計(jì)算機(jī)接口技術(shù)報(bào)告

1、 2015 年 秋 季學(xué)期研究生課程考核（讀書報(bào)告、研究報(bào)告）考核科目: 計(jì)算機(jī)接口技術(shù) 學(xué)生所在院（系）: 航天學(xué)院學(xué)生所在學(xué)科: 控制科學(xué)與工程學(xué) 生 姓 名: 王磊學(xué) 號: 15S004079學(xué) 生 類 別: 學(xué)術(shù)型考核結(jié)果閱卷人 第 1 頁 （共 21 頁）計(jì)算機(jī)接口技術(shù)研究報(bào)告3一計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述31.什么是接口32.接口的功能33.CPU與外設(shè)之間設(shè)置接口34.接口技術(shù)在微機(jī)應(yīng)用中起的作用45.接口電路的硬件組成46.接口電路的軟件控制程序組成47.接口電路的結(jié)構(gòu)形式48.CPU與接口之間傳送數(shù)據(jù)方式5二總線技術(shù)51.總線的定義52.總線技術(shù)的特點(diǎn)53.總線的分類標(biāo)準(zhǔn)64.發(fā)展歷

2、史7三并行接口71.并行接口的概述72.接口的通信原理83.并行接口的主要特點(diǎn)94.串、并口95.并行接口的分類96.接口電纜107.鏈?zhǔn)竭B接方式118.發(fā)展現(xiàn)狀及困境11四串行通訊接口121.定義：串行接口122.串行接口的由來133.接口劃分標(biāo)準(zhǔn)13五模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換151.模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換概述152.ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器173.DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換器18六DMA接口技術(shù)181.DMA概述182.DMA工作方式203.DMA控制器823720計(jì)算機(jī)接口技術(shù)研究報(bào)告一計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述1.什么是接口微機(jī)接口是指計(jì)算機(jī)與其以外的設(shè)備進(jìn)行通訊時的連接方式，具體分為硬

3、件接口和軟件接口，硬件接口也稱為硬設(shè)備接口，主要指與外設(shè)備連接時的電纜接口、藍(lán)牙接口、紅外接口等；軟件接口，是通過計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)兩個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊連接，實(shí)現(xiàn)信息交換。微機(jī)的強(qiáng)大功能是通過其與連接的外圍設(shè)備以及處理信息的過程表現(xiàn)出來的。輸入輸出接口電路是微機(jī)的微處理器連接外部設(shè)備的部件，在硬件電路和軟件實(shí)現(xiàn)上都有其特定的要求和方法。2.接口的功能（a）執(zhí)行CPU命令的功能：CPU將對外設(shè)的控制命令發(fā)到接口電路中的命令寄存器（命令口）中，在經(jīng)分析去控制外設(shè) （b）返回外設(shè)狀態(tài)的功能：通過狀態(tài)寄存器（狀態(tài)口）完成，包括正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài) （c）數(shù)據(jù)緩沖的功能：接口電路中的數(shù)據(jù)寄存器（數(shù)據(jù)口）

4、對CPU于外設(shè)間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行中轉(zhuǎn) （d）設(shè)備尋址的功能：CPU某個時刻只能和一臺外設(shè)交換數(shù)據(jù)，CPU發(fā)出的地址信號經(jīng)過接口電路中的地址譯碼電路來選中I/O設(shè)備 （e）信號轉(zhuǎn)換的功能：當(dāng)CPU與外設(shè)的信號功能定義、邏輯關(guān)系、電平高低及工作時序不兼容時接口電路要完成信號的轉(zhuǎn)換功能 （f）數(shù)據(jù)寬度與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能：由于CPU處理的數(shù)據(jù)都是并行的，當(dāng)外設(shè)采用串行傳送方式時，接口電路就要完成串、并之間的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。 3.CPU與外設(shè)之間設(shè)置接口 在CPU與外設(shè)之間設(shè)置接口主要有4個原因： （a）CPU與外設(shè)二者的信號不兼容，包括信號線的功能定義、邏輯定義和時序關(guān)系 （b）CPU與外

