《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)》 輸入輸出接口與控制

1、第 9 章 輸入輸出接口與控制 本章全面、系統(tǒng)的介紹了微機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出接口及其技術(shù)。首先，從宏觀和理論的角度，系統(tǒng)說明了輸入輸出接口在微機(jī)系統(tǒng)中的角色和地位，接口的基本功能、CPU和接口的數(shù)據(jù)傳輸方式等技術(shù)基礎(chǔ)。通過對可編程中斷控制器 82C59A和并行接口82C55這兩個(gè)芯片介紹，描述了實(shí)際的輸入輸出控制。 介紹了兩個(gè)實(shí)際的串行接口，并將目前常用的串行數(shù)據(jù)的傳送方式、串行接口標(biāo)準(zhǔn)等知識給于描述。然后，將被廣泛應(yīng)用的SCSI接口以及所采用的技術(shù)進(jìn)行了描述，知識新而實(shí)用。最后以實(shí)例介紹了常用的數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器和模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器及其所采用的技術(shù)。 91 接口技術(shù)基礎(chǔ) 接口電路又稱為I/O接口。I

2、/O接口就是為了解決CPU與外設(shè)之間信息的交換問題，I/O接口是CPU與外設(shè)之間傳輸信息的部件，每個(gè)外設(shè)都通過I/O接口與CPU相連。如下圖。CPUI/O接口外設(shè)911 接口的基本功能 I/O接口應(yīng)具有以下主要功能： 1。信號轉(zhuǎn)換。 2。數(shù)據(jù)緩沖。 3。地址譯碼和設(shè)備選擇邏輯。 4。CPU與外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)所需的控制邏輯和狀態(tài)信號。 5。校驗(yàn)和檢查。接口上的信息交換 通常，輸入/輸出設(shè)備接收或發(fā)送信息的速度與CPU的操作速度相比相差甚遠(yuǎn)。所以對輸入/輸出設(shè)備的控制可以采用信號交換或查詢的方法。圖所示為輸入/輸出接口的邏輯原理框圖?？刂茢?shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)CPU外圍設(shè)備 數(shù)據(jù)端口 狀態(tài)端口 控制端口 地

3、址總線控制總線狀態(tài)輸入/輸出接口電路接口部件的I/O端口及其編址方式 1. I/O端口 在輸入輸出接口中，可以通過CPU進(jìn)行讀/寫的寄存器又叫端口。存放數(shù)據(jù)的叫數(shù)據(jù)端口。存放外設(shè)狀態(tài)信息的寄存器叫狀態(tài)端口， 2. I/O端口的編址方式 每個(gè)端口都有一個(gè)端口地址，端口地址的編址方式有兩種：統(tǒng)一編址方式和獨(dú)立編址方式。 統(tǒng)一編址方式是把每一個(gè)I/O端口地址看成是一個(gè)存儲器單元地址。 獨(dú)立編址方式 CPU和接口的數(shù)據(jù)傳輸方式 CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有： 程序控制方式、 中斷控制方式、 直接存儲器存取DMA方式 通道控制方式。程序控制方式 程序控制方式數(shù)據(jù)傳輸是指在程序控制下進(jìn)行信息傳送，

4、程序控制方式又分為無條件傳輸方式和查詢工作方式。 1.無條件傳輸方式 所謂無條件傳輸是指CPU不用查詢外設(shè)的狀態(tài)而直接進(jìn)行信息傳輸。 2.查詢傳輸方式 查詢傳輸方式也叫有條件傳輸方式。因?yàn)镃PU與外設(shè)的工作是異步的，不能保證CPU執(zhí)行輸入操作時(shí)，外設(shè)已經(jīng)處于“準(zhǔn)備好狀態(tài)，而CPU執(zhí)行輸出操作時(shí)，外設(shè)已處于“空閑狀態(tài)。中斷傳輸方式 所謂中斷是CPU在執(zhí)行程序的過程中，由于某種外部或內(nèi)部事件的發(fā)生，強(qiáng)迫CPU停止當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為該事件服務(wù)的特殊程序，在對該事件服務(wù)結(jié)束后，再自動返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷過程如下圖。DMA傳輸方式 與條件查詢方式比起來，利用中斷方式傳送數(shù)據(jù)可以大

