微机原理与接口技术学习总结

2010级机电3班 未 印 201020502029

摘 要：对这学期《微机原理与接口技术》课程内容的介绍，概括了微机原理与计算机接口技术，探讨了USB接口技术的应用以及其展望，简单地谈了一些学习体会。 关键字：微机原理； 接口技术； USB

一、引言

在计算机技术高度发展的今天，普遍认为，要开发一个系统，接口技术是重要的。计算机技术的发展使得越来越多的领域都广泛的使用计算机，尤其是实时与自动控制系统的设计应用在当代微机控制领域中成为了主要的技术支撑，而控制系统与微机之间如何进行数据的交换与传递，微机如何对被控制对象进行实时控制，并且要求精度高，且稳定，这就需要设计之间的接口。因此，《微机原理与接口技术》这门课程就是关于微型计算机的原理以及控制系统与微型计算机之间接口技术的问题。

《微机原理与接口技术》作为我们机械电子工程专业的研究生选修课程，同时也是我们进行机械控制技术研究的重要理论基础。本课程主要讲了计算机接口相关的基本原理、微处理器系统和微型计算机系统的总线、计算机接口技术的介绍以及计算机接口技术在工程实际当中的应用等。

当前计算机接口技术主要要解决的问题有两类：一是以单片微机为核心的专用小系统设计，另一则是以商品机PC/XT/AT为基础的系统扩充。这也是我们这学期《微机原理与接口技术》重点要解决的两类问题。

二、课程主要内容

根据本学期《微机原理与接口技术》课程的上课学习情况，本课程的主要内容大概可以归纳为以下几个方面：

1、计算机接口技术的基本原理

1）计算机总线及其结构、特点

计算机系统由中央处理器（CPU）、存储器、IO系统组成，在发展的初期，CPU与各模块之间采用点对点的方式直接连接，集成电路发展之后，才出现以总线为中心的标准结构。

图1 计算机总线结构原理图

从而，计算机总线的特点主要有：

A、总线结构简化了软硬件设计：所有的设备都以插件的形式挂接在总线上，设备在系统中只与总线直接打交道，因此硬件的设计与调试变得简单化；软件也变得规范化，并且同一类的总线设备相关软件的编写都有类似的模板可以遵循；

B、总线简化了系统结构：整个系统的连线减少了，整体逻辑变得简明，而且总线结构的出现，使得系统的制造与安装都变得简化；

C、便于系统扩展与更新：设备的扩展只是在总线负载能力许可的范围内增加系统的外设，而更新只是替换挂接在总线上的某一个设备，这些操作已经最大化地降低了对操作人员的技术与知识要求。

其实，总线就是一组公用导线，一些数据源中的任何一个都可以利用它传送数据到另一个或者多个目的。它能使要使数据传输无误，总线就要维持一个时序，在第一个事件结束后才能开始第二个事件；此外，在给定的时间周期内，源只能有一个，目的可以有多个。总的来说，总线是时分复用的，在特定时间周期内，总线只能为一个源专用。

2）两个重要的电路

一是集电极开路电路；一是三态电路。

集电极开路电路可以解决总线以下几个问题：任何时间总线只能从属于一个源；源的输出都是通过总线相连；在标准TTL电路中，任何逻辑上的相反输出会导致短路，损坏总线以及器件。主要工作原理是：两个晶体管开路输出，共用一个上拉电阻，用于限制最大电流。若有一个晶体管导通，输出低电平；若都截止，输出高电平。

其电路原理图如下图中所示：

图2 集电极开路电路图

三态电路是总线传输的另外一种手段。其与集电极开路的主要区别在于保留有有源上拉电阻，使输出阻抗可控。通过“三态控制端（使能端/禁止端）”控制电路的输出，如芯片的CS（Chip Select Pin），Enable，Disable端等。

3）总线冲突

总线冲突指的是：若两个或者两个以上的源同时传输信息，就会导致“总线冲突”，此时总线上实际传送的信息和总线的逻辑电路实现方式有关。如集电极开路形式，“0”状态可以传送，“1”状态将丢失。“总线冲突”导致信息传送的不可预料。

