微機(jī)原理及應(yīng)用 課件 第9、10章 常用可編程接口技術(shù)及應(yīng)用、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換通道

微機(jī)原理及應(yīng)用

了解接口芯片8255A、8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

掌握上述芯片的工作原理

理解8255A等芯片在微機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：

第9章常用可編程接口技術(shù)及應(yīng)用9.1可編程并行接口芯片8255A返回9.1.1并行接口概述9.1.28255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能9.1.38255A的控制字9.1.48255A的工作方式9.1.58255A的應(yīng)用9.1.1并行接口概述1．并行接口的特點(diǎn)（1）并行接口是在多根數(shù)據(jù)線(xiàn)上以數(shù)據(jù)字節(jié)或字為單位與I/O設(shè)備或被控對(duì)象傳輸數(shù)據(jù)。如并行打印機(jī)接口，鍵盤(pán)顯示器接口，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口等。（2）并行接口適用于近距離數(shù)據(jù)傳輸。并行通信是指兩個(gè)功能模塊之間有多條數(shù)據(jù)信號(hào)傳送線(xiàn)路，這樣功能模塊之間可以一次同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)，傳送速度快。由于所需的數(shù)據(jù)傳送線(xiàn)路較多，造價(jià)高，因此并行通信適用于近距離、快速數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)合。（3）在并行接口中，8位或16位是同時(shí)傳輸?shù)?。因此，采用并行接口與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，即使是用到其中的一位，也是一次輸入/輸出8位或16位。（4）并行傳送的信息不要求固定的格式，這與串行傳送的信息有固定格式的要求不同。

9.1.1并行接口概述2．并行接口的類(lèi)型從并行接口數(shù)據(jù)傳送的方向看，可分為兩種，一是單向傳送（只作為輸入口或只作為輸出口）；另一種是雙向傳送（既可作為輸入口，也可作為輸出口）。從并行接口的電路結(jié)構(gòu)看，并行接口可分為硬接線(xiàn)接口和可編程接口。硬接線(xiàn)接口的工作方式和功能單一，只能完成數(shù)據(jù)的傳送，如果系統(tǒng)中需要控制和狀態(tài)信息，只能由用戶(hù)定義，使用不方便。也就是說(shuō)，采用該方式一旦完成硬件電路設(shè)計(jì)，則接口的工作方式就被固定了。此類(lèi)接口常由數(shù)據(jù)鎖存器、數(shù)據(jù)緩沖器等組成，用于CPU與外部設(shè)備之間不需要聯(lián)絡(luò)信號(hào)的并行數(shù)據(jù)傳輸，如開(kāi)關(guān)量的讀取、發(fā)光二極管的控制等?？删幊探涌诳梢杂密浖幊痰姆椒ǜ淖兘涌诘墓ぷ鞣绞郊肮δ?，具有廣泛的適應(yīng)性和很高的靈活性，在微機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。9.1.2

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

Intel8255A是一種通用的可編程并行接口芯片，它具有24根I/O引腳，采用雙排直插式封裝，使用單一+5V電源，全部輸入/輸出與TTL電平兼容。

1．8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-1所示，它由4部分組成。9.1.2

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

（1）數(shù)據(jù)端口A、B、C。

8255A有三個(gè)8位數(shù)據(jù)端口，即端口A、端口B和端口C。設(shè)計(jì)人員可通過(guò)編程使它們分別作為輸入端口或輸出端口。但三個(gè)端口各有特點(diǎn)。

①端口A包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器。用端口A作為輸入或輸出時(shí)，數(shù)據(jù)均受到鎖存。

②端口B和端口C均包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器。在使用中，端口A和端口B常常作為獨(dú)立的輸入和輸出端口。端口C除了可作為獨(dú)立的輸入或輸出端口外，還可以配合端口A或端口B工作，端口C可以分成兩個(gè)4位的端口，分別為端口A和端口B的控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)。9.1.2

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

（2）A組和B組控制電路。這兩組控制電路一方面接收CPU發(fā)來(lái)的控制字并決定8255A的工作方式；另一方面接收來(lái)自讀/寫(xiě)控制電路的讀/寫(xiě)命令，完成接口的讀/寫(xiě)操作。A組控制電路用來(lái)控制A口及C口的高4位；B組控制電路用來(lái)控制B口及C口的低4位。（3）數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器是一個(gè)8位的雙向三態(tài)緩沖器。8255A通過(guò)它與系統(tǒng)總線(xiàn)連接。輸入/輸出數(shù)據(jù)、CPU發(fā)給8255A的控制字都是通過(guò)這個(gè)緩沖器進(jìn)行的。（4）讀/寫(xiě)控制邏輯。讀/寫(xiě)控制邏輯電路負(fù)責(zé)管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。9.1.2

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

2．8255A的引腳功能

8255A芯片除電源和地引腳以外，其他引腳可分為兩組，引腳如圖

9-2所示。9.1.2

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

表9-18255A的操作功能表A1A0操作數(shù)據(jù)傳送方式00100讀

A口A口數(shù)據(jù)

→

數(shù)據(jù)總線(xiàn)00101讀

B口B口數(shù)據(jù)

→

數(shù)據(jù)總線(xiàn)00110讀

C口C口數(shù)據(jù)

→

數(shù)據(jù)總線(xiàn)01000寫(xiě)

A口數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)

→A口01001寫(xiě)

B口數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)

→B口01010寫(xiě)

C口數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)

→C口01011寫(xiě)控制口數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)

→

控制口9.1.3

8255A的控制字8255A有兩個(gè)控制字：方式選擇控制字和端口C置位/復(fù)位控制字。這兩個(gè)控制字公用一個(gè)地址，即控制端口地址。用控制字的D7位來(lái)區(qū)分這兩個(gè)控制字，D7=1為方式選擇控制字；D7=0為端口C置位/復(fù)位控制字。1．方式選擇控制字方式選擇控制字的格式如圖9-3所示：D0～D2用來(lái)對(duì)B組的端口進(jìn)行工作方式設(shè)定；D3～D6用來(lái)對(duì)A組的端口進(jìn)行工作方式設(shè)定；最高位為1是方式選擇控制字標(biāo)志。9.1.3

