单片微型计算机接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:江苏苏州大学

作者:翁桂荣，邹丽新主

出品人:

页数:229

译者:

出版时间:2002-4

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787810379281

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 接口技术
• 微型计算机
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 电子技术
• 电路设计
• 8051
• AVR
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《微机原理与接口设计》 内容简介： 本书深入探讨微处理器的工作原理、指令系统、存储器组织以及输入输出（I/O）接口技术。旨在为读者构建坚实的微机系统理论基础，并掌握实际硬件接口的设计与应用。 第一章 微处理器基础 本章首先介绍微处理器的基本概念，包括其发展历程、核心功能以及在现代计算中的地位。我们将详细解析微处理器的内部结构，重点阐述算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、控制单元和总线接口单元（BIU）等关键组成部分的职能。 微处理器的发展与演进： 从早期的8位微处理器到如今强大的64位多核处理器，梳理其技术革新与性能飞跃，理解摩尔定律的深远影响。 微处理器的工作原理： 深入剖析指令周期的各个阶段（取指、译码、执行、写回），理解CPU如何从内存中获取指令并执行操作。 指令系统架构： 介绍指令集的分类（CISC与RISC），分析指令格式、寻址方式以及指令集的设计原则，理解不同指令集对处理器性能和编程复杂度的影响。 寄存器与内存层次结构： 详细讲解通用寄存器、特殊功能寄存器（如程序计数器PC、堆栈指针SP、状态寄存器SR）的作用，并阐述CPU缓存、主存（RAM/ROM）以及外存储器的层次结构及其对数据访问速度的影响。 总线系统： 讲解地址总线、数据总线和控制总线的概念、功能和工作时序，理解它们如何在CPU、内存和外围设备之间传输信息。 第二章 存储器系统 本章将详细介绍微机系统中各类存储器的特点、工作原理和互联方式，重点关注半导体存储器，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的分类与区别，以及它们在系统中的作用。 存储器的分类与层次： 区分主存储器、辅助存储器和高速缓存，理解它们在存储容量、速度和成本上的权衡。 半导体存储器： RAM（Random Access Memory）： 深入讲解SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM）的结构、工作原理、读写时序和驱动电路。分析它们在主板内存条中的应用。 ROM（Read-Only Memory）： 介绍ROM的种类，包括掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM和Flash ROM。详细说明它们的工作特性、擦写方式和在嵌入式系统中的应用，例如固件存储。 存储器的扩展与接口： 学习如何通过芯片选择、地址译码等技术将多个存储器芯片连接到微处理器总线，构建更大容量的存储空间。理解存储器映射（Memory-mapped I/O）和端口映射（Port-mapped I/O）的区别。 存储器性能指标： 分析存储器的存取时间、访问速度、存储密度等关键参数，理解这些参数如何影响系统的整体性能。 第三章 输入输出（I/O）接口设计 本章是本书的核心之一，将深入讲解微机系统如何与外部世界进行信息交互，重点关注各种I/O接口的设计原理、工作方式和编程实现。 I/O接口的基本概念： 定义I/O接口的作用，阐述其在数据缓冲、信号电平转换、协议匹配等方面的功能。 并行接口： 并行通信原理： 讲解数据在多条数据线上同时传输的特点，分析其速度优势和线缆长度限制。 并行I/O芯片： 以经典的8255A为例，详细介绍其内部结构、工作模式（I/O模式、双向模式）、控制寄存器和端口配置。