第6章 常用接口芯片

第六章常用接口芯片§6.1简单接口§6.2时钟发生器8284§6.3总线控制器8288§6.4总线裁决器8289§6.5可编程并行接口8255§6.6可编程定时器8253§6.7可编程串行接口8250习

题§6.1简单接口一、三态门接口芯片一个典型的三态门接口芯片(74LS244)如图6—1所示。从图中不难看出该芯片有8个三态门构成，其中每四个三态门由一个控制端(E1或E2)来控制，当控制端有效时(低电平)，三态门导通；当它们为高电平时，相应的三态门呈现高阻状态。图6-174LS244逻辑图利用三态门可以实现对输入信号的接口。在利用三态门作为输入信号接口时，要求信号的状态是能够保持的。这是因为，74LS244三态门本身没有对信号的保持或锁存能力。图6—2就是一个利用三态门作为并行输入接口的例子。图6—2三态门输入接口二、锁存器接口芯片前面提到的三态门器件，可以用作固定状态的输入接口。但是，由于它没有保持(或称锁存)数据的能力，无法直接用它实现数据的输出接口。最简单的输出接口可由D触发器构成。目前，经常用的芯片之一是8D锁存器74LS273，它由8个D触发器构成。其引线图及真值表如图6—3所示。图6—374L273引线图和真值表图6—474L273引线图及真值表由于74LS374是8位的带有三态输出的锁存器，具有更大的使用灵活性，故它既可以作为输入接口，又可以用作输出接口。图6-6就是利用374构成的8路输出接口。由于将，OE接地则其输出三态门一直处于导通状态。这样一来74LS374与74LS273就一样了。也就是说，273也可以同样方式来使用。图6-7表示利用74LS374作为输入接口的电路图。外设数据由外设提供的选通脉冲锁存在374内部。当CPU读该接口时，译码器输出低电平，使374的输出三态门打开从而读出外设的数据。图6-574LS374的内部结构图6-674LS374作为输出接口图6-774LS374用作输入接口§6.2时钟发生器8284一、引线及其功能时钟发生器8284的引出线如图6—8所示。其引线功能叙述如下：参见该芯片的内部框图如图6—9所示。图6-8时钟发生器8284引线图图6—98284内部全吉构框图二、8284的使用在一般情况下，8284作为构成微机系统的一个简单部件，其使用是很容易的。图6—10是某8088微型计算机时钟电路8284使用的实际例子。图6—10时钟发生器8284的应用实例在图6-10中，还有一些引线在使用中没有用到，如OSC，EFI等可空着不接。外设或其他电路板上的速度慢的器件在工作过程中需要CPU等待时，是通过向8284的RDY1端提供控制信号来实现的。在加电及按复位按钮时，利用图6-10的电路可实现对8088的复位。其他系统所使用的时钟电路与上述情况大同小异。例如PC机的8284A及286上用的82284等，读者有了上述基础，就不难应用它们了。§6.3总线控制器8288一、引线及功能如图6—11所示，总线控制器包括与处理器相连接的两组输入信号和两组输出信号，即：处理器状态和控制信号、总线命令输出信号和由它输出的控制信号。下面仅对这些信号做最简单地说明。图6—11总线控制器8288引线图二、80-88总线控制器使用举例图6-12是一个利用8288总线控制器构成系统总线的简化图。图中，CPU的状态S0、S1、S2接到8288上，同时，通过译码电路使得在未进行DMA请求且CPU在正常执行程序时，保证AEN＝0，CEN=l。保证8288正常工作，输出命令。利用其输出ALE锁存地址于74LS3730373与374基本相同，不同之处仅仅是其为电平锁存。图6—12利用8288构成系统总线6-4总线裁决器8289一、8289引线及简单功能说明总线裁决器8289引线如图6-13所示。8289的20条引线分成如图所示的几类。表6-18289的几种工作方式图6—138289引线图二、优先级控制及工作方式1.优先级控制由于构成系统的处理器都要通过主控系统总线来共享总线上的资源。在某一时刻，只允许一个处理器使用主控系统总线。为此，利用8289可以实现优先级控制。主要有如下几种：①并行优先级控制并行优先级控制如图6—14所示。图6—14并行优先级控制②串行优先级控制8289串行优先级控制如图6-15所示，由l号8289到3号8289的优先级顺次降低。由于这种方式信号是一级一级8289串行通过的。每通过一级都要对信号造成延迟。因此，厂家推荐在BCLK为10MHz时，8289不要超过3个。图6—158289串行优先级控制图6—168289的IOB方式2．8289的工作方式前面已经提到，8289有如下几种工作方式：①IOB方式在这种方式中，处理器通常采用8089的远地工作方式。当处理器要与外设通信或对外设进行控制时，要使用I/O总线。②保留总线方式。该方式使CPU具有最大的灵活性。CPU既可以寻址它自己的(保留)总线上的所有资源，又可以享用系统总线上的各种资源，如内存及外设。为了实现这种方式，需要2片8288和一片8289。③单总线方式在单总线方式里，所有的处理器均只有一个与系统总线的接口。也就是说处理器只能通过一条系统总线去使用系统总线上的资源。④工OB与保留混合方式这种方式是上述两种方式的混合。保留总线就变成了工OB总线。图6—178289的保留总线方式示意图三、8289使用举例为了说明8289的连接使用及多处理器的情况下，优先级控制等问题，我们以单总线方式为例，画出三个处理器互联的多处理器系统的简化框图如图6—18所示。图6—188289单总线方式电路框图6—5可编程并行接口82558255是INTEL为其80系列微处理器生产的通用可编程并行输入输出接口。它具有很强的功能，在使用中可利用软件编程来指定它该完成的功能。因此，8255获得了广泛的应用。