5、設(shè)的速度不匹配，CPU的速度快，外設(shè)的速度慢 （c）若不通過接口，而由CPU直接對外設(shè)的操作實(shí)施控制，會使CPU處于窮于應(yīng)付與外設(shè)打交道之中，大大降低CPU的效率 （d）若外設(shè)直接由CPU控制，會使外設(shè)的硬件結(jié)構(gòu)依賴于CPU，對外設(shè)本身的發(fā)展不利。 4.接口技術(shù)在微機(jī)應(yīng)用中起的作用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。然而，在微機(jī)系統(tǒng)中，微處理器的強(qiáng)大功能必須通過外部設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，而外設(shè)與微處理器之間的信息交換和通信又是靠接口來實(shí)現(xiàn)的，所以，接口技術(shù)成為了一門關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響微機(jī)系統(tǒng)的功能和微機(jī)的推廣應(yīng)用。 5.接口電路的硬件組成接口電路的硬件一般由以下幾部分組成： （a）基本

6、邏輯電路：包括命令寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器，是接口電路中的核心 （b）端口地址譯碼電路：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇功能 （c）供選電路：根據(jù)不同任務(wù)和功能要求而添加的功能模塊電路。 6.接口電路的軟件控制程序組成 接口電路的軟件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互滲透、融為一體的： （a）初始化程序段：對可編程接口芯片進(jìn)行初始化編程 （b）傳送方式處理程序段：不同的傳送方式（查詢、中斷、DMA方式）程序段不同 （c）主控程序段：完成接口任務(wù)的程序段 （d）程序終止與退出程序段：程序退出前對接口電路中硬件進(jìn)行保護(hù)的程序段 （e）輔助程序段：人機(jī)對話、菜單等 7.接口電路的結(jié)構(gòu)形式 接口電

7、路的結(jié)構(gòu)主要有四種： （a）固定式結(jié)構(gòu)：不可編程的接口電路，結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、固定 （b）半固定式結(jié)構(gòu)：由PAL或GAL器件構(gòu)成的接口電路，功能和工作方式可以通過改寫內(nèi)部的邏輯表達(dá)式來改變，但邏輯表達(dá)式一旦燒入芯片，其功能和工作方式就固定下來了 （c）可編程結(jié)構(gòu)：其功能和工作方式可由編程指定，使用靈活、適應(yīng)面廣，且種類繁多 （d）智能型結(jié)構(gòu)：芯片本身就是一個微處理器，外設(shè)的全部管理都由智能接口完成，如I/O處理器I0809或通用單片機(jī) 8.CPU與接口之間傳送數(shù)據(jù)方式CPU與接口之間的數(shù)據(jù)傳送方式主要有查詢方式、中斷方式和DMA方式： （a）查詢方式：主要用于CPU不太忙且傳送速度不高的情況

8、下。無條件傳送方式作為查詢方式的一個特例，主要用于對簡單I/O設(shè)備的控制或CPU明確知道外設(shè)所處狀態(tài)的情況下。 （b）中斷方式：主要用于CPU的任務(wù)比較忙的情況下，尤其適合實(shí)時控制和緊急事件的處理 （c）DMA方式（直接存儲器存取方式）：主要用于高速外設(shè)進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送的場合。二總線技術(shù)1.總線的定義總線，英文叫作“BUS”,即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹嚾ピ摋l公共車路線的任意一個站點(diǎn)。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮有盘枺@就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當(dāng)然，從專業(yè)上來說，總線是一種描述電子信號傳輸線路的結(jié)構(gòu)形

9、式，是一類信號線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道。通過總線能使整個系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個部件通過主機(jī)相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接。2.總線技術(shù)的特點(diǎn)總線的優(yōu)點(diǎn)就是能夠更加方便地更換各個部件。如果您想更換一個更好的顯卡，您只需從總線上拔掉原來的顯卡，然后插上新的就可以了。如果您要在計(jì)算機(jī)上安裝兩個顯示器，只需在總線上插入兩個顯卡。二、三十年前，處理器的速度要非常慢，以便與總線同步，即總線與處理器的速度相同。而且當(dāng)時計(jì)算機(jī)上只有一條總線。處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常

