计算机硬件技术及应用基础（下册 微机接口部分）

按照基本功能、内部结构与外部引脚、内部端口寄存器寻址与读/写控制、初始化与应用编程几个层面组织内容，便于读者更好地抓住各类可编程芯片的规律性的东西，更好地理解和掌握他们的应用方法；

采用汇编语言和C语言两种例程介绍接口驱动程序编写，以适应读者的实际需要。

特别提示：本书提供制作精良的电子教案，有用书的学校老师请联系ly.waterpub@163.com免费索取。索取时请在邮件中提供您所在学校的详细名称及用书数量。谢谢！

本书是作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材和中国水利水电出版社组织的“新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材”编写的，是国家精品课程《计算机硬件技术基础》的配套教科书。

本书是以作者2001年编著出版的同名普通高等教育“九五”国家级重点教材为基础，根据近几年来计算机及其应用技术的新发展，以及教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会最新发布的关于理工类专业本课程教学基本要求之“较高要求”，结合作者所在国家级教学团队近年来精品课程建设的成果，再参考广大读者反馈回来的意见，重新改编而成的。

本书把讲述各知识单元和知识点的主要切入机种，由原“九五”国家级重点教材的486 PC机变成了目前已成为主流的Pentium系列PC机。但考虑到Pentium系列处理器与其前辈处理器80486一样，均内含了一种与8086处理器兼容的实地址操作模式，因此全书在介绍计算机各大组成部分基本原理与接口技术的实质性内容时，仍和原来一样，主要基于实地址方式和以8086 CPU为核心的PC/AT机时代形成的AT技术标准进行。这种编写思路与一开始就从8086 PC机切入是有根本区别的，将更加有利于实现基础性、系统性、先进性和实用性的统一。

本书在尽量保持原“九五”国家级重点教材基本编写原则及特色的基础上，进一步对内容及其组织方式作了优化调整。调整的基本出发点是作者所在课程组多年来在本课程改革和建设中所形成的重要教学理念，即：围绕一条主线、突出两个结合、狠抓三个基本、坚持淡内强外、倡导自主学习、注重能力培养。据此，形成了本书以下几个主要特点：

（1）紧紧围绕计算机系统硬件组成及工作原理这条主线，重点介绍有关计算机工作的一些先进而实用的重要机理、思想和技术。也正是基于这一思想，本书微机原理部分才一改传统的内容组织结构，作出新的尝试：先集中介绍微机系统及其各大硬件组成部分（处理器、存储器、I/O设备及接口、总线）的基本结构、工作原理和现代高档微机中相继采用的一些先进计算机技术，然后再讲软件层面的内容，介绍Pentium处理器的汇编级指令系统和汇编语言及编程。

（2）考虑到计算机工作的过程，本质上是以硬件为基础执行程序即软件的过程，所以在紧紧围绕硬件技术基础这根主线展开教材内容的同时，也高度重视硬件与软件的结合，着力培养读者利用计算机硬件为主技术、从硬件与软件的结合上处理问题的思维方式和分析、解决问题的能力。

（3）根据本课程理论性、系统性、工程性、实践性都很强的特点，全书切实贯彻了理论与实践紧密结合的原则，通过引入较多的来自科研实践的案例和论例，着力启发读者应用基本原理方法分析解决实际问题的思路。

（4）在讲述各知识单元、知识点内容时，以讲清“三个基本”为重点，力求更好地突出基本概念、基本原理、基本方法的提炼和阐明，而适当淡化、压缩在具体PC机中的应用说明。立足于使读者对基本概念能熟悉、对基本原理能理解、对基本方法技能能较好掌握，在此基础上再去拓展知识，开发创新思维能力和分析解决实际问题的能力。这样处理，可能更有利于讲清计算机基本工作原理和基本接口方法，使学生更快更好地掌握计算机及其应用技术精髓，从而更符合非计算机专业计算机教育教学的规律。

（5）从非计算机专业人员学习计算机的目的是为了应用这一特点出发，无论对微型计算机还是各种外围芯片、外部设备，都适当淡化了内部原理，而强化了外部接口及应用，把着力点放在介绍外设、外围芯片与CPU的接口方法，以及根据应用需要选择可编程接口芯片的工作方式和编写接口驱动程序等方面。

