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1、1,第7章 常用数字接口电路,2,主要内容：,掌握两种可编程接口芯片的应用,通信指计算机与外设、计算机与计算机间的信息交换 通信的基本方法: 并行通信和串行通信,并行通信和串行通信,并行通信和串行通信,计算机1 GND,计算机2 GND,并行通信,计算机1 GND,计算机2 GND,发送,接收,串行通信,并行通信：数据的各位同时传送；,串行通信：数据一位一位顺序传送。,数据的各位同时由源到达目的地 快 多根数据线 距离短、远程费用高,并行通信 将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。,并行通信适于短距离、高速通信,数据的各位依次由源到达目的地 慢 数据线少 远程, 费用低,串行通信 将数据
2、的各位按时间顺序依次在一根传输线上传输。,0 1 1 0 1 0 1 0,串行通信适于长距离、中低速通信,并行接口的特点,以数据字节或字为单位与I/O设备或被控对象传输数据。 适用于近距离数据传输。一次同时传送多位数据，传送速度快。 8位或16位是同时传输的。 并行传送的信息不要求固定的格式，这与串行传送的信息有固定格式的要求不同。,并行接口的类型,从并行接口数据传送的方向看，可分为两种,一是单向传送（只作为输入口或只作为输出口）,另一种是双向传送（既可作为输入口，也可作为输出口） 从并行接口的电路结构看，并行接口可分为硬接线接口和可编程接口。 可编程接口可以用软件编程序的方法改变接口的工作方
3、式及功能，具有广泛的适应性和很高的灵活性。,与并行通信相比，串行通信的优势,传输距离长，可达到数千公里 抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰完全可以忽略。 费用低。,串行通信,串行通信的分类:异步(Asynchronous communication) 同步(Synchronous Communication),串行通信制式：单工(a)、半双工(b)和全双工(c) (simplex half duplex full duplex),串行通信的通信方式,异步通信方式：异步通信是指发送方和接收方采用独立的时钟，即双方没有一个相同的参考时钟作为基准。在异步通信中数据一般以一个字符为单位进行传送。用
4、一帧来表示一个字符，一帧信息由起始位（为0信号，占1位）、数据位（传输时低位在先，高位在后）、奇偶较验位（可要可不要）和停止位（为1信号，可1位、1位半或2位）组成。 同步通信方式：在同步通信中，每个数据块的开头以同步字符SYN加以指示，使发送与接受双方取得同步。数据块的各字符之间没有起始位和停止位，提高了通信的速度。但为了能保持同步传送，在同步通信中须用一个时钟来协调收发器的工作，这就增加了设备的复杂性。,字符格式 双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如用ASCII码通信，有效数据为7位，加一个奇偶校验位、一个起始位和一个停止位共10位。 波特率 波特率就是数
5、据的传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间有以下关系： 波特率=1个字符的二进制编码位数字符/秒 注：在异步通信中，通信双方必须事先约定字符格式和波特率,异步串行通信基础,异步串行通信协议,串行通信的错误校验,奇偶校验 代码和校验 循环冗余校验（CRC） 可自动纠错,所谓误码率，是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。 在计算机通信中，一般要求误码率达到10-6数量级。 误码率与通信线路质量、干扰大小及波特率等因素有关,差错控制,误码率,串行接口RS-232C标准 串行通信系统 数据终端设备DTE数据源和目的地 数据通信设备DCE使数据符合
6、线路要求,串行通信的接口标准,1 机械特性,2 常用的RS-232C信号线,信号代号中第一个字母表示信号类型，A为地线，B为数据线，C为控制线，D为时钟信号。,3 常用的RS-232C连接 1).使用MODEM,2).不使用MODEM,3).最简单连接,定时与计数,定时器和计数器都由数字电路中的计数电路构成。前者记录高精度晶振脉冲信号，因此可以输出准确的时间间隔，称为定时器，而当记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数，称为计数器。,1. 软件定时,根据CPU执行每条指令需要一定的时间，重复执行一些指令就会占用一段固定的时间，通过适当地选取指令和循环次数便很容易实现定时功
7、能，这种方法不需要增加硬件，可通过编程来控制和改变定时时间，灵活方便，节省费用。缺点是CPU重复执行的这段程序的本身并没有什么具体目的，仅为延时，从而降低了CPU利用率。,2.不可编程的硬件定时,3.可编程的定时,26,可编程定时器8253,27,掌握:,引线功能及计数启动方法 6种工作方式及其输出波形 应用: 芯片与系统的连接 芯片的初始化编程,Intel 8253可编程定时器/计数器,8253的基本功能和内部结构,（1）3个独立的16位计数器，最大计数范围为065535； （2）每个计数器均可以按二进制或二十进制计数； （3）计数器速率可达2MHz； （4）可编程6种不同的工作方式； （5
8、）所有输入和输出都与TTL兼容。 8253具有较好的通用性和使用灵活性，几乎适合于任何一种微处理器组成的系统。,1. 8253 PIT的基本功能,2. 8253的内部结构,8253的内部结构如图7.1所示，由数据总线缓冲器、控制寄存器、读/写控制逻辑和计数器等部分组成。,图7.1 8253的内部结构示意图,（1）数据总线缓冲器,该缓冲器为8位双向三态的缓冲器，可直接挂在数据总线上。CPU通过8位数据总线D0D7传送如下信息：,（2）读/写控制逻辑,决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作，并控制内部总线上数据传送的方向。,CS片选信号,低电平有效(此时CPU才能对 8253进行读写操作)
