输入输出接口技术和输入输出通道.ppt

《输入输出接口技术和输入输出通道.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《输入输出接口技术和输入输出通道.ppt（110页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、本章学习目的:解决微型计算机和外部设备的连接问题，使计算机和外部设备构成一个整体，能够正确、可靠、高效率地交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。第二章第二章 输入输出接口技术和输入输出通道输入输出接口技术和输入输出通道内容提要内容提要概述概述I/0接口设计接口设计模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输入通道模拟量输入通道开关量输入输出通道开关量输入输出通道I/O通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施 2.1 2.1 概述概述1 1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能 1)I 1)IO O接口电路接口电路 是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。使主机和是主机和外围设备之间交换信息的

2、连接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。外设能够协调工作，有效地完成信息交换。2)2)输入输出接口技术输入输出接口技术 研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。输入输出接口输入输出接口 简称简称“接口接口”3)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。对象之间信息传送和变换的连接通道。模拟量输入和输出通路主要功能模拟量输入和输出通路主要功能 实现模拟量与数字量之间的信号变换。实现模拟量与数字量之间的信号变换。模拟量输入通道模拟量输出通道开关量输入

3、通道开关量输出通道 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,传送速度高，成本高传送速度高，成本高,距离短。距离短。数据按位进行传送数据按位进行传送,传送速度低，成本低传送速度低，成本低,传传送距离长，几十至几千米。送距离长，几十至几千米。串行通信串行通信全双工方式全双工方式半双

4、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:能沿相反两个方向同时传送能沿相反两个方向同时传送数据信息。数据信息。半半双双工工方方式式: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。异步异步通信方式通信方式ASYNCASYNC（Asynchronous Data Communication)Asynchronous Data Communication)用用1 1个起始位表示传送过程的开始。个起始位表示传送过程的

5、开始。一次只一次只传送一个送一个字符。字符。停止位停止位(1(1、或、或2 2位位),),一一帧信息（信息（1010、或、或1111位）。位）。同步通信方式同步通信方式同步通信方式同步通信方式SYNCSYNCSYNCSYNC（Synchronous Data Communication)Synchronous Data Communication)Synchronous Data Communication)Synchronous Data Communication)用用用用1 1 1 1个或个或个或个或2 2 2 2个同步字符表示传送过程的开始。每次传送个同步字符表示传送过程的开始。每次传

6、送个同步字符表示传送过程的开始。每次传送个同步字符表示传送过程的开始。每次传送n n n n个字节的数据块。个字节的数据块。个字节的数据块。个字节的数据块。2.2 I/O2.2 I/O接口设计接口设计一一.I.I0 0接口的编址方式接口的编址方式 I I0 0接口与存储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1.I1.I0 0接口与存储器独立编址方式接口与存储器独立编址方式存储器传送方式存储器传送方式存储器传送方式存储器传送方式:MOV BUF,ALMOV BUF,ALMOV BUF,ALMOV BUF,AL MOV BUF,AX MOV BU

7、F,AX MOV BUF,AX MOV BUF,AX MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUFI/OI/OI/OI/O接口传送方式接口传送方式接口传送方式接口传送方式:IN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,AL IN AX,n OUT n,AX IN AX,n OUT n,AX IN AX,n OUT n,AX IN AX,n OUT n,AX IN AL,DX OUT DX,

8、AL IN AL,DX OUT DX,AL IN AL,DX OUT DX,AL IN AL,DX OUT DX,AL IN AX,DX OUT DX,AX IN AX,DX OUT DX,AX IN AX,DX OUT DX,AX IN AX,DX OUT DX,AX软件：软件：存储器存储器 ：访内指令。访内指令。I/O I/O接口：接口：专用的输入输出专用的输入输出指令。指令。存储器传送方式存储器传送方式存储器传送方式存储器传送方式:MOV BUF,AL MOV BUF,AL MOV BUF,AL MOV BUF,AL MOV BUF,AX MOV BUF,AX MOV BUF,AX MO

9、V BUF,AX MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AL,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUF MOV AX,BUF I/OI/OI/OI/O接口传送方式接口传送方式接口传送方式接口传送方式:IN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,ALIN AL,n OUT n,ALIN AX,n OUT n,AXIN AX,n OUT n,AXIN AX,n OUT n,AXIN AX,n OUT n,AXIN AL,DC OUT DX,ALIN AL,DC OUT DX,ALIN

10、 AL,DC OUT DX,ALIN AL,DC OUT DX,ALIN AX,DX OUT DX,AXIN AX,DX OUT DX,AXIN AX,DX OUT DX,AXIN AX,DX OUT DX,AX独立编址方式的优点：可寻址可寻址64K64K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