10、快，多數(shù)計(jì)算機(jī)都有兩條或更多的總線。每條總線專用于特定類型的流量?，F(xiàn)今，一臺典型的臺式個人計(jì)算機(jī)一般有兩條主總線：一條是我們通常所說的系統(tǒng)總線或局部總線，用于連接微處理器（中央處理器）和系統(tǒng)內(nèi)存。它是系統(tǒng)中運(yùn)行最快的總線。 另一條總線的速度較慢，用于與硬盤和聲卡等部件進(jìn)行通信。這種類型的總線最常見的是PCI總線。這些運(yùn)行較慢的總線通過橋接器連接到系統(tǒng)總線，因?yàn)闃蚪悠魇怯?jì)算機(jī)芯片組的一部分并能起到流量交換的作用，所以能夠?qū)⑵渌偩€的數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)總線。 其實(shí)還有其他的總線。例如，通用串行總線（USB），用于把照相機(jī)、掃描儀和打印機(jī)等設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)。它利用細(xì)線纜連接到設(shè)備，并且多個設(shè)備可以同時共

11、用一根總線。FireWire是另一種總線，主要用于攝影機(jī)和外置硬盤。3.總線的分類標(biāo)準(zhǔn)總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，下面是幾種最常用的分類方法。（a）按功能分最常見的是從功能上來對數(shù)據(jù)總線進(jìn)行劃分，可以分為地址總線（address bus）、數(shù)據(jù)總線（data bus）和控制總線（control bus）。在有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復(fù)用。地址總線是專門用來傳送地址的。在設(shè)計(jì)過程中，見得最多的應(yīng)該是從CPU地址總線來選用外部存儲器的存儲地址。地址總線的位數(shù)往往決定了存儲器存儲空間的大小，比如地址總線為16位，則其最

12、大可存儲空間為216（64KB）。數(shù)據(jù)總線是用于傳送數(shù)據(jù)信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數(shù)據(jù)總線之分，雙向傳輸數(shù)據(jù)總線通常采用雙向三態(tài)形式的總線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。在實(shí)際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定是完全意義上的數(shù)據(jù)?？刂瓶偩€是用于傳送控制信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進(jìn)行操作時要先通過控制總線發(fā)出讀/寫信號、片選信號和讀入中斷響應(yīng)信號等?？刂瓶偩€一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數(shù)也要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。(b)按傳輸方式分按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絼澐?，總線可以被分為串行總

13、線和并行總線。從原理來看，并行傳輸方式其實(shí)優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會有所增加。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車通過單線公路。常見的串行總線有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCI等。(e)按時鐘信號方式分按照時鐘信號是否獨(dú)立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨(dú)立于數(shù)據(jù)，也就是說要用一根單獨(dú)的線來作為時鐘信號線；而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的，通常利用數(shù)據(jù)信號的邊沿來作為時鐘同步信號。4.發(fā)展歷史早期美國國際商用機(jī)器公司（IBM）生產(chǎn)的

14、PC（circa 1982）使用了最早的PC總線，它的位寬是16位，速度為4.77兆赫。后來正式稱為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（ISA）總線。這種總線傳輸數(shù)據(jù)的速度約為9兆字節(jié)/秒，速度之快甚至能用在現(xiàn)今的應(yīng)用軟件中。幾年前，許多計(jì)算機(jī)仍在使用ISA總線。二十世紀(jì)八十年代初，為早期的IBM PC開發(fā)了專用這種總線的計(jì)算機(jī)卡。甚至在大量可取代它的先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)后，人們?nèi)栽谑褂肐SA總線。這種總線被人們長期使用有兩個主要原因：它長期與多數(shù)硬件制造商保持兼容性。多媒體興起之前，只有少數(shù)的外圍硬件設(shè)備完全采用新型總線的速度。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，ISA總線無法跟上時代的步伐，于是開發(fā)了其他的總線。其中主要的是擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

