第三章輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道

第二章輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道教學(xué)目的：本章屬于回顧計(jì)算機(jī)接口及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的使用，內(nèi)容屬于計(jì)算機(jī)控制的硬件部分，相對(duì)而言比較繁雜。主要為使學(xué)生在進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)之前對(duì)硬件系統(tǒng)先有一個(gè)較完整的了解，以便后面章節(jié)控制器軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)分析時(shí)有一個(gè)清晰的思路，對(duì)軟件的控制作用有更深入的理解。

學(xué)習(xí)內(nèi)容：I/O接口、I/O通道、及其功能I/O接口的控制方式I/O接口設(shè)計(jì)I/O通道及工作原理分析（包括模擬及數(shù)字量通道）D/A、A/D轉(zhuǎn)換器原理及使用I/O通道的抗干擾措施教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)、難點(diǎn)：學(xué)習(xí)內(nèi)容：1）I/O接口、I/O通道、及其功能2）I/O接口的控制方式3）I/O接口設(shè)計(jì)4）I/O通道及工作原理分析（包括模擬及數(shù)字量通道）5）D/A、A/D轉(zhuǎn)換器原理及使用6）I/O通道的抗干擾措施教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)、難點(diǎn)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)：I/O接口設(shè)計(jì)、模擬量I/O通道及工作原理分析、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器原理及使用。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：I/O接口設(shè)計(jì)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器原理及使用方法。輸入輸出接口技術(shù)：研究微處理器和外部設(shè)備之間信息交換的技術(shù)。輸入輸出接口：簡(jiǎn)稱“接口”第一節(jié)概述1)I／O接口電路I／O接口電路：是主機(jī)和圍設(shè)備之間交換信息的連接部件。使主機(jī)和外設(shè)能夠協(xié)調(diào)工作，有效地完成信息交換。1、接口、通道及其功能

2)I／O通道I／O通道：也稱為過程通道。它是計(jì)算機(jī)和控制對(duì)象之間信息傳送和變換的連接通道。信號(hào)的輸入通路。信號(hào)的輸出通路。輸入和輸出通路的主要功能

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實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的信號(hào)變換。本章學(xué)習(xí)目的:解決微型計(jì)算機(jī)和外部的連接問題，使計(jì)算機(jī)和外部構(gòu)成一個(gè)整體，能正確、可靠、高效率的交換信息，這是設(shè)計(jì)一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)必須解決的基本問題。

3)I／O接口功能（1）轉(zhuǎn)換信息格式；例如串-并（2）提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)；例如“忙”、“準(zhǔn)備好”（3）協(xié)調(diào)速度差異；（4）進(jìn)行地址譯碼、提高帶載能力；例如74LS138譯碼器（5）實(shí)現(xiàn)接口電平轉(zhuǎn)換；例如RS232-TTL(6)具備時(shí)序控制；有的接口電路具有自己的時(shí)鐘發(fā)生電路，以滿足微機(jī)和各種外設(shè)在時(shí)序方面的要求。（7）可編程的；用程序代碼設(shè)置接口的某些功能。2、I／O信號(hào)的種類CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制通常有三類信息：數(shù)據(jù)信息數(shù)字量模擬量開關(guān)量狀態(tài)信息控制信息CPUI/O接口外部設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線狀態(tài)數(shù)據(jù)控制

用來保存CPU和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器稱為數(shù)據(jù)端口；用來存放外設(shè)或者接口部件本身狀態(tài)的狀態(tài)寄存器稱為狀態(tài)端口；用來存放CPU發(fā)往外設(shè)的控制命令的控制寄存器稱為控制端口。圖5.3一個(gè)典型的I/O接口3、計(jì)算機(jī)和外部的通信方式并行通信：串行通信：把一個(gè)字符的各數(shù)位用幾條線同時(shí)進(jìn)行傳輸

數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送的

串行通信全雙工方式半雙工方式同步通信異步通信在計(jì)算機(jī)的I/O接口中滿足多位數(shù)據(jù)同時(shí)輸入或輸出的接口稱為并行接口。常見的并行接口有8位或16位?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖。CPU并行接口電路數(shù)據(jù)線地址線控制線外部信號(hào)/輸出線典型的并行接口電路有8255、8155實(shí)現(xiàn)并行通信的接口--并行接口發(fā)送AK1K2B

接收接收發(fā)送發(fā)送A接收數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)應(yīng)答接收B發(fā)送全雙工方式:數(shù)據(jù)信息能沿相反兩個(gè)方向傳送。

半雙工方式:數(shù)據(jù)信息可沿?cái)?shù)據(jù)傳輸線的兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送。

串行通信:同步通信：同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。單同步字符幀結(jié)構(gòu)

+-----+------+-------+------+-----+--------+-------+-------+

|同步|數(shù)據(jù)|數(shù)據(jù)|數(shù)據(jù)|...|數(shù)據(jù)|CRC1|CRC2|

雙同步字符幀結(jié)構(gòu)

+-----+--------+------+-------+---+-------+-------+--------+

|同步|同步|數(shù)據(jù)|數(shù)據(jù)|...|數(shù)據(jù)|CRC1|CRC2|

它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符（CRC）組成。其中同步字符位于幀開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始。數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)沒有限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長(zhǎng)度來決定；校驗(yàn)字符有1到2個(gè)，用于接收端對(duì)接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)。

同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步。異步通信：異步通信中，數(shù)據(jù)通常以字符或者字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備逐幀接收。發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。

接收端檢測(cè)到傳輸線上發(fā)送過來的低電平邏輯"0"（即字符幀起始位）時(shí)，確定發(fā)送端已開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每當(dāng)接收端收到字符幀中的停止位時(shí)，就知道一幀字符已經(jīng)發(fā)送完畢。

在異步通行中有兩個(gè)比較重要的指標(biāo)：字符幀格式和波特率。第二節(jié)輸人／輸出的控制方式一、程序控制方式1.無條件傳送方式

無條件傳送是一種最簡(jiǎn)單的輸入/輸出控制方法，用于控制CPU與低速I/O接口之間的信息交換，例如，開關(guān)、繼電器和速度、溫度、壓力、流量等變送器(即A/D轉(zhuǎn)換器)。由于這些信號(hào)變化很緩慢，當(dāng)需要采集這些數(shù)據(jù)時(shí)，外部設(shè)備已經(jīng)把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，無需檢查端口的狀態(tài)，就可以立即采集數(shù)據(jù)。有條件傳送方式又稱為程序查詢方式。這種傳送方式在接口電路中，除具有數(shù)據(jù)緩沖器或數(shù)據(jù)鎖存器外，還應(yīng)具有外設(shè)狀態(tài)標(biāo)志位，用來反映外部設(shè)備數(shù)據(jù)的情況。比如，在輸出時(shí)，若數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，則將該標(biāo)志位置位；輸入時(shí)，若數(shù)據(jù)已空(數(shù)據(jù)已被取走)，則將標(biāo)志位置位。在接口電路中，狀態(tài)寄存器也占用端口地址號(hào)。2.有條件（查詢）傳送有條件傳送的優(yōu)點(diǎn)是：能較好地協(xié)調(diào)外設(shè)與CPU之間的定時(shí)關(guān)系；缺點(diǎn)是：CPU需要不斷查詢標(biāo)志位的狀態(tài)，這將占用CPU較多的時(shí)間。為克服這一缺點(diǎn)，可以采用中斷控制方式。查詢傳送的兩個(gè)環(huán)節(jié)⑴查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN⑵傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)查詢輸入接口例程

