1、21世紀高等院校計算機科學與技術規(guī)劃教材微機原理及接口技術 1/28引 言 微處理器的發(fā)展 年代代表產(chǎn)品工藝特點19721973I4004/8008PMOS4位機，速度慢19741976I8080NMOS8位機，軟件豐富19761978Z80集成8位機，高級語言19781980I8086HMOS16位機1981IAPX 43232位機2/28本課程教學模塊第一章、微型計算機基礎知識第二章、微型計算機的組成及工作原理第三章、匯編語言程序設計第四章、輸入輸出接口第五章、存儲器及其結構第六章、中斷控制系統(tǒng)第七章、可編程計數(shù)定時控制器8253第八章、數(shù)/模及模/數(shù)轉換器第九章 微型計算機外部設備簡介第

2、十章 微型計算機開發(fā)應用3/28第一章 微型計算機基礎知識本章要點： 計算機的碼制與數(shù)制 二進制編碼的十進制數(shù)（BCD碼） 計算機的邏輯器件4/281.1 數(shù)制 迄今為止，所有的電子計算機以二進制進行算術和邏輯運算的 微型計算機和其他數(shù)字電路設備也是如此。 操作計算機時，大多是通過鍵盤輸入十進制數(shù)字和符號命令，計算機把他們轉換成二進制形式進行識別、運算和處理。運算結果，計算機又還原成十進制數(shù)字和符號在輸出設備上反映出來。輸入碼掃描碼ASCII碼輸出碼（十進制） （二進制） （點陣碼）微型計算機自動完成的5/281.1.1 進位計數(shù)制及其基數(shù)和權 數(shù)制，即進位計數(shù)制，是人們利用符號來記數(shù)的科學方

3、法。數(shù)制有多種形式，如十進制數(shù)、二進制數(shù)、八進制數(shù)等等。習慣用的十進制記數(shù)法。一個任意的十進制數(shù)可以表示為：anan-1a0.b1b2b3bm-1bm數(shù)制中的三個術語：l數(shù)碼：用不同的數(shù)字符號來表示一種數(shù)制的數(shù)值，數(shù)字符號稱為“數(shù)碼”。l基：數(shù)制中所允許使用的數(shù)碼個數(shù)稱為基。l權：數(shù)制每一位所具有的值稱為權。6/281.1.2 計算機中常用的進制數(shù) 人用的數(shù)十進制數(shù)，計算機用二進制數(shù)，為簡化也用八進制和十六進制。 下面將分別介紹這幾種常用的進制。表1-1 計算機中常用的進制數(shù)進制數(shù)基數(shù)記數(shù)原則備注十進制數(shù)0,1,2,8,9逢十進一，借一當十人們最常用二進制數(shù)0,1逢二進一，借一當二計算機中采用

4、八進制數(shù)0,1,2,3,4,5,6,7逢八進一，借一當八為簡化二進制數(shù)據(jù)的書寫十六進制數(shù)0,1,9,A,B,C,D,E,F逢十六進一，借一當十六為簡化二進制數(shù)據(jù)的書寫7/281.1.2 計算機中常用的進制數(shù) 一、二進制表示法：基數(shù)為二（0，1）；權值為 2i 。1、二進制表示數(shù)值方法： N = + Ki 2i 其中：Ki = 0 或 12、二進制運算規(guī)則：逢二進一，借一當二。加法運算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10（逢二進一）減法運算：0-0=0 10-1=1（借位） 1-0=1 1-1=0乘法運算：00=0 01=0 10=0 11=1除法運算：0/1=0 1/1=1 例1

5、-1：二進制數(shù)1011.1表示如下：(1011.1)B= 123 + 022 + 121 + 120 +12-18/281.1.2 計算機中常用的進制數(shù) 一、二進制表示法：基數(shù)為二（0，1）；權值為 2i 。二、八進制表示法：基數(shù)為八（0，1，2，3，4，5，6，7）；權值為 8i 。1、八進制表示數(shù)值方法 N = Ki 8i 其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、72、八進制運算規(guī)則：逢八進一，借一當八。例1-2：（467.6）O=482 + 681 + 780 + 68-19/281.1.2 計算機中常用的進制數(shù) 一、二進制表示法：基數(shù)為二（0，1）；權值為 2i 。二、八進制表示

6、法：基數(shù)為八（0，1，2，3，4，5，6，7）；權值為 8i 。三、十六進制表示法：基數(shù)為十六（0,1,9 ,A ,B,C,D,E,F），權值為 16i 。1、十六進制表示數(shù)值方法：N =Ki16i 其中：Ki = 0 9 、A F2、十六進制運算規(guī)則：十六進一，借一當十六。例1-3：（56D.3）H = 5162 + 6161 + 13160 + 316-110/281.1.3 進制間的轉換 計算機用二進制，人用十進制數(shù), 平時又常用到十六進制數(shù)和八進制數(shù)，這就需要掌握各種進制間的相互轉換關系一、二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的轉換1、 二進制數(shù)轉換為十進制數(shù)：按權展開相加例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、 十進制數(shù)轉換為二進制數(shù)：整數(shù)和小數(shù)分別進行轉換l整數(shù)轉換：除2取余逆序排列l(wèi)小數(shù)轉換：乘2取整順序放在小數(shù)點后11/281.1.3 進制間的轉換 例1-5： 將（137）D 轉換為二進制數(shù)。 2 137 余數(shù)（結果） 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 高位轉換結果：（136）D=（10001001）B例1-6： 將（0.625）D轉換為二進制數(shù)。0.625 2 1.25 2 0

