Intersil 82C59A：高性能CMOS優(yōu)先中斷控制器的全方位解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，中斷控制器是微計算機系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵組件，它能夠高效處理外部設(shè)備的中斷請求，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和處理能力。Intersil 82C59A作為一款高性能的CMOS優(yōu)先中斷控制器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。本文將對Intersil 82C59A進行全面深入的剖析，為電子工程師在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

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一、產(chǎn)品概述

Intersil 82C59A采用先進的2μm CMOS工藝制造，旨在減輕系統(tǒng)CPU在多級優(yōu)先系統(tǒng)中的輪詢?nèi)蝿?wù)。它具有高速和行業(yè)標準配置，能與多種微處理器兼容，如80C286、80286、80C86/88、8086/88、8080/85和NSC800等。該控制器可處理多達八個向量優(yōu)先中斷源，并且無需額外電路即可級聯(lián)至64個，還能對單個中斷源進行屏蔽或優(yōu)先級設(shè)置，以實現(xiàn)定制化的系統(tǒng)配置。此外，它具備兩種操作模式，可兼容8080/85和80C86/88/286格式，靜態(tài)CMOS電路設(shè)計確保了低功耗運行。

產(chǎn)品特性

• 環(huán)保與兼容性：提供無鉛加退火版本，符合RoHS標準。
• 多種速度版本：有12.5MHz、8MHz和5MHz三種版本可供選擇。
• 高速無等待狀態(tài)操作：與12.5MHz的80C286和8MHz的80C86/88配合使用時，可實現(xiàn)高速無等待狀態(tài)操作。
• 引腳兼容：與NMOS 8259A引腳兼容。
• 多處理器兼容：兼容80C86/88/286和8080/85/86/88/286。
• 優(yōu)先級控制：八級優(yōu)先級控制器，可擴展至64級。
• 可編程中斷模式：支持多種可編程中斷模式。
• 獨立請求屏蔽能力：可對單個中斷請求進行屏蔽。
• 靜態(tài)設(shè)計：完全靜態(tài)設(shè)計，無需時鐘信號。
• TTL兼容：與TTL電平完全兼容。
• 低功耗運行：靜態(tài)電流最大為10μA，工作電流最大為1mA/MHz。
• 單電源供電：采用單一5V電源供電。
• 寬溫度范圍：提供商業(yè)、工業(yè)和軍事級的工作溫度范圍。

二、引腳與功能描述

引腳排列

82C59A有PDIP、CERDIP、PLCC和CLCC等多種封裝形式，不同封裝的引腳排列有所不同，但功能基本一致。其主要引腳包括數(shù)據(jù)總線（D7 - D0）、讀寫控制引腳（RD、WR）、命令選擇地址引腳（A0）、芯片選擇引腳（CS）、級聯(lián)線（CAS 2 - CAS 0）、從程序輸入使能引腳（SP/EN）、中斷輸出引腳（INT）、中斷確認輸入引腳（INTA）以及中斷請求輸入引腳（IR0 - IR7）等。