5、大提高CPU的效率。但是在中斷方式下每進(jìn)行一次傳送數(shù)據(jù)，都必須通過CPU執(zhí)行一次中斷處理程序，而且每次中斷CPU都要保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場，執(zhí)行完中斷程序后，都要恢復(fù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場等，這都要花費(fèi)CPU大量的時(shí)間。這對于一個(gè)傳輸速度較高、數(shù)據(jù)傳輸來較大的I/O設(shè)備如硬盤來說，就顯得速度太慢了。為了解決這個(gè)問題，就需要改變數(shù)據(jù)的傳輸方式，這就是不僅可以按字節(jié)而且可以按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸，即直接存儲器存取方式 ( Direct Memory Access)，簡稱DMA方式。I/O通道控制方式 對于有大量I/O設(shè)備的微機(jī)系統(tǒng)，采用通道技術(shù)是一種更理想方法。通道是一個(gè)用來控制外設(shè)工作的硬件機(jī)制，通道是獨(dú)立于CPU的專門

6、負(fù)責(zé)輸入輸出工作的處理機(jī),它具有自己的指令，包括讀、寫、控制、轉(zhuǎn)移、結(jié)束和空操作等指令。它對外設(shè)統(tǒng)一管理，代替CPU對輸入輸出操作進(jìn)行控制9.2 輸入輸出控制 在微機(jī)系統(tǒng)中，外圍設(shè)備越來越多，其功能也越來越強(qiáng)，控制起來也就更加復(fù)雜，輸入/輸出控制技術(shù)通常也就采用硬件技術(shù)與軟件相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)，所以，輸入/輸出控制技術(shù)是硬件和軟件結(jié)合在一起的一項(xiàng)綜合技術(shù)。1. 可編程中斷控制器 82C59A芯片 82C59A是為簡化微機(jī)系統(tǒng)中斷接口而設(shè)計(jì)的LSI外圍芯片。通常把該電路稱為可編程中斷控制器PIC，它是一種高性能的CHMOS優(yōu)先權(quán)中斷控制器。經(jīng)級聯(lián)可接受8至64個(gè)中斷輸入，可實(shí)現(xiàn)多種優(yōu)先權(quán)策略。

7、82C59AVccGND處理機(jī)接口D0D7RDWDCSA0INTINTA級聯(lián)接口CAS0CAS2SP/EN中斷輸入IR0IR7可編程中斷控制器82C59A 的引線信號示意圖 82C59A的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu) 82C59A內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)是由八個(gè)功能部件構(gòu)成，它們分別是： 數(shù)據(jù)總線緩沖器 讀/寫邏輯 控制邏輯 中斷服務(wù)寄存器ISR 中斷請求寄存器IRR 優(yōu)先級仲裁器 中斷屏蔽寄存器IMR 以及級聯(lián)緩沖器/比較器 數(shù)據(jù) 總線緩沖器 控制邏輯讀/寫邏輯 級聯(lián)緩沖器/比較器 中斷屏蔽寄存器（IMR） 中斷 服務(wù) 寄存器 ISR 中斷 優(yōu)先級 仲裁器PR 中斷 請求 寄存器 IRRIR2IR1IR3IR5IR4I

8、R7IR6IR0A0CSCAS0CAS1CAS2SP/ ENRDWRINTAINTD7D0內(nèi)部總線82C59A內(nèi)部體系結(jié)構(gòu) 1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器與讀/寫邏輯 這兩個(gè)部件均允許微處理器訪問內(nèi)部寄存器，且還提供中斷類型號，以及到達(dá)微處理器的路徑。 2. 終端控制邏輯 1中斷請求寄存器IRR 2中斷屏蔽寄存器IMR 3優(yōu)先級仲裁器PR 4) 中斷服務(wù)寄存器ISR 3. 級聯(lián)緩沖器/比較器 級聯(lián)緩沖器/比較器提供主控設(shè)備芯片與從屬設(shè)備芯片82C59A之間的接口。 82C59A的中斷程序設(shè)計(jì) 82C59A的工作方式由軟件程序所決定。有兩組寄存器，一組寄存器用于存放CPU寫入的初始化命令字ICW1 ICW