8、.5 2 1.0 取整： 高位 低位轉換結果： (0.625)D = (0.101)B12/281.1.3 進制間的轉換 二、二進制數(shù)和八進制數(shù)、十六進制數(shù)間的轉換1、二進制數(shù)到八進制數(shù)轉換：三位化一位，不足補02、二進制數(shù)到十六進制數(shù)轉換：四位化一位，不足補0。例1-7：將(1000110.01)B轉換為八進制數(shù)和十六進制數(shù)。 二進制數(shù)到八進制數(shù)的轉換： 1000110. 01= 001 000 110 .010 B = ( 1 0 6 . 2 ) O 二進制數(shù)到十六進制數(shù)的轉換： 1000110 . 01=0100 0110 . 0100 B = ( 4 6 . 4 ) H3、八進制、十六

9、進制數(shù)到二進制數(shù)的轉換：一位化三位（四位）例1-8：將(352.6)o轉換為二進制數(shù)。 3 5 2 . 6 011 101 010 110 = ( 11 101 010 . 11 ) B13/281.1.3 進制間的轉換 按位權展開求和整數(shù)除以16取余小數(shù)乘以16取整八進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)十進制數(shù)4位化1位1位化4位按位權展開求和3位化1位1位化3位整數(shù)除以8取余，小數(shù)乘以8取整整數(shù)除以2取余小數(shù)乘以2取整按位權展開求和圖1-1 數(shù)制間的轉換關系14/281.1.3 進制間的轉換 二 進制十六 進制十 進制八進制二 進制十六 進制十進制八進制000000010010001101000101

10、011001110123456701234567012345671000100110101011110011011110111189ABCDEF891011121314151011121314151617各種數(shù)制對照表 15/281.2 數(shù)據(jù)在計算機中的表示 數(shù)值數(shù)據(jù) 所有的數(shù)位都用來表示數(shù)據(jù)的數(shù)值無符號數(shù)：沒有符號位， 為了方便，通常將它作為正數(shù)處理。 分正、負兩種有符號數(shù)：用“0”表示正號“+”，用“1”表示負號“-” 符號位放在數(shù)的最高位。16/281.2.1 機器數(shù)與真值 1、機器數(shù)：數(shù)在機器中的表示形式（數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的編碼）2、真值：機器數(shù)的數(shù)值（即用 + 、- 表示符號再加上

11、絕對值）例如：真值 X1=-1011B，其對應的機器數(shù)為11011B 真值 X2=-0.1101B，其機器數(shù)為1.1101B （對于小數(shù)，小數(shù)點左邊的1為符號位，不是數(shù)值的數(shù)字）3、帶符號的二進制數(shù)在機器中的表示方法有三種 原碼、補碼、反碼17/281.2.1 機器數(shù)與真值 一、原碼表示法：最高位表示符號，0-正、1-負，其它位表示數(shù)值的絕對值定義：X原= X 0= X 1 定點小數(shù) 1+ |X| -1 X =0 X原= X 0= X= 2n -1 定點整數(shù) 2 n+1 + |X| -( 2n1)= X= 0例1-9：求X1=0.1011，X2=-0.1011的原碼表示。（8位）X1原 = X

12、1 = 01011000X2原=1+ |X2| = 11011000 小數(shù)點位置 小數(shù)點位置例1-10：求X1=1011，X2=-1011的原碼。（8位） X1原=00001011 X2原=10001011 小數(shù)點位置 小數(shù)點位置特點： 原碼與真值的對應關系簡單； 0的編碼不唯一，處理運算不方便。18/281.2.1 機器數(shù)與真值 二、補碼表示法一是使符號位和有效數(shù)值部分一起參加數(shù)值運算，簡化運算規(guī)則二是使減法運算轉化為加法運算，簡化計算機中運算器的線路設計1、 模的概念：一個計量單位稱之為?；蚰?shù)，用M表示。 如：時鐘是以12進制進行計數(shù)循環(huán)的，即以12為模，計滿后發(fā)生溢出，又從頭開始計數(shù)。

13、 由此模數(shù)為12循環(huán)計數(shù)，加2和減10效果一樣，10和2對模12互為補數(shù)。計算機中稱為補碼2、 補碼的表示：正數(shù)的補碼和原碼相同。負數(shù)的補碼則是符號位為“1”，數(shù)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的補碼。（8位）0.1011補=0.1011原=01011000-0.1011補=-1011000反+1=10100111+1=101010000補=+0補=-0補=00000000特點：0的補碼只有一個，即0補=00000000B=00H。19/281.2.1 機器數(shù)與真值 一、原碼表示法 二、補碼表示法 三、反碼表示法：最高一位表示符號，數(shù)值位是對

14、負數(shù)取反。注意數(shù)0：+0反=00000000 -0反=1111111+1100111反=01100111 -1100111反=10011000特點：通過反碼表示法可以獲得將負數(shù)轉換成補碼的簡便方法。 正0和負0的反碼表示是不同的。20/281.2.2 計算機中常用的編碼 一、BCD碼 （Binary Code Decimal）BCD碼是一種用4位二進制數(shù)字來表示一位十進制數(shù)字的編碼，表1-3 十進制與8421BCD碼對照表十進制BCD碼十進制BCD碼0123456700000001001000110100010101100111891011121314151000100100010000000