4）接口

输入口与输出口：输入口是外部设备通过总线向CPU输入数据的端口；输出口是CPU向外部设备输出数据的端口。

状态口与控制口：为了保证外设与处理器之间的正常信息传输，就必须增加状态与控制口，实现信息交换。

存储器包括：可读写存储器（RAM）、静态可读写存储器（SRAM）、动态读写存储器（DRAM）、只读存储器（ROM）、掩膜ROM、可擦写编程ROM（EPROM）等，其中每一个均有相应的接口。

5）输入输出与中断技术

为了使IO操作正常进行，就必须要对其操作进行控制。常用的方法包括：程序控制IO——CPU作为主导方；中断驱动IO——外设作为主导方；直接存储器存取（DMA）——外设直接和存储器交换数据。

2、微处理器系统和微型计算机系统总线

微型计算机应用系统包括：专用小系统；以商业PC或工业PC为基础扩充的系统。

1）基本概念

时钟周期：每两个相邻的时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为T状态，也称为时钟周期（Clock Cycle）。

总线周期：CPU与存储器或输入/输出端口进行一次数据交换所花费的时间称为一个总线周期（Bus Cycle）。

指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期（Instruction Cycle）。

2）主要系统总线介绍

课程主要是以MCS51系列单片机和IBM PC为代表分别介绍两类应用系统，内容略。

3、并行/串行接口技术

微型计算机与外界的通讯方式分并行和串行两种。并行接口由于接口直接、传输速率高而获得广泛的应用。串行接口在数据通讯系统中占有重要的地位。

并行接口与串行接口的对比如下图：

图3 并行接口与串行接口的对比

1）并行接口

并行接口传输速率高，一般不要求固定格式，但不适合长距离数据传输。

并行接口分类：按数据宽度分：有4、8、16Bit等；按握手线（Handshake）的多少分：有无握手线、一握手线、二握手线、三握手线等。

其中，握手联络线是并行数据线以外的信息线，是为保证接口和外设间高效可靠传送数据而增加的状态控制信息线，而且这种信息线间有一定的应答关系，是否需要握手联络线和

需要几条握手联络线，决定于外设的特性和并行通信协议的要求。

2）串行接口

串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传输一个二进制位。串行通信与并行通信是两种基本数据通信方式。发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。

与并行通信相比，串行通信的优势主要有：

A、传输距离长，可达到数千公里。

B、长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快，串行通信的通信时钟频率较并行通信容易提高。

C、抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰完全可以忽略。

D、费用低。

4、标准接口技术

这部分主要讲了三种标准并行接口：打印机接口、PC机IEEE1284并行接口和GPIB接口。

1）Centronics并行打印接口标准

Centronics标准规定了36脚簧片式插座为打印机标准插座和其36脚的信号，其中包括8条数据线，3条握手线和其他一些特殊控制信号。3条握手线为：数据选通线STROBE、响应线ACK和忙信号BUSY。

打印机每接收一个数码，发出一个ACK响应信号，作为对STROBE的应答。在打印机进行机械运动时，如换行等，BUSY将被拉高。

2）PC机IEEE 1284并行接口

IBM PC打印机接口有8位数据输出，5位状态输入，存在成为双向口使用的可能。 IEEE在19xx年提出：个人计算机并行双向外设接口的标准信号方式，成为当今PC机并行接口的标准，该标准特点为：在硬件上与原打印口标准兼容，接插件、引脚顺序、逻辑地址都保留、该单向传输为双向传输、数据交换效率提高。

IEEE 1284并行接口标准的5种工作模式： 兼容模式(Compatible mode)、半字节模式(Nibble mode)、字节模式(Byte mode)、ECP模式(Extended Capabilities mode)、EPP模式（Enhanced Parallel Port Mode）。

3）GPIB接口

在接口和外设之间增加控制状态线可以实现复杂的接口功能，有利于接口向高级方向发展。HP在19xx年提出一个具有8条(3条握手、5条控制线)控制状态线的HP接口总线标准。即IEEE 488接口。在我国称为GPIB（general purpose interface bus）。

GPIB最重要的特点，就是能使一个接口连接多达14个设备。实现点对多点的传输；GPIB第二个特点是它的高级特性，如自动完成设备寻址、服务请求等，因此它在进行操作时只需要搬动设备和插拔电缆，而不涉及接口的具体硬件设计。

