微型计算机原理及应用学习笔记 可编程接口芯片

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。