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1970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。

 

第二篇：汪军 微机原理与接口技术学习总结

             

                                     

 《微机原理与接口技术》

课程总结

     

学生姓名：           汪军

学    号：        1005071034

班    级:     10通信工程（2）班    

指导教师：         丁   健

时    间：    2012 年12月 18 日      

《微机原理与接口技术》课程总结

摘  要：

   《微机原理与接口技术》作为我们通信工程专业的必修课程。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课程内容的介绍，概括了微机原理与计算机接口技术，微型计算机系统是以微型计算机为核心，再配以相应的外部设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。它在人们的生活中发挥着巨大的作用。本文概括了微机原理与计算机接口技术内容，介绍了微机基本原理，并且谈了一些学习体会。

关键字：微机原理   8086/8088   接口技术

一、引言

本书是为中国科技大学工程电子类本科生学习的“微型计算机原理及应用”课程编写的教材。主要讲述了8086的相关知识和接口技术的应用。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》作为我们通信工程专业的必修课程。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

     全书13章，内容安排上注重系统性、先进性与实用性。前4章介绍8086/8088微型机系统的组成原理、体系结构、指令系统、汇编语言程序设计方法；第5章讨论存储器的原理和设计方法；第6章讲述I/O接口和系统总线；从第7章开始论述中断系统和接口技术，重点分析了中断控制器8259A、计数器/定时器8253和8254、通用并行接口8255A、通用串行接口8251A、数/模和模/数转换器及DMA控制器8237A，并概述了IBM　PC/XT计算机的系统板的工作原理、第13章概要性地介绍了32位微型计算机的基本工作原理，包括32位微处理器的结构和工作模式、寄存器组成、保护模式下的内存管理、32位机新增指令与编程实例及接口技术。

第 1章  绪论 

原码、反码、补码的计算，补码加减计算，溢出判断所谓微机的字长是指CPU中运算器一次能处理二进制数的最大位数。

第 2章 8086的系统结构

8086CPU内部八大部件。CPU三种工作方式。  寄存器   8086CPU的寄存器中，通常用作数据寄存器，且隐含用法为I／O端口的地址寄存器的是DX。8086/8088微处理器的标志寄存器 IF位可以通过CLI、STI指令进行设置。8086CPU的内存寻址空间最大为1M字节，I/O接口寻址能力为64K个8位端口。 8086/8088在最小方式下有关总线请求的信号引线是HOLD和HLDA 。 8086的引脚MN/MX接+5V，则当CPU执行 OUT DX，AX指令时，其引脚RD、WR、IO/M的状态为高电平、低电平、低电平。

第 3章  8086寻址方式和指令系统

    数据寻址方式（其中存储器寻址部分重点掌握16位的）指令系统中常用指令，每类指令使用时需注意事项，某些指令中的一些隐含约定。

第 4章  汇编语言、程序设计

简化的段定义伪指令和数据定义伪指令。汇编程序设计。

第 5章  存储器

    逻辑地址（包括段基址和偏移地址）、线性地址、物理地址的关系。分段、分页的概念。段的大小、页的大小。

第 6章  微型计算机的输入/输出和总线

根据译码电路分析I/O芯片的端口地址。输入/输出方式的特点。  三态缓冲器、锁存器的用途。DMA控制器8237 利用地址译码器的输出端可作为接口的片选信号。DMA工作方式时，总线上的各种信号是由DMA控制器发送的。如果 DMAC每传送一个字节后，就检测 DREQ，若无效，则挂起；若有效则继续传送，这是一种DMA方式中的单字节传送方式。

第 7章  微型计算机中的中断系统

 中断的概念。中断向量表的概念。中断向量表的建立。8086响应中断的条件是IF＝1，当前指令执行结束。对INTN指令其中断向量存放在内存从0*10H+N*4开始的地址中8086CPU在收到中断请求信号、进入中断响应周期以后，必须向中断源发出的信号是INTA信号。当有如下中断请求时，微处理器执行完当前指令后，优先响应INTO。在下列类型的8086CPU中断中，中断优先权最低的是单步中断（除法出错中断-不可屏蔽中断-可屏蔽中断-单步中断）。8086非屏蔽中断的类型码是02H。在可编程中断控制器8259A内部，用于反映当前CPU正在执行哪些中断源程序的部件是中断服务寄存器。 （中断请求寄存器 中断屏蔽寄存器 中断优先级比较器）中断自动结束方式是自动将8259的ISR相应位清零。两片8259A接成级联缓冲方式可管理15个可屏蔽中断。

第 8章  总线技术

    PCI总线：PCI总线是32位总线。PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为266.4 MB/s 。

第 9章  可编程接口芯片及其8255A及其应用

    8255A的内部结构、控制字、各工作方式的特点及有关的固定连线。重点掌握8255A方式0、方式1的应用。 在并行可编程电路8255中共有3个8位的I/O端口Intel 8255A的PA口有一个8位数据输入锁存器和8位数据输出锁存/缓冲器。 Intel 8255A的PB（PC口）有一个8位数据输入缓冲器和8位数据输出锁存/缓冲器。8255 A工作于基本输入/输出方式下，输出和输入数据为输出数据锁存，输入数据不锁存。8254的内部结构、初始化编程。要求会分析各计数器的工作方式，计数初值。8254的内部结构8254内部结构由数据总线缓冲器、读/写逻辑、控制字寄存器以及3个独立的16位计数器组成。计数器包括：8位的控制字寄存器和状态寄存器16位的计数初值寄存器CR16位的减1计数器CE16位的输出锁存寄存器OL可编程计数/定时器电路8254的工作方式共有6种。定时器／计数器输出信号OUT输出高电平信号时，表明计数执行单元计数值已经等于0 。定时器/计数器的门控信号是由外围设备送来的，可用作为对时钟的控制。定时器/计数器的输出OUT可以连到系统控制总线上的中断请求线上。当计数到达“0”时，或者其他情况下使 OUT端有输出时，产生中断。当定时取计数器的输出连到一个输入/输出设备上时，可去启动一个输入/输出操作。对8254当计数初值为0时，定时时间最长。8254初始化写入控制字后，若再写入初始值要经过（一个时钟上升沿和一个下降沿 ），计数执行部件开始记数。8254工作于方式0时，当计数值减为0时输出 OUT为高电平一直维持到复位或改变计数值。 8254工作于方式 1时，欲使输出负脉冲加宽，则可以在输出计数期间重新加入带有上升沿的GATE信号8254工作于方式1时，输出负脉冲的宽度等于计数初值 N个CLK脉冲宽度。 8254工作于方式2时，若计数值为 N时，每输入N-1个 CLK脉冲，则输出一个负脉冲。8254工作于方式3时，当计数值为一奇数时，则输出信号的低电平比高电平持续时间少一个CLK周期。8254 作于方式3时，方波的重复周期是计数初值N个脉冲之和。

三、结束语

这门课程很注重系统性，先进性和实用性，前后呼应，并有大量的程序和硬件设计类题目，使学生能够深入了解计算机的原理、结构和特点，以及如何运用这些知识来设计一个实用的微型计算机系统。在此门课程的学习过程中，老师给我们讲解了一个个重要的知识点，引导我们很快的了解微机原理知识。在一个学期的课程学习中，我虽然没有将本门课程学得非常透彻，但对其中重要的内容还是有了大致的了解，并对微机原理的主要知识点有了大致的掌握，我将会在以后的学习中继续学习和探究本门课程，我相信此门课程将会对本专业后期的学习以及在印刷领域的应用产生重大的影响，并会在以后的学习生活或工作中得到更广泛的应用。