5、定时器接口及CRT显示器接口

1）定时器接口

定时的主要方法有：定时方法：a）软件定时，即是用软件指令周期方法定时，如执行循环程序。增加CPU负担，通用性差，一般用于短延时。b）不可编程硬件定时，即是采用中小规模IC构成。不增加CPU负担，成本低，定时值不可改变。c）可编程硬件定时，即是采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。可编程定时/计数器：实质上定时和计数本质上都是脉冲计数器，定时计的是内部基准时钟源产生的脉冲，计数是计外部脉冲。

定时/计数器基本原理如图4中所示：

图4 定时/计数器基本原理

2）CRT显示器接口原理

CRT (Cathod-Ray Tube)阴极射线管是计算机的基本外设，用于输出字符和图形，其中又以字符显示为最基本。CRT显示器接口是连接处理器和CRT的中间件，其输入部分与CPU总线连接，输出与CRT显示器的符合电视信号输入相连。

三、USB接口技术的运用

1、USB简介

USB是Universal Serial Bus (通用串行总线)的简称，1994 年底由康柏、IBM、Microsoft 等多家公司联合提出的，1995 年Compaq 等公司为解决传统总线的不足而推广的一种新型串行通讯标准，近几年在PC 领域有了广泛的应用，诸如移动存储设备，扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。其中，优盘(又称U 盘或闪存)是世界上首创的基于USB接口的无需驱动器的新一代存储设备，又是移动存储技术领域的一大突破， 优盘的普及让用户进一步知道了USB 接口技术，由于现在PC 机上均配有USB接口，流行的操作系统也都支持USB，又有很多厂商提供USB芯片、外设，USB现已进入其发展的黄金时代。

2、USB接口技术

USB之所以能为广大PC 用户所钟爱，是因为它拥有其它接口所无法比拟的优点：连接容易、使用方便；独立供电，降低外设成本；速度快，适应不同外设要求；USB支持PNP (即插即用)等。

1）USB的结构

外观上，USB采用四根电缆线连接，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为 下游设备提供电源。

USB 规范中将USB 分为五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB 设备以及USB 设备的驱动程序。

(1) 控制器(Host Controller) ：主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。

(2) 控制器驱动程序(Host Controller Driver) ：在控制器与USB 设备之间建立通信信道。

(3) USB芯片驱动程序(USB Driver) ：提供对USB 的支持。

(4) USB设备(USB Device) ：包括与PC相连的USB外围设备，分为两类：一类设备本身可再接其它USB 外围设备，称为集线器；另一类设备本身不可再连接其它外围设备，称为设备。

(5) 设备驱动程序(Client Driver Software) ：就是用来驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商提供。如平常所说Modem驱动程序、打印机驱动程序等。

2）USB的四种数据传输方式

(1) 等时传输方式( Isochronous) 。该方式用来连接需要连续传输，且对数据的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、音箱以及电话等。等时传输方式以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB 设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据。

(2) 中断传输方式( Interrupt) 。该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理，以达到实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及游戏手柄等外部设备上。

(3) 控制传输方式(Control) 。该方式用来处理主机的USB 设备的数据传输。包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后，将依据先进先出的原则按队列方式处理到达的数据。

(4) 批传输方式(Bulk) 。该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数码相机以这种方式与主机连接。

3、USB产品应用

目前，USB已经在PC机的多种外设上得到应用，常见的有以下几种：

(1) USB调制解调器：USB 调制解调器已于2002 年上半年投入国内市场，体积小、安装方便、性能理想，而且价格也基本低于外置MODEM。

(2) USB扫描仪：USB 扫描仪比其他扫描仪具有更多优势，安装十分简单，不需关闭计算机主机，只要将USB 插头接到主机上，计算机就会自动识别USB 扫描仪。

(3) USB数码相机：带有USB口的数码相机具有传输速度快、接线少、接口简单等优点， 是数码相机的发展趋势。

(4) USB存储器USB存储器是除软盘和光盘以外的另一种可移动存储设备，由于采用Flash Memory 技术和USB ，不仅具有可檫、可写、可编程的优点，而且所写入的数据在断电后不会消失。目前， 带有抗震、加密、收发邮件、杀毒、无驱启动、数据备份、未来可替代软盘、甚至替代硬盘的移动存储成为市场中的亮点。