功能描述

• 中斷請求寄存器（IRR）和服務(wù)中寄存器（ISR）：IRR用于記錄所有請求服務(wù)的中斷級別，ISR用于存儲當前正在處理的中斷級別。
• 優(yōu)先級解析器：確定IRR中置位位的優(yōu)先級，在INTA序列期間將最高優(yōu)先級選擇并鎖存到ISR的相應(yīng)位。
• 中斷屏蔽寄存器（IMR）：存儲用于屏蔽中斷線的位，對IRR的輸出進行操作，屏蔽高優(yōu)先級輸入不會影響低優(yōu)先級中斷請求線。
• 中斷輸出（INT）：直接連接到CPU的中斷輸入，其VOH電平與8080、8085、8086/88、80C86/88、80286和80C286的輸入電平完全兼容。
• 中斷確認（INTA）：INTA脈沖將使82C59A將向量信息釋放到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)格式取決于系統(tǒng)模式。
• 數(shù)據(jù)總線緩沖器：一個三態(tài)、雙向8位緩沖器，用于將82C59A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接，控制字和狀態(tài)信息通過該緩沖器傳輸。
• 讀寫控制邏輯：接受CPU的輸出命令，包含初始化命令字（ICW）寄存器和操作命令字（OCW）寄存器，用于存儲設(shè)備操作的各種控制格式，還可將82C59A的狀態(tài)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線上。
• 芯片選擇（CS）：低電平有效，使能82C59A，只有在設(shè)備被選中時才能進行讀寫操作。
• 寫（WR）：低電平有效，使CPU能夠向82C59A寫入控制字（ICWs和OCWs）。
• 讀（RD）：低電平有效，使82C59A能夠?qū)⒅袛嗾埱蠹拇嫫鳎↖RR）、服務(wù)中寄存器（ISR）、中斷屏蔽寄存器（IMR）或中斷級別（在輪詢模式下）的狀態(tài)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。
• A0：與WR和RD信號配合使用，用于將命令寫入各種命令寄存器，以及讀取芯片的各種狀態(tài)寄存器，通常直接連接到系統(tǒng)地址線。
• 級聯(lián)緩沖器/比較器：存儲和比較系統(tǒng)中所有82C59A的ID，當82C59A作為主設(shè)備時，CAS0 - 2為輸出；作為從設(shè)備時，CAS0 - 2為輸入。主設(shè)備將中斷從設(shè)備的ID發(fā)送到CAS0 - 2線上，被選中的從設(shè)備將在接下來的一個或兩個連續(xù)INTA脈沖期間將其預(yù)編程的子程序地址發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。

三、中斷序列

8080/8085系統(tǒng)

1. 一個或多個中斷請求線（IR0 - IR7）被置高，設(shè)置相應(yīng)的IRR位。
2. 82C59A在優(yōu)先級解析器中評估這些請求，若合適則向CPU發(fā)送中斷（INT）。
3. CPU確認INT并響應(yīng)一個INTA脈沖。
4. 收到CPU的INTA后，最高優(yōu)先級的ISR位被置位，相應(yīng)的IRR位被復(fù)位，82C59A還將通過D0 - D7在8位數(shù)據(jù)總線上釋放CALL指令代碼（11001101）。
5. 該CALL指令將引發(fā)CPU向82C59A發(fā)送兩個額外的INTA脈沖。
6. 這兩個INTA脈沖使82C59A將其預(yù)編程的子程序地址釋放到數(shù)據(jù)總線上，第一個INTA脈沖釋放低8位地址，第二個INTA脈沖釋放高8位地址。
7. 完成82C59A釋放的3字節(jié)CALL指令。在AEOI模式下，ISR位在第三個INTA脈沖結(jié)束時復(fù)位；否則，ISR位保持置位，直到在中斷序列結(jié)束時發(fā)出適當?shù)腅OI命令。

80C86/88/286系統(tǒng)

前三個步驟與8080/8085系統(tǒng)相同，從第四步開始有所不同：

4. 在第一個INTA脈沖期間，82C59A不驅(qū)動數(shù)據(jù)總線。
5. 80C86/88/286 CPU將發(fā)起第二個INTA脈沖。在此INTA脈沖期間，相應(yīng)的ISR位被置位，IRR中的相應(yīng)位被復(fù)位，82C59A將8位指針輸出到數(shù)據(jù)總線上供CPU讀取。
6. 完成中斷周期。在AEOI模式下，ISR位在第二個INTA脈沖結(jié)束時復(fù)位；否則，ISR位保持置位，直到在中斷子程序結(jié)束時發(fā)出適當?shù)腅OI命令。

四、編程

初始化命令字（ICWs）

在正常操作開始之前，系統(tǒng)中的每個82C59A必須通過一系列由WR脈沖定時的2到4字節(jié)進行初始化。ICW1啟動初始化序列，在此期間會自動執(zhí)行一些操作，如復(fù)位邊沿檢測電路、清除中斷屏蔽寄存器、分配IR7輸入優(yōu)先級為7等。ICW2用于設(shè)置服務(wù)子程序的頁面起始地址，ICW3用于級聯(lián)模式下的配置，ICW4用于設(shè)置特殊功能，如特殊全嵌套模式、緩沖模式、自動結(jié)束中斷模式等。