8255A的控制字

2．端口C置位/復(fù)位控制字端口C置位/復(fù)位控制字的格式如圖9-4所示：D3～D1三位的編碼與端口C的某一位相對(duì)應(yīng)；D0決定置位或復(fù)位操作；最高位為0，是端口C置位/復(fù)位控制字標(biāo)志。9.1.4

8255A的工作方式

8255A有以下三種工作方式，用戶(hù)可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)置。

1．方式0（基本輸入/輸出）在方式0下，每一個(gè)端口都作為基本的輸入或輸出口，端口C的高4位和低4位及端口A、端口B都可獨(dú)立地設(shè)置為輸入口或輸出口。4個(gè)端口的輸入/輸出可有16種組合。

8255A工作于方式0時(shí)，CPU可采用無(wú)條件讀寫(xiě)方式與8255A交換數(shù)據(jù)，也可以采用查詢(xún)方式與8255A交換數(shù)據(jù)。采用查詢(xún)方式時(shí)，可利用端口C作為與外設(shè)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。方式0的應(yīng)用場(chǎng)合有兩種：一種是同步傳送；另一種是查詢(xún)傳送。9.1.4

8255A的工作方式

2．方式1（選通輸入/輸出）方式1下三個(gè)端口分為A、B兩組，端口A、端口B仍作為輸入或輸出口，端口C分成兩部分，一部分（6位，分成兩個(gè)3位）作為端口A和端口B的聯(lián)絡(luò)信號(hào)；另一部分（兩位）仍可作為基本的輸入/輸出口。

3．方式2（雙向選通輸入/輸出）

8255A的方式2可使8255A與外設(shè)進(jìn)行雙向通信，既能發(fā)送數(shù)據(jù)，又能接收數(shù)據(jù)?？刹捎貌樵?xún)方式和中斷方式進(jìn)行傳輸。只有A口才有方式2。這時(shí)，C口PC7～PC3用作A口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，其余PC0～PC2可用作方式0，也可用作B口方式1的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。9.1.4

8255A的應(yīng)用

應(yīng)用8255A并行接口芯片設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)采用行掃描法。行掃描法原理：鍵盤(pán)的行線(xiàn)為掃描輸出線(xiàn)，列線(xiàn)為狀態(tài)輸入線(xiàn)，且使列線(xiàn)都處于高電平狀態(tài)。若行線(xiàn)輸出低電平，只要某列有按鍵按下，那么該列就被按鍵觸點(diǎn)短接到行線(xiàn)，因此該列都變?yōu)榈碗娖?。不按鍵時(shí)行線(xiàn)與列線(xiàn)之間沒(méi)有接觸點(diǎn)，列線(xiàn)輸入仍為高電平。使鍵盤(pán)上某一行線(xiàn)為低電平，而其余行接高電平，然后讀取列值，如果列值中有某位為低電平，則表明行列交點(diǎn)處的鍵被按下；否則掃描下行，直到掃完全部行線(xiàn)為止?！纠?.1】掃描鍵盤(pán)按鍵并保存相應(yīng)鍵值，硬件如圖9-8所示。設(shè)8255A的端口地址為300H～303H，接收100個(gè)按鍵后結(jié)束。9.1.4

8255A的應(yīng)用

分析：檢測(cè)鍵盤(pán)輸入過(guò)程如下：PA0～PA3送全“0”，再讀取PB0～PB2，若全為“1”，則表示無(wú)鍵閉合。若有鍵閉合，則進(jìn)行鍵掃描。鍵掃描方法如下：使PA0為0，PA1～PA3為高電平，讀取PB0～PB2，如果是全“1”，則表示該列無(wú)鍵閉合；否則閉合鍵在該列上，再進(jìn)一步判斷讀取的數(shù)據(jù)中哪一位為“0”，從而確定閉合鍵。若該列無(wú)鍵閉合，則依次使PB1、PB2進(jìn)行上述操作。9.2可編程串行通信接口芯片8251A返回9.2.1串行通信的基本概念9.2.28251A的功能及結(jié)構(gòu)9.2.38251A的控制命令9.2.48251A的初始化編程與應(yīng)用9.2.1

串行通信的基本概念

串行通信是指利用一條傳輸線(xiàn)將數(shù)據(jù)一位一位地按順序分時(shí)傳輸。當(dāng)傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，8位數(shù)據(jù)通過(guò)一條線(xiàn)分8個(gè)時(shí)間段發(fā)出，發(fā)出順序一般由低位到高位。串行通信的優(yōu)勢(shì)是用于通信的線(xiàn)路少，因而在遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以降低通信成本。另外，它還可以利用現(xiàn)有的通信信道（如電話(huà)線(xiàn)路等），使數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)遍布千萬(wàn)個(gè)家庭和辦公室。串行通信適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，如微型機(jī)與計(jì)算中心之間、微機(jī)系統(tǒng)之間或其他系統(tǒng)之間。串行通信也由于連線(xiàn)方便而常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳輸，如房間內(nèi)的微型機(jī)之間、微型機(jī)與繪圖機(jī)之間、微型機(jī)與字符顯示器之間。PC系統(tǒng)上都有兩個(gè)串行異步通信接口，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)與主機(jī)之間也采用串行數(shù)據(jù)傳輸。相對(duì)于并行通信方式，串行通信速度較慢。目前，高速的串行通信標(biāo)準(zhǔn)如USB接口標(biāo)準(zhǔn)已制定，并獲得了廣泛應(yīng)用。9.2.1

