計算機接口技術

本書兼顧傳統微機接口與嵌入式系統接口技術，全面介紹計算機接口的基本結構、工作原理和典型接口實現方法。 ^[1]  全書共12章，具體內容包括概述、總線技術、I/O端口地址譯碼技術、基於MIPSfpga的微處理器、並行接口、串行接口、中斷技術、DMA技術、A/D與D/A轉換器接口、USB設備接口和人機交互設備接口，最後通過基於MIPSfpga的GPS定位顯示系統設計實例綜合介紹接口應用與設計方法。 本書內容豐富，取材新穎，敍述清晰，具有較好的可讀性和實用性，既適合作為高等院校計算機、物聯網、電子、通信、自動化等專業研究生、本科生教材，也可供微型或嵌入式計算機應用系統開發人員自學參考。 ^[1] 

第1章概述1

1.1接口的基本任務與接口技術的發展概況1

1.1.1接口的基本任務1

1.1.2接口技術的發展概況1

1.2接口的層次概念2

1.2.1硬件分層3

1.2.2軟件分層3

1.2.3接口技術內容的劃分3

1.3設備接口4

1.3.1設備接口的功能4

1.3.2設備接口的組成5

1.3.3設備接口與CPU交換數據的方式6

1.3.4分析與設計設備接口電路的基本方法6

1.4接口電路設計的解決方案8

1.4.1接口電路的配置方式9

1.4.2接口電路的構成9

習題110

第2章總線技術11

2.1總線的作用與組成11

2.1.1總線的作用11

2.1.2總線的組成11

2.2總線的性能參數12

2.3總線數據傳輸過程及其握手方式13

2.3.1總線數據傳輸過程13

2.3.2總線數據傳輸過程的握手方式13

2.4總線的分類與層次化結構15

2.4.1總線的分類15

2.4.2總線的層次化結構16

2.5總線標準和總線插槽18

2.5.1總線標準18

2.5.2總線插槽18

2.63種典型的總線192.6.1ISA總線19

2.6.2PCI總線21

2.6.3AMBA總線33

習題233

第3章I/O端口地址譯碼技術35

3.1I/O地址空間35

3.2I/O端口35

3.2.1什麼是端口35

3.2.2端口的共用技術36

3.2.3I/O端口編址方式36

3.2.4I/O端口訪問37

3.3I/O端口地址分配及選用的原則38

3.3.1早期微機I/O地址的分配38

3.3.2現代微機I/O地址的分配39

3.3.3I/O端口地址選用的原則39

3.4I/O端口地址譯碼40

3.4.1I/O端口地址譯碼的方法40

3.4.2I/O端口地址譯碼電路的輸入與輸出信號線40

3.4.3CS的物理含義41

3.5設計I/O端口地址譯碼電路時應注意的問題41

3.6I/O端口地址譯碼電路舉例41

習題347

第4章基於MIPSfpga的微處理器系統49

4.1MIPSfpga處理器49

4.1.1概述49

4.1.2MIPSfpga處理器核50

4.2MIPSfpga處理器的接口53

4.2.1MIPSfpga處理器接口54

4.2.2AHBLite總線接口55

4.2.3FPGA開發板接口56

4.2.4EJTAG接口574.3MIPSfpga處理器系統57

4.3.1AMBA總線規範57

4.3.2AXI4總線規範58 ^[1] 

4.3.3基於AXI4接口模塊的MIPSfpga處理器系統65

習題467

第5章並行接口69

5.1並行接口的特點69

5.2PPI8255並行接口69

5.2.1PPI接口芯片70

5.2.2PPI接口實例: 步進電機控制接口設計73

5.2.3PPI接口實例: 聲光報警器接口設計76

5.3GPIO接口79

5.3.1GPIO的基本概念79

5.3.2GPIO的結構79

5.3.3基於AHBLite總線的GPIO應用實例80

習題582

第6章串行接口83

6.1串行通信的基本概念83

6.1.1串行通信的基本特點83

6.1.2串行通信的工作方式83

6.1.3串行通信數據傳輸的基本方式84

6.1.4串行通信中的調製與解調84

6.2串行通信協議85

6.2.1串行通信中的傳輸速率控制85

6.2.2串行通信中的差錯檢測87

6.2.3串行通信中的數據格式88

6.3串行通信接口標準91

6.3.1RS232C標準91

6.3.2RS485標準93

6.3.3SPI標準96

6.4串行通信接口電路986.4.1串行通信接口電路的基本任務98

6.4.2串行通信接口電路的解決方案99

6.5RS232C標準的串行通信接口電路設計100

6.5.1設計要求100

6.5.2設計方案分析100

6.5.3電路與程序設計103

6.6基於UART的串行通信接口電路104

6.6.1設計要求104

6.6.2設計方案分析105

6.6.3電路與程序設計111

習題6113

第7章中斷技術115

7.1中斷的概念115

7.2中斷的類型115

7.2.1外部中斷116

7.2.2內部中斷116 ^[1] 

