及应用习题答案(刘乐善)

微型计算机接口技术及应用习题答案（刘乐善）习题一什么是接口？接口就是微处理器CPU与外部世界的连接部件，是CPU与外界进行信息交换的中转站。□为什么要在CPU与外设之间设置接口？口在CPU与外设之间设置接口主要有4个原因：□（1）CPU与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义口和时序关系（2）CPU与外设的速度不匹配，CPU的速度快，外设的速度慢口（3）若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率口（4）若外设直接由CPU控制，会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外口设本身的发展不利。微型计算机的接口一般应具备那些功能？微机的接口一般有如下的几个功能：（1）执行CPU命令的功能：CPU将对外设的控制命令发到接口电路中口的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常工作状态和故障状态（3）数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对CPU于外口设间传送的数据进行中转（4）设备寻址的功能：CPU某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU发口出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中I/O设备口（5）信号转换的功能：当CPU与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平口高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能（6）数据宽度与数据格式转换的功能：由于CPU处理的数据都是并行口的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换，并进行数据格式的转换。接口技术在微机应用中起的作用？随着计算机技术的高速发展，计算机的应用越来越广泛。然而，在微机系统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口技术成为了一门关键技术，它直接影响微机系统的功能和微机的推广应用。5.接口电路的硬件一般由哪几部分组成？接口电路的硬件一般由以下几部分组成：基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器，是接口电路中的核心端口地址译码电路：实现设备的选择功能供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电路。6.接口电路的软件控制程序一般包括哪几部分？接口电路的软件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互渗透、融为一体的：初始化程序段：对可编程接口芯片进行初始化编程（2）传送方式处理程序段：不同的传送方式（查询、中断、DMA方式）□程序段不同主控程序段：完成接口任务的程序段程序终止与退出程序段：程序退出前对接口电路中硬件进行保护的程序段辅助程序段：人－机对话、菜单等7.接口电路的结构有哪几种形式？接口电路的结构主要有四种：（1）固定式结构：不可编程的接口电路，结构简单、功能单一、固定（2）半固定式结构：由PAL或GAL器件构成的接口电路，功能和工作口方式可以通过改写内部的逻辑表达式来改变，但逻辑表达式一旦烧入芯片，其功能和工作方式就固定下来了可编程结构：其功能和工作方式可由编程指定，使用灵活、适应面广，且种类繁多智能型结构：芯片本身就是一个微处理器，外设的全部管理都由智能接口完成，如I/O处理器I0809或通用单片机口CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？□CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和DMA方式：（1）查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。无条件口传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。（2）中断方式：主要用于CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控口制和紧急事件的处理（3）DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设进行大批量口数据传送的场合。分析和设计接口电路的基本方法是什么？分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合：（1）两侧分析法：CPU一侧，主要是了解CPU的类型、它提供的数据口线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程（2）硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程，也可以采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程。:外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何？你所知道的外围接口芯片有那些？略。你认为学习接口技术的难点在哪几个方面？应如何对付？略。习题二1什么是端口？端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。2I/O端口的编址方式有几种？各有何特点？i/o端口的编址方式有两种一一统一编址方式（存储器映象方式）和独立编址方式（I/O映象方式、专用I/O指令方式）□（1）统一编址方式：从整个寻址空间中划出一部分给I/O设备，其余的口给存储器，通过地址码区分操作对象是存储器还是I/O,二者的地址码不重叠。这种方式的优点是①I/O端口的编址空间大，且易于扩展②I/O指令丰富、功能齐全；缺点是①存储器的地址空间减少，达不到系统最大的寻址空间②I/O指令比独立编址方式的专用I/O指令长，译码时间长，执行速度慢口（2）独立编址方式：存储单元与I/O端口分别编址，地址码重叠，通过口操作码区分操作对象是存储器还是I/O。这种方式的优点是①I/O端口不占存储器的编址空间，使存储器的容量可达系统的最大寻址能力②I/O指令短、执行速度快；指令清晰、可读性强；缺点是①I/O端口地址范围一旦确定，不易扩展②I/O指令种类有限，操作单一3设计I/O设备接口卡时，为防止地址冲突，选用I/O端口地址的原则是什么？