一、外部引线及内部结构1．外部引线8255的外部引线如图6-19所示。图6—198255引线图2．内部结构8255的内部结构框图如图6-20所示。从图6-20中可以看到，左边的信号与系统总线相接。右边是与外设相连接的三个口。三个口均为8位。其中A口输出有锁存能力，输入亦有锁存能力。B口输入输出均有锁存能力。C口输出有锁存能力，输入没有锁存能力，在使用上要注意到这一点。二、8255的工作方式8255有三种工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。这里我们首先对每一种工作方式进行说明。1．工作方式0，又称为基本输入输出方式在此方式下，A口的8条线，B口的8条线，C口的高4位对应的4条线和C口低4位对应的4条线这四部分分别定义为输入或输出。图6—208255内部结构框图2．工作方式l，即选通输入输出方式在这种方式下，A口和B口仍作为数据的输出或输入口而同时要利用C口的某些位作为控制和状态信号，从而实现这种工作方式。当8255工作于方式l时，A口和BIZI可任意由程序指定为输入口还是输出口。为了阐述问题方便，我们分别以A口、B口均为输入或均为输出加以说明。将来实际应用时，A口，B口的输入或输出完全可以由软件编程来指定。

(1)方式l下A口B口均为输出时：当在方式1下，A口和B口均工作在输出状态时，要利用C口的六条线作为控制和状态信号线来实现。其定义如图6-21所示。表6-28255方式0之下的输入输出组合图6—21方式l之下的A、B口均为输出的信号定义图6—22方式1下的输出时序(2)方式r下A、B口均为输入时：与方式l下两口均为输出类似，为实现选通输入，则同样要利用C口的信号线。其定义如图6—23所示。图6—23方式1下A、B口均为输入的信号定义图6—24方式1下的输入时序3．工作方式2，又称双向输入输出方式这种工作方式只有8255的A口才有。在A口工作于双向输入输出方式时，要利用C口的5条线才能实现。此时，B口只能工作在方式0或方式1，而C口剩下的3条线可作为输入输出线使用或用做B口方式1之下的控制线。

A口工作于方式2之下时，各信号的定义如图6-25所示。图中未画B口和C口的其他引线。在工作方式2下的时序图如图6—26所示。图6—25方式2下的信号定义图6—26方式2下的时序图三、方式控制字及状态字1.控制字8255的控制字由8位二进制数构成，其各位的控制功能如图6-27所示。当控制字bit7=l时，控制字的bit6～bit3这四位用来控制A组，即A口的8位和C口的高4位。而控制字的低3位bit2～bit0用来控制B组，包括B口的8位和C口的低4位。图6—278255控制字格式2．状态字当8255的A口，B口作在方式1或方式2时，可以通过读C口的状态，利用所读得的C口的状态可以检测A口和B口的状态。当8255的A口和B口均工作在方式l的输入时，由C口读的8位数据各位的意义如图6-29所示。当8255的A口和BEI均工作在方式l的输出时，由C口读出的状态字各位的意义如图6-30所示。四、8255的寻址及连接使用8255占外设编址的四个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同+个地址分别可以进行读写操作云例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出。前面提到8255的片选信号及A0、A1，的功能，再加上读写信号。即可方便地对8255进行寻址。这些信号的功能如表6—3所示。图6—28C口位操作控制字格式图6-29A口和B口均工作在方式图6-30A口和B口均工作在方式图6—3lA口方式2工作时的状态字表6—38355的寻址在8255的连接使用中，由于8088只有名条数据线，连接起来是比较方便的。我们将8255的一个连接的实例画在图6-32上。图6—328255与总线连接实例利用全部A0～A15地址线连接两片8255构成外设接口，其连接图如图6-33所示。由图中的译码电路可以看到，两片8255的接口地址分别为：FBCOH～FBC3H和FBC4H～FBC7H。图6—338255接在8088系统中五、初始化及应用举例8255可编程接口芯片的初始化十分简单，只要将控制字写入8255的控制寄存器即可实现。

