[工程科技]第二章 输入输出接口技术输入输出通道.ppt

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1、工程科技工程科技第二章第二章 输入输入输出接口技术输入输输出接口技术输入输出通道出通道第一节 概述一、接口通道及功能 解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题 解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题 接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能。I/O接口电路:主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。作用： 2)IO通道通道I IO O通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。象之间信息传送和变换的连接通道。信号的输入通路。信号的输入通路。信号的输出通

2、路。信号的输出通路。输入和输出通路的主要功能输入和输出通路的主要功能 实现模拟量与数字量之间的实现模拟量与数字量之间的信号变换。信号变换。本章学习目的: 解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。 2、IO信号的种类信号的种类CPU外部外部设备设备数据数据状态状态控制控制通常有三类信息：通常有三类信息：数据信息数据信息数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量状态信息状态信息控制信息控制信息3 3、计算机和外部的通信方式、计算机和外部的通信方式并行通信：并行通信：串行通信：串行通信：把一个字符的各数位用几条

3、线同时进行传输把一个字符的各数位用几条线同时进行传输 数据按位进行传送的数据按位进行传送的 串行通信串行通信全双工方式全双工方式半双工方式半双工方式同步通信同步通信异步通信异步通信发送A K1K2 B 接收接收发送发送A接收数据应答数据应答接收B发送全双工方式全双工方式: :数据信息能沿相反两个方向传送。数据信息能沿相反两个方向传送。 半双工方式半双工方式: :数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但同一时刻只能沿一个方向传送。同一时刻只能沿一个方向传送。 SYN SYN 控制字符控制字符控制字符控制字符数据字符数据字符. . .SYN同步通信：同步通信

4、：在一组字符前后加同步字符，标志一组数据在一组字符前后加同步字符，标志一组数据块的开始与结束，接收装置接收到同步字符块的开始与结束，接收装置接收到同步字符而开始接收数据，直到接收后同步字符，一而开始接收数据，直到接收后同步字符，一帧数据接收结束。帧数据接收结束。 异步通信：异步通信： 要传送的字符代码前加一起始位，以示该字要传送的字符代码前加一起始位，以示该字符代码开始，在字符代码后面加一停止位，符代码开始，在字符代码后面加一停止位，以示该字符代码结束。以示该字符代码结束。2.2 2.2 输人输出的控制方式输人输出的控制方式2.2 2.2 1程序控制方式程序控制方式1. 无条件传送方式无条件传

5、送方式 2. 查询传送方式（条件传送方式）查询传送方式（条件传送方式）查询式输入的接口电路查询式输入的接口电路查询式输出接口电路查询式输出接口电路2.2 22.2 2中断控制中断控制I/OI/O方式方式 1. 1. 中断控制中断控制I/OI/O时应解决的问题时应解决的问题外部中断：外部中断：是通过是通过IO接口硬件向接口硬件向CPU发出中断请求信号，发出中断请求信号，从而引起一个中断处理过程。从而引起一个中断处理过程。多重中断处理时必须解决的四个问题：多重中断处理时必须解决的四个问题： 保存现场和恢复现场。保存现场和恢复现场。 正确判断中断源。正确判断中断源。 实时响应。实时响应。 按优先权顺

6、序处理。按优先权顺序处理。2. 中断优先级问题的解决中断优先级问题的解决软件查询方式软件查询方式雏菊链法雏菊链法专用硬件方式专用硬件方式1) 软件查询方式软件查询方式2) 2) 雏菊链法雏菊链法3) 3) 专用硬件方式专用硬件方式3、DMA控制方式控制方式DMA控制方式：是一种成块传送数据的方式。控制方式：是一种成块传送数据的方式。8237A的数据的数据传送速率可达传送速率可达1.6M字节字节/s；8257A的数据的数据传送速率可达传送速率可达125M字节字节/s。2.3 I/O2.3 I/O接口设计接口设计2.3.1 I2.3.1 I0 0接口的编址方式接口的编址方式 I I0 0接口与存储

