简单接口芯片在线视频

大家好

在我们对输入输出接口

或者端口 包括端口的译码

有了一些基本的认识之后

我们这一讲来学习简单接口芯片

这里所谓的简单 主要从两个角度来说

第一 我们下面要讲的这些芯片

没有可能通过软件的方式去改变它们的工作模式

也就是说 一旦它在系统中接好

让它做输入它永远输入

让它做输出它永远输出

而且它不可能改变它们的传输方向

甚至有一些是根本不可改

它只能做输入端口或者只能做输出

即使可以具备改的能力

你也没有办法改

除非你把线拆了 重新来

在今天集成电路这种环境下

实际上是不可行的

这是第一个

第二个 这些接口里面

它内部没有任何其它更多的辅助控制逻辑

它就是一个简单的通道

而这些通道 内部也没有独立的端口

所以也就是说 这种芯片

选中它 也就相当于选中了端口

大家就可以理解为 完全像门口的走廊一样

我们门一打开 我们通过它

就可以走出去或者走进来

就可以传输数据出去 或传输数据进来

这就是简单接口

好 下面我们来看一下

我们这一讲

主要带给大家三个方面的内容

一个是 我们先要搞清楚一下

或者说 我们简单来说一下接口的分类

再一个 我们介绍两种不同类型的接口

接口从不同的角度 可以有三种不同的分类方法

实际上这个是一样的

也就说 任何一个事物

实际上问它 你这种东西分成几类啊

你买了个盆子 这种盆子有几种类型啊

实际上 你要去问它

你是从哪个角度去分的

是吧 你是从大小的角度呢

还是从制造材料的角度呢 等等

接口也一样

它从传输信息的方向上

它分为输入和输出

大家不要看它只有一字之差

它的要求完全不同

这个我们下面马上就要跟大家解释

输入接口和输出接口

它的需求上 功能要求上是完全不一样的

那么这个我们先放一下 等下去详细的说

那么从传输信息的类型上

它可以分为数字接口和模拟接口

我们在这一周和下一周

也就是我们教材的第六章和第七章

我们都会介绍数字接口

事实上 我们整个这一门课

在最后一周之前的这些内容里

全部针对数字量 和模拟量都没有关系

我们只有在最后一周里面

我们才会给大家接触到模拟信号

那么 从传输信息的方式上

它有可以分为并行接口和串行两种

我多说几句关于并行和串行

因为我们整个这一门课

我们没有针对串行传输

或者串行通信 做任何的介绍

虽然我们参考的教材上

我们有关串行方式和串行接口有过一些介绍

但是我们这门课程我们都把它忽略了

原因很简单 串行传输比较复杂

再介绍的话 我们需要更多的时间

而我们没有那么多的时间

所以我们从并行接口方面来介绍

从简单来讲 并行就是大家排排走 一起往前

所以 从本能的概念上

我们可以认为并行的传输效率是比较高的

比如我们现在的64位机

我们可以并行地处理64位

我们可以并行地传输64位二进制码

如果是串行的话

就意味着要一位一位地传 一位一位的处理

所以这个想起来是这样

在今天的CPU里边 它的芯片内部

或者在我们主板上

我们基本上都是采用的并行处理的方式

但是并行处理的方式有很大的不足

它需要一个比较大的能量

大家想 我们要并行传输64位 或者只传1位

使的力气都不一样 对吧

再一个 大家并行在一起 肩并肩地走

互相就容易有干扰

所以它为了抗干扰 需要花的代价比较大

所以并行传输不适合于远距离传输

而串行传输 简单来讲 火线地线

所以可以有两根线就行了

所以它的传输 至少干扰就会非常的小

所以在这方面的代价就比较低

另外 它需要的能量比较低

所以它比较适合于远距离传输

但是 这个是早期的

在今天 随着技术的进步

串行传输 它的效率也会变得越来越高

因为它的干扰小

所以我们可以把它传输频率变得非常高

比如我们可以是上升沿传输一次

下降沿传输一次

这就是两倍速度 X2这样一些指标里

大家能看到的

所以串行传输

今天包括硬盘和内存之间的传输

都采用了串行接口的方式

但是因为它比较复杂