现在举例说明8255的应用。首先利用8255来实现打印机的接口。8255的连接如图6-32所示，利用8255工作在方式0实现打印机接口。8255与打印机的连接如图6-34所示。图6—35是打印机的工作时序图。接口将数据传给打印机的输入D0～D7。图6—348255与打印机的连接图6—35是打印机的工作时序图图6—368255与打印机的连接图6—378255与A／D、D／A变换器的接口6-6可编程定时器8253一、外部引线及其性能可编程定时器8253的外部引线如图6-38所示，相应的内部结构框图如图6-39所示。图6—388253印线图图6—398253内部结构二、工作方式从内部结构图6—39可以看到，可编程定时器8253内部有三个相同的l6位计数器。它们都能够工作在如下六种方式之下。1．方式0：计数结束产生中断在这种方式下，计数器对CLK输入信号进行减法计数，每一个时钟周期计数器减l。

当设定该方式后，计数器的输出OUT变低。设置装入计数值时也使输出OUT变低。当计数减到零——计数结束时，输出OUT变高。该输出信号即可以作为中断请求信号来使用。2．方式l：可编程单稳当计数器的计数值装入计数器后，要由门控信号GATE上升沿开始启动计数。同时，计数器的OUT输出为低电平。当计数结束时，OUT输出为高电平。这样就可以从计数器的OUT端得到一个由GATE上升沿开始，直到计数结束的负脉冲。若要再次获得一个所希望宽度的负脉冲，则需要重新装入计数值并用GATE启动来达到。3．方式2：频率发生器在该方式下，计数器装入初值，开始工作后，计数器的输出OUT将连续输出一个时钟周期宽的负脉冲。两负脉冲之间的时钟周期数就是计数器装入的计数初值。这样一来，就可以利用不同的计数值达到对时钟脉冲的分频，而分频输出就是OUT输出。4．方式3：方波发生器这种方式下，可以得到对称的方波由OUT输出。当装入计数值为N时，若N为偶数，则完成N／2计数OUT为高，完成另外N／2计数时OUT为低，一直进行下去。若N为奇数，则(N+1)／2计数时OUT保持高电平。而(N一1)／2计数期间OUT为低电平。5．方式4：软件触发选通设置此方式后，输出OUT立即变为高电平，一旦装入计数值，计数立即开始。当计数结束时，由OUT输出一个宽度为一个时钟周期的负脉冲。注意：计数开始并不受GATE控制。6．方式5：硬件触发选通在设置此方式后，OUT输出为高电平。计数由GATE的上升沿开始进行，当计数结束时由输出端OUT送出一宽度为一个时钟周期的负脉冲。表6—4GATE信号功能表图6-408253控制字格式三、8253的控制字8253的控制字格式如图6-40所示。8253的控制字bit0用来定义用户所使用的计数值是二进制数还是BCD数。因为每个计数器都是16位(二进制)计数器。所以，允许用户使用二进数(十六进制表示)从0000H~FFFFH，或使用十进制数从0000到99990由于计数器是减1操作，当初始计数值为0000时，为最大计数值。四、8253的寻址及连接1．寻址8253占用4个接口地址，地址由，CS、A0、A1来确定。同时，再配合RD、WR控制信号，可以实现对8253的各种读写操作。上述信号的组合功能由表6-5来说明。表6—5各寻址信号组合功能2．连接为了用好8253，读者必须能够熟练地将它连接到系统总线上。下面就是8253与8088系统连接的例子，表示于图6-41中。图6-418253与8088总线连接图6-428253在PC机系统中的连接简图五、初始化及其应用由于8253每个计数器都有自己的地址，控制字中又有专门两位来指定计数器。这就使得8253的编程初始化十分灵活方便。对计数器的编程实际上可按任何顺序进行。也就是说不必一定按照计数器0，l，2的顺序初始化。实际使用中经常采用两种初始化顺序：①逐个计数器分别初始化。对某一个计数器，先写入方式控制字，接着写入计数值(一个字节或两个字节)如图6—43所示。②先写所有计数器的方式字，再装入各计数器的计数值，其过程如图6—44所示。图6—43一个计数器初始化顺序图6—44另一种编程顺序§6—7可编程串行接口8250一、概述在串行通信中，经常采用两种最基本的通信方式，一种是同步通信，一种是异步通信。1.同步通信所谓同步通信是指在约定的波特率(每秒钟传送的位数)下，发送端和接收端的频率保持一致(同步)。用于同步通信的数据格式有许多种，图6—45表示常见到的几种。在图6—45，除数据场的字节数不受限制外，其他均为8位。图6—45常见的几种同步通信格式2．异步通信异步通信是指收发端在约定的波特率下，不需要严格地同步，允许有相对的迟延。即两端的频率差别在1／10以内，就能正确地实现通信。异步通信的数据传送格式如图6—46所示。图6—46异步通信数据格式二、可编程串行接口82508250可编程串行接口功能强，使用灵活，应用广泛。这里对它进行简要介绍，主要达到能在日后应用它的目的。