7、器独立编址方式接口与存储器独立编址方式I0接口与存储器统一编址方式接口与存储器统一编址方式Inel8086+8288/MRDC/MWTCAB/IORC/IOWC译译码码器器译译码码器器去存储器去存储器 去去I/O接口接口.1. I1. I0 0接口与存接口与存储器独立编址方式储器独立编址方式独立编址方式的优点： 可寻址可寻址256256个端口，执行个端口，执行I IO O指令时间短，译码电路简单指令时间短，译码电路简单 程序清晰易读程序清晰易读 硬件设计简单硬件设计简单独立编址方式的缺点：独立编址方式的缺点： 专门专门I IO O指令的功能有限，不如访问内存指令丰富；指令的功能有限，不如访问内

8、存指令丰富； 增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。2I0接口与存储器统一编址方式接口与存储器统一编址方式 又称存储器映像方式又称存储器映像方式: : 把所有的把所有的I I0 0端口作为存储单元，端口作为存储单元，每个外围设备的端口都给予相应的一个或几个每个外围设备的端口都给予相应的一个或几个1616位地址号。位地址号。Inel8086+8288AB /MRDC/MWTC/IORC/IOWC译译码码器器不不用用去存储器去存储器 去去 I/O 接口接口统一编址方式的优点： 数据处理能力强数据处理能力强 输入输出部分可以和存储器部分共用译码和控制电路输入输出部分

9、可以和存储器部分共用译码和控制电路 CPUCPU不需区分访内操作及访问输入输出操作的控制信号，不需区分访内操作及访问输入输出操作的控制信号，可以相应减少引脚可以相应减少引脚 I IO O端口数目不受限制端口数目不受限制 统一编址方式的缺点：统一编址方式的缺点： 每个每个I IO O操作需全字长地址译码，整个指令执行时间较长操作需全字长地址译码，整个指令执行时间较长 程序中较难区分程序中较难区分I IO O操作操作 I IO O端口占用了存储空间地址端口占用了存储空间地址2.3.2 I2.3.2 IO O接口与系统的连接接口与系统的连接(a)通过IO接口芯片与CPU和外围设备的连接 (b)通过I

10、O接口芯片与CPU和外围设备的连接 接口芯片和CPU之间必须连接的信号有下列4类：数据信号数据信号D0D7读写控制信号读写控制信号 片选信号和地址线片选信号和地址线时钟、复位、中断控制、联络信号时钟、复位、中断控制、联络信号 2.3.3 2.3.3 I IO O接口扩展接口扩展1. 1. 地址译码器的扩展地址译码器的扩展 使用译码器的目的使用译码器的目的 译码器译码器常用的译码器有：四中选一、八中选一、十六中选一。常用的译码器有：四中选一、八中选一、十六中选一。74LSl3874LSl38扩展地址译码器扩展地址译码器 例：采用例：采用74LSl38作地址译码器设计的微机主机板接口子系作地址译码

11、器设计的微机主机板接口子系统地址译码电路。统地址译码电路。 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y67输出 2. 2. 负载能力的扩展负载能力的扩展1) 应用总线收发器提高总线驱动能力应用总线收发器提高总线驱动能力总线收发器总线收发器 Intel8286 A0 B0 A1 B1 A2 B2 A3 B3 A4 B4 A5 B5 A6 B6 A7 B7 /OE T 82862)2)应用接口芯片应用接口芯片常用的：常用的：74LS244单向三态门单向三态门74LS373(74LS273)三态输出锁存器三态输出锁存器74LS245三态输出八总线收发器三态输出八总线收发器74LS245：

12、使能端使能端/G方向控制方向控制端端DIR操操 作作L L B 数据至数据至A总线总线 L H A数据至数据至B总线总线 H 隔隔 开开 2.3.32.3.3 I IO O接口设计的方法、步骤及设计举例接口设计的方法、步骤及设计举例 1. IO接口设计的方法、步骤 IO接口设计步骤接口设计步骤 了解常用外围设备或被控设备与了解常用外围设备或被控设备与CPU之间信息交换的要求；之间信息交换的要求； 考虑硬件和软件的功能分配；考虑硬件和软件的功能分配； 进行进行IO端口的数量统计、数据流向安排和端口地址号分配；端口的数量统计、数据流向安排和端口地址号分配； IO接口硬件电路的扩展设计；接口硬件电路

