精品课件-微机原理与接口技术-第9章
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微机原理与接口技术课件PPT
汇编语言的优点
汇编语言具有高效、可移植性、 可维护性等优点，适用于编写操 作系统、编译器等关键软件。
汇编语言的缺点
汇编语言编写复杂，容易出错， 且可移植性较差，需要针对不同 的计算机体系结构进行修改。
高级语言
01
高级语言的定义
高级语言是一种抽象程度更高的 编程语言，它使用更接近自然语 言的语法和语义。
实验提供参考。
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串行接口的数据传输速率比并行 接口慢，但只需要一根数据线， 因此成本较低。
03
串行接口的常见标准包括RS-232 、RS-422和USB。
04
中断控制器
中断控制器是微机中的一 种重要组件，它负责管理 计算机系统中断的处理。
中断控制器可以管理硬件 设备的中断请求，例如键 盘、鼠标和计时器等。
ABCD
并行接口通常用于连接打印机、磁盘驱动器等高速设备， 因为这些设备需要快速传输大量数据。
并行接口的常见标准包括ECP、EPP和USB。
串行接口
01
串行接口是一种数据传输方式， 它通过单个数据线逐位传输数据 。
02
串行接口通常用于连接鼠标、调 制解调器等低速设备，因为这些 设备不需要快速传输大量数据。
语音识别和图像处理
利用微机原理与接口技术，可以实现语音识 别和图像处理等功能，提高办公自动化水平 。
在家用电器中的应用
1 2 3
智能家居控制
微机原理与接口技术可以用于智能家居控制，实 现家用电器的远程控制和自动化控制。
电视和音响设备控制
通过微机原理与接口技术，可以实现电视和音响 设备的智能控制，提供更加便捷和智能的娱乐体 验。
《微机原理与接口技术》第九章8253
二、8253的内部结构
数据总线 缓冲器 读／写控 制电路 计数通道
通道控制 寄存器
三、 8253的管脚分配
控制线
数据线 通道选择
通道管脚
四、 8253的编程
8253只有一个控制字，8253的一个方式 控制字只决定一个计数通道的工作模式。 8253 的控制字格式如图所示。共分为 4 部 分，通道选择、计数器读 / 写方式、工作 方式和计数码的选择。
第9章 可编程接口芯片
可编程接口概术 可编程定时／计数器接口芯片8253
可编程接口概术
一个简单的具有输入功能和输出功能的 可编程接口电路如下图，它包括一个输入接口， 其组成主要是八位的三态门；一个输出接口， 其组成主要是八位的锁存器；另外还有八位的 多路转换开关及控制这个开关的寄存器FF。
9. 1 可编程定时／计数器接口芯片8253 一、功能
定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于 并行信号的，其特点是信号形式简单但需要连 续检测，下面介绍的INTEL8253可编程定时／ 计数器就是可以实现所要求这方面功能。8253 内部有3个独立的16位定时／计数器通道。计 数器可按照二进制或十进制计数，计数和定时 范围可在1—65535之间改变，每个通道有6种 工作方式，计数频率可高达2MHz以上。
4、方式3——方波发生器 方式2虽然可以作分频电路，但其输出 是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式3
5、方式4——软件触发方式 方式4在工作过程中有以下特点：
a、 门控信号GATE为高电平，计数器开始减 1计数，OUT维持高电平； b、 当计数器减到0，输出端OUT变低，再经 过一个 CLK 输入时钟周期， OUT 输出又变 高。
解：1、电路。 需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一 个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感 器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数， 当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输 出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇 叭发音。
第9章AD与DA转换
例如，满量程值为10V时，n位D/A转换器的 精度为±1/2 LSB，则其最大可能误差为：
精度为±0.05%表示最大可能误差为：
（3）转换速率 转换速率是指大信号工作时，模拟输出电压 的最大变化速度，单位为V/μs （4）建立时间 建立时间指的是，当输入数值满量程后，输 出模拟值稳定到最终值的±1/2LSB时所需要 的时间。该时间是表征D/A转换器性能的重要 指标，显然建立时间越大，转换速率越低。
DI7~ DI0：8位数据输入端，与CPU数据总线 相连。 CS：片选信号，输入，低电平有效，与ILE 配合决定WR1是否起作用。 ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有 效。
WR1 ：写信号1，将数据8位输入数据锁存到输入寄 存器中，低电平有效。此信号必须同CS、ILE同时 有效，即当CS和WR1同时为低电平、ILE为高电平时， 输入数据不锁存；当WR1变为高电平、ILE变为低电 平时，输入数据被锁存在输入寄存器中。 WR2 ：写信号2将锁存在输入寄存器中的数据送到8 位DAC寄存器中进行锁存，低电平有效。当WR2与传 送控制信号XFER同时为低电平时，DAC寄存器中的 数据不锁存；当WR2 或XFER变为高电平时，输入寄 存器中的数据被锁存在DAC寄存器中。
1．ADC0809引脚
