第8章-接口3-16教材

2024/3/2118.4串行通訊和串行接口2024/3/212概述串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式。優(yōu)勢：線路少，成本低，適合于遠距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送。PC系列機上有兩個串行異步通信接口、鍵盤、鼠標器與主機間采用串行數(shù)據(jù)傳送。2024/3/213串行通訊的基本概念傳輸制式全雙工半雙工單工站A站B站A站B站A站B2024/3/214異步通信與同步通訊串行通信異步通訊同步通訊2024/3/215異步通訊ASYNC異步通信——字符按幀傳送，靠起始位同步，兩幀間間隔不定，但每兩相鄰位的間隔固定。串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議。2024/3/216異步通訊ASYNC字符格式(幀格式)起始位、編碼格式、奇偶校驗、停止位如用ASCII碼起始位 1位字符編碼 7位奇偶校驗 1位停止位 1位2024/3/217起止式異步通信協(xié)議起始位校驗位停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位字符0/10/10/10/110111…2024/3/218起止式異步通信協(xié)議起始位——每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平數(shù)據(jù)位——數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由5～8個二進制位組成，低位先傳送校驗位——用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送2024/3/219波特率(Baudrate)數(shù)據(jù)傳輸速率每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，位/秒(bit/s)，bps字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù)【例】數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，每個字符(幀)包括10個位，則傳送的波特率為：10×120=1200位/秒=1200bps

則每一位傳送的時間：Td=1/1200=0.833ms2024/3/2110同步通信以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結(jié)束。在串行數(shù)據(jù)線上，往往保持連續(xù)字符，即使沒有數(shù)據(jù)，也要發(fā)送專用字符（或同步符）。數(shù)據(jù)傳輸效率和速率較高，硬件電路較復(fù)雜。串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當中。~~~~同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗字符2024/3/2111異步與同步比較：異步通訊：速度慢發(fā)/收端時鐘允許誤差（允許范圍）波特率相同同步通訊：速度快發(fā)/收端時鐘完全同步。2024/3/2112信號的調(diào)制與解調(diào)(MODEM)調(diào)制（Modulating）數(shù)字信號→模擬信號解調(diào)（Demodulating）模擬信號→數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)器MODEM具有調(diào)制和解調(diào)功能的器件合制在一個裝置調(diào)制方法：FSK—移頻鍵控式：把數(shù)字信號的“1”和“0”調(diào)制成不同頻率的模擬信號。2024/3/2113調(diào)制與解調(diào)2024/3/2114串行接口標準RS-232-C制定者：美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）。1962年公布，1969年修訂。目的：用于連接調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用：現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（例如計算機）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標準接口。2024/3/2115串行接口標準RS-232-C機械特性：插頭和插座的尺寸、插腳數(shù)、引腳信號分配、插針與插孔的尺寸等的規(guī)定。電氣信號的特性：邏輯電平、最高數(shù)據(jù)傳輸率、發(fā)送和接收電路的特性等的規(guī)定。2024/3/2116RS-232C的引腳定義使用一個25針的D型連接器。信號線：22根。絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個信號，所以就有了9針D型連接器。主要有三條線：收、發(fā)、地。傳輸速率：可達20KB/S，最大距離：15m。2024/3/2117RS-232C的連接連接調(diào)制解調(diào)器，用于實現(xiàn)通過電話線路的遠距離通信。直接連接進行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（NullModem）連接。2024/3/2118普通的3線通信方式微機1TxDRxDGND微機2TxDRxD2024/3/2119RS-232C的電氣特性232C接口采用EIA電平邏輯0電平“0”：＋5V～＋15V邏輯1電平“1”：－5V～－15V實際常用±12V或±15V標準TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V低電平：0V～0.4V2024/3/2120串行通訊的實現(xiàn)串行傳輸，需要并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)換，并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個字符（或數(shù)據(jù)塊）。這些工作可由軟件實現(xiàn)，也可用硬件實現(xiàn)。通用異步接收發(fā)送器UART是串行異步通信的接口電路芯片。2024/3/2121UART—通用異步收/發(fā)器主要功能：1)自動識別/生成起始位，停止位。2)串/并轉(zhuǎn)換3)奇偶校驗、幀錯—不符合規(guī)定、溢出—數(shù)據(jù)丟失等檢測。IBMPC/XT機的UART芯片是INS82502024/3/21228.5 模擬通道接口模擬通道接口： 數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器 模/數(shù)（A/D）2024/3/2123模擬量與數(shù)字量模擬量——連續(xù)變化的物理量數(shù)字量——時間和數(shù)值上都離散的量2024/3/2124模擬輸入輸出系統(tǒng)傳感器將各種現(xiàn)場的物理量測量出來并轉(zhuǎn)換成電信號（模擬電壓或電流）