口为了避免端口地址发生冲突，在选择I/O端口地址时一般要遵循以下的原则：□凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用原则上讲，未被占用的地址，用户可以使用，但对计算机厂家申明保留的地址，不要使用，否则会发生I/O端口地址重叠和冲突口（5）一般，用户可使用300H〜31FH地址，这是IBM—PC微机留作实口验卡的，用户可以使用。为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲突，最好采用地址开关。4I/O端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么？□I/O端口地址译码电路的作用就是把地址和控制信号进行逻辑组合，从而产生对接口芯片的选择信号。5在I/O端口地址译码电路中常常设置AEN=0,这有何意义？□AEN=1,表示正在进行DMA操作，在I/O端口地址译码电路中，常常令AEN=0时，译码输出才有效，这样做的目的是为了避免在DMA操作周期中，由DMA控制器对这些以非DMA方式传送的I/O端口执行DMA方式的传送。6若要求I/O端口地址为374H，则在图2.1（b）中的输入地址线要作哪些改动？□为了使1/。端口的地址为374H，图2.1（b）中地址线A2、A8后的非门去掉，而在地址线A3、A7后面加上非门。即修改后地址线A0、A1、A3、A7后有非门，其余地址线后无非门。如图所示：A9A8A7&1…AEN1IOR17图2.2是PC机系统板的I/O端口地址译码电路，它有何特点？试根据图中地址线的分配，写出DMAC、INTR、T/C以及PPI的地址范围？口A3A2A1A012111&Y在图2.2的译码电路中，不管芯片本身需要多少个端口地址，一律分配一个含有32个地址的地址范围。其中DMAC、INTR、T/C和PPI的地址范围分别是：DMAC：00H〜1FH；INTR：20H〜3FH；T/C：40H〜5FH；PPI：60H〜7FH8在图2.4译码电路中，若要改变I/O端口地址，使其地址范围为300H〜307H,则开关S0〜S9应如何设置？□由于AEN必须为0,所以S9一定是闭合的，若使译码输出地址范围为300H〜307H,则有如下的分析：A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000??001100000111S8S7S6S5S4S3S2S1S0开开合合开开开开开所以，S0〜S9中S5、S6和S9是闭合的，其余的开关全部断开。9GAL器件有那些特点？采用GAL器件进行I/O地址译码有何优点？□略。10采用GAL器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何？□略。.通常所说的I/O操作是指CPU直接对I/O设备进行操作，这话对吗？口这话不对，I/O操作是指I/O端口操作，即访问与I/O设备相关的端口，而不是对I/O设备直接操作。□.在独立编址方式下，CPU采用什么指令来访问端口？口独立编址方式下，采用专用的I/O指令一一输入/输出指令（如PC系列微机中的IN、OUT）来访问端口。□.在I/O指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种？□PC系列微机中，I/O指令对端口的寻址方式有两种：直接寻址和间接寻址（必须由DX间址）。直接寻址方式中，端口地址的宽度为8位，即地址范围是00H〜FFH;间接寻址方式中，端口地址的宽度为16位，即地址范围是0000H〜FFFFH。14.CPU从端口读数据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道？通常所说的CPU从端口读数据或向端口写数据，仅仅是指I/O端口与CPU的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器。由于累加器只能保存一个数据，所以在实际中通常是I/O与存储器交换数据。15.I/O端口地址译码电路一般有哪几种结构形式？□I/O端口地址译码电路一般有两种结构形式：□固定式端口地址译码一一硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不变口可选式端口地址译码一一电路中有若干个DIP开关，硬件电路不改动，只改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。I/O地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各作何用途？如何决口定低位地址线的根数？一般情况下，高位地址线与控制信号线进行逻辑组合，经译码电路产生I/O口CS□接口芯片的片选信号 一一实现片间选择；低位地址线不参与译码，直接与I/O接口芯片的地址线相连一一实现I/O接口芯片的片内端口选择。□低位地址线的根数由I/O接口芯片内部的端口数量决定，如果I/O接口芯片口n内部有2个端口（其引脚上一定有n根地址线），那么，寻址端口时，低位地址线的根数就是n。□.可选式I/O端口地址译码电路一般由哪几部分组成？口可选式I/O端口地址译码电路一般由地址开关（DIP开关）、译码器、比较器或异或门组成。.采用GAL器件设计地址译码电路时，其核心是编写GAL器件输入源文件口（即GAL设计说明书）。现利用GAL16V8设计一个扩展系统的地址译码电路，要求该系统的I/O端口地址范围分别为300H〜31FH和340H〜35FH；存储器地址范围为D0000H〜EFFFFH。试编写GAL16V8的编程输入源文件。略。□.若将图2.3中DIP开关状态设置为：S2和S1合上（ON）；S3和S0断开（OFF）,口试指出74LS138输出端Y5 的地址范围，并与图中在DIP开关原来的状态下Y5输出端所产生的地址范围进行比较，有何变化？如果S2和S1合上（ON）；S3和S0断开（OFF）,Y5有效时,各位地址线的状态如下：A9A8A7A6A5A4A3A210010101S3S2S1S0开合合开所以,这种开关状态下,Y5的地址范围是254H〜257H；而DIP开关在原来的开关状态下， 的地址范围是314H〜317H。这两个地址范围A9〜A6Y5口的状态不同，因为A9〜A6的状态是由开关的状态决定的；而二者的A5〜A2是相同的，因为它们不受开关状态的影响。习题三1计数、定时与频率、声音以及音乐之间有什么关系？定时和计数的本质是相同的,当计数的基本脉冲是标准的时间单元时,计数就变成了定时。定时输出脉冲的周期的倒数就是频率。由定时输出的脉冲可以产生声音,脉冲的频率就决定了声音的频率。脉冲频率高,声音的音调高（听起来尖锐）；脉冲频率低,声音的音调低（听起来低沉）。而由频率不同、持续时间不同的声音就可以产生动听的音乐。2微机系统的定时有哪两类？何谓时序配合？微机系统中的定时