【正文】 微機(jī)接口基礎(chǔ)知識(shí) 什么是接口： 是 cpu 與外部連接的部件，是 cpu 與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。 接口的功能： 據(jù)緩沖、設(shè)備選擇、信號(hào)轉(zhuǎn)換、提供信息交換的握手信號(hào)、中斷管理、可編程功能。 數(shù)據(jù)傳送方式： 無條件傳送方式 （適用于外部設(shè)備的各種動(dòng)作時(shí)間是固定的，并且條件是已知的情況，或者計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備是完全同步的情況。在無條件傳送方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，已知外部設(shè)備已準(zhǔn)備好，因此計(jì)算機(jī)不用查詢外部設(shè)備的狀態(tài)信息，輸入、輸出時(shí)直接使用 IN 或 OUT 指令完成數(shù)據(jù)的傳送，使用無條件傳送數(shù)據(jù)時(shí)，必須確定外部設(shè)備已準(zhǔn)備好， 否則數(shù)據(jù)傳送失?。? 條件傳送方式 （查詢輸出的過程是：在輸出數(shù)據(jù)之前，先讀取狀態(tài)信息，若讀取的狀態(tài)信息的 D0=0，則表示外設(shè)空閑，可以將數(shù)據(jù)輸出。輸出數(shù)據(jù)后，通過狀態(tài)標(biāo)志寄存器將狀態(tài)置 1，阻止在本次數(shù)據(jù)未讀走時(shí)，下次數(shù)據(jù)輸出覆蓋本次輸出數(shù)據(jù)；若 D0=1 則表示上次輸出的數(shù)據(jù)未被外設(shè)讀走，則等待；查詢輸入工作原理為：當(dāng)外設(shè)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，通過“選通”將狀態(tài)信息 ready 置１，在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入之前首先讀取狀態(tài)信息，若 ready＝１表示外設(shè)已將數(shù)據(jù)輸入，可讀取輸入的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)后通過“數(shù)據(jù)口選中”將狀態(tài)信息 ready 清零 ；若 ready＝０表示外設(shè)無數(shù)據(jù)輸入，則等待。 條件傳送方式的優(yōu)點(diǎn) ：其是計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間最常用的數(shù)據(jù)傳送方式，其優(yōu)點(diǎn)是高速 cpu 可以與任意低速的外設(shè)進(jìn)行速度匹配。但傳送速度慢， cpu 的利用率低，不能用于高速外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送；在接口應(yīng)用程序中是使用最廣泛的一種程序處理方法，它可以保證任意高速的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與任意低速的外設(shè)之間的同步協(xié)調(diào)工作，由于查詢傳送方式數(shù)據(jù)傳送的依據(jù)是接口狀態(tài)信息，因此要求接口程序設(shè)計(jì)人員必須對(duì)外設(shè)接口的狀態(tài)信息和接口的控制方法有充分的了解。 中斷傳送方式 （當(dāng)外部設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)或準(zhǔn)備好接收數(shù) 據(jù)時(shí)，由外部設(shè)備向 cpu 發(fā)出中斷請(qǐng)求， cpu 就暫停原程序執(zhí)行（實(shí)現(xiàn)中斷），轉(zhuǎn)入執(zhí)行輸入、輸出操作（中斷服務(wù)），輸入、輸出完成后返回原程序繼續(xù)執(zhí)行（中斷返回），這樣 cpu 就不用等待外設(shè)，從而提高 cpu 利用率。） DMA 傳送方式 （其傳送速度取決于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的存取速度和外設(shè)的傳送速度，在 DMA 傳送期間， IBM PC 系列的計(jì)算機(jī)采用 cpu 停機(jī)方式，即：在進(jìn)行 DMA 傳送時(shí) cpu 一直處于等待狀態(tài)，把數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線讓出來供 DMA 控制器使用；當(dāng) DMA 傳送結(jié)束后， cpu再恢復(fù)對(duì) DB、 AB、 CB 總線的控制權(quán)， 這些過程都由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 I/O 尋址方法： 端口 I/O 尋址和存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的 I/O 尋址方式； 端口尋址， 在這種方式中， cpu有專門的 I/O 指令，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用不同的端口地址來區(qū)分不同的外設(shè)，操作時(shí)以端口作為尋址單元，接口中的不同信息（數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制信息）均通過不同的端口地址來區(qū)分，一般來說，一個(gè)外部設(shè)備往往需要多個(gè)端口地址， 