放大器把傳感器輸出的信號放大到ADC所需的量程范圍低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比多路開關(guān)把多個現(xiàn)場信號分時地接通到A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號，并在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變2024/3/21258.5.2D/A轉(zhuǎn)換器工作原理D/A轉(zhuǎn)換器：電阻網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)字量控制內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)開關(guān)2024/3/2126D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（1）2024/3/2127D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（4）Vout＝－（D/2n）×VREF2024/3/2128DAC主要性能指標分辨率：能分辨的最小模擬量的能力。取決于數(shù)字量的位數(shù)?！纠?位DAC的分辨率：。若輸出電壓范圍0~10V，能分辨的最小模擬信號：1/255×10V=39.2mV。轉(zhuǎn)換誤差：DA轉(zhuǎn)換器實際達到的轉(zhuǎn)換精度建立時間：數(shù)字量輸入有滿刻度變化時，其輸出模擬信號達到滿刻度值1/2LSB所需時間。2024/3/2129典型芯片DAC0832DAC0832是典型的8位電流輸出型通用DAC芯片。性能指標：8位D/A芯片（即分辨率8位）。建立時間：1μs。電流型輸出：必須外接運放，才能得到模擬電壓輸出。單電源：+5V~+15V基準電壓范圍：-15V~+15V2024/3/2130內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器DGNDDI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER2024/3/2131數(shù)字輸入引腳8位數(shù)字輸入端：D7~D0輸入寄存器（第1級鎖存）的控制端ILE、CS、WR1DAC寄存器（第2級鎖存）的控制端XFER、WR22024/3/2132模擬部分引腳Iout1、Iout2——電流輸出端

一般Iout1+Iout2=常數(shù)Rfb——反饋電阻引出端（電阻在芯片內(nèi)）VREF——參考電壓輸入端（-15V～+15V）AGND——模擬信號地VCC——電源電壓輸入端（＋5V～＋15V）DGND——數(shù)字信號地2024/3/2133DAC0832的工作方式DAC有三種工作方式：雙緩沖單緩沖直通2024/3/2134（1）雙緩沖方式兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)能夠?qū)σ粋€數(shù)據(jù)進行D/A轉(zhuǎn)換的同時；輸入另一個數(shù)據(jù)D0~D7來自數(shù)據(jù)總線適用于：多路D/A同時輸出的情形DAC0832輸入寄存器D0～D7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/2135（1）雙緩沖方式2024/3/2136（2）單緩沖方式LE1＝’0’，或者LE2＝’0’兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)另一個寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）適用于：只有一路模擬量輸出幾路模擬量非同步輸出的情形DAC0832輸入寄存器D0～D7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/21372024/3/2138（3）直通方式LE1＝LE2＝‘0’，即兩個鎖存器都常通。輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。必須：Din前有“鎖存”性單元。DAC0832輸入寄存器D0～D7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1LE1LE22024/3/2139DAC0832的應(yīng)用：輸出方式單極性電壓輸出RfbIout2Iout1Vo+_AGNDADIVREFVo＝－Iout1×Rfb

＝－（D/28）×VREF2024/3/2140單極性輸出(粗略計算)Vo：0~-VREF

D7~D0 Vo 00H 0 80H 2.5V FFH 5V2024/3/2141單極性電壓輸出舉例（原理性計算）Vo=-（D/2n）*VREF。

設(shè)VREF＝－5V。

D＝FFH＝255時，最大輸出電壓：

Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H時，最小輸出電壓：

Vmin＝（0/256）×5V＝0V D＝01H時，一個最低有效位(LSB)電壓： （1/256）×5V＝0.02V2024/3/2142雙極性電壓輸出RfbIout2Iout1Vout1AGNDDIVREF+_A1+_A2Vout2R1(R)R2(2R)R3(2R)2024/3/2143雙極性輸出Vout2=-VREF~+VREF

