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文档简介
漕第8章
输h输出接口
1
主要内容
■基本输入输出接口的特点
-简单接口芯片的应用
-两种可编程数字接口芯片的应用
■工业闭环控制系统概述
■模拟量输入输出接口芯片的功能及应用
2
§8.1箱单数字接口电路
掌握:
■接口电路的分类及特点;
■两类简单接口芯片的应用
3
一、接口电路的基本构成
I/O接口:
4
接口的基本构成
5
接口的基本构成
■数据输入/输出寄存器一暂存输入/输出
的数据
-命令寄存器——存放控制命令,用来设定
接口功能、工作参数和工作方式。
■状态寄存器——保存外设当前状态,以供
CPU读取。
6
外设接口
输入接口并行接口数字接口
输出接口串行接口模拟接口
输入输出接口的特点
输入接口:
-要求对数据具有控制能力(常用三态门实现)
输出接口:
■要求对数据具有锁存能力(常用锁存器实现)
8
二、基本输入接口
三态门接口:高电平、低电平、高阻态
三态门的工作波形:
A0-A15-~〈地址有效〉
欣-----\r~
译码输出-------\/----
D0~D7〈开关状^^
10
74LS244接口
■含8个三态门的集成电路芯片
-不具备数据的保存能力
■在外设具有数据保持能力时用来输入接口
P341图
11
三态门接口应用例
■利用三态门作为输入接口(接口地址380H)
接至U地址范围为70000H——71FFFH的
EEPROM芯片的READY/BUSY端,当三态门
输出高电平时,可向98c64A写入一个字节数
据,输出低电平时则不能写入。试画芯片与系
统的连接图
12
三态门接口应用例
D0~D7DO〜D7
AoAo
A12A12
MEMWWE
MEMROE
高位地A译码CE
址信弓
READYBUSY
DO
IOR
译码
Ao~A12380H13
锁存器接口
■通常由D触发器构成;
■特点:
具有对数据的锁存能力;
不具备对数据的控制能力
14
常用锁存器芯片
■74LS273
8D触发器,不具备数据的控制能力
P343图
■74LS374
含有8个带有三态输出的8D触发器,具
有对数据的控制能力
Ml”
锁存器芯片74LS374
做输出口:做输入口:
Q0
DO〜D7D0~D7
[设
译码器CPQ7译码器►OEQ7
OECP
自外设
16
简单:I/O接口综合应用例
■根据开关状态在7段数码管上显示数字或
符号
-设输出接口的地址为FOH
■设输入接口地址为F1H
■当开关的状态分别为0000〜:1工工工时,
在7段数码管上对应显示。〜F
17
FOH=OOOO000011110000
F1H=0000000011110001
74LS2737406Rx8
a
b
DO〜D7
c
d
译码器
e
IOW#f
g
Dp
A7〜A4《
A15〜A8vo+5V
74LS244K0〜K3
A3DO01IIo-o
A2D1。
A10212/o
D2
AO03135o
D30414o-o
IOR#E1
18
形状7段码符号形状7段码
符号.gfedcba.gfedcba
Li匚।
,(rI_I001111118口01111111
i000001109口01100111
Ti-i
二i4
01011011匚।01110111
2匚|—।
二1।
301001111匚।01111100
I_I1一
4"I01100110'C00111001
L।
5j01101101,D'匚।01011110
L匚
6口01111101Er01111001
一1
7100000111'F'01110001
19
简单1/0接口综合应用例
GO:INAL,OF1H
Seg7DB3FHQ6H,
ANDAL,OFH
5BH,4FH,66H,6DH,
MOVSI,AX
7DH07H7FH67H77H
55555MOVAL,LBX+SI]
7CH39H,5EH79H71H
555OUTOFOH,AL
JMPGO
LEABX,Seg7
MOVAH,0
20
§8.2可编程数字接口芯片
掌握:
-芯片的引线及内部结构
-工作方式及工作时序
・芯片的应用:
r芯片与系统的连接
二芯片的初始化编程
21
一、可编程定时器8253
■16位硬件减法计数器
-含三个独立定时/计数器
■最大计数初值为0
内部结构框图
22
主要引线功能
连接系统端的主要引线:
DO--D7AlAO
CS00CNTO
RD
01CNT1
WR
10CNT2
AO,Al
11控制寄存器
23
主要引线功能
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
24
结构特点
r16位初值寄存器
■计数器
I16位计数寄存器
■控制寄存器一►存放8位控制命令字
■控制逻辑
25
计数启动方式
GATE端为高电平
「软件启动|置入计数初值后的第2个
ICLK脉冲的下降沿启动
rGATE端有一个上升沿
(硬件启动I对应CLK脉冲的下降沿启动
26
工作方式
「软件启动,不自动重复计数。
方式0《装入初值后输出端变低电平,
I计数结束输出高电平
「硬件启动,不自动重复计数
方式工Y装入初值后输出端变高电平,
计数开始输出低电平,结束后又变高
27
工作方式
