Intersil 82C59A：高性能CMOS优先中断控制器的全方位解析

在电子设计领域，中断控制器是微计算机系统中不可或缺的关键组件，它能够高效处理外部设备的中断请求，提升系统的响应速度和处理能力。Intersil 82C59A作为一款高性能的CMOS优先中断控制器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，在众多应用场景中得到了广泛应用。本文将对Intersil 82C59A进行全面深入的剖析，为电子工程师在实际设计中提供有价值的参考。

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一、产品概述

Intersil 82C59A采用先进的2μm CMOS工艺制造，旨在减轻系统CPU在多级优先系统中的轮询任务。它具有高速和行业标准配置，能与多种微处理器兼容，如80C286、80286、80C86/88、8086/88、8080/85和NSC800等。该控制器可处理多达八个向量优先中断源，并且无需额外电路即可级联至64个，还能对单个中断源进行屏蔽或优先级设置，以实现定制化的系统配置。此外，它具备两种操作模式，可兼容8080/85和80C86/88/286格式，静态CMOS电路设计确保了低功耗运行。

产品特性

• 环保与兼容性：提供无铅加退火版本，符合RoHS标准。
• 多种速度版本：有12.5MHz、8MHz和5MHz三种版本可供选择。
• 高速无等待状态操作：与12.5MHz的80C286和8MHz的80C86/88配合使用时，可实现高速无等待状态操作。
• 引脚兼容：与NMOS 8259A引脚兼容。
• 多处理器兼容：兼容80C86/88/286和8080/85/86/88/286。
• 优先级控制：八级优先级控制器，可扩展至64级。
• 可编程中断模式：支持多种可编程中断模式。
• 独立请求屏蔽能力：可对单个中断请求进行屏蔽。
• 静态设计：完全静态设计，无需时钟信号。
• TTL兼容：与TTL电平完全兼容。
• 低功耗运行：静态电流最大为10μA，工作电流最大为1mA/MHz。
• 单电源供电：采用单一5V电源供电。
• 宽温度范围：提供商业、工业和军事级的工作温度范围。

二、引脚与功能描述

引脚排列

82C59A有PDIP、CERDIP、PLCC和CLCC等多种封装形式，不同封装的引脚排列有所不同，但功能基本一致。其主要引脚包括数据总线（D7 - D0）、读写控制引脚（RD、WR）、命令选择地址引脚（A0）、芯片选择引脚（CS）、级联线（CAS 2 - CAS 0）、从程序输入使能引脚（SP/EN）、中断输出引脚（INT）、中断确认输入引脚（INTA）以及中断请求输入引脚（IR0 - IR7）等。

功能描述

• 中断请求寄存器（IRR）和服务中寄存器（ISR）：IRR用于记录所有请求服务的中断级别，ISR用于存储当前正在处理的中断级别。
• 优先级解析器：确定IRR中置位位的优先级，在INTA序列期间将最高优先级选择并锁存到ISR的相应位。
• 中断屏蔽寄存器（IMR）：存储用于屏蔽中断线的位，对IRR的输出进行操作，屏蔽高优先级输入不会影响低优先级中断请求线。
• 中断输出（INT）：直接连接到CPU的中断输入，其VOH电平与8080、8085、8086/88、80C86/88、80286和80C286的输入电平完全兼容。
• 中断确认（INTA）：INTA脉冲将使82C59A将向量信息释放到数据总线上，数据格式取决于系统模式。
• 数据总线缓冲器：一个三态、双向8位缓冲器，用于将82C59A与系统数据总线连接，控制字和状态信息通过该缓冲器传输。
• 读写控制逻辑：接受CPU的输出命令，包含初始化命令字（ICW）寄存器和操作命令字（OCW）寄存器，用于存储设备操作的各种控制格式，还可将82C59A的状态传输到数据总线上。
• 芯片选择（CS）：低电平有效，使能82C59A，只有在设备被选中时才能进行读写操作。
• 写（WR）：低电平有效，使CPU能够向82C59A写入控制字（ICWs和OCWs）。
• 读（RD）：低电平有效，使82C59A能够将中断请求寄存器（IRR）、服务中寄存器（ISR）、中断屏蔽寄存器（IMR）或中断级别（在轮询模式下）的状态发送到数据总线上。
• A0：与WR和RD信号配合使用，用于将命令写入各种命令寄存器，以及读取芯片的各种状态寄存器，通常直接连接到系统地址线。
• 级联缓冲器/比较器：存储和比较系统中所有82C59A的ID，当82C59A作为主设备时，CAS0 - 2为输出；作为从设备时，CAS0 - 2为输入。主设备将中断从设备的ID发送到CAS0 - 2线上，被选中的从设备将在接下来的一个或两个连续INTA脉冲期间将其预编程的子程序地址发送到数据总线上。

