第7章输入输出接口技术第5节内容

1、第第7 7章章输入输出接口输入输出接口20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2 2第第7章章 输入输出接口输入输出接口主要内容：主要内容：n7.1 I/O接口基础和传送方式接口基础和传送方式n7.2 中断技术中断技术n7.3 定时器定时器/计数器计数器(8253/8254)n7.4 并行口并行口8255An7.5 A/D和和D/A转换转换学时分配：学时分配：n18学时学时第五节第五节 A/D和和D/A转换转换mov ax,12hcall displayJmp 1234h20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学

2、中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4 4n主要内容主要内容n模拟量输入输出通道的组成模拟量输入输出通道的组成nD/A转换器转换器n原理及连接使用方法原理及连接使用方法nA/D转换器转换器n原理及连接使用方法原理及连接使用方法n数据采集数据采集nA/D、D/A接口设计要点接口设计要点7.5 A/D和和D/A转换转换20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5 5主要内容：主要内容：n7.5.1 概述概述n7.5.2 8253编程编程n7.5.3 8253在在IBM PC系列机上的应用系列机上的应用n7.5.4 8253在扩充

3、定时计数器的应用在扩充定时计数器的应用7.5 A/D和和D/A转换转换学时分配：学时分配：n2学时学时20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6 6 n模拟量模拟量I/O接口的作用：接口的作用：n实际工业生产环境实际工业生产环境连续变化的模拟量连续变化的模拟量 n例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 n计算机内部计算机内部离散的数字量离散的数字量n二进制数、十进制数二进制数、十进制数n工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制7.5.1 概述概述 模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件

4、执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术7 7模拟量与数字量模拟量与数字量n模拟量模拟量连续变化的物理量连续变化的物理量n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术8 87.5.2模拟量模拟量I/O通道的

5、组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术9 9模拟量输入通道模拟量输入通道n传感器（传感器（Transducer）n非电量

6、非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）n转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）n放大、整形、滤波放大、整形、滤波 n多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer） n多选一多选一n采样保持电路（采样保持电路（Sample Holder，S/H）n保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变nA/D变换器（变换器（A/D Converter）n模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量 20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1010模拟量输出通

7、道模拟量输出通道nD/A变换器（变换器（D/A Converter）n数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量n低通滤波低通滤波n平滑输出波形平滑输出波形n放大驱动放大驱动n提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1111数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器

8、采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量测量出来将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）并转换成电信号（模拟电压或电流） 放大器放大器把传感器输出的信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需所需的量程范围的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号分时地接通到把多个现场信号分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A

9、/D转换期间保持不变转换期间保持不变20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1212DAC数字数字/模拟转换器模拟转换器模拟量模拟量数字量数字量7.5.3数数/模（模（D/A）变换器）变换器20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1313D/A转换的基本原理转换的基本原理数字量数字量 模拟量模拟量1101B 1320222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1414典型典型D/A转换器转换器nDAC0832n特

10、性：特性：n8位电流输出型位电流输出型D/A转换器转换器nT型电阻网络型电阻网络n差动输出差动输出20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1515DAC0832内部结构内部结构20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1616LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFERDAC0832内部结构内部结构20222022年年2 2月月5 5日

11、星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术17171. DAC0832的数字接口的数字接口n8位数字输入端位数字输入端nDI0DI7（DI0为最低位）n输入寄存器（第输入寄存器（第1级锁存）的控制端级锁存）的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器（第寄存器（第2级锁存）的控制端级锁存）的控制端nXFER*、WR2*20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1818直通锁存器的工作方式直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器nLE1，直通（输出等于输入），直通（输出等

12、于输入）nLE0，锁存（输出保持不变），锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout120222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1919DAC0832的工作方式：直通方式的工作方式：直通方式nLE1LE21n输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout120222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术

13、微机原理及接口技术2020DAC0832的工作方式：单缓冲方式的工作方式：单缓冲方式nLE11，或者，或者LE21n两个寄存器之一始终处于直通状态两个寄存器之一始终处于直通状态n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout120222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2121DAC0832的工作方式：双缓冲方式的工作方式：双缓冲方式n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态n能够对一

14、个数据进行能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另转换的同时；输入另一个数据一个数据LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout120222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2222模拟量模拟量数字量数字量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADC7.5.4模模/数（数（A/D）转换器）转换器20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术23237.5.4模模/数（数（A/D）转换器）转换器n用途用途n将连续变化的模拟信号转

