【微机原理与接口技术】简单易学的 简单接口芯片—— 三态门 74LS244和 锁存器 74LS273

作者：MiTu_-_

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接口电路的基本构成

CPU通过接口与外部设备的连接示意图如下：

负责把信息从外部设备传入 CPU 的接口（端口）叫做输入接口（端口），而将信息从 CPU 输出到外部设备的接口（端口）叫做输出接口（端口）。

1)在输入数据时，由于外部设备处理的时间一般比 CPU 要长的多，不可能让 CPU 一直等外设传完数据再工作吧。所以
　* 对输入接口的要求是：必须具有对数据的控制能力。不必让外设一直向 CPU 传数据，让外设传入到输入接口，等数据准备好后，CPU开始读取时，才将数据传入 CPU。这样在外设传入数据的时候，CPU 就不用一直等，可以干其他活，等需要时，在发出读信号获取外设的数据。典型的输入接口芯片是三态门芯片 74LS244。

2)在输出数据时，同样外设的速度比较慢，要使正确写入外设，CPU 输出的数据必须要保持一段时间，但这样对 CPU 来说是极大的浪费。所以
　* 对输出接口的要求是：必须具有对数据的锁存能力。不必让 CPU 等待向外设传输数据的整个过程，通过向输出接口传输数据，让输出接口来为外设传输数据，就可以节约 CPU 的时间，让 CPU 干其他事情。典型的输出接口芯片是锁存器 74LS273。

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三态门接口

普通三态门如下图所示，A 为输入端，Y 为输出端，C 为控制端。当 C 为低电平，三态门导通，A 和 Y 之间导通；当 C 为高电平，三态门不导通，为高阻状态，A 和 Y 之间不导通。

典型的三态门芯片 74LS244 如图所示。它由8个三态门构成，有两个控制端 E₁ 和 E₂。每个控制端各控制四个三态门。当某一控制端有效（低电平）时，相应的四个三态门导通，否则为高阻状态（断开）。实际应用中，通常将两个三态门并联，这样就可以用一个控制引号来使 8 个三态门同时导通或关断。

Example：

  编写程序判断下图中的开关状态。如果所有开关都闭合，则程序转向 NEXT1 的程序段执行，否则转向 NEXT2。

先来分析电路结构：

• 右边是外设、开关K_i 和三态门输入端 I_i 构成的电路。当开关闭合时，三态门输入端被短路，不会导通；当开关断开时，三态门导通。于是就可以从 74LS244 的输出端 D₀ ~ D₇ 传给 CPU 的数据端，从而得知开关的状态。
• 左下角是 CPU 的地址，可以看到地址线 A₁ 和 A₀ 未参与译码，所以它占用的地址是 83FCH ~ 83FFH。可以任选一个地址。CPU的地址线和端口读信号端一起经过或门到 74LS244 的使能端。

再来分析整体电路：

• 当 CPU 不发出端口读信号时，IOR非为高电平，使能端 E₁非 和 E₂非 为高电平，三态门不导通。
• 当 CPU 发出端口读信号时，IOR非为低电平，使能端为低电平，三态门导通，就可以由外设向 CPU 发送数据了。

程序段如下：

mov dx, 83FCH
in 	al, dx
and	al, 0FFH
JZ	NEXT1
JMP	NEXT2

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锁存器接口

D触发器如下图所示。在每个上升沿，将 D 的状态所存到 Q 里。

常用的锁存器 74LS273 如图所示。它内部包含8个 D 触发器。共有 8 个数据输入端（D₀ ~ D₇）和8个输出端（Q₀ ~ Q₇）。S为复位端，低电平有效。CP 为脉冲输入端，在每个脉冲的上升沿将输出端 D_i 的锁存到输出端 Q_i 里，并将此状态保持到下一个时钟脉冲上升沿的到来。

Example：

  8个 Q 端 与 8 个发光二极管相连接，编程使接到 Q₀ 端和 Q₆ 端的发光二极管发光。假设该输出接口的地址为 0FFFFH。

先来分析电路结构：

• 右边是外设，当 Q 端为高电平，经过非门，变为低电平，发光二极管才能发光；否则不发光。
• 左上角是 CPU 向 74LS273 发送数据，使指定的灯亮。左下角是 CPU的地址线，如题目所说地址为 0FFFFH。则 A₀ ~ A₇ 与 A₈ ~ A₁₅ 经过与非门输出的都是低电平。

再来分析整体电路：

• 当 CPU 不发出端口写信号时，IOW非为高电平，则脉冲 CP 为高电平，因为没有上升沿，之前C P 就是高电平，所以 Q_i 状态不发生改变。
• 当 CPU 发出端口写信号时，IOW非为低电平，因为 CPU 发出的写脉冲是极窄的负脉冲，当 CP 读到下一次上升沿时，会将 CPU 写入的 数据 D₀ ~ D₇ 存入到锁存器，再经锁存器输出到发光二极管的阴极，就可以使相应的二极管发光。

程序段如下：

mov dx, 0FFFFH
mov	al， 01000001b
out	dx， al

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通过以上的两个例子，可以看出三态门和锁存器所发挥的作用。三态门控制输入端口的信号，锁存器锁存输出端口的信号。这样 CPU 就无需等待缓慢的外设了，而可以把任务交给这些接口芯片，去干其他更值得干的事情。如此便可以大大提高计算机的运转效率。

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