2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),1,第9章A/D與D/A轉(zhuǎn)換器接口,本章主要內(nèi)容模擬量接口的作用A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法A/D轉(zhuǎn)換器接口應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法D/A轉(zhuǎn)換器接口應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),2,9.1模擬量接口的作用,微型計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)控制、在線動態(tài)測量和對物理過程進(jìn)行監(jiān)控，以及圖像、語音處理領(lǐng)域的應(yīng)用中，都要與一些連續(xù)變化的模擬量（如溫度、壓力、流量、位移、速度、光亮度、聲音、顏色等）打交道，但數(shù)字計(jì)算機(jī)本身只能識別和處理數(shù)字量，因此，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換器，把模擬量A轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D，或?qū)?shù)字量D轉(zhuǎn)換成模擬量A，才能實(shí)現(xiàn)CPU與被控對象之間的信息交換。顯然，微機(jī)在面向過程控制、自動測量和自動監(jiān)控系統(tǒng)與各種被控、被測對象發(fā)生關(guān)系時(shí)，需要設(shè)置一種“模擬量接口”。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),3,模擬量接口電路的作用:把微處理器系統(tǒng)的離散的數(shù)字信號與模擬設(shè)備中連續(xù)變化的模擬信號電壓、電流之間建立起適配關(guān)系，以便計(jì)算機(jī)執(zhí)行控制與測量任務(wù)。從硬件角度來看，模擬量接口就是微處理器與A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器之間的連接電路，前者稱為模入接口，后者稱為模出接口。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),4,9.2A/D轉(zhuǎn)換器,在數(shù)據(jù)采集和過程控制中，被采集對象往往是連續(xù)變化的物理量（如溫度、壓力。聲波等），由于計(jì)算機(jī)只能處理離散的數(shù)字量，需要對連續(xù)變化的物理轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,這一操作過程就是A/D轉(zhuǎn)換。功能：把模擬量變換成數(shù)字量分類：按分辨率可分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的312位、512位等；按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速、高速、中速及低速等；按轉(zhuǎn)換原理可分為直接ADC（有逐次逼近型、并聯(lián)比較型等）和間接ADC（有電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換型（積分型）、電壓頻率轉(zhuǎn)換型、電壓脈寬轉(zhuǎn)換型等）。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),5,9.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),1.分辨率分辨率是指ADC能夠把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。例如，用1個10位ADC轉(zhuǎn)換一個滿量程為5V的電壓，則它能分辨的最小電壓為5000mV/10245mV。若模擬輸入值的變化小于5mV的電壓，則ADC無反映，輸出保持不變，即只能分辨出5mV以上的變化。同樣5V電壓，若采用12位ADC，則它能分辨的最小電壓為5000mV/40961mV?？梢?，ADC的數(shù)字量輸出位數(shù)越多，其分辨率就越高。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),6,ADC的分辨率反映在它的輸出數(shù)據(jù)線的寬度上，如ADC0809的分辨率是8位，它的數(shù)據(jù)線也是8根；AD574A的分辨率是12位，它的數(shù)據(jù)線也是12根。分辨率不同會影響ADC接口與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的連接。當(dāng)分辨率即ADC的輸出數(shù)據(jù)線寬度大于微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，就不能一次傳輸，而需兩次傳輸，要增加附加電路（緩沖寄存器），從而影響接口電路的組成及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健?2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),7,2.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出為止所需的時(shí)間，一般為ms級和s級。一般:常見有超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1ns）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1s）、中速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1ms）和低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1s)等。如果采集對象是動態(tài)連續(xù)信號，要求f采2f信，也就是說必須在信號的一個周期內(nèi)采集2個以上的數(shù)據(jù)，才能保證信號形態(tài)被還原（避免出殃“假頻”），這就是“最小采樣”原理。轉(zhuǎn)換時(shí)間的快慢將會影響ADC接口與CPU交換數(shù)據(jù)的方式。低速和中速ADC一般采用查詢或中斷方式，而高速ADC就應(yīng)采用DMA方式。,3.絕對精度：指A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位（如1/2LSB）。4.相對精度：當(dāng)模擬量變化時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量按比例變化的程度。