目　录

第 1章　概论　1
1.1　微型计算机系统及发展简介　1
1.1.1　微型计算机系统　1
1.1.2　微型计算机发展简介　2
1.2　微型计算机是怎样工作的　3
1.2.1　进行控制与数据加工处理的微处理器　3
1.2.2　完成数据记忆存储的存储器　3
1.2.3　实现数据输入输出的I/O设备与接口　4
1.2.4　提供数据通路的总线　4
1.3　汇编语言在微机系统中的作用　5
1.3.1　为什么要讲汇编语言　5
1.3.2　讲汇编语言的哪些内容　5
1.4　微型计算机接口技术的概念　6
1.4.1　微机接口技术的作用与基本任务　6
1.4.2　微机接口技术的层次与内容　7
1.4.3　微机接口技术的基本概念　8
1.4.4　微机接口技术的发展概况　11
1.4.5　分析微机硬件的软件模型方法　12
1.4.6　本书内容安排　13
习题　13

模块1　微机系统的基本组成及工作原理
　　第 2章以16位微型计算机为实例介绍微机系统的微处理器、存储器、I/O设备及总线，借以说明微机工作的基本原理，作为微机组成的硬件基础知识，为学习后面章节的接口技术和汇编语言作准备，而并非是为了专门讲解16位微机。因此，从内容的取材，编写的方法都与其他同类教材有所不同。若想了解更加先进、更加复杂的新型微机可参考有关教材或文献。

第 2章　微型计算机系统的组成及工作原理　15
2.1　微型计算机系统　15
2.1.1　微机系统的硬件组成　15
2.1.2　微机系统的软件配置　15
2.1.3　微机系统中的信息流与信息链　16
2.2　微处理器　17
2.2.1　微处理器的作用　17
2.2.2　微处理器组成的基本部件及工作原理　18
2.2.3　微处理器的功能结构　20
2.2.4　微处理器的外部特性　22
2.2.5　微处理器的编程模型　24
2.2.6　微处理器的指令集　27
2.2.7　微处理器工作模式　27
2.2.8　现代微处理器的新技术　28
2.3　存储器　30
2.3.1　存储器的作用　30
2.3.2　存储器的类型与层次　30
2.3.3　存储器地址空间和数据组织　31
2.3.4　存储器的管理机制—分段技术与寻址方案　32
2.3.5　存储器逻辑地址和物理地址的形成　35
2.3.6　堆栈　37
2.3.7　现代微机系统存储器的新特点　38
2.4　I/O设备与I/O设备接口　40
2.4.1　I/O设备及其接口的作用　40
2.4.2　I/O设备的类型及设备的逻辑概念　40
2.4.3　I/O设备所涉及的技术　41
2.4.4　现代微机接口技术的新概念　41
2.5　总线　42
2.5.1　总线的作用　42
2.5.2　总线的组成　42
2.5.3　总线的性能参数　43
2.5.4　总线传输操作过程　44
2.5.5　总线标准及总线插槽　44
2.5.6　ISA总线的定义与应用　45
2.5.7　现代微机总线技术的新特点　48
2.5.8　现代微机层次化总线结构对接口技术的影响　51
习题　51

模块2　汇编语言与程序设计
　　接下来的第3、4、5章介绍汇编语言指令集、寻址方式及程序设计的相关知识。汇编作为I/O设备接口设计的软件基础知识，将在后面各章设备接口的设计中与硬件结合，加以应用。
　　本书强调汇编语言与底层硬件的联系及应用，而不是系统地阐述与讲解汇编语言，若需要全面系统了解汇编语言的读者可参考文献[5][6]。

第3章　汇编语言寻址方式和指令集　53
3.1　汇编语言、汇编语言源程序和汇编程序　53
3.2　指令一般格式　53
3.3　寻址方式　54
3.3.1　立即寻址方式　54
3.3.2　寄存器寻址方式　55
3.3.3　直接寻址方式　55
3.3.4　寄存器间接寻址方式　56
3.3.5　寄存器相对寻址方式　56
3.3.6　基址+变址寻址方式　57
3.3.7　相对基址+变址寻址方式　57
3.3.8　I/O端口寻址方式与端口操作数　58
3.4　指令集　59
3.4.1　80X86指令系统　59
3.4.2　数据传送类指令　59
3.4.3　算术运算指令　62
3.4.4　位操作指令　67
3.4.5　串操作指令　70
3.4.6　中断调用与返回指令　76
3.4.7　处理器控制指令　77
3.4.8　转移指令、循环指令和子程序调用指令　77
习题　78

