关键词：计算机接口技术；教学改革；proteus
1引言
《计算机接口技术》课程是计算机科学与技术专业的一门专业主干课程，是大学本科生掌握计算机硬件基础知识和常用接口技术的入门课程[1]。课程由微型计算机工作原理和微处理器、汇编语言程序设计、常用接口技术三个部分组成。该课程目的使学生通过本门课程的学习，掌握计算机系统的构成，建立起整机概念，并培养学生具有一定的独立分析和解决问题的能力，为后续课程的学习以及将来的工作奠定坚实的基础。但由于本门课程是一门实践性很强的课程，并且具有知识点多、概念抽象、理论性强等特点，学生掌握起来并非易事，就以往学生的反应，此门课程学习难度大，知识不易理解，普遍存在“重软件、轻硬件”的现象，大大降低了学生的学习热情，动手实践能力的培养也受到很大的限制，如何能够提高学生学习热情，激发学生的学习欲望，是需要解决的问题，笔者结合多年的教学经验和教学实践，在实验教学过程中进行了一些教学改革的初步探索。
2引用
proteus仿真软件Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是英国labcenterelec⁃tronics公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它包括原理图编辑与仿真软件包isis和布线编辑软件包ares两部分组成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增对8086CPU及其相关接口芯片的仿真。硬件实验设备由于结构固定、资源有限且成本高、损耗大以及寿命低等缺点，pro⁃teus的引用对于改善教学实验环境，激发学生学习知识的求知欲，以及学习兴趣，提高教学效果，是一个不错的选择，此外，学生只要在自己的电脑上安装proteus软件后，可以不受时间和空间的限制，进行设计仿真操作，既节约了成本，又能充分发挥学生自己的思维和想象，对实验教学来说是一个课堂的延伸[2]。对于8086来说，将其编写好的源程序可通过外加EMU8086编译器生成.exe文件，然后在proteus上进行仿真，达到教学目的。Proteus的引用不仅可在实验教学上使用，也可在理论教学中使用，教师可以在课堂上边讲理论知识，边进行教学演示，直观形象，使学生对生涩难懂的知识进行有效的消化、吸收，是教学的有力的辅助工具。实践证明，引用proteus，达到了提高教学效果的目的，更加利于学生学习兴趣的培养。Proteus是教学的一个有利的补充，但它只是一个仿真软件，不能完全代替实物实践，仿真实验和实验箱上的实验还是有区别的，由于实际电路运行时表现的各种电气特性等，使在proteus上调通的，在硬件上不一定能够成功的实现，基于以上认知，采取proteus仿真实验和实物实验相结合的方法进行教学。要求学生先课下通过proteus软件进行仿真，模拟实验效果，再到实验室进行实际硬件电路的操作，查看实验效果，这种教学搭配，充分利用proteus仿真软件的形象直观性，增强学生好奇心，激发学生学习热情，同时提高学生的学习效率，达到更好的学习效果。
3课时安排
计算机接口技术课程主要分为微机原理、汇编语言程序设计和接口技术三大模块，共64学时，为兼顾各个模块之间的承上启下以及知识的连续性，主要分配学时如下表1：微机原理主要讲授微机基本知识，如微处理器、微型计算机、微机系统的概念以及微机的结构和工作原理、时序知识、指令系统等，汇编语言程序设计涉及内容有汇编语言源程序的格式、变量属性、分支结构、循环结构和子程序设计，接口技术涉及内容有存储器、输入输出接口、常用I/O接口芯片等。实践教学在整个课程中起着重要作用，通过实践，对理论知识进行消化和理解，同时学生的动手能力能够得到很好的锻炼，培养学生分析解决问题的能力，做到理论与实践有效的结合，实践教学总学时16学时，具体分配如下表2，其中汇编语言程序设计部分安排4学时，由于此部分上机实践只需计算机即可，不需其他硬件，学生在课上学习好程序的设计和调试方法后，可以利用课下时间在图书馆或宿舍完成作业和上机实践，节约课上学时，为其他内容的讲授提供充足的时间。接口技术实验共分为6次实验，分别为proteus的使用、8259中断控制器、8255并行接口芯片、8253定时计数器以及A/D、D/A转换。每次实验安排2学时，要求学生课下提前预习，为下次实验做充分的准备，保证每次实验顺利地进行，完成相应的实验任务。其中proteus的使用这一实验安排1次，是因为在本门课程学习之先，学生已学习过《电路制图与仿真》这门课程，此门课程主要介绍proteus软件的使用，因此在proteus的实验主要介绍EMU8086编译器的使用，学会使用proteus进行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次实验均设置了基本实验部分和提高部分两个层次，其中基本部分要求每一个学生必须完成，按照电路原理图进行连线，编写实验程序，完成实验效果。提高部分要求学生在完成基本部分后，有余力的学生可对电路进行设计并编写相应的程序改善接口的性能。每一个层次的实验，要求学生进行现场演示。
4实验考核
实验评分标准分为实验操作部分、现场提问环节以及实验报告三个部分组成。学生抽签决定实验考核内容，并进行现场演示，教师根据学生实验操作过程、结果以及对现场的提问回答情况等形式进行现场评分，以激励学生学习主动性，达到教学目的。实验操作部分占实验总成绩的比例为50%，现场提问环节所占比例为30%，实验报告占20%，其中实验报告要求学生重点报告在实验过程中遇到什么问题，以及解决此问题的思路和方法以及实验的心得体会，避免抄袭和实验报告的形式化。
5充分利用多媒体
在进行实验教学过程中，充分利用多媒体，提升教学效果。为提高学生学习的热情，对于在实验过程中难懂的知识点，可以采用动画进行直观形象的演示，使学生更加能够领会实验的内容和目的，便于理解和记忆。
6结论
《计算机接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程，对于此门课程的教学也是一个不断学习和探索的过程。对于本门课程的改革实践，实验教学效果有了很大改善，学生主动性、学习热情有所提高。此课程是一门公认的教师难教、学生难学的课程[3]。随着时代的发展，计算机接口技术课程也应与时俱进，需要不断完善教学体系，更新教学内容，寻求新的教学方法，提高教学效果，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合能力、科学素质，为社会培养更多高素质的复合型人才。本课程的改革是一项长期艰巨的任务，需要不断探索和完善。
作者:鄢艳红 单位:广州中医药大学医学信息工程学院
参考文献：
[1]王志军,杨延军,王道宪.微机原理实验课程内容的层次化设计[J].实验室研究与探索,2012,31(1):105-106.
