微机原理与接口技术：7 - 常见数字输入输出接口(可编程定时 / 计数器 8253, 可编程并行接口 8255)

常见数字接口电路

Goal:

1. 了解并行通信及串行通信的一般概念
2. 掌握可编程定时 / 计数器 8253
3. 掌握可编程并行接口 8255

7.1 IO传输的方式(transmission methods of IO) - 并行(Parallel) / 串行(Serial)

7.1.1 并行传输 - Parallel transmission

• 并行传输使用多条并行信道，**同时(Synchronized)**进行传输
• 并行传输效率高，一次可传输多个数据。
• 并行传输适用于短距离。

1 - 并行通信的基本方式

并行通信是一种同时传输多位数据的方式。它通过多个数据线并行传输每个数据字节（或更大的数据单元）。例如，一个8位的数据字节会通过8条信号线同时传输。由于每条数据线可以同时承载一位信息，因此并行传输的数据速率比串行传输高，但同时也要求传输距离较短以避免信号衰减和时序误差。

2 - 并行通信的应用

并行通信通常用于计算机内部、硬盘、打印机等设备之间的通信。其典型例子包括：

• 打印机接口：早期的计算机打印机接口通常使用并行通信，通过多个信号线同时传输字符或图像数据。
• 内存与处理器之间的数据传输：计算机内部的总线通信使用并行数据传输。

3 - 并行通信的优缺点

• 优点：
  • 高速传输：每个时钟周期内可以传输多位数据。
  • 短距离传输：可以满足设备之间近距离的高速通信需求。
• 缺点：
  • 硬件要求高：需要多个信号线和接口，增加了硬件设计的复杂性。
  • 噪声干扰：多个并行信号线容易引发信号干扰和时序错误，导致数据传输不可靠。
  • 传输距离限制：由于信号衰减和串扰问题，适用于短距离传输。

7.1.2 串行传输 - Serial transmission

1 - 串行通信方式

$$串行通信Serialtransmission\{\begin{array}{l}单工通信Simplextransmission\\ 半双工通信Halfduplexcommunication\\ 全双工通信Fullduplexcommunication\end{array}$$

• 串行传输使用一条数据线，将数据一位一位(bit by bit)地依次传输
• 串行传输一次可传输一个数据.
• 串行传输适用于长距离.

2 - 调制与解调

$$调制方法Modulation\{\begin{array}{l}调频FM/FSK\\ 调幅AM/ASK\\ 调相PM/PSK\end{array}$$

1. 调频 FM/FSK - 调频就是把数字信号的“1”和“0”调制成不同频率的模拟信号, 例如用1200Hz的信号表示“0”, 用2400Hz的信号表示“1”. 接收方根据载波信号的频率判断传输的信息是“1”还是“0”.
2. 调幅 AM/ASK - 就是把数字信号的“1”和“0”调制成不同幅度的模拟信号,但频率保持不变
   例如载波信号的幅度大于8V时表示“0”,载波信号的幅度小于3V时表示“1”。
3. 调相 PM/PSK - 就是把数字信号的“1”和“0”调制成不同相位的模拟信号,但频率和幅度均
   保持不变。例如载波信号的相位为0°时表示“0”,载波信号的相位为180°时表示“1”

7.2 数字接口 可编程定时 / 计数器(Programmable Timer/ Counter) - 以8253为例

定时 / 计数器的作用 :

1. 系统时钟(System Clock)
2. DRAM刷新(DRAM refresh periodically)
3. 实时采样(Regular sampling)
4. 实时控制(Real-Time Control)
5. Counting pulses

硬件方式获取定时信号(Timing)

使用专门的定时器 / 计数器 (8253).

即 硬件产生 计数脉冲, 使用一个加法器 or 减法器, 每来一个计数器则 自加减1 -> 产生 定时信号输出.

定时器 / 计数器 工作流程 :

1. 设置8253工作模式.
2. 将初始计数值设置到初始值寄存器.
3. 将第一CLK信号与寄存器的内容一起初始化到计数寄存器中.
4. 计数寄存器在每次CLK信号输入后递减1.
5. 当减小到0时，OUT端子输出特殊信号波形.

8253 的引线及结构

引脚功能:

1. $D_0\tilde{}{D}_7$ : 8位双向数据线.
2. $\overline{CS}$ : 片选信号.
3. R D