大学计算机微机原理-第7章 常用数字接口电路

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第7章

常用数字接口电路2主要内容：掌握两种可编程并行接口芯片的应用3可编程定时器82534掌握:引线功能及计数启动方法6种工作方式及其输出波形应用:芯片与系统的连接芯片的初始化编程58253芯片特点可编程的逻辑器件；非通道型的接口，具有特定功能；可实现计数和定时；工作方式：减法计数计数值减为0时输出相应控制信号输出控制信号的形式可通过软件设置61.

外部引线及内部结构连接系统端的主要引线：D0----D7CSRDWRA0，A1

连接外设端的主要引线：CLK-----------时钟脉冲输入GATE----------门控信号输入OUT------------定时输出

7结构特点每个计数器含控制寄存器16位初值寄存器16位计数寄存器存放控制命令字内部3个计数器均为减法计数器根据计数脉冲的频率及需要定时的时间长度确定计数初值相同端口地址存放计数初值计数初值8外部引线及内部结构三个可独立工作的16位定时/计数器，一个控制寄存器。共占用4个端口地址，4个端口的地址编码：

A1A000CNT001CNT110CNT211控制寄存器引线92.

计数启动方式软件启动硬件启动GATE端为高电平GATE端有一个上升沿由GATE端信号的形式决定103.

工作方式方式0软件启动，不自动重复计数；计数结束输出高电平。方式1硬件启动，不自动重复计数；计数开始输出低电平，结束后又变高。11工作方式方式2软、硬件启动，自动重复计数。计数到最后一个脉冲时输出低电平方式3软、硬件启动，自动重复计数。输出对称方波12工作方式方式4软件启动，不自动重复计数。计数结束输出一个CLK宽度的低电平方式5硬件启动，不自动重复计数波形与方式4相同13工作方式小结需要两个写脉冲第1个写脉冲写入控制字第2个写脉冲写入计数初值不同的工作方式，有不同的计数启动方法。可根据对输出波形的要求，选择不同的工作方式。能输出连续波形的只有方式2和方式3。两条OUT指令144.

控制字用于确定各计数器的工作方式格式155.

8253的应用与系统的连接初始化程序设计写入控制字置计数初值16与系统的连接示意CLKGATEOUTD0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器高位地址外设8253外部时钟门控信号17应用中的注意点每一次启动计数，需有两次写操作：写控制字写计数器初值如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为16位字长，则需两次写入每个计数器的控制命令字均送入控制寄存器各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器及初值寄存器；18初始化程序流程写控制字写计数值低8位写计数值高8位*非必须19初始化程序流程当有两个以上计数器被应用时的初始化程序设计流程：初始化CNT0初始化CNT1初始化CNT2写CNT0控制字写CNT0计数初值20初始化程序流程写入全部计数器控制字写CNT0计数初值写CNT1计数初值写CNT2计数初值原则：先写入控制字后写入计数初值218253应用例一采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H~0123H。输入8253的时钟频率为2MH。要求：CNT0每10ms输出一个CLK周期宽的负脉冲CNT1输出10KHz的连续方波信号CNT2在定时5ms后产生输出高电平画线路连接图，并编写初始化程序.工作的计数器工作方式计数初值启动方式计数脉冲频率228253应用例计算计数初值：CNT0：10ms/0.5us=20000CNT1：2MHz/10KHz=200CNT2：5ms/0.5us=10000确定控制字：

CNT0：方式2，16位计数值CNT1：方式3，低8位计数值CNT2：方式0，16位计数值001101000101011010110000238253应用例CLK0GATE0OUT1D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2248253应用例——初始化程序CNT0：MOVDX，0123HMOVAL，34HOUTDX，ALMOVDX，0120HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，ALCNT1：

……CNT2：……258253应用例二安全检测和报警控制系统。268253应用例二初始状态下，D触发器的Q端输出低电平；系统通过三态门循环读取检测器状态，有异常出现时，检测器输出高电平。此时在D触发器的Q端输出高电平，启动8253计数器的通道0输出100Hz的连续方波信号，使报警灯闪烁，直到有任意键按下时停止；使计数器停止输出方波的方法是在Q端输出低电平。CLK0的输入脉冲为2MHz。要求：设计8253的译码电路；编写8253计数器的初始化程序及实现上述功能的控制程序。27例二解8253地址范围：001111100000～001111100011译码电路：G1G2AG2BCBA&&≥1IOWIORA9A5:A11A10A4A3A2Y028例二解8253计数初值：2MHz/100Hz=200008253工作方式：方式38253初始化程序：MOVDX，3E3HMOVAL，00110110OUTDX，ALMOVDX，3E0HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，AL29例二解——控制程序XORAL，ALMOVDX，3E5HOUTDX，AL

MOVDX，3E4HNEXT：INAL，DXANDAL，01HJZNEXT

MOVDX，3E5H

MOVAL，2OUTDX，ALGOON：MOVAH，1INT16HJZGOON

XORAL，ALOUTDX，ALMOVAH，4CINT21H30三、可编程并行接口825531掌握:主要引线功能及结构3种工作方式及其特点应用:芯片与系统的连接芯片的初始化编程数据输入/输出控制程序设计32并行接口8255的特点：通道型接口含3个独立的8位并行输入/输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力可通过编程，设置各端口工作在某一确定状态下。331.