MOVDX，S_PORT；DX指向狀態(tài)端口STA:INAL，DX；讀狀態(tài)端口

TESTAL，80H ；測(cè)試標(biāo)志位D7JZSTA ；D7＝0,未就緒,繼續(xù)查詢

MOVDX，D_PORT；D7＝1,就緒,DX指向數(shù)據(jù)端口

INAL，DX；從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)查詢輸出接口例程MOVDX，S_PORT；DX指向狀態(tài)端口STA:INAL，DX ；讀取狀態(tài)端口的狀態(tài)數(shù)據(jù)

TESTAL，80H ；測(cè)試標(biāo)志位D7JNZSTA；D7＝1,未就緒,繼續(xù)查詢

MOVDX，D_PORT ；D7＝0,就緒,DX指向數(shù)據(jù)端口

MOVAL，BUF；變量buf送AL

OUTDX，AL

；將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口

有條件和無條件傳送都難以滿足實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)I/O工作的要求。因?yàn)樵诓樵兎绞街?，CPU處于主動(dòng)地位，外設(shè)接口處于消極被查詢的被動(dòng)地位。

而在一般實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，外設(shè)要求CPU為它服務(wù)是隨機(jī)的，而且外設(shè)可有幾個(gè)甚至幾十個(gè)，若采用查詢方式工作，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中每一個(gè)外設(shè)都工作在最佳工作狀態(tài)。二、中斷控制I/O方式1.中斷控制I/O時(shí)應(yīng)解決的問題中斷是指：如果外部某一個(gè)接口或設(shè)備有緊急的事務(wù)要求CPU暫時(shí)中止處理當(dāng)前的事務(wù)，它就可以立刻向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU而轉(zhuǎn)去執(zhí)行優(yōu)先的中斷服務(wù)程序，等處理完這個(gè)緊急事務(wù)后CPU再回到剛才被打斷的位置繼續(xù)順序執(zhí)行。斷點(diǎn)主程序中斷服務(wù)程序中斷請(qǐng)求對(duì)外設(shè)進(jìn)行處理繼續(xù)執(zhí)行返回?cái)帱c(diǎn)中斷的特點(diǎn)：1）中斷傳送是一種效率更高的程序傳送方式2）進(jìn)行傳送的中斷服務(wù)程序是預(yù)先設(shè)計(jì)好的3）中斷請(qǐng)求是外設(shè)隨機(jī)向CPU提出的4）在一個(gè)具有多個(gè)外設(shè)的系統(tǒng)中，在同一時(shí)刻就往往不止一個(gè)外設(shè)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，可以中斷優(yōu)先權(quán)管理和中斷嵌套等問題。三、直接存儲(chǔ)器存取(DMA)控制方式

采用上述三種方式，傳送信息需CPU執(zhí)行傳輸程序來完成，都需CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前程序。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，需占用大量的CPU時(shí)間如何處理?希望克服程序控制傳送的不足：外設(shè)→CPU→存儲(chǔ)器外設(shè)←CPU←存儲(chǔ)器為了解決這個(gè)矛盾，微機(jī)都有不經(jīng)CPU的干預(yù)，在專用硬件電路的控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在I/O接口與存儲(chǔ)器之間的直接高速傳送數(shù)據(jù)功能。這種方法稱為直接存儲(chǔ)器存取(DirectMemoryAccess)。實(shí)現(xiàn)這種工作方式的專用接口電路，稱為DMA控制器(DMAC)。例如，Intel公司的8237，Motorola公司的MC6844等，都是實(shí)現(xiàn)DMA方式的可編程DMA芯片。直接存儲(chǔ)器存取DMA： 外設(shè)→存儲(chǔ)器 外設(shè)←存儲(chǔ)器CPU釋放總線（LOCH、ESC指令），由DMA控制器管理

用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，在存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間，直接開辟高速的數(shù)據(jù)傳送通路。數(shù)據(jù)傳送過程不要CPU介入，只用一個(gè)總線周期，就能完成存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。因此，數(shù)據(jù)傳送速度僅受存儲(chǔ)器的存取速度和外部設(shè)備傳輸特性的限制。DMA方式主要用于：(1)硬盤和軟盤I/O。(2)快速通信通道I/O。(3)多處理機(jī)和多程序數(shù)據(jù)塊傳送。DMA控制方式的輸入接口電路示意圖

DMA控制方式的數(shù)據(jù)交換過程外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，通過RDY信號(hào)使DMA請(qǐng)求觸發(fā)器置“1”,一方面鎖存外設(shè)數(shù)據(jù)，另一方面向DMA控制器發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)。DMA控制器收到外設(shè)的請(qǐng)求信號(hào)后，會(huì)向CPU申請(qǐng)總線控制權(quán)。CPU將總線控制權(quán)交出后，由DMA控制器掌握總線控制權(quán)。DMA控制器發(fā)出DMA應(yīng)答信號(hào)和端口讀信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)一方面開通三態(tài)緩沖器，使外設(shè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上，另一方面使DMA請(qǐng)求觸發(fā)器清“0”。

DMA控制方式的數(shù)據(jù)交換過程DMA控制器發(fā)出存儲(chǔ)器的地址信號(hào)和存儲(chǔ)器寫信號(hào)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到內(nèi)存中，實(shí)現(xiàn)DMA數(shù)據(jù)傳送操作。

數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。第三節(jié)I/O接口設(shè)計(jì)一、I／0接口的編址方式

I／0接口與存儲(chǔ)器獨(dú)立編址方式I／0接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式1.I／0接口與存儲(chǔ)器獨(dú)立編址方式

