大學計算機微機原理-第7章 常用數(shù)字接口電路

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第7章

常用數(shù)字接口電路2主要內容：掌握兩種可編程并行接口芯片的應用3可編程定時器82534掌握:引線功能及計數(shù)啟動方法6種工作方式及其輸出波形應用:芯片與系統(tǒng)的連接芯片的初始化編程58253芯片特點可編程的邏輯器件；非通道型的接口，具有特定功能；可實現(xiàn)計數(shù)和定時；工作方式：減法計數(shù)計數(shù)值減為0時輸出相應控制信號輸出控制信號的形式可通過軟件設置61.

外部引線及內部結構連接系統(tǒng)端的主要引線：D0----D7CSRDWRA0，A1

連接外設端的主要引線：CLK-----------時鐘脈沖輸入GATE----------門控信號輸入OUT------------定時輸出

7結構特點每個計數(shù)器含控制寄存器16位初值寄存器16位計數(shù)寄存器存放控制命令字內部3個計數(shù)器均為減法計數(shù)器根據(jù)計數(shù)脈沖的頻率及需要定時的時間長度確定計數(shù)初值相同端口地址存放計數(shù)初值計數(shù)初值8外部引線及內部結構三個可獨立工作的16位定時/計數(shù)器，一個控制寄存器。共占用4個端口地址，4個端口的地址編碼：

A1A000CNT001CNT110CNT211控制寄存器引線92.

計數(shù)啟動方式軟件啟動硬件啟動GATE端為高電平GATE端有一個上升沿由GATE端信號的形式?jīng)Q定103.

工作方式方式0軟件啟動，不自動重復計數(shù)；計數(shù)結束輸出高電平。方式1硬件啟動，不自動重復計數(shù)；計數(shù)開始輸出低電平，結束后又變高。11工作方式方式2軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)。計數(shù)到最后一個脈沖時輸出低電平方式3軟、硬件啟動，自動重復計數(shù)。輸出對稱方波12工作方式方式4軟件啟動，不自動重復計數(shù)。計數(shù)結束輸出一個CLK寬度的低電平方式5硬件啟動，不自動重復計數(shù)波形與方式4相同13工作方式小結需要兩個寫脈沖第1個寫脈沖寫入控制字第2個寫脈沖寫入計數(shù)初值不同的工作方式，有不同的計數(shù)啟動方法?？筛鶕?jù)對輸出波形的要求，選擇不同的工作方式。能輸出連續(xù)波形的只有方式2和方式3。兩條OUT指令144.

控制字用于確定各計數(shù)器的工作方式格式155.

8253的應用與系統(tǒng)的連接初始化程序設計寫入控制字置計數(shù)初值16與系統(tǒng)的連接示意CLKGATEOUTD0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器高位地址外設8253外部時鐘門控信號17應用中的注意點每一次啟動計數(shù)，需有兩次寫操作：寫控制字寫計數(shù)器初值如果初值為8位字長，則一次寫入；若初值為16位字長，則需兩次寫入每個計數(shù)器的控制命令字均送入控制寄存器各計數(shù)器的計數(shù)初值送到該計數(shù)器的計數(shù)寄存器及初值寄存器；18初始化程序流程寫控制字寫計數(shù)值低8位寫計數(shù)值高8位*非必須19初始化程序流程當有兩個以上計數(shù)器被應用時的初始化程序設計流程：初始化CNT0初始化CNT1初始化CNT2寫CNT0控制字寫CNT0計數(shù)初值20初始化程序流程寫入全部計數(shù)器控制字寫CNT0計數(shù)初值寫CNT1計數(shù)初值寫CNT2計數(shù)初值原則：先寫入控制字后寫入計數(shù)初值218253應用例一采用8253作定時/計數(shù)器，其接口地址為0120H~0123H。輸入8253的時鐘頻率為2MH。要求：CNT0每10ms輸出一個CLK周期寬的負脈沖CNT1輸出10KHz的連續(xù)方波信號CNT2在定時5ms后產(chǎn)生輸出高電平畫線路連接圖，并編寫初始化程序.工作的計數(shù)器工作方式計數(shù)初值啟動方式計數(shù)脈沖頻率228253應用例計算計數(shù)初值：CNT0：10ms/0.5us=20000CNT1：2MHz/10KHz=200CNT2：5ms/0.5us=10000確定控制字：

CNT0：方式2，16位計數(shù)值CNT1：方式3，低8位計數(shù)值CNT2：方式0，16位計數(shù)值001101000101011010110000238253應用例CLK0GATE0OUT1D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2248253應用例——初始化程序CNT0：MOVDX，0123HMOVAL，34HOUTDX，ALMOVDX，0120HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，ALCNT1：

