微型计算机接口技术及应用教案Word下载.docx
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外设一侧:
外部特性(引脚的功能定义和逻辑定义)、工作过程
◆硬软结合法
1)硬件设计方法
合理选用外围接口芯片
有针对性地设计附加电路——逻辑关系与电平转换、时序配合、驱动能力
2)软件设计方法
用汇编语言(或高级语言)直接对低层硬件编程——了解硬件电路工作原理
用DOS系统功能调用和BIOS调用编程——标准输入/输出设备
3.接口技术的发展趋势
发展过程:
固定式简单接口、可编程复杂接口、功能强大的智能接口
发展趋势:
智能化、标准化、多功能化、高集成度化
第二章I/O端口地址译码技术
•端口的概念
•端口的地址编址方式及其特点
•I/O端口地址选用的原则
•掌握I/O端口地址译码电路的工作原理
•I/O端口地址译码电路的设计与分析
1.I/O端口和I/O操作
1)I/O端口
端口(port):
接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。
端口的种类:
数据口、状态口、命令口
2)I/O操作
本质:
I/O端口的操作
2.端口地址编址方式
1)统一编址(存储器映象方式)
原则:
M与I/O共用整个地址空间;
I/O端口与存储单元等同——M与I/O地址不重叠
优点:
I/O可有较大编址空间,易扩展;
I/O操作指令类型多、功能齐全
缺点:
M的地址空间受限;
I/O指令较长,执行速度较慢
2)独立编址(I/O映象、专用I/O指令方式)
M与I/O分开编址、互不干扰——M与I/O地址重叠
M空间不受I/O空间影响;
有专用I/O指令(程序清晰);
I/O指令短,执行速度快
I/O指令种类有限,I/O空间不易扩展
3.I/O端口地址选用原则
1)凡是系统配置占用了的地址一律不能使用
2)计算机厂家申明保留的地址最好不要使用
3)可用留作实验卡的地址:
300H~31FH;
最好用地址开关
4.I/O地址译码电路工作原理及作用
1)地址译码电路的作用
作用:
地址+控制信号=接口芯片的选择信号
AEN=0的原因:
避免在DMA期间,由DMA控制器对这些以非DMA方式传送的端口执行DMA操作
2)地址译码电路的输出信号
输出信号:
低电平有效
5.I/O地址译码方法
片间选择:
高位地址+控制信号=片选信号
片内端口选择:
低位地址直接与接口芯片地址线相连
6.I/O端口地址译码电路设计
地址范围:
n根地址线未参与译码,译出地址含2n个
例:
图中译码输出地址2F8H(只读、AEN=0)试分析将图中的A1、A0去掉后,译码输出的地址(地址范围:
2F8H~2FBH)
第三章计数器与定时器
•微机系统中的定时、时序配合
•8253/8254的主要特性、8253/8354计数初值的计算
•8253/8254的初始化
•8253/8254的6种方式的主要区别、应用场合
1基本概念
1)定时
2)计数
3)定时与计数的关系
4)频率-声音-音乐
2.微机系统中的定时
内部定时:
计算机本身运行的时间基准或时序关系;
由计算机硬件决定,用户无法更改
外部定时:
外设实现某种功能时,本身所需的时序关系
时序配合:
考虑外设与CPU连接时,以计算机的时序关系为依据,以满足计算机的时序要求
3.定时方法
1)软件定时(短时延时)不需增加硬件;
浪费CPU资源、程序通用性差
典型的延时程序:
MOVCX,n
DELAY:
LOOPDELAY
2)硬件定时(定时时间长)可编程定时/计数器或单稳延时电路,不占用CPU时间、定时准确、定时程序具有通用性
4.8253-5/8254-2外部特性与内部结构
8253/8254主要特性:
3个独立的、16位的、减1计数通道(T0~T2);
每个通道有自己的GATE、CLK、OUT;
6种工作方式