D7~D0 Vout1 Vout2 00H 0 -5V 80H -2.5V 0 FFH -5V 5V2024/3/2144應(yīng)用舉例【例】

有一個8位D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電壓范圍0~10V。問：若要輸出電壓為1V，應(yīng)提供怎樣的數(shù)字量？

【例】①鋸齒波輸出，怎么設(shè)計？

2024/3/2145輸出正向鋸齒波2024/3/2146MOVDX,200HMOVAL,0START:OUTDX,ALINCALJMPSTART2024/3/2147應(yīng)用舉例例4②

正向鋸齒波，從2v到7v變化

例5③輸出方波例6④輸出三角波思考題：如何輸出正弦波?2024/3/21488.5.3A/D轉(zhuǎn)換器2024/3/2149A/D轉(zhuǎn)換的基本方法和特點存在多種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，各有特點，分別應(yīng)用于不同的場合4種常用的轉(zhuǎn)換技術(shù)逐次逼近式雙積分式計數(shù)器式電壓頻率轉(zhuǎn)換2024/3/2150逐次逼近法組成：D/A＋比較器＋逐次逼近寄存器基本原理：從最高位開始逐位試探，將輸入Vin與“推測”信號比較，以決定是增大還是減小推測信號V0，以便逼近模擬輸入Vin。優(yōu)點：速度快、精度高（最常用）。缺點：抗干擾能力不強2024/3/2151逐次逼近法轉(zhuǎn)換原理有效“砝碼的總重量”逐漸逼近“重物重量”2024/3/2152逐次逼近法從最高位開始的逐位試探法2024/3/2153ADC主要性能指標①分辨率又稱量化誤差。指A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小量化信號能力。通常用A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示。8位A/D分辨率=1/(2n-1)，對模擬信號的分辨能力：5V/(2８-1)=19.5mV。②轉(zhuǎn)換時間。完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時間。轉(zhuǎn)換率=1/轉(zhuǎn)換時間。③轉(zhuǎn)換精度：實際輸出范圍與理論輸出范圍接近的程度。2024/3/2154典型芯片ADC0809具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能CMOS工藝制作；8位逐次逼近式ADC；轉(zhuǎn)換時間為100s。包含擴展部件多路開關(guān)；三態(tài)鎖存緩沖器。2024/3/2155ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2024/3/2156ADC0809的模擬輸入提供一個8通道的多路開關(guān)和尋址邏輯IN0～IN7：8個模擬電壓輸入端ADDA、ADDB、ADDC：3個地址輸入線ALE：地址鎖存允許信號ALE的上升沿用于鎖存3條地址線信息，然后由譯碼器從8個模擬輸入中選擇一個模擬輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換2024/3/2157ADC0809的控制信號輸入START：該信號的下降沿啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換OE：該信號高電平輸入時，將轉(zhuǎn)換結(jié)果(數(shù)字量)送到D7~D0上。2024/3/2158ADC0809狀態(tài)信號的輸出EOC：表示轉(zhuǎn)換是否結(jié)束EOC＝0：轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束EOC＝1：轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束該輸出狀態(tài)供查詢或觸發(fā)中斷用2024/3/2159ADC0809的數(shù)字輸出ADC0809內(nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量具有三態(tài)數(shù)字量輸出端D0～D7配合輸出允許信號OE當輸出允許信號OE為高電平有效時，將三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從D0～D7輸出2024/3/2160ADC0809的轉(zhuǎn)換時序轉(zhuǎn)換啟動信號轉(zhuǎn)換結(jié)束信號2024/3/2161ADC0809的轉(zhuǎn)換公式輸入模擬電壓輸出數(shù)字量基準電壓正極基準電壓負極2024/3/2162ADC芯片與主機的連接ADC芯片相當于“輸入設(shè)備”。需要構(gòu)造端口地址需要對數(shù)據(jù)進行緩沖主機控制轉(zhuǎn)換的啟動。主機應(yīng)該獲知轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，并進行數(shù)據(jù)輸入等處理。2024/3/2163通道選擇通道號來自數(shù)據(jù)總線將通道號A、B、C接至D0、D1、D2通道號來自地址總線將通道號A、B、C接至A0、A1、A22024/3/2164通道選擇——來自數(shù)據(jù)總線2024/3/2165MOV DX，200H；200H～203H均可

MOV AL，XXXX