串行通信的基本概念

1.數(shù)據(jù)傳送方式按串行通信的數(shù)據(jù)在通信線(xiàn)路進(jìn)行傳送的方向可分為單工、半雙工和全雙工通信三種方式。如圖9-9所示。（1）單工通信方式。單工通信就是指數(shù)據(jù)的傳送始終保持同一個(gè)方向，而不能進(jìn)行反向傳送，如圖9-9（a）所示。其中A端只能作為發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)，B端只能作為接收端接收數(shù)據(jù)。（2）半雙工通信方式。半雙工通信就是指信息流可以在兩個(gè)方向上傳送，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向上的傳送，如圖9-9（b）所示。其中A端和B端都具有發(fā)送和接收功能，但傳送線(xiàn)路只有一條，或者A端發(fā)送B端接收，或者B端發(fā)送A端接收。（3）全雙工通信方式。全雙工通信能在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送和接收，如圖9-9（c）所示。A端和B端雙方都可以一方面發(fā)送數(shù)據(jù)，一方面接收數(shù)據(jù)。9.2.1

串行通信的基本概念圖9-9數(shù)據(jù)傳送方式9.2.1

串行通信的基本概念

2．同步通信和異步通信串行通信按信息傳輸格式分為異步通信（ASYNC）和同步通信（SYNC）兩種。在串行通信中發(fā)送端與接收端之間的同步問(wèn)題是數(shù)據(jù)通信中的一個(gè)重要問(wèn)題。同步不好，輕者導(dǎo)致誤碼增加，重者則使整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。為解決這一傳送過(guò)程中的問(wèn)題，在串行通信中采用了兩種同步技術(shù)，即異步通信和同步通信。（1）異步通信。異步通信也稱(chēng)起止式傳送，它是利用起止法來(lái)達(dá)到收發(fā)同步目的的。異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，接收設(shè)備在收到起始信號(hào)之后只要在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個(gè)字符起始位的到來(lái)又使同步重新校準(zhǔn)。9.2.1

串行通信的基本概念

異步通信時(shí)，數(shù)據(jù)是一幀一幀（包括一個(gè)字符代碼或一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)）傳送的。在幀格式中，一個(gè)字符由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，首先字節(jié)傳送的起始位由“0”開(kāi)始；然后是編碼的字符，通常規(guī)定低位在前，高位在后；接下來(lái)是校驗(yàn)位（可省略）；最后停止位“1”（可以是1位、1.5位或兩位）表示字節(jié)的結(jié)束。格式如下。采用異步通信方式時(shí)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是傳送每一個(gè)字節(jié)都要加起始位、停止位，因而傳送效率低，主要用于中、低速通信。9.2.1

串行通信的基本概念

（2）同步通信。同步通信以一個(gè)幀為傳輸單位，每個(gè)幀中包含有多個(gè)字符。在通信過(guò)程中，每個(gè)字符間的時(shí)間間隔是相等的，而且每個(gè)字符中各相鄰位代碼間的時(shí)間間隔也是固定的。同步通信的數(shù)據(jù)格式如下。同步通信在數(shù)據(jù)開(kāi)始處用同步字符（通常為1～2個(gè)）來(lái)指示。由定時(shí)信號(hào)（時(shí)鐘）來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)端的同步，一旦檢測(cè)到與規(guī)定的同步字符相符合，接下來(lái)就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)以一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)塊）為單位進(jìn)行傳送，數(shù)據(jù)塊中每個(gè)字節(jié)不需要起始位和停止位，因而克服了異步通信效率低的缺點(diǎn)，但同步傳送所需的軟硬件價(jià)格是異步傳送的8～12倍。因此通常在數(shù)據(jù)傳遞速率超過(guò)2000b/s的系統(tǒng)中才采用同步通信方式。9.2.1

串行通信的基本概念

3．波特率與收/發(fā)時(shí)鐘波特率是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。以位/秒（bps或b/s）為單位，也稱(chēng)為波特。例如，數(shù)據(jù)傳送速率為960字符/秒，而每一個(gè)字符為10位，則其傳送的波特率為10×960＝9600位/秒＝9600b/s。在異步串行通信中，發(fā)送端需要用一定頻率的時(shí)鐘來(lái)決定發(fā)送每1位數(shù)據(jù)所占的時(shí)間長(zhǎng)度（稱(chēng)為位寬度），接收端也要用一定頻率的時(shí)鐘來(lái)測(cè)定每一位輸入數(shù)據(jù)的位寬度。發(fā)送端使用的用于決定數(shù)據(jù)位寬度的時(shí)鐘稱(chēng)為發(fā)送時(shí)鐘，接收端使用的用于測(cè)定每一位輸入數(shù)據(jù)位寬度的時(shí)鐘稱(chēng)為接收時(shí)鐘。由于發(fā)送/接收時(shí)鐘決定了每一位數(shù)據(jù)的位寬度，所以發(fā)送/接收時(shí)鐘頻率的高低決定了串行通信雙方發(fā)送/接收字符數(shù)據(jù)的速度。9.2.1

串行通信的基本概念

4．信息傳輸方式（1）基帶傳輸方式。在傳輸線(xiàn)路上直接傳輸不加調(diào)制的二進(jìn)制信號(hào)，這種傳輸方式稱(chēng)為基帶傳輸方式。它要求傳送線(xiàn)的頻帶較寬，傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)是矩形波。基帶傳輸方式僅適用于近距離和速度較低的通信。基帶傳輸方式如圖9-10所示。9.2.1

串行通信的基本概念

（2）頻帶傳輸方式。傳輸經(jīng)過(guò)調(diào)制的模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離通信時(shí)，發(fā)送方要用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收方則用解調(diào)器將接收到的模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就是信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)任務(wù)的裝置稱(chēng)為調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。采用頻帶傳輸時(shí)，通信雙方各接一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)字信號(hào)寄載在模擬信號(hào)（載波）上加以傳輸。因此這種傳輸方式也稱(chēng)為載波傳輸方式。這時(shí)的通信線(xiàn)路可以是電話(huà)交換網(wǎng)，也可以是專(zhuān)用線(xiàn)。常用的調(diào)制方式有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，分別如圖9-11所示。

