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微型计算机原理及应用学习笔记 可编程接口芯片

编辑整理:陕西自考网 发表时间:2018-05-23 12:28:39   字体大小:【   【添加招生老师微信】


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CPU要同外设交换信息,必需通过接口电路,一般在接口电路中应具有如下电路单元:①输人/输出数据锁存器和缓冲器,用以解决CPU与外设之间速度不匹配的矛盾,以及起隔离和缓冲的作用;②控制命令和状态寄存器,以存放CPU对外设的控制命令,以及外设的状态信息;③地址译码器,用来选择接口电路中的不同端口(寄存器);④读写控制逻辑;⑤中断控制逻辑。
随着大规模集成电路技术的迅速发展,微机系统中CPU与外设之间的接口电路已由早期的逻辑电路板(由中、小规模集成电路芯片组成)发展为以大规模集成电路芯片为主的接口芯片。用于微机输人/输出的接口芯片种类极多,功能各异,按功能选择的灵活性来分,可分为可编程接口芯片和不可编程的接口芯片;按接口的通用性来分,可分为通用接口芯片和专用接口芯片。
本节从接口芯片的外特性着手,简要讨论接口芯片中一些公用引脚的作用及其连接方法。
一、片选概念
同内存储器的读/写操作相仿,必须要有一个地址信号选中接口芯片后,才能使该接口芯片进入电路工作状态,实现数据的输入/输出。CPU的8条地址线A7-A0形成地址,通过地址译码器输出接到接口芯片的选通端CE(Chip Enable),又称片选端CS(Chip Select),如图7-1所示。CE端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。片选端究竟是高电平有效(标为CE)还是低电平有效(标为前一单元fix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />前一单元ferrelative="t" o:spt="75" coordsize="21600,21600"> )由接口芯片决定。只有CE(或 )被选中后,CPU才能通过该芯片与对应的I/O设备传送数据。
图7-1  译码与片选
二、读/写概念
接口芯片的地址码经译码后接通芯片的片选端CE(或 ),对读操作而言,使输入口信息由数据总线进入CPU,数据何时读入CPU,由 (读信号)控制。
各控制信号的时序关系为:当地址信息稳定后,读信号 有效及输入/输出请求信号 =“L”,通知接口芯片,片选信号 已稳定,输入口已与数据总线接通,CPU可进行I/O设备的读操作,如图7-2所示。 , 及数据总线DB构成输入口的必备引脚,如图7-2(a)所示。
同理对于输出口,当CPU对接口进行输出数据的操作时,发出 (写信号)有效, =“L”。这样, , 以及数据总线构成输出口的必备引脚,如图7-2(b)所示。在输入/输出接口中,有时采用 (或 )引脚,当 =“L”时,为输入(读),而 =“H”时,为输出(写)。
图7-2  输入口与输出口
(a)输入口;(b)输出口
上述接口芯片的各种信号都由CPU的输入/输出指令产生。以输入指令为例:
            IN     AL,口地址
CPU内的指令寄存器和译码器分析此指令代码后,知道是I/O设备的读操作,就将口地址(8位)送上地址总线A7-A0,经CPU外的地址译码器译码后,产生片选信号,送输入口CE(或 )端,同时还将 =“L”和 =“L”信号送到输入口,输入口把输入设备的数据送上数据总线,由CPU读入AL。
三、可编程接口的概念
目前所用的接口芯片大部分是多通道、多功能的。所谓多通道就是指一个接口芯片一面与CPU连接,另一面可接几个外设,所谓多功能是指一个接口芯片能实现多种接口功能,实现不同的电路工作状态。从硬件角度看,各通道在芯片内部通过一关S0,S1,…,Sn与总线相接;如图7-3所示,各电路单元(用以实现不同总的接口功能)通过各种开关电路相互连接。在接口芯片中,各硬件单元不是固定接死的,可由用户在使用中选择,即通过计算机的指令来选择不同的通道和不同的电路功能,称为“编程控制”。接口电路的组态(即电路工作状态)可由计算机指令来控制的接口芯片称为“可编程序接口芯片”。
图7-3  可编程概念
接口芯片中有一个寄存器,用来存放控制电路组态的控制字节,称为控制寄存器,控制字节的二位代码可控制4种状态,8位代码可控制256种状态。
四、“联络”的概念
CPU通过外设接口芯片同外设交换信息时,接口芯片常常需要和外设间有一定的“联络”信号,以保证信息的正常传送。通常采用两个“联络”(Handshake)信号:STB(选通信号,strobe)和RDY(就绪信号,Ready),如图7-4所示
图7-4  联络信号
以输入接口为例:RDY=“H”表示接口芯片中输入寄存器已空,可接受外设信息以实现外设向接口的输入操作。 =“L”表示接口选通,是外设向接口发出的,外设把数据送上接口芯片端口后,用 信号有效打入接口芯片输入寄存器,在 的后沿,把RDY信号拉为“L”,表明输入寄存器已有数据。RDY=“L”正是接口与CPU的通信标志。CPU接收RDY=“L”后,发出读数指令,读人该数据,并使RDY置“H”。然后,又开始新一轮的输入操作。其时序图见图7-5。
图7-5
如是输出接口,则:RDY=“H”,表示接口寄存器已有数据,通知外设来取数。
=“L”,表示端口数据已为外设接收,且已处理,CPU可送新数据到接口寄存器, 的后沿使RDY变为“L”。
五、接口芯片的引脚概述
接口芯片是CPU与外设之间的界面,它一方面要与CPU打交道,要接收CPU进行输入/输出所发出的一系列信息,另一方面又要与外设打交道,要向外设收发数据及一些联络信号等,因此通用的接口芯片大致可包括如图7-6所示的那些引脚。

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