9、4，另一組寄存器存放操作命令字OCW1OCW3。1. 初始化命令字 初始化編程時(shí)，可供寫入的命令字有ICW1 ICW4。1ICW1 ICW1的格式和各位功能如圖示。 1：需要ICW40：不需ICW41：單片方式0：級聯(lián)方式1：調(diào)用間隔為40：調(diào)用間隔為81：電平觸發(fā)輸入0：邊沿觸發(fā)輸入中斷向量地址的A7A5（MCS80/85）0=不需ICW4D0D2D1D3D4D5D6D7標(biāo)志位：1A7A5A61ADILTIMSNGLIC42. 操作命令字 控制82C59A操作的操作命令字有三個(gè)：OCW1OCW3。這些命令允許中斷啟動后進(jìn)一步修改中斷接口操作。 1) OCW1 OCW1為中斷屏蔽字，寫入到斷屏

10、蔽寄存器IMR中，對外部中斷請求信號IRi進(jìn)行屏蔽。OCW1的格式如下圖。 D0D2D1D3D4D5D6D7M7M5M6M4M2M3M0M13. 82C59A的程序設(shè)計(jì) 82C59A的初始化編程要寫入命令字ICW1ICW4，ICW1ICW4使用了兩個(gè)端口：ICW1使用A0=0的端口，ICW2ICW4使用A0=1的端口。初始化程序應(yīng)該按系統(tǒng)規(guī)定的順序?qū)懭耄葘慖CW1，再寫ICW2ICW4。 圖的流程圖描述了用ICW命令初始化82C59A時(shí)所發(fā)生的事件序列。 ICW1 ICW2級聯(lián)方式中SNGL=0? ICW3需ICW4 ICW4 準(zhǔn)備接受 中斷請求否(SNGL=1)是(SNGL=0)是 (IC

11、4=1)否 (IC4=0) 并行接口82C55芯片 可編程控制的并行I/O外設(shè)接口，Intel 82C55A芯片是一個(gè)流行的、成本低且與Intel系列32位微處理器一起使用的通用I/O接口。 182C55A體系結(jié)構(gòu) 以下圖為82C55A的內(nèi)部邏輯框圖，它由以下幾個(gè)部分組成。 1數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩沖器是個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，它是82C55A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。 2讀寫控制邏輯 讀寫控制邏輯接收來自CPU的地址總線抵制和控制信號 3A組控制電路和B組控制電路 A組控制電路控制端口A和端口C的上半部PC7PC4，B組控制電路控制端口B和端口C的下半部PC3PC0。 4數(shù)據(jù)端口 82C55A

12、有三個(gè)8位的數(shù)據(jù)端口A、B、C，都可以選擇作為輸入和輸出，各端口的功能不同。 A組控制電路B組控制電路A組端口C高4位數(shù)據(jù)總線緩沖器 讀寫 控制 邏輯B組端口C低4位A組端口A8位B組端口B8位D7D0RDWRA1A0RESETCSI/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB08位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線82C55A的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)3. 82C55A控制字及其工作方式 82C55A可以通過控制字設(shè)置它的工作方式。82C55A有方式選擇控制字和C端按位置1/置0控制字。182C55A控制字 圖是方式選擇控制字各位的功能。方式字特征值恒為1端口C(低4位)1：輸入0：輸出端口B(4位)

13、1：輸入0：輸出方式選擇1：方式10：方式2端口C(高4位)1：輸入0：輸出端口B(4位)1：輸入0：輸出方式選擇00：方式001：方式10 x：方式2 D7D5D6D4D2D3D0D182C55A的工作方式 從方式控制字可以看出B口有方式0和方式1兩種工作方式，而A口有方式0、方式1和方式2三種工作方式。 1.方式0 方式0也稱為基本輸入/輸出工作方式。 2.方式1 方式1也稱為選通輸入輸出方式。 3.方式2 為選通式雙向傳輸方式。 93 串行接口 串行I/O接口是廣泛應(yīng)用于微系統(tǒng)的一種通用接口。所謂串行接口，就是將要傳送的數(shù)據(jù)以逐位傳送的方式進(jìn)行操作。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送操作時(shí)，先將并行的字節(jié)

14、信息轉(zhuǎn)換成串行的位，并且逐位的進(jìn)行發(fā)送操作。而接收設(shè)備在進(jìn)行接收操作時(shí)，再將逐位收到的數(shù)據(jù)拼裝成字節(jié)。串行數(shù)據(jù)的傳送方式 在串行通信中，通常是在兩個(gè)像CPU、終端設(shè)備設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送操作。將串行數(shù)據(jù)的傳送方式分成單工、半雙工和全雙工三種基本的傳送方式。 單工傳送方式 所謂單工傳送方式就是數(shù)據(jù)只能從甲方單方向地傳送到乙方或者相反。比如像CPU與打印機(jī)的通信線路就僅需支持一個(gè)方向上的通信。甲乙方只需一方設(shè)置一個(gè)發(fā)送器，而另一方設(shè)置一個(gè)接收器即可實(shí)現(xiàn)通信，如下圖。甲方發(fā)送器 乙 方 接收器發(fā)送線半雙工傳送方式 這種傳送方式，只設(shè)一條通信線路，數(shù)據(jù)既可以從甲方傳送到乙方，又可以從已方傳送到甲方。