5．傳送介質(zhì)目前普遍使用的傳送介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線(xiàn)、光纜，其他介質(zhì)，如無(wú)線(xiàn)電、紅外微波等在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。其中雙絞線(xiàn)（帶屏蔽）成本低、安裝簡(jiǎn)單；光纜尺寸小、質(zhì)量輕、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高、安裝維修需專(zhuān)用儀器。9.2.1

串行通信的基本概念

6．串行接口標(biāo)準(zhǔn)（1）RS-232C接口。

RS-232C是得到廣泛使用的串行異步通信接口標(biāo)準(zhǔn)。它是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）于1962年公布，并于1969年修訂的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上已經(jīng)成為國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)串行接口。1987年1月，RS-232C經(jīng)修改后正式改名為EIA-232D。1991年修改為EIA-232E，1997年又修改為EIA-232F。由于標(biāo)準(zhǔn)修改不多，現(xiàn)在很多廠(chǎng)商仍習(xí)慣于使用“RS-232C”這個(gè)名字。9.2.1

串行通信的基本概念

（2）RS-422A與RS-485接口。采用RS-232C接口存在著傳輸距離短、傳輸速率低、有電平偏移和抗干擾能力差等問(wèn)題，因此EIA協(xié)會(huì)制定了新的串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS-422A，它是平衡型電壓數(shù)字接口電路的電氣標(biāo)準(zhǔn)。RS-422A與RS-232C的主要區(qū)別是收發(fā)雙方的信號(hào)地不再共用，且每個(gè)方向用于傳輸數(shù)據(jù)的是兩條平衡導(dǎo)線(xiàn)。所謂“平衡”是指輸出驅(qū)動(dòng)器為雙端平衡驅(qū)動(dòng)器。如果其中一條線(xiàn)為邏輯“1”狀態(tài)，另一條線(xiàn)就為邏輯“0”，比采用單端不平衡驅(qū)動(dòng)對(duì)電壓的放大倍數(shù)大一倍。驅(qū)動(dòng)器輸出允許范圍是±2～±6V。差分電路能從地線(xiàn)干擾中拾取有效信號(hào)，差分接收器可以分辨200mV以上的電位差。若傳輸過(guò)程中混入了干擾和噪聲，由于差分放大器的作用，可使干擾和噪聲相互抵消，大大減弱了地線(xiàn)干擾和電磁干擾的影響。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

1．8251A的基本功能

8251A是可編程串行通信接口芯片，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)串行接口的基本任務(wù)。8251A能以同步方式或異步方式工作。與之相類(lèi)似的可編程串行通信接口芯片還有8250及16550。8250是異步收發(fā)器，只能工作在異步通信方式。早期的PC系統(tǒng)機(jī)型中，8250是使用最為廣泛的異步串行通信接口芯片，另一款芯片16550完全兼容8250。同其他單一功能的可編程接口芯片一樣，目前，8250已被集成在大規(guī)模集成電路的主板芯片組中，但至今仍然保持了原有的端口特性。一個(gè)COM端口相當(dāng)于一片8250芯片。8251A的基本功能如下。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

①通過(guò)編程，可工作在同步方式或異步方式下。同步方式下，波特率為0～64Kb/s，異步方式下，波特率為0～19.2Kb/s。

②同步方式下，每個(gè)字符可以用5、6、7或8位來(lái)表示，并且內(nèi)部能自動(dòng)檢測(cè)同步字符，從而實(shí)現(xiàn)同步。此外，8251A也允許同步方式下增加奇/偶校驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)。

③異步方式下，每個(gè)字符可以用5、6、7或8位來(lái)表示，時(shí)鐘頻率為傳輸波特率的1、16或64倍，用1位作為奇/偶校驗(yàn)位，1個(gè)啟動(dòng)位，并能根據(jù)編程為每個(gè)數(shù)據(jù)增加1個(gè)、1.5個(gè)或兩個(gè)停止位?？梢詸z查假啟動(dòng)位，自動(dòng)檢測(cè)和處理終止字符。

④全雙工的工作方式，其內(nèi)部提供具有雙緩沖器的發(fā)送器和接收器。

⑤提供出錯(cuò)檢測(cè)，具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤三種校驗(yàn)電路。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

2．8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-12所示。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

（1）發(fā)送器。發(fā)送器由發(fā)送緩沖器和發(fā)送控制電路兩部分組成。采用異步方式，則由發(fā)送控制電路在其首尾加上起始位和停止位，然后從起始位開(kāi)始，經(jīng)移位寄存器從數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)TXD逐位串行輸出。采用同步方式，則在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送器將自動(dòng)送出1個(gè)或兩個(gè)同步字符，然后才逐位串行輸出數(shù)據(jù)。如果CPU與8251A之間采用中斷方式交換信息，那么TXRDY可作為向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)發(fā)送器中的8位數(shù)據(jù)串行發(fā)送完畢時(shí)，由發(fā)送控制電路向CPU發(fā)出TxE有效信號(hào)，表示發(fā)送器中移位寄存器已空。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

（2）接收器。接收器由接收緩沖器和接收控制電路兩部分組成。接收移位寄存器從RXD引腳上接收串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后存入接收緩沖器中。異步方式下，在RXD線(xiàn)上檢測(cè)低電平，將檢測(cè)到的低電平作為起始位，8251A開(kāi)始進(jìn)行采樣，完成字符裝配，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)和去掉停止位，變成并行數(shù)據(jù)后送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，同時(shí)發(fā)出RXRDY信號(hào)給CPU，表示已經(jīng)收到一個(gè)可用的數(shù)據(jù)。同步方式下，首先搜索同步字符。8251A監(jiān)測(cè)RXD線(xiàn)，每當(dāng)RXD線(xiàn)上出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，接收下來(lái)并送入移位寄存器移位，與同步字符寄存器的內(nèi)容進(jìn)行比較，如果兩者不相等，則接收下一位數(shù)據(jù)，并且重復(fù)上述比較過(guò)程。當(dāng)兩個(gè)寄存器的內(nèi)容比較相等時(shí)，8251A的SYNDET升為高電平，表示同步字符已經(jīng)找到，同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