……CNT2：……258253應用例二安全檢測和報警控制系統(tǒng)。268253應用例二初始狀態(tài)下，D觸發(fā)器的Q端輸出低電平；系統(tǒng)通過三態(tài)門循環(huán)讀取檢測器狀態(tài)，有異常出現(xiàn)時，檢測器輸出高電平。此時在D觸發(fā)器的Q端輸出高電平，啟動8253計數(shù)器的通道0輸出100Hz的連續(xù)方波信號，使報警燈閃爍，直到有任意鍵按下時停止；使計數(shù)器停止輸出方波的方法是在Q端輸出低電平。CLK0的輸入脈沖為2MHz。要求：設計8253的譯碼電路；編寫8253計數(shù)器的初始化程序及實現(xiàn)上述功能的控制程序。27例二解8253地址范圍：001111100000～001111100011譯碼電路：G1G2AG2BCBA&&≥1IOWIORA9A5:A11A10A4A3A2Y028例二解8253計數(shù)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、可編程并行接口825531掌握:主要引線功能及結構3種工作方式及其特點應用:芯片與系統(tǒng)的連接芯片的初始化編程數(shù)據(jù)輸入/輸出控制程序設計32并行接口8255的特點：通道型接口含3個獨立的8位并行輸入/輸出端口，各端口均具有數(shù)據(jù)的控制和鎖存能力可通過編程，設置各端口工作在某一確定狀態(tài)下。331.

引線連接系統(tǒng)端的主要引線：D0----D7CSRDWRA0，A1

REAST

A1A000A端口01B端口10C端口11控制寄存器34引線連接外設端的引腳：PA0——PA7PB0——PB7PC0——PC7分別對應A、B、C三個端口358255與系統(tǒng)的連接示意圖D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8255A口B口C口D0~D7外設362.

結構A組B組

端口A端口C的高4位端口B端口C的低4位373.

工作方式基本輸入/輸出方式（方式0）選通工作方式（方式1）雙向傳送方式（方式2）38方式0：相當于三個獨立的8位簡單接口各端口既可設置為輸入口，也可設置為輸出口，但不能同時實現(xiàn)輸入及輸出C端口可以是一個8位的簡單接口，也可以分為兩個獨立的4位端口常用于連接簡單外設，適于無條件或查詢方式39方式0的應用：習慣上：A端口和B端口作為8位數(shù)據(jù)的輸入或輸出口C口的某些位作為狀態(tài)輸入注：若使C端口低4位中某一位作為輸入口，則低4位中其他位都應作為輸入口。同時可設高4位作為輸出。408255工作于方式0的連接示意圖D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器8255PA0|PA7B口PC0D0~D7數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)外設1外設241方式1：利用一組選通控制信號控制A端口和B端口的數(shù)據(jù)輸入輸出A口、B口作輸入或輸出口，C口的部分位用作選通控制信號A口、B口在作為輸入和輸出時的選通信號不同輸入輸出42方式1的應用：方式1主要用于中斷控制方式下的輸入輸出C口的8位除用作選通信號外，其余位可工作于方式0下，作為輸入或輸出口。43方式2：雙向輸入輸出方式可以既作為輸入口，又作為輸出口。只有A端口可工作在方式2下44方式2的應用：可使A端口作為雙向端口所有用于中斷控制方式當A口工作于方式2時：B口可工作于方式1此時C口的所有位都用作選通控制信號的輸入輸出B口也可工作于方式0此時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：用于確定3個端口的工作方式及數(shù)據(jù)傳送方向；位控制字僅用于C端口可設置C口某位的初始狀態(tài)（為高電平或低電平）當其工作于方式0下且作為輸出口時，一般需要對作為輸出的位設置初始狀態(tài)（即初始化）465.

8255芯片的應用芯片與系統(tǒng)的連接芯片的初始化相應的控制程序例7-38255應用例：8086CPU通過8255實施監(jiān)控。8255端口地址為1020H-1023H，啟動操作由端口B的PB7控制（高電平有效），端口A輸入8個監(jiān)控點的狀態(tài)（每個引腳接一個監(jiān)控點），只要其中任一路出現(xiàn)異常情況（高電平），系統(tǒng)就通過與PC0相連的信號燈報警（高電平燈亮），要求信號燈亮滅3次。要求：設計系統(tǒng)線路圖，要求用138譯碼器設計譯碼電路；編寫8255初始化程序及啟動、測試和報警控制程序47地址范圍：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謝謝大家！51第8章