13、的扩展设计； IO接口控制软件设计；接口控制软件设计； 进行接口硬件和软件联调。进行接口硬件和软件联调。 IO接口扩展的方案选择接口扩展的方案选择: 购置多功能购置多功能IO接口板接口板 自行设计自行设计IO接口电路接口电路 采用通用的大规模集成电路接口芯片扩展采用通用的大规模集成电路接口芯片扩展IO接口接口电路电路 采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩展展IO接口接口 2.I2.IO O接口设计举例一接口设计举例一 设计设计8088CPU微机系统微机系统IO接口电路，有接口电路，有8组组8位的数字量外部输入，位的数字量外部输入，8组组8位的

14、控制和显位的控制和显示数据输出到外部。示数据输出到外部。8个输入端口地址号为个输入端口地址号为E8HEFH，8个输出端口地址为个输出端口地址为F0HF7H。 设计要求： 设计：设计： A7A6A5A4A3A2A1A01 1 1 0 1 IN AL, 0E8H1 1 1 1 0 X X XOUT 0F0H, AL3. I3. IO O接口设计举例二接口设计举例二设计要求：设计要求： 设计设计8086最小模式系统接口电路，采用最小模式系统接口电路，采用8255A作为连作为连接打印机的接口，指定接打印机的接口，指定8255A的的A、B、C和控制端口的地和控制端口的地址号分别为址号分别为FFF8H、F

15、FFAH、FFFCH和和FFFEH。设计：设计： 以程序控制方式设计以程序控制方式设计A7A6A5A4A3A2A1A0 1 1 1 1 1 X X X 0FFF8H、FFFAH、FFFCH、FFFEH2.4 I2.4 IO O通道通道 模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道 I IO O通道分为：通道分为： 2.4.1 2.4.1 模拟量输入通道模拟量输入通道主要组成：主要组成： 信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、放大器、AD转换器控制电路。转换器控制电路。任务：任务：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机完成模拟量的采

16、集并转换成数字量送入计算机。 1 1、信号处理装置、信号处理装置组成：组成：标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。换电路等。 标度变换器：标度变换器：作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换成统一的标准信号。测模拟信号变换成统一的标准信号。 滤波电路：滤波电路：作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。 线性化处理：线性化处理：有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。

17、所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。 电参量间的转换电路：电参量间的转换电路： 主要进行电信号之间的转换。主要进行电信号之间的转换。 2 2、采样单元、采样单元 作用：作用：把各路模拟量分时接到把各路模拟量分时接到AD转换器进行转换，实现转换器进行转换，实现CPU对各路模拟量分时采样。对各路模拟量分时采样。 组成：组成：开关矩阵及逻辑控制电路。开关矩阵及逻辑控制电路。 开关矩阵开关矩阵 模拟开关的组合模拟开关的组合 逻辑控制电路逻辑控制电路 在软件或通道控制电路的控制下，以一在软件或通道控制电路的控制下，以一定速度，按顺序输入被测模拟信号

18、。定速度，按顺序输入被测模拟信号。CD405l 组成：组成：逻辑电平转换、逻辑电平转换、二进制译码器二进制译码器及及8个开关电个开关电路。路。 主要特性：主要特性： 直流供电电源：直流供电电源：VDD+5V+15V， 数字信号电位变化范围：数字信号电位变化范围：315V 输入电压：输入电压：UIN0VDD， 模拟信号峰峰值：模拟信号峰峰值：15VCD405lCD405l的应用：的应用：3 3、采样保持、采样保持采样保持电路：采样保持电路：对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中保持模拟信号。保持模拟信号。 两个工作状态：两个工作状态： 采样状态采样状态

19、保持状态保持状态 采样保持集成芯片采样保持集成芯片LFl98 主要特性：主要特性：供电电源：供电电源：5V18V；信号获取时间：信号获取时间：10as；可以和可以和TTL、PMOS、CMOS逻辑输入兼容；逻辑输入兼容；典型保持电容：典型保持电容：1000pF、0.01F。 4 4、 数据放大器数据放大器 把传感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的把传感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的AD转转换器输入电平。换器输入电平。5 5、A AD D转换器转换器把通道输入的模拟量转换成数字量，通过把通道输入的模拟量转换成数字量，通过I/O接口电路送接口电路送入入CPU。f(t) K f*(t) T2.