15、結(jié)構(gòu)（EISA）線（位寬32位，頻率8兆赫）和視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會局部總線（VL-Bus）。VL-Bus（由創(chuàng)建該標(biāo)準(zhǔn)的視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（VESA）命名）的位寬是32位，以局部總線的速度運(yùn)行，一般與處理器的速度相同。實(shí)質(zhì)上，VL-Bus能夠直接連接到CPU。人們可以用這種方式連接一個單獨(dú)的設(shè)備，甚至還可以連接兩個。但是將兩個以上的設(shè)備連接到VL-Bus則可能會影響CPU的性能。因此，VL-Bus一般只用于連接顯卡，它將真正從高速訪問CPU的過程中受益。三并行接口 并行接口，指采用并行傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)。從最簡單的一個并行數(shù)據(jù)寄存器或?qū)Ｓ媒涌诩呻娐沸酒?255、6820等，一直至較復(fù)雜

16、的SCSI或IDE并行接口，種類有數(shù)十種。一個并行接口的接口特性可以從兩個方面加以描述：1. 以并行方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道的寬度，也稱接口傳輸?shù)奈粩?shù)；2. 用于協(xié)調(diào)并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外接口控制線或稱交互信號的特性。 數(shù)據(jù)的寬度可以從1128位或者更寬，最常用的是8位，可通過接口一次傳送8個數(shù)據(jù)位。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最常用的并行接口是通常所說的LPT接口。1.并行接口的概述通常所說的并行接口一般稱為Centronics接口，也稱IEEE1284，最早由Centronics Data Computer Corporation公司在20世紀(jì)60年代中期制定。Centronics公司當(dāng)初是為點(diǎn)陣行式打印機(jī)設(shè)計(jì)的并

17、行接口，1981年被IBM公司采用，后來成為IBM PC計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。它采用了當(dāng)時已成為主流的TTL電平，每次單向并行傳輸1字節(jié)（8-bit）數(shù)據(jù)，速度高于當(dāng)時的串行接口（每次只能傳輸1bit），獲得廣泛應(yīng)用，成為打印機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)。1991年，Lexmark、 IBM、Texas instruments等公司為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍而與其他接口競爭，改進(jìn)了Centronics接口，使它實(shí)現(xiàn)更高速的雙向通信，以便能連接磁盤機(jī)、磁帶機(jī)、光盤機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（簡稱外設(shè)），最終形成了IEEE1284-1994標(biāo)準(zhǔn)，全稱為Standard Signaling Method for a Bi-di

18、rectional Parallel Peripheral Interface for Personal Computers，數(shù)據(jù)率從10KB/s提高到可達(dá)2MB/s（16Mbit/s）。但事實(shí)上這種雙向并行通信并沒有獲得廣泛使用，并行接口仍主要用于打印機(jī)和繪圖儀，其他方面只有的少量設(shè)備應(yīng)用，這種接口一般被稱為打印接口或LPT接口 。2.接口的通信原理并行接口中各位數(shù)據(jù)都是并行傳送的，它通常是以字節(jié)（8位）或字節(jié)（16位）為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如上圖所示，圖中的并行接口是一個雙通道的接口，能完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其中，數(shù)據(jù)的輸入/輸出是由輸入/輸出緩沖器來實(shí)現(xiàn)的，狀態(tài)寄存器提供狀態(tài)信息供CPU查

19、詢，控制寄存器接收來自CPU的各種控制命令。在數(shù)據(jù)輸入過程中：輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)送給接口同時使“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”有效。接口把數(shù)據(jù)送給輸入緩沖寄存器時，使“數(shù)據(jù)輸入回答”信號有效，當(dāng)外設(shè)收到應(yīng)答信號后，就撤消“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”和數(shù)據(jù)信號。同時，狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位（“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”）有效，以供CPU查詢。當(dāng)然，也可采用中斷方式，向CPU發(fā)出中斷請求。CPU在讀取數(shù)據(jù)后，接口會自動將狀態(tài)寄存器中的“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”位復(fù)位。然后，CPU進(jìn)入下一個輸入過程。在數(shù)據(jù)輸出過程中：當(dāng)CPU輸出的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器后，接口會自動清除狀態(tài)寄存器中的“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位，并且把數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備，輸出設(shè)備收到

