75第七章输入输出接口技术第五节内容0422第七稿课件

第7章输入输出接口2022/12/101第7章2022/12/101第7章输入输出接口主要内容：7.1I/O接口基础和传送方式7.2中断技术7.3定时器/计数器(8253/8254)7.4并行口8255A7.5A/D和D/A转换学时分配：18学时2022/12/102中北大学《微机原理及接口技术》第7章输入输出接口主要内容：学时分配：2022/12/10第五节

A/D和D/A转换movax,12hcalldisplayJmp1234h2022/12/103第五节

A/D和D/A转换movax,12h2022/1主要内容模拟量输入输出通道的组成D/A转换器原理及连接使用方法A/D转换器原理及连接使用方法数据采集A/D、D/A接口设计要点7.5A/D和D/A转换2022/12/104中北大学《微机原理及接口技术》主要内容7.5A/D和D/A转换2022/12/104中北主要内容：7.5.1概述7.5.28253编程7.5.38253在IBMPC系列机上的应用7.5.48253在扩充定时计数器的应用7.5A/D和D/A转换学时分配：2学时2022/12/105中北大学《微机原理及接口技术》主要内容：7.5A/D和D/A转换学时分配：2022/12

模拟量I/O接口的作用：实际工业生产环境——连续变化的模拟量

例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量

计算机内部——离散的数字量二进制数、十进制数工业生产过程的闭环控制7.5.1概述

模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)计算机2022/12/106中北大学《微机原理及接口技术》模拟量I/O接口的作用：7.5.1概述模拟量D/A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模拟/数字转换器ADCDAC数字/模拟转换器2022/12/107中北大学《微机原理及接口技术》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7.5.2模拟量I/O通道的组成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2022/12/108中北大学《微机原理及接口技术》7.5.2模拟量I/O通道的组成模拟接口电路的任务模拟电路的模拟量输入通道传感器（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

2022/12/109中北大学《微机原理及接口技术》模拟量输入通道传感器（Transducer）2022/12/模拟量输出通道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2022/12/1010中北大学《微机原理及接口技术》模拟量输出通道D/A变换器（D/AConverter）20数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型计算机放大器放大器放大器多路开关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感器A/D转换器采样保持器数字信号受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路…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2022/12/1011中北大学《微机原理及接口技术》数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型放大器放大DAC数字/模拟转换器模拟量数字量7.5.3数/模（D/A）变换器2022/12/1012中北大学《微机原理及接口技术》DAC模拟量数字量7.5.3数/模（D/A）变换器2022/D/A转换的基本原理数字量→按权相加→模拟量1101B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝132022/12/1013中北大学《微机原理及接口技术》D/A转换的基本原理数字量→按权相加→模拟量1101典型D/A转换器DAC0832特性：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出2022/12/1014中北大学《微机原理及接口技术》典型D/A转换器DAC08322022/12/1014中北大DAC0832内部结构2022/12/1015中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832内部结构2022/12/1015中北大学《微机LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFERDAC0832内部结构2022/12/1016中北大学《微机原理及接口技术》LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF1.DAC0832的数字接口8位数字输入端DI0～DI7（DI0为最低位）输入寄存器（第1级锁存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第2级锁存）的控制端XFER*、WR2*2022/12/1017中北大学《微机原理及接口技术》1.DAC0832的数字接口8位数字输入端2022/12/直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE＝1，直通（输出等于输入）LE＝0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1018中北大学《微机原理及接口技术》直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE2LE1DAC0832的工作方式：直通方式LE1＝LE2＝1输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1019中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：直通方式LE1＝LE2＝1LE2LDAC0832的工作方式：单缓冲方式LE1＝1，或者LE2＝1两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）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1020中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：单缓冲方式LE1＝1，或者LE2＝DAC0832的工作方式：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LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1021中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓模拟量数字量模拟/数字转换器ADC7.5.4模/数（A/D）转换器2022/12/1022中北大学《微机原理及接口技术》模拟量数字量模拟/数字转换器7.5.4模/数（A/D）转换器7.5.4模/数（A/D）转换器用途将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。常用于数据采集系统。类型计数型A/D变换器双积分型A/D变换器逐位反馈型A/D变换器