,A/D轉(zhuǎn)換器的控制步驟：發(fā)啟動換轉(zhuǎn)信號取轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志讀結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換器與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式：查詢方式和中斷方式影響A/D轉(zhuǎn)換器接口的因素：（1）轉(zhuǎn)換器分辨率能夠輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)（2）轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是否是可控三態(tài)輸出，可控則.不可控（3）轉(zhuǎn)換器的啟動方式有脈沖和電平兩種方式（4）讀取結(jié)果的數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)的傳送方式有查詢方式、中斷方式、DMA方式,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),10,9.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性由于A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部一般沒有設(shè)置供用戶訪問的寄存器，也沒有命令字。它的轉(zhuǎn)換操作是由其內(nèi)部硬件邏輯電路完成的，而不是它執(zhí)行內(nèi)部的命令完成的，因此，它不好用可編程特性的編程模型來表述。在分析A/D轉(zhuǎn)換器芯片時(shí)，主要是看它的外部連接特性，其中轉(zhuǎn)換啟動信號是CPU對A/D轉(zhuǎn)換器唯一的控制信號。從外部特性來看，無論是哪種ADC芯片，都必不可少地設(shè)置有4種基本外部信號線。這些信號線是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換操作的條件，也是設(shè)計(jì)ADC接口硬件電路的依據(jù)。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),11,1模擬信號輸入線來自被轉(zhuǎn)換對象的模擬量輸入線，有單通道輸入與多通道輸入之分接口硬件電路的依據(jù)。2數(shù)字量輸出線ADC的數(shù)字量數(shù)據(jù)輸出線。數(shù)據(jù)線的根數(shù)表示ADC的分辨率。3轉(zhuǎn)換啟動線外部控制信號，此信號一到，A/D轉(zhuǎn)換才能開始，啟動轉(zhuǎn)換信號不到，ADC不會自動開始轉(zhuǎn)換，并且是發(fā)一次啟動信號只能轉(zhuǎn)換一次，采集一個數(shù)據(jù)。4轉(zhuǎn)換結(jié)束線轉(zhuǎn)換完畢后由ADC發(fā)出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，利用它以查詢或中斷方式向微處理器報(bào)告轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。只有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號出現(xiàn)時(shí)，微處理器才可以開始讀取數(shù)據(jù)。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),12,幾種A/D轉(zhuǎn)換器芯片相同功能的引腳對照如表9.1所示。,ADC實(shí)例（1）8位ADC連接與編程ADC0809是逐次逼近式的8位ADC芯片，引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。IN0-IN7八路模擬量輸入端；ADDA,ADDB,ADDC地址輸入端，選通輸入端；（它們的編碼決定8個輸入中的一個）ALE地址鎖存允許信號；START轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端；D0-D7數(shù)字量輸出端；EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信息輸入端；OE輸出允許信號；VCC,GND電壓輸入端和地線；VREF+,VREF-正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端CLOCK時(shí)鐘信號輸入端,(a),2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),15,9.3A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法,由于接口連接的對象A/D轉(zhuǎn)換器自身的操作比較單一，因而要求外部對它實(shí)施的控制比較簡單，所以轉(zhuǎn)換器接口只需少數(shù)幾根信號線，采用并行接口就綽綽有余，甚至使用一些IC芯片也能滿足接口功能要求。但是，轉(zhuǎn)換器與CPU交換數(shù)據(jù)的方式多種多樣，查詢、中斷、DMA方式都有可能，因此在轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)中會牽涉到對系統(tǒng)中斷、DMA資源的應(yīng)用。A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)，主要有兩個方面：ADC如何與CPU進(jìn)行連接和如何與CPU交換數(shù)據(jù)，有時(shí)還要考慮對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),16,9.3.1A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的連接,在A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的進(jìn)行連接時(shí)，要注意分析它的4種外部信號線的特點(diǎn)，采用不同的方法。1.ADC轉(zhuǎn)換的啟動信號1）ADC的轉(zhuǎn)換啟動方式有脈沖啟動和電平啟動之分。若是脈沖啟動，則只需接口電路提供1個寬度滿足啟動要求的脈沖信號即可。一般采用IOW或IOR的脈寬就可以了。若是電平啟動，則要求啟動信號的電平在轉(zhuǎn)換過程中保持不變，否則（如中途撤銷）就會停止轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。為此，就應(yīng)增加附加電路（如D觸發(fā)器、單穩(wěn)電路）或采用可編程并行I/O接口芯片來鎖存這個啟動信號，使之在轉(zhuǎn)換過程中維持不變。