所以我们在这门课里不过多的涉及了

有兴趣的同学 大家可以去查阅相关的资料

或者听一些其它的课程

我们在这门课里

全部采用的是并行传输的方式

都介绍了这些

好 下面我们主要来说一下输入接口和输出接口

这一字之差 对接口本身的要求

为了说清楚这一点

我们还是拿一个示意图来看一下

假设这边是CPU 这边是外部设备

中间是接口

假设现在我们要通过这个接口

把外设数据输入到CPU 也叫读取

通常情况下 在很多时候

这个接口和外部设备之间 它们是一一对应的

也就是说 这个接口可能是这个外设的专用接口

所以 输入的时候

前面的这条路 对它是专用的

就像你们家的通道一样

你站在上面 你坐到通道中间都没有关系

但是马路不行 你不能站在马路中间

把大家都给挡住了

所以 从接口往CPU这边走

那么这一条路 它是系统总线

这条路上 不仅仅有你的这个接口

还可能有别人的接口

有很多甚至可能是其他的很多部件共用的通道

所以它不能允许你一直占有

为什么我们老在说一直占有

是因为外部设备和CPU之间速度差异很大

我们说外设我们可以想象它要把数据送到CPU

它可能需要一个很缓慢的过程

那么它到接口之间 因为这个通道是它自己专有的

所以你多缓慢其实没有关系

但是我们不希望

接口到CPU这条总线一直被缓慢地占有

所以我们希望什么呢 在这个输入接口有一道门

从这个地方走到门口要花多少时间 你自己随便

但是呢 走到门口以后 我们把门推开

我们要快速地走进CPU里

所以对输入接口来讲 它一定要有这道门

这道门 我们用专业的说法就叫数据的控制能力

那么反过来讲 输出的时候

我们希望CPU能够快速地

一个周期就把数据写进接口

那么接口再花多少时间送到外部设备

那是你家里的事情 你就自己去慢慢折腾

所以输出接口 我们希望快速地写进去

那么这个地方就要有存的地方

所以输出接口一定要有数据的锁存能力

或者说保持能力 缓存能力 都是这一个意思

因此 对于输入接口 它的一个必要条件

也就是说你这个接口要做输入接口

它的必要条件就是要有对数据的控制能力

而输出接口 要想做输出接口的必要条件

必须要有数据的保持能力或者说锁存能力

那么最具有数据控制能力 最简单的一种接口

就是三态门 三态门接口我们用这个图来描述一下

这个图大家看 三态门大头这边是输入

那边是输出

中间这根线 我们叫控制端

三态门腰上有一个圈 表示它是低电平有效的

也就是说 当C端出现低电平的时候

输入到输出就一条通道走出去

就是X和Y就完全相等了

你想在中间存一下 没有地方

三态门就是一个通道

我们门一打开 就出去了

但是如果门关上 它就出不去

里面和外边完全断掉

所以说为什么叫三态呢

就是当你控制端有效的时候

输入端是O 输出端也是O 输入端是1 输出端就是1

当你控制端无效的时候

输入端和输出端之间就CUT了

我们把它叫高阻状态

所以这就是三态 三种状态

当然这个控制端C端 不一定是低电平

还有一种三态门 它上面没有这个圈圈

就表示它是高电平有效的

就是说这个时候呢 当C端出现高电平的时候

三态门导通 否则 就不导通

当然现在用的比较多 或者说我们这门课用的比较多的

都是这种低电平导通的三态门

那么对于锁存器接口或者输出接口

我们必须要有数据的缓存能力

那么最简单的 具有数据缓存能力或者保存能力的

就是一个锁存器

我们这门课里 我们会用一种D触发器的这样的锁存器

作为示例给大家介绍

锁存器的品种 不仅仅有D触发器 有非常多

我们在这里用它作为一个示例来介绍

下面我们先来说一下三态门接口

我们给大家一个具体的型号 这个型号叫74LS244

这个型号的三态门芯片就是这样一个形式

这个芯片我们用来给大家说一下 双列直插

我们给大家说了好多次这个名字了

现在终于可以看到

它就是 底下都是管脚可以直接插到底座上

这就叫双列直插的芯片

这个244芯片内部的结构图是这样