引线连接系统端的主要引线：D0----D7CSRDWRA0，A1

REAST

A1A000A端口01B端口10C端口11控制寄存器34引线连接外设端的引脚：PA0——PA7PB0——PB7PC0——PC7分别对应A、B、C三个端口358255与系统的连接示意图D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8255A口B口C口D0~D7外设362.

结构A组B组

端口A端口C的高4位端口B端口C的低4位373.

工作方式基本输入/输出方式（方式0）选通工作方式（方式1）双向传送方式（方式2）38方式0：相当于三个独立的8位简单接口各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出C端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口常用于连接简单外设，适于无条件或查询方式39方式0的应用：习惯上：A端口和B端口作为8位数据的输入或输出口C口的某些位作为状态输入注：若使C端口低4位中某一位作为输入口，则低4位中其他位都应作为输入口。同时可设高4位作为输出。408255工作于方式0的连接示意图D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8255PA0|PA7B口PC0D0~D7数据状态数据外设1外设241方式1：利用一组选通控制信号控制A端口和B端口的数据输入输出A口、B口作输入或输出口，C口的部分位用作选通控制信号A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同输入输出42方式1的应用：方式1主要用于中断控制方式下的输入输出C口的8位除用作选通信号外，其余位可工作于方式0下，作为输入或输出口。43方式2：双向输入输出方式可以既作为输入口，又作为输出口。只有A端口可工作在方式2下44方式2的应用：可使A端口作为双向端口所有用于中断控制方式当A口工作于方式2时：B口可工作于方式1此时C口的所有位都用作选通控制信号的输入输出B口也可工作于方式0此时C口的剩余位也可工作于方式0454.

方式控制字及位控制字方式控制字：用于确定3个端口的工作方式及数据传送方向；位控制字仅用于C端口可设置C口某位的初始状态（为高电平或低电平）当其工作于方式0下且作为输出口时，一般需要对作为输出的位设置初始状态（即初始化）465.

8255芯片的应用芯片与系统的连接芯片的初始化相应的控制程序例7-38255应用例：8086CPU通过8255实施监控。8255端口地址为1020H-1023H，启动操作由端口B的PB7控制（高电平有效），端口A输入8个监控点的状态（每个引脚接一个监控点），只要其中任一路出现异常情况（高电平），系统就通过与PC0相连的信号灯报警（高电平灯亮），要求信号灯亮灭3次。要求：设计系统线路图，要求用138译码器设计译码电路；编写8255初始化程序及启动、测试和报警控制程序47地址范围：00010000001000XX48控制程序

MOVDX，1023HMOVAL，1001X000BOUTDX，ALMOVAL，0OUTDX，ALMOVDX，1021HMOVAL，80HOUTDX，ALA：MOVDX，1020HINAL，DXCMPAL，0JZA49

MOVCX，3MOVDX，1022HMOVAL，1B：OUTDX，ALINCALCALLDELAYMOVAL，0LOOPB

JMPA50谢谢大家！51第8章

模拟量的输入输出52主要内容：模拟量输入输出通道的组成D/A转换器的工作原理、连接及编程A/D转换器的工作原理、连接及编程53模拟量的输入输出通道54模拟量I/O通道：模拟接口电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工业生产过程传感器放大滤波多路转换&采样保持A/D转换放大驱动D/A转换输出接口微型计算机执行机构输入接口物理量变换信号处理信号变换I/O接口输入通道输出通道变送器55模拟量的输入通道传感器（Transducer）非电量→电压、电流变送器（Transformer）转换成标准的电信号信号处理（SignalProcessing）放大、整形、滤波多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（SampleHolder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/DConverter）模拟量转换为数字量56模拟量的输出通道D/A变换器（D/AConverter）数字量转换为模拟量低通滤波平滑输出波形放大驱动提供足够的驱动电压，电流57闭环控制系统应用案例水泥厂增湿塔出口温度控制系统58数/模（D/A）变换器59掌握：D/A变换器的工作原理D/A变换器的主要技术指标DAC0832的三种工作模式DAC0832的应用60一、D/A变换器的工作原理组成：模拟开关电阻网络运算放大器VrefRf

模拟开关电阻网络VO数字量∑61基本变换原理当运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：VinRf