（6）为有利于读者更好地抓住各类可编程接口芯片的规律性的东西，更好地理解和掌握它们的应用方法，在介绍它们时，基本上都按基本功能、内部结构与外部引脚、内部端口寄存器寻址与读/写控制、初始化与应用编程几个层面去重组内容。

（7）对存储器按7个要点进行了内容重组，突出了基于半导体存储器接口特性的内存构成原理这个重点。

（8）为了适应实际中计算机接口驱动程序既可使用汇编语言编写又可采用C语言编写的现状，本书一改传统做法，在针对接口硬件编写驱动程序时，许多地方都同时给出了汇编语言和C语言两种例程。另外，本书还专门增设了第7章，介绍Windows下和DOS下设备驱动程序的区别，以及Windows设备驱动程序的设计开发方法。

本书分上、下两册。上册为微机原理部分，由10章组成，从第1章到第10章分别为：微型计算机系统概述，微型计算机硬件组成基础，微处理器，存储器，I/O设备及接口，总线，中断机制，计算机基本工作原理，Pentium系列处理器指令系统，汇编语言及编程。下册为微机接口部分，由8章组成，从第1章到第8章分别为：微机接口技术概述，并行接口，串行接口，I/ O接口中的中断技术，I/O接口中的定时/计数技术，常用I/O设备（包括基本人机交互设备、模拟I/O设备、多媒体设备）的接口方法，Windows下的I/O设备驱动程序，微机在嵌入式系统中的应用。

本书由邹逢兴主编并负责策划组织结构、制定三级目录和全书统稿定稿。本册（微机接口部分）具体编写工作，除6.6节、6.7节和第8章由邹逢兴完成，第7章由邹逢兴和李迅共同完成外，其余各章节均由陈立刚在邹逢兴主编的原国家级规划教材和教育部统编教材的基础上修订而成。

全书编写过程中，得到本单位“计算机硬件技术与控制”系列课程国家级教学团队中张湘平、胡德文、郑志强、吕鸣、龙志强、李云钢、徐晓红、李春、史美萍、罗兵、李治斌、薛小波、高政、滕秀梅、李红等许多同志的大力帮助；编辑出版过程中，得到中国水利水电出版社万水公司杨庆川总经理、雷顺加总编和李炎责任编辑等同志的大力支持，他们为此付出了辛勤劳动。在此，对他们表示深深的谢意！

最后想说明的是，本书上、下两册是一个有机联系的统一体，显然，配套使用有利于教学的系统性、完整性。一般说来，对电为主类工科专业应该这样使用。但是，考虑到非电为主类工科专业或非工科专业的用户，由于学时数有限或其他原因，可能不需要这么完整的内容，或者只想让学生懂得微机基本原理，或者重点希望学生掌握微机接口技术，为此我们在策划体系结构和组织教学内容时，特意作了精心安排，使上、下册既具有明显不同的偏重，又分别在微机原理和接口技术方面具有一定的独立性和相对的完整性，因而即使单独使用也是完全可以满足要求的。