20、4.2 2.4.2 采样与量化采样与量化1 1采样过程采样过程采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。香农香农(Shannon)(Shannon)定理：定理：如果随时间变化的模拟如果随时间变化的模拟信号的最高频率为信号的最高频率为maxmax，只要按照采样频率，只要按照采样频率S S22maxmax进行采样，那么取出的样品系列进行采样，那么取出的样品系列(f(f1 1* *(t)(t)，f f2 2* *(t)(t)，)就足以代表就足以代表( (或恢或恢复复)f(t)f(t)。2 2量化过程量化过程 量化过程：量化过程：是用一组数码是用一组数码(如二进制码如二进制

21、码)来逼近离散模拟信来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。号的幅值，将其转换成数字信号。 fmax：转换信号的最大值；：转换信号的最大值； fmin：转换信号的最小值；：转换信号的最小值； i：转换后二进制数的位数。：转换后二进制数的位数。 量化单位为：量化单位为：iffq2minmax2.4.3 2.4.3 模拟量输出通道模拟量输出通道功能：功能：把计算机的运算结果转换成模拟量，并输出到被选中把计算机的运算结果转换成模拟量，并输出到被选中的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。组成：组成：DA转换器、输出保持器、多路切换开关、低通滤转换

22、器、输出保持器、多路切换开关、低通滤波电路和功放电路。波电路和功放电路。输出保持器的作用：输出保持器的作用：将前一采样时刻的输出信号保持到下一个将前一采样时刻的输出信号保持到下一个采样时刻，重新得到新的输出信号。采样时刻，重新得到新的输出信号。 输出保持方案：输出保持方案：数字量保持方案；模拟量保持方案。数字量保持方案；模拟量保持方案。1 1、一个输出通路设置一个、一个输出通路设置一个D DA A转换器的结构形式转换器的结构形式 2 2、多个输出通路共用一个、多个输出通路共用一个D DA A转换器的结构形式转换器的结构形式2.4.4 2.4.4 数字量输入通道数字量输入通道 数字输入信号分三类

23、：数字输入信号分三类： 编码数字编码数字 开关量开关量 脉冲列脉冲列常用的电平转换电路：常用的电平转换电路： 数字量输入通道的结构：数字量输入通道的结构： 直接和并行接口电路的输入口连接。直接和并行接口电路的输入口连接。 加光电隔离电路。加光电隔离电路。 采用软件计数法。采用软件计数法。 接口电路外加硬件计数器。接口电路外加硬件计数器。 (a)2.4.5 2.4.5 数字量输出通道数字量输出通道 编码数字编码数字 二进制数。二进制数。 开关量开关量 “1”、“0”的形式。的形式。输出电路的形式：输出电路的形式： (b)(c) 脉冲信号脉冲信号 输出脉冲的频率及个数都可通过程序设置来控制。输出脉

24、冲的频率及个数都可通过程序设置来控制。 2.5 D2.5 DA A转换器转换器 作用：把数字量转换成模拟量。作用：把数字量转换成模拟量。按工作方式可分成：并行和串行两种。按工作方式可分成：并行和串行两种。2.5.1 并行并行DA转换器的工作原理转换器的工作原理DA转换器由电阻网络和运算放大器组成。转换器由电阻网络和运算放大器组成。 T 型电阻网络型电阻网络的的DA转换器转换器：反相端作输入电压：反相端作输入电压：0UfLORIUUfLORIU 电路工作过程：电路工作过程：输入信号为输入信号为001 2IIL 输入的信号为输入的信号为010RUIR34IIL I流经负载电阻的电流表达式为：流经负

25、载电阻的电流表达式为：)2.22(3)2.22(22112211nnRnnLDDDRUIDDDI )D2.D2D(23nn-22-1-1 RfLOfURIURR则则取取2.5.2 2.5.2 串行串行D DA A转换器的工作原理转换器的工作原理采用步进电动机的采用步进电动机的DA转换器转换器 2.5.3 D2.5.3 DA A转换器的性能指标转换器的性能指标1分辨率分辨率定义：当输入数字量变化定义：当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小。时，输出模拟量变化的大小。对于一个对于一个N位的位的DA转换器其分辨率为：转换器其分辨率为： N2满刻度值分辨率例如：对于满刻度值例如：对于满刻度值5.1

26、2V，单极性输出，单极性输出，8位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/2820mV l0位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/210=5.12V/10245mV12位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/212=5.12V/40961.25mV 2.稳定时间稳定时间定义：数据变化量是满刻度时，达到终值定义：数据变化量是满刻度时，达到终值1/2LSB时所需时所需要的时间。要的时间。 3输入编码输入编码 一般为二进制编码、一般为二进制编码、BCD码、符号码、符号-数值码等。数值码等。定义：在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大误差。定义：在满刻度

