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      微型計算機原理及應用學習筆記 簡單的輸入/輸

      編輯整理:  貴州自考網 發表時間:  2018-05-23   【   點擊數:

      這一節扼要地介紹三種常用的功能較簡單的輸入輸出接口芯片的功能及應用。
         一、芯片功能簡介紹
          在外設接口電路中,經常需要對傳輸過程中的信息進行放大(功率放大)、隔離以及鎖存,能實現上述功能的接口芯片最簡單的就是緩沖器、數據收發器和鎖存器。
          (一)74系列器件
          74系列器件是TI(Texas Instrument,德州儀器)公司生產的中小規模TTL集成電路芯片,這是一種低成本、工業和民用產品,工作溫度為0—70℃,以功耗和速度分類有如下幾類:
          (1)74X X X——標準TTL;
          (2)74LXXX一低功耗TTL;
          (3)74SX X X——肖特基型TTL;
          (4)74LSX X X——低功耗肖特基型TTL;
          (5)74ALSX X X——高性能型TI'L;
          (6)74FX X X——高速型TTL。
          對于相同編號(X X X)、不同類型的芯片,其邏輯功能完全一樣。
          (二)鎖存器74LS373
          74LS373是一種8D鎖存器,具有三態驅動輸出,其邏輯電路及引腳圖如圖6-4所示。由圖6-4可見,該鎖存器由8個D門組成,有8個輸入端1D一8D,八個輸出端1Q一8Q,2個控制端——G和OE,使能端G有效時,將D端數據打入鎖存器中D門,當輸出允許端有效時,將鎖存器中鎖存的數據送到輸出端Q。
      74LS373的鎖存功能見表6—1。
      表中H為高電平,L 為低電平, Q0為原狀態,Z為高阻態,X表示任意值(即不論為“H”還是為“L”都一樣)。
          從表中可見74LS373的功能為:當使能端G為高電平時,同時輸出允許端 為低電平,則輸出Q等于輸入D;當使能端G為低電平,而輸出允許端 也為低電平時,則輸出Q=Qo(原狀態,即使能端G由高電平變為低電平前,輸出端Q的狀態,這就是“鎖存”的意義):當輸出允許端 為高電平時,不論使能端G為何值。輸出端Q總為高阻態。
          74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數據信息以及DMA頁面地址信息等。
          常用的鎖存器還有74LS273、573、Intel 8282和8283等。
          (三)緩沖器74LS244
          74LS244是一種三態輸出的八緩沖器和線驅動器,該芯片的邏輯電路圖和引腳圖如圖6-5所示。
          從圖可見,該緩沖器有8個輸入端,分為兩路—1A1~1A4,2A1~2A4,同時8個輸出端,也分為兩路——1Y1~1Y4,2Y1~2Y4,分別由兩個門控信號 和 控制,當 為低電平時,1Y1—1Y4的電平與1A1—1A4的電平相同,即輸出反映輸入電平的高低;同樣,當 為低電平時,1Y1~1Y4的電平與2A1—2A4的電平相同。而當 (或 )為高電平時,輸出1Y1—1Y4(或2Y1~2Y4)為高阻態。經74LS244緩沖后,輸入信號被驅動,輸出信號的驅動能力加大了。
      74LS244緩沖器主要用于三態輸出的存儲地址驅動器、時鐘驅動器和總線定向接收器和定向發送器等。
          常用的緩沖器還有74LS240,241等。
          (四)數據收發器74LS245
          74LS245是一種三態輸出的8總線收發器,其邏輯電路圖和引腳圖如圖6-6所示。
          從圖可見,該收發器有16個雙向傳送的數據端,即A1—A8,B1—B8,另有二個控制端——使能端 ,方向控制端DIR  該芯片的功能如表6-2所示。74LS245通常用于數據的雙向傳送、緩沖和驅動。常用的數據收發器還有74LS243,Intel 8286、8287等。
      二、芯片應用舉例   
