嵌入式计算机(二)

1、嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日嵌入式计算机及机电系统接口应用第二讲嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结已讲内容已讲内容第一节接口电路总结第一节接口电路总结 一、一、PC机总线机总线 二、接口电路概述二、接口电路概述(与外设相关的三总线；基本输入、输出接与外设相关的三总线；基本输入、输出接口；地址译码口；地址译码) 三、已学接口电路分析三、已学接口电路分析 1、可编程并行口、可编程并行口8255A(与计算机的接口部分；并行口功能部分；与计算机的接口部分；并行口功能部分；与计算机的连接；时序图的读图方法与计算机的连接；时序图的读图方法)嵌入

2、式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结2、D/A转换器转换器(1) 电流型电流型DAC基本原理基本原理AGNDX：反馈地：反馈地AGNDF：器件电源地：器件电源地嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结(2) DAC0832功能框图功能框图嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（3）DAC0832与计算机连接与计算机连接u 双缓冲工作方式双缓冲工作方式u 单缓冲工作方式单缓冲工作方式u 直通工作方式直通工作方式（4）D/A转换器输出电路转换器输出电路（5）D/A转换器双极性输出电路转换器双极性输出电

3、路嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（6）12位位D/A转换器转换器DAC1210的结构框图的结构框图 （应掌握与计算机的连接方法）（应掌握与计算机的连接方法）嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结3、A/D转换器转换器(1) 逐次比较型逐次比较型ADC基本原理基本原理嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结(2) ADC0809功能框图功能框图嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结(2) ADC0809引脚说明引脚说明ININ0 0ININ7 7：8 8路

4、模拟电压输入。路模拟电压输入。 ADDADDC C、ADDADDB B、ADDADDA A：3 3位地址信号。位地址信号。 ALEALE：地址锁存允许信号输入，高电平有效。地址锁存允许信号输入，高电平有效。 D D7 7D D0 0（2 2-1-12 2-8-8）：）：8 8位二进制数码输出。位二进制数码输出。 OEOE：输出允许信号，高电平有效。即当输出允许信号，高电平有效。即当OE=1OE=1时，打开输出锁存器时，打开输出锁存器的三态门，将数据送出。的三态门，将数据送出。 U UR(+)R(+)和和U UR(-)R(-)：基准电压的正端和负端。基准电压的正端和负端。CLKCLK：时钟脉冲输

5、入端。一般在此端加时钟脉冲输入端。一般在此端加500kHz500kHz的时钟信号。的时钟信号。 STARTSTART：A/DA/D转换启动信号，为一正脉冲。在转换启动信号，为一正脉冲。在STARTSTART的上升沿将逐的上升沿将逐次比较寄存器次比较寄存器SARSAR清清0 0，在其下降沿开始，在其下降沿开始A/DA/D转换过程。转换过程。 EOCEOC：转换结束标志输出信号。在转换结束标志输出信号。在STARTSTART信号上升沿之后信号上升沿之后 EOCEOC信号信号变为低电平；当转换结束后，变为低电平；当转换结束后，EOCEOC变为高电平。此信号可作为向变为高电平。此信号可作为向CPUCP

6、U发出的中断请求信号。发出的中断请求信号。 嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结(3) ADC0809与计算机的连接与计算机的连接使用使用A/DA/D转换器一般应掌握三个关键步骤：转换器一般应掌握三个关键步骤：u 启动启动ADAD转换转换( (在引脚在引脚STARTSTART上加正脉冲信号上加正脉冲信号) )u 判断转换结束判断转换结束( (引脚引脚EOCEOC电平由低变高表示转换结束电平由低变高表示转换结束) )u 读入数据读入数据( (在引脚在引脚OEOE加正脉冲信号加正脉冲信号, ,转换结果送到数转换结果送到数据总线上据总线上) )对于对于ADC080

7、9ADC0809多一个步骤：应事先选择通道号多一个步骤：应事先选择通道号把地址锁存器看成数据锁存器把地址锁存器看成数据锁存器, ,即输出接口即输出接口嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结(4) AD1674A（12位）位）嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 等效的内部逻辑等效的内部逻辑嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 AD1674控制信号逻辑功能控制信号逻辑功能CECSR/C12/8A0操作操作0XXXX无无X1XXX无无100X0启动启动12位转换位转换100X1启动启动8位转换

8、位转换1011X输出数据为并行输出数据为并行12位位10100输出数据是输出数据是8位最高有效位位最高有效位（管脚（管脚2027）10101输出数据是输出数据是4位最低有效位位最低有效位（管脚（管脚2027）嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 AD1674与计算机的连接与计算机的连接u 如何启动如何启动1212位位ADAD转换转换u 如何判断转换结束如何判断转换结束u 如何分两次读入如何分两次读入1212位数据位数据注：第一个实验中使用的就是注：第一个实验中使用的就是AD1674AD1674，应掌握上述内容，应掌握上述内容嵌入式计算机及机电系统接口应用20