模擬量的輸入輸出52主要內容：模擬量輸入輸出通道的組成D/A轉換器的工作原理、連接及編程A/D轉換器的工作原理、連接及編程53模擬量的輸入輸出通道54模擬量I/O通道：模擬接口電路的任務模擬電路的任務0010110110101100工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器放大濾波多路轉換&采樣保持A/D轉換放大驅動D/A轉換輸出接口微型計算機執(zhí)行機構輸入接口物理量變換信號處理信號變換I/O接口輸入通道輸出通道變送器55模擬量的輸入通道傳感器（Transducer）非電量→電壓、電流變送器（Transformer）轉換成標準的電信號信號處理（SignalProcessing）放大、整形、濾波多路轉換開關（Multiplexer）多選一采樣保持電路（SampleHolder，S/H）保證變換時信號恒定不變A/D變換器（A/DConverter）模擬量轉換為數(shù)字量56模擬量的輸出通道D/A變換器（D/AConverter）數(shù)字量轉換為模擬量低通濾波平滑輸出波形放大驅動提供足夠的驅動電壓，電流57閉環(huán)控制系統(tǒng)應用案例水泥廠增濕塔出口溫度控制系統(tǒng)58數(shù)/模（D/A）變換器59掌握：D/A變換器的工作原理D/A變換器的主要技術指標DAC0832的三種工作模式DAC0832的應用60一、D/A變換器的工作原理組成：模擬開關電阻網(wǎng)絡運算放大器VrefRf

模擬開關電阻網(wǎng)絡VO數(shù)字量∑61基本變換原理當運放的放大倍數(shù)足夠大時，輸出電壓VO與輸入電壓Vin的關系為：VinRf

VO∑R

62基本變換原理若輸入端有n個支路,則輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關系為：VinRf

VO∑R1Rn…63n=8的權電阻網(wǎng)絡2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf

VOS1S2S3S4S5S6S7S864基本變換原理如果每個支路由一個開關Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si斷開，則上式變換為若Si=1,該項對VO有貢獻；若Si=0,該項對VO無貢獻65基本變換原理如果用8位二進制代碼來控制圖中的S1～S8(Di=1時Si閉合；Di=0時Si斷開)，則不同的二進制代碼就對應不同輸出電壓VO；當代碼在0～FFH之間變化時，VO相應地在0～(255/256)Vref之間變化；為控制電阻網(wǎng)絡各支路電阻值的精度，實際的D/A轉換器采用R-2R梯形電阻網(wǎng)絡，它只用兩種阻值的電阻(R和2R)。66實際的D/A轉換器

——R-2R梯形電阻網(wǎng)絡67二、主要技術指標分辨率（Resolution）輸入的二進制數(shù)每±1個最低有效位(LSB)使輸出變化的程度。分辨率表示方法：可用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位等；也可用一個LSB（LeastSignificantBit）使輸出變化的程度來表示。68分辯率例一個滿量程為5V的10位D/A變換器，±1LSB的變化所引起輸出模擬量的變化為：5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV69轉換精度（誤差）實際輸出值與理論值之間的最大偏差影響轉換精度的因素：分辯率電源波動溫度變化┇70轉換時間從開始轉換到與滿量程值相差±1/2LSB所對應的模擬量所需要的時間tV1/2LSBtCVFULL71三、典型D/A轉換器DAC0832特點：8位電流輸出型D/A轉換器T型電阻網(wǎng)絡差動輸出72DAC0832的內部結構73主要引腳功能輸入寄存器控制信號：D7～D0：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74主要引腳功能用于DAC寄存器的控制信號：WR2：寫DAC寄存器XFER：允許輸入鎖存器的數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器75主要引腳功能其它引線：VREF：參考電壓。-10V～+10V，一般為+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A轉換差動電流輸出。用于連接運算放大器的輸入Rfb：內部反饋電阻引腳，接運放輸出AGND、DGND：模擬地和數(shù)字地76工作模式單緩沖模式雙緩沖模式無緩沖模式77單緩沖模式使輸入鎖存器或DAC寄存器二者之一處于直通，即芯片只占用一個端口地址。CPU只需一次寫入即開始轉換。寫入數(shù)據(jù)的程序為：