VO∑R

62基本变换原理若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：VinRf

VO∑R1Rn…63n=8的权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf

VOS1S2S3S4S5S6S7S864基本变换原理如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为若Si=1,该项对VO有贡献；若Si=0,该项对VO无贡献65基本变换原理如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不同输出电压VO；当代码在0～FFH之间变化时，VO相应地在0～(255/256)Vref之间变化；为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。66实际的D/A转换器

——R-2R梯形电阻网络67二、主要技术指标分辨率（Resolution）输入的二进制数每±1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。分辨率表示方法：可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用一个LSB（LeastSignificantBit）使输出变化的程度来表示。68分辩率例一个满量程为5V的10位D/A变换器，±1LSB的变化所引起输出模拟量的变化为：5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV69转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差影响转换精度的因素：分辩率电源波动温度变化┇70转换时间从开始转换到与满量程值相差±1/2LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2LSBtCVFULL71三、典型D/A转换器DAC0832特点：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出72DAC0832的内部结构73主要引脚功能输入寄存器控制信号：D7～D0：输入数据线ILE：输入锁存允许CS：片选信号WR1：写输入锁存器74主要引脚功能用于DAC寄存器的控制信号：WR2：写DAC寄存器XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器75主要引脚功能其它引线：VREF：参考电压。-10V～+10V，一般为+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出AGND、DGND：模拟地和数字地76工作模式单缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式77单缓冲模式使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。CPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：

MOVDX，PORTMOVAL，DATAOUTDX，AL78单缓冲模式例利用教材图8-12所示线路图输出三角波：端口地址：0278H最大输出值5V，对应数字量：FFH最小输出值0V，对应数字量：00HMOVDX，0278HMOVAL，0NET1：OUTDX，ALINCALCMPAL，0FFHJNZNET1DECALNET2：OUTDX，ALDECALCMPAL，0JNZNET2JMPNET179双缓冲模式（标准模式）对输入寄存器和DAC寄存器均需控制。当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入寄存器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入DAC寄存器，并启动变换。此时芯片占用两个端口地址。优点：数据接收与D/A转换可异步进行；可实现多个DAC同步转换输出。分时写入、同步转换。80工作时序写输入寄存器写DAC寄存器81双缓冲模式同步转换例译码器A10-A00832-10832-2port1port2port382MOVAL，data

MOVDX，port1OUTDX，ALMOVDX，port2OUTDX，ALMOVDX，port3OUTDX，ALHLT双缓冲模式的数据写入程序0832-1的输入寄存器地址0832-2的输入寄存器地址DAC寄存器地址83无缓冲器模式使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。84四、D/A转换器的应用信号发生器

用于闭环控制系统向D/A转换器写入某种按规律变化的数据，即可在输出端获得相应的各种波形85模/数（A/D）转换器86要点：A/D转换器的一般工作原理A/D转换器的主要技术指标A/D转换器的应用与系统的连接数据采集程序的编写87A/D转换器用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的装置，简称ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。88A/D转换器类型计数型A/D转换器

-------速度慢、价格低，适用于慢速系统双积分型A/D转换器

-------分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速系统逐位反馈型A/D转换器

-------转换精度高、速度快、抗干扰性差89一、A/D转换器的工作原理逐位反馈型A/D转换器类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体90二、主要技术指标转换精度量化误差非线性误差其它误差总误差=各误差的均方根91量化间隔一个最低有效位对应的模拟量△=Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为：5V/255=19.6mV92量化误差绝对量化误差绝对量化误差=1/2△相对量化误差相对量化误差=（1/2）х△

х100%例：

设满量程电压=10V，A/D变换器位数=10位，则：绝对量化误差≈10/211=4.88mV相对量化误差≈1/211*100%=0.049%93转换时间实现一次转换需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。94输入动态范围允许转换的电压的范围。如0～5V、0～10V等。95三、典型的A/D转换器芯片ADC0809：8通道（8路）输入8位字长逐位逼近型转换时间100μs内置三态输出缓冲器96主要引脚功能D7～D0：输出数据线（三态）IN0～IN7：8通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址ALE：通道地址锁存START：启动转换EOC：转换结束状态输出OE：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（10KHz～1.2MHz）97内部结构IN7IN08个模拟输入通道STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALE比较器8路模拟开关逐位逼近寄存器SAR树状开关电阻网络三态输出锁存器时序与控制地址锁存及译码D/A8选198工作时序99ADC0809的工作过程由时序图知ADC0809的工作过程如下：送通道地址，以选择要转换的模拟输入；锁存通道地址到内部地址锁存器；启动A/D变换；判断转换是否结束；读转换结果100ADC0809的工作流程送通道地址通道地址锁存启动A/D变换转换结束否？送OE开门信号读取转换结果YN101判断转换结束的方法软件延时等待（比如延时120us）此时不用EOC信号，CPU效率最低软件查询EOC状态。把EOC作为中断申请信号，接到8259的IN端。在中断服务程序中读入转换结果，效率较高102ADC0809的应用芯片与系统的连接通常情况下需要经数字接口与系统连接