包括它的外部引线 就是它芯片的引脚图是这样

在内部大家可以看到 它左侧有四个三态门

这四个三态门的控制端 本身是高电平有效的

但是它把四个三态门的控制端并联在一起

通过1号管脚引出去 这个通过的是一个非门

所以当1号管脚上出现低电平的时候

左侧的四个三态门就导通

另外右侧的四个三态门

它们又并联通过一个非门连接到19号管脚

那么同样的 19号管脚出现低电平的时候

右侧的四个三态门导通

这样的设计 我们可以用四个三态门一组来做控制

我们也可以把1号管脚和19号管脚并联到一起

同时出现低电平的时候 八个三态门就都导通了

我们下边来看一个示例

这个例子是我们通过三态门芯片连接了八个开关

我们通过它来获取开关的状态

我们从这个图里 可以看出来

现在这样一个图中 也就是当开关处于断开状态时

这八个三态门的输入端 I0到I7端

如果去读它的话 你会发现 读进来的全部是高电平

那么反过来 如果我们读进来的都是高电平

就说明这八个开关是断开的

哪个开关闭合 它读进来的相应的I端一定是0

这个图我们看 译码电路的输入端里头 没有A0和A1

所以也就是说 它属于部分地址译码的方式

在这个译码电路里 我们从这个图可以读出来

这个芯片 也就是244它的地址

这个图可以看出来

这些位必须同时为高电平

这些位必须同时为低电平

因此呢 A0和A1空缺 它们是0是1都可以

两位空缺 所以可能有四种组合

因此这个244芯片它的地址范围就是83FC到83FF

当然我们编程序的时候

我们可以在这四个地址里面任选一个都可以

当出现任意一个地址的时候

这个译码电路都会输出低电平

让八个三态门同时导通

题目很简单 就是要读取开关的状态

所以这个题目 我们也不用过多的分析了

我们只是把文字写在这里

相应的程序也很简单

因为题目告诉你

如果开关是怎么样 就转到NEXT1

如果开关是怎么样 就转到NEXT2

NEXT1 NEXT2到底干什么 也不知道

所以 我们就用了一个简单的示例给大家描述一下

好了 有关三态门的接口 我们就介绍到这里

下面我们来看一下锁存器接口

锁存器接口就是具有对数据的锁存或者保持能力

如果之前对D触发器有过了解的同学

那么你们就知道D触发器实际上就有这样的功能

我们在这里来给大家看一个具体的型号

它叫8D锁存器 型号叫74LS273

就是上面这个图 同样也是双列直插的芯片

这个芯片里集成了8个D触发器

另外一个型号是74LS373

这个芯片里也是集成了8个D触发器

但是它不仅仅有8个D触发器 它还带了8个三态门

也就是说当你的D触发器输出了以后

一定还要经过三态门才输出出去

这个就是带控制能力的锁存器接口

这种接口 既可以做输入接口 也可以做输出接口

那么273为什么不是这样呢 因为273只有D触发器

而D触发器 当触发端有效的时候

你的输入端D端就到了输出端

你想不在输出端都不行 它就一定输出了

所以它没有数据的控制能力 只有保持能力

按照我们刚才输入接口和输出接口的必要条件

我们可以知道 对于这种简单的D触发器

因为没有控制能力 所以不具备做输入接口的可能性

所以只能做输出接口

好 下边我们重点解释一下74LS273

因为373这个型号呢 它带控制能力的接口

我们在讲三态门的时候讲过了 我们现在讲D触发器

合在一起就是了

有兴趣大家看一下

我们教材上有这样的接口的详细介绍

我们在这里重点说一下D触发器接口 273

这个接口内部是8个D触发器

它的引脚图和真值表我们都在这里给大家展示出来了

结构就不用画了 因为它的内部就是D触发器

我们就拿一个D触发器做例子来介绍

D触发器的主要特点

我们在这里把它的置0端和置1端都去掉了

当你的CP端触发端出现上升沿有效的时候

D端如果是0 Q端就是0

相应的Q非端就是1

如果在上升沿这个时候D端是1 Q端就是1

接着如果CP端出现了

低电平 下降沿 高电平等等情况的时候

