第6章常用的输入输出接口芯片

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常用接口芯片及应用

常用接口芯片及应用1. 介绍接口芯片是计算机系统中用于连接各个设备和外部接口的重要组件。

它们可以实现设备之间的数据传输和通信，并且支持各种不同的接口标准和协议。

在现代电子产品中，常用接口芯片被广泛应用于各个领域，如计算机、通信、汽车、工业控制等。

本文将介绍一些常用的接口芯片以及它们的应用。

2. USB接口芯片USB（Universal Serial Bus）是一种常用的计算机接口标准，用于连接外部设备和计算机主机。

USB接口芯片通常包括USB控制器和USB PHY（Physical Layer）两部分。

USB控制器负责处理USB协议的逻辑层，而USB PHY负责处理USB物理层的电信号转换。

USB接口芯片的应用非常广泛，如打印机、扫描仪、摄像头、音频设备等。

3. Ethernet接口芯片Ethernet（以太网）是一种用于局域网（LAN）的常用接口标准。

Ethernet接口芯片通常包括MAC（Media Access Control）子层和物理层接口部分。

它们可以支持不同的以太网速度和传输介质，如10/100/1000 Mbps和光纤、双绞线等。

Ethernet接口芯片的应用非常广泛，如网络交换机、路由器、网络存储设备等。

4. HDMI接口芯片HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是一种用于高清视频和音频传输的接口标准。

HDMI接口芯片通常包括HDMI控制器和HDMI PHY两部分。

HDMI控制器负责处理HDMI协议的逻辑层，而HDMI PHY负责处理HDMI物理层的电信号转换。

HDMI接口芯片广泛应用于高清电视、投影仪、显示器等设备。

5. SPI接口芯片SPI（Serial Peripheral Interface）是一种用于外围设备和微控制器之间的串行通信接口。

SPI接口芯片通常包括SPI控制器和SPI PHY两部分。

SPI控制器负责处理SPI协议的逻辑层，而SPI PHY负责处理SPI物理层的电信号转换。

第6章基本输入输出接口(jkbs)--0173页PPT

IN AX,DX
第6章：OUT指令实例（向300H端口输出一个字节）
；唯一的方法：间接寻址，字节量输出 MOV AL,BVAR ；BVAR是字节变量 MOV DX,300H OUT DX,AL
第6章：输入/输出指令（IN、OUT）特点
（1）累加器AL、AX的专用指令对输入指令IN ，目的操作数只能为AL, 或AX IN AL, 21H IN AX, DX IN BX, 21H 对输出指令OUT ，源操作数只能为AL, 或AX OUT 20H, AL OUT DX, AX OUT DX, CX
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。
PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路
CPU
接口电路
I/O 设备
第6章：6.1.1 I/O接口的主要功能
⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节实际的电路常见：输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
；方法3：直接寻址，字节量输入
IN AL,21H
MOV AH,AL
IN AL,20H
；方法4：间接寻址，字节量输入
MOV DX,21H
IN AL,DX MOV AH,AL DEC DX IN AL,DX
；方法1：直接寻址，字量输入 IN AX,20H
；方法2：间接寻址，字量输入 MOV DX,20H
OUT 20H, AL
E620
IN AL, DX
输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX）
IN AL,i8 ;字节输入
IN AL,DX ;字节输入
IN AX,i8;字输入

微机原理与接口技术_第6章 IO接口

三、I/O端口编址（续） 2.I/O独立编址(续)
缺点：专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型少，程序设计灵活性较差；要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。

三、I/O端口编址（续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序控制完成。程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送）特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设空闲。要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送）输入接口的设计要求:
寻址确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入等待数据输入输入缓冲器读入数据输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能（续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1）设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的不协调问题；输出时： CPU DB 锁存器输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构（续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口

这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件；对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门；对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）

第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)

§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术注意其软硬结合的特点根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节实际的电路常见：输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有三种：程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控制的方法不同，又可以分为无条件传送方式和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性主要体现在引脚上，分成两侧信号面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O

第6章 MCS-51单片机系统扩展技术

6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态RAM扩展电路
6.3.2 动态RAM扩展电路
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6.3.1 静态RAM扩展电路
常用的静态RAM芯片有6116，6264，62256等，其管脚配置如图6-13所示。
1．6264静态RAM扩展额定功耗200mW，典型存取时间200ns，28脚双列直插式封装。表6-1给出了6264的操作方式，图6-14为6264静态RAM扩展电路。
图 6 9
A EEPROM
28 17
扩展电路
写入数据
不是指令
查询中断延时
2．2864A EEPROM 扩展
2864A有四种工作方式：（1）维持方式（2）写入方式（3）读出方式（4）数据查询方式
图 6 12
28 64
返回本节
A EEPROM
扩展电路
串行E2PROM简介串行E2PROM占用引线少、接线简单，适用于作为数据存储器且保存信息量不大的场合。以AT93C46／56／57／66为例，它是三线串行接口E2PROM，能提供128×8、256×8、512×8或64×16、128×16、256×16 位，具有高可靠性、能重复擦写100，000次、保存数据100年不丢失的特点，采用8脚封装。
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展 6.4 输入/输出口扩展技术
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口串行接口中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1