论文摘要：本文论述了激光探测系统信息接口技术；讨论了激光探测接口的一般设计思想。
1引言
激光具有波长单一和良好的方向性，所以和传统的探测方法相比，激光探测具有精度高，抗干扰能力强等特点，在激光测距、激光雷达、激光告警、激光制导、目标识别等军事领域，都得到了广泛应用。针对不同武器系统的需求，激光探测系统接口呈现出多样性。
近年来，随着应用需求和集成化度的增加，激光探测系内部、激光探测系统和各武器平台之间集成了不同厂商的硬件设备、数据平台、网络协议等，由此带来的异构性给探测系统的互操作性、兼容性及平滑升级能力带来了问题。
对激光探测系统而言，接口技术的设计是整个系统集成的关键技术。一个激光探测系统的设计、实施，有很大的工作量是在接口的处理上，好的接口设计可以提高系统的稳定性、运行效率、升级能力等，本文以激光探测系统接口技术为研究对象，着重分析其接口技术类型、设计考虑因素和验证方法。
2激光探测系统几种主要接口技术
接口是多要素或多系统之间的公共边界部分，对激光探测系统的接口包括机械接口、电气接口、电子接口、软件接口等，本文着重讨论电子接口。按物理电气特性划分，常用的激光探测系统接口类型可分为以下几类：
1TTL电平接口：最通用的接口类型，常用做系统内及系统间接口信号标准。驱动能力一般为几毫安到几十毫安，在激光探测系统中主要应用是作为长距离的总线数据和控制信号的传输
2CMOS电平接口：速度范围与TTL相仿，驱动能力要弱一些。
3ECL电平接口：为高速电气接口，速率可达几百兆，但相应功耗较大，电磁辐射与干扰与较大。
4LVDS电平接口：在标准中推荐的最大操作速率是655Mbps，电流驱动模式，信号的噪声和EMI都较小。
5GTL接口电平：低电压，低摆幅，常用作背板总线型信号的传输，虽然使用频率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比较陡，特别是对沿敏感的信号，如时钟信号。
6RS-232电平接口：为低速串行通信接口标准，电平为±12V，用于DTE与DCE之间的连接。RS-232接口采用不平衡传输方式，收、发端的数据信号是相对于信号地的电平而言，其共模抑制能力低，传输距离近，多用于点对点接口通讯。
7RS-422/RS-485接口：采用平衡方式传输，采用差分方式，使其在通讯速率、抗干扰性和传输距离较RS-232接口有较大改善。多用于多点接口通迅。RS485电平接口可驱动32个负载，忍受-7V到12V共模干扰。
9光隔离接口：能实现电气隔离，更高速率的器件价格较昂贵。
10线圈耦合接口：电气隔离特性好，但允许信号带宽有限
11以太网：经常采用的是10Base-T和100Base-T两种主流标准，主要应用激光探测系统和分系统之间的接口通讯和数据传输。以太网接口具有性价比高、数据传输速率高、资源共享能力强和广泛的技术支持等众多优点。
12USB接口：USB总线接口是一种基于令牌的接口，USB主控制器广播令牌，总线上的设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过发送和接收数据对主机作出响应，其最大的优点是安装配置简单。
3激光探测系统接口方案设计考虑因素
随着大规模数字处理芯片和高速接口芯片的迅猛发展，激光探测系统也呈现出智能化、小型化、模块化的趋势。在激光探测系统中，信息接口的设计逐渐向标准化、网络化、多节点、高速等方向展
3.1接口信号传输中的干扰噪声
3.1.1接口信号传输中的主要干扰形式
a)串模干扰：杂散信号通过感应和辐射的方式进入接口信道的干扰。串模干扰的产生原因主要是传输中插件等所产生的接触电势、热电势等噪声引起的。
b)共模干扰：干扰同时作用在两根信号往返线上，而且幅指相同。共模干扰产生的原因，主要是传输线路较长，在发送端和接收端之间存在着接地的电位差。
3.1.2接口信号传输中的抗干扰措施
a)传输线的选择
为了抑制由于杂散电磁场通过电磁感应和静电感应进入信道的干扰，接口传输线应尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地，而且屏蔽层的接地要于激光探测系统一端浮地的结构形式配合，不要将屏蔽线层当作信号线和公用线。
b)传输线的平衡和匹配
采用平衡电路和平衡传输结构是抑制共模干扰的有力措施。目前广泛使用的是差分式平衢性线电路，例如RS-422/RS-485标准串口电路。
接口信号传输时还要考虑与传输线特性阻抗的匹配问题。一般长线传输的驱动器接收器都适用于驱动特性阻抗为50Ω—150Ω的同轴电缆和双绞线，一般接口接收器的输入阻抗要比传输线的特性阻抗大，因此要设法将两者匹配，最好将发送端和接收端匹配。
控制信号线的具体配置：控制信号线要和强电、数据总线、地址总线分开，尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地。
c)隔离技术：电位隔离是常用的抗干扰方法，接口信号采用光电隔离和电磁隔离可以切断接口内外线路的电气连接，从而减弱露流、地阻抗耦合等传导性干扰的影响。3.2接口硬件的选择原则：
3.2.1为各类接口选择合适的总线接口芯片、接口总线，并设计具体的接口电路。
3.2.3选择接口芯片时应根据激光探测系统CPU/MPU类型，总线类型／宽度和系统所完成的功能并按照高效、经济、可靠，方便、简单的原则来确定。
3.2.4设计具体的接口电路应具体考虑电源问题
3.2.5数据／命令的锁存和驱动
激光探测系统内部及激光探测系统和其他系统间实施数据／命令传输时，一般采用数据锁存技术来适应双方读写的时间要求。