「软、硬件启动,自动重复计数
方式2\装入初值后输出端变高电平,
I计数到最后一个脉冲时输出低电平
「软、硬件启动,自动重复计数
方式31装入初值后输出端变高电平,
输出对称方波
28
工作方式
「软件启动,不自动重复计数。
方式4V装入初值后输出端变高电平,
I计数结束输出一个CLK宽度的低电平
硬件启动,不自动重复计数
方式5
波形与方式4相同
29
控制字
■用于确定各计数器的工作方式
30
8253的应用
■与系统的连接
-芯片初始化[编
■置计数初值J程
31
与系统的连接示急
8253
D0-D7
外
WRCLK
部
RDGATE电
AlOUT路
AO
译码器CS
32
初始化程序流程
写入顺序:
写控制字
可以计数器为
单位,也可先
写计数值低8位写所有计数器
控制字,再写
入初值
写计数值高8位
▼
33
8253应用例
■采用8253作定时/计数器,其接口地址为
0120H<v0123Ho
-要求计数器。每10ms输出一个CLK脉冲宽的
负脉冲;用计数器工产生工OKHz的连续方波信
号,计数器2在定时5ms后产生输出高电平。
输入8253的时钟频率为2MH。
■画线路连接图,并编写初始化程序。
34
8253应用例
■计算计数初值:
CNTO:10ms/0.5us=20000
CNT1:2MHz/10KHz=200
CNT2:5ms/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
35
8253应用例
+5V
8253
GATEO
DBD0~D7GATE12MHz
GATE2
IOWWR
CLKO
RDCLK14
AlCLK2
AOOUTO
OUT1
CS
OUT2
36
8253应用例初始化程序
CNTO:MOVAL,AH
MOVDX,0123HOUTDX,AL
MOVAL,34H
OUTDX,ALCNT1:
MOVDX,0120H
MOVAX,20000CNT2:
OUTDX,AL
37
二、并行接口8255
特点:
-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。
38
引线
连接系统端的主要引线:
■DO--D7
AlAO
■CS
■RD00A端口
■WR01B端口
■AO,Al10c端口
■REAST11控制寄存器
39
引线
连接外设端的引脚:
■PAOPA7)分别对应
■PBOPB7卜A、B、C
PC7J三个端口
■PCO
40
结构
端口A
A组1
〔端口C的高4位
「端口B
B组\
I端口C的低4位
41
8255与系统的连接示意图
8255
D0-D7
IOW
IOR
A1
A0
42
工作方式
「基本输入/输出方式(方式0)
J选通工作方式(方式1)
j双向传送方式(方式2)
43
[方式0:7
-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)
44
方式0的应用:
■常使A端口和B端口作为8位数据的输入或输
出口,使C口的某些位作状态输入
45
方式工
■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■
F输出
输入
46
方式工的应用
■方式工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
47
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
48
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口可工作于方式工
(此时C口的所有位都用作选通控制信号的
输入输出),也可工作于方式0(此时CD
的剩余位也可工作于方式0)
49
方式控制字及状态字
■利用软件编程确定3个端口工作于何种方
式下;
■C端口可以按位操作。当其工作于方式。下
且作为输出口时,需要对输出线设置初始
状态(即初始化)。
50
方式控制字与状态字格式
■控制字......确定3个端口的工作方式
■状态字......确定C口某一位的初始状态
51
8255芯片的应用
「芯片与系统的连接
Y芯片的初始化
-相应的控制程序
52
8255应用例2:
-利用8255实现开关检测和继电器控制电路;
-当开关K闭合时,使8个继电器通电动作;
■系统每隔100ms检测一次开关状态,实现相
应的控制;
■初始状态下继电器都不动作。
53
题目分析
■采用中断控制方式(每100ms中断一次)
■使8255的A端口和B端口均工作于方式0
-8253计数器0和计数器工均工作于方式3,利用OUTO
的输出作为计数器工的时钟信号,使OUTO输出频率为
2KHz,OUT1输出频率为10Hz。用OUT工信号作为
中断源。
■8253两个计数器的计数初值分别为:
CNTO:2MHz/2KHz=1000
CNT1:100ms/0.5ms=200
54
继电器x8
8255
Q
D0-D7DBPAO
■
■
IOR#RD
PA7
IOW#WR
Al-AAlPBO
AOAO
384H~387HCSPB7
OUT1aINTR(每秒10次)
Al
OUTO
AO
CLK1
388H~38BHCS