ADC0809是28引脚的双列直插式芯片，如 图9-15所示。各引脚的定义及功能如下。
IN7~IN0：8路模拟电压输入端。 D7~D0：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB和ADDC：地址输入端， 它们的不同组合可用来选择不同的模拟 输 入 通 道 ， 编 码 000~111 分 别 对 应 IN0~IN7，如表9-1所示。 START：启动转换的控制信号，输入， 高电平有效。
微机原理与接口技术9课件
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7.2.1程序传送方式
程序控制的输入/输出方式是指在程序的编 制中利用I/O指令来完成CPU与接口间交换 信息的一种方式
根据外设性质的不同，这种传送方式又可 分为无条件传送及有条件传送两种
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1．无条件传送方式
图 7-8 无条件数据传送
2024/7/23
IMB PC/XT系统总线的微处理器是8088 CPU，总线的地址为20位，数据线为8位， 称其为8位总线
80286 CPU组成的IBM PC/AT系统级总线 称为ISA（Industry Standard Architecture） 总线，又称PC/AT总线
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1）地址总线
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3．I/O端口的地址译码
PC系统常用的I/O接口电路一般都被设计成 通用的I/O接口芯片，一个接口芯片内部可 以有若干可寻址的端口
所有接口芯片都有片选信号线和用于片内 端口寻址的地址线
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8位接口与16位数据总线D0～D7的连接方法
图 7-5 8位接口与16位数据总线D0～D7的连接方法
第7章 输入输出系统
7.1 I/O接口技术概述 7.2 CPU与外设之间数据传送的方式 7.3 中断系统 7.4 8086/8088中断系统 7.5 可编程中断控制器Intel8259A 7.6 DMA传送和DMA控制器8237
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7.1 I/O接口技术概述
主机与外界交换信息称为输入/输出（I/O） 主机与外界的信息交换是通过输入/输出设
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（4）按通用性分类
微机原理 单片机 第9章 80C51单片机的模拟量接口
•分辨率８位； •电流建立时间１μS； •数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式； •输出电流线性度可在满量程下调节； •逻辑电平输入与TTL电平兼容； •单一电源供电（＋5V～＋15V）； •低功耗，20mＷ。
一、0832内部结构及引脚信号 DAC0832是20引脚双列直插式芯片，内部结构和 引脚信号如图所示。
4、建立时间 • 建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时， 输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。 是描述D/A转换速率的一个动态指标。 电流输出型DAC的建立时间短。电压输出型DAC的建 立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建 立时间的长短，可以将DAC分成超高速（＜1μS)、 高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速 （≥100μS）几档。 应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概 念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于 影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度 漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。
二、DAC0832与80C51单片机的接口 １、单缓冲工作方式
此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模 拟量输出但并不要求同步的系统。
P2.7
CS XFER DI0 DI7
DAC0832
80C51
P0 WR VSS
VCC ILE Rfb IOUT1 IOUT2
+5V 1kΩ 1MΩ
WR1 WR2 DGND
DAC0832内部结构及引脚
DI7～DI0 VREF
输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器
IOUT2 IOUT1
ILE & CS & WR1
LE1 &
LE2 Rfb
AGND
一、0832内部结构及引脚信号 DAC0832是20引脚双列直插式芯片，内部结构和 引脚信号如图所示。