11、方式接口与存储器统一编址方式 又又称称存存储储器器映映像像方方式式:把把所所有有的的I I0 0端端口口作作为为存存储储单单元元，每个外围设备的端口都给予相应的一个每个外围设备的端口都给予相应的一个1616位地址号。位地址号。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可以和存储器部分共用译码和控制电路 CPUCPU不不需需区区分分访访内内操操作作及及访访问问输输入入输输出出操操作作的的控控制制信信号号，可以相应减少引脚可以相应减少引脚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

12、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,难于阅读与调试程序难于阅读与调试程序.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(a)二二.通过通过I IO O接口芯片接口芯片,CPU,CPU和外围设备的连接和外围设备的连接 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 (a)三三三三.I.I.I.IO O O O接口扩展接口扩展接口扩展接口扩展1.1.1.1.地址译码器的扩地址译码器的

13、扩地址译码器的扩地址译码器的扩 展展展展 使用译码器的使用译码器的使用译码器的使用译码器的 目的目的目的目的?译码器译码器译码器译码器 常用的译码器有：常用的译码器有：常用的译码器有：常用的译码器有：四中选一、八中选四中选一、八中选四中选一、八中选四中选一、八中选一、十六中选一。一、十六中选一。一、十六中选一。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统作地址译码器设计的微机主机板接口子系统地址译码电路。地址译码电路。2.2.负载能力的扩展负载能力的扩展-应用接口芯片应用接口芯片 常用的：常用的：

14、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74LS245三态输出八总线收发器三态输出八总线收发器使能端使能端/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 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 四四.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

15、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

16、口芯片扩展I IO O接口电路接口电路 采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩展采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩展I IO O接口接口 O 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位的控制和显示数位的控制和显示数据输出到外部。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 XOU

17、T 0F0H,AL 设计设计8088CPU8088CPU微机系统微机系统I IO O接口电路，有接口电路，有8 8组组8 8位的数字量位的数字量外部输入，外部输入，8 8组组8 8位的控制和显位的控制和显示数据输出到示数据输出到外部。外部。8 8个输入个输入端口地址号为端口地址号为E8HE8HEFHEFH，8 8个个输出端口地址输出端口地址为为F0HF0HF7HF7H。O 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

18、端口的地址号分别为址号分别为FFF8H、FFFAH、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 FFF8H(A端口端口)、FFFAH(B端口端口)、FFFCH(C端口端口)、FFFEH(控制端口控制端口)O O接口设计举例三接口设计举例三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：开关量？开关量？2.2.3 3 模拟量输出通道模拟量输出通道功能：把计算机的运算结果转换成模拟量，并输出到被选中功能：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

19、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。一一.模拟量输出通道结构形式的分类模拟量输出通道结构形式的分类2 2、多路、多路D DA A的结构形式的结构形式 1 1、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常用于高速系常用于高速系统统常用的形式常用的形式二二.数模数模(D(DA)A)转换的基本工作原理转换的基本工作原理 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

20、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。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 型电阻网络的型电阻网络的DA转换器转换器:反相端作输入电压：反相端作输入电压：电路工作原理：电路工作原理：输入信号为输入信号为001 输入的信号为输入的信号为010I流经负载电阻的电流表达式为：流经负载电阻的电流表达式为：2.2.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 步步 数数 1-1-允许脉冲通过允许脉冲通过计数器计数器 0-0-不不允许脉冲通过

21、允许脉冲通过三三.D.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：例如：对于满刻度值，单极性输出，例如：对于满刻度值，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/(28-1)20mV l0位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/(210-1)5mV12位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/(212 1.25mV 2.稳定时间稳定时间定义：数据变化量是满刻度时，达到

22、终值定义：数据变化量是满刻度时，达到终值1/2LSB时所需要时所需要的时间。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：在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大误差。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转换器工作温度范围为-4085，较，较差的为差的为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 线性误差四四.D/A.D/A转换器及其接口电路转换器及其接口电路 为了满足速度、精度、分辨率及经济性能要求的有：为了满足速度、精度、分

23、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、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。1 1、8 8位位DAC0832DAC0832芯片及接口电路芯片及接口电路1 1）外部结构

24、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，电流 输出，与输出，与TTL电平兼容；功耗电平兼容；功耗20mW。2）内部结构及原理单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入方式单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入方式D0D7：数字信号输入端数字信号输入端ILE：输入寄存器允许，高电平有效输入寄存器允许，高电平有效CS：片选信号，低电平有效片选信号，低电平有效WR1：写信号写信号1，低电平有效，低电平有效XFER：传送控制信号，低电平有效传送控制信号，低电平有效WR2：写信号写信号2，低