8253的内部结构图:
5.8253通道内部各寄存器的作用
Ø
初值寄存器:
存放初值,可读/写,写入后不变
减1计数器:
在GATE作用下,对CLK输入的脉冲进行减1计数,不能直接读写
当前计数值锁存器:
锁存减1计数器的当前值,只读
6.计数初值
8253/8254是逆计数器(减1计数器)减1计数器减为0时输出有效
7.编程命令
写入方式字:
向控制端口写入方式字,选择通道、确定工作方式
写入计数初值:
按方式字的要求向指定通道装入计数初值
命令字的格式
SC1
SC0
RL1
RL0
M2
M1
M0
BCD
8.8253/8254初始化举例
要求:
频率为2MHz的时钟信号,利用T1定时2ms,试对8253初始化(方式3)
初值:
初始化程序段
MOVDX,307H
MOVAL,76H
OUTDX,AL
MOVDX,305H
MOVAX,4000
OUTDX,AL
MOVAL,AH
9.工作方式及特点
区分6种工作方式的标志
1启动计数器的触发方式
2输出波形
3计数过程中门控信号的作用
4在计数过程中写入新初值的处理方式
六种方式的比较
方式
GATE引脚输入状态所起的作用
输出波形
高电平
低电平
下降沿
上升沿
允许
禁止
暂停
继续
计数过程中为低,计数值减为0时,变高
(单次)
1
不影响
开始或重新开始
宽度为n个CLK的低电平(单次)
2
停止
重新开始
周期为n个CLK,宽度为1个CLK的负脉冲
(重复波形)
3
周期为n个CLK的方波(重复波形)
4
减为0时输出宽度为1个CLK的负脉冲(单次)
5
第四章DMA控制器
•DMA传送的特点、传送过程及操作类型、操作方式
•DMA读、DMA写的传送方向
•DMA控制器在系统中的工作状态及地位
•DMAC级联方式下的工作过程
•8237A-5的一些特殊引脚的功能:
DB0~7、A0~3、IOR、IOW
•8237A-5的工作时序中各状态周期内完成的任务
•DMA传送过程中对存储器和外设的寻址方法
•PC机DMA初始化中20位存储单元物理地址的形成
•8237A-5的初始化编程
1.DMA传送的特点
I/O——I/O;
I/O——M;
M——M
具有快速性的原因
硬件取代软件(DMAC取代CPU)
为两个介质提供直接通路
2.DMA传送的过程
在DMA操作之前要进行初始化:
数据块大小、M起始地址、传送方向、使用通道等
申请阶段:
外设——〉DMAC,若允许,DMAC——〉CPU
响应阶段:
LOCK无效,CPU——〉DMAC,DMAC成为系统主控者
数据传送阶段:
DMAC——〉I/O,发地址给M;
发读/写信号;
源——〉目标
传送结束阶段:
DMAC——〉/O;
I/O撤除DREQ;
HRQ、HLDA无效;
CPU控制总线
3.DMA操作类型
1)数据传送
源——〉目标,源和目标为M或I/O传送方向,DMA读写针对M而言
2)数据校验
进行某种校验,不发读/写信号,常在DMA读后
3)数据检索
不发读/写信号,在M中查找关键字节或关键位——比较寄存器
4.DMA操作方式
1)单字节方式(单一方式)操作一个字节就释放总线
2)连续方式(块字节方式)操作结束(数据块操作结束,检索时找到关键字节或关键位)才释放总线;
在操作过程中,DREQ无效则等待其有效
3)请求方式(询问方式)操作结束或DREQ无效即释放总线
5.DMA控制器在系统中的地位
两种工作状态:
主动态和被动态对应于两种地位:
主控器和受控器
6.总线控制权在DMAC与CPU间的转移
两对握手信号:
DREQ和DACK;
HRQ和HLDA
7.DMA控制器8237A-5
主要特性:
4个独立通道;
64KB计数和寻址能力;
支持I/O——M;
M——M;
2种操作类型、3种操作方式
8.8237A-5的内部寄存器及编程命令
基地址和当前地址寄存器
基字节计数器和当前字节计数器
状态寄存器和命令寄存器