9、21年10月31日第一节 接口电路总结（5）新结构）新结构高分辨率的高分辨率的ADCu 特点特点 以新型以新型-转换技术为基础的转换技术为基础的-ADC-ADC具有分辨率高、线性具有分辨率高、线性度好、抗干扰能力强（对噪声的抑制能力不亚于双积分度好、抗干扰能力强（对噪声的抑制能力不亚于双积分ADCADC）、成本）、成本低等优点。低等优点。 -ADC-ADC已形成了系列产品，分辨率从已形成了系列产品，分辨率从8 8位到位到2424位，转换率从位，转换率从几百几百HzHz到几百到几百kHzkHz，可根据需要进行选择。，可根据需要进行选择。-ADC-ADC正在得到越来越广泛的应用，特别是应用在不是快

10、速测量正在得到越来越广泛的应用，特别是应用在不是快速测量的场合，如音频处理系统、温度测量、电压测量、称重等等。的场合，如音频处理系统、温度测量、电压测量、称重等等。 由于数字滤波器需要较长的建立时间，由于数字滤波器需要较长的建立时间，-ADC-ADC很难用于具有很难用于具有多通道的多路转换器的模数转换场合多通道的多路转换器的模数转换场合嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结ADC工作原理工作原理 -ADC -ADC主要由调制器、数字滤波等组成，系统原理框图见下主要由调制器、数字滤波等组成，系统原理框图见下图。其中调制器是由包含图。其中调制器是由包含1 1个差分

11、放大器、个差分放大器、1 1个积分器、个积分器、1 1个一位个一位ADCADC（比较器）以及（比较器）以及1 1个一位个一位DACDAC构成的反馈环。构成的反馈环。 以以1bit ADC1bit ADC（比较器）得到（比较器）得到2020多位的有效分辨率，是因为在多位的有效分辨率，是因为在-ADC-ADC中采用了过采样、噪声整形、数字滤波等技术。中采用了过采样、噪声整形、数字滤波等技术。 -ADC-ADC中的数字滤波是复杂的数字信号处理，本质是对中的数字滤波是复杂的数字信号处理，本质是对1bit1bit数据流求平均，除去噪声并改善数据流求平均，除去噪声并改善ADCADC的分辨率。的分辨率。嵌入

12、式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结ADC转换转换原理框图原理框图原理图原理图Z Z变换变换嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 ADC芯片引脚芯片引脚 右图为右图为2424位分辨率的位分辨率的AD7714AD7714芯芯片的引脚图芯片的模拟量输入引片的引脚图芯片的模拟量输入引脚为脚为AIN1-AIN6 AIN1-AIN6 该芯片是通过串该芯片是通过串行口进行数据的输入、输出。行口进行数据的输入、输出。SCLKSCLK为串行口时钟，为串行口时钟，DINDI

13、N为串行为串行数据输入，数据输入，DOUTDOUT为串行数据输出。为串行数据输出。芯片通过软件可设置测量增益、芯片通过软件可设置测量增益、测量信号的极性（单极性或双极测量信号的极性（单极性或双极性）、选择通道、进行自校准等。性）、选择通道、进行自校准等。嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结四、可编程定时四、可编程定时/计数器计数器82541. 方案设计方案设计（1）定时）定时/计数器计数器 定时功能定时功能: 输入信号为精确时钟脉冲输入信号为精确时钟脉冲,起分频作用起分频作用,输出脉冲输出脉冲; 设置计数初值寄存器设置计数初值寄存器,保证精确定时保证精确定时

14、; 计数功能计数功能: 输入任意脉冲输入任意脉冲,随时读出计数值随时读出计数值 设置输出寄存器设置输出寄存器,保证读数正确保证读数正确,又不影响连续计数又不影响连续计数（2）定时）定时/计数的控制计数的控制硬件启动计数硬件启动计数: 控制信号高电平时计数控制信号高电平时计数,低电平时停止计数低电平时停止计数 控制信号上升沿启动计数控制信号上升沿启动计数,计数到计数到0自动停止自动停止软件启动计数软件启动计数嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（3）输出多种波形）输出多种波形 产生分频信号产生分频信号,即定时信号即定时信号 产生方波产生方波 产生时间间隔信号产

15、生时间间隔信号,用来测量脉冲的频率或周期用来测量脉冲的频率或周期嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结2、8254结构框图（第一个实验中要用到）结构框图（第一个实验中要用到）嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结D7D0：数据总线，：数据总线，8位，与外部数据总线联接位，与外部数据总线联接/WR：写信号，输人，低电平有效：写信号，输人，低电平有效/RD：读信号，输入，低电乎有效：读信号，输入，低电乎有效/CS：片选信号，输入，低电平有效：片选信号，输入，低电平有效A1、A0：地址信号，输入，用于选择内部寄存器：地址信号，输入，