20、數(shù)據(jù)后，向接口發(fā)一個應(yīng)答信號，告訴接口數(shù)據(jù)已收到，接口收到信號后，將狀態(tài)寄存器中的“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位置“1”。然后，CPU進(jìn)入下一個輸出過程。 3.并行接口的主要特點(diǎn)并行接口是指數(shù)據(jù)的各位同時進(jìn)行傳送，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)、位數(shù)又多時，就導(dǎo)致通信線路復(fù)雜且成本提高。4.串、并口串口形容一下就是：一條車道，而并口就是有8個車道同一時刻能傳送8位（一個字節(jié)）數(shù)據(jù)。但是并不是并口快。由于8位通道之間的互相干擾，傳輸時速度就受到了限制。而且當(dāng)傳輸出錯時，要同時重新傳8個位的數(shù)據(jù)。而串口沒有干擾，傳輸出錯后重發(fā)一位就可以了，所以要比并口快。串口硬盤就是這樣被人們重視的。5.并行接口的分

21、類在IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)中定義了多種并行接口模式，常用的有以下三種：SPP（Standard Parallel Port）標(biāo)準(zhǔn)并行接口EPP（Enhanced Parallel Port）增強(qiáng)并行接口ECP（Extended Capabilities Port）擴(kuò)展功能并行接口這幾種模式因硬件和編程方式的不同，傳輸速度可以從50K Bits/秒到2MB/秒不等。一般用以從主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)到打印機(jī)、繪圖儀或其它數(shù)字化儀器的接口，是一種叫Centronics的36腳彈簧式接口（通常主機(jī)上是25針D型接口，打印機(jī)上是36針Centronics接口）。并行接口，通常主機(jī)上是25針D型接口，打印機(jī)上是36針

22、彈簧式接口（Centronics接口）。IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種連接器，分別稱為A、B、C型：A型25PIN DB-25連接器，只用于主機(jī)端。DB-25孔型插座（也稱FEMALE或母頭），用于PC機(jī)上，外形如下圖：DB-25孔型插座（母頭）這種A型的DB-25針型插頭（也稱MALE或公頭），因?yàn)槌叽巛^小，也有少數(shù)小型打印機(jī)（如POS機(jī)打印機(jī)等）使用（非標(biāo)準(zhǔn)使用），但電纜要短。DB-25針形電纜插頭（公頭）B型36PIN Centronics電纜插頭36PIN 0.085inch間距的Champ連接器，帶卡緊裝置，也稱Centronics連接器，只用于外設(shè)。36PIN Centronics

23、插座36PIN Centronics插座（SOCKET或FEMALE），用于打印機(jī)上。1C型Mini-Centronics 36PIN插座新增加的Mini-Centronics 36PIN連接器，也稱為half-pitch Centronics 36 connector （HPCN36），也有稱MDR36，36PIN 0.050inch間距，帶夾緊裝置，既可用于主機(jī)，也可用于外設(shè)，應(yīng)用還不夠普遍，因有競爭力的新的接口標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，普及應(yīng)用很難。新接口還增加了兩個信號線Peripheral Logic High和Host Logic High，用于通過電纜能檢測到另一端是否打開電源。6.接口電

24、纜（a）性能要求最早的Centronics并口電纜長度為2米，且只能支持10KB/s的數(shù)據(jù)率傳輸，對性能要求不高。為了把數(shù)據(jù)率提高到2MB/s以上，對IEEE1284電纜提出許多特殊要求：1） 因?yàn)槭遣⑿袛?shù)據(jù)，為避免傳輸時各BIT數(shù)據(jù)間的串?dāng)_，每條數(shù)據(jù)線都需要配合一條地線，形成雙絞線結(jié)構(gòu)；2） 每對信號和返回地線間的不平衡特性阻抗為62歐6歐（在頻帶4M-16MHz上）；3） 線間串?dāng)_不超過10%；4） 電纜有屏蔽層，并與接頭的屏蔽殼連接，使用360度包裹。1 (b)典型電纜典型的IEEE1284 電纜有如下6種，標(biāo)準(zhǔn)長度為10、20、30英尺（約3、7、10米）：AMAM ：Type A M