3.3接口的实时性
由于激光探测系统对数据处理和传输的实时性要求很高，设计时要使时钟抖动、通道间时延、工作周期失真以及系统噪声最小化，所以设计接口时尽量选用高通讯速率和同步工作方式。
接口软件的设计原则
同步通讯系统软件设计要充分考虑数据流量的控制，最好在数据发送方发送数据时每隔一段时间插入一段空闲时间，从而保证数据同步传输的可靠性。
异步通讯系统软件设计要充分考虑合理的数据校验方式，可以根据系统要求选择冗余校验、校验和、冗余校验的方法。
4激光探测系统接口方案设计验证
构建高速有效的激光探测系统接口是非常有挑战性的，并且设计者需要在设计接口前后就考虑多个因素，详细的系统级的验证都是必须的。
4.1设计前的验证
基于指令集模拟器和硬件模拟器软硬件模拟技术是一种高效、低代价的系统验证方法。接口设计软件采用汇编，C，C++等语言编写，用户编写的接口源程序经过交叉编译器和连接器编译，输入到软件指令集模拟器进行软件模拟。而接口硬件验证则采用硬件描述语言如VHDL设计，经过编译后由硬件模拟器模拟。但设计前的验证也有一定的局限性，比如只能验证数字接口和验证环境理想化等缺点。这些都需要设计后的验证
4.2设计后的验证
最常见的验证方法是制作模拟激光探测系统内部接口和系统间外部接口的通用信号源，通用信号源可以模拟探测系统内部的如主回波、时统、显示、键盘等信号，也可以模拟输入外部操控命令，并将激光探测系统状态、测量数据等信息显示输出。
4.3通过验证，发现问题，修改设计，然后再模拟，最终完成满足要求的软硬件接口设计。
关键词：单片机接口电路微机硬件
MSP430超低功耗微处理器是TI公司推出的一种新型单片机。它具有16位精简指令结构，内含12位快速ADC/SlopeADC,内含60K字节FLASHROM，2K字节RAM，片内资源丰富，有ADC、PWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比较器、模拟信号，有多种省电模式，功耗特别小，一颗电池可工作10年。开发简单，仿真器价格低廉，不需昂贵的编程器。
MSP430其特点有：1.8V～3.6V低电压供电；高效16位RISCCPU可以确保任务的快速执行，缩短了工作时间，大多数指令可以在一个时钟周期里完成；6微秒的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。MSP430产品系列可以提供多种存储器选择，简化了各类应用中MSP430的设计；ESD保护，抗干扰力特强。与其它微控制器相比，带Flash的微控制器可以将功耗降低为原来1/5，既缩小了线路板空间又降低了系统成本。
MSP430具有如此多的优点，可以预测在今后会有广泛的应用。但是目前仍有许多5V电池的逻辑器件和数字器件在使用，因此在许多设计中3V（含3.3V）逻辑系统和5V逻辑系统共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压标准的引进，不同电源电压逻辑器件间的接口问题会在很长一段时间内存在。本文讨论MSP430与单片机中最常用的LSTTL电路、CMOS电路及计算机HCMOS电路的3V和5V系统中逻辑器件间的接口方法。理解这些方法可避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，保证所设计的电路数据传输的可靠性。
1逻辑电平不同，接口时出现的问题
在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在三个主要问题：第一是加到输入和输出引脚上的最大允许电压的限制问题；第二是两个电源间电流的互串问题；第三是必须满足的输入转换门限电平问题。器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如3V器件的输入端接上5V信号，则5V电源将会向3V电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。在等待或掉电方式时，3V电源降落到0V，大电流将流到地，这使总线上的高电平电压被下拉到地。这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的：不管是在3V的工作状态或是0V的等状态都不允许电流直接流向Vcc。另外用5V的器件来驱动3V的器件有很多不同情况，各种电路间的转换电平也存在不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并要有足够的容限保证不损坏电路元件。
2可用5V容限输入的3V逻辑器件
3V的逻辑器件可以有5V输入容限的器件有LVC、LVT、ALVT、LCX、LVX、LPT和FCT3等系列。此外，还有不带总线保持输入的飞利浦ALVC也是5V容限。
2.1ESD保护电路
3V器件可以有5V的输入容限。一般数字电路的输入端都有一个静电放电（ESD）保护电路。如图1（a）所示，传统的CMOS电路通过接地的二极管D1、D2对负向高电压限幅实现保护，正向高是则由二极管D3箝位。这种电路为了防止电流流向Vcc电源，最大输入电压被限制在Vcc+0.5V。对Vcc为3V的器件来说，当输入端直接与大多数5V器件输出端接口时允许的输入电压太低大多数3V系统加到输入端的电压可达3.6V以上。有些3V系统可以使用两个MOS场效应管或晶体管T1、T2代替二极管D1、D2，如图1（b）所示。T1、T2的作用相当于快速剂纳二极管对高电压限幅。由于去掉了接到Vcc的二极管D3，因此最大输入电压不受Vcc的限制。典型情况下，这种电路的击穿电压在7～10V之间，因此可以适合任何5V系统的输入电压。