讲解如何使用8255A实现简单的输入输出功能，如LED显示、按键扫描。 并行接口的应用： 讨论并行接口在打印机、并行端口（如Centronics接口）等设备上的应用。 串行接口： 串行通信原理： 讲解数据在单条数据线上逐位传输的特点，分析其远距离通信的优势和数据编码、时钟同步的问题。 异步串行通信（UART）： 详细介绍UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的工作原理，包括波特率、起始位、数据位、校验位和停止位。讲解常用的串行通信接口标准，如RS-232。 同步串行通信： 简要介绍同步通信方式，如SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit），理解它们在片内、片间通信中的应用。 串行接口的应用： 讨论串行接口在Modem、鼠标、串口通信等设备上的应用。 I/O端口的编址方式： 再次强调存储器映射I/O和端口映射I/O的区别，以及它们对指令选择的影响。 接口芯片与微处理器的连接： 讲解如何通过地址总线、数据总线和控制信号将I/O接口芯片连接到微处理器，实现数据传输和状态查询。 第四章 中断系统 本章将详细阐述中断的概念、工作机制以及在微机系统中实现中断功能的硬件和软件设计。 中断的基本概念： 定义中断，理解其在提高系统效率、响应外部事件中的重要性。区分内中断（如指令执行错误）和外中断（如I/O设备请求）。 中断请求与中断响应： 讲解CPU如何接收中断请求，以及中断向量表的概念，理解中断向量如何指向中断服务程序的入口。 中断优先级与中断嵌套： 分析不同中断源之间的优先级，以及中断服务程序如何响应更高级别中断（中断嵌套）。 中断控制器： 介绍中断控制器（如8259A）的功能，包括中断请求的收集、优先级判断、中断屏蔽和中断向量的生成。 中断服务程序（ISR）： 讲解编写中断服务程序的原则，包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等关键步骤。 中断的应用： 讨论中断在键盘输入、定时器溢出、数据传输完成等场景下的应用。 第五章 定时器/计数器 本章将深入研究微机系统中定时器/计数器的功能、工作模式及其在各种应用中的实现。 定时器/计数器的基本原理： 讲解其工作原理，即通过一个内部时钟信号对输入脉冲进行计数，可用于延时、脉冲生成、频率测量等。 工作模式： 介绍常见的定时器/计数器工作模式，如定时模式（生成固定时间的延迟）、计数模式（对外部事件计数）、波形生成模式等。 与微处理器的接口： 讲解定时器/计数器如何与微处理器进行连接，包括控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器的读写操作。 应用实例： 演示如何使用定时器/计数器实现LED闪烁、步进电机控制、精确延时等功能。 第六章 直接存储器存取（DMA） 本章将介绍DMA技术，理解它如何实现CPU不参与数据传输，从而显著提高数据传输效率。 DMA的基本概念： 定义DMA，理解其在数据块高速传输中的作用。 DMA控制器： 讲解DMA控制器的主要功能，包括源地址、目标地址、传输字节数设置，以及请求和撤销总线控制的过程。 DMA工作流程： 详细描述DMA传输过程，包括DMA请求、总线周期窃取、数据传输以及传输完成后的中断通知。 DMA的应用： 探讨DMA在磁盘控制器、网络接口、图形卡等高速数据传输设备中的应用。 第七章 键盘与显示接口 本章将聚焦于微机系统中与用户交互最直接的接口——键盘和显示器的接口设计与控制。 键盘接口： 键盘扫描原理： 讲解矩阵键盘的扫描原理，通过行线和列线的交叉，检测按键按下。 键盘编码： 介绍键盘编码的概念，如何将扫描码转换为ASCII码或其他编码。 键盘接口芯片： 介绍常用的键盘接口芯片，如8048/8049单片机内置键盘接口，或独立键盘扫描芯片。 键盘输入处理： 讨论如何通过软件或硬件实现键按下、键抬起、组合键等事件的处理。 显示接口： 显示器类型： 介绍常见的显示器类型，如LED数码管、LCD（液晶显示器）和CRT（阴极射线管）显示器。 显示驱动： 讲解如何通过CPU控制显示驱动芯片，向显示器发送控制信号和显示数据。 