25、ale to Type A Male（一般用于計(jì)算機(jī)間互聯(lián)）AMAF ：Type A Male to Type A Female（一般用于延長線或連接A型口并行打印機(jī)）AB ：Type A Male to Type B Plug（一般用于連接計(jì)算機(jī)和普通B型口打印機(jī)）AC ：Type A Male to Type C PlugBC ：Type B Plug to Type C PlugCC ：Type C Plug to Type C Plug其中前3種為常用的電纜，后3種是與新增加的C型接口相關(guān)的電纜。7.鏈?zhǔn)竭B接方式依照IEEE 1284鏈?zhǔn)竭B接規(guī)格書，一個并口最多可以連接8個設(shè)備，而每個

26、鏈?zhǔn)竭B接設(shè)備擁有2個并口連接器，1個主連接器（host connector）和一個直通連接器（pass through connector）。主機(jī)連到第一個設(shè)備的主連接器，其直通連接器連接下一個設(shè)備的主連接器，依次連接。而不支持鏈?zhǔn)竭B接的設(shè)備可接在最后1個設(shè)備的直通連接器上。不過常見的都是一對一連接，很少能見到這種設(shè)備。8.發(fā)展現(xiàn)狀及困境電腦中的接口是主機(jī)與外部設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)的“大動脈”，隨著處理器速度的節(jié)節(jié)攀升，接口的數(shù)據(jù)傳輸速度也需要逐步提高，否則就會成為電腦發(fā)展的瓶頸。并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)向來是提高數(shù)據(jù)傳輸率的重要手段，但是，進(jìn)一步發(fā)展卻遇到了障礙。首先，由于并行傳送方式的前提是用同一時序傳

27、播信號，用同一時序接收信號，而過分提升時鐘頻率將難以讓數(shù)據(jù)傳送的時序與時鐘合拍，布線長度稍有差異，數(shù)據(jù)就會以與時鐘不同的時序送達(dá)，另外，提升時鐘頻率還容易引起信號線間的相互干擾，導(dǎo)致傳輸錯誤。因此，并行方式難以實(shí)現(xiàn)高速化。從制造成本的角度來說，增加位寬無疑會導(dǎo)致主板和擴(kuò)充板上的布線數(shù)目隨之增加，成本隨之攀升。在外部接口方面，IEEE 1284并行口的速率可達(dá)300kBps，傳輸圖形數(shù)據(jù)時采用壓縮技術(shù)可以提高到2MBps，而RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行口的數(shù)據(jù)傳輸率通常只有20kbps，并行口的數(shù)據(jù)傳輸率無疑要勝出一籌。因此并行口一直是打印機(jī)首選的連接方式。對于僅傳輸文本的針式打印機(jī)來說，IEEE 1

28、284并行口的傳輸速度可以說是綽綽有余的。但是，對于一再提速的激光打印機(jī)來說，情況發(fā)生了變化。筆者使用愛普生6200L在打印2MB圖片時，速度差異不甚明顯，但在打印7.5MB大小的圖片文件時，從點(diǎn)擊“打印”到最終出紙，使用USB接口用了18秒，而使用并行口時，用了33秒。這一測試結(jié)果說明，現(xiàn)行的并行口對于時下流行的激光打印機(jī)來說，已經(jīng)力難勝任了。不過，“在相同頻率下并行通信速度更高”這個基本的道理是永遠(yuǎn)不會錯的，通過增加位寬來提高數(shù)據(jù)傳輸率的并行策略仍將發(fā)揮重要作用。技術(shù)進(jìn)步周而復(fù)始，以至無窮，沒有一項(xiàng)技術(shù)能夠永遠(yuǎn)適用。電腦技術(shù)將來跨入THz時代后，對信號傳輸速度的要求會更高，USB和Fire