由上述分析可知，改进后具有ESD保护电路的3V系统的输入端可以与5V系统的输出端接口。
2.2总线保护电路
总线保护电路就是有一个MOS场效应管用作上拉或下拉器件，在输入端浮空（高阻）的情况下保护输入端处于最后有效的逻辑电平。图2（a）中的电路为一LVC器件总线保护电路，采取改进措施而使其输入端具有5V的容限。其基本原理如下：P沟道MOS场效应管具有一个内在的寄生二极管，它连接在漏极和衬底之间，通常源极与衬底是连在一起的，这就限制了输入电压不能高于Vcc+0.5V。现在的措施是用常闭接点S1将源极与衬底相连，当输入端电压比Vcc高0.5V时，比较器使S2闭合，S1断开，输入端电流不会通过二极管流向Vcc而使输入具有5V的容限。图2（b）是LVT和LAVT器件总线保持电路的例子。这种电路用了一个串联的肖特基二极管D，消除了从输入到Vcc的电流通路，从而可以承受5V输入电压。对于3V的总体保持LVC、LVT和ALVT系列器件可以承受5V的输入电压。但对于3V的ALVC、VCX等系列器件则不能，它们的输入电压被限制在Vcc+0.5V。
图3是用于3VCMOS器件输出电路的简化形式。当输出端电压高于Vcc+0.5V（二极管压降）时，P沟道MOS场效应管的内部二极管会形成一条从输出端到Vcc的电流通路。这种电路在与5V器件相接时需要加保护电路。
图4是一种带保护电路的CMOS器件输出电路。当输出端电压高于Vcc时，比较器使S1开路，S2闭合，电流通路消失。这样在三态方式时就能与5V器件相接。
2.3biCMOS输出电路
LVT和ALVT器件的biCMOS输出电路如图5所示。它用双极NPN晶体管和CMOS场效应管来获得输出电压摆幅达到电源电压的要求。电流不会通过NPN双极晶体管回流到Vcc，但在P沟道MOS场效应管中的内在二极管仍然会形成一条从输出端到Vcc的电流通路（为了简化，图5中没有画出该二极管）。因此这种电路不能接高于Vcc的电压。
对图5电路所加的保护电路如图6所示。增加了反向偏置的肖特基二极管，用以防止电流从输出端流到Vcc。图6中的输出端与5V驱动器共用一条总线。在三态方式时，电路可以得到保护。当出现总线争夺即两个驱动器都以高电平驱动总线时，比较器将P沟道MOS场效应管断开。当3V器件处于等待方式而3V电源为0时，比较器和肖特基二极管可以起保护作用。
3接口电路的有关参数
了解了3V器件为什么具有5V容限后，在MSP430与LSTTL、HCMOS、CMOS电路实现相互联接之间，要先了解各种电路和器件的参数，如表1所示。
表1各种电路和器件参数
参数
电路电源电压范围输入电平输出电平
V（V）VIH（V）VIL（V）VOH（V）VOL（V）
LSTTL4.5～5.520.82.70.4
CMOS3～18（取Vcc=5）3.51.54.50.5
HCMOS2～63.515.20.4
MSP4301.83.60.8Vcc0.2VccVcc-0.60.6
ALVT系列3.3或2.51.70.82.00.2～0.55
LVC系列1.65～5.50.7Vcc0.3Vcc2.7～5.50.1～0.55
4接口实现
不同电源电压的逻辑器件相互接口时存在的主要问题是逻辑信号电平的配合问题，就是前级电路输出的电平要满足后级电路对输入电平的要求。此外还有负载电流的配合问题，即前级电路的输出电流应大于后级电路对输入电流的要求，同时不应造成器件损坏。还有就是在高速或有严重干扰的场合，必须考虑接口对系统和抗干扰性能带来的不良影响。这里主要讨论逻辑信号电平的配合问题。因为对于负载电流配合问题只是一个带负载能力。而抗干扰问题则用本文中提到的方法都可以忽略。
4.1LSTTL-MSP430
如表1所示，LSTTL电路的高电平输出电压VOH约为2.7V，MSP430的高电平输入约为0.8VCC，LSTTL电路的低电平输出电压VOL约为0.4V，MSP430的低电平输入电压VIL的0.2VCC。如果0.8Vcc小于2.7V且0.2Vcc大于0.4V时，不存在逻辑信号电平的配合问题，可以直接连接。如果0.8Vcc大于2.7V或0.2Vcc小于0.4V时，就出现了逻辑信号电平的配合问题。为了增大LSTTL电路的输出高电平，利用TI公司的LVC系列。从表1中可以看到LVC系列产品的高电平输出电压和低电平输出电压都符合要求。
4.2CMOS-MSP430
在接口时使CMOS和MSP430使用同一电源，例如3V电源可以直接驱动。如果实际情况不允许，则根据1表，通过ALVT系列的器件就可以实现CMOS驱动MSP430。
4.3HCMOS-MSP430
同上述CMOS分析一样，同样选用ALVT来驱动MSP430。
4.4MSP430驱动LSTTL、CMOS和HCMOS
MSP430的输出引脚（P0.x、P1.x、P2.x、P3.x、P4.x、Oy）都有规定的外接电阻。外接电阻的大小取决于电源电压Vcc的大小。如果输出电流比规定的要大，就需要输出驱动器。图7所示为限制MSP430输出电流的电阻最小值。设计以Vcc=3V，通过这些器件可以驱动需要大电流的LSTTL、HCMOS和CMOS电路接口。
5两种电平移位器件
5.1双电源电平移位器74LVC4245