（3）數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器是CPU與8251A之間的數(shù)據(jù)接口，包含3個(gè)8位的緩沖寄存器：兩個(gè)寄存器分別用來(lái)存放CPU向8251A讀取的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息；另一個(gè)寄存器用來(lái)存放CPU向8251A寫(xiě)入的數(shù)據(jù)或控制信息。（4）讀/寫(xiě)控制電路。讀/寫(xiě)控制電路用來(lái)配合數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器的工作。功能如下。

①接收寫(xiě)信號(hào)，并將來(lái)自數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)和控制字寫(xiě)入8251A。

②接收讀信號(hào)，并將數(shù)據(jù)或狀態(tài)字從8251A送往數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

③接收控制/數(shù)據(jù)信號(hào)C/，高電平時(shí)為控制字或狀態(tài)字，低電平時(shí)為數(shù)據(jù)。

④接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，完成8251A的內(nèi)部定時(shí)。

⑤接收復(fù)位信號(hào)RESET，使8251A處于空閑狀態(tài)。（5）調(diào)制解調(diào)控制電路。調(diào)制解調(diào)控制電路用來(lái)簡(jiǎn)化8251A和調(diào)制解調(diào)器的連接。9.2.2

8251A的功能及結(jié)構(gòu)

3．8251A的引腳功能

8251A與CPU及外設(shè)之間的連接如圖9-13所示。（1）8251A和CPU之間的連接信號(hào)可以分為4類(lèi)。

①：片選信號(hào)，它由CPU的地址信號(hào)通過(guò)譯碼后得到。

②D0～D7：數(shù)據(jù)信號(hào)，8251A有8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連。傳輸CPU對(duì)8251A的編程命令字和8251A送往CPU的狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)。

③讀/寫(xiě)控制信號(hào)。9.2.3

8251A的控制命令

CPU可以向8251A寫(xiě)入控制命令，包括方式選擇控制字和操作命令控制字；還可以從8251A讀取工作狀態(tài)字。

①方式選擇控制字。方式選擇控制字可分為4組，每組兩位。B1、B2用于設(shè)定工作方式；L1、L2用于設(shè)定字符的位數(shù)；PEN、EP用于設(shè)定校驗(yàn)方式；S1、S2用于設(shè)定異步方式下停止位的位數(shù)或同步方式下的方式。格式如圖9-14所示。9.2.3

8251A的控制命令

②操作命令控制字。操作命令控制字用于設(shè)定8251A處于何種工作狀態(tài)，以便接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。格式如圖9-15所示。9.2.3

8251A的控制命令

③工作狀態(tài)字。

8251A進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后的狀態(tài)字存放在狀態(tài)寄存器中，CPU通過(guò)讀操作讀入狀態(tài)字，進(jìn)行分析和判斷，以決定下一步的工作。工作狀態(tài)字的格式如圖9-16所示。9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用

1．8251A的初始化（1）芯片復(fù)位以后，第一次用奇地址端口寫(xiě)入的值作為方式字送入方式寄存器。（2）如果方式字中規(guī)定了8251A工作在同步方式，CPU接著往奇地址端口寫(xiě)入規(guī)定的1個(gè)或兩個(gè)字節(jié)的同步字符，同步字符寫(xiě)入同步字符寄存器，同步字符的數(shù)目由方式字確定。（3）只要不是復(fù)位命令，不論同步方式還是異步方式，均由CPU往奇地址端口寫(xiě)入控制命令字到控制寄存器，而往偶地址端口寫(xiě)入的值將作為數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出寄存器。初始化結(jié)束后，CPU就可以通過(guò)查詢(xún)8251A的狀態(tài)字或采用中斷方式進(jìn)行正常的串行通信。由于方式字、命令字及同步字符均無(wú)特征標(biāo)志位，且都寫(xiě)入同一個(gè)命令端口地址，所以在對(duì)8251A初始化時(shí)，必須按一定的順序編程。初始化流程圖如圖9-17所示。9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用圖9-178251A初始化流程圖9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用

2．8251A的應(yīng)用實(shí)例（1）異步方式下的初始化程序舉例。設(shè)8251A工作在異步模式，波特率系數(shù)（因子）為16，7個(gè)數(shù)據(jù)位/字符，偶校驗(yàn)，兩個(gè)停止位，發(fā)送、接收允許，設(shè)端口地址為00E2H和00E4H，完成初始化程序。分析：根據(jù)題目要求，可以確定模式字為：11111010B，即0FAH，而控制字為：00110111B，即37H，則初始化程序如下。MOVAL，0FAH;送模式字MOVDX，00E2HOUTDX，AL;異步方式，7位/字符，偶校驗(yàn)，兩個(gè)停止位MOVAL，37H ;設(shè)置控制字OUTDX，AL9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用

（2）同步方式下的初始化程序舉例。設(shè)端口地址為52H，采用內(nèi)同步方式，兩個(gè)同步字符（設(shè)同步字符為16H），偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)位/字符。分析：根據(jù)題目要求，可以確定方式字為：00111000B（38H），控制字為：10010111B（97H）。它使8251A對(duì)同步字符進(jìn)行檢索；同時(shí)使?fàn)顟B(tài)寄存器中的3個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志復(fù)位；此外，使8251A的發(fā)送器啟動(dòng)，接收器也啟動(dòng)；控制字還通知8251A，CPU當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具體程序段如下。MOVAL，38H ;設(shè)置模式字，同步模式，用兩個(gè)同步字符OUT52H，AL ;7個(gè)數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)MOVAL，16HOUT52H，AL ;送同步字符16H0UT52H，ALMOVAL，97H ;設(shè)置控制字，使發(fā)送器和接收器啟動(dòng)OUT52H，AL9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用