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),17,2）ADC的轉(zhuǎn)換啟動信號有單個信號啟動和由多個信號組合起來的復(fù)合信號啟動之分。若是由單個信號啟動，如ADC0809的START，則只需接口電路提供1個START正脈沖信號。若是由復(fù)合信號啟動，如AD574A的CE（R/C=0），CS，則CE、R/C=0和CS三個信號要同時(shí)滿足要求才能啟動。,2.ADC模擬量輸入的控制信號1）ADC的模擬信號輸入信號有多通道和單通道之分。若是多通道，則要求接口電路提供通道地址線及通道地址鎖存信號線，以便選擇與確定輸入模擬量的通道號。若是單通道，則不需要處理。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),18,3.ADC數(shù)字量輸出的控制信號1）ADC的數(shù)據(jù)輸出是否是三態(tài)鎖存器。若是，則ADC的輸出數(shù)據(jù)線可直接掛在CPU的數(shù)據(jù)總線上；否則，必須在ADC的輸出數(shù)據(jù)線與CPU的數(shù)據(jù)總線之間外加三態(tài)鎖存器才能連接。2）ADC的分辨率與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度是否一致。若一致，則數(shù)據(jù)只需1次傳輸，數(shù)據(jù)線可直接連接；若不一致，則數(shù)據(jù)需分批傳輸，應(yīng)增加附加電路（緩沖寄存器）。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),19,4.ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號通知CPU，轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，請求讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的邏輯定義，有的是高電平有效，有的是低電平有效。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號可用于查詢方式、中斷方式、DMA方式的申請信號。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),20,9.3.2A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)交換方式,采集的數(shù)據(jù)用什么方式傳輸?shù)絻?nèi)存，是A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)，也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個重要內(nèi)容，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸速度是關(guān)系到數(shù)據(jù)采集速率的重要因素。假定ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為T，每次轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ膬?nèi)存單元所需的時(shí)間為，則采集速率的上限為f0=1/(T+)。所以，為了提高數(shù)據(jù)采集速率，一是采用高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，使T盡量??；一是減少數(shù)據(jù)傳輸過程中所花的時(shí)間，特別是高速或超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，的減少顯得尤為重要。因此，需要研究ADC與CPU之間數(shù)據(jù)交換采用什么方式的問題。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),21,ADC與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的要求，可采用查詢、中斷、DMA方式，以及在板RAM技術(shù)。不同的方式使ADC接口電路的組成不同，編程的方法也不同。所謂在板RAM技術(shù)是針對超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其ADC速度非?？?，采用DMA方式傳輸也跟不上轉(zhuǎn)換的速度，故在ADC板上設(shè)置RAM，把采集的數(shù)據(jù)先就近存放在RAM中，然后，再從板上的RAM取出數(shù)據(jù)送到內(nèi)存。這也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中為解決轉(zhuǎn)換速度快，而傳輸速度跟不上的一種方法。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),22,9.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)在線處理實(shí)際應(yīng)用中，對采集到的數(shù)據(jù)一般都要進(jìn)行一些處理，包括生成數(shù)據(jù)文件、存盤、顯示、打印、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?。有的還要將采集的數(shù)據(jù)作為重要參數(shù)參與運(yùn)算，進(jìn)行進(jìn)一步的加工。雖然這些處理不屬于ADC接口控制程序的內(nèi)容，但它們是A/D轉(zhuǎn)換之后，常常遇到的操作，因此，往往也把其中的一些操作放在A/D轉(zhuǎn)換程序之中。例如，將采集到的數(shù)據(jù)在屏幕上顯示出來，以便觀察A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是否正確。又如，將前端機(jī)采集的數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)文件，再傳輸?shù)缴衔粰C(jī)去進(jìn)行加工等。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),23,9.3.4A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)需考慮的問題1.ADC的模擬量輸入是否是多通道？是，則需選擇通道號，應(yīng)提供通道選擇線；不是，則不做處理。2.ADC的分辨率是否大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度？是，則要分兩次傳輸，故需增加鎖存器，并提供鎖存器選通信號；不是，則不做處理。3.ADC芯片內(nèi)部是否有三態(tài)輸出鎖存器？無，則ADC的數(shù)據(jù)線不能與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線直接連接，故需增加三態(tài)鎖存器，并提供鎖存允許信號；有，則不做處理。