27、范围内，偏离理想转换特性的最大误差。一般用最低有效位一般用最低有效位LSB的分数来表示。为的分数来表示。为0.010.8。 5工作温度范围工作温度范围 较好的较好的DA转换器工作温度范围为一转换器工作温度范围为一4085，较差的为较差的为070。 4线性误差线性误差数字量输入模拟量输出 理想特性实际满刻度 线性误差2.5.4 D/A2.5.4 D/A转换器芯片及其接口电路转换器芯片及其接口电路 例如：例如：满足速度、精度、分辨率及经济性能要求的有：满足速度、精度、分辨率及经济性能要求的有： 通用、廉价的通用、廉价的D/A转换器：转换器：AD1408、AD7524、AD558。 高速、高精度高速

28、、高精度D/A：AD562、AD7541。 高速高速D/A：AD561、DAC-08。 高分辨率高分辨率D/A：DAC1136、DAC1137等。等。为了应用的灵活性，有：为了应用的灵活性，有： 可选择输出电压双极性的：可选择输出电压双极性的：AD7524、AD7542。 芯片内带有数字寄存器可与芯片内带有数字寄存器可与CPU数字总线直接相连的数字总线直接相连的AD558、AD7524。 功能管脚共同之处包括以下方面： 它包括数字量的输入端和模拟量的输出端，芯它包括数字量的输入端和模拟量的输出端，芯片的模拟信号输出端又有单端输出和差动输出两种。片的模拟信号输出端又有单端输出和差动输出两种。 D

29、/A 转换器所需参考电压由芯片以外的电源提转换器所需参考电压由芯片以外的电源提供。供。 许多芯片内设置了输入数据寄存器。许多芯片内设置了输入数据寄存器。 芯片都具有片选信号和写信号管脚芯片都具有片选信号和写信号管脚 1 1、8 8位位DAC0832DAC0832及接口电路及接口电路1 1）外部结构特征）外部结构特征 采用采用20引脚、双列直插式集成电路芯片。引脚、双列直插式集成电路芯片。主要参数：分辨率主要参数：分辨率8位，电流稳定时间位，电流稳定时间1s，电流输，电流输出，与出，与TTL电平兼容；功耗电平兼容；功耗20mW。2）内部结构及原理两种情况转换：两种情况转换： /WR2=0 ，/X

30、FER =0，DAC寄存器为不锁存状态，寄存器为不锁存状态，ILE=1时，时，/CS=/WR1=0。 /WR1=0，/CS=0，ILE=1 输入寄存器为不锁存状态，而输入寄存器为不锁存状态，而/WR2=/XFER=0。 若不锁存，直接转换，若不锁存，直接转换，/WR1、/WR2、/CS和和/XFER为为0，ILE接高电平，称为直通工作方式。接高电平，称为直通工作方式。3 3）DAC0832DAC0832输出方式输出方式 电压输出方式电压输出方式 电流输出方式电流输出方式 电压输出方式电压输出方式 单极性电压输出方式单极性电压输出方式 双极性电压输出电路双极性电压输出电路 OREFUV数字码）(

31、 电流输出方式电流输出方式 量程选择：量程选择：010mA直流电流直流电流 420mA直流电流直流电流4 4）接口电路）接口电路 用锁存器连接用锁存器连接 用可编程并行口用可编程并行口8255连接连接 直接连接直接连接 8088CPU A9-A0IOW1D 1Q2D 2Q3D 3Q4D 4Q5D 5Q6D 6Q7 D 7 Q8D 8Q CP74LS273+5V A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 DAC0808 A VOUT -+译译码码器器Y0DoD1D2D3D4D5D6D7RESET+5VVREF13144152163 用锁存器连接用锁存器连接 用可编程并行口用可编程并行口82

32、55连接连接 DAC: MOV DX,0383H MOV AL,80H OUT DX,AL MOV AL,DATA MOV DX,0381H OUT DX,AL XOR AL,AL MOV DX,0380H OUT DX,AL OR AL,01H OUT DX,AL HLT 汇编程序：汇编程序：A9-A28088CPU A1 Ao PB7CS 8255A1Ao PAo译译码码器器D7D0 NE 5018 VoutCED7-Do YoPB0控制线控制线 D/A与与CPU直接连接直接连接+5 DAC0832 +5VRA VOUT译译码码器器Vcc ILR VREFCS RfbWR1 Iout1WR