CLK0<2MHz时钟脉冲
825355
8255的初始化程序
MOVDX,387H
MOVAL,82H;10000010
OUTDX,AL
XORAL,AL;所有继电器均断电
MOVDX,384H
OUTDX,AL
56
8253的初始化程序
初始化命令字:置计数初值:
MOVDX,38BHMOVDX,388H
MOVAX,2000
MOVAL,36H
OUTDX,AL
OUTDX,AL
MOVAL,AH
MOVAL,56H
OUTDX,AL
OUTDX,AL
MOVDX,389H
MOVAL,200
OUTDX,AL
57
8255的中断服务程序
(主程序及中断初始化部分略)
■■■■■■
MOVDX,385H;PB口输入开关状态
WAITO:INAL,DX
ANDAL,1;K闭合否?
JNZWAITO
MOVDX,384H;PA口控制继电器
MOVAL,OFFH;所有继电器动作
OUTDX,AL
■■■■■■
58
数字接口电路部分作业:
■8.1
■8.3
■8.5
■8.7
■8.10
■8.11*
59
§8.3模拟量输入输出接口
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
60
一、模拟量输入输出通道7
-模拟量的输入通道:
将工业现场的模拟信号或非电的物理信号转换为
计算机的标准输入信号——数据采集
■模拟量的输出通道
将计算机输出的数字信号转换为模拟量以驱动生
产现场的执行器件一过程控制
61
模拟量I/O通道的组成:
输入通道
传
感放大多路转换A/D输入10101100微
器滤波转换接口--------->
'也采样保持
型
上
il
物理量1:信号!:信号I/O
产变换::处理::变换
接口算
!,输出通道
过
机
执行f\J放大:IO/A输出00101101
程机构9r驱动9L转换接口
模拟电路的任务模拟接口电路的任务
62
模拟量I/O接口
J
模拟量输入模拟量输出
(数据采集)(过程控制)
63
二、数/模(D/A)变换器
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
64
1.D/A变换器的基本构成
(模拟开关
<电阻网络<权电阻网络
R・2R梯形电阻网络
<运算放大器
Rf
数字量
65
2.基本变换原理
■运放的放大倍数足够大时,输出电压V。与输入
电压Vm的关系为:
*
R
66
基本变换原理
■若输入端有n个支路,则输出电压V。与输入电
压M的关系为:
67
基本变换原理
■令每个支路的输入电阻为》R,并令基准电压
Vref=(Rf/RPVP则有
〃1〃1
von=f乙y----a--vref=-y-vref
i=1NHfi=1N
68
基本变换原理
■如果每个支路由一个开关Si控制,Sj=l
表示Si合上,Si=O表示与断开,则上式
变换为
n1
V0=TTS/Vre/
i=12
若Si=1,该项对V。有贡献;若Sj=O,该项对V。无贡献
69
权电阻网络:
这里,上式中的11=8
70
基本变换原理
■如果用8位二进制代码来控制图中的S]
(Dj=:l时与闭合;5=0时导断开),则不同的二进制
代码就对应不同输出电压V0;
■当代码在。〜FFH之间变化时,V。相应地在。〜
■(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)。
71
3.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。
-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使输出变化的程度来
表o
■LSBLeastSignificantBit
72
分辩率
■一个满量程为5V的10位D/A变换器,土工
LSB的变化将使输出变化
5/(210-1)=5/1023
=0.04888V
=48.88mV
73
转换精度(误差)
实际输出值与理论值之间的最大偏差
-可用最小量化阶,来度量:
/二±1/2LSB
-也可用满量程的百分比来度量:
如0.05%FSR
(FSR-FullScaleRange)
74
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。
1/2LSB
4.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
76
DAC0832的内部结构:
8位
8位8位・'REF
入
输L#IoUT2
存DACD/A
—寄
数据寄存转换
D713-16二।•loUTl
器器r
LE1LE2Rib।|•Rfb
CS1•AGND(模拟地)
WRi
丽18
XFER~
DAC0832框图
77
主要引线功能
DAC0832
输入寄存器控制信号:
CS—12()—Vcc
WRi一:ILE
919
■D7〜DO:输入数据线AGND一
318UWR2
D3一UxFER
输入锁存允许117
-ILE:D2:
516—Di
-CS:片选信号Di—615—D5
UDG
■WRi:写输入锁存器Do—/11
VREE-813—D7
Rrb—912--L0UT2
DGND.