三、中断序列

8080/8085系统

1. 一个或多个中断请求线（IR0 - IR7）被置高，设置相应的IRR位。
2. 82C59A在优先级解析器中评估这些请求，若合适则向CPU发送中断（INT）。
3. CPU确认INT并响应一个INTA脉冲。
4. 收到CPU的INTA后，最高优先级的ISR位被置位，相应的IRR位被复位，82C59A还将通过D0 - D7在8位数据总线上释放CALL指令代码（11001101）。
5. 该CALL指令将引发CPU向82C59A发送两个额外的INTA脉冲。
6. 这两个INTA脉冲使82C59A将其预编程的子程序地址释放到数据总线上，第一个INTA脉冲释放低8位地址，第二个INTA脉冲释放高8位地址。
7. 完成82C59A释放的3字节CALL指令。在AEOI模式下，ISR位在第三个INTA脉冲结束时复位；否则，ISR位保持置位，直到在中断序列结束时发出适当的EOI命令。

80C86/88/286系统

前三个步骤与8080/8085系统相同，从第四步开始有所不同：

4. 在第一个INTA脉冲期间，82C59A不驱动数据总线。
5. 80C86/88/286 CPU将发起第二个INTA脉冲。在此INTA脉冲期间，相应的ISR位被置位，IRR中的相应位被复位，82C59A将8位指针输出到数据总线上供CPU读取。
6. 完成中断周期。在AEOI模式下，ISR位在第二个INTA脉冲结束时复位；否则，ISR位保持置位，直到在中断子程序结束时发出适当的EOI命令。

四、编程

初始化命令字（ICWs）

在正常操作开始之前，系统中的每个82C59A必须通过一系列由WR脉冲定时的2到4字节进行初始化。ICW1启动初始化序列，在此期间会自动执行一些操作，如复位边沿检测电路、清除中断屏蔽寄存器、分配IR7输入优先级为7等。ICW2用于设置服务子程序的页面起始地址，ICW3用于级联模式下的配置，ICW4用于设置特殊功能，如特殊全嵌套模式、缓冲模式、自动结束中断模式等。

操作命令字（OCWs）

OCWs用于命令82C59A在各种中断模式下操作，包括完全嵌套模式、旋转优先级模式、特殊屏蔽模式和轮询模式等。OCW1用于设置和清除中断屏蔽寄存器中的屏蔽位，OCW2用于控制旋转和中断结束模式，OCW3用于启用特殊屏蔽模式和读取寄存器命令。

五、电气特性

绝对最大额定值

• 电源电压：+8.0V
• 输出电压：-5V
• ESD分类：Class I

工作条件

• 工作电压范围：4.5V至+5.5V
• 工作温度范围：CX82C59A为0°C至70°C，IX82C59A为-40°C至85°C，MX82C59A为-55°C至125°C

热信息

不同封装的热阻不同，如CERDIP封装的热阻为55°C/W，CLCC封装的热阻为65°C/W等。

DC电气规格

包括逻辑高输入电压、逻辑低输入电压、输出高电压、输出低电压、输入泄漏电流、输出泄漏电流、待机电源电流和工作电源电流等参数。

AC电气规格

规定了各种时序要求和响应时间，如A0/CS设置到RD/INTA的时间、RD/INTA脉冲宽度、数据有效时间等。

六、应用模式

特殊全嵌套模式

适用于级联的大型系统，可确保每个从设备内的优先级得到保留。在该模式下，当某个从设备的中断请求正在处理时，该从设备不会被主设备的优先级逻辑锁定，主设备仍能识别该从设备内更高优先级的IR中断请求并向处理器发起中断。在退出中断服务子程序时，软件需要检查该从设备的中断是否是唯一的，通过向从设备发送非特定的中断结束（EOI）命令，然后读取其服务中寄存器并检查是否为零，来决定是否向主设备发送EOI命令。

缓冲模式

当82C59A用于需要数据总线驱动缓冲器的大型系统且采用级联模式时，缓冲模式可使82C59A在SP/EN上发送使能信号以启用缓冲器。在该模式下，需要通过软件编程来确定82C59A是主设备还是从设备，ICW4的第3位用于编程缓冲模式，第2位用于确定主从关系。

级联模式

82C59A可以轻松地在一个主设备和最多八个从设备的系统中互连，以处理多达64个优先级级别。主设备通过3线级联总线（CAS2 - 0）控制从设备，级联总线在INTA序列期间充当从设备的片选信号。在级联配置中，从设备的中断输出（INT）连接到主设备的中断请求输入，当从设备的请求线被激活并随后被确认时，主设备将使相应的从设备在INTA的第2和第3字节（80C86/88/286仅为第2字节）期间释放设备子程序地址。每个82C59A必须遵循单独的初始化序列，并可编程为不同的模式。EOI命令必须发送两次，一次为主设备，一次为相应的从设备。

七、总结

Intersil 82C59A是一款功能强大、性能卓越的CMOS优先中断控制器，具有多种特性和灵活的编程模式，能够满足不同应用场景的需求。电子工程师在设计微计算机系统时，可以充分利用82C59A的这些特性，提高系统的中断处理能力和响应速度，实现高效、稳定的系统设计。同时，在实际应用中，需要根据具体的系统要求和电气特性，合理选择合适的工作模式和配置参数，以确保系统的可靠性和性能。你在使用82C59A的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。