第4章　伪指令与语句格式　80
4.1　伪指令　80
4.1.1　处理器选择伪指令　80
4.1.2　数据定义伪指令　81
4.1.3　符号定义伪指令　81
4.1.4　段定义伪指令　82
4.1.5　源程序结束伪指令　84
4.1.6　过程定义伪指令　84
4.1.7　数制表示伪指令　84
4.1.8　设置汇编地址计数器伪指令　85
4.2　汇编语言语句格式　86
4.2.1　语句的格式　86
4.2.2　语句名字　86
4.2.3　语句操作码　87
4.2.4　语句操作数　87
4.2.5　语句注释　91
4.3　常用的DOS系统功能调用　91
4.3.1　DOS系统功能的调用方法　91
4.3.2　DOS系统功能调用举例　92
习题　97

第5章　汇编语言程序设计　99
5.1　汇编语言源程序结构　99
5.1.1　完整段定义结构　99
5.1.2　程序段前缀结构(标准序)　100
5.1.3　COM文件结构　101
5.1.4　简化段定义结构　102
5.2　汇编语言源程序设计步骤与程序流程图　103
5.2.1　汇编语言源程序设计的基本步骤　103
5.2.2　程序流程图　103
5.3　汇编语言源程序设计的基本方法　104
5.3.1　顺序程序设计　104
5.3.2　分支程序设计　104
5.3.3　循环程序设计　107
5.3.4　子程序设计与调用　114
5.4　汇编语言程序开发与运行环境　125
5.4.1　在DOS环境下开发与运行汇编语言程序的工具软件　125
5.4.2　在DOS环境下开发汇编语言程序的流程　126
5.4.3　用EDIT建立ASM文件　126
5.4.4　用MASM生成OBJ文件和用LINK生成EXE文件　126
5.4.5　调试程序的使用　129
5.4.6　在Windows环境下DOS程序的开发与运行　130
习题　130

模块3　微机接口设计的支持技术
　　微处理器在与外部设备打交道时，需要其他电路的支持与配合，如采用中断控制器、DMA控制器协助管理I/O信息的传输，利用定时器处理外部设备的定时与计数以及使用I/O端口地址译码电路来选择与之交换信息的外部设备等。这些电路(芯片)都可独立于微处理器进行操作，作为CPU访问与控制I/O设备不可缺少的支持，显然它们与接口设计密切相关，而且是各类接口的共用技术。这些为接口设计的支持技术将分别在第6、7、8章进行讨论。

第6章　I/O端口地址译码技术　131
6.1　I/O地址空间　131
6.2　I/O端口　131
6.2.1　I/O端口　131
6.2.2　I/O端口共用技术　132
6.2.3　I/O端口地址编址方式　132
6.2.4　独立编址方式的I/O端口访问　133
6.3　I/O端口地址分配及选用的原则　134
6.3.1　早期微机I/O地址的分配　134
6.3.2　现代微机I/O地址的分配　135
6.3.3　I/O端口地址选用的原则　136
6.4　I/O端口地址译码　136
6.4.1　I/O地址译码的方法　136
6.4.2　I/O地址译码电路的输入与输出信号线　137
6.5　I/O端口地址译码电路设计　137
6.5.1　设计I/O端口地址译码电路应注意的问题　137
6.5.2　I/O地址译码电路设计举例　138
习题　143

第7章　定时/计数技术　145
7.1　定时与计数　145
7.2　微机系统中的定时系统　146
7.3　外部定时方法及硬件定时器　146
7.3.1　定时方法　146
7.3.2　定时器　147
7.4　可编程定时/计数器82C54A　147
7.4.1　82C54A的外部特性和内部寄存器　147
7.4.2　82C54A的编程模型　149
7.4.3　82C54A的工作方式　151
7.4.4　82C54A的计数初值计算及装入　155
7.4.5　82C54A的初始化　156
7.5　定时/计数器的应用　157
7.5.1　用户扩展的定时/计数器应用　157
7.5.2　系统配置的定时/计数器应用　162
习题　169

第8章　中断技术　171
8.1　中断　171
8.2　中断的类型　171
8.2.1　硬中断　172
8.2.2　软中断　172
8.3　中断号　173
8.3.1　中断号与中断号的获取　173
8.3.2　中断响应周期　173
8.3.3　中断号的分配　174
8.4　中断触发方式与中断排队方式　175
8.4.1　中断触发方式　175
8.4.2　中断排队方式　175
8.5　中断向量与中断向量表　176
8.5.1　中断向量与中断向量表　176
8.5.2　中断向量表的填写　177
8.6　中断处理过程　178
8.6.1　可屏蔽中断的处理过程　178
8.6.2　不可屏蔽中断和软中断的处理过程　179
8.7　中断控制器　179
8.7.1　82C59A外部特性和内部寄存器　179
8.7.2　82C59A的端口地址　181
8.7.3　82C59A的工作方式　181
8.7.4　82C59A的编程模型　182
8.7.5　82C59A对CPU中断处理的支持作用　186
8.8　系统配置的可屏蔽中断体系　187
8.8.1　可屏蔽中断体系的组成　187
8.8.2　可屏蔽中断体系的初始化　188
8.9　用户对系统中断资源的应用　191
8.9.1　修改中断向量　191
8.9.2　编写中断服务程序　192
8.10　中断服务程序设计　193
8.10.1　主片82C59A的中断服务程序设计　193
8.10.2　从片82C59A的中断服务程序设计　196
习题　200

