总线与系统扩展

1、五、总线 总线作用，主要指标、参数 并行总线工作原理 地址译码 总线负载能力与驱动 总线传输效应 总线时序 ISA总线扩展方法与实例 1. 总线作用，主要指标、参数 工作方式：并行、串行 应用目的、范围：片内、局部、片间、设备间、现场 总线宽度：8bit、16bit、32bit等 总线速度：Z-80（2.5M，8bit） ISA（8.33M，16bit） PCI（33M、66M，32bit） HOST （400M、32bit） 等等 规范标准：ISA、PCI、I2C、RS485等 2. 并行总线工作原理 集电极开路（OC） 上拉电阻 线与逻辑（输出低电平时阻抗低） 总线速度与上拉电阻 三态门电

2、路 输出使能：OE 输出（高、低）低阻抗 总线冲突 两个或两个以上源同时输出时，总线数据发生冲突 3. 地址译码 目的 根据源或目的地址编码（二进制地址），和 时序控制信息，产生一个输出使能OE（对源）或 片选CS（对目的）信号 译码方法 标准逻辑电路：如74LS138（三八译码） 74LS688（数据比较器）等 可编程逻辑器件：GAL、CPLD、FPGA 嵌入式微处理器输出CS信号（BANK） 等等 74LS138译码电路 在/E1、/E2、E3有效时，对应A、B、C，对应 Yi输出“0”，其它输出“1” 74LS138真值表 74LS688数据比较器 在/G有效时，如果P=Q，则Pin19

3、输出“0” 4. 总线负荷与驱动 逻辑器件的单位负载（输入性质）： 输入高 输入低 74LS : 0.02 mA 0.20.4 mA 74S ： 0.05 mA 12 mA 74HC : 0.01 mA 0.01 mA 逻辑器件的输出（扇出）能力： 输出高 输出低 微处理器： 0.220 mA 120 mA 74LS : 1 2 mA 1030 mA 74HC : 20 mA 20 mA 问题：由于输出能力限制，总线上挂接多个器件时， 可能出现逻辑电平不能满足要求；即使74HC，由于输 入电容（10pF）影响，要求10个负载 处理方法 输出加驱动 子系统输入加缓冲 要求延时影响小、扇出能力大、

4、输入输出电平兼容 器件： 单向：74LS244（8）、74LS240（二4）等 双向：74LS245 （8）等 兼电平转换：74LVCH162245 (16、5V3.3V) 5. 总线的传输效应 现象：传输线上出现上升、下降沿波形畸变 原因：分布电容、分布电感 分析：总线的等效电路模型 影响：当传输线上信号频率提高，而传输线又相对 长时（传输线长度与信号波长可比拟时） 单板上信号频率：50MHz时， 很大影响，关键 措施1 提高集成度（IC、电路板），减少传输线长 串接终端匹配电阻，消除反射 其他措施 加驱动或缓冲电路 采用差分方式总线（高速） 6. 总线时序 7-1. 系统扩展实例1并行打印

5、接口 并 行 打 印 机 接 口 信 号 并行打印机接口数据传送时序要求 总线扩展打印适配器 PC机打印适配器25芯D插座设计 地址译码 74LS155: 双二四译码器 74LS02：或非门 74LS30：八输入与非门 74LS86：异或门 LPT1基址：378h=11 0111 1000B LPT2基址：278h=10 0111 1000B 基地址：378h（LPT1）/278h（LPT2） 偏移0写： 输出给打印机D0D7 偏移0读： 输出/25D插座上D0D7 偏移1写： - 偏移1读： 打印机状态 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BUSY ACK PE SLCT ERR

6、 - - - 偏移2写： 打印机控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 - - - 中断允许 SL_IN INIT AF STB 偏移2读： 打印机控制字（同上） 72. 总线扩展实例2并口扩展 目的要求 一般目的，通用数字量输入输出 16比特输出/16比特输入 地址分配（占用系统2个IO地址） 基地址可变 输出：偏移地址0、1 输入：偏移地址0、1 结构 电路：地址译码/总线缓冲/输出所存/输入 扩展后的计算机系统结构 73. 总线扩展芯片 例：可编程并行接口8255 引言 计算机系统基本功能子系统要求 集成电路=多功能化、通用性、系列化 82XX PC微机接口系列芯片 8237：可编程DMA控制器 8250/1：可编程串行接口 8253/4：可编程定时/计数器 8259：可编程中断控制器 8255：可编程并行接口 学习8255意义： 理解系统、接口、方法 8255结构框图、外部引脚 PC/AT系统应用 8255编程和控制字 8255的启示： 82XX与IAS的接口方法相同 基地址：由系统译码电路产生CS信号 偏移地址：由芯片地址线（A0、A1、）确定 从PC/AT机系统看： 功能部件抽象为若干个可以访问的IO寄存