33、2 Iout2XFERDGND A1 Ao IOWGND8088CPUA9-A2-+AGND2 2、 1212位位D DA A转换器转换器DAC 1210DAC 12101）DAC 1210的主要性能及特点的主要性能及特点DACl210是双列直插式是双列直插式24引脚集成电路芯片。引脚集成电路芯片。主要技术指标：主要技术指标： 输入数字为输入数字为12位二进制数字；位二进制数字； 分辨率分辨率12位；位； 电流建立时间电流建立时间1s； 供电电源供电电源+5+15V(单电源供电单电源供电)； 基准电压基准电压VREF范围范围-10+10V。 特点：特点： 线性规范只有零位和满量程调节；线性规范

34、只有零位和满量程调节； 和所有的通用微处理机直接接口；和所有的通用微处理机直接接口； 单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入；单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入； 与与TTL逻辑电平兼容。逻辑电平兼容。 2 2）DAC 1210DAC 1210引脚说明引脚说明与与DAC0832的两点区别的两点区别 ： 它有它有12条数据输入线条数据输入线 可用可用BYTElBYTE2控制数据的输入控制数据的输入 3)DACl2103)DACl210与与CPUCPU的连接的连接2.6 A2.6 AD D转换器转换器常用的常用的AD转换器有：转换器有：计数器式计数器式双积分式双积分式逐次逼近式逐次逼近式 组成：组成：计数

35、器、计数器、DA转转换器及比较器换器及比较器工作过程：工作过程：特点：特点：结构简单，价格便宜，但转换速度比较慢。结构简单，价格便宜，但转换速度比较慢。2.6.1 A2.6.1 AD D转换器原理转换器原理 1. 计数器式计数器式AD转换器转换器组成：组成： 逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器SARDA转换器转换器比较器比较器时序（时钟）时序（时钟）置数选择逻辑置数选择逻辑 工作过程：工作过程：如果如果UiUO，应予保留；，应予保留；如果如果UiUO，应予清除。，应予清除。2. 逐次逼近式逐次逼近式AD转换器转换器例：例：设：数码寄存器为设：数码寄存器为4 4位，位，满刻度值满刻度值1v 1v ，V

36、 Vi i=0.65v=0.65v，用逐次逼近式用逐次逼近式A/DA/D转换器转换器转换成二进制数。转换成二进制数。V0Vin 0.5V (1000)0.75V(1100)0.625V(1010)0.6875V (1011)量化单位量化单位vq0625. 01612143. 3. 双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器方法：方法：测量模拟输入电压向电容充电的固定时间及测量在已知标准电压下放电所需的时间。工作过程：工作过程：优点：优点： 消除干扰和电源噪声的能力强，精度高。消除干扰和电源噪声的能力强，精度高。缺点：缺点： 转换速度慢转换速度慢。2.6.2 A2.6.2 AD D转换器的主要技术

37、参数转换器的主要技术参数分辩率是指能使转换后数字量变化分辩率是指能使转换后数字量变化1 1的最小模拟输的最小模拟输入量。通常用转换后数字量的位数表示入量。通常用转换后数字量的位数表示n n位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。2量程量程 量程是指所能转换的电压范围。量程是指所能转换的电压范围。l分辨率分辨率4转换时间转换时间 转换时间是指启动转换时间是指启动A AD D到转换结束所需的时间。到转换结束所需的时间。5工作温度范围工作温度范围 较好的转换器件工作温度为较好的转换器件工作温度为-40 -40 8585，差的只有差的只有0 0 7070。3

38、转换精度转换精度 绝对精度常用数字量的位数表示。绝对精度常用数字量的位数表示。 相对精度用相对于满量程的百分比表示。相对精度用相对于满量程的百分比表示。 如如 10 10 位位A AD D转换器，满量程为转换器，满量程为10V10V。 绝对精度为绝对精度为1/21/210/210/21010= =4.88mV4.88mV， 相对精度为相对精度为l l2 210101001000.1 0.1 。 2.6.3 2.6.3 常用常用A AD D转换器转换器1. 8位位AD转换器转换器ADC809主要特点：主要特点： 分辨率分辨率 8 8 位；位； 转换时间转换时间100100 s s； 温度范围温度