15、100010001001000010011000101000001010121/281.2.2 計算機中常用的編碼 一、BCD碼 （Binary Code Decimal）BCD碼有兩種格式：1、壓縮BCD碼格式（Packed BCD Format）用4個二進制位表示一個十進制位，就是用0000B-1001B來表示十進制數(shù)0-8。例如：十進制數(shù)4256的壓縮BCD碼表示為：0100 0010 0101 0110 B2、非壓縮BCD碼格式（Unpacked BCD Format）用8個二進制位表示一個十進制位其高四位無意義，用xxxx表示，低四位和壓縮BCD碼相同（注：上表為非壓縮BCD碼）例1

16、-13：十進制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為：xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 22/281.2.2 計算機中常用的編碼 二、 ASCII碼 美國標準信息交換代碼（American Standard Card for Information Interchange） 這種編碼由7位二進制數(shù)碼（b6b5b4b3b2b1b0）編碼組成，共有128個編碼 包括大寫、小寫英文字母，十進制數(shù)字，標點符號和控制符號。 其前32個代碼是控制字符，編程人員利用控制字符可以控制機器進行某種操作。例如往打印機送OAH（代表控制字符LF，指換行），則打印機的紙向前走一行。

17、 大寫英文字母AZ的ASCII碼是從1000001（即41H）開始按順序遞增 另外空格SP的ASCII碼是20H，回車CR的ASCII碼是0DH，換行LF的ASCII碼是0AH這種七位代碼若再加上一個奇偶校驗位，就可以組成八位代碼。特別是計算機用八位二進制位構成一個字節(jié)，因而ASCII碼在計算機中普遍應用。23/281.2.2 計算機中常用的編碼 一、BCD碼 二、ASCII碼三、GB2312-80編碼 為了適應計算機處理中文信息的需要，國家標準總局制定了“中華人民共和國國家標準信息交換漢字編碼”，代號“GB2312-80”。這種編碼稱為國標碼。 該編碼集規(guī)定了計算機使用漢字和圖形符號總數(shù)為7

18、445個，其中漢字總數(shù)6763個；按照常用漢字的使用頻率分為一級漢字3755個，二級漢字3008個，圖形符號682個。由于漢字數(shù)量大，用一個字節(jié)無法區(qū)別，常采用兩個字節(jié)對漢字進行編碼。 24/281.3 數(shù)據(jù)在計算機中的運算 1.3.1 二進制數(shù)的邏輯運算計算機邏輯運算是由專門的邏輯電路完成的。下面介紹幾種常用的邏輯運算一、 邏輯乘運算：又稱邏輯與，常用運算符“”表示運算法則：00=0 10=01=0 11=1例1-14：X=01100110B，Y=11110000B，解：XY=01100110B 11110000B=01100000B二、 邏輯加運算：又稱邏輯或，常用運算符“”表示運算法則：

19、00 = 0 10 = 01 = 1 11 = 1例1-15：X=00110101B，Y=00001111B，解：XY=00110101B 00001111B=00111111B三、 邏輯非運算：又稱邏輯取反，常用運算符“”表示，運算法則：0 = 1 1 = 0 例1-16：已知X=11000011B，試求的值。解： 11000011B =00111100B四、 邏輯異或運算：又稱半加或按位加，是不考慮進位的加法，常采用運算符“”表示運算法則：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 整數(shù)的四則運算一、 加法運算：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=101+1+1=11二進制數(shù)的加法過程和十進制加法過程類似二、 減法運算：00=0 11=0 101=10-1=1二進制數(shù)的減法過程和十進制減法過程類似，在減法過程中要注意借1應看做2。兩個二進制數(shù)相減時先要判斷它們的大小，差的符號由兩數(shù)關系決定。三、乘法運算：00=010=01=011=1兩個二進制數(shù)相乘和兩個十進制相乘類似。四、 除法運算 除法是乘法的逆運算。與十進制類似，二進制除法也是從被除數(shù)最高位開始的。其過程是先查找出夠減除數(shù)的位數(shù)，在其最高位處上商1并完成它對除數(shù)的

21、減法運算，然后把被除數(shù)的下一位移到余數(shù)的位置上。若余數(shù)不夠減除數(shù)，則商0，并把被除數(shù)的再下一位移到余數(shù)的位置上。若余數(shù)夠減除數(shù)，則商1，余數(shù)減除數(shù)。這樣反復進行，直到全部被除數(shù)的各位都移到余數(shù)位置上為止。26/281.4 邏輯功能部件 一、 加法運算：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=101+1+1=11+ -圖1-2 二極管圖1-3 三極管的結構示意圖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 習題1. 將下列

22、各十進制數(shù)轉換成為二進制數(shù)（最多保留6位小數(shù)） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1232. 將下列各十進制數(shù)轉換成為八進制數(shù)（最多保留6位小數(shù)） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1233. 將下列各十進制數(shù)轉換成為十六進制數(shù)（最多保留6位小數(shù)） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1234. 將下列各十六進制數(shù)轉換成為十進制數(shù)（最多保留6位小數(shù)） （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1235. 將下列各八進制數(shù)轉換成為十進制數(shù)（最多保留6位小數(shù)） （1）121 （2）12.125 （3）23.25

23、（4）1236. 將下列各八進制數(shù)轉換成為二進制數(shù) （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1237. 將下列各十六進制數(shù)轉換成為二進制數(shù) （1）121 （2）12.125 （3）23.25 （4）1238. 以十六進制形式，給出下列十進制數(shù)對應的8位二進制補碼表示。（1）23 （2）-23 （3）-128 （4）1279. 寫出下列各二進制數(shù)的原碼、補碼和反碼（1）0 （2）0.101010 （3）-0.101011 （4）0.1111128/28本課程教學模塊 第一章、微型計算機基礎知識第二章、微型計算機的組成及工作原理第三章、匯編語言程序設計第四章、輸入輸出接口第五章、