15、由于只有一條通信線路，就不能同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送操作，只能分時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送操作的情況下。半雙工方式要求甲、乙雙方要分別設(shè)置一套發(fā)送器和接收器，如下圖。甲方發(fā)送器 乙 方發(fā)送/ 接收線接收器發(fā)送器接收器全雙工傳送方式 全雙工傳送方式可以使甲、乙雙方既可以同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以同時(shí)接收數(shù)據(jù)，這就要求甲、乙雙方要分別設(shè)置一套發(fā)送器和接收器，并需要兩條獨(dú)立的通信線路，如下圖。 甲 方 發(fā)送器 乙 方發(fā)送線 接收器 發(fā)送器 接收器接收線 串行接口標(biāo)準(zhǔn) 欲在一個(gè)CPU系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施串行通信，有兩個(gè)問題需要解決；一是在CPU與外備之間要共同遵守某種約定，也就是要共同遵守物理接口標(biāo)準(zhǔn)，像電纜的機(jī)械特性、電氣

16、特性、信號功能以及傳送過程的定義等。二是按照接口標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置CPU與外設(shè)之間進(jìn)行串行通信的接口電路。串行通信按信息格式分為兩種通信方式：同步通信和異步通信。1同步數(shù)據(jù)通信 所謂同步通信，是指通信設(shè)備雙方的發(fā)送器和接收器必須同步地運(yùn)行。因此，圖所示的接口中，除包括有發(fā)送數(shù)據(jù)線，接收數(shù)據(jù)線以及信號地線外，還有一條時(shí)鐘信號線，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收就是用這個(gè)時(shí)鐘信號來進(jìn)行同步的。 系統(tǒng)1 系統(tǒng)2接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號地2異步數(shù)據(jù)通信 異步通信方式那么不需要時(shí)鐘信號，如下圖。最簡單的異步通信接口形式也應(yīng)包括接收數(shù)據(jù)線、發(fā)送數(shù)據(jù)線及信號地。在異步通信數(shù)據(jù)流中，每個(gè)字符出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中的時(shí)間是不確定的，接受方并不

17、知道對方何時(shí)發(fā)送，也就是說字符和字符之間是異步的。 系統(tǒng)1 系統(tǒng)2接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)信號地 RS-232C接口 RS-232C接口是美國EIAElectronic Industries Association)，與BELL公司等一起開發(fā)的一個(gè)串行接口標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于數(shù)據(jù)傳輸速率在020 000 b/s范圍內(nèi)的通信。 RS-232C總線的主要特點(diǎn) 1信號線少 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)由25個(gè)管腳引線組成的接口。 2可供選擇的傳輸速率多 RS-232C規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率有50、75、110、300、 60、1200、2400、4800、9600、19200bps， 可適用 于不同速率的設(shè)備。

18、3抗干擾能力強(qiáng) RS-232C采用負(fù)邏輯，以+5+15V之間任意電壓 表示邏輯“0，以-5-15V之間任意電壓表示邏輯“1， 因而抗干擾能力強(qiáng)。4最大傳送距離 RS-232C接口的最大距離為100英尺1英尺。 2. RS-232C接口信號 RS-232C接口共有25根信號線，使用“D型連接器。RS-232C最基本的最常用的信號規(guī)定如下圖。25141311 保護(hù)地 12 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 23 接收數(shù)據(jù) RXD 34 請 求發(fā)送 RTS 45 允許發(fā)送 CTS 56 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR 6 2 0數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR 207 載波檢測CD 78 信號地 8 通用可編程串行接口16550 當(dāng)微機(jī)