這種 I/O 端口尋址方式是目前 IBM PC 系列計(jì)算機(jī)及其它類型的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普遍采用的 I/O 尋址方式 ，當(dāng)前微機(jī)均采用 A15~A0作為 I/O 尋址，因此其 I/O 地址為 0~65535（ 0~FFFFH）共 65536 個(gè) 8 位 I/O 端口或 32768個(gè) 16 位 I/O 端口 ； 存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的 I/O 尋址方式中， 外部設(shè)備的 I/O 端口是存儲(chǔ)器的某些存儲(chǔ)單元，每個(gè)外設(shè)占用一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器地址，從而 cpu 對(duì)外設(shè)輸入 /輸出一個(gè)數(shù)據(jù)相當(dāng)于進(jìn)行一次存儲(chǔ)器讀寫操作，這種 I/O 尋址方式由于外設(shè)占用內(nèi)存單元地址，會(huì)使計(jì)算機(jī)的有效內(nèi)存容量減少，不便于計(jì)算機(jī)的并行操作，已不再使用。 什么叫總線： 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由微處理器、存儲(chǔ)器和輸入 /輸出等部分組成，計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件均通過系統(tǒng)總線來連接， 總線就是 計(jì)算機(jī)之間、模塊與模塊之間傳遞信 息的一束束信號(hào) 線的集合，為各模塊間和各部件間提供標(biāo)準(zhǔn)信息通路。 總線結(jié)構(gòu)： 以處理器為中心的面向處理機(jī)的結(jié)構(gòu)和以總線為中心的面向總線的結(jié)構(gòu)。前者是將需要交換信息的模塊通過總線建立點(diǎn)到點(diǎn)的連接，這也是當(dāng)前微機(jī)總線的基本形式，后者是以總線為中心，計(jì)算機(jī)的所有設(shè)備（包括 cpu 等）均看作總線掛接的外設(shè)。 面向總線的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 1）簡(jiǎn)化軟硬件的設(shè)計(jì)：由于面向總線的結(jié)構(gòu)總線是嚴(yán)格定義的，因此只需將按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的 cpu、存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備以插件形式掛入總線，并輔以軟件即可工作，不需專門設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備。 2）簡(jiǎn)化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)：面向總線結(jié)構(gòu)節(jié)省連接線，使系統(tǒng)清晰明了。 3）便于系統(tǒng)擴(kuò)充和更新：用戶可以根據(jù)自己的需求，選購相應(yīng)的插件板，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從規(guī)模和功能上得以擴(kuò)充。 面向處理器的總線結(jié)構(gòu)可以根據(jù)處理器的特點(diǎn)設(shè)計(jì)最合適的總線系統(tǒng)，因此處理效率可以達(dá)到最佳效果，但系統(tǒng)的兼容性不好，而面向總線的結(jié)構(gòu)往往采用通用的總線規(guī)范，兼容性好，但性能很難達(dá)到最佳 ；當(dāng)前微機(jī)中， cpu 與存儲(chǔ)器，以及各核心模塊之間采用面向處理器的總線結(jié)構(gòu)，保證 cpu 的性能達(dá)到最佳狀態(tài)；而 cpu 和 I/O 設(shè)備之間采用面向總線的結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)與 I/O 設(shè)備的良好兼容性和擴(kuò) 充性 總線傳輸方式： 1）同步式傳輸 傳輸周期是固定的，在傳輸周期內(nèi)嚴(yán)格地按規(guī)定的時(shí)間發(fā)出信號(hào)和進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，在微機(jī)中 cpu 與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸就是典型的同步式傳輸。2）異步式傳輸 異步傳輸方式也稱應(yīng)答方式。進(jìn)行通信的主、從模塊不受統(tǒng)一的時(shí)鐘控制，而是采 ?請(qǐng)求 和 應(yīng)答 兩信號(hào)來協(xié)調(diào)傳輸過程。在該方式下，由主模塊提出傳輸（寫或讀）的要求后，由被選中的從屬模塊來決定響應(yīng)速度，這樣不同速度的模塊可以存在于同一系統(tǒng)中。 3）半同步式傳輸 是同步和異步傳輸方式的折中方式，特點(diǎn)：地址、命令和數(shù)據(jù)的發(fā)出時(shí)間都 嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖前沿時(shí)刻，接受判斷采用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的后沿來識(shí)別。在微機(jī)中，半同步傳輸方式主要用于 cpu 與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。 