微型计算机并行接口

刘威

微型计算机和外界的通信分并行和串行两种方式。因此接口也分为并行接口和串行接口，并行接口由于接口直接和传送速率高获得广泛的应用，二串行接口在数据通信系统中占据特别重要的地位。并行通信就是把一个字符的各数位用几条线同时进行传送，通常每次传送的位数为一个或两个字节。并行数据传送和串行数据传送相比较，在同样的传送速度下，数据传送速度快，这种高效率的数据传送是以更多的物理线路为代价的，并行数据传送需要更高的费用，所以在对数据传送速率要求不高的场合一般使用串行通信，而在对数据传送速度要求高的情况下一般使用并行传输。

计算机并行传输数据使用的接口就是并行接口，并行接口能从计算机或者其他与计算机连接的外部设备接收数据，需要时再传送到中央处理器或外设。因此，在数据传输过程中，并行接口起着锁存或缓冲作用，由于大多数外部设备和计算机运行速度不同，因此，数据传送用状态控制信号实现异步定时控制，大部分用中断方式进行数据传送。

并行接口需要具有一定功能的硬件支持，如两个或两个以上的具备锁存器和缓冲器的交换数据端口，各端口应具有与中央处理器用应答方式交换数据所必需的控制和状态信息；还有与外部设备交换数据所必需的控制和状态信息。每个端口通常都具备能够使用中断方式与中央处理器交换所必需的电路，还有片选控制逻辑和读写控制电路等。

并行接口分为不可编程接口和可编程接口两种类型，不可编程接口一旦和计算机设备连接好，功能和使用方式就是固定的，不能随着具体情况的需要进行调整，使用起来灵活性差，可编程接口可以通过程序指令进行使用方式的设置，能够灵活适应不同的需要。可编程接口电路的种类比较多，各种芯片的功能大体相同，由于生产厂家不同，使用时应根据选用微处理器情况做一定处理才能兼容，对于同一系列的接口直接连接就可以了。

在微型计算机系统中，有的并行接口是不可编程的接口芯片，这种接口有很多用途，不仅可以用作有中断请求的输入输出接口，还可以用作双向总线驱动器，周期状态锁存器和数据传送门等。这种接口通常都是用肖特基工艺制造，双列式直插式封装，有并行简单输入输出端口，有三态输出，控制选择逻辑电路，有中断请求能力，芯片内部有数据锁存器，输出缓冲器以及控制逻辑电路，数据锁存器由多个触发器组成，锁存由微处理器和其他外部设备送来的数据，锁存器的时钟脉冲由主板上的系统时钟提供，对数据锁存的关键是对触发器时钟的控制。数据锁存器可以有一个异步的复位输入信号清除。

输出缓冲器由多个三态门组成，用于将锁存的数据缓冲后再输出，起到驱动、隔离、同步的作用。输出缓冲器工作由启动信号决定。当启动信号有效时，启动输出缓冲器的三态门，锁存数据输出到数据线，当启动信号为无效状态时，输出缓冲器的三态门关闭，输出信号端呈高阻态，锁存器不能输出，由此可见，数据输出的关键是对缓冲器的启动信号的控制。

控制逻辑电路，由中断请求触发器，或非门，及其他逻辑门组成，用于对锁存器的时钟脉冲和缓冲器的启动信号及中断请求信号进行控制。另外还有器件选择信号，当器件选择信号经地址译码选中并行接口芯片时，芯片才可以开始工作。接口芯片上还有工作方式控制信号，由工作方式控制信号控制接口芯片的工作模式，清除负脉冲可以使接口芯片复位。

接口芯片上的中断请求触发器，用于在微型计算机系统中产生中断请求信号，当中断请求触发器置位时，也就是为高电平时，芯片处于非中断请求状态，中断请求触发器的输出端连接到中断控制芯片上，例如8259等，经过中断控制芯片的排队输出到中央处理器，再由中央处理器进行响应，在进行中断响应时，当外设用设备选择线当传送给中央处理器的数据锁存在并行接口中的时候，设备选择线的下降沿将使中断请求触发器复位，也就是变回低电平，这时，接口芯片将向中央处理器发出中断请求信号。当中央处理器响应中断访问这个并行接口芯片时，器件选择逻辑使中断请求触发器置位，当数据读走后，关闭三态门，撤销中断请求。整个过程就是由外设的设备选择信号发出中断请求信号开始，而由中央处理器读数据的片选信号撤销中断请求结束。

有时微处理器和外部设备交换数据，可以采用异步定时方式，用选通信号作为外部定时信号，用中断方式传送数据，異步数据传送通常要使用握手联络线，握手联络线是并行数据线以外的信息线，是为保证接口和外设间高效可靠地进行数据传送而设置的控制信号线，而且这种信号线间有一定的应答关系，根据外部通信设备的特性和并行通信协议的要求，决定是否需要握手联络线和需要几条握手联络线。有些简单的外设，如继电器、指示灯及发光二极管，它们的工作状态变化极缓慢，它们仅需要供给一个固定的电压。无握手联络并行传输是最简单的情况。为了提高传输速度和传输的可靠性，一般需要数据线以外的握手联络线。例如，外设内部有数据寄存器或者数据锁存器，它接受并行接口传给它的数据，数据在外设内部寄存器的锁存还需由并行接口提供的信号控制锁存，这样可以做到及时可靠。

如果外部设备和计算机之间的数据传送是双向传送，可利用两片并行接口芯片，完成双向数据传送。

另外，还有可以编程的并行数据接口。其主要特点在于可编程，工作方式可以用软件编程序的方法来实现，也就是说接口采用软件的管理方式。因此可编程并行接口使用十分灵活，应用非常广泛，可编程并行接口由总线接口部分与系统总线进行连接，芯片内有数据总线缓冲器，数据缓冲器是双向、三态的所有数据，控制字，状态字，都通过该数据总线缓冲器进行传送。编程管理就是软件管理，这种管理是通过控制字来实现的，由控制字来规定并行接口芯片的工作方式，有多种方式可以供系统软件选择。

参考文献：

周荷琴，吴秀清.微型计算计原理与接口技术[M].第4版.中国科学技术大学出版社，2005-06.

编辑 李建军