第9章　DMA技术　201
9.1　DMA传输　201
9.1.1　DMA传输的特点　201
9.1.2　DMA传输的过程　201
9.2　DMA操作　202
9.2.1　DMA操作类型　202
9.2.2　DMA操作方式　203
9.3　DMA控制器与CPU之间的总线控制权转移　203
9.3.1　DMA控制器的两种工作状态　203
9.3.2　DMA控制器与CPU之间的总线控制权转移　204
9.4　DMA控制器82C37A　205
9.4.1　82C37A的外部特性　205
9.4.2　82C37A的编程模型　206
9.4.3　82C37A的工作时序　212
9.5　系统配置的DMA体系　214
9.5.1　DMA体系的组成　214
9.5.2　DMA体系的初始化　215
9.6　用户对系统DMA资源的使用　216
9.6.1　DMA传输参数设置的内容　216
9.6.2　DMA传输参数设置的程序　216
习题　218

模块4　微机接口技术的基本内容
　　第 10～13章讨论设备接口。按照接口技术分层次的概念，设备接口是接口技术的上层，作为微机接口技术的基本内容，它们是各种类型微机包括单片机都应具有的。读者应该熟悉与掌握，重点进行学习。将在下面展开讨论的是一些使用十分普遍的，并且是需要用户自己动手设计的慢速常规设备接口，也正是用户进行二次开发的主要层面，而那些结构复杂的高端设备，已由专门厂商做好，随主机统一配置，很少由用户重新去设计，故未进行介绍。

第 10章　并行接口　219
10.1　并行接口的特点　219
10.2　组成并行接口电路的元器件　219
10.3　可编程并行接口芯片　220
10.3.1　外部特性和内部寄存器　220
10.3.2　工作方式　222
10.3.3　编程模型　222
10.4　微机系统中的应用　225
10.5　0方式及其应用举例　225
10.6　1方式及其应用举例　234
10.6.1　1方式下联络信号线的设置　234
10.6.2　1方式的工作时序　236
10.6.3　1方式的状态字　238
10.6.4　1方式的并行接口设计　239
10.7　2方式及其应用举例　242
10.7.1　2方式下联络信号的设置及时序　242
10.7.2　2方式的状态字　243
10.7.3　2方式的双向并行接口设计　243
习题　246

第 11章　串行通信接口　248
11.1　串行通信的基本概念　248
11.1.1　串行通信的基本特点　248
11.1.2　串行通信传输的工作方式(制式)　248
11.1.3　串行通信中的差错检测　249
11.1.4　串行通信的同步方式　250
11.1.5　串行通信中的调制与解调　251
11.2　串行通信中的传输速率控制　252
11.2.1　数据传输速率控制的实现方法　252
11.2.2　波特率与发送/接收时钟　252
11.2.3　波特率时钟发生器设计　254
11.3　串行通信中的数据格式　257
11.3.1　起止式异步通信数据格式　258
11.3.2　面向字符的同步通信数据格式　259
11.4　串行通信接口标准　259
11.4.1　EIA-RS-232C接口标准　259
11.4.2　RS-485接口标准　263
11.4.3　RS-232C与RS-485的转换　266
11.5　串行通信接口电路　266
11.5.1　串行通信接口的基本任务　266
11.5.2　串行通信接口电路的组成　267
11.6　用户扩展的串行通信接口　267
11.6.1　8251A的外部特性　267
11.6.2　8251A的编程模型　268
11.6.3　8251A的初始化　271
11.6.4　基于8251A的串行通信接口设计　272
11.7　系统配置的串行通信接口　280
11.7.1　16550的外部引脚特性　280
11.7.2　16550的编程模型　281
11.7.3　16550的初始化　284
11.7.4　基于16550的串行通信接口设计　285
习题　287

第 12章　A/D D/A转换器接口　289
12.1　模拟量接口　289
12.2　A/D转换器　289
12.2.1　A/D转换器的主要技术指标　290
12.2.2　A/D转换器的外部特性　290
12.3　A/D转换器接口设计的任务与方法　291
12.3.1　A/D转换器与CPU的连接　291
12.3.2　A/D转换器与CPU之间的数据交换方式　292
12.3.3　A/D转换器的数据在线处理　292
12.4　A/D转换器接口设计　292
12.4.1　A/D转换器接口设计需考虑的问题　292
12.4.2　A/D转换器接口设计　293
12.5　D/A转换器　303
12.5.1　D/A转换器的主要技术指标　303
12.5.2　D/A转换器的外部特性　304
12.6　D/A转换器接口设计的任务与方法　304
12.6.1　D/A转换器与CPU的连接　304
12.6.2　D/A转换器与CPU之间的数据交换方式　304
12.6.3　D/A转换器接口设计需考虑的问题　304
12.7　D/A转换器接口设计　305
习题　310