4.ADC的啟動方式是脈沖觸發(fā)還是電平觸發(fā)？是脈沖，則提供脈沖信號；是電平，則提供電平信號，并保持到轉(zhuǎn)換結(jié)束。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),24,5.A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采用哪種傳輸方式？有無條件傳輸、查詢方式、中斷方式和DMA方式等多種方式選擇。傳輸?shù)姆绞讲煌?，接口的硬件組成和軟件編程就不同。6.對A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行什么樣的處理？有顯示、打印、生成文件存盤、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)榷喾N處理。7.ADC接口電路采用什么元器件組成？有普通IC芯片、可編程并行口芯片、GAL器件等多種選擇。前面4項(xiàng)是由接口對象ADC決定的（可從芯片手冊中查到），用戶無法改變，只能按照它的要求在設(shè)計(jì)中給予滿足。后面3項(xiàng)是可以改變的，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)靈活選用。,（1）設(shè)ADC0809的8個模擬通道地址為300H307H，畫連線試將圖中左側(cè)的信號與圖中右側(cè)的有關(guān)引腳連接起來。（2）若對IN0通道的模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量為9BH，計(jì)算輸入的模擬電壓UIN0。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),26,9.4查詢方式的ADC接口設(shè),例9.1查詢方式的ADC接口設(shè)計(jì),1要求要求利用ADC0804采集100個字節(jié)數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)以查詢方式傳輸?shù)絻?nèi)存BUFR區(qū)。接口電路采用普通IC芯片組成。2分析按照9.3.4節(jié)的方法進(jìn)行分析，ADC0804是單個模擬量輸入，故不提供通道選擇信號。ADC0804的分辨率為8位，并具有三態(tài)輸出鎖存器，故可與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線直接相連。ADC0804的啟動方式為脈沖啟動，當(dāng)它的輸入引腳CS和WR兩個信號同時(shí)有效，就開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號是INTR，當(dāng)INTR=0，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。數(shù)據(jù)傳輸方式為查詢方式，故需將轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號作為查詢的對象。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),27,3設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)由以上分析可知，本接口電路的任務(wù)是提供轉(zhuǎn)換啟動信號和轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號，以及輸入8位數(shù)據(jù)的通路。為此，要設(shè)計(jì)端口地址譯碼電路，產(chǎn)生CS，并由CS和WR共同組成啟動信號。同時(shí)，還要設(shè)置一個三態(tài)門，將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號INTR引到數(shù)據(jù)線的D7上，以便CPU讀取狀態(tài)。而轉(zhuǎn)換器的8位數(shù)據(jù)線直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接。接口電路原理如圖9.1所示。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),28,圖9.1查詢方式ADC接口電路原理圖,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),29,(2)軟件編程ADC接口控制程序，也就是數(shù)據(jù)采集程序，其程序的基本結(jié)構(gòu)是循環(huán)程序。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集往往要采樣多個點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而每一次啟動，只能采集（轉(zhuǎn)換）1個數(shù)據(jù)，所以，采集程序要循環(huán)執(zhí)行多次，直至采樣次數(shù)已到為止。查詢方式數(shù)據(jù)采集流程圖如圖9.2所示。查詢方式數(shù)據(jù)采集匯編語言程序段和C語言程序段，見教材P166167.,圖9.2查詢方式數(shù)據(jù)采集程序流程,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),30,9.5中斷方式的ADC接口設(shè)計(jì)例9.2中斷方式的ADC接口設(shè)計(jì)1.要求采用ADC0809，從通道7采集100個字節(jié)數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)以中斷方式傳輸?shù)絻?nèi)存緩沖區(qū)，并將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC連到IRQ4上，請求中斷。2.分析要實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)要求，至少有3個方面的問題需要考慮：被控對象ADC0809的外部特性、接口電路結(jié)構(gòu)形式、中斷處理。下面分別進(jìn)行分析。（1）ADC0809的外部特性ADC0809的外部引腳如圖9.3所示，內(nèi)部邏輯如圖9.4所示。ADC0809的時(shí)序如圖9.5所示。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),31,圖9.4ADC0809內(nèi)部邏輯原理圖,圖9.3ADC0809引腳圖,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),32,ADC0809的時(shí)序如圖9.5所示。