9、，由地址总线经I/O端口译码电路产生。 RD读信号，低电平有效，此时表示CPU正在读取所选定的计数器通道中的内容。 WR写信号，低电平有效，此时表示CPU正在将计数初值写入所选中的计数通道中或将控制字写入控制寄存器中。 A1A0端口选择信号，8253内部有3个计数器通道和一个控制寄存器端口。当A1A0=00,01,10时表示分别选中计数器通道0,1,2，当A1A0=11时选中控制寄存器端口。,（3）控制寄存器,接收从CPU来的控制字，并由控制字的D7、D6位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制寄存器只能写入，不能读出。,（4）计数器,当8253用作计数器时，加在CLK引脚上脉冲的
10、间隔可以是不相等的；当它用作定时器时，则在CLK引脚应输入精确的时钟脉冲，8253所能实现的定时时间，取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即：定时时间=时钟脉冲周期Tc预置的计数初值n。 对8253来讲，外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHZ，否则需分频后才能送到CLK端。,计数器内部逻辑图,8253的引脚信号,8253是一片具有3个独立通道的16位计数器/定时器芯片，使用单一+5V电源，24引脚双列直插式封装，如右图所示,1. 与CPU的接口信号,表7.1 8253读/写操作逻辑表,2. 与外部设备的接口信号,（1）CLK0（CLK1，CLK2）时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲
11、或计数脉冲信号。CLK可以是系统时钟脉冲，也可以是由其他脉冲源提供。8253规定加在CLK引脚的输入时钟周期不得小于380ns； （2）GATE0（GATE1，GATE2）门控输入端，用于外部控制计数器的启动或停止计数的操作。当GATE为高电平时，允许计数器工作，当GATE为低电平时，禁止计数器工作； （3）OUT0（OUT1，OUT2）计数输出端。在不同工作方式中，当计数器计数到0时，OUT引脚上必输出相应的信号。,8253的控制字,8253的控制字有4个主要功能： * 选择计数器； * 确定计数器数据的读写格式； * 确定计数器的工作方式； * 确定计数器计数的数制。,控制字的格式如图7.
12、3所示,图7.3 8253控制字格式,注：图中可以是0，也可以是1，一般取0,8253的工作方式,8253是一种面向微机系统的专用接口芯片，它的每一个计数器都可以按照控制字的规定有6种不同的工作方式， 每种工作方式中都有以下三种情况： * 正常计数的波形图； * 正在计数过程中改变门控信号GATE后对整个 计数工作的影响； * 正在计数的过程中改变计数值对整个计数工作 的影响。,方式0计数结束中断方式 (Interrupt on Terminal Count),工作方式0有如下特点： a、门控信号GATE必须为1，计数器才能计数； b、计数时通道输出端OUT一直为0； c、通道计数器计数到0后
13、，OUT由0到1，同时计数器停止工作。,图7.4(a) 方式0 正常计数,图7.4(b) 方式0时GATE 信号的作用,图7.4(c) 方式0时计数过程中改变计数值,例：设8253计数器通道0工作于方式0，用8位二进制计数，其计数值为50，二十进制，则它的初始化程序段如下： MOV AL，11H ；设置控制字 OUT 43H，AL ；写入控制字寄存器 MOV AL，50H ；设置计数初值 OUT 40H，AL ；写入计数初值寄存器,设8253占用端口地址40H43H。,2. 方式1 可编程的单稳态触发器 (Programmable One Short),方式1工作过程如下： a、门控信号GAT
14、E是触发信号，上升沿有效。即开始计数是由GATE的上升沿触发的； b、 触发后，通道计数器开始计数，输出端OUT由高变低； c、 计数器计数到0，OUT再由低变高。,图7.5(a) 方式1 正常计数,图7.5(b) 方式1时GATE 信号的作用,图7.5(c) 方式1时计数过程中改变计数值,例：设计数器通道1工作于方式1，按二进制计数，计数初值为4000H，它的初始化程序段为： MOV AL，62H ；工作方式控制字 OUT 43H，AL MOV AL，40H ；送计数初值 OUT 41H，AL,设8253占用端口地址40H43H。,方式2的特点如下： a、 GATE门为1，计数器才能工作，对
15、CLK端上的脉冲进行计数； b、 当计数器“减”计数到1时，输出端由高变低，再经过一个CLK周期，即计数器计数到0时，输出端OUT又跳变为高。所以方式2输出周期性负脉冲信号，其宽度固定为一个CLK周期； c、 当计数器的值减为0时，自动重新装入计数初值，实现循环计数。,3. 方式2 速率发生器 (Rate Generator),方式2用门控信号达到同步计数的目的，波形图如图8.6(a)、(b)、(c)、(d)所示。,图7.6(a) 方式2 正常计数,图7.6(b) 方式2时GATE信号的作用,图7.6(c) 方式2时计数过程中改变计数值,例：设8253计数器0工作于方式2，按二进制计数，计数初
16、值为0304H。 MOV AL，00110100B ；设控制字，通道0，先读/写低8位 ；再读写高8位，方式2，二进制。 OUT 43H，AL MOV AL，04H ；送计数值低字节 OUT 40H，AL MOV AL，03H OUT 40H，AL ；送计数值高字节,4. 方式3 方波发生器 (Square Wave Generator),方式3的工作过程同方式2，只是输出的脉宽不同，波形如图8.7(a)、(b)、(c)、(d)所示。,图7.7(a) 方式3 计数值为偶数时的波形,图7.7(b) 方式3 计数值为奇数时的波形,图7.7(c) 方式3 GATE信号的作用,图7.7(d) 方式3 计数过程中改变计数值,例：设8253计数器2工作在方式3，按二十进制计数，计数初值为4，则它的初始化程序段如下： MOV AL，10010111B ；