(5) 安全钥匙USB - key ：方兴未艾的电子市场上， USB - key 已经面市，它采用USB接口技术，可为用户提供更为安全的信息保护机制。用户登录系统后，当需要暂时离开计算机时，可以通过拔出USB - Key 的方式锁定计算机，以保护自己的工作现场不被他人偷窥篡改，在计算机被锁定或文件被加密时，用户又可以通过插上USB- Key作为解锁或解密文件的钥匙。

4、发展与展望

随着网络的蓬勃兴起，存储交换的日益频繁及市场规模的不断扩大，将会出现移动存储产品、芯片蓬勃发展的局面。移动存储市场蕴涵着巨大的商机和潜力，容量大、功能全、速度快、体积小、应用广、无需驱动、价格低廉、功耗低、使用方便、保密安全性高、稳定性强、时尚化、外观新颖别致的移动存储产品将倍受青睐，将为网络信息时代增添无限光彩。

四、学习心得

为期一学期的《微机原理与接口技术》课程很快就结束了，课时学习时间较短，但是学到的知识却是非常的厚重，至少对于我来说是这样。因为在研究生以前，我从未接触过单片机或者微机接口知识，然而经过这学期的学习，我对微机原理以及计算机接口技术有着比较深入而全面的认识，但是仅仅经过理论的学习还是远远不够的。实践是检验真理的唯一标准，更是真理的最好途径。所以，对于在以后的学习当中，我将理论联系实际，将接口技术知识具体运用到实际当中，深刻掌握相关知识。

参考文献

[1] 于英民，于佳.计算机接口技术.[M]电子工业出版社.北京：电子工业出版社，2004.

[2] 李华主. MCS- 51 系列单片机应用接口技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社出版社，1993.

第二篇：《微机原理与接口技术》课程总结

《微机原理与接口技术》课程总结

班级：11级计本2班 学号：1104012020 姓名：温涛

本学期我们学习了《微型计算机原理与接口技术》，总的来说，我掌握的知识点可以说是少之又少，我感觉这门课的内容对我来说是比较难理解的。这门课围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，并系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A（DAC0832）、DMA（8237）、人机接口（键盘与显示器接口）的结构原理与应用。在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。

第一章：微型计算机概论

（1）超、大、中、小型计算机阶段（19xx年-19xx年）

采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理

（2）微型计算机阶段（19xx年-19xx年）

微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。

（3）计算机网络阶段（19xx年至今）。

计算机的数值表示方法：二进制，八进制，十进制，十六进制。要会各个进制之间的数制转换。 计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。

第二章：80X86微处理器结构

本章讲述了80X86微处理器的内部结构及他们的引脚信号和工作方式，重点讲述了8086微处理器的相关知识，从而为8086微处理器同存储器以及I/O设备的接口设计做了准备。本章内容是本课程的重点部分。

第三章：80X86指令系统和汇编语言

本章讲述了80X86微处理器指令的多种寻址方式，讲述了80X86指令系统中各指令的书写方式、指令含义及编程应用；讲述了汇编语言伪指令的书写格式和含义、汇编语言中语句的书写格式。另外，通过大量的实例讲述了汇编语言程序设计的基本方法，详细介绍了循环、分支、子程序的设计方法和DOS功能调用。

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第四章：内存储器及接口

半导体存储器是指用半导体器件作为存储器介质的存储器。目前，计算机的内存储器（主存储器）都由半导体存储器芯片担任。本章讨论半导体存储器芯片的类型、存储原理、使用场合、引脚功能、如何与CPU（或系统总线）连接以及及软件验证l连接是否正确等问题。

本章知识要点：存储器分外部和内部，外部又分软盘、硬盘、磁带、闪存盘和光盘；内部又分RAM和ROM,RAM可分为 SRAM、DRAM；ROM也可分为PROM 、EPROM、 EEPROM 和Flash Memory。知道各种存储器的结构和用途，特点以及寻址方式，根据实际接线图能写出寻址空间，以及明白与CPU之间的速度匹配问题等。在学习时要知道存储器芯片的存储容量的计算方法（单元数X位数/单元），会计算各存储器的芯片地址范围。

