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計算機接口技術(shù)

作者：劉樂善
出版社：清華大學(xué)出版社出版時間：2021-08-01
開本： 16開 頁數(shù)： 265
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計算機接口技術(shù) 版權(quán)信息

計算機接口技術(shù) 本書特色

在微機系統(tǒng)中，微處理器的強大控制功能必須通過外部設(shè)備才能實現(xiàn)，而外設(shè)與微處理器之間的信息交換及通信又是靠接口來實現(xiàn)的。在實際應(yīng)用中，人們總是通過接口來加入用戶自己的設(shè)備或模塊構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，所以，接口技術(shù)是微機應(yīng)用系統(tǒng)研究與開發(fā)的重要基礎(chǔ)，已成為當(dāng)代理工科大學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的一種通用技術(shù)。因此，對不同類型接口的工作原理與基本組成進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)是必要的。但是，接口技術(shù)所涉及的知識面廣，尤其是不可避免的要與硬件打交道，課程的實踐性很強，這些都給學(xué)習(xí)和掌握微機接口技術(shù)帶來一定的困難，需要相關(guān)的教材提供幫助，本書就是為此而編寫的。 接口技術(shù)是一門實踐性很強的課程，除了課堂理論學(xué)習(xí)之外，還需要強有力的實踐性環(huán)節(jié)與之配合。為此，作者在接口技術(shù)中，設(shè)置了課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、實習(xí)和實際動手能力的實訓(xùn)等多種實踐環(huán)節(jié)，并積累了豐富的實踐教學(xué)資料，可對有興趣的讀者開放。

計算機接口技術(shù) 內(nèi)容簡介

《計算機接口技術(shù)（面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)大學(xué)計算機類專業(yè)教材）》兼顧傳統(tǒng)微機接口與嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)，全面介紹計算機接口的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和典型接口實現(xiàn)方法。全書共12章，具體內(nèi)容包括概述、總線技術(shù)、I/O端口地址譯碼技術(shù)、基于MIPSfpga的微處理器、并行接口、串行接口、中斷技術(shù)、DMA技術(shù)、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器接口、USB設(shè)備接口和人機交互設(shè)備接口，*后通過基于MIPSfpga的GPS定位顯示系統(tǒng)設(shè)計實例綜合介紹接口應(yīng)用與設(shè)計方法。 《計算機接口技術(shù)（面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)大學(xué)計算機類專業(yè)教材）》內(nèi)容豐富，取材新穎，敘述清晰，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(lián)網(wǎng)、電子、通信、自動化等專業(yè)研究生、本科生教材，也可供微型或嵌入式計算機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員自學(xué)參考。

計算機接口技術(shù) 目錄

第1章概述1

1.1接口的基本任務(wù)與接口技術(shù)的發(fā)展概況1

1.1.1接口的基本任務(wù)1

1.1.2接口技術(shù)的發(fā)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(shù)內(nèi)容的劃分3

1.3設(shè)備接口4

1.3.1設(shè)備接口的功能4

1.3.2設(shè)備接口的組成5

1.3.3設(shè)備接口與CPU交換數(shù)據(jù)的方式6

1.3.4分析與設(shè)計設(shè)備接口電路的基本方法6

1.4接口電路設(shè)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(gòu)成9

習(xí)題110


第2章總線技術(shù)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(shù)12

2.3總線數(shù)據(jù)傳輸過程及其握手方式13

2.3.1總線數(shù)據(jù)傳輸過程13

2.3.2總線數(shù)據(jù)傳輸過程的握手方式13

2.4總線的分類與層次化結(jié)構(gòu)15

2.4.1總線的分類15

2.4.2總線的層次化結(jié)構(gòu)16

2.5總線標(biāo)準(zhǔn)和總線插槽18

2.5.1總線標(biāo)準(zhǔn)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(xí)題233


第3章I/O端口地址譯碼技術(shù)35

3.1I/O地址空間35

3.2I/O端口35

3.2.1什么是端口35

3.2.2端口的共用技術(shù)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(xiàn)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(shè)計I/O端口地址譯碼電路時應(yīng)注意的問題41

3.6I/O端口地址譯碼電路舉例41

習(xí)題347


第4章基于MIPSfpga的微處理器系統(tǒng)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(fā)板接口56

4.2.4EJTAG接口574.3MIPSfpga處理器系統(tǒng)57

4.3.1AMBA總線規(guī)范57

4.3.2AXI4總線規(guī)范58

4.3.3基于AXI4接口模塊的MIPSfpga處理器系統(tǒng)65

習(xí)題467


第5章并行接口69

5.1并行接口的特點69

5.2PPI8255并行接口69

5.2.1PPI接口芯片70

5.2.2PPI接口實例: 步進(jìn)電機控制接口設(shè)計73

5.2.3PPI接口實例: 聲光報警器接口設(shè)計76

5.3GPIO接口79

5.3.1GPIO的基本概念79

5.3.2GPIO的結(jié)構(gòu)79

5.3.3基于AHBLite總線的GPIO應(yīng)用實例80

習(xí)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(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞?4

6.1.4串行通信中的調(diào)制與解調(diào)84

6.2串行通信協(xié)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(shù)據(jù)格式88

6.3串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)91

6.3.1RS232C標(biāo)準(zhǔn)91

6.3.2RS485標(biāo)準(zhǔn)93

6.3.3SPI標(biāo)準(zhǔn)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(wù)98