24、存儲器及其結構第六章、中斷控制系統(tǒng)第七章、可編程計數(shù)定時控制器8253第八章、數(shù)/模及模/數(shù)轉換器第九章 微型計算機外部設備簡介第十章 微型計算機開發(fā)應用29/29第八章 數(shù)/模及模/數(shù)轉換器本章要點：模擬量輸入輸出通道的基本概念數(shù)/模轉換器DAC0832的工作原理及應用模/數(shù)轉換器ADC0809的工作原理及應用典型的模擬量輸入、輸出系統(tǒng)的設計應用30/29第八章 數(shù)/模及模/數(shù)轉換器 將模擬量轉換為數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉換器（簡稱A/D轉換器），而將數(shù)字量轉換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉換器（簡稱D/A轉換器）。 31/298.1 D/A轉換器概述 D/A轉換器從工作原理上可以分為并行D/A

25、轉換器和串行D/A轉換器兩種。并行D/A轉換器的轉換速度快，但電路復雜。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，并行D/A轉換器成為當前主流，被廣泛應用。32/29一、D/A轉換器的工作原理 并行D/A轉換器的電路設計中，使輸入數(shù)碼的位數(shù)與數(shù)字量的位數(shù)相同，對應輸入數(shù)碼的每一位都設有信號輸入端D0、D1、D2，用以控制相應的模擬切換開關電子開關，基準電壓VREF接到電阻網(wǎng)絡上 并行數(shù)模D/A轉換器工作過程：數(shù)字量按權相加 模擬量。因此，當D/A轉換電路的電子開關端輸入的二進制編碼全為1，則運算放大器輸出為： （1-1/2n）VREF；當電子開關端輸入的二進制編碼全為0，則運算放大器輸出為0。所以，D/A轉換

26、器的輸出在 0 到（1-1/2n）VREF之間。 33/29二、D/A轉換器的主要性能參數(shù) 1、分辨率 分辨率是指D/A轉換器所能分辨的最小電壓增量。它反映了D/A轉換器對微小輸入量變化的敏感性。分辨率常用二進制輸入量的位數(shù)來表示，例如分辨率是8位、10位等。有時，也用最小與最大輸出電壓之比的百分數(shù)來表示。 例如：分辨率是8位的D/A轉換器，其分辨率為： 1/（28-1）= 0.392 % 10位轉換器，輸入滿量程為5伏，能分辨的電壓為：5V1/（210-1）=4.90mV2、轉換精度 D/A轉換器的轉換精度就是用最大的靜態(tài)轉換誤差的形式表示，這個轉換誤差應包括非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移

27、誤差等綜合誤差，它反映了實際輸出電壓與理論輸出電壓之間的接近程度。一般采用數(shù)字量的最低有效位（LSB）作為衡量單位，用LSB的二分之一或全標出電壓的百分數(shù)來表示。34/29二、D/A轉換器的主要性能參數(shù) 3、轉換時間 DAC的輸入數(shù)字量有滿刻度值的變化時，其輸出模擬信號電壓達到滿刻度值1/2LSB（最低有效位）時所需要的時間。4、線性度 通常用非線性誤差的大小表示DAC的線性度。在D/A轉換時，若數(shù)據(jù)連續(xù)轉換，則輸出的模擬量應該是線性的。5、輸出電平 不同型號的D/A轉換器件的輸出電平相差較大。一般為5V10V，有的高壓輸出型的輸出電平則高達24V30V。 6、溫度系數(shù) 在滿刻度輸出的條件下，

28、溫度每升高00C，輸出變化的百分數(shù)定義為溫度系數(shù)。溫度系數(shù)也稱溫度靈敏度，常用PPM表示（PPM為百萬分之一）。一般D/A轉換器的溫度系數(shù)為：50 PPM.35/29常用的D/A轉換器 分類型號分辨率特點高速高精度芯片DAC08088位無鎖存，輸出為單極性DAC1108 12位建立時間150ns高分辨率芯片DAC113616位可電壓也可電流輸出，有輸入鎖存DAC113818位電壓或電流輸出帶數(shù)字緩沖芯片DAC08328位有鎖存、易控制、兼容CPU、低廉DAC120812位雙緩沖有鎖存、兼容CPU專用目的芯片DAC14208位420mA輸出、回路供電、有緩沖DAC142310位420mA輸出、回

29、路供電、有緩沖36/298.2 DAC0832 DA轉換器DAC0832轉換芯片是美國數(shù)據(jù)公司采用CMOS工藝設計的8位雙緩沖、電流輸出型的DA轉換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；可與通用的微處理器直接接口，可以采用雙緩沖，單緩沖或直通方式工作。其主要技術指標：電流建立時間 1us單電源+5V+15V Vref輸入電壓+ 25V分辨率8位轉換精度1LSB功率耗能200mW最大電源電壓17V37/298.2.1 DA轉換器的0832功能結構一、 內部結構 DAC0832的內部結構框圖包括四個主要部分。1、8位輸入寄存器：可作為輸入數(shù)據(jù)第一級緩沖。2、8位DAC寄存器：可作為輸入數(shù)據(jù)第二級緩沖