请求寄存器
屏蔽寄存器
方式寄存器
暂存寄存器
软命令
9.软命令
只要对特定地址进行一次写操作(即CS、内部端口地址和IOW同时有效),命令就生效,与写入的具体数据无关
OUT0CH,AL;
清先/后触发器软命令
OUT0DH,AL;
总清除软命令
OUT0EH,AL;
清屏蔽寄存器软命令
10.8237A-5各操作周期说明
空闲周期SI:
(未发生DMA请求时)检测CS:
CPU是否对其操作;
检测DREQ:
外设是否有请求
过渡状态S0:
DMAC发出HRQ之后,收到HLDA之前
有效周期(DMAC收到HLDA后,接管总线)
S1:
更新高8位地址.AEN、ADSTB有效,DMAC将M的A8~15放到DB0~7上;
只有当A8~15有变化时才出现
S2:
选中两个介质.输出16位地址选中M:
低8位由A0~7直接输出;
高8位由DB0~7经外部锁存器(由ADSTB下降沿锁存)输出;
发有效的DACK选中I/O
S3:
读周期.发出IOR(DMA写)或MEMR(DMA读),从源读数据到DB0~7,等待写周期
S4:
写周期.发出MEMW(DMA写)或IOW(DMA读),将DB0~7上的数据写到目标中
说明:
提前写(扩展写):
写提前到与读同时开始(S3),与读一样扩展到2个时钟周期
压缩时序:
去掉S3,读与写同为1个时钟周期
SW:
慢速I/O或M传送时,在S3和S4间插入SW
第五章中断技术
•中断、中断向量、向量表的结构、类型号与中断向量的关系
•修改中断向量的方法和步骤
•PC机中断系统的组成;
几种特殊中断产生的条件
•硬中断与软中断的区别
•中断处理过程;
中断响应周期CPU与8259A的操作
•8259A的主要特性
•8259A写入命令字的区分方式;
各编程命令的功能
•8259A级联方式下的工作过程
•8259A的初始化编程
1.基本概念
中断:
是指CPU在正常运行程序时,由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件,引起CPU中断正在运行的程序,转去为该事件服务。
服务完毕,再返回去继续运行被暂时中断的程序的过程。
中断源:
发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因
中断识别:
确定中断源,实现程序转移
中断向量:
中断服务程序入口地址,4个字节(偏移地址、段首址)
中断向量表:
PA=000H~3FFH,256个;
存储结构(中断号,顺序)
类型号:
8位,N=00~FFH
中断向量指针:
PA=4*N
2.中断向量的装入(填写)与修改
1)装入:
系统配置和使用的系统软件负责。
设中断类型号为N,服务程序入口为INT_SEV,2)中断向量的修改
修改方法与步骤:
保存原中断向量INT21H的35H号功能
设置新中断向量INT21H的25H号功能
恢复原中断向量INT21H的25H号功能
3)中断向量装入程序段
CLI
MOVAX,0
MOVES,AX
MOVDI,4*N
MOVAX,OFFSETINT_SEV
MOVES:
[DI],AX
MOVAX,SEGINT_SEV
[DI+2],AX
STI
3.硬中断(NMI和INTR)
1)不可屏蔽中断NMI:
不可屏蔽:
不受IF状态影响
类型号固定:
02H
有效信号:
上升沿
紧急故障处理:
RAM奇偶校验错、I/O通道校验错、协处理器运算错
2)可屏蔽中断INTR
可屏蔽:
IF=1,开放;
IF=0,屏蔽
类型号由8259A提供(PC机08H~0FH)
高电平
3)INTR的处理过程
1开中断,接收请求
2发2个INTA,取得类型号N
3(PSW)(SP),IF=TF=0
4(CS)(SP),(4*N+2)CS
5(IP)(SP),(4*N)IP
6执行中断服务程序
7执行IRET时
(SP)(IP),(SP)(CS)