6.4.2串行通信接口電路的解決方案99

6.5RS232C標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口電路設(shè)計100

6.5.1設(shè)計要求100

6.5.2設(shè)計方案分析100

6.5.3電路與程序設(shè)計103

6.6基于UART的串行通信接口電路104

6.6.1設(shè)計要求104

6.6.2設(shè)計方案分析105

6.6.3電路與程序設(shè)計111

習(xí)題6113


第7章中斷技術(shù)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(nèi)部中斷116

7.3中斷系統(tǒng)117

7.3.1中斷系統(tǒng)的組成117

7.3.2中斷系統(tǒng)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(tǒng)123

7.5.1Intel中斷系統(tǒng)的組成123

7.5.2中斷控制器PIC82C59A123

7.5.3Intel系統(tǒng)中斷資源的應(yīng)用131

7.5.4中斷服務(wù)程序設(shè)計133

7.6MIPSfpga處理器中斷系統(tǒng)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基于AXI總線接口的中斷控制器146

7.7.1特征概述146

7.7.2基本構(gòu)成147

7.7.3中斷處理過程150

7.7.4AXI中斷控制器應(yīng)用實例151

習(xí)題7154


第8章DMA傳輸技術(shù)156

8.1DMA傳輸基本原理156

8.1.1DMA傳輸?shù)奶攸c156

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(tǒng)總線占有權(quán)的轉(zhuǎn)移159

8.4Intel DMA系統(tǒng)160

8.4.1Intel DMA系統(tǒng)的組成160

8.4.2可編程DMAC 82C37A161

8.4.3Intel DMA傳輸?shù)某跏蓟?68

8.4.4Intel DMA系統(tǒng)資源的應(yīng)用168

習(xí)題8170


第9章A/D與D/A轉(zhuǎn)換器接口171

9.1模擬量接口的作用171

9.2A/D轉(zhuǎn)換器171

9.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)171

9.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性172

9.3A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計的任務(wù)與方法173

9.3.1A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的連接173

9.3.2A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)交換方式174

9.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)在線處理174

9.3.4A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計需考慮的問題175

9.4A/D轉(zhuǎn)換器中斷方式接口電路設(shè)計1759.5D/A轉(zhuǎn)換器179

9.5.1D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)179

9.5.2D/A轉(zhuǎn)換器的外部特性180

9.6D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計的任務(wù)與方法180

9.6.1D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的連接180

9.6.2D/A轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)交換方式181

9.6.3D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計需考慮的問題181

9.7鋸齒波三角波發(fā)生器接口電路設(shè)計181

9.8溫度采樣接口電路設(shè)計184

習(xí)題9191


第10章USB設(shè)備接口192

10.1USB概述192

10.1.1USB技術(shù)的發(fā)展192

10.1.2USB標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計目標(biāo)及使用特點193

10.2微機USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)194

10.2.1USB系統(tǒng)的組成194

10.2.2USB通信模型及數(shù)據(jù)流模型197

10.2.3USB數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)編碼與解碼205

10.4USB設(shè)備接口設(shè)計基礎(chǔ)知識206

10.4.1USB設(shè)備接口邏輯結(jié)構(gòu)207

10.4.2USB設(shè)備狀態(tài)及轉(zhuǎn)換208

10.4.3USB設(shè)備的配置及描述符210

10.4.4USB設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)操作及請求211

10.5大容量USB存儲設(shè)備設(shè)計實例215

10.5.1概述215

10.5.2USB存儲設(shè)備初始化216

10.5.3USB傳輸220

習(xí)題10223第11章基本人機交互設(shè)備接口224

11.1人機交互設(shè)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(tài)顯示的掃描方式229

11.4鍵盤/LED顯示器接口電路設(shè)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(shè)計235

11.6矩陣鍵盤接口電路設(shè)計237

11.7并行打印機接口標(biāo)準(zhǔn)及接口電路設(shè)計238

11.7.1并行打印機接口標(biāo)準(zhǔn)238

11.7.2并行打印機接口電路設(shè)計240

習(xí)題11242


第12章基于MIPSfpga的GPS定位顯示系統(tǒng)設(shè)計243

12.1GPS定位顯示系統(tǒng)整體設(shè)計243

12.1.1系統(tǒng)功能描述243

12.1.2系統(tǒng)設(shè)計243

12.2GPS數(shù)據(jù)采集顯示244

12.2.1PmodGPS模塊244

12.2.2GPS數(shù)據(jù)采集驅(qū)動模塊實現(xiàn)245

12.2.3基于AHBLite總線的GPIO模塊實現(xiàn)248

12.3UART通信256

12.3.1PmodBT2模塊256

12.3.2UART數(shù)據(jù)收發(fā)驅(qū)動模塊實現(xiàn)257

12.3.3UART接口實現(xiàn)259

12.4整體功能實現(xiàn)26012.4.1系統(tǒng)底層接口實現(xiàn)260

12.4.2系統(tǒng)PC客戶端軟件實現(xiàn)261

12.4.3總結(jié)262

習(xí)題12262


參考文獻(xiàn)264

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計算機接口技術(shù) 作者簡介

陳進(jìn)才，華中科技大學(xué)計算機學(xué)院/武漢光電國家實驗室教授，博士生導(dǎo)師。2000 年12 月畢業(yè)于西安交通大學(xué)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)，獲博士學(xué)位。2001 年1 月至2003 年1 月在華中科技大學(xué)外存儲系統(tǒng)國家專業(yè)實驗室從事博士后研究工作。2011 年10 月至2012年10 月由國家公派到美國加州大學(xué)圣克魯斯分校(University of California, Santa Cruz)存儲系統(tǒng)研究中心(Storage Systems Research Center，SSRC)訪學(xué)。近年主持國家自然科學(xué)基金項目2項，承擔(dān)“973”計劃項目1項、“863”計劃項目4項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲國際發(fā)明專利2項、中國發(fā)明專利15項。長期從事計算機專業(yè)的教學(xué)與科研工作。

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