30、。3、 8位D/A轉換器：將DAC寄存器中的數(shù)據(jù)轉換成具有一定比例的直流電流。 4、 邏輯控制部分：0832芯片內部有兩個數(shù)據(jù)緩沖器，分別由兩組控制信號控制，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)被鎖存到DAC寄存器中。38/29二、引腳功能 1、D7D0：8位數(shù)據(jù)量輸入。 2、ILE：數(shù)據(jù)輸入鎖存允許，高電平有效。 3、/CS：片選。4、/WR1：輸入寄存器寫信號，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的第一級緩沖。 5、/XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號，控制從輸入寄存器到DAC寄存器的內部數(shù)據(jù)傳送。6、/WR2：DAC寄存器寫信號，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的第二級緩沖。7、VREF：參考電壓源，電壓范圍為-10V+10V。 8、Rfb：內部反饋電阻接

31、線端，該電阻被制作在芯片內用作運算放大器反饋電阻。 9、OUT1：DAC電流輸出1，其值隨輸入數(shù)字量線性變化。 10、OUT2：DAC電流輸出2。 11、 Vcc：工作電源，其值范圍為+5V15V12、GND：模擬信號地線。13、DGND：數(shù)字信號地線 39/298.2.2 0832的三種工作方式 1、直通工作方式 性質：適用于連續(xù)反饋控制線路中。 方法：CS 、WR1、WR2、XFER均接地、ILE接高電平，使兩個寄存器有效，數(shù)據(jù)直到轉換器 注意：必須通過I/O接口與CPU連接，匹配CPU與D/A的轉換，如圖（a）所示。2、雙緩沖工作方式 性質：適用于多個DAC同時輸出的情形。 方法：先分別

32、使這些DAC00832的輸入寄存器接收數(shù)據(jù)，再控制這些DAC0832同時傳送數(shù)據(jù)到DAC寄存器以實現(xiàn)多個D/A轉換同步輸出，如圖（b）所示。3、單緩沖工作方式 性質：適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出。 方法：控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接收數(shù)據(jù)。 40/298.2.3 0832 的應用 D/A轉換器可以視為微機的一種外圍設備，實現(xiàn)D/A轉換器和微機接口技術的關鍵是數(shù)據(jù)鎖存問題。當CPU向D/A轉換器輸出一個數(shù)據(jù)時，這個數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上只持續(xù)很短的時間，必須有數(shù)據(jù)鎖存器鎖住這個數(shù)據(jù)，才能得到持續(xù)穩(wěn)定的模擬量輸出。有些D/A轉換器芯片本身帶有鎖存器，但也有些D/A轉換器芯片本身不

33、帶鎖存器，此時74LS273芯片以及可編程的并行I/O接口芯片8255A均可作為D/A轉換的數(shù)據(jù)鎖存器。 41/29一、DAC芯片與主機的連接1、主機位數(shù)等于或大于DAC芯片位數(shù) 對于這種情況，可將主機與DAC芯片通過一級鎖存器直接相連。連接如圖，沒有鎖存器的DAC通過一片LS273就可以連接CPU數(shù)據(jù)總線了。 對于DAC0832，由于本身具有鎖存器，工作在單緩沖方式，則控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接收數(shù)據(jù)，可以直接連接到CPU的數(shù)據(jù)總線。操作程序：MOV AL, DATAMOV DX, PORTOUT DX, AL42/29一、DAC芯片與主機的連接2、主機位數(shù)小于DAC芯片位數(shù)特點：數(shù)

34、字數(shù)據(jù)需要多次輸出，接口電路也需要多個（級）鎖存器保存多次輸出的數(shù)據(jù)，并需要同時將完整的數(shù)字量提供給DAC轉換器。兩級鎖存電路的連接如圖所示。主要控制程序MOV AL, BLMOV DX, PORT1OUT DX, ALMOV AL, BHMOV DX, PORT2OUT DX, AL43/29二、DAC0832與8086CPU的硬件連接 借助8255，應用DAC 0832作三角波產(chǎn)生器，電路硬件連接如圖所示?？刂浦鞒绦颍篗OVDX，0FFFEH；8255控制口MOVAL，80H； 全輸出方式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轉換器概述 A/D轉換器是將模擬量電信號轉換成數(shù)字量信號的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、溫度、濕度、流量、壓力、位移及速度等非電信號的物理量。對于非電信號的物理量需要通過傳感器變成模擬電信號，再用A/D（模/數(shù)）轉換技術把這些模擬量轉換為數(shù)字量供計算機處理。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，A/D的應用越來越被廣泛。 45/29

36、一、AD轉換器工作原理將模擬量轉換為N位二進制數(shù)字量信號的AD轉換器電路，需要完成：采樣、保持、量化和編碼四個過程。1、采樣過程：將時間上連續(xù)變化的模擬量轉變?yōu)闀r間上斷續(xù)變化的模擬量。為保證采樣實時性，要求輸出跟隨輸入同步變化。2、保持過程：將采樣得到的模擬量的值保持下來（ Vo = k * Vc = f * Vi ）。為保證采樣精確度，要求在A/D轉換期間，保持輸入模擬量的信號不變。V0- Av+S(t)ViTVcCb46/29一、AD轉換器工作原理1、采樣過程：2、保持過程：3、量化過程：用基本的量化電平q的個數(shù)來表示采樣模擬電路得到的模擬電壓值。4、編碼過程：把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值用二進制