第六章人机交互 — 输入接口

1.6 实验结果
单击全速运行按钮（快捷键F5），程序会运行并停留在main()主函数处；继续全速运行，在PC机上的“串口调试助手”的发送对话框输入数字，如下图所示，实验板上的LED亮灭状态随着输入数字的不同发生相应的变化。
二、键盘应用

键盘的用途：用PC机键盘控制计算机；用手机键盘发送短信息；用遥控器控制家用电器等等。键盘是最为直接的控制手段，也是最容易被人们接收的控制方法。应用键盘可以大大提高应用系统的灵活性和可控制性。
当PC机发来数据，ARM启动UART0的中断服务程序，把接收的数据放到 KeyCode全局变量中。
UART0中断服务程序
程序中读取宿主机发来的数据，然后把接收的数据处理后，发送给全局变量KeyCode作为按键值，最后退出中断。程序清单 UART0中断服务程序
/******************************************************************** * 文件名：UART0_IRQ() * 功能：UART0中断服务子程序 * 全局变量：KeyCode ********************************************************************/ void __irq UART0_IRQ(void) { uint8 Data; Data = U0RBR; // 取得宿主机发来的数据 KeyCode = Data - 0x30; // 把数字字符转换成相应的数字 while((U0IIR & 0x04) == 0x04) Data = U0IIR; // 通过读取U0IIR寄存器来清除中断标志 VICVectAddr = 0 ; // 通知中断结束 }

第六章 IO接口和总线

1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题速度不匹配（CPU快，外设慢）信号电平不匹配（CPU使用TTL电平，外设多为机电设备）信号格式不匹配（CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等）时序不匹配解决方案：用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D

微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)

第6章输入/输出接口技术
2．端口编址方式既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理，以解决双方的速度匹配问题。
第6章输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的数据及字符，通常为8位。