1.引线及功能8250的外部引线及内部结构简图分别表示在图6-47和图6-48中。图6-478250外部引线图6-488250内部结构框图表6-6MR功能2．内部寄存器(1)通信控制寄存器这是一个8位的寄存器，其主要功能如图6-49所示。该控制字主要决定在串行通信时所使用的数据格式，例如数据位数、奇偶校验及停止位的多少。(2)通信状态·寄存器通信状态寄存器是一个8位寄存器，其各位的功能如图6-50所示。图6—49通信控制字格式图6—50通信状态字(3)发送数据寄存器这是个8位的寄存器，发送数据时，处理器将数据写入该寄存器。只要发送移位寄存器空，该发送数据寄存器的数据便会由8250硬件自动并行送到移位寄存器中，以便串行移出。(4)接收数据寄存器是一个8位的寄存器，当8250接收到一个完整的字符时，会将该字符由接收移位寄存器传送到接收数据寄存器。处理器可直接由此寄存器读取数据。(5)除数锁存器该锁存器为16位，外部时钟被除数锁存器中的除数相除，可以获得所需的波特率。(6)中断允许寄存器中断允许寄存器只用D0—D3这四位，每位的l或0编码分别允许或禁止8250的四种中断源提出中断。其格式如图6-51所示。图6—51中断允许寄存器格式(7)中断标志寄存器中断标志寄存器为8位，高五位为0，只用低三位来实现8250的中断标志。8250有四个中断源，在8250内部安排优先级的顺序为：最高优先级为接收器线路状态中断，包括越限、奇偶错、结构错、间断等。读通。信状态寄存器可使此中断复位。

下一优先级是接收数据寄存器满中断。读接收数据寄存器可复位此中断。再下一优先级为发送数据寄存器空中断。写发送数据寄存器可使这一中断复位。

最低优先级为MODEM状态中断，包括发送结束、数传机准备好、振铃指示、接收线路信号检测等为MODEM状态中断源。读MODEM状态寄存器可复位该中断。中断标志寄存器的格式如图6-52所示。图6—52中断标志寄存器格式(8)MODEM控制寄存器这是一个8位的寄存器，用以控制MODEM或其他数字设备。各位的功能如图6-53所示。图6—53MODEM控制字格式(9)MODEM状态寄存器

MODEM状态寄存器提供了与8250相连接的MODEM或其他外设加到8250上的控制线的信号状态以及这些控制线的状态变化。当由MODEM来的控制线变化时，MODEM状态寄存器的低4位被相对应地置1。在读此寄存器时，使这4位同时清零oMODEM状态字的格式如图6-54所示。图6—54MODEM状态字格式3．8250的寻址及连接8250内部有10个与我们编程使用有关的寄存器，利用选片CS0，CS1和CS2可以选中该片8250。利用片上的A0A1A2三条地址线可以选择最多8个寄存器—一一三位地址线的8种不同编码。在PC机中，串行通信接口由8250来实现，下面图6-55表示了它与总线的连接。表6-78250的寻址图6—558250的连接4．初始化及其应用8250初始化的顺