2022/12/1023中北大学《微机原理及接口技术》7.5.4模/数（A/D）转换器用途2022/12/1023A/D转换的基本原理存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合4种常用的转换技术计数器式逐次逼近式双积分式并行式2022/12/1024中北大学《微机原理及接口技术》A/D转换的基本原理存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应典型的A/D转换器简介ADC08098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2022/12/1025中北大学《微机原理及接口技术》典型的A/D转换器简介ADC08092022/12/1025ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存和译码OE通道选择开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位三态锁存缓冲器DACVcc比较器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC2022/12/1026中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存OEADDAADC0809内部结构STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7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个模拟输入通道8选12022/12/1027中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809内部结构STARTEOCCL1.ADC0809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个地址输入的状态，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2022/12/1028中北大学《微机原理及接口技术》1.ADC0809的模拟输入提供一个8通道的多路开关和寻址2.ADC0809的转换时序D0～D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100s2s+8T(最大)200ns(最小)转换启动信号转换结束信号2022/12/1029中北大学《微机原理及接口技术》2.ADC0809的转换时序D0～D7OEEOCSTART3.ADC0809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2022/12/1030中北大学《微机原理及接口技术》3.ADC0809的数字输出ADC0809内部锁存转换后的4.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（通道选择）ALE：通道地址锁存START：启动转换EOC：转换结束，可用于查询或作为中断申请OE：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（10KHz～1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压2022/12/1031中北大学《微机原理及接口技术》4.引脚功能D7～D0：输出数据线（三态）2022/12/ADC0809的工作过程根据时序图，ADC0809的工作过程如下：①把通道地址送到ADDA～ADDC上，选择模拟输入；②在通道地址信号有效期间，ALE上的上升沿将该地址锁存到内部地址锁存器；③START引脚上的下降沿启动A/D变换；④变换开始后，EOC引脚呈现低电平，EOC重新变为高电平时表示转换结束；⑤OE信号打开输出锁存器的三态门送出结果。2022/12/1032中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809的工作过程根据时序图，ADC0809的工作过程ADC0809与系统的连接

模拟输入端INi单路输入模拟信号可固定连接到任何一个输入端地址线根据输入线编号固定连接(高电平或低电平)多路输入模拟信号按顺序分别连接到输入端要转换哪一路输入，就将其编号送到地址线上(动态选择)多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入0输入1输入2输入3输入4CPU指定通道号单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入+5V2022/12/1033中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809与系统的连接模拟输入端INi多路输入时ADD地址线ADDA-ADDC多路输入时，通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯片可以选用：锁存器74LS273，74LS373等（要占用一个I/O地址）可编程并行接口8255（要占用四个I/O地址）CPU用一条OUT指令把通道地址通过接口芯片送给0809ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入DB74LS273Q2Q1Q0CP来自I/O译码D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0/CS来自I/O译码D0-D7A1A0A1A02022/12/1034中北大学《微机原理及接口技术》地址线ADDA-ADDCADDCIN0ADC0809输DB7

数据输出线D0-D7内部已接有三态门，故可直接连到DB上也可另外通过一个输入接口与DB相连上述两种方法均需占用一个I/O地址D0-D7ADC0809DBOE来自I/O译码直接连DBD0-D7ADC0809DBOE来自I/O译码通过输入接口连DB74LS244+5VDIDO/E1/E22022/12/1035中北大学《微机原理及接口技术》数据输出线D0-D7D0-D7ADC0809DBOE来自I2022/12/1036中北大学《微机原理及接口技术》2022/12/1036中北大学《微机原理及接口技术》8255地址：378H—37BH2022/12/1037中北大学《微机原理及接口技术》8255地址：2022/12/1037中北大学《微机原理及接结束语了解A/D、D/A转换原理;掌握0809、0832的使用方法;2022/12/1038中北大学《微机原理及接口技术》结束语了解A/D、D/A转换原理;2022/12/1038中75第七章输入输出接口技术第五节内容0422第七稿课件第7章输入输出接口2022/12/1040第7章2022/12/101第7章输入输出接口主要内容：7.1I/O接口基础和传送方式7.2中断技术7.3定时器/计数器(8253/8254)7.4并行口8255A7.5A/D和D/A转换学时分配：18学时2022/12/1041中北大学《微机原理及接口技术》第7章输入输出接口主要内容：学时分配：2022/12/10第五节

A/D和D/A转换movax,12hcalldisplayJmp1234h2022/12/1042第五节

A/D和D/A转换movax,12h2022/1主要内容模拟量输入输出通道的组成D/A转换器原理及连接使用方法A/D转换器原理及连接使用方法数据采集A/D、D/A接口设计要点7.5A/D和D/A转换2022/12/1043中北大学《微机原理及接口技术》主要内容7.5A/D和D/A转换2022/12/104中北主要内容：7.5.1概述7.5.28253编程7.5.38253在IBMPC系列机上的应用7.5.48253在扩充定时计数器的应用7.5A/D和D/A转换学时分配：2学时2022/12/1044中北大学《微机原理及接口技术》主要内容：7.5A/D和D/A转换学时分配：2022/12