数码管显示： 详细说明7段数码管的原理，以及如何驱动显示0-9数字和部分字母。 LCD显示： 介绍点阵LCD的显示原理，字符型LCD（如HD44780）和图形点阵LCD的控制方式。 显示接口芯片： 讲解常用的显示控制器芯片（如显卡中的GPU），以及它们与CPU和显示器之间的接口。 第八章 模数（A/D）与数模（D/A）转换接口 本章将介绍如何将模拟信号转换为数字信号（A/D转换），以及将数字信号转换为模拟信号（D/A转换），实现微机系统与模拟世界的交互。 模数（A/D）转换： A/D转换原理： 介绍A/D转换的基本概念，如采样、量化和编码。 A/D转换器（ADC）： 介绍常见的ADC芯片，如逐次逼近型、双积分型、Σ-Δ型ADC。分析其分辨率、采样速率、线性度等参数。 A/D转换接口设计： 讲解ADC芯片与微处理器之间的连接方式，包括控制信号、数据输出和时序要求。 应用： 讨论A/D转换在数据采集、传感器测量、音频处理等领域的应用。 数模（D/A）转换： D/A转换原理： 介绍D/A转换的基本概念，将数字值转换为对应的模拟电压或电流。 D/A转换器（DAC）： 介绍常见的DAC芯片，如电阻网络型、R-2R梯形网络型DAC。分析其分辨率、转换速率、输出范围等参数。 D/A转换接口设计： 讲解DAC芯片与微处理器之间的连接方式。 应用： 讨论D/A转换在音频输出、波形发生、数字控制等领域的应用。 第九章 微机系统总线与通信 本章将扩展到微机系统内部以及不同系统之间通信的总线技术和通信协议。 微机系统总线： 系统总线结构： 再次回顾并深入分析CPU、内存、I/O设备之间共享的总线结构。 总线标准： 介绍常见的工业总线标准，如ISA、PCI、PCIe等，理解它们在性能、扩展性和接口方面的演进。 串行通信协议： RS-485： 介绍RS-485协议，理解其差分信号传输的特点，适用于多点通信和远距离传输。 CAN（Controller Area Network）： 讲解CAN总线在汽车电子、工业自动化等领域广泛应用的特点，如高可靠性、多主方式。 USB（Universal Serial Bus）： 简要介绍USB总线的特点，包括即插即用、高速传输以及在消费电子设备中的普及。 网络通信基础： Ethernet： 简要介绍以太网的工作原理，MAC地址、IP地址和TCP/IP协议栈的概念。 通信接口： 介绍网络接口卡（NIC）的作用，以及如何通过网卡实现微机与网络的连接。 第十章 嵌入式系统中的接口技术 本章将结合实际应用，探讨嵌入式系统中常见的接口技术及其设计考量。 嵌入式系统的特点： 介绍嵌入式系统的特点，如功耗低、体积小、实时性要求高等。 常用接口： GPIO（General Purpose Input/Output）： 讲解通用输入输出接口在嵌入式系统中的灵活应用，直接控制LED、读取开关状态等。 ADC/DAC： 强调在传感器数据采集和模拟信号输出方面的应用。 UART/SPI/I2C： 再次强调这些串行接口在连接传感器、驱动器、外围模块中的重要性。 SD卡接口： 介绍SD卡作为存储介质在嵌入式设备中的应用，以及其接口协议。 摄像头接口（如MIPI）： 简要介绍用于连接图像传感器的高速串行接口。 低功耗接口设计： 讨论在功耗敏感的嵌入式系统中，如何优化接口设计以降低功耗。 实时操作系统（RTOS）与接口： 简要说明RTOS如何管理和调度接口资源，以满足实时性要求。 本书特色： 理论与实践相结合： 深入浅出的理论讲解，配合丰富的实例分析，帮助读者建立直观的理解。 深入剖析硬件细节： 详细介绍各类接口芯片的内部结构、工作原理和时序，为实际电路设计提供指导。 关注前沿技术： 适时引入一些现代微机系统和嵌入式系统中常见的接口技术，保持知识的 актуальность。 循序渐进的难度： 内容从基础概念逐步深入到复杂应用，适合初学者入门，也为有一定基础的读者提供进阶学习。 通过本书的学习，读者将能够全面掌握微机系统的接口技术，理解不同接口的工作原理，并能独立进行接口电路的设计与调试，为从事嵌入式系统开发、硬件设计、计算机应用等相关领域打下坚实的基础。

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