37、數(shù)碼（1/0）或其它的碼來表示。 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 編碼 010 011 001 010 011 100 011 011 010 011 011 00147/29三、A/D轉換器的外部特性 1、轉換啟動線：控制A/D轉換器開始轉換工作。由電平和脈沖兩種啟動。2、轉換結束線：轉換結束，由ADC發(fā)出申請中斷或DMA傳送。3、模擬信號輸入：有單通道輸入和多通道輸入。4、輸出類型：有鎖存器的輸出數(shù)字量可直接連接到CPU，但是對于無鎖存器的，則需要經(jīng)外

38、部鎖存器。48/29四、A/D與CPU的接口任務1、發(fā)轉換啟動信號（START）：CPU提供給ADC芯片，在正脈沖的下降沿轉換開始。2、取回轉換結束狀態(tài)信號（EOC）：CPU從A/D讀，一旦啟動轉換，EOC立即變低，直至轉換結束，EOC輸出高電平，通知CPU轉換已結束。3、讀取轉換數(shù)據(jù)：接口在CPU控制下從內存讀數(shù)據(jù)。4、進行通道尋址：對多個模擬量輸入通道進行選擇。5、發(fā)S/H控制信號：對高頻信號，需對采樣保持器發(fā)控制信號。6、允許輸出信號（OE）：ADC轉換結束后，轉換結果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時發(fā)出OE信號選通芯片內部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。 49/29常用

39、的A/D轉換器芯片 分類型號分辨率特 點高速高精度芯片DAC08098位CMOS型、有鎖存，可直連CPUADC1140 16位最大轉換時間35us高分辨率芯片AD113114位轉換時間12usAD755013位CMOS 低功耗芯片AD75838位COMS、9通道、單電源、借助I/O口進行接口ADC121012位轉換速度1次/100us50/298.4 ADC0809模數(shù)轉換器 ADC0809芯片是National半導體公司采用CMOS工藝設計的A/D轉換器。它具有8個通道的模擬量輸入線，可在程序控制下對任意通道進行A/D轉換，得到8位二進制數(shù)字量。其主要技術指標如下： 輸出：具有三態(tài)鎖存/緩沖

40、功能分辨率：8位。轉換時間：100us。 不可調誤差：1LSB。功耗：15mW。工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V。 時鐘頻率：片內無時鐘，需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。51/298.4.1 ADC0809內部功能結構1、模擬多路轉換開關模擬多路轉換開關由8路模擬開關和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號加到A/D轉換部分進行轉換。2、A/D轉換兩大部分 A/D轉換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡、樹狀電子開關、控制與時序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存

41、緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。 52/298.4.2 ADC0809的外部引腳1、D7D0：8位數(shù)據(jù)輸出線。 2、IN7IN0：8路模擬信號輸入。 3、ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線。4、ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對應的模擬輸入信號。 5、START：啟動信號，上升沿使片內所有寄存器清零，下降沿啟動A/D轉換。 6、EOC：轉換結束，轉換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖?，轉換一結束，此引腳變?yōu)楦唠娖健?7、OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當有效時，芯片內部三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉換結果送到D7D0；。8、CLOC

42、K：時鐘，最高可達1280KHz，由外部提供。9、REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND。 10、Vcc：電源，+5V，11、GND：地線 53/298.4.3 ADC0809的應用一、ADC0809與CPU直接連接1、啟動轉換MOV SI，OFFSETBUFFERMOV AL，SI ；取將輸出的數(shù)據(jù)MOV DX，2F7H ；控制端口為2F7HOUT DX，AL ；發(fā)啟動開始命令 2、讀取轉換數(shù)據(jù)由0809轉換的數(shù)字量存入內存單元，偏移地址在DI中，用讀寫命令操作。 MOV DI,OFFSET BUFFERLOP1：IN AL，DX MO

43、V DI，AL INC DI LOOP LOP1 ；循環(huán)輸入 54/29二、利用8255A并行接口芯片構成軟件查詢方式下的A/D轉換。 8255A接譯碼器輸出/Y7，A口工作于方式1輸入，0809的START與ALE同8255A的PB4相連，從輸入通道IN0輸入一個模擬量，經(jīng)ADC0809轉換后送入微處理器的程序為： MOV DX，23EH ；8255A控制口地址 MOV AL，0B0H ；8255A初始化，A為方式1輸入 OUT DX，AL ；B口為方式0輸出 MOV DX，23AH ；8255A的B口口地址 MOV AL，00H ；取通道號0，置PB4為“0” OUT DX，AL MOV

44、AL，10H ；置PB4為“1”，啟動ADC0809轉換 OUT DX，AL MOV AL，00H ；置PB4為“0” OUT DX，AL MOV DX，23CH ；8255A的C口口地址 LOP： IN AL，DX ；讀8255A狀態(tài)字 TEST AL，20H ；IBFA狀態(tài)為“1”嗎？ JZ LOP ；否，繼續(xù)查詢等待 MOV DX，238H ；8255A的A口口地址 IN AL，DX ；從8255A的A口取轉換好的數(shù)據(jù)55/29習 題 八1. D/A轉換器在微機應用中起何作用? 2. D/A轉換器的分辨率和精度? 3. DAC0832有何特點? 4. D/A轉換器和微處理器接口中的關鍵問

