《微机原理及接口技术》-课件汇总全套ppt完整版课件最全教学教程整套课件全书电子教案

1、21世纪高等院校计算机科学与技术规划教材微机原理及接口技术 1/28引 言 微处理器的发展 年代代表产品工艺特点19721973I4004/8008PMOS4位机，速度慢19741976I8080NMOS8位机，软件丰富19761978Z80集成8位机，高级语言19781980I8086HMOS16位机1981IAPX 43232位机2/28本课程教学模块第一章、微型计算机基础知识第二章、微型计算机的组成及工作原理第三章、汇编语言程序设计第四章、输入输出接口第五章、存储器及其结构第六章、中断控制系统第七章、可编程计数定时控制器8253第八章、数/模及模/数转换器第九章 微型计算机外部设备简介第

2、十章 微型计算机开发应用3/28第一章 微型计算机基础知识本章要点： 计算机的码制与数制 二进制编码的十进制数（BCD码） 计算机的逻辑器件4/281.1 数制 迄今为止，所有的电子计算机以二进制进行算术和逻辑运算的 微型计算机和其他数字电路设备也是如此。 操作计算机时，大多是通过键盘输入十进制数字和符号命令，计算机把他们转换成二进制形式进行识别、运算和处理。运算结果，计算机又还原成十进制数字和符号在输出设备上反映出来。输入码扫描码ASCII码输出码（十进制） （二进制） （点阵码）微型计算机自动完成的5/281.1.1 进位计数制及其基数和权 数制，即进位计数制，是人们利用符号来记数的科学方

3、法。数制有多种形式，如十进制数、二进制数、八进制数等等。习惯用的十进制记数法。一个任意的十进制数可以表示为：anan-1a0.b1b2b3bm-1bm数制中的三个术语：l数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，数字符号称为“数码”。l基：数制中所允许使用的数码个数称为基。l权：数制每一位所具有的值称为权。6/281.1.2 计算机中常用的进制数 人用的数十进制数，计算机用二进制数，为简化也用八进制和十六进制。 下面将分别介绍这几种常用的进制。表1-1 计算机中常用的进制数进制数基数记数原则备注十进制数0,1,2,8,9逢十进一，借一当十人们最常用二进制数0,1逢二进一，借一当二计算机中采用

4、八进制数0,1,2,3,4,5,6,7逢八进一，借一当八为简化二进制数据的书写十六进制数0,1,9,A,B,C,D,E,F逢十六进一，借一当十六为简化二进制数据的书写7/281.1.2 计算机中常用的进制数 一、二进制表示法：基数为二（0，1）；权值为 2i 。1、二进制表示数值方法： N = + Ki 2i 其中：Ki = 0 或 12、二进制运算规则：逢二进一，借一当二。加法运算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10（逢二进一）减法运算：0-0=0 10-1=1（借位） 1-0=1 1-1=0乘法运算：00=0 01=0 10=0 11=1除法运算：0/1=0 1/1=1 例1

5、-1：二进制数1011.1表示如下：(1011.1)B= 123 + 022 + 121 + 120 +12-18/281.1.2 计算机中常用的进制数 一、二进制表示法：基数为二（0，1）；权值为 2i 。二、八进制表示法：基数为八（0，1，2，3，4，5，6，7）；权值为 8i 。1、八进制表示数值方法 N = Ki 8i 其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、72、八进制运算规则：逢八进一，借一当八。例1-2：（467.6）O=482 + 681 + 780 + 68-19/281.1.2 计算机中常用的进制数 一、二进制表示法：基数为二（0，1）；权值为 2i 。二、八进制表示

6、法：基数为八（0，1，2，3，4，5，6，7）；权值为 8i 。三、十六进制表示法：基数为十六（0,1,9 ,A ,B,C,D,E,F），权值为 16i 。1、十六进制表示数值方法：N =Ki16i 其中：Ki = 0 9 、A F2、十六进制运算规则：十六进一，借一当十六。例1-3：（56D.3）H = 5162 + 6161 + 13160 + 316-110/281.1.3 进制间的转换 计算机用二进制，人用十进制数, 平时又常用到十六进制数和八进制数，这就需要掌握各种进制间的相互转换关系一、二进制数和十进制数之间的转换1、 二进制数转换为十进制数：按权展开相加例1-4: 11101.1

7、01=124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875 2、 十进制数转换为二进制数：整数和小数分别进行转换l整数转换：除2取余逆序排列l小数转换：乘2取整顺序放在小数点后11/281.1.3 进制间的转换 例1-5： 将（137）D 转换为二进制数。 2 137 余数（结果） 低位 2 68 1 2 34 0 2 17 0 2 8 1 2 4 0 2 2 0 2 1 0 0 1 高位转换结果：（136）D=（10001001）B例1-6： 将（0.625）D转换为二进制数。0.625 2 1.25 2 0