（3）利用狀態(tài)字進(jìn)行編程的舉例。下面的程序段先對(duì)8251A進(jìn)行初始化，然后對(duì)狀態(tài)字進(jìn)行測(cè)試，以便輸入字符。本程序段可用來(lái)輸入80個(gè)字符。分析：8251A的控制和狀態(tài)端口地址為52H，數(shù)據(jù)輸入/輸出端口地址為50H。字符輸入后，放在BUFFER標(biāo)號(hào)所指的內(nèi)存緩沖區(qū)中。具體程序段如下。（4）兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)通過(guò)8251A相互通信的舉例。通過(guò)8251A實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)相互通信的系統(tǒng)連接簡(jiǎn)化框圖如圖9-18所示。這時(shí)，利用兩片8251A通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的串行接口RS-232C實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)8086微機(jī)之間的串行通信，可采用異步或同步工作方式。9.2.4

8251A的初始化編程與應(yīng)用圖9-18雙機(jī)串行通信示意圖思考與練習(xí)9-18255A的A口、B口、C口有哪幾種工作方式，其特點(diǎn)是什么？C口有哪些使用特點(diǎn)？9-48255A的3個(gè)端口在使用上有什么不同？9-7串行通信的特點(diǎn)是什么？9-8什么是串行通信的全雙工和半雙工？9-9什么是波特率？發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘與波特率有什么關(guān)系？9-10簡(jiǎn)述8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。9-11對(duì)8251A進(jìn)行初始化編程時(shí)應(yīng)按什么順序向它的控制口寫(xiě)入控制字？微機(jī)原理及應(yīng)用第10章模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道

了解微機(jī)系統(tǒng)的A/D和D/A通道

掌握DAC0832接口芯片的使用方法

掌握ADC0809接口芯片的使用方法學(xué)習(xí)目標(biāo)：10.1微機(jī)系統(tǒng)的A/D和D/A通道10.1.1模擬量輸入通道組成10.1.2模擬量輸出通道組成10.1.1模擬量輸入通道組成

典型的模擬量輸入通道由以下幾部分組成。1．傳感器能把生產(chǎn)過(guò)程的非電物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流、電壓）的器件稱(chēng)為傳感器。例如，熱電偶能把溫度這個(gè)物理量轉(zhuǎn)換成幾毫伏或幾十毫伏的電信號(hào)，因此可作為溫度傳感器。有些傳感器不是直接輸出電量，而是把電阻值或電容值或電感值的變化作為輸出值，反映相應(yīng)物理量的變化。例如，熱電阻利用的是某些導(dǎo)線(xiàn)或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的特性（熱電阻效應(yīng)）；其他的溫度傳感器還有熱敏電阻傳感器和半導(dǎo)體集成溫度傳感器。熱敏電阻傳感器是利用半導(dǎo)體材料作為感溫元件的測(cè)溫元件，它具有負(fù)溫度系數(shù)（即溫度升高電阻值下降）。半導(dǎo)體集成溫度傳感器是利用硅半導(dǎo)體的溫度敏感特性而組成的測(cè)量元件。傳感器的類(lèi)型有溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和液力傳感器。10.1.1模擬量輸入通道組成

2．信號(hào)處理環(huán)節(jié)信號(hào)處理環(huán)節(jié)的作用是將傳感器輸出的信號(hào)放大或處理成為與A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入相適應(yīng)的電壓水平。信號(hào)處理環(huán)節(jié)的另一作用是利用低通濾波濾去干擾信號(hào)。這主要用在傳感器處于惡劣的環(huán)境中，其輸出有疊加的干擾信號(hào)時(shí)。常用的濾波電路有RC低通濾波電路和有源濾波電路。3．多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，又稱(chēng)多路轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或?qū)嶋H控制系統(tǒng)中，被測(cè)量或被控制的量往往可能是幾路或幾十路。對(duì)這些回路的參量進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，為了共用A/D轉(zhuǎn)換器，以便節(jié)省硬件，可利用多路開(kāi)關(guān)開(kāi)路（MUX）、輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換的通路來(lái)達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的，如圖10-1所示。4．采樣保持器在A/D采樣期間，保持輸入信號(hào)不變的電路稱(chēng)為采樣保持電路。由于輸入的模擬信號(hào)是連續(xù)變化的，而A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換是需要時(shí)間的，這段時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間。不同類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時(shí)間不同，對(duì)變化較快的模擬輸入信號(hào)如不采取措施將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。對(duì)于同頻率的信號(hào)如果A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)采樣頻率模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換精度的影響就越大。為了保持轉(zhuǎn)換精度，可采用采樣保持器，使在A/D轉(zhuǎn)換期間保持采樣信號(hào)的大小不變。

5．A/D轉(zhuǎn)換器這是模擬量輸入通道的核心環(huán)節(jié)。其作用是將模擬輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便由計(jì)算機(jī)讀取進(jìn)行分析處理。10.1.2

模擬量輸出通道組成

典型的模擬量輸出通道由以下幾部分組成。1．D/A轉(zhuǎn)換器這是模擬量輸出通道的核心器件，其作用是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。2．鎖存器由于D/A轉(zhuǎn)換需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線(xiàn)上穩(wěn)定的時(shí)間很短，因此在計(jì)算機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器間必須用鎖存器來(lái)保持?jǐn)?shù)字量的穩(wěn)定，若D/A轉(zhuǎn)換芯片上已帶有鎖存器，則不必再額外增加鎖存器。3．放大驅(qū)動(dòng)電路為了能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，可以采用功率放大器作為模擬量輸出的驅(qū)動(dòng)電路。10.2D/A轉(zhuǎn)換及其接口返回10.2.1D/A轉(zhuǎn)換的主要性能參數(shù)10.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的輸入/輸出特性10.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理10.2.4D/A轉(zhuǎn)換芯片10.2.1

D/A轉(zhuǎn)換的主要性能參數(shù)