本书虽然在“九五”国家级重点教材的基础上有所改进，但离教学要求肯定还有差距，且错误之处仍然难免，恳请使用本书的读者不吝批评指正，以便不断改进、完善。

邹逢兴

2009年12月于湘江之滨•长沙市

总序
前言
第1章 微机接口技术概述 1
1.1 微机接口与接口技术 2
1.1.1 微机接口 2
1.1.2 微机接口技术 2
1.2 接口的分类 3
1.3 接口的基本功能 4
1.4 接口的典型结构 4
1.5 接口软件的一般组成 5
1.6 I/O端口的编址及译码 6
1.6.1 I/O端口的编址方式 6
1.6.2 I/O端口地址译码方法 8
1.7 I/O同步控制方式 12
1.7.1 程序查询式控制 13
1.7.2 中断驱动式控制 15
1.7.3 DMA式控制 16
1.7.4 延时等待式控制 19
1.8 PC系列微机接口技术基础 19
1.8.1 I/O地址空间 20
1.8.2 I/O端口地址分配 20
1.8.3 I/O保护 21
1.8.4 I/O端口的访问 22
思考题与习题一 24
第2章 并行接口 27
2.1 并行接口与串行接口概述 28
2.1.1 并行接口 28
2.1.2 串行接口 28
2.1.3 并行接口与串行接口在结构上的异同 28
2.2 简单的不可编程并行接口电路 29
2.2.1 三态门接口 29
2.2.2 锁存器接口 30
2.2.3 带三态缓冲输出的锁存器接口 31
2.2.4 不可编程并行接口应用举例 32
2.3 可编程并行接口芯片8255及应用 35
2.3.1 8255的基本功能 35
2.3.2 内部结构与外部引脚 35
2.3.3 内部寄存器读/写控制 36
2.3.4 控制字格式与初始化编程 37
2.3.5 三种工作方式及接口方法 39
2.3.6 8255应用举例 49
思考题与习题二 56
第3章 串行接口 61
3.1 串行通信的基本概念 62
3.1.1 串行通信工作方式 62
3.1.2 波特率和收/发时钟 62
3.1.3 信号的调制和解调 63
3.1.4 误码率与差错控制 65
3.1.5 信道及多路复用 66
3.1.6 串行通信的基本方式 67
3.1.7 串行通信协议 68
3.1.8 串行通信的实现方法 70
3.2 常用串行通信接口标准 71
3.2.1 RS-232C接口标准 71
3.2.2 RS-422A/423A 接口标准 77
3.2.3 RS-485 接口标准 79
3.2.4 几种接口标准的比较 80
3.3 通用同步/异步串行接口芯片8251
及应用 81
3.3.1 8251的基本功能 81
3.3.2 内部结构与外部引脚 81
3.3.3 8251的工作过程 84
3.3.4 内部寄存器读/写控制 85
3.3.5 初始化与应用编程 85
3.4 通用异步串行接口芯片INS8250及应用 92
3.4.1 INS8250的基本功能 92
3.4.2 内部结构与外部引脚 93
3.4.3 内部寄存器读/写控制 96
3.4.4 初始化与应用编程 97
思考题与习题三 108
第4章 I/O接口中的中断技术 111
4.1 可编程中断控制器芯片8259A 112
4.1.1 基本功能 112
4.1.2 内部结构与外部引脚 112
4.1.3 中断工作过程 114
4.1.4 内部寄存器读/写控制 115
4.1.5 可编程设置的工作方式 115
4.1.6 命令字格式与编程 118
4.2 中断处理程序的设计 126
4.2.1 中断处理程序的设计 126
4.2.2 中断向量表及中断向量填写 127
4.2.3 I/O中断处理程序设计举例 129
4.3 高级可编程中断控制器APIC 131
4.3.1 APIC的组成结构 131
4.3.2 本地APIC 132
4.3.3 I/O APIC 139
4.3.4 APIC的工作过程 142
思考题与习题四 142
第5章 I/O接口中的定时/计数技术 145
5.1 实现定时的一般方法 146
5.2 可编程定时器/计数器8254 146
5.2.1 基本功能 147
5.2.2 内部结构与外部引脚 147
5.2.3 内部端口寻址与读/写控制 149
5.2.4 六种工作方式 149
5.2.5 8254的编程 154
5.3 8254应用举例 157
习题与思考题五 165
第6章 常用I/O设备的接口方法 169
6.1 键盘接口 170
6.1.1 行/列扫描式键盘接口 170
6.1.2 线反转式键盘接口 175
6.2 8段LED显示器接口 177
6.2.1 一位8段LED显示器接口 177
6.2.2 多位8段LED显示器接口 178
6.3 打印机接口 181
6.3.1 IEEE1284标准 182
6.3.2 基于IEEE1284标准的并行打印机接口方法 187
6.4 A/D转换器（ADC）接口 193
6.4.1 影响ADC接口方法的主要因素 193
6.4.2 同步控制方式对ADC接口的影响 193
6.4.3 ADC和MPU的相对位数对ADC接口的影响 195
6.4.4 ADC实用接口举例 196
6.5 D/A转换器接口 203
6.5.1 与MPU数据总线直接相连型DAC接口 203
6.5.2 通过寄存器与MPU数据总线相连型DAC接口 203
6.5.3 DAC实用接口举例 204
6.6 声频设备接口 207
6.6.1 声频接口一般原理 207
6.6.2 目前流行声卡的功能、结构及性能 209
6.7 视频设备接口 214
6.7.1 视频概述 214
6.7.2 视频接口一般原理 216
6.7.3 目前流行视频卡的功能、结构及性能 221
思考题与习题六 229
第7章 Windows下的I/O设备驱动程序 235
7.1 设备驱动程序概述 236
7.1.1 设备驱动程序的分类 236
7.1.2 Windows下和DOS下设备驱动程序的区别 238
7.2 Win32设备驱动程序模型WDM 240
7.2.1 WDM驱动程序的特点 240
7.2.2 WDM驱动程序的功能组成 243
7.3 Windows设备驱动程序设计方法 244
7.3.1 WDM设备驱动程序开发环境 245
7.3.2 WDM设备驱动程序设计过程 247
7.3.3 WDM设备驱动程序安装 252
7.4 WDM设备驱动程序设计实例 253
7.4.1 系统时钟读取驱动程序设计 253
7.4.2 虚拟网卡驱动程序设计 257
思考题与习题七 263
第8章 微机在嵌入式系统中的应用 265
8.1 嵌入式系统概述 266
8.1.1 何谓嵌入式系统 266
8.1.2 嵌入式系统的软硬件框架 266
8.1.3 嵌入式系统的分类 269
8.2 嵌入式系统的开发设计 271
8.2.1 一般开发设计流程 271
8.2.2 硬件系统的设计 273
8.2.3 软件系统的设计 277
8.3 基于LPC2212的三关节机器人控制系统 281
8.3.1 三关节机器人控制系统的结构与功能 281
8.3.2 三关节机器人控制系统的硬件电路设计 282
8.3.3 三关节机器人控制系统的软件设计 289
思考题与习题八 304
参考文献 305