8、.5 2 1.0 取整： 高位 低位转换结果： (0.625)D = (0.101)B12/281.1.3 进制间的转换 二、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换1、二进制数到八进制数转换：三位化一位，不足补02、二进制数到十六进制数转换：四位化一位，不足补0。例1-7：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。 二进制数到八进制数的转换： 1000110. 01= 001 000 110 .010 B = ( 1 0 6 . 2 ) O 二进制数到十六进制数的转换： 1000110 . 01=0100 0110 . 0100 B = ( 4 6 . 4 ) H3、八进制、十六

9、进制数到二进制数的转换：一位化三位（四位）例1-8：将(352.6)o转换为二进制数。 3 5 2 . 6 011 101 010 110 = ( 11 101 010 . 11 ) B13/281.1.3 进制间的转换 按位权展开求和整数除以16取余小数乘以16取整八进制数十六进制数二进制数十进制数4位化1位1位化4位按位权展开求和3位化1位1位化3位整数除以8取余，小数乘以8取整整数除以2取余小数乘以2取整按位权展开求和图1-1 数制间的转换关系14/281.1.3 进制间的转换 二 进制十六 进制十 进制八进制二 进制十六 进制十进制八进制000000010010001101000101

10、011001110123456701234567012345671000100110101011110011011110111189ABCDEF891011121314151011121314151617各种数制对照表 15/281.2 数据在计算机中的表示 数值数据 所有的数位都用来表示数据的数值无符号数：没有符号位， 为了方便，通常将它作为正数处理。 分正、负两种有符号数：用“0”表示正号“+”，用“1”表示负号“-” 符号位放在数的最高位。16/281.2.1 机器数与真值 1、机器数：数在机器中的表示形式（数值数据在计算机中的编码）2、真值：机器数的数值（即用 + 、- 表示符号再加上

11、绝对值）例如：真值 X1=-1011B，其对应的机器数为11011B 真值 X2=-0.1101B，其机器数为1.1101B （对于小数，小数点左边的1为符号位，不是数值的数字）3、带符号的二进制数在机器中的表示方法有三种 原码、补码、反码17/281.2.1 机器数与真值 一、原码表示法：最高位表示符号，0-正、1-负，其它位表示数值的绝对值定义：X原= X 0= X 1 定点小数 1+ |X| -1 X =0 X原= X 0= X= 2n -1 定点整数 2 n+1 + |X| -( 2n1)= X= 0例1-9：求X1=0.1011，X2=-0.1011的原码表示。（8位）X1原 = X

12、1 = 01011000X2原=1+ |X2| = 11011000 小数点位置 小数点位置例1-10：求X1=1011，X2=-1011的原码。（8位） X1原=00001011 X2原=10001011 小数点位置 小数点位置特点： 原码与真值的对应关系简单； 0的编码不唯一，处理运算不方便。18/281.2.1 机器数与真值 二、补码表示法一是使符号位和有效数值部分一起参加数值运算，简化运算规则二是使减法运算转化为加法运算，简化计算机中运算器的线路设计1、 模的概念：一个计量单位称之为模或模数，用M表示。 如：时钟是以12进制进行计数循环的，即以12为模，计满后发生溢出，又从头开始计数。

13、 由此模数为12循环计数，加2和减10效果一样，10和2对模12互为补数。计算机中称为补码2、 补码的表示：正数的补码和原码相同。负数的补码则是符号位为“1”，数值部分按位取反后再在末位（最低位）加1。例1-12：求0.1011和 -0.1011的补码。（8位）0.1011补=0.1011原=01011000-0.1011补=-1011000反+1=10100111+1=101010000补=+0补=-0补=00000000特点：0的补码只有一个，即0补=00000000B=00H。19/281.2.1 机器数与真值 一、原码表示法 二、补码表示法 三、反码表示法：最高一位表示符号，数值位是对

14、负数取反。注意数0：+0反=00000000 -0反=1111111+1100111反=01100111 -1100111反=10011000特点：通过反码表示法可以获得将负数转换成补码的简便方法。 正0和负0的反码表示是不同的。20/281.2.2 计算机中常用的编码 一、BCD码 （Binary Code Decimal）BCD码是一种用4位二进制数字来表示一位十进制数字的编码，表1-3 十进制与8421BCD码对照表十进制BCD码十进制BCD码0123456700000001001000110100010101100111891011121314151000100100010000000

15、100010001001000010011000101000001010121/281.2.2 计算机中常用的编码 一、BCD码 （Binary Code Decimal）BCD码有两种格式：1、压缩BCD码格式（Packed BCD Format）用4个二进制位表示一个十进制位，就是用0000B-1001B来表示十进制数0-8。例如：十进制数4256的压缩BCD码表示为：0100 0010 0101 0110 B2、非压缩BCD码格式（Unpacked BCD Format）用8个二进制位表示一个十进制位其高四位无意义，用xxxx表示，低四位和压缩BCD码相同（注：上表为非压缩BCD码）例1