45、題是什么?如何解決? 5. 試設計一個CPU和兩片DAC0832的接口電路，并編制程序使之能在示波器上顯示出正六邊形的6個頂點。 6. 編寫用 DAC0832轉換器芯片產(chǎn)生三角波的程序，其變化范圍在010v之間變化。若要在-5+5v之間變化要采用什么措施實現(xiàn)。 7. A/D轉換為什么要進行采樣? 采樣頻率應根據(jù)什么選定? 8. 設輸入模擬信號的最高有效頻率為 5kHz，應選用轉換時間為多少的A/D轉換器對它進行轉換? 9. 設被測溫度變化范圍為 300l000，如要求測量誤差不超過1，應選用分辨率和精度為多少位的A/D轉換器(設A/D轉換器的分辨率和精度的位數(shù)一樣)？ 56/29習 題 八 1

46、0. 為了測量某材料的性質，要求以 5000點/s的速度采樣，若要采樣1min，試問，至少要選用轉換時間為多少的8位ADC芯片? 要多少字節(jié)的RAM存儲采樣數(shù)據(jù)? 11. A/D轉換器和微處理器接口中的關鍵問題有哪些? 12. 有幾種方法解決 A/D轉換器和微處理器接口中的時間配合問題? 各有何特點? 各適用于何種情況? 13. 試設計一個采用查詢法并用數(shù)據(jù)線選擇通道的 CPU和ADC0809的接口電路，并編制程序使之把所采集的8個通道的數(shù)據(jù)送入給定的內存區(qū)。 14. 設計一個每采集一個數(shù)據(jù)只需一條I/O指令的CPU和ADC0809的接口電路，采用固定延時等待法,編制程序使之把所采集的8個通道

47、的數(shù)據(jù)送入給定的內存區(qū)。 57/29本課程教學模塊第一章、微型計算機基礎知識第二章、微型計算機的組成及工作原理第三章、匯編語言程序設計第四章、輸入輸出接口第五章、存儲器及其結構第六章、中斷控制系統(tǒng)第七章、可編程計數(shù)定時控制器8253第八章、數(shù)/模及模/數(shù)轉換器第九章 微型計算機外部設備簡介第十章 微型計算機開發(fā)應用58/43第二章、微型計算機的組成及工作原理本章要點： 微型計算機的組成 微型計算機的工作原理 Intel8086/8088微處理器 微型計算機的存儲器 微型計算機的總線59/432.1 微型計算機的概述 當前微型計算機在人類社會中的應用無處不在，但微型計算機是相當復雜的，要了解其工

48、作原理就必須將其分解為若干電路環(huán)節(jié)，或幾大功能模塊；每個功能模塊又有若干電路部件組成。 微型計算機的基本功能可概括為三大功能能運算、能判斷、能決策60/432.1.1 微型計算機的發(fā)展與應用二、微型計算機的應用1、科學計算和科學研究 解決科學研究和工程技術中所提出的數(shù)學問題，是計算機最早的應用領域。 2、數(shù)據(jù)處理 對數(shù)字信息進行加工，具有數(shù)據(jù)量大、時間性強等特點，是計算機應用最廣泛的領域。 3、自動化控制 對被控制對象及時地采集、檢測數(shù)據(jù)，并進行處理和判定，按最佳狀態(tài)自動控制或調節(jié)被控制對象的一種方式。實時性是一個顯著特點。例如用單板微型計算機實現(xiàn)DDC級控制，用衛(wèi)星計算機實現(xiàn)SCC級監(jiān)督管理

49、控制，用高檔微型計算機實現(xiàn)SCC或低層MIS管理也已屢見不鮮。 4、計算機輔助系統(tǒng) 進行建筑、服裝、機器零件、電路等設計工作或利用計算機進行輔助教學工作。有計算機輔助教學（CAI）、設計（CAD）、制造（CAM）、測試（CAT）、集成制造（CIMS）等。 5、人工智能 人工智能是研究、解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學科，人工智能系統(tǒng)主要包括專家系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、語音識別和模式識別系統(tǒng)等。61/432.1.2 微型計算機的組成 計算機硬件系統(tǒng)主要有微處理器、存儲器、I/O接口、I/O設備及系統(tǒng)總線組成微處理器（CPU）存儲器（memory）I/O接口輸入設備（input）I/O接口輸

50、出設備（output）I/O接口圖2-1 計算機硬件系統(tǒng)地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線62/432.1.2 微型計算機的組成 計算機硬件系統(tǒng)主要有微處理器、存儲器、I/O接口、I/O設備及系統(tǒng)總線組成1、微處理器（CPU）：是利用大規(guī)模集成電路技術做成的芯片 完成計算機系統(tǒng)內各部件統(tǒng)一協(xié)調和控制工作。2、存儲器：分為內存儲器和外存儲器兩種 存儲器的主要功能是存放各類程序和數(shù)據(jù)信息3、I/O設備： 用于從計算機外部將數(shù)據(jù)和程序輸入到內部，供計算機處理或將處理后的結果送出。4、I/O接口：負責連接外部設備和系統(tǒng)總線，與CPU進行信號聯(lián)絡等工作。 顯示器卡、聲卡、網(wǎng)卡、鍵盤接口、USB接口。5、系統(tǒng)總線：

51、從處理器引出的若干信號線，CPU與存儲器或I/O設備進行信息交換。l 在某一時刻，只能由一個總線主控設備來控制總線l 在某一時刻只能有一發(fā)送者發(fā)送信號，但可以有多個設備從總線上同時獲得信號。l 通過總線插槽來與接口板連接。63/432.1.3 微型計算機的工作原理 在計算機進行數(shù)值計算前，應先做如下工作：l 用助記符號指令（匯編語言）編寫程序（源程序）；l 用匯編軟件（匯編程序）將源程序匯編成計算機能識別的機器語言程序；l 將數(shù)據(jù)和程序通過輸入設備送入存儲器中存放。例2-1：計算1+2=？的程序：MOV A，01H ；機器語言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD

52、 A，02H ；機器語言：0000 0100 0000 0010B，02與A中內容相加，結果存入A。64/432.1.3 微型計算機的工作原理 例2-1：計算1+2=？的程序：MOV A，01H ；機器語言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD A，02H ；機器語言：0000 0100 0000 0010B，02與A中內容相加，結果存入A1、取指令階段的執(zhí)行過程：（設程序從00H開始存放）1）PC或IP內容送AR。2）PC自動加1為取下一條指令作準備。3）AR通過AB送地址譯碼器進行譯碼，選中單元 4）CPU發(fā)出“讀”命令。5）將所選中的單元的內容讀至DB上。6

53、）經(jīng)DB，讀出的送至DR。7）DR將其內容送至IR中，經(jīng)指令譯碼器 ID， 于是PAL發(fā)執(zhí)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讀命令控制信號AB取第一條指令操作示意圖圖2-2 取第一條指令操作示意圖

54、65/432.1.3 微型計算機的工作原理 例2-1：計算1+2=？的程序：MOV A，01H ；機器語言：1011 0000 0000 0001B，把01送入累加器AADD A，02H ；機器語言：0000 0100 0000 0010B，02與A中內容相加，結果存入A1、取指令階段的執(zhí)行過程2、執(zhí)行指令階段的執(zhí)行過程：1）將PC或IP的內容送地址寄存器AR。2）PC自動加1為取下一條指令作好準備。3）AR經(jīng)AD送存儲器地址譯碼器譯碼選中單元4）CPU發(fā)出“讀”命令。5）將所選中單元讀至DB上。6）經(jīng)DB，讀出送至DR。7）由控制碼知立即數(shù)，將它送入A DR通過內部總線將05H送入累加器A中

55、。執(zhí)行第一條指令操作示意圖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讀命令控制信號AB圖2-3 執(zhí)行第一條指令示意圖66/432.1.4 微型計算機的特點與分類 一、微型計算機的特點1、同其它各類計算機相比，微型計算機具有如下特點：l 體積小、重量輕、功耗低，對于過去占地上百平方米實現(xiàn)的功能，

56、微型機即已具備；l 速度快、功能強，占領原來小型機的領域，而且廣泛應用于過程控制等新的場合；l 壽命長、可靠性高，平均無故障時間可達幾萬小時；l 開發(fā)周期短、成本低、價格便宜，微型機進入家庭的時代已經(jīng)到來；l 品種多、適應性強，各種應用領域都可找到適合該領域的產(chǎn)品；對環(huán)境要求較低；l 易學、易用、維修方便。2、微型計算機的發(fā)展趨勢：速度越來越快、 容量越來越大、功能越來越強67/432.1.4 微型計算機的特點與分類 一、微型計算機的特點二、微型計算機的分類1、 單片機，又稱單片微控制器, 是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。 將CPU、部分MEM、I/O接口都集成在一塊芯片上。在智能儀表及控

57、制領域內應用極廣。 2、 單板機，將計算機的各個部分都組裝在一塊印制電路板上 包括微處理器/存儲器/輸入輸出接口，還有簡單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等 功能比單片機強，適用于進行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯嶒灠迳喜僮?，適用于教學。 3、 個人計算機或稱PC機（Personal Computer ） 面向個人單獨使用的一類微機，能夠實現(xiàn)各種計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。 在商業(yè)、家用、科學和教學等領域都得到了廣泛的應用。68/432.2 微處理器微處理器（microprocessor）是微型計算機的運算及控制的核心部件，也稱中央處理單元（CPU）。表2-2 流行的微處理器的基本參數(shù)型號發(fā)

58、布年份字長位晶體管(萬個)主頻MHZ數(shù)據(jù)總線(位)外部總線(位)地址總線(位)尋址空間(B) 高速 緩沖80861978162.94.771616201M無80881979162.94.77168201M無8028619821613.462016162416M無8038619863227.512.5333232324G有80486198932120160251003232324G8KBPentium(586)199332310330601666464324G8KB數(shù)據(jù)8KB指令PentiumPro(P6)199532550155015020064643664G8KB數(shù)據(jù)、8KB指令256KB二

59、級緩沖Pentium II19973295023333364643664G32KB、512KB二級緩沖獨立封裝、獨立總線69/432.2 微處理器微處理器（microprocessor）是微型計算機的運算及控制的核心部件，也稱中央處理單元（CPU）。表2-2 流行的微處理器的基本參數(shù)型號發(fā)布年份字長位晶體管(萬個)主頻MHZ數(shù)據(jù)總線(位)外部總線(位)地址總線(位)尋址空間(B) 高速 緩沖80861978162.94.771616201M無80881979162.94.77168201M無8028619821613.462016162416M無8038619863227.512.533323

60、2324G有80486198932120160251003232324G8KBPentium(586)199332310330601666464324G8KB數(shù)據(jù)8KB指令PentiumPro(P6)199532550155015020064643664G8KB數(shù)據(jù)、8KB指令256KB二級緩沖Pentium II19973295023333364643664G32KB、512KB二級緩沖獨立封裝、獨立總線803868088CPU70/432.2.1 Intel8086/8088微處理器 一、8086CPU的內部結構 內部是由總線接口部件BIU(Bus Interface Unit)和執(zhí)行部件