16、用于选择内部寄存器CLK2一一CLK0：3个计数器计数信号输入个计数器计数信号输入OUT2一一OUT0：3个计数器计数回零输出个计数器计数回零输出GATE2GATE0：3个个11党器外部门控输入端，高电平有效党器外部门控输入端，高电平有效8254为减计数、为减计数、16位定时位定时/计数器，计数器，下降沿计数下降沿计数嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结3、工作方式、工作方式（1）6种工作方式种工作方式 方式方式0：计数结束产生中断：计数结束产生中断 方式方式1：可重触发的单脉冲：可重触发的单脉冲 方式方式2：分频器：分频器 方式方式3：方波发生器：方波发生

17、器 方式方式4：软件触发选通：软件触发选通 方式方式5：硬件触发选通：硬件触发选通嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（2）控制字及编程）控制字及编程嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（2）控制字及编程）控制字及编程 初始化编程分为两步（对每个计算器分别编程）初始化编程分为两步（对每个计算器分别编程）1）以计数器工作方式确定控制字，写入控制字寄存器）以计数器工作方式确定控制字，写入控制字寄存器;2）按控制字规定的格式，把计数初值写入计数器）按控制字规定的格式，把计数初值写入计数器 读取计数值有两种情况（对每个计算器分别读

18、取）读取计数值有两种情况（对每个计算器分别读取）1）计数已结束，读取计数值）计数已结束，读取计数值2）在计数器计数时，先锁存，后读取，保证读数正确。）在计数器计数时，先锁存，后读取，保证读数正确。可向可向8254写一个控制字，使计数器中的输出锁存器锁住，写一个控制字，使计数器中的输出锁存器锁住，CPU就可以读取锁存器中的值，并不影响计数器继续计就可以读取锁存器中的值，并不影响计数器继续计数。一旦数。一旦CPU读取数值后，锁存状态自动解除，恢复跟读取数值后，锁存状态自动解除，恢复跟随计数器的数值随计数器的数值嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结（3）工作方式的

19、时序图分析）工作方式的时序图分析 方式方式1可重触发的单脉冲可重触发的单脉冲 犹如一单稳态触发器，每触发犹如一单稳态触发器，每触发1次，输出次，输出1个负的单脉个负的单脉冲，脉冲宽度为计数周期冲，脉冲宽度为计数周期嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 写入控制字后，输出端初始化为高电平写入控制字后，输出端初始化为高电平 门控门控GATE上升沿到后，下一个时钟脉冲的下降沿计上升沿到后，下一个时钟脉冲的下降沿计数器装入初值，输出端变为低电平数器装入初值，输出端变为低电平 当计数到当计数到0时，输出变为高电平，若计数初值为时，输出变为高电平，若计数初值为N，脉，脉

20、宽则为宽则为N个时钟周期个时钟周期 如果门控如果门控GATE又来一次上升沿，再一次触发，计数又来一次上升沿，再一次触发，计数器会按原来的初值重新计数，再产生一个单脉冲器会按原来的初值重新计数，再产生一个单脉冲嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 方式方式2分频器分频器 初始化后，输出端为高电平，在门控初始化后，输出端为高电平，在门控GATE为高电平为高电平情况下，减到情况下，减到1输出变为低电平，经过输出变为低电平，经过1个周期，输出又恢个周期，输出又恢复为高电平，重新计数，这样周而复始，产生一定频率的复为高电平，重新计数，这样周而复始，产生一定频率的脉冲，

21、犹如脉冲，犹如N分频的分频器分频的分频器嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结 写入控制字后，输出端初始化为高电平写入控制字后，输出端初始化为高电平 门控门控GATE信号变高后，下一个时钟脉冲的下降沿计信号变高后，下一个时钟脉冲的下降沿计数器装入初值数器装入初值 在在GATE高电平期间计数，减到高电平期间计数，减到1时，输出变为低电平，时，输出变为低电平，经过经过1个周期，输出又恢复高电平，重新计数个周期，输出又恢复高电平，重新计数 在门控在门控GATE变低后，停止计数，在变低后，停止计数，在GATE变为高电平变为高电平的下一个时钟脉冲下降沿，从计数初值重新开

22、始计数的下一个时钟脉冲下降沿，从计数初值重新开始计数嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结3、应用、应用 8253在在PC机中的应用：机中的应用：0用于系统时钟，用于系统时钟，1用于刷用于刷新新DMA，2用于扬声器声源用于扬声器声源 测频率测频率 测周期测周期 测时间间隔测时间间隔 测转速测转速嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结作业作业(10月月10日上课时交日上课时交,答题在纸上答题在纸上,不要用本不要用本):1、利用、利用8与非门与非门74LS30和译码器和译码器74LS138，设计一，设计一PC/104总线的端口地址

23、译码电路，得到总线的端口地址译码电路，得到Y0Y7 8个地址，其范围个地址，其范围为为190H197H。2、直接利用第、直接利用第1题得到的题得到的Y0Y7 8个端口地址，设计嵌入个端口地址，设计嵌入式计算机与式计算机与ADC0809的接口电路并写出相应的的接口电路并写出相应的C程序指令：程序指令： 选择模拟输入通道号选择模拟输入通道号7 启动启动AD转换转换 判断转换结束判断转换结束 读入数据读入数据3、请查文献写出、请查文献写出PC104的的16位总线下外设所需使用的信号位总线下外设所需使用的信号嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结关于作业的说明关于作业

24、的说明Altium 6.0软件对软件对PC104的支持的支持嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一节 接口电路总结思考题：思考题： 利用利用PC/104总线嵌入式计算机，设计应用总线嵌入式计算机，设计应用8254芯片测芯片测量脉冲信号频率量脉冲信号频率f 的接口电路。的接口电路。分析：分析： 计数器计数器0，工作在方式，工作在方式1，如何得到，如何得到1秒的高电平时间信号秒的高电平时间信号 计数器计数器1，工作在方式，工作在方式2，如何测量脉冲信号，如何测量脉冲信号f 的频率的频率 若频率若频率f 大于大于66kHz，在，在1秒钟时间内，计数器秒钟时间内，计数器1计数发生计数

25、发生溢出，如何利用计数器溢出，如何利用计数器2扩大计数范围扩大计数范围 GATE0端的高低电平控制信号如何由计算机产生端的高低电平控制信号如何由计算机产生 哪个计数器的哪一引脚的信号电平可以用来判断哪个计数器的哪一引脚的信号电平可以用来判断1秒钟时秒钟时间已到，计数已结束，如何判断间已到，计数已结束，如何判断 如何读取数据，如何计算得到被测信号的频率如何读取数据，如何计算得到被测信号的频率f嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第一部分 嵌入式计算机及接口 第一节第一节 接口电路总结接口电路总结 第二节第二节 机电系统状态量的计算机测量和机电系统状态量的计算机测量和 控制控制嵌入

26、式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控制在机电系统中，需要测量和控制的主要状态量在机电系统中，需要测量和控制的主要状态量: 位置（线位移、角位移）位置（线位移、角位移） 速度（线速度、角速度）速度（线速度、角速度） 加速度、力、振动、温度等加速度、力、振动、温度等 虽然测量传感器和控制电路品种繁多，但虽然测量传感器和控制电路品种繁多，但对计算机接口来说，就是归结到数字量、模对计算机接口来说，就是归结到数字量、模拟量、脉冲量的测量和输出。拟量、脉冲量的测量和输出。嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控

27、制一、计算机测量电路的组成一、计算机测量电路的组成1、计算机测量电路的组成、计算机测量电路的组成嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控制2、计算机测量接口电路方案、计算机测量接口电路方案（1）模拟量测量）模拟量测量嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控制 计算机对模拟量通常是经计算机对模拟量通常是经A/D转换器接口直接进行采转换器接口直接进行采集，其特点是采集速度快集，其特点是采集速度快 计算机对模拟量测量还可以通过计算机对模拟量测量还可以通过V/F转换的方法。有些转换的方法。有些情况下，模拟信

28、号需要进行长距离传输，这会引起信号情况下，模拟信号需要进行长距离传输，这会引起信号的失真和精度下降。为减小误差，可采用先经的失真和精度下降。为减小误差，可采用先经V/F转换，转换，将脉冲信号进行传输，然后计算机再对脉冲量进行计数将脉冲信号进行传输，然后计算机再对脉冲量进行计数测量的方法。测量的方法。V/F技术分辨率高，但主要缺点是转换速率技术分辨率高，但主要缺点是转换速率低，在非快速模数转换过程中应用低，在非快速模数转换过程中应用嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控制（2）脉冲量测量）脉冲量测量计算机测量脉冲量电路的组成计算机测量脉冲量电路的组成嵌入式计算机及机电系统接口应用2021年10月31日第二节机电系统状态量的计算机测量和控制 计算机对脉冲量通常应用定时计算机对脉冲量通常应用定时/计数器计数器8254进行计数测进行计数测量，或进行频率、周期测量，也可以应用普通计数器或量，或进行频率、周期测量，也可以应用普通计数器或可逆计数器进行计数，然后计算机通过并行口把计数结可逆计数器进行计数，然后计算机通过并行口把计数结果读入。果读入。 在需要快速测量脉冲量的频率时，也可以对脉冲量先在需要快速测量脉冲量的频率时，也可以对脉冲量先进行进行F/V转换，将脉