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微机原理与接口技术学习总结2023 级机电 3 班 未 印202320502029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，简洁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进展的今日，普遍认为，要开发一个系统，接口技术是重要的。计算机技术的进展使得越来越多的领域都广泛的使用计算机，尤其是实时与自动掌握系统的设计应用在当代微机掌握领域中成为了主要的技术支撑，而掌握系统与微机之间如何进展数据的交换与传递，微机如何对被掌握对象进展实时掌握，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掌握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争论生选修课程，同时也是我们进展机械掌握技术争论的重要理论根底。本课程主要讲了计算机接口相关的根本原理、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为根底的系统扩大。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、课程主要内容依据本学期微机原理与接口技术课程的上课学习状况，本课程的主要内容或许可以归纳为以下几个方面：1、计算机接口技术的根本原理1） 计算机总线及其构造、特点计算机系统由中心处理器CPU、存储器、IO 系统组成，在进展的初期，CPU 与各模块之间承受点对点的方式直接连接，集成电路进展之后，才消灭以总线为中心的标准构造。图 1 计算机总线构造原理图从而，计算机总线的特点主要有：A、总线构造简化了软硬件设计：全部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洁化；软件也变得标准化，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、总线简化了系统构造：整个系统的连线削减了，整体规律变得简明，而且总线构造的消灭，使得系统的制造与安装都变得简化；C、便于系统扩展与更：设备的扩展只是在总线负载力量许可的范围内增加系统的外设，而更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 的技术与学问要求。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，在第一个大事完毕后 才能开头其次个大事；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：任何时间总线只能附属于一个源；源的输 出都是通过总线相连；在标准TTL 电路中，任何规律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。假设有一个晶体管导通，输出低电平；假设都截止，输出高电平。其电路原理图如以下图中所示：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分在于保存有有源上拉电阻，使输出阻抗可控。通过“三态掌握端使能端/制止端”掌握电路的输出，如芯片的 CSChip Select Pin，Enable，Disable 端等。3） 总线冲突总线冲突指的是：假设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规律电路实现方式有关。如集电极开路形式，“0”状态可以传送，“1”状态将丧失。“总线冲突”导致信息传送的不行预料。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。状态口与掌握口：为了保证外设与处理器之间的正常信息传输，就必需增加状态与掌握口，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ROMEPROM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 操作正常进展，就必需要对其操作进展掌握。常用的方法包括：程序掌握IOCPU 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 为根底扩大的系统。1根本概念时钟周期：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/输出端口进展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比照方以下图：图 3 并行接口与串行接口的比照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牢靠传送数据而增加的状态掌握信息线，而且这种信息线间有肯定的应答关系，是否需要握手联络线和需要几条握手联络线，打算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 位宽传输线按挨次分时传送，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根本数据通信方式。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，可到达数千公里。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简洁提高。C、抗干扰力量强，串行通信信号间的相互干扰完全可以无视。D、费用低。4、标准接口技术这局部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别掌握信号。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。在打印机进展机械运动时，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 1994 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、引脚挨次、规律地址都保存、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(ExtendedCapabilities mode)、EPP 模式Enhanced Parallel Port Mode。 3GPIB 接口在接口和外设之间增加掌握状态线可以实现简单的接口功能，有利于接口向高级方向发 展。HP 在 1970 年提出一个具有 8 条(3 条握手、5 条掌握线)掌握状态线的HP 接口总线标准。即 IEEE 488 接口。在我国称为GPIBgeneral 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 其次个特点是它的高级特性，如自动完成设备寻址、效劳恳求等，因此它在进展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不行编程硬件定时，即是承受中小规模 IC 构成。不增加 CPU 负担，本钱低，定时值不行转变。c可编程硬件定时，即是承受可编程计数器完成，软件可转变计数值。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/计数器根本原理如图 4 中所示：图 4 定时/计数器根本原理2CRT 显示器接口原理CRT (Cathod-Ray Tube)阴极射线管是计算机的根本外设，用于输出字符和图形，其中又以字符显示为最根本。CRT 显示器接口是连接处理器和CRT 的中间件，其输入局部与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缺乏而推广的一种型串行通讯标准，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，又有很多厂商供给USB芯片、外设，USB现已进入其进展的黄金时代。2、USB接口技术USB之所以能为宽阔PC 用户所钟爱，是由于它拥有其它接口所无法比较的优点：连接简洁、使用便利；独立供电，降低外设本钱；速度快，适应不同外设要求；USB支持PNP (即插即用)等。1） USB的构造外观上，USB承受四根电缆线连接，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备供给电源。USB 标准中将USB 分为五个局部：掌握器、掌握器驱动程序、 USB芯片驱动程序、USB 设备以及USB 设备的驱动程序。(1) 掌握器(Host Controller) ：主要负责执行由掌握器驱动程序发出的命令。(2) 掌握器驱动程序(Host Controller Driver) ：在掌握器与USB 设备之间建立通信信道。(3) USB芯片驱动程序(USB Driver) ：供给对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；另一类设备本身不行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设备制造商供给。如寻常所说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 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，而是连续传送的数据。(2) 中断传输方式( Interrupt) 。该方式传送的数据量很小，但这些数据需要准时处理， 以到达实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及玩耍手柄等外部设备上。(3) 掌握传输方式(Control) 。该方式用来处理主机的USB 设备的数据传输。包括设备掌握指令、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2023 年上半年投入国内市场，体积小、安装便利、性能抱负，而且价格也根本低于外置MODEM。(2) USB扫描仪：USB 扫描仪比其他扫描仪具有更多优势，安装格外简洁，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、接口简洁等优点， 是数码相机的进展趋势。(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，由于承受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逝。目前， 带有抗震、加密、收发邮件、杀毒、无驱启动、数据备份、将来可替代软盘、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，它承受USB 接口技术，可为用户供给更为安全的信息保护机制。用户登录系统后，当需要临时离开计算 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、进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，将会消灭移动存储 产品、芯片蓬勃进展的局面。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、使用便利、保密安全性高、稳定性强、时尚化、外观颖别致的移动存储产品将倍受青睐，将为网络信息时代增加无限荣耀。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完毕了，课时学习时间较短，但是学到的学问却是格外的厚重，至少对于我来说是这样。由于在争论生以前，我从未接触过单片 机或者微机接口学问，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 深入而全面的生疏，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，将接口技术学问 具体运用到实际当中，深刻把握相关学问。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，2023.2 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.