在這種編址方式中，建立了兩個(gè)地址空間，一個(gè)為內(nèi)存地址空間，一個(gè)為I/O地址空間。內(nèi)存地址空間和I/O地址空間是相互獨(dú)立的，通過控制線M/IO來確定CPU到底要訪問內(nèi)存還是I/O端口。獨(dú)立編址方式的優(yōu)點(diǎn)：可尋址256個(gè)端口，執(zhí)行I／O指令時(shí)間短，譯碼電路簡(jiǎn)單；程序清晰易讀；硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單獨(dú)立編址方式的缺點(diǎn)：這種編址要求CPU與I/O端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用專用的輸入指令I(lǐng)NA，PORT和輸出指令OUTPORT，A，不如訪問內(nèi)存指令豐富；00000HFFFFFH存儲(chǔ)器I/OFFFFH0000H2．I／0接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式I/O端口按照存儲(chǔ)單元的編址方法統(tǒng)一編排地址號(hào)，I/O端口地址和存儲(chǔ)單元地址共同構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的地址空間。例如，對(duì)于一個(gè)有16根地址線的微機(jī)系統(tǒng)，若采用統(tǒng)一編址方式，其地址空間的結(jié)構(gòu)如下圖所示。整個(gè)地址空間存儲(chǔ)器I/O???ú0000HXXXXHFFFFH(XXXX+1)HI/O端口二、I／0接口系統(tǒng)的連接微處理器8086/8088存儲(chǔ)器RAM存儲(chǔ)器ROMI/O接口外圍設(shè)備地址總線AB控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB典型的CPU的并行接口的硬件電路D0-7Y0Y1D0-7M/IOA7A6A5+A4A3A2ABCG2AG2BG1A1A0A1A0CSD0-7A1A0CSWRRDWRRDWRRDRESETRESETRESETA口B口A口B口C口C口接口芯片和CPU之間必須連接的信號(hào)有下列4類：數(shù)據(jù)信號(hào)D0～D7；讀／寫控制信號(hào)；片選信號(hào)和地址線；時(shí)鐘、復(fù)位、中斷控制、聯(lián)絡(luò)信號(hào)

使用譯碼器的目的：解決I／O端口的編址、選址問題。

三、I／O接口擴(kuò)展1.地址譯碼器的擴(kuò)展

常用可編程I／O接口電路（如8255A可編程的并行通信接口；825lA可編程的串行通信接口；8253可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器；8259可編程化中斷控制器芯片；A/D或D/A以及DMA等）。當(dāng)接口和內(nèi)存不夠用時(shí)，需要擴(kuò)展I／O接口及內(nèi)存容量。I／O接口擴(kuò)展包括：負(fù)載能力的擴(kuò)展地址譯碼器的擴(kuò)展譯碼器：常用的譯碼器有：四中選一、八中選一、十六中選一。2/4；3/8和4/16譯碼器

74LSl38譯碼器

G2A

G2BG1CBAY7～Y0有效輸出00100011111110YO=0，其余=100100111111101Y1=0，其余=100101011111011Y2=0，其余=100101111110111Y3=0，其余=100110011101111Y4=0，其余=100110111011111Y5=0，其余=100111010111111Y6=0，其余=100111101111111Y7=0，其余=1其它值XXX11111111無效74LS138的真值表譯碼電路的特性：1）每次只能有一位為低電平，其余都為高電平；2）A、B、C三位輸入決定了8種輸出選擇；3）輸出狀態(tài)由A、B、C、G1、G2A、G2B的邏輯組合而決定；D7~D0A11~A0CSY0Y174LS138(1)A16A15A14ABCG1G2AG2BM/IOA19~17地址總線數(shù)據(jù)總線偶(3)D15~D8A11~A0CS奇(4)OEWEOEWED15~D0A0A19A18A17+G2BA13~A1&&RDWRM/IO

&BHE&&&D15~D8A11~A0CS奇(2)OEWED15~D8A11~A0CS偶(1)OEWE74LS138在存儲(chǔ)器（RAM）擴(kuò)展中的邏輯電路設(shè)計(jì)D0-7Y0Y1D0-7M/IOA7A6A5+A4A3A2ABCG2AG2BG1A1A0A1A0CSD0-7A1A0CSWRRDWRRDWRRDRESETRESETRESETA口B口A口B口C口C口74LS138在I/O接口擴(kuò)展中的邏輯電路設(shè)計(jì)1)應(yīng)用總線收發(fā)器提高總線驅(qū)動(dòng)能力總線收發(fā)器——Intel8286－A0B0－－A1B1－－A2B2－－A3B3－－A4B4－－A5B5－－A6B6－－A7B7－－/OET

－82862.負(fù)載能力的擴(kuò)展A0A1A2A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7VCCGNDDIRG允許G方向控制DIR操作LLHLHX（無效）B數(shù)據(jù)到A數(shù)據(jù)總線A數(shù)據(jù)到B數(shù)據(jù)總線隔離74LS245(8286)引腳圖74LS245真值表地址總線74LS373數(shù)據(jù)總線CLKREADYRESET8284時(shí)鐘發(fā)生器RESVCCMN/MXVCCAD0AD7AD8AD15AD16AD19BHEALED0D7D0D7D0D5D4GGG74LS245QQQOEOEOEDENDTR/RDIRGRDWRM/IOINTRINTABHEA16~A19A8~A15A0~A7A0~A19D8~D15D0~D7D0~D15控制總線總線圖2-78086CPU最小模式硬件電路圖74LS373引腳圖D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7VCCGNDOEG允許G控制端OED輸出QHHLX（無效）LLLHHLXXHLQ=Q0Z74LS373真值表2)應(yīng)用接口芯片常用的：74LS373(74LS273)三態(tài)輸出鎖存器1)了解外圍設(shè)備或被控設(shè)備與CPU之間信息交換的要求；2)考慮硬件和軟件的功能實(shí)現(xiàn)；3)進(jìn)行I／O端口的數(shù)量統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)流向安排和端口地址號(hào)分配；4)I／O接口硬件電路的擴(kuò)展設(shè)計(jì)；

5)I／O接口控制軟件設(shè)計(jì)；6)進(jìn)行接口硬件和軟件聯(lián)調(diào)。

四、I／O接口設(shè)計(jì)的方法、步驟及設(shè)計(jì)舉例1.I／O接口設(shè)計(jì)的方法、步驟根據(jù)系統(tǒng)和對(duì)象的要求,應(yīng)考慮一下幾個(gè)問題:I／O接口擴(kuò)展的方案選擇(硬件設(shè)計(jì)):1)購置多功能I／O接口板2)自行設(shè)計(jì)I／O接口電路:采用通用的集成電路接口芯片擴(kuò)展I／O接口電路(設(shè)計(jì)者熟悉的電路)

設(shè)計(jì)8086CPU微機(jī)系統(tǒng)I／O接口電路，有8組8位的數(shù)字量外部輸入，8組8位的控制和顯示數(shù)據(jù)輸出到外部。設(shè)計(jì)要求：2、I／O接口設(shè)計(jì)舉例一