1．分辨率分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化敏感程度的描述，通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，如8位、10位等。對(duì)于一個(gè)分辨率為n位的轉(zhuǎn)換器能夠分辨滿(mǎn)刻度的2-n輸入信號(hào)。例如，一個(gè)8位的D/A轉(zhuǎn)換器，若轉(zhuǎn)換后的電壓滿(mǎn)量程是5V，而對(duì)于10位的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出滿(mǎn)量程也是5V，則它分辨率的最小電壓為5V/210=4.9mV。2．轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指數(shù)字量輸入到D/A轉(zhuǎn)換完成，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定下來(lái)為止所需的時(shí)間。電流型D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換較快，一般在幾微秒到幾百微秒之間。電壓型D/A轉(zhuǎn)換器的速度較慢，這取決于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。3．精度精度是指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差。4．線(xiàn)性度線(xiàn)性度是指當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出量按比例關(guān)系變化的程度。理想的D/A轉(zhuǎn)換器是線(xiàn)性的，但實(shí)際上有誤差模擬量輸出偏離理想輸出的最大值稱(chēng)為線(xiàn)性誤差。10.2.2

D/A轉(zhuǎn)換器的輸入/輸出特性

表示一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器輸入/輸出特性的幾方面因素如下。1．輸入緩沖能力D/A轉(zhuǎn)換器是否帶有三態(tài)輸入緩沖器來(lái)保存輸入數(shù)字量這對(duì)轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口設(shè)計(jì)是很重要的。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線(xiàn)上穩(wěn)定的時(shí)間很短，故需設(shè)計(jì)一個(gè)三態(tài)輸入緩沖器來(lái)保持輸入數(shù)字量，進(jìn)而起到使數(shù)字信號(hào)能正確轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)的作用。2．輸入數(shù)據(jù)的寬度D/A轉(zhuǎn)換器通常有8位、10位、12位、14位、16位之分，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)高于微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)寬度時(shí)，需要兩次分別輸入數(shù)字量。3．電流輸出型還是電壓輸出型對(duì)于電流輸出型，在幾毫安到幾十毫安之間，對(duì)于電壓輸出型，其電壓一般在5～10V之間。4．輸入碼制輸入碼制即表示D/A轉(zhuǎn)換器能接收哪些碼制的數(shù)字量輸入。有的D/A轉(zhuǎn)換器能夠接收二進(jìn)制或BCD碼，對(duì)于雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器能接收補(bǔ)碼和偏移二進(jìn)制碼。10.2.3

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

圖10-2給出了D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)框圖，一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器通常包含四個(gè)部分：電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、權(quán)位開(kāi)關(guān)、相加器和參考電源，D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)就是將每一位數(shù)據(jù)代碼按其“權(quán)”的數(shù)值變換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，即可獲得與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬量。圖10-2D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)以下介紹幾種D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)。10.2.3

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

1．權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路如圖10-3所示，電路由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)位切換開(kāi)關(guān)、反饋電阻和運(yùn)算放大器組成，由于運(yùn)算放大器的虛短作用，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載電阻可視作零(虛地)。當(dāng)數(shù)據(jù)位ai＝1時(shí)，相應(yīng)開(kāi)關(guān)si接電源，否則接地。10.2.3

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

2．R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖10-4所示是一種實(shí)用且工作原理簡(jiǎn)明的T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路。在該電路中，仍依靠運(yùn)算放大器的虛短特性使R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出以短路方式工作。由圖10-4可知，不論各開(kāi)關(guān)處于何種狀態(tài)，Sn～S1的各點(diǎn)電位均可認(rèn)為0(虛地或?qū)嵉?。10.2.3

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

3．2nR電阻分壓式D/A轉(zhuǎn)換器當(dāng)用均等的2n個(gè)電阻串聯(lián)成一串對(duì)VR進(jìn)行分壓時(shí)就可得到2n個(gè)分層的電壓。如果再用n-2n個(gè)譯碼器控制2n個(gè)開(kāi)關(guān)去選通這些分壓器的分壓端點(diǎn)，就可實(shí)現(xiàn)n位的D/A轉(zhuǎn)換，圖9-10給出了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的一種電路結(jié)構(gòu)（3位轉(zhuǎn)換）。10.2.3

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

4．集成化D/A轉(zhuǎn)換器集成化D/A轉(zhuǎn)換器按其制作工藝劃分目前有高速雙極型和CMOS型兩類(lèi)。電阻網(wǎng)絡(luò)有采用離子注入或擴(kuò)散電阻條的，但高精度的D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)多采用薄膜電阻。高速雙極型D/A轉(zhuǎn)換器目前大多采用不飽和晶體管電流模擬開(kāi)關(guān)，其建立時(shí)間(穩(wěn)定時(shí)間)可縮短到數(shù)十至數(shù)百納秒。CMOS型D/A轉(zhuǎn)換器中采用CMOS模擬開(kāi)關(guān)及驅(qū)動(dòng)電路，雖然這種電路有制造容易、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度目前尚不如雙極型的高。除了上面介紹的幾類(lèi)D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)之外，還有F/V(頻率/電壓)等類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。10.2.4

D/A轉(zhuǎn)換芯片

1．DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832是采用先進(jìn)的CMOS工藝制成的雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器，它的輸出形式為電流型。該芯片主要由三部分組成，其中有兩個(gè)為數(shù)據(jù)寄存器，另外一個(gè)為D/A轉(zhuǎn)換器。（1）輸入寄存器。8位輸入寄存器的DI0～DI7輸入端可直接與CPU的數(shù)據(jù)線(xiàn)相連接，工作狀態(tài)受控于。（2）DAC寄存器。8位，受控于，它可以使D/A轉(zhuǎn)換芯片工作于雙緩沖工作方式下。這樣可以在D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)送下一個(gè)數(shù)據(jù)，以便提高轉(zhuǎn)換速度。（3）D/A轉(zhuǎn)換器。實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換結(jié)果以一組差動(dòng)IOUT1和IOUT2輸出。10.2.4