25、电平有效，低电平有效IOUT1/2：DAC电流输出端电流输出端Rfb：集成在片内的外接运放的反馈电阻集成在片内的外接运放的反馈电阻 Vref：基准电压（基准电压（-1010V）Vcc：源电压（源电压（+5+15V）AGND：模拟地模拟地NGND：数字地，可与数字地，可与AGND接在一起使用接在一起使用 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 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

26、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 6Q7D 7Q8D 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MOV DX,0380HMOV DX,0380HOUT DX,ALOUT DX,AL 用可编程并行口用可编程并行口8255连接连接 DAC

27、: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A A口地址口地址:0380H ;B:0380H ;B口地址口地址:0381H;C:0381H;C口地址口地址:0382H;:0382H;控制寄存器地址控制寄存器地址:

28、0383H:0383H D/A与与CPU直接连接直接连接+5 DAC0832+5VRA VOUT译译码码器器Vcc ILE VREFCS RfbWR1 Iout1WR2 Iout2XFERDGND A1 Ao IOWGND8088CPUA9-A2-+AGNDD7D0OUT DX,ALOUT DX,AL2 2、1212位位D DA A转换器转换器-DAC1210-DAC1210芯片芯片1）DAC 1210的主要性能的主要性能指标指标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

29、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。2 2）DAC 1210DAC 1210引脚说明引脚说明 特点：特点：单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入方式单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入方式 与与TTLTTL逻辑电平兼容。逻辑电平兼容。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)DACl2103)DACl2103)DACl210与与与与CPUCPUCPUCPU的连接的连接的连接的连接

30、(一一一一)DAC:MOV DX,0381HDAC:MOV DX,0381H MOV AL,DATA MOV AL,DATA OUT DX,AL OUT DX,AL DEC DX DEC DX MOV AL,DATA+1 MOV AL,DATA+1 OUT DX,AL OUT DX,AL MOV DX,0384H MOV DX,0384H OUT DX,AL OUT DX,AL HLT HLTDACl210DACl210与与CPUCPU的连接的连接(二二)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

31、器、AD转换器及控制电路。转换器及控制电路。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集并转换成数字量送入计算机。一一、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、线性化处理等。标度变换器、滤波电路、线性化处理等。标标度度变变换换器器：把把经经各各种种传传感感器器所所得得到到的的不不同同种种类类和不同电平的被测模拟信号变换成统一标准信号。和不同电平的被测模拟信号变换成统一标准信号。滤滤波波电电路路：滤滤掉掉或或消消除除干干扰扰信信号号，保保留留或或增增强强有有用信号。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有些电信号转换后与被测参量

32、呈现非线性。非线性。所以必须对信号进行线性化处理，使它接所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。近线性化。二、采样单元二、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。定速度，按顺序输入被测模拟信号。f(t)K f*(t)T采样过程采样过程:用采

33、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。香香农农(Shannon)(Shannon)定定理理：如如果果随随时时间间变变化化的的模模拟拟信信号号的的最最高高频频率率为为maxmax，只只要要按按照照采采样样频频率率S S22maxmax进进行行采采样样，那那么么取取出出的的样样品品系系列列(f(f1 1*(t)*(t)，f f2 2*(t)*(t)，)就就 足足 以以 代代 表表(或或 恢恢 复复)f(t)f(t)。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+5

34、V+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：15V输入状态输入状态接通接通通道通道INHINHC CB BA A0 0 0 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 10 02 20 00 01 11 13 30 01 10 00 04 40 01 10 01 15 50 01 11 10 06 60 01 11 11 17 71 1X XX XX X无无单片多路开关单片多路开关CD4051CD4051真值表真值表CD405lCD405l的应用：的应用：(差动式输入采样开关差动式输

35、入采样开关)三、采样保持三、采样保持功能：功能：对变化的模拟信号快速采样，并在对变化的模拟信号快速采样，并在A/D转换过程中保持转换过程中保持 模拟信号。模拟信号。两个工作状态：两个工作状态：采样状态采样状态:“1”保持状态保持状态:“0”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：5V 18V；信号获取时间：信号获取时间：时,25s；可以和可以和TTL、MOS、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、四、数据放大器四、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