39、范围-40 -40 +85 +85 ； 可使用单一的可使用单一的 +5V+5V电源；电源； 可直接与可直接与CPUCPU连接；连接； 输出带锁存器；输出带锁存器； 逻辑电平与逻辑电平与TTLTTL兼容。兼容。1) 1) 电路组成及引脚功能电路组成及引脚功能ADC0809有有28条引脚。条引脚。OE2) 2) 工作原理工作原理OE3) A/D3) A/D转换器接口转换器接口 A/D转换器的接口设计转换器的接口设计 输入模拟电压的连接输入模拟电压的连接AD的输入模拟电压的输入模拟电压单端输入单端输入双端差动输入双端差动输入正向信号：把正向信号：把VIN(-)接地，信号加到接地，信号加到VIN(+)

40、端；端；负向信号：把负向信号：把VIN(+)接地，信号加到接地，信号加到VIN(-)端。端。单端输入单端输入差动输入差动输入: 模拟信号加在模拟信号加在VIN(-)端和端和VIN(+)端之间。端之间。ADC0804ADC0808/0809单端、单极性输入：单端、单极性输入：VREF(+)= 5v, VREF(-)= 0v 双极性输入双极性输入： VREF(+) 和和 VREF(-) 接接+、- 极性参考电源极性参考电源 数据输出的方式数据输出的方式AD转换器转换器数据输出方式数据输出方式 具有可控的三态输出门具有可控的三态输出门不带三态输出门，或虽有三态输出门，但不带三态输出门，或虽有三态输出

41、门，但它不受外部信号控制。它不受外部信号控制。 片选、启动、读写信号的设置片选、启动、读写信号的设置启动转换信号由启动转换信号由CPU发出，有电平启动和脉冲启动两种方式。发出，有电平启动和脉冲启动两种方式。片选、读写信号一般由片选、读写信号一般由3-8译码器的通道号以及微处理器的译码器的通道号以及微处理器的/IOR、/IOW经过适当的逻辑电路来连接。经过适当的逻辑电路来连接。 转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号及转换数据的读取CPU读取转换数据读取转换数据程序查询方式程序查询方式中断方式中断方式延迟程序方式延迟程序方式 连接方式连接方式 直接连接直接连接 用用8255连接连接 PAPA7

42、 PA PA0 0/STBA/STBA PB PB0 0 PC PC6 68255DBDB7 AIN AIN AC AC DC DC DBDB0 0 /DR/DR AD570 AD570B/CB/C80868086CPUCPUD D7 7D D0 0 程序查询方式程序查询方式开开 始始置置A口为输入方式口为输入方式B口为输出方式口为输出方式送启动脉冲送启动脉冲读入读入PB0线线使使A/D复位复位读入数据读入数据暂暂 停停转换结束吗？转换结束吗？Y NADC： MOVDX，0383H MOV AL，0B2H OUT DX，AL MOVAL，40H MOVDX，0382H OUTDX，AL XOR

43、 AL，AL OUT DX，ALADC1： MOV DX，0381H IN AL，DX TEST AL，01H JNZ ADC1ADC2： IN AL，DX TEST AL，01H JZ ADC2 MOV DX，0382H MOV AL，40H OUT DX，AL MOV DX，0380H IN AL，DX MOV DATA，AL HLT 开开 始始置置A口为输入方式口为输入方式B口为输出方式口为输出方式送启动脉冲送启动脉冲读入读入PB0线线使使A/D复位复位读入数据读入数据暂暂 停停转换结束吗？转换结束吗？Y N 中断方式读取数据中断方式读取数据 PAPA7 PA PA0 0 PB PB0

44、0 /STBA /STBA8255DBDB7 ADC0809ADC0809DBDB0 0 STARTSTARTALE ALE EOCEOC80868086CPUCPUD D7 7D D0 0 74L S048259INTRAINTRIR3VX主程序主程序关中断关中断8259初始化初始化8255A，B口初始化口初始化开中断开中断启动启动A/D执行主程序执行主程序 中断服务程序中断服务程序入口入口保护现场保护现场读入数据读入数据恢复现场恢复现场返返 回回主程序和中断服务程序流程图主程序和中断服务程序流程图START：CLI MOVAX，0MOVES，AXMOVDI，0BH*4MOVAX,OFFSE