4、建立时间 • 建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时， 输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。 是描述D/A转换速率的一个动态指标。 电流输出型DAC的建立时间短。电压输出型DAC的建 立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建 立时间的长短，可以将DAC分成超高速（＜1μS)、 高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速 （≥100μS）几档。 应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概 念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于 影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度 漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。
二、DAC0832与80C51单片机的接口 １、单缓冲工作方式
此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模 拟量输出但并不要求同步的系统。
P2.7
CS XFER DI0 DI7
DAC0832
80C51
P0 WR VSS
VCC ILE Rfb IOUT1 IOUT2
+5V 1kΩ 1MΩ
WR1 WR2 DGND
DAC0832内部结构及引脚
DI7～DI0 VREF
输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器
IOUT2 IOUT1
ILE & CS & WR1
LE1 &
LE2 Rfb
AGND
[计算机硬件及网络]微机原理与接口技术9章
![[计算机硬件及网络]微机原理与接口技术9章](https://img.taocdn.com/s3/m/a5a76b30f90f76c660371a30.png)
» 单同步 » 双同步
• 同步方式通信时，每帧信息之间不允许有空隙， 当线路空闲时，h须发送同步字符（标志） 14
串行通信通信基本概念
• 同步方式通信
– 同步通信协议
• 面向字符的同步通信协议
– 被传送的数据块是由字符组成的，并规定了若干个 字符作为传输控制专用字符
– 代表协议：IBM的BSC – 缺点：
• 每帧信息（字符）之间发送空闲位，规定为逻辑“1”
h
10
串行通信通信基本概念
• 异步方式通信A约定数据传输速率
• 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数 （b/s），用来表示传输速率
– 常用波特率
– 位周期：波特率的倒数
• 收、发双方的发送时钟、接收时钟
• 全双工方式
– 使用两个信道，允许数据在两个方向传输，并且可 以同时进行
h
3
串行通信接口
• 主要内容
– 串行通信基本概念 – 通用同步异步接收发送器8251A
h
4
串行通信基本概念
• 串行通信 • 串行通信的基本方式
– 异步方式通信 – 同步方式通信
• 数据传送方式 • 信号的调制解调 • 串行通信的检错和纠错 • RS-232C接口标准
h
5
串行通信通信基本概念
• 串行通信方式
– 无需使用同一时钟源
– 选用相同频率的时钟信号，允许略有偏差
» 每个字符的起始位重新校准，偏差不积累
»
保证一个字符内的采样不出现错位现象
h
11
串行通信通信基本概念
• 异步方式通信ASYNC
– 数据传输速率
• 接收端时钟采用高于波特率的更高频率的时钟
– 一般选用波特率的16、32或64倍的时钟，这个倍数又 称为波特率因子
• 同步方式通信时，每帧信息之间不允许有空隙， 当线路空闲时，h须发送同步字符（标志） 14
串行通信通信基本概念
• 同步方式通信
– 同步通信协议
• 面向字符的同步通信协议
– 被传送的数据块是由字符组成的，并规定了若干个 字符作为传输控制专用字符
– 代表协议：IBM的BSC – 缺点：
• 每帧信息（字符）之间发送空闲位，规定为逻辑“1”
h
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串行通信通信基本概念
• 异步方式通信A约定数据传输速率
• 波特率：单位时间内传送二进制数据的位数 （b/s），用来表示传输速率
– 常用波特率
– 位周期：波特率的倒数
• 收、发双方的发送时钟、接收时钟
• 全双工方式
– 使用两个信道，允许数据在两个方向传输，并且可 以同时进行
h
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串行通信接口
• 主要内容
– 串行通信基本概念 – 通用同步异步接收发送器8251A
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串行通信基本概念
• 串行通信 • 串行通信的基本方式
– 异步方式通信 – 同步方式通信
• 数据传送方式 • 信号的调制解调 • 串行通信的检错和纠错 • RS-232C接口标准
h
5
串行通信通信基本概念
• 串行通信方式
– 无需使用同一时钟源
– 选用相同频率的时钟信号，允许略有偏差
» 每个字符的起始位重新校准，偏差不积累
»
保证一个字符内的采样不出现错位现象
h
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串行通信通信基本概念
• 异步方式通信ASYNC
– 数据传输速率
• 接收端时钟采用高于波特率的更高频率的时钟
– 一般选用波特率的16、32或64倍的时钟，这个倍数又 称为波特率因子
第9章 串行通信-2-基于ARM的微机原理与接口技术-陈桂友-清华大学出版社
● 多处理器通信 -- 如果地址不匹配， 则进入静默模式
● 从静默模式中唤醒(通过空闲总线检 测或地址标志检测)
● 两种唤醒接收器的方式：地址位
(MSB，第9位)，总线空闲
5
1、STM32 的串行口简介
USART所支持的模式
6
9.2.2 STM32的USART引脚重映射
通过软件设置复用重映射寄存器（AFIO_MAPR）中的 USART1_REMAP、USART2_REMAP和USART3_REMAP[1:0]， USART1~ USART3的功能引脚可以切换（称为功能引脚重映射）。
RX：接收数据串行输入。通过过采样技术来区别数据和噪 音，从而恢复数据。
TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到 它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引 脚处于高电平。在单线和智能卡模式里，此I/O口被同时用于数 据的发送和接收（用作USART时，在SW_RX上接收数据）。
12/44
9.2.3 STM32的USART接口结构
USART中包括下面的寄存器： ● 使用分数波特率发生器 —— 12位整数和4位小数的表示方 法。 ● 一个状态寄存器（USART_SR） ● 数据寄存器（USART_DR） ● 一个波特率寄存器（USART_BRR），12位的整数和4位 小数。 ● 一个智能卡模式下的保护时间寄存器（USART_GTPR）。
NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。 USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。 它支持同
步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议 和IrDA(红外数据组织)SIR ENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS) 操作。它还允许多处理器通信。
微机原理与接口技术9章(DMA控制器)
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 其他
• EOP ：双向，当字节数计数器减为0时，在 上输出一个有效的低电平脉冲，表明DMA传 送已经结束；也可接收外部的信号，强行结 束8237的DMA操作或者重新进行8237的初始 化 • CLK：时钟信号输入，对于标准的8237，其输 入时钟频率为3MHz • READY：输入，高电平表示传送准备好。可用 来在DMA传送周期中插入等待状态 • RESET：输入，复位信号。芯片复位时，屏蔽 寄存器被置1，其他寄存器均清零，8237工作 于空闲周期SI
– DMAC是控制存储器和外设之间直接高速传送数 据的硬件 – DMAC应具备的功能
• 能接受外设的DMA请求信号，并向外设发出DMA响 应信号 • 能向CPU发出总线请求信号，当CPU发出总线保持响 应信号后，能够接管对总线的控制权 • 能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址 • 能向存储器和外设发出读/写控制信号 • 能控制传输的字节数，并判断传送是否结束 • 能发出DMA结束信号，DMA传送结束后，能释放总 线，让CPU重新获得总线控制权
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 读写控制信号
• MEMR、MEMW：输出信号，控制对存储器的 读写 • IOW 、IOR ：双向信号
– 输入信号：CPU向8237写控制字或读8237状态 – 输出信号：8237控制对外设的读写
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 数据地址信号
• DB0~DB7：既是CPU向8237的数据通道（输入或输出）；主动状 态时为向存储器输出的高8位地址A8~15 • A0~7：分两部分 – A0~3为双向，由CPU输入时选择8237的端口 – 输出时A0~3和A4~7一起输出存储器低8位地址 • ADSTB：正脉冲输出，地址选通信号，将DB0~7中的高8位地址信 号锁存到外部锁存器中 • AEN：高电平输出，地址输出允许，由它把锁存在外部锁存器中 的高8位地址送入系统的地址总线，同时禁止其它系统驱动器使 用系统总线 • CS ：输入信号，片选信号
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第9章 D/A、A/D转换接口 图9.2 D/A转换的基本原理
第9章 D/A、A/D转换接口
DAC的输出形式有电压、电流两大类型。电压输出型的DAC 相当于一个电压源，内阻较小，选用这种芯片时，与它匹配的 负载电阻应较大；电流输出型的DAC相当于电流源，内阻较大， 选用这种芯片时，负载电阻不可太大。
第9章 D/A、A/D转换接口
在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输 出，其电压通常为0～+5 V或0～+10 V；有时则要求输出是双 方向的，即双极性输出，如电压为±5 V、±10 V。单极性和 双极性输出电路分别如图9.4(a)和(b)所示。在图9.4(b)中， 通过运算放大器A1将单极性输出转变为双极性输出，由UREF为A2 提供一个偏移电流，该电流方向应与A1输出电流方向相反。
第9章 D/A、A/D转换接口
能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字/模拟转换器， 简称DAC或D/A转换器。
计算机通过ADC或DAC与外界使用模拟量的设备相连接的技 术就是模拟接口技术，它是计算机应用于自动控制领域的基础。 一个典型的计算机测控系统如图9.1所示。
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.1 典型的计算机检测、控制系统框图
第9章 D/A、A/D转换接口
二—十进制的转换公式： B=bn-1bn-2… b1b0=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+ b1×21+b0×20
式中，B表示转换后的十进制数；bn-1为二进制数的最高位， b0为二进制数的最低位。
为了把一个数字量变为模拟量，必须把每一位的数码按照 权来转换为对应的模拟量，再把各模拟量相加。这样，得到的 总模拟量便对应于给定的数据。DAC的主要部件是电阻开关网 络，它通常是由输入的二进制数的各位控制一些开关，通过电 阻网络，在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比 例的电流，经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比 例的模拟电压。最简单的DAC电路如图9.2(a)所示。
在实际应用中，常选用电流输出型来实现电压输出，即通 过外接的运算放大器把DAC的输出电流转换成电压。图9.3(a) 是反相电压输出，输出电压UOUT =-iR1；图9.3(b)是同相电压输 出，输出电压UOUT = iR(1+R2/R1)。
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.3 电流型D/A连接成电压输出方式
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.4 单极性和双极性输出方式
第9章 D/A、A/D转换接口
UREF的极性可正可负，当其极性改变时，输出模拟电压UOUT 的极性相应改变。由于双极性输出为正、负输出，变化的动态 范围相应增加了一倍，
第9章 D/A、A/D转换接口
第9章 D/A、A/D转换接口
UREF是一个有足够精度的参考电压，运算放大器输入端的 各支路对应待转换数据的第0位、第1位……第n-1位。支路中 的开关由对应的数位来控制，如果该数位为“1”，则对应的 开关闭合；如果该数位为“0”，则对应的开关打开。各输入 支路中的电阻分别为R、R/2、R/4……这些电阻称为权电阻。 假设输入端有4个支路，4个开关从全部断开到全部闭合，运算 放大器可以得到16种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网 络，可以把0000～1111转换成大小不同的电流，从而可以在运 算放大器的输出端得到大小不同的电压。如果由数字0000每次 增1，一直变化到1111，就可以得到一个阶梯波电压，如图 9.2(b)所示。
第9章 D/A、A/D转换接口
相对精度指在零点和满量程值校准后，各种数字输入的模 拟量输出值与理论值之差。可把各种输入的误差画成曲线。对 线性D/A转换而言，相对精度就是非线性度。
精度特性通常是以满量程电压UFS的百分数或以最低有效 位(LSB)的分数形式给出的，也可用二进制位数表示。
3) 建立时间 建立时间也称稳定时间，是指在DAC的数字输入端加上满 量程的变化(如从全“0”变为全“1”)以后，其模拟输出稳定 到最终值±1/2LSB时所需的时间。当输出的模拟量为电流时， 建立时间较短；当输出的模拟量为电压时，建立时间较长，主 要是输出运算放大器所需的时间。图9.5中的ts即建立时间。
第9章 D/A、A/D转换接口
9.1 D/A转换
9.1.1 DAC的工作原理和性能参数 DAC是计算机或其他数字系统与模拟量控制对象之间联系
的桥梁，它的任务是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟 信号。在工业控制领域中，DAC是不可缺少的重要组成部分。
1. DAC的工作原理 我们知道，数字量是由一位一位的数位构成的，每个数位 都代表一定的权。比如，对二进制数10000001，最高位的权是 27=128，此位上的代码1表示数值l×27=128；最低位的权是 20=1，此位上的代码1表示数值l×20=1，其他数位均为0，所以， 二进制数10000001 就等于十进制数129。
第9章 D/A、A/D转换接口
9.1 D/A转换 9.2 A/D转换 9.3 多路温度传感器的设计 9.4 本章小结 习题与思考题
第9章 D/A、A/D转换接口
在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是 一些连续变化的物理量，如温度、压力、流量、速度、电流、 电压等。这些随时间连续变化的物理量称为模拟量(Analog)。 计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须 先把它们转换成数字量(Digital)。能够将模拟量转换成数字 量的器件称为模拟/数字转换器，简称ADC或A/D转换器。同样， 计算机输出的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行 部件，必须将这些数字量转换成模拟量。
2. DAC的主要技术指标 1) 分辨率 分辨率是DAC对微小输入量变化敏感程度的描述，通常用 数字量的位数来表示，如8位、12位等。一个分辨率为n位的转 换器，能够分辨满量程的1/2n。例如，分辨率为8位的DAC能给 出满量程电压的1/256(即1/28)的分辨能力。 2) 精度 精度反映D/A转换的精确程度，可分为绝对精度和相对精 度。 绝对精度指对应于给定的数字量，DAC输出端实际测得的 模拟输出值(电流或电压)与理论值之差。绝对精度由D/A转换 的增益误差、线性误差、噪声等综合因素决定。