1)8組8位的數(shù)字量外部輸入硬件電路設(shè)計(jì)D0-7Y0Y1D0-7M/IOA7A6A5+A4A3A2ABCG2AG2BG1A1A0A1A0CSD0-7A1A0CSWRRDWRRDWRRDRESETRESETRESETA1口B1口A2口B2口C1口C2口A3口B3口C3口D0-7CSY2A1A0RDWRRESET口地址80H～83H口地址84H～87H口地址88H～8BH設(shè)計(jì)方法靈活多樣，原則是接口電路的選擇為設(shè)計(jì)者熟悉并滿足控制系統(tǒng)的要求，選用的接口電路安全可靠，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格適中。如上例中可滿足要求的接口電路有8155，74LS373，74LS273等電路。同樣上例中的輸出部分也可以用3個(gè)8255或8個(gè)74LS373，74LS273來實(shí)現(xiàn)。接口地址的安排可以由設(shè)計(jì)者自己定，不要出現(xiàn)接口地址重復(fù)即可。設(shè)計(jì)要求3、I／O接口設(shè)計(jì)舉例二

設(shè)計(jì)8086最小模式系統(tǒng)接口電路，采用8255A作為連接打印機(jī)的接口，指定8255A的A、B、C和控制端口的地址號(hào)分別為FFF8H、FFFAH、FFFCH和FFFEH。設(shè)計(jì)：以程序控制方式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：8255與打印機(jī)連接的硬軟件，查詢式（程序控制），用C口的一些位做工作狀態(tài)（靈活應(yīng)用?。┯?255控制打印機(jī)工作，8255的口地址可以按要求設(shè)計(jì)。

在使用中打印機(jī)的很多控制線中只使用少數(shù)的幾個(gè)控制信號(hào)就可以滿足正確打印的要求，其它信號(hào)線可以不要。8255PA0PA1PA7PC6PC1系統(tǒng)總線D0D1D7BUSYSTROBE打印機(jī)STROBE：告訴打印機(jī)是否能發(fā)數(shù)據(jù)。BUSY：=1，數(shù)據(jù)被打印機(jī)取走，=0，數(shù)據(jù)被打印機(jī)取走。注意口地址的要求！A1A2A0A1打印程序如下：INIT55：MOVDX，F(xiàn)FFEH；控制口地址

MOVAL，13H；A方式0、輸出、B方式0，輸入

OUTDX，AL；C7-4輸出、C3-0輸入

MOVAL，0DH；C6置1OUTDX，AL；給打印機(jī)一個(gè)接受數(shù)據(jù)信號(hào)

PRINT：MOVAL，BLAK；BLAK為要打印的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

MOVCL，AL；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度送到CL保存

MOVSI，OFFSETDATA1：取打印數(shù)據(jù)存放地址

GOON：MOVDX，F(xiàn)FFCH

；設(shè)C口地址

PWAIT：INAL，DX；取回C口的內(nèi)容

ANDAL，02H；判斷C1位，打印是否準(zhǔn)備好

JNZPWAIT；C1=0ZF=0則轉(zhuǎn)去繼續(xù)查詢等待

MOVAL，［SI］；準(zhǔn)備好，取一個(gè)字符

MOVDX，F(xiàn)FF8H；送打印字給A口

OUTDX，AL；送數(shù)據(jù)MOVDX，F(xiàn)FFEHMOVAL，0CH：C6置0，使該位有跳變

OUTDX，AL；按位置位控制字

MOVAL，0DH；C6置1，給打印機(jī)一個(gè)接受數(shù)據(jù)信號(hào)

OUTDX，AL；送脈沖

INCSI；打印數(shù)據(jù)區(qū)地址移到下一個(gè)數(shù)據(jù)位置

DECCL；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度減1JNZGOON；全部數(shù)據(jù)打印完嗎？沒完返回繼續(xù)打印

RET；全部數(shù)據(jù)打印完，返回主程序在此例中，為了保證打印機(jī)正確的接收到數(shù)據(jù)，先給出一個(gè)查詢信號(hào)STROBE，在打印機(jī)接到這個(gè)信號(hào)后并且處在“閑”狀態(tài)時(shí)，就回答給出BUSY=1，CPU就可以將要打印的數(shù)據(jù)送到A口，同時(shí)發(fā)出STROBE信號(hào)，告訴打印機(jī)，要發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。第四節(jié)I／O通道模擬量輸入通道模擬量輸出通道數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸出通道

I／O通道分為：

模擬量接口數(shù)字量接口定時(shí)/計(jì)數(shù)接口

I/O通道在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間起到起橋梁的作用

一、模擬量輸入通道主要組成：

信號(hào)處理裝置、采樣單元、采樣保持器、數(shù)據(jù)放大器、A／D轉(zhuǎn)換器控制電路。任務(wù)：完成模擬量的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)。組成：標(biāo)度變換器、濾波電路、線性化處理及電參量間的轉(zhuǎn)換電路等。標(biāo)度變換器：作用：把經(jīng)由各種傳感器所得到的不同種類和不同電平的被測(cè)模擬信號(hào)變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。濾波電路：作用：濾掉或消除干擾信號(hào)，保留或增強(qiáng)有用信號(hào)。線性化處理：有些電信號(hào)轉(zhuǎn)換后與被測(cè)參量呈現(xiàn)非線性。所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性化處理，使它接近線性化。

電參量間的轉(zhuǎn)換電路：

主要進(jìn)行電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

1、信號(hào)處理裝置注:在實(shí)際應(yīng)用中信號(hào)處理裝置購置滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備作用：把各路模擬量分時(shí)接到A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)各路模擬量分時(shí)采樣。組成：開關(guān)矩陣及邏輯控制電路。

開關(guān)矩陣——模擬開關(guān)的組合

邏輯控制電路——在軟件或通道控制電路的控制下，以一定速度，按順序輸入被測(cè)模擬信號(hào)。2、采樣單元模擬開關(guān)電路CD405l組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器及8個(gè)開關(guān)電路。

主要特性：

直流供電電源：VDD＝+5V～+15V，數(shù)字信號(hào)電位變化范圍：3～15V

輸入電壓：UIN＝0～VDD，模擬信號(hào)峰峰值：15V作用：多個(gè)通路共用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)系統(tǒng)的輸入或輸出的模擬量信號(hào)很多時(shí)，為了節(jié)省模擬轉(zhuǎn)換電路，把各路模擬量分時(shí)接到A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)各路模擬量分時(shí)采樣。多路開關(guān)種類很多，并具有不同的功能和用途。如D4051(雙向、單端、8路)、CD4052(單向、雙端、4路)、AD7506(單向、單端、16路)等。雙向，既可以實(shí)現(xiàn)多到一的切換，也可以完成一到多的切換；單向只能完成多到一的切換。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選擇合適的模擬開關(guān)。CD4051結(jié)構(gòu)原理圖0S2S3S4S5S6S7S1S動(dòng)驅(qū)碼譯換轉(zhuǎn)平電ABCINHmS當(dāng)禁止端INH為“1”時(shí)，前后級(jí)通道斷開，即S0-S7端與Sm端不可能接通；當(dāng)為“0”時(shí)，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端C、B、A的數(shù)值，就可選通8個(gè)通道S0-S7中的一路。比如：當(dāng)C、B、A=000時(shí)，通道S0選通；當(dāng)C、B、A=111時(shí)，通道S7選通。其真值表如表3-1所示。CD4051應(yīng)用擴(kuò)展電路兩個(gè)CD4051擴(kuò)展為1×16路模擬開關(guān)的電路。數(shù)據(jù)總線D3～D0作為通道選擇信號(hào)，D3用來控制兩個(gè)多路開關(guān)的禁止端。當(dāng)D3=0時(shí)，選中上面的多路開關(guān)，此時(shí)當(dāng)D2、D1、D0從000變?yōu)?11，則依次選通S0～S7通道；當(dāng)D3=1時(shí)，經(jīng)反相器變成低電平，選中下面的多路開關(guān)，此時(shí)當(dāng)D2、D1、D0從000變?yōu)?11，則依次選通S8～S15通道。如此，組成一個(gè)16路的模擬開關(guān)。圖3-4多路模擬開關(guān)的擴(kuò)展電路采樣保持電路：對(duì)變化的模擬信號(hào)快速采樣，并在轉(zhuǎn)換過程中保持模擬信號(hào)。