19、進(jìn)行串行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行串行到并行和并行到串行的轉(zhuǎn)換。通用異步接收發(fā)送器 UART就是串行異步通信的接口電路芯片。16550就是由美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的支持串行異步通信的可編程的接收發(fā)送器接口芯片。 1. 16550的主要特性 1芯片內(nèi)部包含發(fā)送器和接收器，可實(shí)現(xiàn)全雙工通信。 2支持異步通信。 3數(shù)據(jù)傳輸率可在50115200BPS范圍內(nèi)選擇。 4具有控制Modem功能和完整的狀態(tài)報(bào)告功能。2. 16550的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)發(fā)送器 數(shù)據(jù)發(fā)送器由數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、發(fā)送移位寄存器和發(fā)送控制電路組成。 數(shù)據(jù)接收器 數(shù)據(jù)接收器由數(shù)據(jù)接收寄存器、接收移位寄存器和接收控制電路組成 波特率發(fā)生器 XIN是外部

20、晶振輸入信號，XOUT是外部晶振輸出信號，XIN和XOUT一起構(gòu)成反饋回路得到波特率發(fā)生器的振蕩器。 4調(diào)制解調(diào)器Modem控制邏輯 Modem控制邏輯由Modem控制寄存器、Modem狀態(tài)寄存器和Modem控制邏輯電路組成。 5中斷控制邏輯中斷控制邏輯由中斷允許寄存器、中斷識別寄存器和中斷控制邏輯電路組成 16550內(nèi)部寄存器 16550內(nèi)部除了有數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)接收寄存器、發(fā)送移位寄存器、接收移位寄存器、除數(shù)寄存器之外，還有以下控制寄存器。 1通信線路控制寄存器LCR 2線路狀態(tài)寄存器LSR 3Modem控制寄存器MCR 4Modem狀態(tài)控制寄存器MSR 5中斷允許寄存器IER (6)

21、 中斷識別寄存器IIR9.4 SCSI接口 小型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口SCSI (Small Computer Standard Iinterface) 目前已廣泛應(yīng)用于PC兼容系統(tǒng)以及許多工作站中，是外圍設(shè)備接口中屬于比較成功的一個(gè)。 傳統(tǒng)的SCSI稱為SCSI-1，數(shù)據(jù)傳送寬度為8位。SCSI是一種并行接口，它可以5MHz時(shí)鐘速度或5MB/s傳送速度操作，SCSI-1最多與7個(gè)設(shè)備以菊花鏈形式連結(jié)到主機(jī)上。SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的主要特性1SCSI是系統(tǒng)級接口，可與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)相連，總線上的主機(jī)適配器和控制器的總數(shù)最大為8個(gè)。2SCSI是一個(gè)多任務(wù)接口，具有總線仲裁功能。3SCSI總線

22、上的設(shè)備沒有主從之分，雙方平等。4SCSI可以按同步方式和異步方式傳輸數(shù)據(jù)。5SCSI可分為單端傳送方式和差分傳送方式。 SCSI接口操作步驟 SCSI接口的操作被設(shè)計(jì)成8個(gè)操作步驟:總線空閑操作、總線仲裁操作、選擇操作、重新選擇操作、命令操作、數(shù)據(jù)操作、狀態(tài)操作和信息操作。圖示為SCSI總線各個(gè)操作步驟的次序。 總線 空閑操作仲裁操作 （多個(gè)設(shè)備） 選擇或 重新選擇 命令、數(shù)據(jù)、 狀態(tài)、信息加電或復(fù)位 信息傳送期間SCSI接口的操作信號 SCSI-1配備有18條信號線，被分成4類。它們分別是數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)線、控制線、和信號地。其中有9條是數(shù)據(jù)線，其中8條用于數(shù)據(jù)信號的傳送，1條被當(dāng)成奇

23、偶校驗(yàn)線。另有9條是控制線。圖示為寬度為16位的SCSI 總線接口信號。啟動設(shè)備目標(biāo)設(shè)備BSYSELC/DI/OMSGREQ ACKATNRSTDB15DB8、DBP1DB7DB0、DBP SCSI接口信息 SCSI接口有3種信息格式，它們分別是單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)信息或更多字節(jié)的擴(kuò)充信息。通常，信息的第一個(gè)字節(jié)表示的是信息代碼，由這個(gè)代碼決定信息的格式， 表9-2列出了信息的格式種類。 表9-3列出了擴(kuò)充信息的結(jié)構(gòu)。 SCSI接口命令 SCSI接口協(xié)議的核心部分是SCSI接口命令集，每條命令均由啟動設(shè)備發(fā)送，告之目標(biāo)設(shè)備要進(jìn)行的是一些什么操作。命令的內(nèi)容包含有：從目標(biāo)設(shè)備檢索數(shù)據(jù)讀、將數(shù)據(jù)