D/A轉(zhuǎn)換芯片2．DAC0832的外部引腳

3．DAC0832的工作方式根據(jù)對(duì)DAC0832的輸入鎖存器和DAC寄存器的不同控制方法，DAC0832有如下3種工作方式：（1）雙緩沖方式。此方式適用于多個(gè)模擬量輸出通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。（2）單緩沖方式。此方式適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。（3）直通方式。10.2.4

D/A轉(zhuǎn)換芯片4．DAC0832的應(yīng)用【例10.1】某8086系統(tǒng)中有一個(gè)由DAC0832構(gòu)成的雙極性電壓輸出的8位D/A轉(zhuǎn)換電路，如圖10-6所示，設(shè)0832的地址為5AH，基準(zhǔn)電壓VREF=+1V。系統(tǒng)中定時(shí)器8253與中斷控制器8259配合每100中斷一次，試編寫(xiě)中斷服務(wù)子程序使其輸出三角波，并畫(huà)出輸出波形圖。DATASEGMENT ;數(shù)據(jù)段COUNTDB0FLAGDB0DATAENDSCODESEGMENT ;代碼段

…… ;主程序略INTSERVEPROCFAR ;中斷服務(wù)程序PUSHAXMOVAL,COUNTOUT5AH，AL ;由數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)CMPFLAG，0JNZDECREASE ;FLAG!=0，轉(zhuǎn)減1處理INCCOUNT ;加1CMPCOUNT，255JNZNEXT ;不等于255則轉(zhuǎn)移NEXT：MOVFLAG，1 ;置減1標(biāo)志JMPNEXTDECREASE：DECCOUNT ;FLAG!=0，減1JNZNEXT ;COUNT不等于0則轉(zhuǎn)移MOVFLAG，0 ;COUNT等于0則置加1標(biāo)志NEXT：MOVAL，20HOUT20H，AL ;設(shè)8259端口地址為20H和21HPOPAXIRETINTSERVEENDPCODEENDS10.3A/D轉(zhuǎn)換及其接口返回10.3.1A/D轉(zhuǎn)換的基本概念10.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理10.3.3典型A/D轉(zhuǎn)換器介紹10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的基本概念1．從物理信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換對(duì)于外界連續(xù)變化的物理量必須先將其轉(zhuǎn)換成電模擬量，這種轉(zhuǎn)換是靠傳感器來(lái)完成的。傳感器一般是指能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換的敏感元件，由于物理量的多樣性使得傳感器的種類(lèi)繁多，如溫度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器和氣敏傳感器等。2．采樣、量化與編碼要將電模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量一般要經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程。（1）采樣。被轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，它有無(wú)限多個(gè)瞬時(shí)值，而模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程總是需要時(shí)間的，不可能把每一個(gè)瞬時(shí)值都一一轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，因此必須在連續(xù)變化的模擬量上按一定的規(guī)律（周期性地）取出其中某一些瞬時(shí)值（樣點(diǎn)）來(lái)代表這個(gè)連續(xù)的模擬量，這個(gè)過(guò)程就是采樣（Sample）。10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的基本概念（2）量化。所謂量化，就是以一定的量化單位，把采樣值取整，或者說(shuō)是把采樣值取整為量化單位的整數(shù)倍。量化單位是輸入信號(hào)的最大范圍除以數(shù)字量的最大范圍，量化過(guò)程有舍入問(wèn)題就必然會(huì)出現(xiàn)舍入誤差，這個(gè)誤差稱(chēng)為量化誤差。（3）編碼。量化得到的數(shù)值通常用二進(jìn)制數(shù)表示，對(duì)有正、負(fù)極性（雙極性）的模擬量一般采用偏移碼來(lái)表示，數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位，數(shù)值為正時(shí)符號(hào)位為1，反之為0。例如，8位的二進(jìn)制偏移碼10000000代表數(shù)值0，00000000代表負(fù)電壓滿(mǎn)量程，11111111代表正電壓滿(mǎn)量程。10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的基本概念3．A/D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)和術(shù)語(yǔ)（1）量化誤差。A/D轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，對(duì)一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的模擬量只能量化為同一個(gè)數(shù)字量。量化誤差是在A/D轉(zhuǎn)換中由于整量化所產(chǎn)生的固有誤差。對(duì)于舍入（四舍五入）量化法，量化誤差在1/2LSB之間。它是量化器所固有的，是不可克服的。（2）分辨率。分辨率表示A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。通常用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示。n位輸出的A/D轉(zhuǎn)化器能區(qū)分個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分的輸入電壓的最小值為滿(mǎn)量程輸入電壓的。當(dāng)滿(mǎn)量程輸入電壓一定時(shí)，輸出的位數(shù)越多，分辨率越高。例如，某A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位，滿(mǎn)量程輸入電壓Vfs=5V，則能區(qū)分的輸入電壓最小值是5/（2^8），即0.01953V。10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的基本概念（3）轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換誤差說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出數(shù)字量與理論上的輸出數(shù)字量之間的差值，通常以整個(gè)輸入范圍內(nèi)的最大輸出誤差表示。一般用最低有效位的倍數(shù)來(lái)表示轉(zhuǎn)換誤差，例如，轉(zhuǎn)換誤差≤LSB就說(shuō)明在整個(gè)輸入范圍內(nèi)，輸出數(shù)字量與理論上的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的一個(gè)數(shù)字。（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始一次轉(zhuǎn)換到完成轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出所需的時(shí)間。（5）量程。量程是指A/D轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍。10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的基本概念4．A/D轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型A/D轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型較多，主要的有并行比較型、逐次比較型、雙積分型等。并行比較型的轉(zhuǎn)換速度最高，但分辨率一般在8位以?xún)?nèi)。因?yàn)閚位并行比較型A/D中需要個(gè)電壓比較器，當(dāng)n＞8以后，需要的電壓比較器太多使得芯片的面積大，成本高。雙積分型的分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度低，一般為1～1000ms，通常用在對(duì)速度要求不高但需要很高精度的場(chǎng)合。逐次比較型的分辨率高，轉(zhuǎn)換時(shí)間在0.1～100之間。轉(zhuǎn)換速度比并行比較型