45、T INTR CLDSTOSW MOVAX,CSSTOSWMOVAL,34HOUT21H,ALMOVDX,0383H MOVAL,OBOH OUTDX,AL MOVAL,09HOUTDX,AL STI MOVDX,0381HMOVAL,00H OUTDX,AL HERE：HLT JMPHERE 主程序主程序关中断关中断8259初始化初始化8255A，B口初始化口初始化开中断开中断启动启动A/D执行主程序执行主程序INTR：PROCNEAR PUSHAX PUSHDX PUSHDS MOV DX，0380H INAL，DX MOV DATA，AL POP DS POP DX POP AX STI

46、 IRET ENDP 中断服务程序中断服务程序入口入口保护现场保护现场读入数据读入数据恢复现场恢复现场返返 回回 2. 12 2. 12位位A AD D转换器转换器AD574AD574 1) 芯片特性芯片特性 采用原理采用原理 逐次逼近式逐次逼近式 内部结构内部结构 三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源 输入电压输入电压 单路单极性或双极性单路单极性或双极性 分辨率分辨率 12位位 转换时间转换时间 25 S 封装形式封装形式 28脚双列直插式脚双列直插式2) 芯片各引脚功能芯片各引脚功能AD574AD574真值表真值表3) AD5743) AD574模拟量输入电路

47、外部连线模拟量输入电路外部连线AD574可实现单极性输入和双极性输入可实现单极性输入和双极性输入4) AD5744) AD574的接口电路的接口电路作业 11 121 1、干扰的来源和干扰的分类、干扰的来源和干扰的分类 外部干扰：外部干扰： 内部干扰：内部干扰： 串模干扰：串模干扰： 共模干扰：共模干扰：2 27 I7 IO O通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施2 2、串模干扰及其抑制方法、串模干扰及其抑制方法 串模干扰是叠加在被测信串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号，也称横向干号上的干扰信号，也称横向干扰或正态干扰。扰或正态干扰。C1C2AIaVs 抑制串模干扰的措施：抑制串模干扰的措施：

48、加输入滤波器加输入滤波器串模干扰信号频率大于被测信号频率串模干扰信号频率大于被测信号频率低通输入滤波器低通输入滤波器串模干扰信号频率小于被测信号频率串模干扰信号频率小于被测信号频率高通输入滤波器高通输入滤波器串模干扰信号在被测信号频率两侧串模干扰信号在被测信号频率两侧带通滤波器。带通滤波器。 采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备转换设备 减少电磁感应，使每个小回路的感应电势互相反减少电磁感应，使每个小回路的感应电势互相反相抵消。屏蔽层良好接地，就可避免干扰从传输导线窜相抵消。屏蔽层良好接地，就可避免干扰从传输导线窜入检测回路。入检测回

49、路。 利用器件特性克服干扰利用器件特性克服干扰 提高阈值电平可抑制低噪声干扰；采用低速逻辑器提高阈值电平可抑制低噪声干扰；采用低速逻辑器件或加电容器降低速度，可以抑制高频干扰。件或加电容器降低速度，可以抑制高频干扰。 采用数字滤波技术采用数字滤波技术 平均值法、中值法、一阶滤波法平均值法、中值法、一阶滤波法等等3 3、共模干扰及其抑制方法、共模干扰及其抑制方法 共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。有的干扰电压。 抑制共模干扰的主要措施：抑制共模干扰的主要措施： 采用共模抑制比高的、双端输入运算放大器采用共模抑制比高的

50、、双端输入运算放大器. . 采用光耦合器或变压器隔离采用光耦合器或变压器隔离 采用隔离放大器采用隔离放大器同相输入方式：同相输入方式：增益最高可达增益最高可达2万倍，直流漂移万倍，直流漂移低于低于0.1 s/，直流共模抑制比直流共模抑制比为为160dB，采用，采用带屏蔽层的双绞带屏蔽层的双绞线，可抑制串模线，可抑制串模干扰，可为共模干扰，可为共模电压提供共模电电压提供共模电流通路。流通路。I IO O接口和通道还应采取下述几种措施：接口和通道还应采取下述几种措施： 尽量缩短信号线的长度。尽量缩短信号线的长度。 不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电阻接到电