★采樣狀態(tài)★保持狀態(tài)3、采樣保持兩個(gè)工作狀態(tài)：采樣保持集成芯片LFl98主要特性：供電電源：±5V～±18V；信號(hào)獲取時(shí)間：<10ns；可以和TTL、PMOS、CMOS邏輯輸入兼容；典型保持電容：1000pF、0.01μF。

4、數(shù)據(jù)放大器把傳感器的信號(hào)從毫伏電平按比例放大到典型的A／D轉(zhuǎn)換器輸入電平。5、A／D轉(zhuǎn)換器把通道輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過I/O接口電路送入CPU。f(t)Kf*(t)T二、采樣與量化用采樣開關(guān)將模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號(hào)的過程。1．采樣過程：香農(nóng)(Shannon)定理：如果隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)的最高頻率為ωmax，只要按照采樣頻率ωS≥2ωmax進(jìn)行采樣，那么取出的樣品系列(f1*(t)，f2*(t)，…)就足以代表(或恢復(fù))f(t)。采樣定理X(t)X*(t)X(t)t0P(t)KT05T3TT7T1(a)采樣開關(guān)(b)連續(xù)信號(hào)(c)開關(guān)函數(shù)（1）采樣過程與數(shù)學(xué)描述X*(t)kT05T3TT7T1(d)采樣信號(hào)調(diào)制器X(t)X*(t)P(t)(e)采樣過程x*(t)=p(t)x(t)因τ0＜＜T所以分析時(shí)可近似認(rèn)為τ0為0，以單位脈沖函數(shù)δ(t)代替p(t)。單位脈沖序列：δT(t)kT0數(shù)學(xué)表達(dá)式：?jiǎn)挝幻}沖函數(shù)定義：理論表達(dá)形式：δ(t)＝0∞

t=0t≠0工程表達(dá)形式：δ(t)＝01

t=0t≠0采樣過程數(shù)學(xué)描述:考慮物理上可實(shí)現(xiàn)，又可近似為：可見，x*(t)具有離散信號(hào)的特性。采樣定理（不同的描述）

對(duì)于角頻率范圍為（）的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率時(shí)，采樣器的輸出信號(hào)x*(t)就能充分表征原始的連續(xù)信號(hào)x(t)，換言之，為使采樣信號(hào)的頻譜能無失真地恢復(fù)原來的連續(xù)信號(hào)的頻譜，采樣周期T必須小于輸入信號(hào)變化最小周期的1/2，即：由于被控對(duì)象一般具有低通濾波特性，因而x(t)的帶寬是有限的，其的振幅譜圖如下：（1）（2）（2）采樣周期選擇（1）加于生產(chǎn)過程的擾動(dòng)程度；（2）被控過程的動(dòng)態(tài)特性；（3）使用的控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型；（4）被控過程所要求的控制品質(zhì)指標(biāo)。影響采樣周期選擇的因素：（3）采樣周期選取的一般原則：（1）系統(tǒng)受擾動(dòng)情況。若擾動(dòng)和噪聲都較小，采樣周期T應(yīng)選大些；。對(duì)擾動(dòng)頻繁和噪聲大的系統(tǒng)，采樣周期T應(yīng)選小些；（2）被控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。滯后時(shí)間大的系統(tǒng)，采樣周期T應(yīng)選大些；。對(duì)于快速系統(tǒng)，采樣周期T應(yīng)選小些；（3）控制品質(zhì)指標(biāo)要求。若超調(diào)量為主要指標(biāo)，采樣周期T應(yīng)選大些；。若希望過渡過程時(shí)間短些，采樣周期T應(yīng)選小些；2、量化過程

用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。fmax：轉(zhuǎn)換信號(hào)的最大值；fmin：轉(zhuǎn)換信號(hào)的最小值；i：轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。

量化單位為：三、

模擬量輸出通道功能：把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出到被選中的控制回路上，完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制動(dòng)作。輸出保持器的作用：將前一采樣時(shí)刻的輸出信號(hào)保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻，重新得到新的輸出信號(hào)。組成：D／A轉(zhuǎn)換器、輸出保持器、多路切換開關(guān)、低通濾波電路和功放電路。輸出保持方案：數(shù)字量保持方案；模擬量保持方案。1、一個(gè)輸出通路設(shè)置一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式

2、多個(gè)輸出通路共用一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式零階輸出保持器Y(t)Y(t)tt00無保持有保持Gh(S)h1(t)h2(t)h1(t)t0h2(t)t0零階輸出保持器的目的是在計(jì)算機(jī)采樣的間隔使其輸出維持上一采樣的結(jié)果，使輸出的結(jié)果變?yōu)檫B續(xù)的階梯信號(hào)。一般D/A都帶保持器。微機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)示意圖四、模擬量輸入輸出通道工作過程分析D0--D7ADC0809和DAC0832與8255相連接的硬件電路圖D0-D7IOUT1IOUT2_+XFERRFBWR2DGNDWR1CSPA0PA7D0-D7PB0PB7PC2PC1PC0PC4PC5PC6ADDCADDBADDAEOCSTARTALEOEIN0IN1IN6IN7ILE+5VPC7CLKD0-D7CSRDWRA0A1模擬量輸出模擬量輸入825508320809CSPC3t模擬信號(hào)A8H96H7BH數(shù)字信號(hào)的量模擬量的幅值和數(shù)字量的值之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，區(qū)別是模擬信號(hào)是時(shí)間連續(xù)的,數(shù)字信號(hào)是時(shí)間不連續(xù)的,是一脈沖序列。完成上述功能的過程為模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。圖10-15模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的關(guān)系模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系:VOUT01H02H03H32H68HtT1T2T3T4圖中時(shí)間坐標(biāo)的最小分度ΔT是相鄰的兩次輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，模擬量坐標(biāo)的最小分度是1LSB。但如果D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率較高，ΔT很短，那么這條曲線的臺(tái)階就很密，基本上就是光滑的連續(xù)信號(hào)。數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系:五、數(shù)字量輸入輸出通道