24、發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備寫、以及外設(shè)的一些特定的操作。在所有各種情況下，執(zhí)行的命令是以下步驟的全部或某些子集。 1目標(biāo)設(shè)備獲得命令信息，并對其進(jìn)行譯碼。 2將數(shù)據(jù)傳送到目標(biāo)設(shè)備，或從目標(biāo)設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送出來并非所有命令都這樣執(zhí)行。 3由目標(biāo)設(shè)備產(chǎn)生狀態(tài)信息并將其傳送出去。 SCSI接口命令是由啟動設(shè)備提供和發(fā)出的，命令是在命令描述塊CDB中規(guī)定的，命令描述塊CDB是由字節(jié)組成的，如圖示。 24141118位操作碼邏輯單元號 保留或邏輯模塊地質(zhì)邏輯模塊地址（根據(jù)需要）傳送長度 （根據(jù)需要）或參數(shù)表長度（根據(jù)需要）或分配長度（根據(jù)需要）控制 9.5 數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A能把數(shù)字信號

25、Digit轉(zhuǎn)換為模擬信號Analog。 模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D器能把模擬信號Analog轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號Digit。 D/A和A/D轉(zhuǎn)換主要用于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和自動測量系統(tǒng)中，如圖示。 傳感器執(zhí)行元件A/D數(shù)字量量模擬量輸入(數(shù)據(jù)采集)D/A輸入接口模擬量數(shù)字量量數(shù)字量量計(jì)算機(jī)數(shù)字量量生產(chǎn)過程 輸出接口模擬量模擬量輸出(處理后的控制信息)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的基本原理 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的功能是把數(shù)字信號Digit轉(zhuǎn)換為模擬信號Analog。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器簡稱為DAC。DAC的主要組成部件包括模擬開關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器，如圖 .位數(shù)字量輸入模擬電壓輸出電阻網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算放大器.模擬開關(guān)2. 基本運(yùn)算放大器

26、 運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)足夠大時(shí)，輸出電壓VO與輸入電壓Vi關(guān)系為：RfVo = -ViRI=-I1I=Vi/R=-V0/ RfViRf VOR I1I 電流多個(gè)支路見下頁多個(gè)輸入支路的運(yùn)算放大器輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系：Vo=-IRf=(Vi/R1+Vi/R2+ +Vi/Rn)Rf假設(shè)令每個(gè)支路輸入電阻為2iR，且(Rf/R)Vi=Vref ，有:Vo=-Vi(1/2R +1/4R+1/2nR)Rf =-Vi(1/2 + 1/4+ + 1/2n)Rf/RVo=-Vref(1/2 + 1/4+ + 1/2n) (Vref為基準(zhǔn)電壓)Rf VOViR1RnI1InI 總電流I2I=-(I1

27、+I2+In)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) 采用開關(guān)控制支路合上時(shí) Si=1，斷開時(shí) Si=0 輸出：Vo=-Vref (S1/2 +S2/4+ + S8/256) 輸入數(shù)據(jù)為00H：8個(gè)開關(guān)都斷開，VO=0 輸入數(shù)據(jù)為01H：S8開關(guān)閉合， VO=-1/256Vref 輸入數(shù)據(jù)為FFH：8個(gè)開關(guān)都閉合，Vo =-255/256Vref 2RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8（這里n=8）8R16R256R輸出對應(yīng)D8對應(yīng)D7對應(yīng)D14R數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù) 1 分辯率 2轉(zhuǎn)換精度(誤差) 3轉(zhuǎn)換時(shí)間 4線性誤差典型D/A轉(zhuǎn)換器芯片及其應(yīng)用 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，

28、能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。DAC0832內(nèi)部采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)，輸出為差動電流信號IOUT1和IOUT2，只有把差動信號輸入到外接運(yùn)算放大器，才能得到模擬信號輸出。IOUT1IOUT2VREF差動電流輸出東參考電壓輸入數(shù)據(jù)D7D08位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832內(nèi)部寄存器和轉(zhuǎn)換器 DAC0832是一種D/A變換器。特點(diǎn)： 8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器 T型電阻網(wǎng)絡(luò) 差動輸出主要引線功能D7D0：輸入數(shù)據(jù)線ILE：輸入鎖存允許CS：片選信號WR1：寫輸入鎖存器1234567891020191817161514131211VCCILEWR2XFERD4D5D6D7L