第4章输入输出通道

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4.2.2 D/A通道的输出电路
1.电压输出方式
（1）单极性输出
VREF R fb IOUT1 A VOUT IOUT2 DA转 换 器 VREF
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
2 中断控制方式
特点：CPU与I/0通道处于异步工作方式。当CPU 与 I/O通道需要传送数据时，过程通道做好准备 后，主动向CPU请求中断,CPU响应这一请求，并 暂停正在运行的程序。 优点：通道需要传送数据时就向CPU发出中断请 求信号，实时性比程序查询方式好。 缺点：CPU内部需要有一些线路来控制；每次执 行“中断处理程序”，都要保护断点、恢复断点， 浪费了很多不必要的CPU时间。 应用：一般较适合于过程通道传送少量数据的场合。
优点：无需专门的I/O指令，简化了指令系统的设 计，并能省去相应的I/O操作的对外引线，而且 CPU可直接对I/O数据进行算术和逻辑运算，指令 丰富。 不足：I/O端口地址占用了一部分存储器空间；另 外访问内存的指令长度一般比专用的I/O指令长， 因而取指周期较长，又多占了指令字节。
应用：采用这种方式的CPU主要有Intel 8031和 Intel 80196系列单片机等。
n1 n2 1 0
VOUT ( Dn1 2 Dn2 2 D1 2 D0 2 ) n 2 VREF B n 2 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的 二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻Rfb以及 基准电压VREF有关。
(4)D/A转换器的性能指标
③偏移量误差
指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。此误差
可通过D/A转换器的外接VREF和电位器加以调整。
④稳定时间
描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变 化到输出模拟量达到终值误差1/2LSB时所需的时间。对于
输出是电流的D/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几微 秒，而输出是电压的D/A转换器，其稳定时间主要取决于运 算放大器的响应时间。
⑶转换公式： BS3
n 1
BS2
BS1
n2
BS0
V out ( D2R1 2 n
基准 电压 V R EF I3
I2
2R n 2 2 D
I1 R
2R
I0
D2R 2 2R 0 2 ) D 1
1 0
V REF 2
n

R fb R
B
V REF 2
第四章

过程输入、输出通道
本章主要内容
1、过程输入输出通道的控制方式 2、模拟量输出通道 3、模拟量输入通道 4、数字量输入输出通道 5、量化误差与字长选择 6、数据预处理




4.1 过程输入输出通道的控制方式
4.1.1 通道与CPU交换的信息类型
(1)数据信息 (2)状态信息 (3)控制信息
4.1.2 过程通道的编址方式
2 过程通道与存储器独立编址方式
特点：将过程通道的端口地址单独编址，有自己独 立的过程通道地址空间，而不是占用存储器地址空 间。在过程通道地址空间中，每一个过程通道的端 口有一个唯一对应的过程通道的端口地址。 控制：要求有专用的I/O指令(IN及OUT指令)用于CPU 与过程通道端口之间的数据传输。地址总线配合存 储器操作信号实现存储器的访问控制，而地址总线 与I/O操作信号配合则可访问过程通道。 应用：典型的微处理器Z80和80X86，分别有存储器 访问和I/O访问的指令及相应的控制信号。
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
3 直接存储器存取(DMA)方式
特点：完全由硬件完成输入输出操作，I/O通道和 存储器之间不通过CPU而直接进行数据交换。 优点：速度快，数据传送速度只受存储器存取时 间的限制。 缺点：需要一个专用的芯片——DMA控制器来加以 控制、管理，硬件连接也稍显复杂一些。 所谓“可编程接口”就 是指其功能可由程序指令 (接口芯片功能设定的初始 化程序)设定接口芯片的功 能。
3. 8位D/A转换器及其接口
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（1）DAC0832芯片 8位D/A转换器，电流输出方式，稳定时间为1s， 采用20脚双立直插式封装。
(M SB) D I7 D I6 D I5 D I4 D I3 D I2 D I1 D I0 (LSB) ILE CS W R1 X FER W R2 D Q D Q Rf b 8位 DAC 转换器 I O U T1 I O U T2 AGND V REF DGND V CC
G1 Y0 Y1 GA Y2
D
Q Rfb
D
Q 12位 D /A 转换器
IO U T 1 + I OUT 2 V O UT
12位 DAC 寄存器 Q
D
Q 4位 输入 寄存 器 D Q
D
AG ND
D
Q LE3
VR E F Vc c
-5V 12V
CS W R1 X FER WR2 D A C1210
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⑵工作时序；
⑶带负载能力。
4.2 模拟量输出通道 引言

模拟量输出通道的任务--把计算机处理后的数字 量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相 应的执行器，从而达到控制的目的; 模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成-一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC) 通道 1 V/I D/A 接 和电压/电流变换器等; 口 模拟量输出通道构成特点：一路输出对应一个 电 D/A转换器；兼有信号保持作用，即把主机在上 路 D/A V/I 通道 n 一时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出 时刻 。
4.1.2 过程通道的编址方式
1 过程通道与存储器统一编址方式
特点：又称存储器映像方式，它从存储器空间划出 一部分地址空间给过程通道，把过程通道的端口当 作存储单元一样进行访问，对I/O端口进行输入输 出操作跟对存储单元进行读写操作方式相同，只是 地址不同。
4.1.2 过程通道的编址方式
1 过程通道与存储器统一编址方式
GB C B A
Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
DGND
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图 3-6 D A C1210接 口 电 路
（2）DAC1210接口电路 接口程序：





DAC： MOV DX，0381H MOV AL，[DATA] OUT DX，AL ；送高8位数据 DEC DX MOV AL，[DATA+1] OUT DX，AL ；送低4位数据 MOV DX，0384H OUT DX，AL ；完成12位数据转换
VREF
2. D/A转换器的性能指标
①分辨率
指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入
数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它 取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也
就越高。分辨率与二进制位数n呈下列关系：
分辨率=满刻度值/（2n-1）=VREF /2n
②转换精度
指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。它和分 辨率是两个不同的概念。对于分辨率很高的D/A转换器并不 一定具有很高的精度。
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_ +
VO UT
PC 总线
A5 A9 A8 A7 A6 AEN A4 A3 A2 A1 A0 IOW
74LS138 G1 Y0 Y1 GA Y2 Y3 GB Y4 C Y5 B Y6 A Y7
+5V ILE
-5V +5V
V CC
DGND
DAC0832
图 3-5
MOV DX，220H MOV AL，[DATA] DAC0832的 单 缓 冲 接 口 电 路 OUT DX，AL
D
4 位 输入 寄存 器
Q
D
Q AGND
D
Q LE2
D
Q LE3
VR E F
当 L E = 1时 ， Q = D ; 当 L E = 0时 ， 锁 存 数 据
Vc c DGND
（2）DAC1210接口电路
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 (M SB) D I 11 D Q D I10 DI9 DI8 8位 输入 DI7 寄存 器 DI 6 DI 5 DI 4 Q D LE1 PC 总线 DI3 DI2 DI1 DI0 (LSB) A0 A9 A8 A7 A6 A5 A EN A4 A3 A2 A1 —— IO W BY TE 1 / BY TE 2 LE2
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（2）DAC0832接口电路（续2）
接口程序： DOUT PROC NEAR MOV CX，8 MOV BX，OFFSET BUF0 NEXT: MOV AL，[BX]
OUT CH0，AL
INC CH0 INC BX
LOOP NEXT RET
DOUT ENDP
4.高于8位的D/A转换器及其接口
4
I1
I2 2
2
1
VREF 2 R
4
由于开关 BS3 BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、 D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通 式：
I OUT D3 I 3 D2 I 2 D1 I1 D0 I 0
I OUT ( D3 2 D2 2 D1 2 D0 2 )
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
问题的产生：计算机的外围设备及过程通道种类 繁多，它们的传送速率又不相同，因此输入输出将 产生复杂的定时问题，也就是CPU采用什么控制方 式向过程通道输入和输出数据。
1 程序查询方式
特点：传送前必须查询I/O通道的状态，准备就绪则 传送，反之则等待。 优点：能保证主机与输入输出通道之间协调工作， 硬件线路简单，程序容易实现 。 缺点：需要重复查询输入输出通道是否“准备就绪”， 从而浪费了CPU的时间。