36、A AD D 转换器输入电平。转换器输入电平。五、五、A AD D转换器转换器 功能功能功能功能:把通道输入的模拟量转换成数字量，把通道输入的模拟量转换成数字量，把通道输入的模拟量转换成数字量，把通道输入的模拟量转换成数字量，通过通过通过通过 I/OI/OI/OI/O接口电路送入接口电路送入接口电路送入接口电路送入CPUCPUCPUCPU。AD转换的方法转换的方法计数器式计数器式:速度和精度都较低速度和精度都较低双积分式双积分式:精度高、速度低精度高、速度低逐次逼近式逐次逼近式:速度和精度都较高速度和精度都较高组成：组成：计数器、计数器、DA转转 换器及比较器换器及比较器特点：特点：结构简单，

37、价格便结构简单，价格便 宜，但转换速度和宜，但转换速度和 精度都比较低。精度都比较低。(1)计数器式计数器式AD转换器转换器转换的基本工作原理转换的基本工作原理组成：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)(2)逐次逼近式逐次逼近式A AD D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 Vi i，用逐次逼近式用逐次逼近式A/DA/D转换器转换转换器转换成二进制数

38、。成二进制数。V0 VVin 0.5V (1000)0.75V(1100)0.625V(1010)0.6875V(1011)2.A2.AD D转换器的主要技术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的最小模拟的最小模拟输入量。输入量。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)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)(l)分辨率分辨率(3)(3)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。(4)

39、(4)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-40-408585，差的只，差的只 有有0 07070。3.83.8位位A AD D转换器转换器-ADC0809-ADC0809及接口电路及接口电路 ADC0809 CMOSADC0809 CMOS单片单片8 8通道通道8 8位集成位集成A/DA/D转换器转换器 -逐次逼近法逐次逼近法主要性能指标：主要性能指标：分辨率分辨率:8:8 位；位；转换时间转换时间:100:100 s s；温度范围温度范围:-40:-40 +85 +85；可使用单一的可使用单一的+5V+5V电源；电源；输出带锁存器输出带锁存器,可直接与

40、可直接与CPUCPU连接；连接；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。地址线地址线选择输入选择输入C CB BA A0 00 00 00 01 11 11 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 01 10 01 10 01 10 01 1V VIN0IN0V VIN1IN1V VIN2IN2V VIN3IN3V VIN4IN4V VIN5IN5V VIN6IN6V VIN7IN7ADC0809ADC0809输入真值表输入真值表2)2)工作原理工作原理查询法读查询法读A/DA/D转换数转

41、换数3)3)ADC0809ADC0809转换器与转换器与CPUCPU的连接的连接定时法读定时法读A/DA/D转换数转换数等待法读等待法读A/DA/D转换数转换数 READY=“0”CPU等待 READY=“1”I/O读入(输出)数据 转换 EOC“0”结束 EOC“1”接口较简单 CPU运行效率低4.124.12位位A AD D转换器转换器-AD574-AD574及接口电路及接口电路 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、时钟脉冲源和三态缓冲器、时钟脉冲源和 基准电源基准电源 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

42、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AD574的引脚定义如下：的引脚定义如下：REOUTREOUT：内部参考电源输出：内部参考电源输出(+10 V)(+10 V)；REFINREFIN：参考电压输入；：参考电压输入；BIP OFFBIP OFF：偏置电压输入；：偏置电压输入；10V10VININ：5 V5 V或或010 V010 V模拟输入；模拟输入；20V20VININ：10 V10 V或或020 V020 V模拟输入；模拟输入；D D0 0DD1111:数字量输出，高半字节为数字量输出，高半字节为DB8D

43、B11DB8DB11，低字节为低字节为DB0DB7DB0DB7；STSSTS：工作状态指示端。工作状态指示端。STS=1STS=1时表示转换器正处时表示转换器正处于转换状态，于转换状态，STSSTS返回到低电平时，表示转返回到低电平时，表示转换完毕。该信号可处理器作为中断或查询信换完毕。该信号可处理器作为中断或查询信号用；号用；12/812/8：变换输出字长选择控制端，在输入为高电平变换输出字长选择控制端，在输入为高电平时，变换字长输出为时，变换字长输出为1212位，在低电平时，按位，在低电平时，按8 8位输出；位输出；CSCS、CECE：片选信号。当：片选信号。当CS=0CS=0、CE=1C

44、E=1同时满足时，同时满足时，AD574AD574才能处于工作状态。才能处于工作状态。R/CR/C：数据读出和数据转换启动控制；数据读出和数据转换启动控制；A0A0：字节地址控制。它有两个作用，在启动字节地址控制。它有两个作用，在启动AD574(R/C=0)AD574(R/C=0)时，用来控制转换长度。时，用来控制转换长度。A=0A=0时，按完整的时，按完整的1212位位A/DA/D转换方式工作，转换方式工作，A=1A=1时，则按时，则按8 8位位A/D A/D 转换方式工作。在转换方式工作。在AD574AD574处于数据读出工作状态处于数据读出工作状态(R/C=1)(R/C=1)时，时，A0