編碼數(shù)字：多個(gè)開關(guān)的開與閉按二進(jìn)制方式計(jì)算其實(shí)際值，如常用的給定量撥碼器。開關(guān)量（數(shù)字量）：開關(guān)的開與閉，表現(xiàn)為0或1。表現(xiàn)外部開關(guān)的狀態(tài)。脈沖列：用于對(duì)外部時(shí)間或脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。如定時(shí)/計(jì)數(shù)器。數(shù)字輸入信號(hào)分三類：數(shù)字量或開關(guān)量根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用中信號(hào)源的不同，為了適合計(jì)算機(jī)接口電平的要求，在使用中一般需做必要的信號(hào)的轉(zhuǎn)換。常用的電平轉(zhuǎn)換電路：

由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的電平轉(zhuǎn)換，常用于行程開關(guān)或按鈕由繼電器隔離的電平轉(zhuǎn)換，用于行程開關(guān)或按鈕由光電隔離的電平轉(zhuǎn)換，用于行程開關(guān)或按鈕光電隔離處理光電耦合器工作原理光電耦合器的電平轉(zhuǎn)換光電耦合器的目的是將外部的電信號(hào)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離，避免外部的高壓信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)隔離。光電耦合器有開關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)信號(hào)之分。數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：直接和并行接口電路的輸入輸出口連接，加光電隔離電路。并行接口可根據(jù)需要選用8255，8155，74LS273，74LS373等。脈沖或定時(shí)器可選用8253，8254等。+5V直接和并行接口電路的輸入口連接。WRRDPB7WRY4…..+5V…..RDK0K7D0~D7CSA1A074LS138CBAG1G2AG2BA7A6A5A4A3A2A1A0PA0PA7M/IO到CPU數(shù)據(jù)總線PB0PB1L0L1L7光電偶合光電偶合數(shù)字量輸入接口電路數(shù)字量輸出接口電路接口電路外加硬件計(jì)數(shù)器。

8253與CPU的外部接口電路圖CLK110KHZ8253CLK210KHZOUT2CLK0時(shí)鐘GATE0OUT0GATE1OUT1GATE2DB0--DB7RDWRA0A1CS與8086相連作用：把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。此內(nèi)容為微機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容第五節(jié)D／A轉(zhuǎn)換器1、D／A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1）分辨率定義：當(dāng)輸入數(shù)字量變化1位時(shí)，輸出模擬量變化的大小。對(duì)于一個(gè)N位的D／A轉(zhuǎn)換器其分辨率為：例如：對(duì)于滿刻度值5.12V，單極性輸出，8位D／A的分辨率為：5.12V/27＝20mVl0位D／A的分辨率為：5.12V/29=5.12V/1024＝5mV12位D／A的分辨率為：5.12V/211=5.12V/4096＝1.25mV分辨率是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，在控制系統(tǒng)中決定著系統(tǒng)的控制精度。(重要指標(biāo))

D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高,轉(zhuǎn)換的分辨率越高.在實(shí)際應(yīng)用中,選擇多少位的D/A要根據(jù)控制精度確定.定義：在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。一般用最低有效位LSB的分?jǐn)?shù)來表示。為0.01％～0.8％。(重要指標(biāo))

較好的D／A轉(zhuǎn)換器工作溫度范圍為一40～85℃，較差的為0～70℃。(軍品的溫度范圍大)(重要指標(biāo))

3)線性誤差定義：數(shù)據(jù)變化量是滿刻度時(shí)，達(dá)到終值±1/2LSB時(shí)所需要的時(shí)間。一般D/A的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短,一條指令的時(shí)間即可完成。

2)穩(wěn)定（轉(zhuǎn)換）時(shí)間4)工作溫度范圍例如：滿足速度、精度、分辨率及經(jīng)濟(jì)性能要求的有：?通用、廉價(jià)的D/A轉(zhuǎn)換器：AD1408、AD7524、AD558。?高速、高精度D/A：AD562、AD7541。?高速D/A：AD561、DAC-08。?高分辨率D/A：DAC1136、DAC1137等。為了應(yīng)用的靈活性，有：?可選擇輸出電壓雙極性的：AD7524、AD7542。?芯片內(nèi)帶有數(shù)字寄存器可與CPU數(shù)字總線直接相連的AD558、AD7524。常用的D/A轉(zhuǎn)換器芯片及其接口電路

1）外部結(jié)構(gòu)特征采用20引腳、雙列直插式集成電路芯片。主要參數(shù)：分辨率8位，電流穩(wěn)定時(shí)間1μs，電流輸出，與TTL電平兼容；功耗20mW。1、常用的8位DAC0832及接口電路DAC08321D3RfbDGNDVCCWR2XFER2345678910D2D1D0VREF11121314151617181920CSWR1AGNDILED4D5D6D7IOUT2IOUT1圖10-7DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8位輸入寄存器11932010VREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCC(+5V或+15V)DGND191217ILELE18位DAC寄存器D0D7輸入數(shù)據(jù)CS+WR118WR2XFERLE2812Rfb(模擬地)(數(shù)字地)8位D/A變換網(wǎng)絡(luò)&&D0～D7：8條輸入數(shù)據(jù)線；ILE：輸入寄存器選通命令，它與CS

、WR1

配合使輸入寄存器的輸出隨輸入變化；ILE=1：

CS=0,WR1=0時(shí)LE1=1,數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器后不在變化。8位輸入寄存器11932010VREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCC(+5V或+15V)DGND191217ILELE18位DAC寄存器D0D7輸入數(shù)據(jù)CS+WR118WR2XFERLE2812Rfb(模擬地)(數(shù)字地)8位D/A變換網(wǎng)絡(luò)&&WR2=0,XFER=0時(shí)LE2=1,數(shù)據(jù)輸入寄存器的內(nèi)容到DAC寄存器，WR2

上升沿時(shí)，將輸入寄存器中的數(shù)據(jù)被鎖存在DAC寄存器中。CS

：片選信號(hào)；WR1

：寫輸入寄存器信號(hào)；WR2

：寫轉(zhuǎn)換寄存器信號(hào)；XFER：允許輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到變換寄存器；VREF：參考電壓輸入端，其電源電壓可在-10～+10V范圍中選?。籌OUT1、IOUT2：D/A變換器差動(dòng)電流輸出；Rfb：反饋端，接運(yùn)算放大器輸出；AGND：模擬信號(hào)地；DGND：數(shù)字信號(hào)地；VCC：電源電壓，可用+5V(或+15V)。注意：D/A轉(zhuǎn)換器沒有形式上的啟動(dòng)信號(hào)。實(shí)際上后一級(jí)寄存器的控制信號(hào)就是D/A轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)信號(hào)。另外，它也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換的過程很快，一般還不到一條指令的執(zhí)行時(shí)間。參考技術(shù)資料！D/A芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量時(shí)有兩種輸出形式，即電流型與電壓型。①單極性輸出電路，為反相輸出電路，其輸出電壓為：(3)DAC0832的幾種典型輸出連接方式常用的一種典型電路!D/AVOUT－＋RR1R2D/A－＋I(xiàn)out1UOUTRIout2RfbD0D7