7.3中斷系統117

7.3.1中斷系統的組成117

7.3.2中斷系統的功能118

7.4中斷程序入口地址的處理方式121

7.4.1向量中斷121

7.4.2非向量中斷122

7.5Intel中斷系統123

7.5.1Intel中斷系統的組成123

7.5.2中斷控制器PIC82C59A123

7.5.3Intel系統中斷資源的應用131

7.5.4中斷服務程序設計133

7.6MIPSfpga處理器中斷系統136

7.6.1中斷兼容模式137

7.6.2向量中斷模式139

7.6.3外部中斷控制器模式141

7.6.4GPIO中斷實例1427.7基於AXI總線接口的中斷控制器146

7.7.1特徵概述146

7.7.2基本構成147

7.7.3中斷處理過程150

7.7.4AXI中斷控制器應用實例151

習題7154

第8章DMA傳輸技術156

8.1DMA傳輸基本原理156

8.1.1DMA傳輸的特點156

8.1.2DMA傳輸過程156

8.2DMA操作157

8.2.1DMA操作類型157

8.2.2DMA操作方式158

8.3DMAC與CPU對系統總線佔有權的轉移159

8.4Intel DMA系統160

8.4.1Intel DMA系統的組成160

8.4.2可編程DMAC 82C37A161

8.4.3Intel DMA傳輸的初始化168

8.4.4Intel DMA系統資源的應用168

習題8170

第9章A/D與D/A轉換器接口171

9.1模擬量接口的作用171

9.2A/D轉換器171

9.2.1A/D轉換器的主要技術指標171

9.2.2A/D轉換器的外部特性172

9.3A/D轉換器接口設計的任務與方法173

9.3.1A/D轉換器與CPU的連接173

9.3.2A/D轉換器與CPU之間的數據交換方式174

9.3.3A/D轉換器的數據在線處理174

9.3.4A/D轉換器接口設計需考慮的問題175 ^[1] 

9.4A/D轉換器中斷方式接口電路設計1759.5D/A轉換器179

9.5.1D/A轉換器的主要技術指標179

9.5.2D/A轉換器的外部特性180

9.6D/A轉換器接口設計的任務與方法180

9.6.1D/A轉換器與CPU的連接180

9.6.2D/A轉換器與CPU之間的數據交換方式181

9.6.3D/A轉換器接口設計需考慮的問題181

9.7鋸齒波三角波發生器接口電路設計181

9.8温度採樣接口電路設計184

習題9191

第10章USB設備接口192

10.1USB概述192

10.1.1USB技術的發展192

10.1.2USB標準的設計目標及使用特點193

10.2微機USB系統結構194

10.2.1USB系統的組成194

10.2.2USB通信模型及數據流模型197

10.2.3USB數據傳輸類型與傳輸方式201

10.3USB接口與信號定義203

10.3.1USB電纜的物理特性與電氣特性203

10.3.2USB信號定義204

10.3.3USB數據編碼與解碼205

10.4USB設備接口設計基礎知識206

10.4.1USB設備接口邏輯結構207

10.4.2USB設備狀態及轉換208

10.4.3USB設備的配置及描述符210

10.4.4USB設備的標準操作及請求211

10.5大容量USB存儲設備設計實例215

10.5.1概述215

10.5.2USB存儲設備初始化216

10.5.3USB傳輸220

習題10223第11章基本人機交互設備接口224

11.1人機交互設備224

11.2鍵盤224

11.2.1鍵盤的類型224

11.2.2線性鍵盤的工作原理225

11.2.3矩陣鍵盤的工作原理226

11.3LED顯示器227

11.3.1LED顯示器的工作原理228

11.3.2LED顯示器的字形碼228

11.3.3LED顯示器動態顯示的掃描方式229

11.4鍵盤/LED顯示器接口電路設計230

11.4.1鍵盤/LED顯示器接口芯片82C79A的外部特性230

11.4.2鍵盤/LED顯示器接口芯片82C79A的編程模型231

11.5LED顯示器接口電路設計235 ^[1] 

11.6矩陣鍵盤接口電路設計237

11.7並行打印機接口標準及接口電路設計238

11.7.1並行打印機接口標準238

11.7.2並行打印機接口電路設計240

習題11242

第12章基於MIPSfpga的GPS定位顯示系統設計243

12.1GPS定位顯示系統整體設計243

12.1.1系統功能描述243

12.1.2系統設計243

12.2GPS數據採集顯示244

12.2.1PmodGPS模塊244

12.2.2GPS數據採集驅動模塊實現245

12.2.3基於AHBLite總線的GPIO模塊實現248

12.3UART通信256

12.3.1PmodBT2模塊256

12.3.2UART數據收發驅動模塊實現257

12.3.3UART接口實現259

12.4整體功能實現26012.4.1系統底層接口實現260

12.4.2系統PC客户端軟件實現261

12.4.3總結262

習題12262

參考文獻264 ^[1]