16、-13：十进制数4256的非压缩BCD码表示为：xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 22/281.2.2 计算机中常用的编码 二、 ASCII码 美国标准信息交换代码（American Standard Card for Information Interchange） 这种编码由7位二进制数码（b6b5b4b3b2b1b0）编码组成，共有128个编码 包括大写、小写英文字母，十进制数字，标点符号和控制符号。 其前32个代码是控制字符，编程人员利用控制字符可以控制机器进行某种操作。例如往打印机送OAH（代表控制字符LF，指换行），则打印机的纸向前走一行。

17、 大写英文字母AZ的ASCII码是从1000001（即41H）开始按顺序递增 另外空格SP的ASCII码是20H，回车CR的ASCII码是0DH，换行LF的ASCII码是0AH这种七位代码若再加上一个奇偶校验位，就可以组成八位代码。特别是计算机用八位二进制位构成一个字节，因而ASCII码在计算机中普遍应用。23/281.2.2 计算机中常用的编码 一、BCD码 二、ASCII码三、GB2312-80编码 为了适应计算机处理中文信息的需要，国家标准总局制定了“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，代号“GB2312-80”。这种编码称为国标码。 该编码集规定了计算机使用汉字和图形符号总数为7

18、445个，其中汉字总数6763个；按照常用汉字的使用频率分为一级汉字3755个，二级汉字3008个，图形符号682个。由于汉字数量大，用一个字节无法区别，常采用两个字节对汉字进行编码。 24/281.3 数据在计算机中的运算 1.3.1 二进制数的逻辑运算计算机逻辑运算是由专门的逻辑电路完成的。下面介绍几种常用的逻辑运算一、 逻辑乘运算：又称逻辑与，常用运算符“”表示运算法则：00=0 10=01=0 11=1例1-14：X=01100110B，Y=11110000B，解：XY=01100110B 11110000B=01100000B二、 逻辑加运算：又称逻辑或，常用运算符“”表示运算法则：

19、00 = 0 10 = 01 = 1 11 = 1例1-15：X=00110101B，Y=00001111B，解：XY=00110101B 00001111B=00111111B三、 逻辑非运算：又称逻辑取反，常用运算符“”表示，运算法则：0 = 1 1 = 0 例1-16：已知X=11000011B，试求的值。解： 11000011B =00111100B四、 逻辑异或运算：又称半加或按位加，是不考虑进位的加法，常采用运算符“”表示运算法则：0 0 = 1 1 = 0 1 0 = 0 1 = 1 例1-17：已知X=10110110B，Y=11110000B，解：10110110111100

20、00=01000110 B25/281.3.2 整数的四则运算一、 加法运算：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=101+1+1=11二进制数的加法过程和十进制加法过程类似二、 减法运算：00=0 11=0 101=10-1=1二进制数的减法过程和十进制减法过程类似，在减法过程中要注意借1应看做2。两个二进制数相减时先要判断它们的大小，差的符号由两数关系决定。三、乘法运算：00=010=01=011=1两个二进制数相乘和两个十进制相乘类似。四、 除法运算 除法是乘法的逆运算。与十进制类似，二进制除法也是从被除数最高位开始的。其过程是先查找出够减除数的位数，在其最高位处上商1并完成它对除数的

21、减法运算，然后把被除数的下一位移到余数的位置上。若余数不够减除数，则商0，并把被除数的再下一位移到余数的位置上。若余数够减除数，则商1，余数减除数。这样反复进行，直到全部被除数的各位都移到余数位置上为止。26/281.4 逻辑功能部件 一、 加法运算：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=101+1+1=11+ -图1-2 二极管图1-3 三极管的结构示意图AY Y = AO1Y Y = A + B1ABABY Y = A B&BY Y = A + BO1ABY Y = A BO&ABY Y = A B = A B + A B=1ABAY Y = AO1O127/28第一章 习题1. 将下列

22、各十进制数转换成为二进制数（最多保留6位小数） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1232. 将下列各十进制数转换成为八进制数（最多保留6位小数） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1233. 将下列各十进制数转换成为十六进制数（最多保留6位小数） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1234. 将下列各十六进制数转换成为十进制数（最多保留6位小数） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1235. 将下列各八进制数转换成为十进制数（最多保留6位小数） （1）121 （2）12.125 （3）23.25

23、（4）1236. 将下列各八进制数转换成为二进制数 （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1237. 将下列各十六进制数转换成为二进制数 （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1238. 以十六进制形式，给出下列十进制数对应的8位二进制补码表示。（1）23 （2）-23 （3）-128 （4）1279. 写出下列各二进制数的原码、补码和反码（1）0 （2）0.101010 （3）-0.101011 （4）0.1111128/28本课程教学模块 第一章、微型计算机基础知识第二章、微型计算机的组成及工作原理第三章、汇编语言程序设计第四章、输入输出接口第五章、

