9. Интерфейсные устройства.

   1. Буферные устройства.

Если под интерфейсом понимать комплекс аппаратных и программных средств предназначенных для соединения функциональных устройств, то в этом курсе будем рассматривать только аппаратные (схемотехнические) средства. К ним будем относить устройства согласования выходных и входных сопротивлений соединяемых устройств -- это шинные формирователи и буферные устройства. Рассматривая работу линий связи и их согласования с приемниками и передатчиками можно определить каким требованиям должны удовлетворять микросхемы используемые в качестве передатчиков и приемников. Согласование линии связи на входе наиболее просто и дает хорошие результаты когда требуется выполнять последовательное согласование, а это возможно только когда внутреннее ( выходное ) сопротивление передатчика меньше волнового сопротивления линии. Следовательно, в качестве передатчиков можно использовать микросхемы, входящие в стандартные серии но обладающие повышенной нагрузочной способностью.

Примером использования микросхемы с повышенной нагрузочной способностью может служить микросхема 155ЛА6 или 155ЛА12. Эти микросхемы имеют выходной ток при низком уровне напряжения на выходе и при высоком уровне напряжения на выходе. Если принять, и, то расчетные значения выходных сопротивлений получат значенияи. Указанные значения сопротивлений показывают, что согласование, если оно необходимо, должно выполняться последовательно.

Требования к приемникам обычны — т.е. они должны обладать большим входным сопротивлением и повышенной помехоустойчивостью. Например, в качестве приемника целесообразно использовать триггеры Шмитта (155ТЛ2).

Построении вычислительных устройств по шинной архитектуре требует параллельной передачи многоразрядных двоичных слов, поэтому требуются шинные устройства согласования (буферирования) — буферы шины данных и буферные регистры.

Таблица 17.

531	-2	0,05	64	-15	400ом	48ком	13ом	120-160ом
555	-0,2	0,05	24	-15	4ком	48ком	33ом	120-160ом
1533	-0,1	0,02	12	-15	8ком	120ком	66ом	120-160ом

Рис. 103. Буфер шины данных.

Примечание: все токи в таблице указаны в мА.

На рис.103 показано изображение широко используемой микросхемы буферного устройства шины данных ХХХАП3, которое имеется в основных сериях микросхем.

Вмикросхему встроено два четырёхразрядных однонаправленных буфера, каждое устройство имеет вход, обозначенный СО и управляющий состоянием выхода. Это устройство может быть использовано как в качестве передатчика , так и в качестве приемника. Поясним это на рассмотрении электрических характеристик данной микросхемы приведенных в таблице. Как видно из таблицы данная микросхема во всех сериях имеет выходное сопротивление 120 ÷ 160 омов, что примерно равно волновому сопротивлению одиночного проводника или витой пары. Следовательно, на печатной плате или при линии выполненной витой парой данная микросхема не требует согласования на входе линии. Входные сопротивления высоки от 400ом до 8 кОм, что позволяет, не выполняя согласования на выходе линии иметь коэффициент отражения равный единице, т.е. иметь высокий уровень напряжения на входе приемника.

При построении микропроцессорных систем для буферирования шины данных необходимо использовать двунаправленные устройства, так как по шине данных информация передается как слева направо, так и наоборот. Здесь может быть использована микросхема 555АП6 являющаяся восьмиразрядным двунаправленным шинным формирователем (рис. 104).

Данная схема имеет возможность передавать информацию как в направлении А→В, так и в направлении В→А. Выбор направления передачи осуществляется сигналом подаваемом на вход DIR.

При низком уровне напряжения на этом входе осуществляется передача В→А, при высоком А→В. Схема имеет третье стабильное состояние выходов управляемое сигналом на входеG, при нулевом уровне сигнала все выходы находятся в рабочем состоянии, при единичном уровне сигнала все выходы находятся в высокоомном состоянии. При использовании схемы нужно учитывать, что нагрузочные способности сторон различны. Выходы стороны А в нулевом состоянии имеют максимальное значение тока не менее 10 мА, а сторона В в этих же условиях имеетI⁰_вых ≥ 32 мА. Обычно при буферировании шины данных сторону А подключают к процессору, а В к периферии. Для буферирования шины адреса особенно с мультиплексной шиной адреса -- данных используют параллельные регистры с повышенной нагрузочной способностью и с трехстабильным выходом. Примером могут служить регистры 555ИР22,SN74ALS373. Подобных микросхем, предназначенных для организации внутриплатного параллельного интерфейса, в ТТЛ сериях много.

Д

Рис. 104 Двунаправленный шинный формирователь.

ля организации последовательного интерфейса, предназначенного в основном для связи с внешними устройствами (мышь, клавиатура, модем и т.п.), промышленность выпускаются специальные серии интегральных микросхем: SN 75 фирмы Texac Instruments (TI) и Am 2500, Am 2600 фирмы Advansed Micro Devises (AMD), отечественные серии К170 и К1102.

Необходимо отметить, что, с целью получения работоспособных систем при использовании изделий различных фирм, ведущими фирмами , государственными и общественными организациями ( IBM, Intel, Motorola, IEEE и т.п.) выработаны рекомендации имеющие силу стандарта при построении линий связи: ISA, EISA, VLB, PCI — шинная архитектура, параллельный обмен информацией, RS - 232C, RS - 422A, RS - 423A, RS - 485 — последовательный обмен по симметричным и несимметричным линиям связи.

Лекция 33.