15、换为数字信号，将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。常用于数据采集以便于计算机进行处理。常用于数据采集系统。系统。n类型类型n计数型计数型A/D变换器变换器n双积分型双积分型A/D变换器变换器n逐位反馈型逐位反馈型A/D变换器变换器 20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2424A/D转换的基本原理转换的基本原理n存在多种存在多种A/D转换技术，各有特点，分转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合别应用于不同的场合n4种常用的转换技术种常用的转换技术计数器式计数器式逐次逼近式逐次逼近式双积分式双积分式并行式并

16、行式20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2525典型的典型的A/D转换器简介转换器简介nADC0809n8通道（通道（8路）输入路）输入n8位字长位字长 n逐位逼近型逐位逼近型n转换时间转换时间100s n内置三态输出缓冲器内置三态输出缓冲器20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2626ADC0809的内部结构图的内部结构图ADC0809地址锁存地址锁存和译码和译码OE通道通道选择选择开关开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN

17、78位位三态三态锁存锁存缓冲器缓冲器DACVcc比较器比较器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定时和控制定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2727ADC0809内部结构内部结构START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比较器比较器8路模路模拟开拟开关关逐位逼近寄存器逐位逼近寄存器SAR树状开关树状开关电阻网络电阻网络三态三态输出输出锁存锁存器器时序

18、与控制时序与控制地址地址锁存锁存及及译码译码D/A8个个模模拟拟输输入入通通道道8选选120222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术28281. ADC0809的模拟输入的模拟输入n提供一个提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑通道的多路开关和寻址逻辑IN0IN7：8个模拟电压输入端个模拟电压输入端ADDA、ADDB、ADDC：3个地址输入线个地址输入线ALE：地址锁存允许信号地址锁存允许信号nALE的上升沿用于锁存的上升沿用于锁存3个地址输入的状态，然个地址输入的状态，然后由译码器从后由译码器从8个模拟输入中选择一个模拟输入个模拟输入中

19、选择一个模拟输入端进行端进行A/D转换转换20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术29292. ADC0809的转换时序的转换时序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100 s2 s+8T(最大最大)200ns(最小最小)转换启动信号转换启动信号转换结束信号转换结束信号20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术30303. ADC0809的数字输出的数字输出nADC0809内部锁存转换后的数字量内部锁存转换后的数字量n具有三态数字量输出端具有三态

20、数字量输出端D0D7n配合输出允许信号配合输出允许信号OEo 当输出允许信号当输出允许信号OE为高电平有效时，将三态为高电平有效时，将三态锁存缓冲器的数字量从锁存缓冲器的数字量从D0D7输出输出20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术31314.引脚功能引脚功能 D7D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址（通道选择）：通道地址（通道选择）ALE：通道地址锁存：通道地址锁存START：启动转换：启动转换EOC：转换结束，可用于查询或作为中

21、断申请：转换结束，可用于查询或作为中断申请OE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压：基准参考电压20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3232ADC0809的工作过程的工作过程n根据时序图，根据时序图，ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下：把把通道地址送到通道地址送到ADDAADDC上，选择模拟输上，选择模拟输入；入； 在通道地址信号有效期间，在通道地址信号有效期间，ALE上的上的上升沿上升沿将将该地址锁

22、存到内部地址锁存器；该地址锁存到内部地址锁存器；START引脚上的引脚上的下降沿下降沿启动启动A/D变换；变换；变换开始后，变换开始后，EOC引脚呈现低电平，引脚呈现低电平， EOC重新重新变为高电平时表示转换结束；变为高电平时表示转换结束；OE信号打开信号打开输出锁存器的三态门送出结果输出锁存器的三态门送出结果 。20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3333ADC0809与系统的连接与系统的连接 n模拟输入端模拟输入端INin单路输入单路输入n模拟信号可固定连接到任何一个输入端模拟信号可固定连接到任何一个输入端n地址线根据输

23、入线编号固定连接地址线根据输入线编号固定连接(高电平或低电平高电平或低电平)n多路输入多路输入n模拟信号按顺序分别连接到输入端模拟信号按顺序分别连接到输入端n要转换哪一路输入，就将其编号送到地址线上要转换哪一路输入，就将其编号送到地址线上(动态选择动态选择)多路输入时多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入输入0输入输入1输入输入2输入输入3输入输入4CPU指定指定通道号通道号单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入+5V20222022年年2 2月月5 5日星期六日星期六中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3434n地址线地址线ADDA-ADDCn多路输入时，通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯多路输入时，通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯片可以选用：片可以选用：n锁存器锁存器74LS27