微机接口技术概述

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1、第一节微机接口与接口技术概述一、接口微机接口就是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。比如源程序或原始数据要通过接口从输入设备送进去，运算结果要通过接口向输出设备送出来；控制命令通过接口发出去，现场状态通过接口取进来，这些来往信息都要通过接口进行变换与中转。从图1.1可以看出，各类外部设备（简称外设）和存储器，都是通过各自的接口电路连到微机系统的总线上去的，因此用户可以根据自己的要求，选用不同类型的外设，设置相应的接口电路，把它们挂到系统总线上，构成不同用途、不同规模的应用系统。为什么要在CPU与外设之间设置接口电路？有几个方面的

2、原因：其一，CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致；其二，两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低；其三，若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率；其四，若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。因此，有必要设置接口电路，以便协调CPU与外设两者的工作，提高CPU的效率，并有利于外设按自身的规律发展。二、接口技术微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与

3、“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。第二节接口功能接口是CPU与外界的连接电路，并非任何一种电路都可以叫做接口，它必须具备一些条件或功能，才称得上是接口电路。那么，接口应具备哪些功能呢？从解决CPU与外设在连接时存在的矛盾的观点来看，一般有如下功能。1．执行CPU命令的功能CPU对被控对象外部设备的控制命令是以命令代码的形式先发送到接口中的命令寄存器，称之为“命令口”。再由接口电路对命令代码进行识别和分析，分解成若干个控制信号，传送到I/O设备，使其产生相应的具体操作。可见，CPU并不是直接把命令送到被控对象，而是通过接口电路来进行控制的。2．返回外设状态的

4、功能接口电路在执行CPU命令之前、执行命令过程中和执行命令之后，外部设备及接口电路都会有一些情况发生，这些“情况”就是所谓“状态”，包括正常工作状态和故障状态。如“忙”、“闲”，“准备就绪”、“未准备就绪”，“满”、“空”，以及“溢出错”、“格式错”、“校验错”等状态。接口中一般都设置状态寄存器，称之为“状态口”。这些状态信号以状态代码形式存放在接口电路的状态寄存器中，以便向CPU报告。CPU从“状态口”读取这些状态信息，就可以“知道”正在发生或已经发生了哪些情况，以供CPU做出判断与处理。3.数据缓冲功能为了解决主机高速与外设低速的矛盾，避免因速度不一致而丢失数据，

5、接口中一般都设置数据缓冲寄存器（简称数据缓存器），称之为“数据口”。数据缓存器又分为输入和输出缓存器两种，前者暂存外投送来的数据，以待CPU将它取走；后者暂存CPU送往外设的数据。有了数据缓存器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设协调工作。由于数据缓存器直接连在系统数据总线上，因此它应具有三态特性。4．信号转换功能由于外设所需的控制信号和它所能提供的状态信号往往同微机的总线信号不兼容。不兼容性表现在两者的信号功能定义、逻辑关系、电平高低以及工作时序的不一致。因此，信号转换（包括CPU的信号与外设的信号的逻辑关系上、时序配合上以及电平匹配上的转换），就成为接口设计

6、中的一个重要任务。5．设备选择功能在微机系统中一般有多种外设，在同一种外设中也可能有多台，而一个CPU在同一时间里只能与一台外设交换信息，这就要在接口中设置I/O端口地址译码电路对外设进行寻址。CPU将I／O设备的端口地址代码送到接口中的地址译码电路，并经译码电路，把地址代码翻译成I/O设备的选择信号。一般是把高位地址用于接口芯片选择，低位地址进行芯片内部寄存器的选择，以选定需要与自己交换信息的设备端口，只有被选中的设备才能与CPU进行数据交换或通信。没有选中的设备，就不能与CPU交换数据。6．数据宽度与数据格式转换的功能CPU所处理的是并行数据（8位、16位或32位

7、），而有的外设（如串行通信设备、磁盘驱动器等）只能处理串行数据，在这种情况下，接口就应具有数据“并～串”和“串～并”的转换能力。上述功能并非要求每种接口都具备，对不同用途的微机系统，其接口功能不同，接口电路的复杂程度大不一样。但前3种功能是接口电路中的核心部分，是一般接口都需要的。第三节接口的组成为了实现上述功能，就需要物理基础——硬件，予以支撑；还要有相应的程序～软件，予以驱动。所以，一个能够实际运行的接口，应由硬件和软件两部分组成。一、硬件电路从使用角度来看，接口的硬件部分有1.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。它们担负着接