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使数据总线D0~D7浮空。从而CPU将总线交给DMAC
使用。
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第6章常用的输入输出接口芯片
图6.10 利用8288构成系统总线
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第6章常用的输入输出接口芯片
6.3 总线裁决器8289
8289是为了构成中、大规模的8086/88多处理器系统设计的，由于总线及资源的多处理器共享，为了防止竞争必须进行裁决。 6.3.1 8289引线及简单功能说明总线裁决器8289引线如图6.11所示。8289的20条引
第6章常用的输入输出接口芯片
图6.7 共阳LED数码管的示意图
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第6章常用的输入输出接口芯片
2. 接口电路
这种七段LED数码管与微机系统总线有多种接口方式。而生产厂家为数码管生产了多种译码器，可直接作为LED数码管接口，本书不做说明。在此，利用前面提到的锁存器74LS273作为输出接口，将开路集电极门7406作为驱动器连接LED数码管。用三态门作为按钮K的输出接口，其连接图如图6.8所示。
2.内部结构
8255的内部结构框图如图6.15所示。从图6.15中可以看到,左边的信号与系统总线相接，而右边是与外设相连接的3个口。3个口均为8位。为了控制方便,将8255的3个口分成A,B两组。其中
A组包括A口的8条线PA0~PA7和C口的高4位PC4~PC7。
B组包括B口的8条线PB0~PB7和C口的低4位PC0~PC3 。 A组和B组分别由软件编程来加以控制。
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第6章常用的输入输出接口芯片
图6.15 8255的内部结构框图
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第6章常用的输入输出接口芯片
6.4.2 8255的工作方式
8255有3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,可分别将A口的8条线、B口的8条线、
控制信号和芯片工作允许信号： DEN=1， DT//R=0时，
245由右向左导通，完成读操作； DEN=1， DT//R=1时， 245由左向右导通，完成写操作
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第6章常用的输入输出接口芯片
当需要进行DMA方式工作时，图中的与非门输出为低，D触发器的输出使/AEN=1，CEN=0，其中 /AEN=1使373输出无效，A0~A19浮空； CEN=0使8288 的所有命令输出及DEN和/PDEN变为无效， DEN无效
PB0~PB7为B口的8条输入输出信号线。 PC0~PC7 8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线,也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线,具体情况将在本节后面做介绍。
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第6章常用的输入输出接口芯片
图6.14 可编程并行接口8255引线图
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第6章常用的输入输出接口芯片
④ INTE为中断允许状态。
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第6章常用的输入输出接口芯片
图6.16 方式1下,A、B口均为输出的信号定义
CLK为输入裁决器的时钟,通常由时钟发生器的
CLK端提供。 ANYRQST为任意请求信号。
BUSY 为忙信号。
CBRQ为通用总线请求信号。
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ANE 为地址允许信号。
SYSB / RESB 为系统总线/保留总线选择输入信号。
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6.2.2 8288总线控制器使用举例
图6.10是一个利用8288总线控制器构成系统总线的简化图。 1. S0.S1.S2 接到8288上，同时在未进行DMA请求且 CPU正常执行程序时，使 AEN =0，CEN=1，保证 8288输出命令正常，同时利用输出ALE锁存地址于 74LS373。 2.利用8288的DT//R和DEN实现双向三态门的方向
AEN 为地址允许信号。
CEN是命令允许信号。
IOB为I/O总线方式输入控制信号。
AIOWC 为超前I/O写命令,低电平有效。 AMWC 为超前存贮器写命令,其含义与 AIOWC
类似,是由 AMWC 发出的,用以提前告诉存贮器执行写命令的低电平有效信号。
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图6.1 三态门输入接口
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利用程序可以判断任何一个开关的状态。例如，
当K2闭合时，程序转向CLOSK2；而当它打开时程序转向OPENK2。这段程序如下： START： MOV DX，83FCH IN AL，DX
三态输出锁存器，CP上升沿锁存，/OE＝0时三态门导通。
图6.3 74LS374引线图和真值表
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图6.4 74LS374的内部结构
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图6.5 74LS374作为输出接口
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图6.12 并行优先级控制
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图6.13 串行优先级控制
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2. 8289的工作方式
前面已经提到,8289有4种工作方式。 (1) IOB方式 (2) 保留总线方式 (3) 单总线方式
IOWC为I/O写命令,低电平有效。
IORC 为I/O读命令,低电平有效。
MRDC 为存贮器读命令,低电平有效。
MWTC 为存贮器写命令,低电平有效。 INTA 为中断响应信号,低电平有效。
DT / R 为数据发送/接收控制信号。为1时向外写，为0时从外设读。
ALE为地址锁存允许信号,高电平有效。 DEN数据允许信号,高电平有效。 MCE/ PDEN 是一个双功能引脚。控制中断级联或外设数据收发。
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图6.8 LED数码管及按钮的一种接口电路
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下面一段程序可判断按钮的状态。当K闭合时，显
示3，当K断开时显示6。 START：MOV DX，00F1H
IN AL，DX TEST AL，01H
JNZ KOPEN
用于8086（8088）的最大模式下，构成大中型微型计算机系统，提供有关的总线命令信号，具有较强的驱动能力。
6.2.1 引线及功能
如图6.9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。
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输入控制信号
输出控制信号
图6.9 总线控制器8288引线图
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S0.S1.S2 为微处理器(8088或其他)的状态信号,这3个
信号的不同编码代表处理器的不同状态。见P26表2.5 CLK来自8284,是与CPU的CLK一样的时钟信号。
C口高4位对应的4条线和C口低4位对应的4条线定义为
输入或输出。总共16种不同的组合。在此方式下, 定义为输出的口均可锁存数据，而定
义为输入的口则无锁存能力，同时C口还有按位置位和
复位的能力。
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表6.2 8255方式0之下的输入输出组合
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6.1 简单接口
6.1.1 三态门接口芯片一个典型的三态门接口芯片(74LS244)如图2.12所示。从图中不难看出该芯片由8个三态门构成，其中每 4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。
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(4) IOB与保留混合方式
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6.4 可编程并行接口8255
6.4.1 外部引线及内部结构 1.外部引线 8255的外部引线如图6.14所示。 D0~D7为双向数据信号线,用来传送数据和控制字。
RD为读信号线,与其他信号线一起实现对8255接口的读操作。
AND
JZ
AL，02H
CLOSK2
JMP OPENK2
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6.1.2 锁存器接口芯片
三态门无数据保存能力，无法实现输出数据的接口。 74LS273由8个D触发器构成 74LS273用低电平的 S 复位，用CP脉冲上升沿将输入端DX的状态锁存在QX输出端。
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第6章常用的输入输出接口芯片
WR 为写信号线,与其他信号一起实现对8255的写操作,通常接系统总线的 IOW 。
CS 为片选信号线,当它为低电平(有效)时,才能选
中该8255芯片,也才能对8255进行操作。A0,A1为口地址选择信号线。
RESET为复位输入信号。
PA0~PA7为A口的8条输入输出信号线。
74LS273的数据锁存输出端Q是通过一个一般的门
(二态门)输出的。也就是说，只要74LS273正常工作，其Q端总有一个确定的逻辑状态(0或1)输出。因此其输
出端不允许直接与总线相连。