(SP)(PSW)
8继续运行原程序
4.软中断
1)双字节指令形式的中断(INTn)
ROM-BIOS中断:
INT10H;
INT16H等
DOS中断:
INT21H;
INT20H等
未定义中断:
INT60H;
INT78H等
2)特殊中断
除法溢出中断(N=0)
条件:
商超出规定寄存器的表示范围;
字(AX),字节(AL)
单步中断(N=1)
TF=1;
调试工具或程序设置
断点中断(N=3)
调试工具中使用
溢出中断(N=4)
OF=1且执行INTO指令
5.硬中断与软中断的比较
特点
软中断
硬中断(INTR)
随机性、突发性
否
是
中断响应周期
无
有
类型号的提供
指令或固定
中断控制器
可屏蔽
6.中断的处理过程(INTR)
1)中断申请:
CPU在每条指令最后一个T内检测INTR;
若为高电平,IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段
2)中断响应
3)中断服务:
执行中断服务程序
4)中断返回:
执行到IRET恢复断点,返回
7.中断响应周期及INTA的作用
两个连续中断应答信号INTA负脉冲组成一个中断响应周期
第1个负脉冲:
CPU:
LOCK=0;
8259A:
IRRi=0;
ISRi=1
第2个负脉冲:
LOCK=1;
ALE=0;
类型号——〉CPU自动结束方式中ISRi=0
8.8259A协助CPU完成的工作
接收和扩充外设的中断请求:
一片可管理8级中断;
两级级联最多管理64级
优先级排队管理:
固定优先级、循环优先级
控制中断请求的屏蔽与开放
提供中断类型号:
向量中断,还可实现查询中断
9.内部结构
1.中断请求寄存器(IRR):
8位,可读,寄存有请求的中断级,IRi有请求,IRRi=1
2.正在服务寄存器(ISR):
8位,可读,寄存正在服务的中断级,IRi被响应且未服务完,ISRi=1,ISR可能多位同时为1
3.中断屏蔽寄存器(IMR):
8位,可读可写,寄存中断级屏蔽情况,IMRi=1,IRi被屏蔽
10.8259A的编程命令及中断操作功能
4个初始化命令字(ICW1~4)、3个操作命令字(OCW1~3);
写入到2个端口中
同一端口写入多个命令字的区分方式:
设置特征位、规定写入顺序
11.8259A编程命令的使用
ICW:
初始化时,按顺序接收2~4个
OCW:
工作过程中,动态控制
端口地址:
20H、21H;
边沿触发;
完全嵌套;
固定优先级;
非缓冲;
中断类型号:
08H~0FH
初始化编程
MOVAL,13H
OUT20H,AL
MOVAL,08H
OUT21H,AL
MOVAL,01H
OUT21H,AL
第六章存储器接口
•半导体存储器的分类及其主要特点
•存储器与CPU接口时应该考虑的问题
•片选控制信号产生的方法
•EPROM、SRAM的接口电路设计
•DRAM接口的特殊性
•DRAM控制器的构成及其功能
•DRAM接口电路分析
•Cache的地址映象方式及其原理
•地址索引机构的作用及其特点
1.存储器系统的分级结构
存储器系统:
容量大、速度快、成本低
高速缓冲存储器(Cache)、
主存储器(MM)、
辅助存储器(外存储器)
2.半导体存储器的主要性能指标
存储容量:
能存储二进制数码的数量,即存储元的个数;
mn,1K4,8KB
存取时间(读写周期):
从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间
功耗:
每个存储元消耗功率的大小;
µ
w/位、mw/位
可靠性:
对电磁场及温度变化等的抗干扰能力,无故障时间:
数千小时
3.存储器接口应考虑的问题
1)与CPU的时序配合
2)CPU总线负载能力
小型系统:
直接相连
较大系统:
加缓冲器或驱动器
3)存储芯片的选用
4.地址映象方式
1)全相联映象方式
原则:
Cache和MM均划分为页,MM中的任何一页可调入到Cache中的任何一页位置上
256B/页;
Cache:
32KB,128页;
MM:
16MB,64K页
2)直接映象方式
Cache划分为页,MM划分为段,每段容量与Cache相同,Cache只接收页号相同的页
32KB;
16MB,512段
3)分组相联映象方式
Cache和MM均划分为组,组容量相同;
组内直接映象,组间全相联映象,存储组号
MM:
16MB如:
分2组,Cache:
64页/组;
512×
2=1024组;
Cache的组间全相联,组内直接映象;
地址索引机构存储组号,共128×
(1+9)
5.地址索引机构
作用:
命中时形成Cache的高位地址特点:
按内容存取的相联存储器CAM,TTL器件,本身读写时间延迟极小,所有比较一次完成
6.置换控制策略
先进先出(FIFO),易实现,但效果不理想
最近最少使用(LRU),效果好,但复杂
第七章并行接口
•并行接口的特点,“并行”的含义
•8255A的主要特性,PC口的特殊性
•8255A的0方式、1方式、2方式的特点
•8255A的1方式、2方式各联络信号线的作用
•8255A的编程应用
1.并行接口的特点
多根数据线上同时传送多位信息,字节并行、字并行
“并行”的含义是指接口与外设间的数据线
接口与外设间设置联络信号(至少2根)
数据传送单位:
1个字节或1个字
不要求有固定的数据格式
2.8255A的基本特性
数据端口:
2个8位端口(PA、PB)、2个4位端口(PC高/低4位)与TTL电平兼容
数据传送方式:
无条件、查询、中断对应的工作方式:
0、1、2
命令字:
工作方式字和PC口按位置/复位命令字
寄存器种类:
数据口、控制口和状态口
3.PC的特殊性
作为数据口,是2个独立的4位口
可由控制字进行按位控制
方式1、2时,大部分引脚作应答线
作为方式1、方式2的状态口
4.内部结构
数据端口A、B、C:
输入三态缓冲,输出锁存;
C口分为两个4位口、状态口
A组和B组控制电路:
A组:
A口和C口上半部B组:
B口和C口下半部
数据总线缓冲器
读/写控制逻辑
5.8255A方式命令字
A口方式0,入;
B口方式1,出;
C上输出,C下输入方式字为10010101=95H
MOVDX,303H
MOVAL,95H
C口按位置/复位命令字
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
特征位
无效
引脚选择
置/复位选择
6.方式0的特点
基本输入/输出方式,无固定联络信号;
输入缓冲、输出锁存;
无条件或查询方式
独立的2个8位口和2个4位口,24根I/O线全部由用户控制
无固定时序和确定状态字
单向传送
7.并行打印机接口设计
1)要求
查询方式,将内存中首址为BUF的256个字符(ASCII码)进行打印
2)使用的信号(Centronics标准,8位并行)
BUSY:
忙,=1,打印机忙;
打印机打印完使BUSY=0,可供查询
DATABIT1~8(DB1~8):
数据线,传ASCII码,但数据并未进入打印机
DATASTROBE(DSTB):
数据选通,负脉冲将DB1~8上数据打入打印机
ACKNOWLEDGE(ACK):
应答,打印机打印完输出负脉冲,可产生中断
3)硬件设计
4)驱动程序设计
MOVAL,88H
MOVAL,03H
LEASI,BUF
MOVCX,256
L:
MOVDX,302H
INAL,DX
ANDAL,20H
JNZL
MOVDX,300H
MOVAL,[SI]
MOVAL,02H
NOP
INCSI
LOOPL
8.方式1的特点
选通(应答)输入/输出,有固定应答和中断申请信号;
输入有锁存功能;
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