74LC4245是一种双电源的电平移位器，如图8所示。5V端用5V电源作为Vcc(A)，而3V端则用3V作为Vcc(B)。它的功能类似于常用的收发器74LVC245，所不同的是用两个电源而不是一个电源。74LVS4245的电平移位在其内部进行。双电源能保证两边端口的输出摆幅都能达到满电源幅值，并且有很好的噪声抑制性能。因此该器件用来驱动5VCMOS器件是很理想的。缺点是增加了功耗。
5.274LVC07
关键词：EPP增强并口uPSD323XPSDsoftEXPRESS
引言
在IBM公司推出PC机时，并行端口已经是PC机的一部分。并口设计之初，是为能代替速度较慢的串行端口驱动当时的高性能点阵式打印机。并口可以同时传输8位数据，而串口只能一位一位地传输，传输速度慢。随着技术的进步和对传输速度要求的提高，最初的标准并行端口即SPP模式的并行端口的速度已不能满足要求。1994年3月，IEEE1284委员会颁布了IEEE1284标准.IEEE1284标准提供的在主机和外设之间的并口传输速度，相对于最初的并行端口快了50～100倍。IEEE1284标准定义了5种数据传输模式，分别是兼容模式、半字节模式、字节模式、EPP模式和ECP模式。其中EPP模式、ECP模式为双向传输模式。EPP模式比ECP模式更简洁、灵活、可靠，在工业界得到了更多的实际应用。本文介绍的一种基于uPSD323X的EPP增强并口的设计核心是，使用uPSD323X内部的CPLD实现EPP接口。
1EPP接口协议介绍
EPP(EnhancedParallelPort,增强并行端口)协议最初是由Intel、Xirocm、Zenith三家公司联合提出的，于1994年在IEEE1284标准中。EPP协议有两个标准：EPP1.7和EPP1.9。EPP接口控制信号由硬件自动产品，整个数据传输可以在一个ISAI/O周期完成，通信速率能达到500KB/s～2MB/s。
EPP引脚定义如表1所列。
表1EPP接口引脚定义
对应并口引脚EPP信号方向说明
1nWrit输出指示主机是向外设写（低电平）还是从外设读（高电平）
2～9Data0～7输入/输出双向数据总线
10Interrupt输入下降沿向主机申请中断
11nWait输入低电平表示外设准备好传输数据，高电平表示数据传输完成
12Spare输入空余线
13Spare输入空余线
14nDStrb输出数据选通信号，低电平有效
15Spare输入空余线
16Ninit输出初始化信号，低电平有效
17nAStrb输出地址数据选通信号，低电平有效
18～25GroundGND地线
1.1EPP接口时序
EPP协议定义了4种并口周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期用于计算机与外设间传送数据；地址周期用于传送地址、通道、命令、控制和状态等辅助信息。图1是EPP数据写的时序图。图1中，nIOW信号实际上在进行EPP数据写时并不会产生，只不过是表示所有的操作都发生在一个I/O周期内。在t1时刻，计算机检测nWait信号，如果nWait为低，表明外设已经准备好，可以启动一个EPP周期了。在t2时刻，计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时驱动数据线。在t3时刻，计算机把nDataStrobe信号置为低电平，表明是数据周期。当外设在检测到nDataStrobe为低后读取数据并做相应的数据处理，且在t4时刻把nWait置为高，表明已经读取数据，计算机可以结束该EPP周期。在t5和t6时刻，计算机把nDataStrobe和nWrite置为高。这样，一个完整的EPP数据写周期就完成了。如果就图1中的nDataStrobe信号换为nAddStrobe信号，就是EPP地址写周期。
图2是EPP地址读周期。与EPP写周期类似，不同的是nWtrite信号置为高，表明是读周期，并且数据线由外设驱动。
从EPP读、写周期可以看出，EPP模式的数据传输过程是一个信号互锁的过程。以EPP写周期为例子，当检测到nWait为低后，nDataStrobe控制信号就会变低，nWait状态信号会由于nDataStrobe控制信号的变低为而高。当计算机检测到
nWait状态信号变高后，nDataStrobe控制信号就会变高，一个完整的EPP写周期结束。因此，EPP数据的传输以接口最慢的设备来进行，可以是主机，也可以是外设。
1.2EPP增强并口的定义
EPP增强并口模式使用与标准并口（SPP，StandardParalledPort）模式相同的基地址，定义了8个I/O地址。基地址+0是SPP数据口，基地址+1是SPP状态口，基地址+2是SPP控制口。这3个口实际上就是SPP模式下的数据、状态和控制口，保证了EPP模式和SPP模式的软硬件兼容性。
基地址+3是EPP地址口。这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP地址写周期，从这个I/O口中读数据将产生一个连锁的EPP地址读周期。在不同的EPP应用系统中，EPP地址口可以根据实际需要设计为设备选择、通道选择、控制寄存器、状态信息等。给EPP应用系统提供了极大的灵活性。
基地址+4是EPP数据口。向这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP数据写周期，从这个I/O口读数据将产生一个连锁的EPP数据写周期。基地址+5～+7与基地址+4一起提供对EPP数据口的双字操作能力。EPP允许主机在此个时钟周期内写1个32位双字，EPP电路再把32位双字拆为个字节依次从EPP数据口中送出去。也可以用其所长6位字方式进行数据传送。