      下面用兩個應用實例來說明上述I/O接口芯片在微機系統中的作用。
      (一)74LS373用作輸出接口   
      圖6-7是采用74LS373鎖存器作為發光二極管LED接口的電路圖。圖中①為譯碼器,CPU的雙重總線AD0~ADl5已經分離為單一的信號線——A0~A15(輸出)、D0~D15(雙向), 由 和 信號組合而成。當74LS373的輸出端Q7~Q0為全“高”時發光二極管不發光;當Q7~Q­為全“低”時,所有的發光二極管都發光,而Q端信號是由74LS373輸入端在G端加上高電平時送上數據線D7~D0,若要使L7~L0都發光,必需向D7~D0寫入全“0”信號,這可由如下指令實現:
          MOV  AL,00H
          OUT  ,AL
          OUT指令產生 為低電平,譯碼器輸出 低電平,或非門輸出為正脈沖,373的輸入端D7~D0出現CPU送出的數據AL=00H,然后在G端的正脈沖作用下把D7~D0的00H鎖存輸出,使L7~L0全部點亮。這是最簡單的無條件傳送。
          (二)用于一般的總線驅動電路
          在8086系統中,由于存儲器和I / O接口較多,必需在CPU總線和系統總線之間加接總線驅動電路,要求在加接驅動電路后CPU仍能進行常規的存儲器讀寫、I / O讀寫、中斷響應,、總線請求響應(即HLDA有效)以及在RESET有效時的相應操作。試設計一個總線驅動器電路,要求被驅動的總線信號包括20位地址總線、16位數據總線以及控制總線中的 、 、 、ALE、 和 。
          解題分析:
          (1)按題意,根據8086總線信號的特點,CPU總線中的雙重總線信號A16/S3~A19/S6、AD0~AD15以及 中的地址信息A19~A0以及 必須要鎖存和驅動,可以采用三片74LS373鎖存器來實現上述信號的鎖存和驅動,而AD0—AD15同時通過數據收發器74LS245(二片),用來驅動雙向數據信號;而單向的控制信號 、 、 、ALE和 等只需采用緩沖器74LS244即可。
          (2)確定了采用的主要器件后,連接中的關鍵問題是這三種器件中的控制信號如何連接。
          按題意,CPU進行存儲器讀寫和I/O讀寫時,373、245和244必須正常工作,向系統總線提供正常工作所要求的地址信號、數據信號和控制信號。而在總線請求響應(HLDA有效)和復位信號RESET有效時,要求驅動電路輸出處于高阻狀態。根據三種驅動(鎖存)器的工作特性,74LS373輸出為高阻態的條件是 端接高電平;74LS245輸出為高阻態的條件是 端接高電平;74LS244輸出為高阻態的條件是 、 接高電平。據此可將74LS373的 、74LS245的 和74LS244的 、 連接在一起,同一個或門(2號)的輸出端相連,或門的輸入為8086CPU的輸出信號RESET和HLDA。當執行總線響應周期時,HLDA有效,為高電平;當復位信號有效時,RESET為高電平。RESET和HLDA只要一個有效(高電平),或門2輸出即為高電平,使74LS373、74LS245和74LS244三組器件輸出呈現高阻抗,此即總線響應(保持響應)周期和RESET操作所要求的總線環境。
          對數據收發器74LS245而言,數據傳送方向由控制端DIR控制,當DIR為低電平時,傳輸方向為從B到A;當DIR為高電平時,傳輸方向為由A到B。CPU在進行讀操作時 (不論是存儲器讀;還是I/O讀),以及中斷響應時,要求數據從B到A傳輸。為此可以將經驅動后的控制信號線 (讀)和 (中斷響應)送到一個與門1,與門1輸出同74LS245的DIR端相連;這樣,在CPU進行讀操作時( 為低電平)或CPU進人中斷響應周期時( 為低電平);與門1輸出為低電平,控制74LS245的傳輸方向為從B到A,即從系統總線傳輸到CPU。
      地址鎖存器74LS373的鎖存作用由使能端G保證,G為高電平時,把輸入地址信息  打入74LS373,G從高變為低時,將地址鎖存,G端同CPU經驅動后的地址鎖存允許信號ALE相連,剛好滿足鎖存要求。  
      根據以上分析,可以畫出按題意要求的總線驅動電路,如圖6-8所示。


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