模拟量I/O接口的作用：实际工业生产环境——连续变化的模拟量

例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量

计算机内部——离散的数字量二进制数、十进制数工业生产过程的闭环控制7.5.1概述

模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)计算机2022/12/1045中北大学《微机原理及接口技术》模拟量I/O接口的作用：7.5.1概述模拟量D/A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模拟/数字转换器ADCDAC数字/模拟转换器2022/12/1046中北大学《微机原理及接口技术》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7.5.2模拟量I/O通道的组成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2022/12/1047中北大学《微机原理及接口技术》7.5.2模拟量I/O通道的组成模拟接口电路的任务模拟电路的模拟量输入通道传感器（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

2022/12/1048中北大学《微机原理及接口技术》模拟量输入通道传感器（Transducer）2022/12/模拟量输出通道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2022/12/1049中北大学《微机原理及接口技术》模拟量输出通道D/A变换器（D/AConverter）20数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型计算机放大器放大器放大器多路开关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感器A/D转换器采样保持器数字信号受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路…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2022/12/1050中北大学《微机原理及接口技术》数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型放大器放大DAC数字/模拟转换器模拟量数字量7.5.3数/模（D/A）变换器2022/12/1051中北大学《微机原理及接口技术》DAC模拟量数字量7.5.3数/模（D/A）变换器2022/D/A转换的基本原理数字量→按权相加→模拟量1101B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝132022/12/1052中北大学《微机原理及接口技术》D/A转换的基本原理数字量→按权相加→模拟量1101典型D/A转换器DAC0832特性：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出2022/12/1053中北大学《微机原理及接口技术》典型D/A转换器DAC08322022/12/1014中北大DAC0832内部结构2022/12/1054中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832内部结构2022/12/1015中北大学《微机LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFERDAC0832内部结构2022/12/1055中北大学《微机原理及接口技术》LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF1.DAC0832的数字接口8位数字输入端DI0～DI7（DI0为最低位）输入寄存器（第1级锁存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第2级锁存）的控制端XFER*、WR2*2022/12/1056中北大学《微机原理及接口技术》1.DAC0832的数字接口8位数字输入端2022/12/直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE＝1，直通（输出等于输入）LE＝0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1057中北大学《微机原理及接口技术》直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE2LE1DAC0832的工作方式：直通方式LE1＝LE2＝1输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1058中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：直通方式LE1＝LE2＝1LE2LDAC0832的工作方式：单缓冲方式LE1＝1，或者LE2＝1两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）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1059中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：单缓冲方式LE1＝1，或者LE2＝DAC0832的工作方式：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LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12022/12/1060中北大学《微机原理及接口技术》DAC0832的工作方式：双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓模拟量数字量模拟/数字转换器ADC7.5.4模/数（A/D）转换器2022/12/1061中北大学《微机原理及接口技术》模拟量数字量模拟/数字转换器7.5.4模/数（A/D）转换器7.5.4模/数（A/D）转换器用途将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。常用于数据采集系统。类型计数型A/D变换器双积分型A/D变换器逐位反馈型A/D变换器

2022/12/1062中北大学《微机原理及接口技术》7.5.4模/数（A/D）转换器用途2022/12/1023A/D转换的基本原理存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合4种常用的转换技术计数器式逐次逼近式双积分式并行式2022/12/1063中北大学《微机原理及接口技术》A/D转换的基本原理存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应典型的A/D转换器简介ADC08098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2022/12/1064中北大学《微机原理及接口技术》典型的A/D转换器简介ADC08092022/12/1025ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存和译码OE通道选择开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位三态锁存缓冲器DACVcc比较器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC2022/12/1065中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存OEADDAADC0809内部结构STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7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个模拟输入通道8选12022/12/1066中北大学《微机原理及接口技术》ADC0809内部结构STARTEOCCL1.ADC0809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个地址输入的状态，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2022/12/1067中北大学《微机原理及接口技术》1.ADC0809的模拟输入提供一个8通道的多路开关和寻址2.ADC0809的转换时序D0～D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100s2s+8T(最大)200ns(最小)转换启动信号转换结束信号2022/12/1068中北大学《微机原理及接口技术》2.ADC0809的转换时序D0～D7OEEOCSTART3.ADC0809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2022/12/1069中北大学《微机原理及接口技术》3.ADC0809的数字输出ADC0809内部锁存转换后的4.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（通道选择）ALE：通道地址锁存START：启动转换EOC：转换结束，可用于查询或作为中断申请OE：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（10KHz～1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压2022/12/1070中北大学《微机原理及接口技术》4.引脚功能D7～D0：输出数据线（三态）2022/12/ADC0809的工作过程根据时序图，ADC0809的工作过程如下：①把通道地址送到ADDA～ADDC上，选择模拟输入；②在通道地址信号有效期间，ALE上的上升沿将该地址锁存到内部地址锁存