4）分離式傳輸 其把一個(gè)讀周期分解為兩個(gè)分離的自周期，在第一個(gè)周期中，主模塊將地址、命令，以及主模塊的編號(hào)等一起發(fā)送到系統(tǒng)總線上，經(jīng)總線傳輸后由相應(yīng)的外設(shè)接收；外設(shè)接收到主模塊發(fā)出的命令后，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，再向總線提出請(qǐng)求，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)娇偩€上，由主模塊讀取，這就是第二個(gè)傳輸周期。 第三章 微機(jī)接口芯片及應(yīng)用 1. 中斷的分類： 內(nèi)部中斷和外部中斷； 內(nèi)部中斷： 其中斷源在 cpu 的內(nèi)部，主要是由 INT指令、運(yùn)算過程中的錯(cuò)誤、設(shè)置的斷點(diǎn)或單步執(zhí)行而引起的中斷。（ INT 指令 、 CPU 的錯(cuò)誤 （除法錯(cuò)中斷、溢出中斷）、 為調(diào)試程序設(shè)置的中斷 （單步中斷、斷點(diǎn)中斷））； 外部中斷 （可屏蔽中斷（ INTR）和非屏蔽中斷（ NMI）區(qū)別是是否受 cpu 標(biāo)志位 IF 的影響） INTR 是由外部設(shè)備請(qǐng)求，通過中斷控制器 8259A 管理的一類中斷，當(dāng)在 INTR 線上出現(xiàn)中斷請(qǐng)求時(shí)， cpu是否響應(yīng)要取決于處理器的標(biāo)志寄存器中的 IF 標(biāo)志，若 IF=1，則 cpu 就響應(yīng)該中斷請(qǐng)求；否則不響應(yīng)該請(qǐng)求。 NMI 是不受 cpu 標(biāo)志 寄存器 IF 標(biāo)志的影響，主要是為處理某些計(jì)算機(jī)故障而設(shè)計(jì)的。在 IBM PC 系列計(jì)算機(jī)中， NMI 僅在存儲(chǔ)器奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)、 I/O 通道數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)和 80x87 協(xié)處理器異常 3 種情況發(fā)生。 2. 硬件中斷的優(yōu)先權(quán)： 內(nèi)部中斷 NMIINTR單步中斷 中斷源產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求是隨機(jī)的，cpu 在響應(yīng)處理各中斷源時(shí)，由 cpu 內(nèi)部中斷邏輯實(shí)現(xiàn)各中斷源的不同處理。各外部設(shè)備由8259A 進(jìn)行管理，其中斷優(yōu)先權(quán)采用固定優(yōu)先權(quán)， IRQ0 最高， IRQ7 最低。 3. 中斷的處理過程： 請(qǐng)求中斷 → 響應(yīng)中斷 → 關(guān)閉中斷 → 保留斷點(diǎn) → 中斷源 識(shí)別 → 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)→ 中斷服務(wù)子程序 → 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) → 中斷返回 具體的執(zhí)行過程： 關(guān)中斷 保存斷點(diǎn)（下一條指令的地址入棧） 獲得中斷服務(wù)程序入口地址轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序 保存斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)（內(nèi)部寄存器的值及標(biāo)志寄存器的狀態(tài)入棧） 開中斷 執(zhí)行中斷服務(wù)代碼 關(guān)中斷 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開中 斷 返回 4. 中斷向量表： 80x86cpu 處理 256 級(jí)中斷向量，類型號(hào)為 0H~0FFH，一個(gè)中斷向量占 4字節(jié)，分別存放中斷服務(wù)程序的 IP 和 CS，整個(gè)中斷向量占用 1024 字節(jié)用以存放各個(gè)中斷向量的中斷服務(wù)程序的入口地址（ CS： IP）， 中斷向量表就是各個(gè)中斷處理程序的地址表 。中斷向量表用存儲(chǔ)器的 0： 0H~0： 3FFH 區(qū)域存放各個(gè)終端服務(wù)程序的入口地址， 256 級(jí)中斷向量對(duì)應(yīng) 256 種中斷類型，每項(xiàng)占 4 字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)存放中斷處理程序的偏移地址 IP 后兩個(gè)字節(jié)存放中斷處理程序的段地址 CS。 所以某中斷向量的處理程序的入口地址偏移可由中斷類型號(hào) *4 計(jì)算出來。 5. 8253 工作原理： 其是 pc 中所使用的定時(shí) /計(jì)數(shù)器芯片，其內(nèi)部有 3 個(gè)獨(dú)立的 16 位計(jì)數(shù)器通道，使用單 +5V 電源，是 24 個(gè)引腳的雙列直插式芯片， 8253 實(shí)際上是一個(gè)減法計(jì)數(shù)器，根據(jù)計(jì)數(shù)器特性有 ：輸出頻率 f0=輸入頻率 fi /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值 N，及 f0=fi /N,采用周期表示 T0=N*Ti。因此，若固定 Ti，則定時(shí)時(shí)間與 N 成比例變化。 