操作命令字（OCWs）

OCWs用于命令82C59A在各種中斷模式下操作，包括完全嵌套模式、旋轉(zhuǎn)優(yōu)先級模式、特殊屏蔽模式和輪詢模式等。OCW1用于設(shè)置和清除中斷屏蔽寄存器中的屏蔽位，OCW2用于控制旋轉(zhuǎn)和中斷結(jié)束模式，OCW3用于啟用特殊屏蔽模式和讀取寄存器命令。

五、電氣特性

絕對最大額定值

• 電源電壓：+8.0V
• 輸出電壓：-5V
• ESD分類：Class I

工作條件

• 工作電壓范圍：4.5V至+5.5V
• 工作溫度范圍：CX82C59A為0°C至70°C，IX82C59A為-40°C至85°C，MX82C59A為-55°C至125°C

熱信息

不同封裝的熱阻不同，如CERDIP封裝的熱阻為55°C/W，CLCC封裝的熱阻為65°C/W等。

DC電氣規(guī)格

包括邏輯高輸入電壓、邏輯低輸入電壓、輸出高電壓、輸出低電壓、輸入泄漏電流、輸出泄漏電流、待機電源電流和工作電源電流等參數(shù)。

AC電氣規(guī)格

規(guī)定了各種時序要求和響應(yīng)時間，如A0/CS設(shè)置到RD/INTA的時間、RD/INTA脈沖寬度、數(shù)據(jù)有效時間等。

六、應(yīng)用模式

特殊全嵌套模式

適用于級聯(lián)的大型系統(tǒng)，可確保每個從設(shè)備內(nèi)的優(yōu)先級得到保留。在該模式下，當某個從設(shè)備的中斷請求正在處理時，該從設(shè)備不會被主設(shè)備的優(yōu)先級邏輯鎖定，主設(shè)備仍能識別該從設(shè)備內(nèi)更高優(yōu)先級的IR中斷請求并向處理器發(fā)起中斷。在退出中斷服務(wù)子程序時，軟件需要檢查該從設(shè)備的中斷是否是唯一的，通過向從設(shè)備發(fā)送非特定的中斷結(jié)束（EOI）命令，然后讀取其服務(wù)中寄存器并檢查是否為零，來決定是否向主設(shè)備發(fā)送EOI命令。

緩沖模式

當82C59A用于需要數(shù)據(jù)總線驅(qū)動緩沖器的大型系統(tǒng)且采用級聯(lián)模式時，緩沖模式可使82C59A在SP/EN上發(fā)送使能信號以啟用緩沖器。在該模式下，需要通過軟件編程來確定82C59A是主設(shè)備還是從設(shè)備，ICW4的第3位用于編程緩沖模式，第2位用于確定主從關(guān)系。

級聯(lián)模式

82C59A可以輕松地在一個主設(shè)備和最多八個從設(shè)備的系統(tǒng)中互連，以處理多達64個優(yōu)先級級別。主設(shè)備通過3線級聯(lián)總線（CAS2 - 0）控制從設(shè)備，級聯(lián)總線在INTA序列期間充當從設(shè)備的片選信號。在級聯(lián)配置中，從設(shè)備的中斷輸出（INT）連接到主設(shè)備的中斷請求輸入，當從設(shè)備的請求線被激活并隨后被確認時，主設(shè)備將使相應(yīng)的從設(shè)備在INTA的第2和第3字節(jié)（80C86/88/286僅為第2字節(jié)）期間釋放設(shè)備子程序地址。每個82C59A必須遵循單獨的初始化序列，并可編程為不同的模式。EOI命令必須發(fā)送兩次，一次為主設(shè)備，一次為相應(yīng)的從設(shè)備。

七、總結(jié)

Intersil 82C59A是一款功能強大、性能卓越的CMOS優(yōu)先中斷控制器，具有多種特性和靈活的編程模式，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。電子工程師在設(shè)計微計算機系統(tǒng)時，可以充分利用82C59A的這些特性，提高系統(tǒng)的中斷處理能力和響應(yīng)速度，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計。同時，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的系統(tǒng)要求和電氣特性，合理選擇合適的工作模式和配置參數(shù)，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。你在使用82C59A的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。