,圖9.5ADC0809的時(shí)序,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),33,按照9.3.4節(jié)的方法，結(jié)合圖9.3、圖9.4進(jìn)行分析，ADC0809有8個模擬量輸入端（IN0IN7），相應(yīng)設(shè)置3根模擬量通道地址線（ADDAADDC），用以編碼來選擇8個模擬量輸入通道。并且還設(shè)置1根通道地址鎖存允許信號ALE，高電平有效。當(dāng)選擇通道地址時(shí)，需使ALE變高，鎖存由ADDAADDC編碼所選中的通道號，將該通道的模擬量接入ADC。ADC0809的分辨為8，有8根數(shù)字量輸出線（D7D0），帶有三態(tài)輸出鎖存緩沖器。并設(shè)置了1根數(shù)據(jù)輸出允許信號OE，高電平有效。當(dāng)讀數(shù)據(jù)時(shí)，要使OE置高，打開三態(tài)輸出緩沖器，把轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送到數(shù)據(jù)線上。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),34,(2)接口電路結(jié)構(gòu)形式接口電路采用可編程并行接口芯片82C55A，并把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC連到系統(tǒng)總線的IRQ4實(shí)現(xiàn)中斷傳送。(3)中斷處理由于本例題是利用系統(tǒng)的中斷資源，故不需要進(jìn)行中斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和82C59A的初始化，只需做兩件事：中斷向量的修改：修改的對象是IRQ4的中斷向量，修改的步驟和方法見第5.9.1節(jié)。對82C59A兩個命令的使用：在主程序中用命令OCW1屏蔽/開放IRQ4的中斷請求；在服務(wù)程序中返回主程序之前，用OCW2發(fā)中斷結(jié)束EOI，清除IRQ4在中斷控制器內(nèi)部ISR寄存器中置1的位。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),35,3設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析可知，本接口電路要提供ADC0809模擬量通道號選擇信號、啟動轉(zhuǎn)換信號、讀數(shù)據(jù)允許信號。這些信號都可由82C55A接口芯片實(shí)現(xiàn)。而EOC的中斷請求直接連到系統(tǒng)總線的IRQ4上。中斷方式的ADC接口電路如圖9.6所示。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),36,圖9.6中斷方式的ADC接口電路原理,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),37,（a）主程序流程,（b）中斷服務(wù)程序,（2）軟件設(shè)計(jì)本例的程序流程圖如圖9.7所示。整個程序分主程序和中斷服務(wù)程序兩部分。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),38,中斷方式數(shù)據(jù)采集匯編語言程序段和C語言程序段見教材P170172,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),39,9.6DMA方式的ADC接口設(shè)計(jì),例9.3DMA方式的ADC接口設(shè)計(jì),1要求8位ADC共采集4KB數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)用DMA方式送到從30400H單元開始的內(nèi)存保存，以待處理，內(nèi)存地址以加1方式遞增。使用DMAC82C37的通道1，采用單一的傳輸方式。,2分析與設(shè)計(jì)1）接口電路組成采用DMA方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路如圖9.8所示。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),40,DMA方式的ADC接口電路包括ADC、采樣保持器S/H、A/D轉(zhuǎn)換啟動邏輯U1、DMA申請寄存器U2及DMA回答信號DACK1邏輯等部分。DMA控制器82C37A未在圖9.8中畫出，只在圖9.8的左側(cè)畫出了它的部分信號線。,圖9.8DMA方式的ADC接口原理圖,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),41,3DMAC傳輸參數(shù)的設(shè)置,從6.6節(jié)用戶對系統(tǒng)DMA資源的應(yīng)用可知，由于系統(tǒng)的DMA控制器初始化已經(jīng)被系統(tǒng)在上電時(shí)設(shè)置好了，用戶要做的僅僅是設(shè)置相關(guān)的DMA傳輸參數(shù)，然后等待A/D轉(zhuǎn)換器申請DMA傳送。在傳送開始之前，還要填寫頁面地址寄存器，將高于16位以上的地址寫入頁面地址寄存器。例如，假設(shè)傳送的內(nèi)存首地址是32000H，則頁面寄存器的內(nèi)容為3，基地址寄存器中內(nèi)容為2000H。如果尋址范圍不超過16位地址，則可不使用寫頁面地址寄存器。本例根據(jù)題意，需要啟用通道1的頁面地址寄存器。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),42,數(shù)據(jù)采集中DMA傳輸參數(shù)設(shè)置的匯編語言程序段如下：,ADC_SETUPPROCNEARCLI；關(guān)中斷；設(shè)置工作方式MOVAL,00000101B；屏蔽通道1，禁止DREQ1的申請OUT0AH,ALMOVAL,01000101B；方式命令字(通道1,單傳方式，地址加1，；非自動預(yù)置，DMA寫)OUTOBH,AL；送入方式寄存器OUTOCH,AL；清先/后觸發(fā)器（軟命令）；設(shè)置頁面地址（最高4位地址）MOVAL,03H；頁面地址（最高4位地址）OUT83H,AL；通道1的頁面寄存器,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),43,；設(shè)置基地址（低16位）MOVAL,00H；低8位地址OUT02H,AL；通道1的基地址寄存器MOVAL,04H；高8位地址OUT02H,AL；通道1的基地址寄存器；設(shè)置字節(jié)數(shù)MOVAL,0FFH；字節(jié)數(shù)低8位OUT03H,AL；通道1的字節(jié)計(jì)數(shù)器MOVAL,0FH；字節(jié)數(shù)高8位OUT03H,AL；通道1的字節(jié)計(jì)數(shù)器STI；開中斷MOVAL,00000001B；開通通道1，準(zhǔn)備接受DREQ1的申請OUT0AH,ALRETADC_SETUPENDP,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),44,/數(shù)據(jù)采集中DMA傳輸參數(shù)設(shè)置的C語言程序段如下：,voidADC_Setup()disable();/關(guān)中斷outportb(0 