24、存储器及其结构第六章、中断控制系统第七章、可编程计数定时控制器8253第八章、数/模及模/数转换器第九章 微型计算机外部设备简介第十章 微型计算机开发应用29/29第八章 数/模及模/数转换器本章要点：模拟量输入输出通道的基本概念数/模转换器DAC0832的工作原理及应用模/数转换器ADC0809的工作原理及应用典型的模拟量输入、输出系统的设计应用30/29第八章 数/模及模/数转换器 将模拟量转换为数字量的器件称为模/数转换器（简称A/D转换器），而将数字量转换为模拟量的器件称为数/模转换器（简称D/A转换器）。 31/298.1 D/A转换器概述 D/A转换器从工作原理上可以分为并行D/A

25、转换器和串行D/A转换器两种。并行D/A转换器的转换速度快，但电路复杂。随着计算机技术的飞速发展，并行D/A转换器成为当前主流，被广泛应用。32/29一、D/A转换器的工作原理 并行D/A转换器的电路设计中，使输入数码的位数与数字量的位数相同，对应输入数码的每一位都设有信号输入端D0、D1、D2，用以控制相应的模拟切换开关电子开关，基准电压VREF接到电阻网络上 并行数模D/A转换器工作过程：数字量按权相加 模拟量。因此，当D/A转换电路的电子开关端输入的二进制编码全为1，则运算放大器输出为： （1-1/2n）VREF；当电子开关端输入的二进制编码全为0，则运算放大器输出为0。所以，D/A转换

26、器的输出在 0 到（1-1/2n）VREF之间。 33/29二、D/A转换器的主要性能参数 1、分辨率 分辨率是指D/A转换器所能分辨的最小电压增量。它反映了D/A转换器对微小输入量变化的敏感性。分辨率常用二进制输入量的位数来表示，例如分辨率是8位、10位等。有时，也用最小与最大输出电压之比的百分数来表示。 例如：分辨率是8位的D/A转换器，其分辨率为： 1/（28-1）= 0.392 % 10位转换器，输入满量程为5伏，能分辨的电压为：5V1/（210-1）=4.90mV2、转换精度 D/A转换器的转换精度就是用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移

27、误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。一般采用数字量的最低有效位（LSB）作为衡量单位，用LSB的二分之一或全标出电压的百分数来表示。34/29二、D/A转换器的主要性能参数 3、转换时间 DAC的输入数字量有满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压达到满刻度值1/2LSB（最低有效位）时所需要的时间。4、线性度 通常用非线性误差的大小表示DAC的线性度。在D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。5、输出电平 不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为5V10V，有的高压输出型的输出电平则高达24V30V。 6、温度系数 在满刻度输出的条件下，

28、温度每升高00C，输出变化的百分数定义为温度系数。温度系数也称温度灵敏度，常用PPM表示（PPM为百万分之一）。一般D/A转换器的温度系数为：50 PPM.35/29常用的D/A转换器 分类型号分辨率特点高速高精度芯片DAC08088位无锁存，输出为单极性DAC1108 12位建立时间150ns高分辨率芯片DAC113616位可电压也可电流输出，有输入锁存DAC113818位电压或电流输出带数字缓冲芯片DAC08328位有锁存、易控制、兼容CPU、低廉DAC120812位双缓冲有锁存、兼容CPU专用目的芯片DAC14208位420mA输出、回路供电、有缓冲DAC142310位420mA输出、回

29、路供电、有缓冲36/298.2 DAC0832 DA转换器DAC0832转换芯片是美国数据公司采用CMOS工艺设计的8位双缓冲、电流输出型的DA转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容；可与通用的微处理器直接接口，可以采用双缓冲，单缓冲或直通方式工作。其主要技术指标：电流建立时间 1us单电源+5V+15V Vref输入电压+ 25V分辨率8位转换精度1LSB功率耗能200mW最大电源电压17V37/298.2.1 DA转换器的0832功能结构一、 内部结构 DAC0832的内部结构框图包括四个主要部分。1、8位输入寄存器：可作为输入数据第一级缓冲。2、8位DAC寄存器：可作为输入数据第二级缓冲

30、。3、 8位D/A转换器：将DAC寄存器中的数据转换成具有一定比例的直流电流。 4、 逻辑控制部分：0832芯片内部有两个数据缓冲器，分别由两组控制信号控制，输入寄存器中的数据被锁存到DAC寄存器中。38/29二、引脚功能 1、D7D0：8位数据量输入。 2、ILE：数据输入锁存允许，高电平有效。 3、/CS：片选。4、/WR1：输入寄存器写信号，实现输入数据的第一级缓冲。 5、/XFER：数据传送控制信号，控制从输入寄存器到DAC寄存器的内部数据传送。6、/WR2：DAC寄存器写信号，实现输入数据的第二级缓冲。7、VREF：参考电压源，电压范围为-10V+10V。 8、Rfb：内部反馈电阻接