MOVDX，PORTMOVAL，DATAOUTDX，AL78單緩沖模式例利用教材圖8-12所示線路圖輸出三角波：端口地址：0278H最大輸出值5V，對應數(shù)字量：FFH最小輸出值0V，對應數(shù)字量：00HMOVDX，0278HMOVAL，0NET1：OUTDX，ALINCALCMPAL，0FFHJNZNET1DECALNET2：OUTDX，ALDECALCMPAL，0JNZNET2JMPNET179雙緩沖模式（標準模式）對輸入寄存器和DAC寄存器均需控制。當輸入寄存器控制信號有效時，數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器中；再在DAC寄存器控制信號有效時，數(shù)據(jù)才寫入DAC寄存器，并啟動變換。此時芯片占用兩個端口地址。優(yōu)點：數(shù)據(jù)接收與D/A轉換可異步進行；可實現(xiàn)多個DAC同步轉換輸出。分時寫入、同步轉換。80工作時序寫輸入寄存器寫DAC寄存器81雙緩沖模式同步轉換例譯碼器A10-A00832-10832-2port1port2port382MOVAL，data

MOVDX，port1OUTDX，ALMOVDX，port2OUTDX，ALMOVDX，port3OUTDX，ALHLT雙緩沖模式的數(shù)據(jù)寫入程序0832-1的輸入寄存器地址0832-2的輸入寄存器地址DAC寄存器地址83無緩沖器模式使內部的兩個寄存器都處于直通狀態(tài)。模擬輸出始終跟隨輸入變化。不能直接與數(shù)據(jù)總線連接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。84四、D/A轉換器的應用信號發(fā)生器

用于閉環(huán)控制系統(tǒng)向D/A轉換器寫入某種按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得相應的各種波形85模/數(shù)（A/D）轉換器86要點：A/D轉換器的一般工作原理A/D轉換器的主要技術指標A/D轉換器的應用與系統(tǒng)的連接數(shù)據(jù)采集程序的編寫87A/D轉換器用于將連續(xù)變化的模擬信號轉換為數(shù)字信號的裝置，簡稱ADC，是模擬系統(tǒng)與計算機之間的接口部件。88A/D轉換器類型計數(shù)型A/D轉換器

-------速度慢、價格低，適用于慢速系統(tǒng)雙積分型A/D轉換器

-------分辯率高、抗干擾性好、轉換速度慢，適用于中速系統(tǒng)逐位反饋型A/D轉換器

-------轉換精度高、速度快、抗干擾性差89一、A/D轉換器的工作原理逐位反饋型A/D轉換器類似天平稱重量時的嘗試法，逐步用砝碼的累積重量去逼近被稱物體90二、主要技術指標轉換精度量化誤差非線性誤差其它誤差總誤差=各誤差的均方根91量化間隔一個最低有效位對應的模擬量△=Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，則其分辨率為：5V/255=19.6mV92量化誤差絕對量化誤差絕對量化誤差=1/2△相對量化誤差相對量化誤差=（1/2）х△

х100%例：

設滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)=10位，則：絕對量化誤差≈10/211=4.88mV相對量化誤差≈1/211*100%=0.049%93轉換時間實現(xiàn)一次轉換需要的時間。精度越高（字長越長），轉換速度越慢。94輸入動態(tài)范圍允許轉換的電壓的范圍。如0～5V、0～10V等。95三、典型的A/D轉換器芯片ADC0809：8通道（8路）輸入8位字長逐位逼近型轉換時間100μs內置三態(tài)輸出緩沖器96主要引腳功能D7～D0：輸出數(shù)據(jù)線（三態(tài)）IN0～IN7：8通道（路）模擬輸入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址ALE：通道地址鎖存START：啟動轉換EOC：轉換結束狀態(tài)輸出OE：輸出允許（打開輸出三態(tài)門）CLK：時鐘輸入（10KHz～1.2MHz）97內部結構IN7IN08個模擬輸入通道STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALE比較器8路模擬開關逐位逼近寄存器SAR樹狀開關電阻網(wǎng)絡三態(tài)輸出鎖存器時序與控制地址鎖存及譯碼D/A8選198工作時序99ADC0809的工作過程由時序圖知ADC0809的工作過程如下：送通道地址，以選擇要轉換的模擬輸入；鎖存通道地址到內部地址鎖存器；啟動A/D變換；判斷轉換是否結束；讀轉換結果100ADC0809的工作流程送通道地址通道地址鎖存啟動A/D變換轉換結束否？送OE開門信號讀取轉換結果YN101判斷轉換結束的方法軟件延時等待（比如延時120us）此時不用EOC信號，CPU效率最低軟件查詢EOC狀態(tài)。把EOC作為中斷申請信號，接到8259的IN端。在中斷服務程序中讀入轉換結果，效率較高102ADC0809的應用芯片與系統(tǒng)的連接通常情況下需要經(jīng)數(shù)字接口與系統(tǒng)連接