第五章：输入输出

微处理器同外设的链接和信息交换式微型机系统要解决的主要问题之一。本章讲述了输入输出的一般问题，包括外设接口的一般结构、I/O端口的寻址方式和数据传送的控制方式。另外还讲述了DMA控制器8237A的结构、功能及应用。本章的教学目标是了解微处理器同外设交换信息的三种类型；理解端口与接口的区别；了解I/O端口的编制方式。深刻理解查询传送方式的原理、特点及应用场合，能够编写简单的应用程序。了解DMA方式、I/O处理机方式的基本工作原理。熟知8237A芯片内部结构以及外部引脚的连接方法；熟知8237A的几种工作方式；熟知8237A内部寄存器的作用；能够读懂简单的初始化程序。

第六章：中断

本章主要内容是：中断的概念，中断源、中断响应、中断优先级、中断向量表等。会编写初始化程序，8259A的结构和原理及应用；根据题目要求会画实际连线图；会写初始化命令字ICW1 、ICW2、ICW3、ICW4和操作命令字OCW1、OCW2、OCW3；会处理中断级联和中断嵌套的问题。中断传送方式的优点是：CPU不必查询等待，工作效率高，CPU与外设可以并行工作；由于外设具有申请中断的主动权，故系统实时性比查询方式要好得多。但采用中断传送方式的接口电路相对复杂，而且每进行一次数据传送就要中断一次CPU，CPU每次响应中断后，都要转去执行中断处理程序，且都要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间。故这种传送方式一般适合于少量的数据传送。

第七章：可编程定时器、计数器技术

本章主要内容是：定时器/计数器的应用场合；如何实现定时/计数；可编程计数器/定时器8253

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芯片的内部结构、引脚功能、计数原理、6种工作方式下的工作条件和输出波形特征。重点是8253芯片的实际应用。

本章主要知识点：知道计数和定时的概念，8253的原理和结构，有3个计数器，每个计数器能独立工作于6种方式，可通过控制字寄存器来设置每个计数器的工作方式，根据题目要求能编写简单的初始化程序，也能根据连线图写出芯片地址。

8253的引脚功能：与系统总线相连：数据引脚D0—D7、地址引脚A1、A0、控制引脚RD/CS/WR；通道引脚CLKGATEOUT其他引脚GNDVCC

可编程计数器/定时器8253的工作方式：方式0：计数结束中断方式，方式1：可编程单稳态输出方式，方式2：比率发生器（分频器），方式3：方波发生器，方式4：软件触发选通，方式5：硬件触发选通。

第八章：可编程输入、输出接口

本章主要内容是并行输入/输出接口概念，可编程并行输入/输出接口芯片8255A的内部结构、引脚功能、3种工作方式下的输入输出工作过程及其实际应用。

本章主要内容：接口的概念，知道8255A的结构和功能以及应用；芯片包括3个端口，能分别工作于3种方式，可以通过方式控制字来选择工作方式，端口A三种方式都能工作，端口B只能工作于方式0和1，端口C只能工作于方式0，可单独写控制字；键盘接口消抖问题。

串信通信的基本概念：数据传送方向，串行传送的2中基本方式，串行传送的2种基本工作方式，串行传送速率，串行接口芯片，调制解调器；可编程串行通信接口芯片8251A：内部结构和外部引脚，记住方式字、命令字和状态字。会画与CPU的实际连线图，能根据实际需要编写8251的程序及其初始化设置。

第九章：简介了模数（A/D）和数模（D/A）转换

本章主要内容： 模数（A/D）和数模（D/A）转换的概念，模拟量变成数字量需要采样、量化、编码，通过采样保持器来实现。ADC0809转换器要了解其原理，可以有8255A来控制ADC0809，知道连线图和其在整个系统中的作用。

第十章：总线技术

总线是组成计算机系统的电路板之间、电路板上芯片之间、计算机与外设之间以及计算机与计算机之间信息公用传输线的总体称呼。因此，无论是分析或设计一块电路板，一个微型机系统或应用系统，还是集成微型机与外设或仪表系统，都要考虑相互之间的连接，都离不开对系统总线的理

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解和使用。总线技术内容繁多，本章讲述了一些最基本的总线技术。

总体来说，这门课程的内容我掌握的是很少的，还需要课后花费大量的时间来补习，尽可能的掌握更多的只是，这样对我以后的课程学习是必须的。希望我能尽最大的努力来掌握这门课的知识点。

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