x0a,0 x05);/屏蔽通道1，禁止DREQ1申請outportb(0 x0b,0 x45);/工作方式字：單傳方式，地址/加1，非自動預(yù)置，DMA寫，通道outportb(0 x0c,0 x45);/清先后觸發(fā)器（軟命令）/設(shè)置頁面地址（最高4位地址）outportb(0 x83,0 x03);/頁面地址（最高4位地址）/設(shè)置基地址（低16位）outportb(0 x02,0 x00);/低8位地址outportb(0 x02,0 x04);/高8位地址,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),45,/設(shè)置字節(jié)數(shù)outportb(0 x03,0 x0ff);/字節(jié)數(shù)低8位outportb(0 x03,0 x0f);/字節(jié)數(shù)高8位enable();/開中斷outportb(0 x0a,0 x01);/開通通道1，允許DREQ1申請,以上程序可作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個子程序供主程序調(diào)用。主程序應(yīng)包括A/D轉(zhuǎn)換定時(shí)啟動等部分，不在此列出。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),46,9.7D/A轉(zhuǎn)換器9.7.1D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)D/A轉(zhuǎn)換器一般是根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)位寬度和速度的D/A轉(zhuǎn)換芯片，在選擇D/A轉(zhuǎn)換器芯片時(shí)一般考慮如下指標(biāo)(主要參數(shù))：,1分辨率分辨率是指DAC能夠把多少位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬量，或1個二進(jìn)制增量所代表的模擬量大小。例如，DAC0832能夠把8位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成電流，故DAC0832的分辨率是8位（1/255）；AD390能夠把12位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓，故AD390的分辨率是12位。分辨率體現(xiàn)在DAC的數(shù)據(jù)輸入線的寬度，因此，不同的分辨率將影響DAC與CPU的數(shù)據(jù)線連接。當(dāng)分辨率大于數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，數(shù)據(jù)分幾次傳輸，需增加附加電路（緩沖寄存器）。2轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指數(shù)字量從輸入到DAC開始至完成轉(zhuǎn)換，模擬量輸出達(dá)到最終值所需的時(shí)間。DAC的轉(zhuǎn)換時(shí)間很快，一般為s級和ns級。,3.絕對精度指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位（如1/2LSB）。如D/A分辨率為20mV，則精度為10mV.4.相對精度：當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例變化的程度。,DAC芯片與CPU或系統(tǒng)總路線連接時(shí)，可從數(shù)據(jù)總線寬度是否與DAC位數(shù)據(jù)匹配、DAC是否具有數(shù)據(jù)寄存器兩個方面來慮，一般有下面幾種情況：（1）當(dāng)DAC位數(shù)與數(shù)據(jù)總線寬度相同，具有數(shù)據(jù)緩沖能力時(shí)，可直接與CPU連接。（2）當(dāng)DAC位數(shù)與數(shù)據(jù)總線寬度相同，DAC沒有數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，必須外加鎖存器或I/O接口芯片（如8255A等）才能與CPU連接。當(dāng)DAC位數(shù)大于數(shù)據(jù)總線寬度，DAC無論有無數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，都必須外加鎖存器或I/O接口芯片才能與CPU相連接。1.8位DAC連接DAC0832是一片典型的8位DAC芯片，其引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。有兩級輸入鎖存器，以差動電流的形式輸出模擬量。,DAC0832,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),49,9.7.2D/A轉(zhuǎn)換器的外部特性,DAC的外部引腳信號線包括：1.數(shù)字信號輸入線；2.模擬信號輸出線；3.CS信號線和WR（或WR1，WR2）信號線，,用于將數(shù)字量打入DAC轉(zhuǎn)換器；4.數(shù)據(jù)輸入鎖存控制線；5.模擬量輸出通道地址線。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),50,其中，前3種信號線是DAC的基本信號，后2種是附加信號線。附加信號線有時(shí)也集成在DAC芯片內(nèi)部。當(dāng)DAC芯片內(nèi)部設(shè)置了三態(tài)輸入鎖存器，則在外部就有輸入鎖存允許信號線。有的芯片（如DAC0832）設(shè)置了兩級輸入鎖存器，相應(yīng)地在外部就有兩級輸入鎖存允許信號線。如果有的芯片（如AD390）設(shè)置了輸出模擬量開關(guān)，則在外部就有模擬量輸出通道地址選擇信號。另外，在DAC的外部信號線中，沒有像ADC那樣專門的“轉(zhuǎn)換啟動”信號線，也沒有“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號線。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),51,9.8D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法,9.8.1D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的連接,DAC轉(zhuǎn)換器與ADC轉(zhuǎn)換器的操作有不同的特點(diǎn)，首先，DAC工作時(shí)，只要CPU把數(shù)據(jù)送到它的輸入端，寫入DAC，DAC就開始轉(zhuǎn)換，而不需設(shè)置專門的啟動信號去觸發(fā)轉(zhuǎn)換開始。