31、线端，该电阻被制作在芯片内用作运算放大器反馈电阻。 9、OUT1：DAC电流输出1，其值随输入数字量线性变化。 10、OUT2：DAC电流输出2。 11、 Vcc：工作电源，其值范围为+5V15V12、GND：模拟信号地线。13、DGND：数字信号地线 39/298.2.2 0832的三种工作方式 1、直通工作方式 性质：适用于连续反馈控制线路中。 方法：CS 、WR1、WR2、XFER均接地、ILE接高电平，使两个寄存器有效，数据直到转换器 注意：必须通过I/O接口与CPU连接，匹配CPU与D/A的转换，如图（a）所示。2、双缓冲工作方式 性质：适用于多个DAC同时输出的情形。 方法：先分别

32、使这些DAC00832的输入寄存器接收数据，再控制这些DAC0832同时传送数据到DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出，如图（b）所示。3、单缓冲工作方式 性质：适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出。 方法：控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收数据。 40/298.2.3 0832 的应用 D/A转换器可以视为微机的一种外围设备，实现D/A转换器和微机接口技术的关键是数据锁存问题。当CPU向D/A转换器输出一个数据时，这个数据在数据总线上只持续很短的时间，必须有数据锁存器锁住这个数据，才能得到持续稳定的模拟量输出。有些D/A转换器芯片本身带有锁存器，但也有些D/A转换器芯片本身不

33、带锁存器，此时74LS273芯片以及可编程的并行I/O接口芯片8255A均可作为D/A转换的数据锁存器。 41/29一、DAC芯片与主机的连接1、主机位数等于或大于DAC芯片位数 对于这种情况，可将主机与DAC芯片通过一级锁存器直接相连。连接如图，没有锁存器的DAC通过一片LS273就可以连接CPU数据总线了。 对于DAC0832，由于本身具有锁存器，工作在单缓冲方式，则控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收数据，可以直接连接到CPU的数据总线。操作程序：MOV AL, DATAMOV DX, PORTOUT DX, AL42/29一、DAC芯片与主机的连接2、主机位数小于DAC芯片位数特点：数

34、字数据需要多次输出，接口电路也需要多个（级）锁存器保存多次输出的数据，并需要同时将完整的数字量提供给DAC转换器。两级锁存电路的连接如图所示。主要控制程序MOV AL, BLMOV DX, PORT1OUT DX, ALMOV AL, BHMOV DX, PORT2OUT DX, AL43/29二、DAC0832与8086CPU的硬件连接 借助8255，应用DAC 0832作三角波产生器，电路硬件连接如图所示。控制主程序：MOVDX，0FFFEH；8255控制口MOVAL，80H； 全输出方式OUTDX，ALMOVDX，0FFFAH；8255B口地址MOVAL，10H；置0832直通工作方式O

35、UTDX，AL； LOP：MOV DX，0FFF8H ；8255A口地址 MOV AL，00HLOP1：OUTDX，AL INCAL JNZLOP1MOVAL，0FFHLOP2：OUTDX，ALDECAL JNZLOP2JNZLOP44/298.3 AD转换器概述 A/D转换器是将模拟量电信号转换成数字量信号的器件。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、温度、湿度、流量、压力、位移及速度等非电信号的物理量。对于非电信号的物理量需要通过传感器变成模拟电信号，再用A/D（模/数）转换技术把这些模拟量转换为数字量供计算机处理。随着计算机技术的飞速发展，A/D的应用越来越被广泛。 45/29

36、一、AD转换器工作原理将模拟量转换为N位二进制数字量信号的AD转换器电路，需要完成：采样、保持、量化和编码四个过程。1、采样过程：将时间上连续变化的模拟量转变为时间上断续变化的模拟量。为保证采样实时性，要求输出跟随输入同步变化。2、保持过程：将采样得到的模拟量的值保持下来（ Vo = k * Vc = f * Vi ）。为保证采样精确度，要求在A/D转换期间，保持输入模拟量的信号不变。V0- Av+S(t)ViTVcCb46/29一、AD转换器工作原理1、采样过程：2、保持过程：3、量化过程：用基本的量化电平q的个数来表示采样模拟电路得到的模拟电压值。4、编码过程：把已经量化的模拟数值用二进制

37、数码（1/0）或其它的码来表示。 4q3q2q1q0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 量化 2q 3q q 2q 3q 4q 3q 3q 2q 3q 3q q 编码 010 011 001 010 011 100 011 011 010 011 011 00147/29三、A/D转换器的外部特性 1、转换启动线：控制A/D转换器开始转换工作。由电平和脉冲两种启动。2、转换结束线：转换结束，由ADC发出申请中断或DMA传送。3、模拟信号输入：有单通道输入和多通道输入。4、输出类型：有锁存器的输出数字量可直接连接到CPU，但是对于无锁存器的，则需要经外

38、部锁存器。48/29四、A/D与CPU的接口任务1、发转换启动信号（START）：CPU提供给ADC芯片，在正脉冲的下降沿转换开始。2、取回转换结束状态信号（EOC）：CPU从A/D读，一旦启动转换，EOC立即变低，直至转换结束，EOC输出高电平，通知CPU转换已结束。3、读取转换数据：接口在CPU控制下从内存读数据。4、进行通道寻址：对多个模拟量输入通道进行选择。5、发S/H控制信号：对高频信号，需对采样保持器发控制信号。6、允许输出信号（OE）：ADC转换结束后，转换结果存放在输出锁存器中，并没有送入数据总线上。CPU取数时发出OE信号选通芯片内部三态输出缓冲器将数据输出。 49/29常用

39、的A/D转换器芯片 分类型号分辨率特 点高速高精度芯片DAC08098位CMOS型、有锁存，可直连CPUADC1140 16位最大转换时间35us高分辨率芯片AD113114位转换时间12usAD755013位CMOS 低功耗芯片AD75838位COMS、9通道、单电源、借助I/O口进行接口ADC121012位转换速度1次/100us50/298.4 ADC0809模数转换器 ADC0809芯片是National半导体公司采用CMOS工艺设计的A/D转换器。它具有8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，得到8位二进制数字量。其主要技术指标如下： 输出：具有三态锁存/缓冲

40、功能分辨率：8位。转换时间：100us。 不可调误差：1LSB。功耗：15mW。工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。 时钟频率：片内无时钟，需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。51/298.4.1 ADC0809内部功能结构1、模拟多路转换开关模拟多路转换开关由8路模拟开关和3位地址锁存与译码器组成，地址锁存允许信号ALE将三位地址信号ADDC、ADDB和ADDA进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸信号加到A/D转换部分进行转换。2、A/D转换两大部分 A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器SAR、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存

41、缓冲器，其输出数据线可直接连CPU的DB。 52/298.4.2 ADC0809的外部引脚1、D7D0：8位数据输出线。 2、IN7IN0：8路模拟信号输入。 3、ADDC、ADDB、ADDA：8路模拟信号输入通道的地址选择线。4、ALE：地址锁存允许，其正跳变锁存地址选择线状态，经译码选通对应的模拟输入信号。 5、START：启动信号，上升沿使片内所有寄存器清零，下降沿启动A/D转换。 6、EOC：转换结束，转换开始后，此引脚变为低电平，转换一结束，此引脚变为高电平。 7、OE：输出允许，此引脚为高电平有效，当有效时，芯片内部三态数据输出锁存缓冲器被打开，转换结果送到D7D0；。8、CLOC

42、K：时钟，最高可达1280KHz，由外部提供。9、REF（+）、REF（-）：参考电压正极、负极，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND。 10、Vcc：电源，+5V，11、GND：地线 53/298.4.3 ADC0809的应用一、ADC0809与CPU直接连接1、启动转换MOV SI，OFFSETBUFFERMOV AL，SI ；取将输出的数据MOV DX，2F7H ；控制端口为2F7HOUT DX，AL ；发启动开始命令 2、读取转换数据由0809转换的数字量存入内存单元，偏移地址在DI中，用读写命令操作。 MOV DI,OFFSET BUFFERLOP1：IN AL，DX MO

43、V DI，AL INC DI LOOP LOP1 ；循环输入 54/29二、利用8255A并行接口芯片构成软件查询方式下的A/D转换。 8255A接译码器输出/Y7，A口工作于方式1输入，0809的START与ALE同8255A的PB4相连，从输入通道IN0输入一个模拟量，经ADC0809转换后送入微处理器的程序为： MOV DX，23EH ；8255A控制口地址 MOV AL，0B0H ；8255A初始化，A为方式1输入 OUT DX，AL ；B口为方式0输出 MOV DX，23AH ；8255A的B口口地址 MOV AL，00H ；取通道号0，置PB4为“0” OUT DX，AL MOV

44、AL，10H ；置PB4为“1”，启动ADC0809转换 OUT DX，AL MOV AL，00H ；置PB4为“0” OUT DX，AL MOV DX，23CH ；8255A的C口口地址 LOP： IN AL，DX ；读8255A状态字 TEST AL，20H ；IBFA状态为“1”吗？ JZ LOP ；否，继续查询等待 MOV DX，238H ；8255A的A口口地址 IN AL，DX ；从8255A的A口取转换好的数据55/29习 题 八1. D/A转换器在微机应用中起何作用? 2. D/A转换器的分辨率和精度? 3. DAC0832有何特点? 4. D/A转换器和微处理器接口中的关键问

45、题是什么?如何解决? 5. 试设计一个CPU和两片DAC0832的接口电路，并编制程序使之能在示波器上显示出正六边形的6个顶点。 6. 编写用 DAC0832转换器芯片产生三角波的程序，其变化范围在010v之间变化。若要在-5+5v之间变化要采用什么措施实现。 7. A/D转换为什么要进行采样? 采样频率应根据什么选定? 8. 设输入模拟信号的最高有效频率为 5kHz，应选用转换时间为多少的A/D转换器对它进行转换? 9. 设被测温度变化范围为 300l000，如要求测量误差不超过1，应选用分辨率和精度为多少位的A/D转换器(设A/D转换器的分辨率和精度的位数一样)？ 56/29习 题 八 1

46、0. 为了测量某材料的性质，要求以 5000点/s的速度采样，若要采样1min，试问，至少要选用转换时间为多少的8位ADC芯片? 要多少字节的RAM存储采样数据? 11. A/D转换器和微处理器接口中的关键问题有哪些? 12. 有几种方法解决 A/D转换器和微处理器接口中的时间配合问题? 各有何特点? 各适用于何种情况? 13. 试设计一个采用查询法并用数据线选择通道的 CPU和ADC0809的接口电路，并编制程序使之把所采集的8个通道的数据送入给定的内存区。 14. 设计一个每采集一个数据只需一条I/O指令的CPU和ADC0809的接口电路，采用固定延时等待法,编制程序使之把所采集的8个通道

47、的数据送入给定的内存区。 57/29本课程教学模块第一章、微型计算机基础知识第二章、微型计算机的组成及工作原理第三章、汇编语言程序设计第四章、输入输出接口第五章、存储器及其结构第六章、中断控制系统第七章、可编程计数定时控制器8253第八章、数/模及模/数转换器第九章 微型计算机外部设备简介第十章 微型计算机开发应用58/43第二章、微型计算机的组成及工作原理本章要点： 微型计算机的组成 微型计算机的工作原理 Intel8086/8088微处理器 微型计算机的存储器 微型计算机的总线59/432.1 微型计算机的概述 当前微型计算机在人类社会中的应用无处不在，但微型计算机是相当复杂的，要了解其工

48、作原理就必须将其分解为若干电路环节，或几大功能模块；每个功能模块又有若干电路部件组成。 微型计算机的基本功能可概括为三大功能能运算、能判断、能决策60/432.1.1 微型计算机的发展与应用二、微型计算机的应用1、科学计算和科学研究 解决科学研究和工程技术中所提出的数学问题，是计算机最早的应用领域。 2、数据处理 对数字信息进行加工，具有数据量大、时间性强等特点，是计算机应用最广泛的领域。 3、自动化控制 对被控制对象及时地采集、检测数据，并进行处理和判定，按最佳状态自动控制或调节被控制对象的一种方式。实时性是一个显著特点。例如用单板微型计算机实现DDC级控制，用卫星计算机实现SCC级监督管理

49、控制，用高档微型计算机实现SCC或低层MIS管理也已屡见不鲜。 4、计算机辅助系统 进行建筑、服装、机器零件、电路等设计工作或利用计算机进行辅助教学工作。有计算机辅助教学（CAI）、设计（CAD）、制造（CAM）、测试（CAT）、集成制造（CIMS）等。 5、人工智能 人工智能是研究、解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科，人工智能系统主要包括专家系统、机器人系统、语音识别和模式识别系统等。61/432.1.2 微型计算机的组成 计算机硬件系统主要有微处理器、存储器、I/O接口、I/O设备及系统总线组成微处理器（CPU）存储器（memory）I/O接口输入设备（input）I/O接口输

50、出设备（output）I/O接口图2-1 计算机硬件系统地址总线控制总线数据总线62/432.1.2 微型计算机的组成 计算机硬件系统主要有微处理器、存储器、I/O接口、I/O设备及系统总线组成1、微处理器（CPU）：是利用大规模集成电路技术做成的芯片 完成计算机系统内各部件统一协调和控制工作。2、存储器：分为内存储器和外存储器两种 存储器的主要功能是存放各类程序和数据信息3、I/O设备： 用于从计算机外部将数据和程序输入到内部，供计算机处理或将处理后的结果送出。4、I/O接口：负责连接外部设备和系统总线，与CPU进行信号联络等工作。 显示器卡、声卡、网卡、键盘接口、USB接口。5、系统总线：

51、从处理器引出的若干信号线，CPU与存储器或I/O设备进行信息交换。l 在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制总线l 在某一时刻只能有一发送者发送信号，但可以有多个设备从总线上同时获得信号。l 通过总线插槽来与接口板连接。63/432.1.3 微型计算机的工作原理 在计算机进行数值计算前，应先做如下工作：l 用助记符号指令（汇编语言）编写程序（源程序）；l 用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；l 将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。例2-1：计算1+2=？的程序：MOV A，01H ；机器语言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD

52、 A，02H ；机器语言：0000 0100 0000 0010B，02与A中内容相加，结果存入A。64/432.1.3 微型计算机的工作原理 例2-1：计算1+2=？的程序：MOV A，01H ；机器语言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD A，02H ；机器语言：0000 0100 0000 0010B，02与A中内容相加，结果存入A1、取指令阶段的执行过程：（设程序从00H开始存放）1）PC或IP内容送AR。2）PC自动加1为取下一条指令作准备。3）AR通过AB送地址译码器进行译码，选中单元 4）CPU发出“读”命令。5）将所选中的单元的内容读至DB上。6

53、）经DB，读出的送至DR。7）DR将其内容送至IR中，经指令译码器 ID， 于是PAL发执行控制命令PC0000 0000 B0000 0000 B1011 0000 B1011 0000 B1011 0000 BALU0000 0000 B0000 0000 B1011 0000 B0000 0000 B1011 0000 B0000 0001 B0000 0001 B0000 0002 B0100 0100 B0000 0003 B0000 0010 B0000 0004 B1111 0100 BARDRIRIDPLA读命令控制信号AB取第一条指令操作示意图图2-2 取第一条指令操作示意图

54、65/432.1.3 微型计算机的工作原理 例2-1：计算1+2=？的程序：MOV A，01H ；机器语言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD A，02H ；机器语言：0000 0100 0000 0010B，02与A中内容相加，结果存入A1、取指令阶段的执行过程2、执行指令阶段的执行过程：1）将PC或IP的内容送地址寄存器AR。2）PC自动加1为取下一条指令作好准备。3）AR经AD送存储器地址译码器译码选中单元4）CPU发出“读”命令。5）将所选中单元读至DB上。6）经DB，读出送至DR。7）由控制码知立即数，将它送入A DR通过内部总线将05H送入累加器A中

55、。执行第一条指令操作示意图PC0000 0010 B0000 0001 BBBBALU0000 0001 BB0000 0001 B0000 0000 B1011 0000 B0000 0001 B0000 0001 B0000 0002 B0100 0100 B0000 0003 B0000 0010 B0000 0004 B1111 0100 BARDRIRIDPLA读命令控制信号AB图2-3 执行第一条指令示意图66/432.1.4 微型计算机的特点与分类 一、微型计算机的特点1、同其它各类计算机相比，微型计算机具有如下特点：l 体积小、重量轻、功耗低，对于过去占地上百平方米实现的功能，

56、微型机即已具备；l 速度快、功能强，占领原来小型机的领域，而且广泛应用于过程控制等新的场合；l 寿命长、可靠性高，平均无故障时间可达几万小时；l 开发周期短、成本低、价格便宜，微型机进入家庭的时代已经到来；l 品种多、适应性强，各种应用领域都可找到适合该领域的产品；对环境要求较低；l 易学、易用、维修方便。2、微型计算机的发展趋势：速度越来越快、 容量越来越大、功能越来越强67/432.1.4 微型计算机的特点与分类 一、微型计算机的特点二、微型计算机的分类1、 单片机，又称单片微控制器, 是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 将CPU、部分MEM、I/O接口都集成在一块芯片上。在智能仪表及控

57、制领域内应用极广。 2、 单板机，将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上 包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等 功能比单片机强，适用于进行生产过程的控制。可以直接在实验板上操作，适用于教学。 3、 个人计算机或称PC机（Personal Computer ） 面向个人单独使用的一类微机，能够实现各种计算、数据处理及信息管理等。 在商业、家用、科学和教学等领域都得到了广泛的应用。68/432.2 微处理器微处理器（microprocessor）是微型计算机的运算及控制的核心部件，也称中央处理单元（CPU）。表2-2 流行的微处理器的基本参数型号发

58、布年份字长位晶体管(万个)主频MHZ数据总线(位)外部总线(位)地址总线(位)寻址空间(B) 高速 缓冲80861978162.94.771616201M无80881979162.94.77168201M无8028619821613.462016162416M无8038619863227.512.5333232324G有80486198932120160251003232324G8KBPentium(586)199332310330601666464324G8KB数据8KB指令PentiumPro(P6)199532550155015020064643664G8KB数据、8KB指令256KB二

59、级缓冲Pentium II19973295023333364643664G32KB、512KB二级缓冲独立封装、独立总线69/432.2 微处理器微处理器（microprocessor）是微型计算机的运算及控制的核心部件，也称中央处理单元（CPU）。表2-2 流行的微处理器的基本参数型号发布年份字长位晶体管(万个)主频MHZ数据总线(位)外部总线(位)地址总线(位)寻址空间(B) 高速 缓冲80861978162.94.771616201M无80881979162.94.77168201M无8028619821613.462016162416M无8038619863227.512.533323

60、2324G有80486198932120160251003232324G8KBPentium(586)199332310330601666464324G8KB数据8KB指令PentiumPro(P6)199532550155015020064643664G8KB数据、8KB指令256KB二级缓冲Pentium II19973295023333364643664G32KB、512KB二级缓冲独立封装、独立总线803868088CPU70/432.2.1 Intel8086/8088微处理器 一、8086CPU的内部结构 内部是由总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和执行部件