无论你的D端是不是改变 Q端的状态都不会改变

所以它就实现了对数据的保持或者锁存的功能

我们下边也用一个例子来跟大家解释下

74LS273这个接口它的应用

我们的例子是这样

用它来控制8个发光二极管亮

这个图是这样 这里的译码电路我就不过多解释了

因为它只能作为输出接口

所以在这里我们只能对它进行写操作

这里只接入了IOW这个写允许控制信号

这个题目是这样

从我们的图里可以看出来

它的端口地址是什么

那么我们也知道

要让某一个发光管亮 它相应的Q端必须输出高电平

因为它还经过了非门取反

如果要想让灯不亮 我们就从Q端输出0

这个灯就亮不起来了

现在我们就用这个图来给大家解释一下

为什么我们一定要把读写控制信号作为译码器的输入信号

大家刚才看到了

我们D触发器的触发端是上升沿有效的

那么这个上升沿是如何产生的呢

它实际上是由低电平到高电平的跳变产生的

那么我们现在来看图中的这个译码电路

我们前面与非门的输入端它必须同时为1

与非门的输出才是0

因为最后面这个或门电路要想让它输出0的话

或门的输入端必须同时为0

底下的与非门也同样是1

所以现在的整个的16位地址信号全部要是高电平

那个两个与非门就会输出0

那么这两个0通过或门就会输出0

这两个0不足以触发这个D触发器

那么如果这个时候我们现在要让发光管亮

实际上我们要把这8个Q信号 就是8个1要输出出去

那么这个输出 等于对它要做一个写操作

所以这个时候IOW信号也为低电平

那么IOW信号 我们看这个图中实际上接到了或门的输入端

现在呢 高16位地址信号全部是1

IOW也是0的时候 或门的三个输入就都是0了

那么这个时候或门的输出也是0

这个0是不足以触发D触发器的

那么怎么触发呢

实际上 就是IOW是CPU通过总线控制器产生的

它是一个负脉冲

而且这个负脉冲是一个非常窄的负脉冲

它通过这样一个负脉冲自己就变高电平了

所以当它变高电平的时候 IOW也就变成了1

它一旦变成1 这个或门的输入端有一个是1

或门是不是输出就是1

所以呢 由0到1的跳变就有了一个上升沿

这个上升沿就使得D触发器导通了

所以大家想 如果没有这个IOW接入

那么我们现在就是16位地址信号

16位地址信号是1的时候 或门输出0

好 现在导通不了

那你说我这个地址信号某一位翻转了

那当然它就输出1了 或门输出就1了

这个1 那么你说是不是照样可以产生一个上升沿

这个上升沿当然也可以触发D触发器

但是问题是 这16位地址信号如果有任意一位翻转

比如A15翻转了

那么这个翻转成0的时候

它有可能就是另外一个地址编码了

这个地址编码很可能就是另外一个端口的地址了

本来我们要让那个端口地址选中

结果你没有想到用这个地址选中

把这个端口地址选中了

这就造成了时序上的混乱

这个是不允许的

因此我们通过这样一个练习

帮助大家理解这样一点

不论是IO接口 还是存储器接口之间

读写控制信号都一定要作为译码器的输入

这样才能够保证它在时序上的准确性

这个例子讲到这里 剩下的工作就没有什么好讲了

这个图里面我们可以看出来

273的端口地址高16位都是1 这16位都是1

所以当我们要让8个发光二极管都亮的时候

我们就要输出8个1

现在呢 我们输出两个1 剩下的六个都是0

那就说明 我们只让两个发光管亮

其它的都没有亮 这是一样的

你要想让8个亮

就8个都是1就好了

我这里要强调一点是

大家看到这个端口地址 因为已经超出8位了

所以就必须把地址送给DX

但是送给DX的端口地址里头

FFFF前面加了个0

这个0什么意思 实际上前面我们提到过

我们在这里再强调一下

当你的立即数 数值的第一个数符

是A到F这样的字母型数符的话

为了防止编译器不识别 所以我们前面一定要加0

这个0是给编译器看的 系统不会认为它是20位地址

还是会是16位地址 就此给大家在这里强调一下

好 有关我们简单接口的介绍 我们就讲到这里