由于EPP通过硬件自动握手，对EPP地址口和EPP数据口的读写操作都自动产生控制信号而无需软件生成。
2uPSD323X及其开发环境PSDsoftEXPRESS
ST公司的uPSD323X是带8032内核的Flash可编程系统器件，将于8032MCU、地址锁存器、Flash、SRAM、PLD等集成在一个芯片内。其主要特点如下：具有在线编程能力和超强的保密功能；2片Flash保存器，1片是128K或者256K的主Flash存储器，另一片是32K的从Flash存储器；片内8K的SDRAM；可编程的地址解码电路（DPLD），使存储器地址可以映射到8032寻址范围内的任何空间；带有16位宏单元的3000门可编程逻辑电路（CPLD），可以实现EPP接口等及一些不太复杂的接口和控制功能；2个异步串口、I2C接口、USB接口、5通道脉冲宽度调节器、50个I/O引脚等。由于uPSD323X采用的是8032内核，因此可以完全得到KeilC51编程器的PSDsoftEXPRESS是ST公司针对PSD系列产品（包括uPSD）开发的基于Windows平台的一套软件开发环境。经过不断升级，目前最新版是PSDsoftEXPRESS7.9。它提供非常容易的点击设计窗口环境用户不需要自己编程，也不需要了解HDL语言，只有点击鼠标即可完成对地址锁存器、Flash、可编程逻辑电路等外设的所有配置和写入。它支持所有PSD器件的开发，使用PSDsoftEXPRESS工具对uPSD323X系列器件的可编程逻辑电路的操作简单、直观。PSDsoftEXPRESS工具可以在ST网站（/psd）免费下载。
3用uPSD323X实现EPP接口设计
3.1硬件接口
EPP增强并口的速度最高可达到500KB/s～2MB/s,这对外设的接口设计提供了一个很高的要求，如果外设响应太慢，系统的整体性能将大大下降。用户可编程逻辑器件，系统的整体性能将大大降低。用户可编程逻辑器件，如FPGA（FieldProgrammableGatesArray,现场可编程门阵列）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件），可以实现EPP增强并口的接口设计，这种实现方案可以达到并口中的速度极限，并且保密性好。ST公司的uPSD323X内部集成了可编程逻辑电路（CPLD），因此使用uPSD323X可以很好地实现EPP增强并口的接口设计。
EPP接口（EPP1.7）外设硬件接口原理如图3所示。在本设计中，uPSD323X通过中断的方式接收PC机并口的数据，并且当外设准备好数据上传到PC机时，PC机采用的也是中断方式接收外设的数据。
在上述硬件电路的基于上实现EPP并口通信还需做两部分的工作：一部分工作是在PSDsoftEXPRESS工具中完成对CPLD的数据的锁存；另一部分工作是在KEILC51环境下编写中断服务程序，实现EPP数据的读取和发送。
图3
3．2对CPLD的编程及其实现数据锁存的过程
在PSDsoftEXPRESS工具中，将PA端口（EPPD0～EPPD7）配置成带有时钟上升沿触发的寄存器类型（PTclockedregister）的输入宏，PB0（nWait）配置成上升沿触发的D类型寄存器（D-typeregister）的输出宏，PB3（nWrite）、PB4(nDstrb)、PB2(nAstrb)配置成CPLD逻辑输入（logicinput）口。NDstrb信号和nAstrb信号各自取反再相与后的值作为输入宏单元和输出宏单元的时钟。上述对PA、PB端口的配置用方程式表示如下：
PORTAEQUATIONS：
=======================
！EPPD7_LD_0=nAstrb&nDstrb;
EPPD0.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!EPPD3_LD_0=nAstrb&nDstrb;
EPPD1.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!nWait_C_0=nAstrb&nDstrb;
EPPD2.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD3.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD4.LD=FPPD7_LD_0.FB;
EPPD5.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD6.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD7.LD=EPPD7_LD_0.FB;
PORTBEQUATIONS:
=======================
nWait.D:=1;
nWait.PR=0;
nWait.C=nWait_C_0.FB;
nWait.OE=1;
nDstrb.LE=1;
nAstrb.LE=1;
EPP数据的锁存过程如下：以计算机向外设传输数据（即EPP数据写周期）为例子，计算机首先检测nWait信号，如果nWait为低计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb信号。此时，nDstrb信号会出现一个上升沿，此上升沿会将PA端口的数据锁存到输入宏；同时，此上升沿使nWait信号变高，表示外设正忙阻计算机发数年。当计算机检测到nWait信号为高后就会将数据握手信号nDstrb变高，EPP数据写周期结束。上述EPP数据的锁存和nWait握手信号的产生都由硬件产生，因此数据传输速度快。整个数据传输过程可以在一个I/O周期内完成，锁存到输入宏的数据的读取和nWait信号的清除则在外部中断0服务程序软件完成。
3．3中断服务程序的功能描述及流程
由硬件原理图可以看出，EPP并口的nDstrb和nAstrb信号线分别连到uPSD323X的外部中断定和外部中断1引脚。当发生EPP数据读写时，nDstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断定中断。当发生EPP地址读写时，nAstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断1中断。外部中断0和外部中断1的中断服务程序的功能是相同的，只不过前者接收或发送的是数据而后者是地址、命令等。以外部中断0的中断服务程序为例，详细介绍数据正向传输（计算机向外设发送数据）和反向传输（外设向计算机传送数据）时中断服务程序的功能。外部中断0中断服务程序流程如图4所示。
（1）数据正向传输
当发生EPP数据写周期时，即数据正向传输时，计算机首先检测nWait信号。如果nWait为低，表示外设已准备好接收数据。计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb。NDstrb信号就会产生一个下降沿，此下降沿一方面将PA端口的数据锁存到输入宏并使nWait信号变高，表示外设正忙另一方面引起外部中断0中断，在外部中断0的中断服务程序中读取输入宏锁存的数据，然后将nWait信号清零通知计算机现在外设已经准备好可以再次接收数据了。
（2）数据反向传输
外设准备好数据需要上传到计算机时，uPSD323X就会将数据放到PA端口，同时置低Intr信号线，向计算机申请一个中断，计算机中由一个硬件驱动程序来处理并口的硬件中断。驱动程序在并口中断服务程序中，通过读取EPP数据口获得外设上传的数据。由于EPP接口的握手信号由硬件产生，当计算机读取EPP数据口时同样会检测nWait信号。如果nWait为低，计算机把nWrite信号置高，表明是读周期，然后置低nDstrb,nDstrb信号就会产生一个下降沿。此下降沿使nWait信号变高，同时引起uPSD323X外部中断定中断。在外部中断0的中断服务程序中，为确保计算机将PA端口的数据取走，需不断检测nDstrb是否为高。当nDstrb为高时，表示计算机已将PA端口听数据读走，然后中断服务程序将nWait置低，EPP数据读周期结束。
1.1 课程设计目的 1
1.2 课程设计的预备知识 1
1.3 课程设计任务 1
1.4 课程设计要求 1
第2章 总体方案设计 1
2.1 数字温度计设计方案论证 1
2.2 设计方案的总体框图 2
第3章 各部分电路的实现 2
3.1 传感器电路 2
3.2 A/D转换器MAX197 4
3.3 8279驱动显示器 6
第4章 各个部分流程图及设计 9
4.1 A/D转换器MAX197的流程图 9
4.2 8279 的程序及框图 11
4.3 数字式温度计的整体程序 12
第5章 15
由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口起着非常重要的作用：
（1）行电平转换和功率放大。一般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；
（2）抗干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；
（3）进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路，以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。
1、模拟信号输入接口。在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换为数字信号的接口——模拟信号输入接口。
2、模拟信号输出接口。在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。
3、开关信号通道接口。机电一体化系统的控制系统中，需要经常处理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括：开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的一个状态，此状态作为控制依据。
（1）输入通道接口。开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。
（2）输出通道接口。开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。
二、人机接口
人机接口是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态，以实现所要求的功能。
1、输入接口。
（1）拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。
（2）键盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有：
1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII码或二进制码）；
2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断（“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便于设计。
2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器（LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。
结语：
接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。
参考文献：
[1]费仁元，张慧慧，郑刚。机电接口技术的内涵和发展。北京工业大学学报。2003.（4）
[2]佘明辉。基于机电一体化系统接口技术的研究。江西电力职业技术学院学报。2006.（4）
（一）内涵
机电接口主要就是机电一体化产品中机械装置与控制微机之间的接口，其是基于机电一体化而产生的。机电接口根据信息传输方向的不同，可以分为信息采集接口、输出接口[1]。在机电一体化产品中，传感器是一种较为常用的设备，在输出信号的时候，一般采用模拟量方式进行检测，时刻掌握发电机转速，并且检测差动变压器位置。然而，在输出控制量的时候，存在一个比较特殊的形式，就是数字系统。机电接口技术主要就是研究机电系统各项组成技术与子系统连接问题的综合技术，其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等，共同构成了一个综合系统，在实际应用中，实现了信息的交互与融合，在机电系统设计中发挥了至关重要的作用。机电接口主要是由硬件与软件共同构成，在机电系统运行中，与环境及操作者之间成立一种有效连接，在物理通道中展开信息与能量的输入、转换及传输。在信息转换的过程中，需要进行有效的交互与调整，实现机电一体化技术的协调与综合，保证各系统的有效运行，充分发挥系统功能，实现预期的工作目标。
（二）分类
目前，机电接口主要包括以下几种：智能接口、动力接口、机电接口、人机接口[2]。智能接口应用较为复杂，不同技术形式产生的信息形式也不同，并且在使用过程中，可以根据不同要求展开相应的改变。在各种信息转换与传输的过程中，智能接口可以确保不同技术与子系统的有机结合，构成一个完整系统。动力接口可以有效连接动力源与机电系统，之后给予机电系统相应的驱动动力。在机电系统中，动力类型有很多种，主要包括直流电、交流电、液压等，在系统中运用不同动力类型的时候，需要选用不同的接口形式，确保系统可以正常运行。机电接口的作用就是实现各种驱动系统的有效连接，并且将驱动信号转变成执行信号，在转变的过程中满足传感器运行要求。人机接口是机电系统与操作者之间存在的接口，通过这一接口，可以在操作者眼前呈现系统运行状态，并且有效监控系统运行，实现人性化操作目标。
二、机电一体化发展及其发展趋势
（一）机电接口技术对机电一体化发展的影响
近些年来，随着社会经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对一些事物的要求也在明显提高。经济的快速发展离不开科学技术水平的提高，传统机械技术已经无法满足现代人们日益增长的技术需求，需要对其进行改进与完善。从而在此形势下，机电一体化技术应运而生，其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等，充分满足了现代社会发展的技术要求。在机电一体化技术初始发展中，只是将电子技术与机械技术进行融合，接口十分简单、便捷[3]。然而，随着科学技术的不断发展与进步，机电一体化技术水平也在不断提升。目前，机电一体化技术不再是简单的机电一体化产品，逐渐形成了一个复杂的系统，其系统内部接口也日益复杂。现阶段，机电一体化技术研究越来越深入、成熟，然而，简单的技术研究已经无法满足系统的运行需求，需要充分重视其复杂性研究。针对机电一体化技术而言，其复杂性较强，如果只是单纯研究系统设计及其集成理论，根本无法充分实现系统的作用，为此，需要加深对机电接口技术的研究，在设计方面，加强对有关理论的融合，确保机电一体化系统的全面实施。在机电一体化技术发展过程中，越来越向智能化、系统化、微型化、网络化方向发展，其系统内部接口要求越来越高，不仅要确保接口技术与系统技术的有效融合，还要确保信息传输的顺畅。
（二）机电一体化发展历程及趋势
机电一体化发展主要经历3个阶段。一是，在20世纪50年代，电子技术发展越来越成熟，人们尝试在机械工业中应用电子技术，进而刺激了机械产品与电子技术的融合，初步产生机电一体化概念。二是，在20世纪80年代，机电一体化已经发展了30来年，不管是技术还是产品性能都得到了很大的提升，技术更加成熟，产品性能更加健全。三是，在20世纪90年代末，微细加工技术、电子通信技术、光学技术等得到了快速发展，并且逐渐融入发到了机电一体化当中，使得机电一体化技术越来越成熟。我国机电一体化起步比较晚，现今已经取得了一定的成绩，在机械工业中得到了广泛应用。随着信息技术的快速发展，人工智能机电一体化建设取得了很大的进步，在数控机床和机器人制造中得到了广泛运用，促进了机械工业的进一步发展。系统化发展使机械系统更加开放，为多子系统的协调发展与综合管理提供了可靠依据。同时，在绿色生产概念下，机械绿色化也是工业发展的必然趋势，是人类保护生态环境资源的重要手段[4]。
