计算机接口技术及应用 第1讲 (PC系统与总线) (2009春).pptVIP

计算机接口技术及应用第一讲 计算机基本接口原理 ——计算机系统和总线接口 计算机系统和总线接口 主要内容 可扩展的计算机系统 计算机总线的基本结构 总线和接口电路相关的概念 目的 回顾计算机基本结构，初步了解计算机总线, 以及总线相关的概念 要求 了解计算机的基本结构，掌握总线的基本结构及相关的概念，重点是总线的基本结构、TTL和CMOS逻辑电平与电压关系 回顾通用计算机系统的基本组成 回顾嵌入式计算机系统的基本组成 可扩展的计算机系统模型 ? 所有计算机系统的基本模型(众所周知的) CPU单元、存储器单元和I/O单元的互联模型 计算机的功能扩展可以通过“三总线(DB,AB,CB)”来扩展其它的存储器、数字I/O、模拟I/O等单元 计算机总线的结构 数据总线 双向三态结构(三态: 高电平, 低电平和高阻状态) 总线宽度(单次传送操作的二进制位数)：8位/16位/32位 地址总线 单向或双向三态结构(多主控总线的DB和CB都是双向的) 总线宽度为n位，寻址范围为2n字节 控制总线 读/写信号，I/O port或memory访问控制 其它信号 时钟信号，中断信号，定位信号，电源 通过总线扩展外设的接口 示例 接口电路 CPU Memory 总线驱动 数据缓冲和锁存器 控制逻辑 (读,写,中断, DMA) 地址 译码器 数据端口 控制端口 状态端口 外设 (如: Sensors, Actuators, Switch) 读/写数据 写控制字 DB CB AB 读状态字 为外设设计合适的接口电路是本课程的主要任务 接口需要解决的几个“匹配问题” 所有外设的信息类型可以分为两种 数字量 (离散信号) 模拟量 (连续信号) ?为保证外设与CPU(或DMA)之间可靠地进行数据交换 所有接口都必须解决以下几个 “匹配问题” 信号形式的匹配问题 (数字量?数字量, 模拟量?数字量) 信息格式的匹配问题 (总线宽度匹配, 串行格式?并行格式) 时序的匹配问题 (每种总线操作周期都有各自特殊的时序) 信号电平的匹配问题 (高/低电压的TTL电平和CMOS电平) 负载(即驱动能力)的匹配问题 (功率驱动) 传输速度的匹配问题 (高速CPU和慢速外设) 这些是本课程的核心任务 总线相关的概念 总线的定义 总线是一组公用导线或信息通道 发送者可以利用它将信息传送到另一个或多个接收者 从以下几点掌握开放总线的特点 机械规范(说明连接器外型,尺寸, 以及信号位置和间距等信息) 电气规范(说明信号及其电平,负载能力, 传输速度等) 操作时序 总线的操作时序 总线中单个信号的编码方式(一般采用不归零码)和波形图 总线在执行特定操作时各相关信号线(或子线束)在时间空间上的相互关系 本课程需要掌握ISA BUS,其详细内容在第6讲中讨论 接口电路相关的概念 射极输出、集电极开路电路(OC输出) 分析和比较射极输出和集电极开路输出 OC结构的电路需要外部上拉电阻，使输出稳定为高或低电平 三态电路和三态门 高阻(抗)状态(或称浮空状态) 锁存器 触发信号有4种: 上升沿锁存, 高电平锁存, 下降沿锁存和低电平锁存 各种TTL电平、CMOS电平及电压之间关系 接口互联时, 信号电平的匹配问题 假设A、B点输入的电压足够高，可以使T1工作在反向模式，此时T1的发射极电流可以忽略，而T1的基极电流通过其集电极给T2基极提供电流，使T2饱和导通；那么T3的基极电压=VC+VBE4=0.95V，如果T4也饱和导通，那么T3的发射极电压=VD3+VCE4=0.95V，这样T3是截止的，那么T4导通输出C为低电平，通过电路分析这种容易得出T4饱和导通时其灌电流能达到β×2.45mA。假设A、B点输入至少有1个是地电压，那么T1的发射极和基极之间有偏置电压使T1能从T2的基区汲取电荷而正常饱和导通，T2截止，使T4也截止，T3饱和，输出C为高电平。当A、B点输入电压都为地电压时，同样。 射极输出和集电极开路输出 电路结构 (a) 错误的连接; (b) 正确的连接 信号互联时需要注意的问题 “线与”电路 示例 B A OE B A OE (a) 高电平使能的三态反相器; (b) 低电平使能的三态反相器 采用三态输出的反相器符号 采用三态输出的反相器内部结构 三态反相器电路 示例 请问: 右边电路与下面哪个符号对应? 双相三态门的电路示意和符号 DIR EN A B DIR EN A B EN DIR A和B 1 x 三态 0 0 A=B 0 1 B=A 真值表 符号 D型锁存器 示例 D CK Q Q