其次，DAC也不提供轉(zhuǎn)換結(jié)束之類的狀態(tài)信號，所以CPU向DAC傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，也不必查詢DAC的狀態(tài)，只要兩次傳輸數(shù)據(jù)之間的間隔不小于DAC的轉(zhuǎn)換時(shí)間，就能得到正確結(jié)果。正因?yàn)镈AC不設(shè)專門的轉(zhuǎn)換啟動信號線和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號線，使接口對DAC提供的信號線少，連接也就更簡單。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),52,9.8.2D/A轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)交換方式,D/A轉(zhuǎn)換器與CPU交換數(shù)據(jù)的方式很單一，既不用查詢，也不用中斷，更不用DMA方式，是采用無條件方式與CPU交換數(shù)據(jù)，因此軟件編程很簡單，其主要工作是向DAC寫數(shù)據(jù)和解決CPU與DAC之間的數(shù)據(jù)緩沖問題。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),53,9.8.3D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)需考慮的問題,分析與設(shè)計(jì)DAC接口，相對于ADC接口來講，比較簡單，可從以下幾個方面入手：1.DAC的分辨率是否大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的寬度？是，則要分兩次傳輸，故需增加鎖存器，并提供鎖存選通信號；不是，則不做處理2.DAC芯片內(nèi)部是否有三態(tài)輸入鎖存器？無，則數(shù)據(jù)線不能與系統(tǒng)的DB直接連接，故需增加三態(tài)輸入鎖存器，并提供鎖存允許信號；有，則不做處理。3.DAC的模擬量輸出是否是多通道？是，則需選擇通道號，并提供選擇線；不是，則不做處理。4.DAC的啟動方式，只有脈沖觸發(fā)一種。DAC不設(shè)專門的轉(zhuǎn)換啟動信號，是利用CS和IOW共同進(jìn)行假寫操作，來實(shí)現(xiàn)脈沖啟動的。5.DAC的數(shù)據(jù)傳輸方式，只有無條件傳輸一種。6.DAC接口電路采用什么元器件組成？有普通IC芯片、可編程并行口芯片、GAL器件等多種選擇。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),54,9.9鋸齒波三角波發(fā)生器器接口設(shè)計(jì),例9.4DAC0832接口設(shè)計(jì),1要求要求通過DAC0832產(chǎn)生鋸齒波和三角波，按任意鍵，停止波形輸出。2分析因?yàn)楸贿B的對象是DAC0832，故首先按照9.8.3節(jié)的方法，分析DAC0832的連接特性及工作方式。然后根據(jù)外部連接特性及工作方式進(jìn)行接口設(shè)計(jì)。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),55,（1）外部特性DAC0832是分辨率為8位的乘法型DAC，芯片內(nèi)部帶有兩級緩沖寄存器，DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳如圖9.9所示。,圖9.9DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),56,DAC0832的工作原理圖9.9中DAC0832有兩個獨(dú)立的緩沖器，要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)先送到第一級緩沖器，但不進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只有數(shù)據(jù)送到第二級緩沖器時(shí)才能開始轉(zhuǎn)換，因而稱為雙緩沖。為此，設(shè)置了5個信號控制這兩個緩沖器進(jìn)行數(shù)據(jù)的鎖存。其中，ILE（輸入鎖存允許）、CS（片選）和WR1（寫信號1）3個信號組合控制第一級緩沖器的鎖存，WR2（寫信號2）和XFER（傳遞控制）兩個信號組合控制第二級緩沖寄存器的鎖存。對于鎖存控制信號LE1和LE2，當(dāng)LE1（LE2）=1時(shí)，不鎖存；當(dāng)LE1（LE2）=0時(shí)，進(jìn)行鎖存。因此當(dāng)ILE端為高電平，并且CPU執(zhí)行OUT指令時(shí)，則與同時(shí)為低電平，使得LE1=1，8位數(shù)據(jù)送到第一級緩沖器；只有當(dāng)CPU寫操作完畢，和都變高電平時(shí)，才能使LE1=0，對輸入數(shù)據(jù)鎖存，實(shí)現(xiàn)第一級緩沖。同理，當(dāng)XFER與WR2同時(shí)為低電平時(shí)，使得LE2=1，第一級緩沖的數(shù)據(jù)送到第二級緩沖器；當(dāng)XFER和WR2上升沿使LE2=0時(shí)，將這個數(shù)據(jù)鎖存在第二級緩沖器中，實(shí)現(xiàn)第二級緩沖，并開始轉(zhuǎn)換。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),57,DAC0832工作的時(shí)序關(guān)系DAC0832工作的時(shí)序關(guān)系如圖9.10所示。圖中表示，兩個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2分別用CS1和CS2鎖存到兩個DAC0832的第一級緩沖器中，最后用XFER信號的上升沿將它們同時(shí)鎖存到各自的第二級緩沖器，開始D/A轉(zhuǎn)換。,圖9.10DAC0832時(shí)序圖,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),58,（2）DAC0832的工作方式,DAC0832有單緩沖、雙緩沖和直通3種工作方式。直通就是不進(jìn)行緩沖，CPU送來的數(shù)字量直接送到第二級緩沖器，并開始轉(zhuǎn)換。此時(shí)，ILE端加高電平，其他控制信號都接低電平。單緩沖是只進(jìn)行一級緩沖，具體可用第一組或第二組控制信號對第一級或第二級緩沖器進(jìn)行控制。雙緩沖是進(jìn)行兩級緩沖，用兩組控制信號分別進(jìn)行控制。一般用于多片DAC0832同時(shí)開始轉(zhuǎn)換。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),59,3.