8253的主要功能： 1)一片上有 3個(gè)獨(dú)立的 16位計(jì)數(shù)器通道，最大計(jì)數(shù)范圍為 0~65535. 2)每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或二 十進(jìn)制（ BCD 碼）計(jì)數(shù) 3）每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度可達(dá)2MHz 4）每個(gè)通道有 6 種工作方式，可通過程序設(shè)置來改變。 5）所有的輸入和輸出都與與 TTL 兼容。 控制字寄存器： SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BDC 通道選擇： 00=計(jì)數(shù)器 0， 01=計(jì)數(shù)器 1， 10=計(jì)數(shù)器 2， 11=非法 I/O 格式： 00=計(jì)數(shù)鎖存， 01=低 8 位有效， 10=高 8 位有效， 11=先低后高 8 位。 計(jì)數(shù)方式： 000=方式 1， 001=方式 2， ? ， 101=方式 5。 計(jì)數(shù)方式： 0=二進(jìn)制， 1=BCD 碼計(jì)數(shù)。 8253的工作方式： 方式 2 的工作特點(diǎn)： 1）不用重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值，就能夠連續(xù)計(jì)數(shù)，輸出固定頻率的脈沖。 2）在計(jì)數(shù)過程中，若 GATE=0 計(jì)數(shù)暫停，當(dāng) GATE 恢復(fù)為高后的下一個(gè) CLK 脈沖，計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值重新計(jì)數(shù)。 3） 在計(jì)數(shù)過 程中，若改變初值，計(jì)數(shù)器不受影響，在下一次計(jì)數(shù)時(shí)，則以新的計(jì)數(shù)值開始計(jì)數(shù)。 方式 3 的工作特點(diǎn)： 1）不用重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值，就能連續(xù)計(jì)數(shù)，輸出固定頻率的脈沖。 2）在計(jì)數(shù)過程中，若 GATE=0，計(jì)數(shù)暫停，當(dāng) GATE 恢復(fù)為高后的下一個(gè) CLK 脈沖，計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值重新計(jì)數(shù)。 3） 在計(jì)數(shù)過程中，若改變初值，計(jì)數(shù)器不受影響，在下次計(jì)數(shù)時(shí)，則以新才計(jì)數(shù)值開始計(jì)數(shù)。方式 3 的 OUT 脈沖的占空比近似為 1/2，當(dāng) N 為偶數(shù)時(shí)占空比 =1/2，N 為奇數(shù)時(shí)占空比 =（（ N1） /2+1） /N，即高電平比低電平寬度多一個(gè) CLK 脈沖。 8253的 3 個(gè)計(jì)數(shù)器功能及參數(shù)設(shè)置如下： CNT0： 電子鐘時(shí)間基準(zhǔn)， I/O 口地址為 40H，工作方式控制字為 36H，工作方式 3，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器初值為 2^16，輸出頻率 = /2^16=。 CNT1: 為動(dòng)態(tài) RAM 刷新定時(shí)， I/O 口地址為 40H，工作方式控制字為 36H，工作方式為 2，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器初值為 12H，輸出脈沖周期為 ，脈寬為 840ns。 CNT2：揚(yáng)聲器音頻控制， I/O 口地址為 42H，工作方式控制字為 B6H，工作方式是 3，工作方式控制字寄存器的Ｉ /O 口地址為 43H。 例題 ： ************************************************************************************** 8253 的 CLK=1MHz， cs=320~323H,要求用 8253 連續(xù)產(chǎn)生 10 秒的定時(shí)信號(hào)，設(shè)計(jì)其延時(shí)線路和編寫相應(yīng)的控制程序。 N= 10/10^6=10^7。超過了一個(gè)通道的 65535 計(jì)數(shù)值，用兩個(gè) 8253 通道級(jí)聯(lián)。 N=N1 * N2,為減小二進(jìn)制計(jì)數(shù)誤差， N1 應(yīng)盡可能小。 設(shè) N1=500 N2=20200,選 擇方式 2，控制程序?yàn)椋? include Main() { Unsigned int N1=500,N2=20200。 Outportb(0x323,0x74)。 Outporttb(0x321,N1256*(N1/256))。 Outporttb(0x321,N1/256)。 Outporttb(0x323,0xB4)。 Outporttb(0x322,N2%256)。 Outportb(0x322,N2/256)。 } 6. 8255A 控制字： A 組方式 PA 口 PC7~PC4 B 組 PB 口 PC3~PC0 Ｄ 7=1 時(shí) 8255A 將輸入的命令解釋為控制字。 PA A 組方式： 00=0 方式， 01=1 方式， 1x=2 方式。 PA 口 A 口 I/O： 0=輸出， 1=輸入。 PC7~PC4： 0=輸出