(b)同相輸出

(a)反相輸出；

②雙極性輸出電路。在某些微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，要求D/A的輸出電壓是雙極性的，例如要求輸出-5～+5V。在這種情況下，D/A的輸出電路要做相應(yīng)的變化。下圖為DAC0832雙極性輸出電路的實(shí)例。雙極性輸出電路D/AVOUTVREF－＋A1RfbV1R2R3－＋A2R4VREF(3)DAC0832與8086微處理器的連接用D/A產(chǎn)生鋸齒波的程序DAOUT：MOVDX，口地址；端口地址送DXLOOP1：MOVAL，F(xiàn)FH；準(zhǔn)備起始輸出數(shù)據(jù)

ROUND：OUTDX，ALDECALJNZROUND；循環(huán)形成周期鋸齒波

JMPLOOP1ttVoutVout單極性輸出波形雙極性輸出波形DAC0832與8086總線連線圖8086DAC0832VCCILERFBIOUT1DGNDAGND74LS138CBRF＋5VVOUTD7～D0

WRM/IO

G2A

G2BG1A

Y7

Y0

Y1

CSRW＋－IOUT￡2

WR12WRXFERD7～D0地址線0832與8255的連接方式82558086PA0~PA7PB4PB3PB2PB1PB0D0~D7ILECSWR1WR2XFERVREFRFBIOUT1IOUT2+5V-+V0這種設(shè)計(jì)方法占用8255的兩個(gè)口,不直接與CPU連接,常用于接口電路較多時(shí),可以減少總線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載,為一種最常用的0832的硬件連接方式。對(duì)五個(gè)控制信號(hào)的要求為：只要ILE為高，其它為低就可以工作。WR1、WR2、XFER可以直接接地。DAC0832與8255的連接圖用上圖設(shè)計(jì)的0832硬件電路實(shí)現(xiàn)的鋸齒波發(fā)生器程序設(shè)計(jì)1）8255初始化MOVDX，0203H；8255的方式字；A口方式0，輸出MOVAL,80H；B口方式0，輸出OUTDX，AL；8255B口DAC轉(zhuǎn)換MOVDX，0201HMOVAL,10H；置ILE（PB4）為高，并且CS=0就可以）OUTDX，AL接上面的鋸齒波發(fā)生器程序段，注意口地址的變化?。?！CPU與DAC0832的接口2、12位D／A轉(zhuǎn)換器DAC12101）DAC1210的主要性能及特點(diǎn)★特點(diǎn)：

?線性規(guī)范只有零位和滿量程調(diào)節(jié)；?和所有的通用微處理機(jī)直接接口；?單緩沖、雙緩沖或直通數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入；?與TTL邏輯電平兼容。

★主要技術(shù)指標(biāo)：

?輸入數(shù)字為12位二進(jìn)制數(shù)字；

?分辨率12位；?電流建立時(shí)間1μs；?供電電源+5～+15V(單電源供電)；?基準(zhǔn)電壓VREF范圍-10～+10V。2）DAC1210引腳說明第六節(jié)A／D轉(zhuǎn)換器常用的A／D轉(zhuǎn)換器有：計(jì)數(shù)器式雙積分式逐次逼近式組成：計(jì)數(shù)器、D／A轉(zhuǎn)換器及比較器工作過程：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)換速度比較慢。1、A／D轉(zhuǎn)換器原理

1)計(jì)數(shù)器式A／D轉(zhuǎn)換器組成：逐次逼近寄存器D／A轉(zhuǎn)換器比較器時(shí)序（時(shí)鐘）置數(shù)選擇邏輯工作過程：如果Ui≥UO，應(yīng)予保留；如果Ui<UO，應(yīng)予清除。2)逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器工作原理：1）當(dāng)START由0變?yōu)?有效時(shí)，逐次逼近寄存器的輸出緩沖器清0，當(dāng)START變?yōu)?時(shí)，轉(zhuǎn)換開始。2）逐次逼近寄存器如（天平稱重），從最高位試探性的置1（是滿量程的一半），比較VO和VI的大小，決定1的走向，然后繼續(xù)比較，直到VO=VI。D0~D7控制電路逐次逼近寄存器D/A轉(zhuǎn)換DAC輸出緩沖器CLKEOCSTARTVIVO比較器逐次逼近的工作原理D0~D7控制電路逐次逼近寄存器D/A轉(zhuǎn)換DAC輸出緩沖器CLKEOCSTARTVIVO比較器3）當(dāng)比較器的輸出為0，即：輸入和逐次逼近后的值相等時(shí)，轉(zhuǎn)換完成，同時(shí)使EOC為高電平，表明一次轉(zhuǎn)換完成。1）必須要有一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開始的信號(hào)(START)，一般為一個(gè)信號(hào)的跳變，先使其由0變?yōu)?時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零,清除留在轉(zhuǎn)換器中上次轉(zhuǎn)換的值。然后再由1變?yōu)?，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。2）轉(zhuǎn)換完成后有一個(gè)信號(hào)指示出本次轉(zhuǎn)換完成，沒有新的啟動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換器就一直保存上次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)做為輸出。轉(zhuǎn)換時(shí)間清0開始轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換完成轉(zhuǎn)換期間保持低電平STARTEOC開始新的轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換的兩個(gè)關(guān)鍵過程：3)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器方法：測(cè)量模擬輸入電壓向電容充電的固定時(shí)間及測(cè)量在已知標(biāo)準(zhǔn)電壓下放電所需的時(shí)間。工作過程：優(yōu)點(diǎn)：

消除干擾和電源噪聲的能力強(qiáng)，精度高。缺點(diǎn)：

轉(zhuǎn)換速度慢。2、A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)是指能使轉(zhuǎn)換后數(shù)字量變化1的最小模擬輸入量。n位二進(jìn)制數(shù)最低位具有的權(quán)值就是它的分辨率。量程是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。1）分辨率2）量程

?絕對(duì)精度常用數(shù)字量的位數(shù)表示。?相對(duì)精度用相對(duì)于滿量程的百分比表示。

如10位A／D轉(zhuǎn)換器，滿量程為10V。?絕對(duì)精度為1/2×10/29=±4.88mV，?相對(duì)精度為l／29×100％≈0.1％。

3）轉(zhuǎn)換精度

轉(zhuǎn)換時(shí)間是指啟動(dòng)A／D到轉(zhuǎn)換結(jié)束所需的時(shí)間。較好的轉(zhuǎn)換器件工作溫度為-40～85℃差的只有0～70℃。4）轉(zhuǎn)換時(shí)間5）工作溫度范圍1）8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC809主要特點(diǎn)：