第 13章　基本人机交互设备接口　311
13.1　键盘接口　311
13.1.1　键盘的类型　311
13.1.2　键盘的结构与工作原理　312
13.1.3　键盘接口设计　315
13.2　LED数码显示器接口　318
13.2.1　LED显示器的结构与工作原理　318
13.2.2　LED显示器的字形码　319
13.2.3　LED显示器的显示方式　320
13.3　可编程键盘/LED接口芯片82C79A　320
13.3.1　82C79A的外部特性　320
13.3.2　82C79A的内部寄存器　322
13.3.3　82C79A的编程模型　323
13.3.4　键盘/数码显示器接口设计　326
13.4　打印机接口　331
13.4.1　并行打印机接口标准　332
13.4.2　并行打印机接口设计　333
习题　335

模块5　微机接口技术的新内容
　　本模块包括PCI总线接口、USB通用串行总线的内容，它们是从32位微机开始才有的现代微机接口技术新内容，读者要用全新的观念来认识，学会采用不同于前面设备接口的方法来处理这些总线接口。总线接口和设备驱动程序在用户应用程序中不可见，故叫做接口技术的下层，是接口技术更深层次的技术，因此学习起来会困难一些。

第 14章　PCI总线接口　337
14.1　PCI总线及其特点　337
14.2　PCI总线的信号定义　339
14.3　PCI总线的数据传输　341
14.3.1　PCI总线数据传输协议　342
14.3.2　PCI总线数据传输过程　342
14.4　PCI总线的三种地址空间　344
14.5　PCI总线命令　345
14.6　PCI设备　346
14.7　PCI设备配置空间　347
14.7.1　配置空间的作用　347
14.7.2　配置空间的格式　347
14.7.3　配置空间的功能　348
14.7.4　配置空间的映射关系　351
14.7.5　配置空间的初始化过程　353
14.8　PCI配置空间的访问　353
14.8.1　配置空间的访问特点　353
14.8.2　配置空间的访问方法　354
14.8.3　查找PCI设备(卡)举例　355
14.8.4　访问配置寄存器举例　357
14.8.5　实时读取的配置空间现场信息　362
14.9　PCI接口卡的设计　363
14.9.1　PCI接口卡设计方案　363
14.9.2　PCI接口芯片PLX9054　364
14.9.3　PCI接口卡设计要求　365
14.9.4　PCI接口卡电路设计　365
14.9.5　PCI接口卡配置空间初始化　367
14.9.6　PCI接口卡应用程序设计　367
14.10　PCI中断　373
14.10.1　PCI中断的特点　373
14.10.2　PCI中断共享　374
14.10.3　PCI中断响应周期　375
14.10.4　PCI设备的中断申请及用于中断处理的寄存器　375
14.10.5　PCI中断程序举例　376
14.11　PCI DMA传输　381
14.11.1　PCI DMA传输的特点　381
14.11.2　PCI DMA控制器　381
习题　381

第 15章　USB通用串行总线　383
15.1　通用串行总线概述　383
15.1.1　USB的发展过程　383
15.1.2　USB的设计目标及特点　384
15.1.3　USB物理接口与电气特性　385
15.1.4　USB信号定义　386
15.1.5　USB数据编码与解码　387
15.2　USB系统组成和拓扑结构　388
15.2.1　USB系统组成　388
15.2.2　USB系统拓扑结构　392
15.3　通用串行总线的通信模型与数据流模型　392
15.3.1　通信模型　392
15.3.2　数据流模型　393
15.4　USB传输类型　394
15.4.1　控制(Control)传输　394
15.4.2　批(Bulk)传输　395
15.4.3　中断(Interrupt)传输　395
15.4.4　等时(Isochronous)传输　395
15.5　USB交换包格式　396
15.5.1　标志(Token)包　396
15.5.2　数据(Data)包　398
15.5.3　握手(Handshake)包　398
15.5.4　预告包　398
15.6　USB设备状态和总线枚举　398
15.6.1　插入　399
15.6.2　上电　400
15.6.3　默认　400
15.6.4　地址　400
15.6.5　配置　400
15.6.6　挂起　400
15.7　USB设备设计　400
15.8　USB总线接口芯片PDIUSBD12　401
15.8.1　PDIUSBD12外部特性及内部结构　401
15.8.2　PDIUSBD12命令字　403
15.8.3　PDIUSBD12的典型连接方式　404
习题　406

参考文献　407