1()11—LOUTI
78
主要引线功能
用于DAC寄存器的控制信号:
■瓯:写DAC寄存器
-XFER:允许输入锁存器的数据传送到DAC
寄存器
79
主要引线功能
其它引线:
■VREF:参考电压。
-10V-+10V,一般为+5V或+10V
■IQUTI>IQUT2*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
80
工作时序
Do—D7X
CS
写输入
寄存器”
WR!\/
ILE
写
DACWR2
寄存器
XFER
(模拟输出电流变化)
81
工作模式
■单缓冲模式
-双缓冲模式
・无缓冲模式
82
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,PORT
MOVAL,DATA
OUTDX,AL
83
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
-特点:分时写入、同步转换
84
双缓冲模式同步转换例
4W
MOVAL,data
MOVDX,portl―►0832T的输入寄存器地址
OUTDX,AL
MOVDX,port2—►0832-2的输入寄存器地址
OUTDX,AL
MOVDX,port3―►DAC寄存器地址
OUTDX,AL
HLT
86
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)。
87
5.D/A转换器的应用
「向D/A转换器写入某种按规
「信号发生器Y律变化的数据,即可在输出
〔端获得相应的各种波形
I用于闭环控制系统
88
三、模/数(A/D)转换器
主要内容:
-A/D转换器的一般工作原理;
■A/D转换器的主要技术指标;
「与系统的连接
'A/D转换器的应用数据采集程序的编写
89
1.A/D转换器用途
■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。
90
2.A/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
91
J逐位反馈型A/D转换器
原理:类似天平称重量时的尝试法,逐步用祛码的累积重量去逼近被称物
92
3.主要技术指标
■转换精度
「量化误差
影响精度的误差I非线性误差
[其它误差
■总误差二各误差的均方根
量化间隔
■一个最低有效位对应的模拟量,即
△=Vmax/
■例:某8位ADC的满量程电压为5V,则其分
辨率为:
5V/255=19.6mV
94
量化误差
・绝对量化误差=1/2△
■相对量化误差二(1/2)x1LSBx100%
95
量化误差
■例:
设满量程电压=:LOV,
A/D变换器位数=10位,贝IJ:
绝对量化误差a10/211=4.88mV
相对量化误差«1/211*100%=0.049%
96
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。
97
输入动态范围
■允许转换的电压的范围
如。〜5V、0〜10V等。
4.ADC0809
■8通道(8路)输入
■8位字长
■逐位逼近型
■转换时间lOOps
・内置三态输出缓冲器
99
主要引脚功能
-D7〜DO: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(1OKHZ〜L2MHz)
100
内部结构:
8
个
模
拟
输
入
通
道
VREF(+)VREF(-)
101
工作时序
ADDA—ADDC
地址启动
锁存
ALE/START
EOC
转换时间
0E
DO—D7
ADC0809工作过程
-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
103
ADC0809的应用
■芯片与系统的连接
■编写相应的数据采集程序
104
芯片与系统的连接
模拟输入端工此:
ADC0809
输
入0
输
入1
入
输2
入
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