分辨率8位；轉(zhuǎn)換時(shí)間100s；溫度范圍-40～+85℃；可使用單一的+5V電源；可直接與CPU連接；輸出帶鎖存器；邏輯電平與TTL兼容。3、常用A／D轉(zhuǎn)換器（1）ADC0809引腳如圖所示。其中：D0-D7：輸出數(shù)據(jù)線；IN0-IN7：8路模擬電壓輸入端；ADDA，ADDB，ADDC：地址輸入，ADDA是最低位，ADDC是最高位；START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，上升沿清零，下降沿有效；

10-19ADC0809引腳圖2)8位A/D變換器芯片ADC0809ADC0809的工作時(shí)序EOC通道地址ADDA-CCLKSTARTALEOE數(shù)據(jù)D0-D764個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換時(shí)間ALE：地址鎖存，用來鎖存ADDA～C的地址輸入，上升沿有效；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平表示一次變換已結(jié)束；該信號(hào)可以作為轉(zhuǎn)換完成后的中斷信號(hào)線，給8259的IRN。OE：讀允許信號(hào)，高電平有效，為高時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果到數(shù)據(jù)線上；ADC0809的工作時(shí)序EOC通道地址ADDA-CCLKSTARTALEOE數(shù)據(jù)D0-D764個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換時(shí)間CLK：時(shí)鐘輸入端，由外部提供，其頻率決定轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短，時(shí)鐘頻率的范圍為10KHZ-1.2MHZ；當(dāng)時(shí)鐘頻率為1.28MHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為50μS；當(dāng)時(shí)鐘頻率為64KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μS

（2）ADC0809與CPU的硬件電路設(shè)計(jì)方法：ADC0809與CPU的硬件電路接口圖IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS（3）連接方式

直接連接上圖為典型的0809與CPU的總線連接硬件電路，可以滿足不同型號(hào)的CPU連接，要注意的問題有：1）在上圖中可以不要EOC信號(hào)指示轉(zhuǎn)換完成，但在程序中必須給出足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間，否則CPU讀回的數(shù)據(jù)是上一次的轉(zhuǎn)換值。2）啟動(dòng)信號(hào)START和地址鎖存信號(hào)ALE可以連接在一起，兩者的時(shí)序相同。3）讀取信號(hào)可以用CPU的讀信號(hào)RD和M/IO的組合來完成讀操作。4）片選信號(hào)可以用譯碼輸出選通，0809就有一個(gè)專用的口地址，這個(gè)地址即可實(shí)現(xiàn)讀轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，又可做為啟動(dòng)信號(hào)，使0809實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。也可以直接接地，由其它的地址譯碼后控制START和OE，來實(shí)現(xiàn)對(duì)0809的啟動(dòng)和讀控制用ADC0809對(duì)8路模擬信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采樣，各采集100個(gè)數(shù)據(jù)分別存放在數(shù)據(jù)段內(nèi)的8個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中，采用無條件傳送方式。接口電路如上圖所示。設(shè)圖中通道IN0-IN7的地址依次為380H387H，則信號(hào)采集程序如下：

DATA SEGMENT COUNT EQU100 BUFF DBCOUNT*8DUP(？) DATA ENDS STACKSEGMENT stack DW 200DUP(?) STACK ENDS CODE SEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATA，SS：STACKSTART：MOVAX，DATAMOVDS，AX；設(shè)置數(shù)據(jù)段的段地址MOVAX，STACKMOVSS，AX；設(shè)置堆棧段的段地址MOVBX，OFFSETBUFF；設(shè)置存放數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVCX，COUNT；設(shè)置采樣次數(shù)OUTL：PUSHBXMOVDX，0380H；指向通道0MOVAL，00H；啟動(dòng)0通道，（轉(zhuǎn)換那個(gè)通道由給定地址；決定）INLOP：OUTDX，AL；啟動(dòng)指定通道開始轉(zhuǎn)換MOVAX，50000

；(最大65535)延時(shí)，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束利用軟件延時(shí)等待轉(zhuǎn)換時(shí)間

WT：DECAX；軟件延時(shí),不用EOC的狀態(tài)來判斷是否轉(zhuǎn)換好

NZWTINAL，DX ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV[BX]，ALADDBX，COUNT ；指向下一個(gè)通道的存放地址

INC DX ；指向下一個(gè)通道的地址

CMPDX，0388H

；8個(gè)通道都采集了一遍嗎？

JZINLOP；沒完，返回繼續(xù)；都采樣一次,則開始下一；輪的采樣.POPBX ；彈出0通道的存放地址

INCBX ；指向0通道的下一個(gè)存放地址

LOOPOUTL；CX-1=0?所要求的采樣次數(shù)完嗎?沒完返；回繼續(xù)。。。。。CODEENDSENDSTARTADC0809與8255的硬件連接應(yīng)用舉例在使用中0809可以與8255相連接，此時(shí)，0809無指定的地址口，它的工作過程完全由8255控制。IN7在實(shí)際應(yīng)用時(shí)這兩個(gè)信號(hào)可以連接在一起，轉(zhuǎn)換完成就可讀出。IN0IN1IN2ADDCADDBADDACSOEEOCPB0-7PC2PC1PC0PC3PC4PC582550809D0-D7STARTALECLKPC6外部時(shí)鐘信號(hào)上圖的設(shè)計(jì)中注意的問題1、啟動(dòng)信號(hào)和地址鎖存信號(hào)一般連接在一起2、讀控制信號(hào)OE與8255連接時(shí)，OE=1后，才可由8255的A口讀轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)，如果OE與EOC相連接，則只要有EOC=1，就可讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，如圖虛線所示。3、轉(zhuǎn)換完成由8255的PC5（EOC）的狀態(tài)決定，要判斷該位的狀態(tài)。4、選擇那個(gè)通道作為模擬量輸入，由PC0-2決定，可以通過軟件對(duì)8255C口的控制來實(shí)現(xiàn)。5、對(duì)8255實(shí)現(xiàn)操作時(shí)，PC3（CS）必須始終保持為低電平。6、位操作不影響C口其它位的狀態(tài)，即不影響其它位的工作。程序設(shè)計(jì)如下：循環(huán)程序（8255口地址：70H-73H）8255MOVSI，OFFSETDATA；采樣數(shù)據(jù)存放區(qū)首地址MOVAL，1XXX1010B；8255口A任意，C口PC4-6輸入OUT（73H），AL；PC3-0輸出，B口方式0，輸入CAIYANG：MOVAL，XXXX0000B；C口輸出，選0通道IN0，CS=0OUT（72H），AL；CS=0，送數(shù)據(jù)到C口，MOVAL，0XXX1100B；8255位控，PC6=1，清0809OUT（