29、Wire等新串行接口所使用的差分傳輸技術(shù)是否還能滿足未來要求，是否需要另一種更好的技術(shù)來完成頻率的另一次突破，這些都需要人們共同關(guān)注 。四串行通訊接口1.定義：串行接口是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位的傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米；根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。串行接口2.串行接口的由來串口的出現(xiàn)是

30、在1980年前后，數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps230kbps。串口出現(xiàn)的初期是為了實(shí)現(xiàn)連接計(jì)算機(jī)外設(shè)的目的，初期串口一般用來連接鼠標(biāo)和外置Modem以及老式攝像頭和寫字板等設(shè)備。串口也可以應(yīng)用于兩臺計(jì)算機(jī)（或設(shè)備）之間的互聯(lián)及數(shù)據(jù)傳輸。由于串口（COM）不支持熱插拔及傳輸速率較低，目前部分新主板和大部分便攜電腦已開始取消該接口。目前串口多用于工控和測量設(shè)備以及部分通信設(shè)備中。3.接口劃分標(biāo)準(zhǔn)（a）總述串口通信的兩種最基本的方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。同步串行是指SPI（Serial Peripheral interface）的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。SPI總線系統(tǒng)是一種

31、同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息，TRM450是SPI接口。異步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用異步接收/發(fā)送。UART是一個并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL電平的串口和RS232電平的串口。 TTL電平是3.3V的，而RS232是負(fù)邏輯電平，它定義+5+12V為低電平，而-12-5V為高電平，MDS2710、MDS SD4、EL805等是RS232接口，EL806有TTL接口。串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS-232-C、RS-422、

32、RS485等。RS-232-C、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。（b）RS-232也稱標(biāo)準(zhǔn)串口，最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯D型插頭座（DB25），后來使用簡化為9芯D型插座（DB9），現(xiàn)在應(yīng)用中25芯插頭座已很少采用。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)

33、送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動器負(fù)載為37k。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。(c)RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實(shí)際上還有一根信號地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個節(jié)點(diǎn)。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備

34、（Slave），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是104k+100（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。(d)RS-485是從

35、RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信，即只能有一個主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設(shè)備。RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k、RS-422是4k；由于RS-485滿足所有

36、RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動器可以在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。五模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換1.模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換概述(1)一個典型的計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)一個包含A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的計(jì)算機(jī)閉環(huán)自動控制系統(tǒng)如下圖所示。典型的計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)在中，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入和模擬量輸出通路中的核心部件。

37、在實(shí)際控制系統(tǒng)中，各種非電物理量需要由各種傳感器把它們轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓信號后，才能加到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。一般來說，傳感器的輸出信號只有微伏或毫伏級，需要采用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器將這些微弱的信號放大到一定的幅度，有時候還要進(jìn)行信號濾波，去掉各種干擾和噪聲，保留所需要的有用信號。送入A/D轉(zhuǎn)換器的信號大小與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍不一致時，還需進(jìn)行信號預(yù)處理。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，若測量的模擬信號有幾路或幾十路，考慮到控制系統(tǒng)的成本，可采用多路開關(guān)對被測信號進(jìn)行切換，使各種信號共用一個A/D轉(zhuǎn)換器。多路切換的方法有兩種：一種是外加多路模擬開關(guān)，如多路輸入一路輸出的多路開關(guān)有：AD7501

38、，AD7503，CD4097，CD4052等。另一種是選用內(nèi)部帶多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809等。若模擬信號變化較快，為了保證模數(shù)轉(zhuǎn)換的正確性，還需要使用采樣保持器。在輸出通道，對那些需要用模擬信號驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由計(jì)算機(jī)將經(jīng)過運(yùn)算決策后確定的控制量（數(shù)字量）送D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬量以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，完成控制過程。（2）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的主要性能參數(shù)（a) 分辨率 它表明A/D對模擬信號的分辨能力，由它確定能被A/D辨別的最小模擬量變化。一般來說，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，其分辨率則越高。實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器，通常為8，10，12，16位等。(b) 量化誤差 在A/D轉(zhuǎn)換