45、A0和和12/812/8成为输出数据格式控制成为输出数据格式控制。3)AD5743)AD574与与CPUCPU的连接的连接8 8路路A/DA/D转换模板实例：转换模板实例：主要技术指标:分辨率:12位通道数:双端8路输入量程:单极性010V转换时间:25us线性误差:不大于0.02%传送方式:查询AD574A:PROC NEAR MOV CX,8 ;计数器初始化 CLD ;清除方向标志 (DF=0)MOV AL,00000000B MOV BUF1,AL LEA DI,BUF;置采样缓冲 区首址 NEXTCH:MOV DX,2C2H;C口地址 MOV AL,BUF1 OUT DX,AL ;送控

46、制信号 与通道号 NOP NOP OR AL,01000000B 2C0H A口2C1H B口2C2H C口 OUT DX,AL ;CE=1,启动12 位A/D转换 MOV DX,2C0H ;A口地址POLLING:IN AL,DX ;测试STS TEST AL,80H ;(AL)7=1,ZF=0 (AL)7=0,ZF=1 JNZ POLLING MOV AL,BUF1 OR AL,01010000B MOV DX,2C2H OUT DX,AL ;输出12位转换数 到8255A MOV DX,2C0H;A口地址,读高4位 IN AL,DX AND AL,0FH MOV AH,AL INC DX

47、 ;读低8位 IN AL,DX STOSW ;写字串 INC BUF1 ;修改通道号 OR CX,CX JNZ NEXTCH MOV AL,00111000B;CE=0 MOV DX,2C2H OUT DX,AL RETAD574A:ENDP 作业：1、试说明、试说明I0接口技术在计算机控制系统中的作用。接口技术在计算机控制系统中的作用。2、I0接口的编址方式有哪两种？各有何优缺点？接口的编址方式有哪两种？各有何优缺点？3、试说明数模、试说明数模(DA)、模数、模数(AD)转换的基本工作原理。转换的基本工作原理。4、请简要说明传感器与变送器、开环控制与闭环控制、在线、请简要说明传感器与变送器、

48、开环控制与闭环控制、在线控制与离线控制两两之间的区别与联系。控制与离线控制两两之间的区别与联系。5、结合微机原理课程所学知识，简要说明、结合微机原理课程所学知识，简要说明“总线总线”在计算机在计算机控制系统中的作用。控制系统中的作用。计算题：计算题：6、采用、采用DAC0832搭建的搭建的双极性电压输出电路如下图所示，请双极性电压输出电路如下图所示，请推导出下述关系：推导出下述关系：设计题：设计题：7 7、试设计小区供水水箱、试设计小区供水水箱、试设计小区供水水箱、试设计小区供水水箱(2(2个个个个)液位控制系统，供水泵不支持调液位控制系统，供水泵不支持调液位控制系统，供水泵不支持调液位控制系

49、统，供水泵不支持调速。设计要求如下：速。设计要求如下：速。设计要求如下：速。设计要求如下：(1)(1)、设计基于、设计基于、设计基于、设计基于80888088、ADC0809ADC0809、8255A8255A的主控板电路原的主控板电路原的主控板电路原的主控板电路原理图理图理图理图(2)(2)、编写基于汇编语言的控制程序、编写基于汇编语言的控制程序、编写基于汇编语言的控制程序、编写基于汇编语言的控制程序(3)(3)、控制要求：当水位低于下限时启动水泵，当水位高于、控制要求：当水位低于下限时启动水泵，当水位高于、控制要求：当水位低于下限时启动水泵，当水位高于、控制要求：当水位低于下限时启动水泵，

50、当水位高于上限时停止水泵上限时停止水泵上限时停止水泵上限时停止水泵 开关量输入输出通道开关量输入输出通道一、开关量输入通道主要任务：收集表征生产过程中某些具有两种状态的设备 状态信息的开关量，并将它们输送给计算机。作 用：1、定时记录生产过程中某些设备的状态。2、对生产过程中某些设备的状态进行检查，以便发现问题进行处理。若有异常，及时 向主机发出中断请求信号，申请故障处 理。设 计：例、要求输入第一片例、要求输入第一片74LS37374LS373所接外设的开关量信号，所接外设的开关量信号，并存入并存入2300H2300H单元待检查。单元待检查。MOV DX MOV DX，3000H3000H