設(shè)計(jì),(1)硬件設(shè)計(jì)采用82C55A作為DAC與CPU之間的接口芯片，并把82C55A的A口作為數(shù)據(jù)輸出，而B口的PB0PB45根線作為控制信號來控制DAC0832的工作方式及轉(zhuǎn)換操作。DAC0832的接口電路如圖9.11所示。,圖9.11DAC0832作函數(shù)波形發(fā)生器,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),60,(2)軟件編程根據(jù)設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生連續(xù)的鋸齒波，可知本例的D/A轉(zhuǎn)換程序是一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，其程序流程圖如圖9.12所示。,圖9.12產(chǎn)生鋸齒波的程序流程圖,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),61,鋸齒波發(fā)生器程序段鋸齒波發(fā)生器匯編語言程序段如下：CODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:CODEORG100HSTART:MOVAX,CSMOVDS,AX；8255A初始化MOVDX,303H；82C55A的命令口MOVAL,10000000B；82C55A的方式字OUTDX,AL；指派B口控制DAC的轉(zhuǎn)換MOVDX,301H；82C55A的B口地址MOVAL,00010000B；置DAC0832為直通工作方式，ILE置1；CS、WR1、WR2、XFER均置為0OUTDX,AL,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),62,；生成鋸齒波的循環(huán)MOVAL,0H；輸出數(shù)據(jù)從0開始LOP:MOVDX,300H；82C55A的A口地址OUTDX,AL；AL的值送DAC0832MOVBL,AL；保存ALBLMOVAH,0BH；檢查是否有任意鍵按下INT21HCMPAL,0FFHJESTOP；有，則停止輸出波形MOVAL,BL；無，恢復(fù)AL的值INCAL；數(shù)據(jù)加1JMPLOP；繼續(xù)循環(huán)輸出波形STOP:MOVAX,4C00H；退出INT21HCODEENDSENDSTART,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),63,/鋸齒波發(fā)生器C語言程序段如下：,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),64,三角波發(fā)生器程序段若要求產(chǎn)生三角波，則程序只需將生成鋸齒波的循環(huán)修改為生成三角波的循環(huán)，程序的其他部分保持不變。,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),65,/三角波發(fā)生器的匯編語言程序段如下：；生成三角波的循環(huán)MOVDX,300H；82C55A的A口地址MOVAL,0H；輸出數(shù)據(jù)從0開始L1:OUTDX,ALMOVBL,AL；保存ALBLMOVAH,0BH；檢查是否有任意鍵按下INT21HCMPAL,0FFHJESTOP；有任意鍵按下，則停止輸出波形MOVAL,BL；無，恢復(fù)AL的值INCAL；數(shù)據(jù)加1JNZL1；AL是否加滿FFH，未滿，繼續(xù)MOVAL,0FFH；已滿，AL置全1,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),66,L2:OUTDX,ALMOVBL,AL；保存ALBLMOVAH,0BH；檢查是否有任意鍵按下INT21HCMPAL,0FFHJESTOP；有，則停止輸出波形MOVAL,BLDECAL；輸出數(shù)據(jù)減1JNZL2；數(shù)據(jù)是否減到0，不為0，繼續(xù)JMPL1；為0，數(shù)據(jù)加1STOP:MOVAX,4COOHINT21H,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),67,/三角波發(fā)生器C語言程序段如下：,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),68,4.討論,利用DAC產(chǎn)生鋸齒波輸出的方法是，將從0開始逐漸遞增的數(shù)據(jù)送到DAC，直到FFH，再回到0。重復(fù)上述過程，就可得到周期性的鋸齒波。實(shí)際上，從0到FFH，中間分為256個小臺階，但從宏觀上看，是一個線性增長的直線。實(shí)際上，本例是利用DAC作為函數(shù)波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生任何一種波形。如果要求產(chǎn)生正弦波，程序應(yīng)如何編寫。,5.12位DAC連接由于微機(jī)的I/O指令一次只能輸出8位數(shù)據(jù)，因此對于數(shù)據(jù)寬度大于8位DAC只能分兩次輸入數(shù)據(jù)，為此一般大于8位數(shù)據(jù)寬度的DAC內(nèi)部均設(shè)計(jì)有兩級數(shù)據(jù)緩沖，如12位DAC1210內(nèi)部就有兩級數(shù)據(jù)緩沖，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-4所示。,D0,D7,D8,D11,D0,D0,D3,D7,右對齊,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,DI11,DI10,DI9,DI8,DI7,DI6,DI5,DI4,D3,D2,D1,D0,譯碼器,Y0,IOW,AEN,AB,Y1,Y2,系統(tǒng)總線,WR1,WR2,BYTE1/BYTE2,XFER,CS,Vcc,AGND,Rfb,101,102,22k,-12V,+12V,W1,10k,10k,Vout,W2,22k,-12V,Vref,DGND,+5V,+12V,2DW7C,470,200,W3,1K,100,4.7uF,DAC1210與CPU連接,D4,D5,D11,2019/12/10,計(jì)算機(jī)接口技術(shù),72,本章小結(jié),A/D與D/A轉(zhuǎn)換器接口是數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的重要組成部分本章討論的A/D與D/A轉(zhuǎn)換器接口仍然是一種并行接口，但也有串行接口存在本章重點(diǎn)討論了查詢、中斷以及DMA3種不同方式的ADC接口設(shè)計(jì)討論了鋸齒波與三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì),