第8章-接口3-16教材

2024/3/2118.4串行通讯和串行接口2024/3/212概述串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式。优势：线路少，成本低，适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送。PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送。2024/3/213串行通讯的基本概念传输制式全双工半双工单工站A站B站A站B站A站B2024/3/214异步通信与同步通讯串行通信异步通讯同步通讯2024/3/215异步通讯ASYNC异步通信——字符按帧传送，靠起始位同步，两帧间间隔不定，但每两相邻位的间隔固定。串行异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止式异步通信协议。2024/3/216异步通讯ASYNC字符格式(帧格式)起始位、编码格式、奇偶校验、停止位如用ASCII码起始位 1位字符编码 7位奇偶校验 1位停止位 1位2024/3/217起止式异步通信协议起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…2024/3/218起止式异步通信协议起始位——每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平数据位——数据位紧跟着起始位传送。由5～8个二进制位组成，低位先传送校验位——用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位停止位——表示该字符传送结束。停止位采用逻辑1电平，可选择1、1.5或2位空闲位——传送字符之间的逻辑1电平，表示没有进行传送2024/3/219波特率(Baudrate)数据传输速率每秒传输的二进制位数，位/秒(bit/s)，bps字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数【例】数据传送速率为120字符/秒，每个字符(帧)包括10个位，则传送的波特率为：10×120=1200位/秒=1200bps

则每一位传送的时间：Td=1/1200=0.833ms2024/3/2110同步通信以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束。在串行数据线上，往往保持连续字符，即使没有数据，也要发送专用字符（或同步符）。数据传输效率和速率较高，硬件电路较复杂。串行同步通信主要应用在网络当中。~~~~同步字符数据数据数据校验字符2024/3/2111异步与同步比较：异步通讯：速度慢发/收端时钟允许误差（允许范围）波特率相同同步通讯：速度快发/收端时钟完全同步。2024/3/2112信号的调制与解调(MODEM)调制（Modulating）数字信号→模拟信号解调（Demodulating）模拟信号→数字信号调制解调器MODEM具有调制和解调功能的器件合制在一个装置调制方法：FSK—移频键控式：把数字信号的“1”和“0”调制成不同频率的模拟信号。2024/3/2113调制与解调2024/3/2114串行接口标准RS-232-C制定者：美国电子工业协会（EIA）。1962年公布，1969年修订。目的：用于连接调制解调器应用：现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口。2024/3/2115串行接口标准RS-232-C机械特性：插头和插座的尺寸、插脚数、引脚信号分配、插针与插孔的尺寸等的规定。电气信号的特性：逻辑电平、最高数据传输率、发送和接收电路的特性等的规定。2024/3/2116RS-232C的引脚定义使用一个25针的D型连接器。信号线：22根。绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针D型连接器。主要有三条线：收、发、地。传输速率：可达20KB/S，最大距离：15m。2024/3/2117RS-232C的连接连接调制解调器，用于实现通过电话线路的远距离通信。直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（NullModem）连接。2024/3/2118普通的3线通信方式微机1TxDRxDGND微机2TxDRxD2024/3/2119RS-232C的电气特性232C接口采用EIA电平逻辑0电平“0”：＋5V～＋15V逻辑1电平“1”：－5V～－15V实际常用±12V或±15V标准TTL电平高电平：＋2.4V～＋5V低电平：0V～0.4V2024/3/2120串行通讯的实现串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换，并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块）。这些工作可由软件实现，也可用硬件实现。通用异步接收发送器UART是串行异步通信的接口电路芯片。2024/3/2121UART—通用异步收/发器主要功能：1)自动识别/生成起始位，停止位。2)串/并转换3)奇偶校验、帧错—不符合规定、溢出—数据丢失等检测。IBMPC/XT机的UART芯片是INS82502024/3/21228.5 模拟通道接口模拟通道接口： 数/模（D/A）转换器 模/数（A/D）2024/3/2123模拟量与数字量模拟量——连续变化的物理量数字量——时间和数值上都离散的量2024/3/2124模拟输入输出系统传感器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）

放大器把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比多路开关把多个现场信号分时地接通到A/D转换器采样保持器周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持不变2024/3/21258.5.2D/A转换器工作原理D/A转换器：电阻网络通过数字量控制内部网络开关2024/3/2126D/A转换器的原理图（1）2024/3/2127D/A转换器的原理图（4）Vout＝－（D/2n）×VREF2024/3/2128DAC主要性能指标分辨率：能分辨的最小模拟量的能力。取决于数字量的位数。【例】8位DAC的分辨率：。若输出电压范围0~10V，能分辨的最小模拟信号：1/255×10V=39.2mV。转换误差：DA转换器实际达到的转换精度建立时间：数字量输入有满刻度变化时，其输出模拟信号达到满刻度值1/2LSB所需时间。2024/3/2129典型芯片DAC0832DAC0832是典型的8位电流输出型通用DAC芯片。性能指标：8位D/A芯片（即分辨率8位）。建立时间：1μs。电流型输出：必须外接运放，才能得到模拟电压输出。单电源：+5V~+15V基准电压范围：-15V~+15V2024/3/2130内部结构和引脚LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER2024/3/2131数字输入引脚8位数字输入端：D7~D0输入寄存器（第1级锁存）的控制端ILE、CS、WR1DAC寄存器（第2级锁存）的控制端XFER、WR22024/3/2132模拟部分引脚Iout1、Iout2——电流输出端

一般Iout1+Iout2=常数Rfb——反馈电阻引出端（电阻在芯片内）VREF——参考电压输入端（-15V～+15V）AGND——模拟信号地VCC——电源电压输入端（＋5V～＋15V）DGND——数字信号地2024/3/2133DAC0832的工作方式DAC有三种工作方式：双缓冲单缓冲直通2024/3/2134（1）双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓冲）状态能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据D0~D7来自数据总线适用于：多路D/A同时输出的情形DAC0832输入寄存器D0～D7D/A转换器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/2135（1）双缓冲方式2024/3/2136（2）单缓冲方式LE1＝’0’，或者LE2＝’0’两个寄存器之一始终处于直通状态另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）适用于：只有一路模拟量输出几路模拟量非同步输出的情形DAC0832输入寄存器D0～D7D/A转换器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/21372024/3/2138（3）直通方式LE1＝LE2＝‘0’，即两个锁存器都常通。输入的数字数据直接进入D/A转换器。必须：Din前有“锁存”性单元。DAC0832输入寄存器D0～D7D/A转换器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/2139DAC0832的应用：输出方式单极性电压输出RfbIout2Iout1Vo+_AGNDADIVREFVo＝－Iout1×Rfb

＝－（D/28）×VREF2024/3/2140单极性输出(粗略计算)Vo：0~-VREF

D7~D0 Vo 00H 0 80H 2.5V FFH 5V2024/3/2141单极性电压输出举例（原理性计算）Vo=-（D/2n）*VREF。

设VREF＝－5V。

D＝FFH＝255时，最大输出电压：

Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H时，最小输出电压：

Vmin＝（0/256）×5V＝0V D＝01H时，一个最低有效位(LSB)电压： （1/256）×5V＝0.02V2024/3/2142双极性电压输出RfbIout2Iout1Vout1AGNDDIVREF+_A1+_A2Vout2R1(R)R2(2R)R3(2R)2024/3/2143双极性输出Vout2=-VREF~+VREF

D7~D0 Vout1 Vout2 00H 0 -5V 80H -2.5V 0 FFH -5V 5V2024/3/2144应用举例【例】

有一个8位D/A转换器，输出电压范围0~10V。问：若要输出电压为1V，应提供怎样的数字量？

【例】①锯齿波输出，怎么设计？

2024/3/2145输出正向锯齿波2024/3/2146MOVDX,200HMOVAL,0START:OUTDX,ALINCALJMPSTART2024/3/2147应用举例例4②

正向锯齿波，从2v到7v变化

例5③输出方波例6④输出三角波思考题：如何输出正弦波?2024/3/21488.5.3A/D转换器2024/3/2149A/D转换的基本方法和特点存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合4种常用的转换技术逐次逼近式双积分式计数器式电压频率转换2024/3/2150逐次逼近法组成：D/A＋比较器＋逐次逼近寄存器基本原理：从最高位开始逐位试探，将输入Vin与“推测”信号比较，以决定是增大还是减小推测信号V0，以便逼近模拟输入Vin。优点：速度快、精度高（最常用）。缺点：抗干扰能力不强2024/3/2151逐次逼近法转换原理有效“砝码的总重量”逐渐逼近“重物重量”2024/3/2152逐次逼近法从最高位开始的逐位试探法2024/3/2153ADC主要性能指标①分辨率又称量化误差。指A/D转换器所能分辨的最小量化信号能力。通常用A/D转换器的位数来表示。8位A/D分辨率=1/(2n-1)，对模拟信号的分辨能力：5V/(2８-1)=19.5mV。②转换时间。完成一次A/D转换所需时间。转换率=1/转换时间。③转换精度：实际输出范围与理论输出范围接近的程度。2024/3/2154典型芯片ADC0809具有A/D转换的基本功能CMOS工艺制作；8位逐次逼近式ADC；转换时间为100s。包含扩展部件多路开关；三态锁存缓冲器。2024/3/2155ADC0809的内部结构图2024/3/2156ADC0809的模拟输入提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑IN0～IN7：8个模拟电压输入端ADDA、ADDB、ADDC：3个地址输入线ALE：地址锁存允许信号ALE的上升沿用于锁存3条地址线信息，然后由译码器从8个模拟输入中选择一个模拟输入端进行A/D转换2024/3/2157ADC0809的控制信号输入START：该信号的下降沿启动模数转换OE：该信号高电平输入时，将转换结果(数字量)送到D7~D0上。2024/3/2158ADC0809状态信号的输出EOC：表示转换是否结束EOC＝0：转换没有结束EOC＝1：转换已经结束该输出状态供查询或触发中断用2024/3/2159ADC0809的数字输出ADC0809内部锁存转换后的数字量具有三态数字量输出端D0～D7配合输出允许信号OE当输出允许信号OE为高电平有效时，将三态锁存缓冲器的数字量从D0～D7输出2024/3/2160ADC0809的转换时序转换启动信号转换结束信号2024/3/2161ADC0809的转换公式输入模拟电压输出数字量基准电压正极基准电压负极2024/3/2162ADC芯片与主机的连接ADC芯片相当于“输入设备”。需要构造端口地址需要对数据进行缓冲主机控制转换的启动。主机应该获知转换是否结束，并进行数据输入等处理。2024/3/2163通道选择通道号来自数据总线将通道号A、B、C接至D0、D1、D2通道号来自地址总线将通道号A、B、C接至A0、A1、A22024/3/2164通道选择——来自数据总线2024/3/2165MOV DX，200H；200H～203H均可

MOV AL，XXXX