39、中由于整量化產(chǎn)生的固有誤差。量化誤差在1/2LSB（最低有效位）之間。例如：一個8位的A/D轉(zhuǎn)換器，它把輸入電壓信號分成28=256層，若它的量程為05V，那么，量化單位q為：q = = 0.0195V=19.5mVq正好是A/D輸出的數(shù)字量中最低位LSB=1時所對應(yīng)的電壓值。因而，這個量化誤差的絕對值是轉(zhuǎn)換器的分辨率和滿量程范圍的函數(shù)。(c) 轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換時間是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。一般轉(zhuǎn)換速度越快越好，常見有高速（轉(zhuǎn)換時間1us）、中速（轉(zhuǎn)換時間1ms）和低速（轉(zhuǎn)換時間1s）等。(d) 絕對精度對于A/D，指的是對應(yīng)于一個給定量，A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差大小由實(shí)際模擬量輸入值

40、與理論值之差來度量。(e)相對精度對于A/D，指的是滿度值校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字輸出所對應(yīng)的實(shí)際模擬輸入值（中間值）與理論值（中間值）之差。例如，對于一個8位0+5V的A/D轉(zhuǎn)換器，如果其相對誤差為1LSB，則其絕對誤差為19.5mV，相對誤差為0.39%。(3) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）的主要性能參數(shù)(a)分辨率 分辨率表明DAC對模擬量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所對應(yīng)的模擬量，它確定了能由D/A產(chǎn)生的最小模擬量的變化。通常用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示DAC的分辨率，如分辨率為8位的D/A能給出滿量程電壓的1/28的分辨能力，顯然DAC的位數(shù)越多，則分辨率越高。(b)線性誤差 D/A的實(shí)際轉(zhuǎn)換值

41、偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大偏差與滿量程之間的百分比稱為線性誤差。(c)建立時間 這是D/A的一個重要性能參數(shù)，定義為：在數(shù)字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，D/A的模擬輸出穩(wěn)定到最終值1/2LSB時所需要的時間。(d)溫度靈敏度它是指數(shù)字輸入不變的情況下，模擬輸出信號隨溫度的變化。一般D/A轉(zhuǎn)換器的溫度靈敏度為50PPM/。PPM為百萬分之一。(e)輸出電平不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電平相差較大，一般為5V10V，有的高壓輸出型的輸出電平高達(dá)24V30V。2.ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位

42、移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。(1)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器原理A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有逐次逼近法、雙積分法及電壓頻率轉(zhuǎn)換法等。逐次逼近法：速度快、分辨率高、成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。逐次逼近法原理電路類同天平稱重。在節(jié)拍時鐘控制下，逐次比較，最后留下的數(shù)字砝碼，即轉(zhuǎn)換結(jié)果。逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。它的基本原理是從高位到低位逐位試探比較，

43、好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量i進(jìn)行比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的o再與i比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進(jìn)行的。3.DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A

44、轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路。數(shù)字量輸入的位數(shù)有8位、12位和16位等，輸出的模擬量有電流和電壓兩種。(1) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器原理簡單的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器它的輸入量是數(shù)字量D，輸出量為模擬量0，要求輸出量與輸入量成正比，即0=DVR,其中VR為基準(zhǔn)電壓。數(shù)字量是由一位一位的數(shù)字構(gòu)成，每個數(shù)位都代表一定的權(quán)。例如10000001，最高位的權(quán)是27，所以此位上的代碼1表示數(shù)值1128。因此，數(shù)字量D可以用每位的權(quán)乘以其代碼值，然后各位相加。六DMA接口技術(shù)1.DMA概述DMA是指外部設(shè)備不通過CPU而直接與系統(tǒng)內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的接口技術(shù)。要把外設(shè)的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存或把內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送到外設(shè)，一般都要通過CPU控制完成，如CPU程序查詢或中斷方式。利用中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以大大提高CPU的利用率。但是采用中斷傳送有它的缺點(diǎn)，對于一個高速I/O設(shè)備，以及批量交換數(shù)據(jù)的情況，只能采用DMA方式，才能解決效率和速度問題。DMA在外設(shè)與內(nèi)存間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不通過CPU，這樣數(shù)據(jù)傳送的速度就取決于存儲器和外設(shè)的