1. 微机原理与接口技术 [李珍香 编著]
2. ARM Cortex-M体系架构与接口开发实战 [林庆峰 等 编著]
3. 微型计算机原理与接口技术（第二版） [主编 王向慧]
4. 微型计算机原理与接口技术学习与实验指导（第二版） [主编 杨立]
5. 微型计算机原理与接口技术（第二版） [主编 杨立]
6. 微机原理与接口技术（第二版） [主 编 李云强]
7. 微机原理与汇编语言程序设计（第二版） [主编 荆淑霞]
8. 单片机原理及典型应用接口技术 [刘甫 陈健美 编著]
9. 微型计算机原理与接口技术实验及习题指导 [主编 何超]
10. 微型计算机原理与接口技术 [何超]
11. 单片微型计算机原理及接口技术实验指导与实训 [林军 等编著]
12. 计算机硬件技术及应用基础（上册•微机原理部分） [邹逢兴 主 编]
13. 微机原理与接口技术 [梁建武 主 编 ]
14. 微机原理与接口技术 [李云强 主 编 ]
15. 微型计算机及其接口技术 [胡敏 张永 主编]
16. 微型计算机通信与接口技术 [刘兵　易逵　朱天清 等编著]
17. 微机原理与接口 [耿恒山 主编]
18. 微机原理、汇编语言与接口技术 [唐瑞庭 等编著]
19. 微机原理与汇编语言程序设计--习题解答、实验指导和实训 [荆淑霞 主编]
20. 微机原理及接口技术 [蒋新革 主编]
21. 微型计算机原理与常用接口技术 [黄同愿 等编著]
22. 微机接口技术 [董方武 主编]
23. 微机原理、汇编语言与接口技术 [徐雅娜 主编]
24. 微机原理与汇编语言程序设计 [荆淑霞 主编]
25. 微型计算机原理与接口技术 [王向慧 等编著]
26. 单片机接口技术（C51版） [张道德 编著]
27. 计算机硬件技术基础（第三版） [艾德才 等编著]
28. 微型计算机原理与接口技术学习与实验指导 [杨 立 主 编]
29. 计算机硬件基础 [童世华 主 编]
30. 微型计算机通信与接口技术（第二版） [刘兵 等编著]