第四章

計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)

Input&OutputInterfaceofComputerDepartmentofControlScience&Engineering,ZhejiangUniversity---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/20221第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第四章

計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)

Input&Out本章主要內(nèi)容模擬量輸出接口模擬量輸入接口開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口人-機(jī)交互接口12/12/20222第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本章主要內(nèi)容模擬量輸出接口12/11/20222第三章計(jì)算第一節(jié)Unit1模擬量輸出接口AnalogOutputInterface

---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/20223第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第一節(jié)Unit1模擬量輸出接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---本節(jié)主要內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件D/A轉(zhuǎn)換器接口與隔離技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12/12/20224第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件12/11/20224第三4-1模擬量輸出接口模擬量輸出接口的功能模擬量輸出接口的組成接口電路控制電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）電壓/電流（V/I）變換器等12/12/20225第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1模擬量輸出接口模擬量輸出接口的功能12/11/2024-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（1）D/A轉(zhuǎn)換器工作原理輸入的數(shù)字量是二進(jìn)制代碼按數(shù)位的組合，如任一個(gè)8位數(shù)DATA=D020+D121+D222+D323+D424+D525+D626+D727

其中，Di=0或1，20，21，…，27分別為對(duì)應(yīng)數(shù)位的權(quán)碼。D/A轉(zhuǎn)換要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須先把每一位代碼按其“權(quán)”的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將各模擬分量相加，其總和就是與數(shù)字量相應(yīng)的模擬量。12/12/20226第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（1）D/A轉(zhuǎn)換器工作原理4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（2）D/A轉(zhuǎn)換器的主要組成基準(zhǔn)電壓VREFT型（R-2R）電阻網(wǎng)絡(luò)位切換開(kāi)關(guān)BSi（i=0，1，…，n-1）運(yùn)算放大器A輸出電壓VOUT與輸入二進(jìn)制數(shù)D0~Dn-1的關(guān)系

VOUT=－VREF（D020+D121+D222+…+Dn-12n-1）/2n12/12/20227第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（2）D/A轉(zhuǎn)換器的主要組4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（3）T型網(wǎng)絡(luò)組成的D/A轉(zhuǎn)換器原理圖VREF（基準(zhǔn)電壓）20212n-3

2n-2

2n-10101010110BSn-1BSn-2BSn-3BS1BS02R2R2R2R2R2RRRRRRAVOUT12/12/20228第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（3）T型網(wǎng)絡(luò)組成的D/A4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（4）D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)分辨率穩(wěn)定時(shí)間（又稱轉(zhuǎn)換時(shí)間）絕對(duì)精度相對(duì)精度線性誤差12/12/20229第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（4）D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器芯片介紹D/A轉(zhuǎn)換器的種類按數(shù)字量輸入方式，有并行輸入和串行輸入按模擬量輸出方式電流輸出和電壓輸出按D/A轉(zhuǎn)換的分辯率低分辯率、中分辯率和高分辯率12/12/202210第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器芯片介紹D/A轉(zhuǎn)換器的種類12/114-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（1）主要組成部分8位輸入寄存器8位DAC寄存器采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入控制電路分辨率為8位，電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間1微秒(μs)，20腳雙列直插式封裝。12/12/202211第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（1）主要組成部分14-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（2）DAC0832內(nèi)部原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位DAC轉(zhuǎn)換器8位DAC寄存器8位輸入寄存器LE1LE2當(dāng)LE1=1時(shí)，Q=D當(dāng)LE1=0時(shí)，鎖存數(shù)據(jù)（MSB）DQDQ（LSB）DI7DI0ILECSWR1XFERWR212/12/202212第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（2）DAC08324-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（3）8位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832引腳主要功能DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線ILE、CS和WR1同時(shí)有效時(shí)，輸入寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D的電平變化而變化；當(dāng)LE1端為低電平“0”時(shí)，原D端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于Q端，D端電平的變化不影響Q端當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，DAC寄存器LE2端為高電平“1”，此時(shí)將第一級(jí)８位輸入寄存器Q端的狀態(tài)鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器中，以便進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。12/12/202213第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（3）8位轉(zhuǎn)換器芯片4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（1）與8位DAC0832的2點(diǎn)區(qū)別分辨率為12位，有12條數(shù)據(jù)輸入線（DI0~DI11），采用24腳雙列直插式封裝?？捎米止?jié)控制信號(hào)BYTE1/2控制數(shù)據(jù)的輸入該信號(hào)為高電平時(shí)，12位數(shù)據(jù)（DI0~DI11）同時(shí)存入第一級(jí)的兩個(gè)輸入寄存器；當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，只將低4位數(shù)據(jù)（DI0~DI3）存入低4位輸入寄存器。12/12/202214第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（1）與8位DAC4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（2）DAC1210原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入寄存器LE1LE2（MSB）DQDQ（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2LE312位DAC寄存器4位輸入寄存器DI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0DI11DI10DI9DI812/12/202215第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（2）DAC1214-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（1）AD7543是分辨率為12位的CMOS單片串行輸入D/A轉(zhuǎn)換電路，其數(shù)字量輸入端僅有一條引線，12位數(shù)字量由高位到低位逐次一位位輸入AD7543的組成一個(gè)12位串行輸入并行輸出移位寄存器12位輸入寄存器12位D/A轉(zhuǎn)換電路12/12/202216第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（1）AD75434-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（2）AD7543原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCCSRI12位D/A轉(zhuǎn)換器12位DAC寄存器12位串行輸入移位寄存器STB4STB3STB2STB1LD1LD2CLR12/12/202217第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（2）AD75434-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口CPU與D/A轉(zhuǎn)換器間設(shè)置接口電路的功能數(shù)據(jù)傳送地址選擇讀寫控制外加寄存器（如果D/A芯片內(nèi)部無(wú)輸入寄存器）數(shù)據(jù)緩沖12/12/202218第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口CPU與D/A轉(zhuǎn)換器間設(shè)置接口4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）8位D/A轉(zhuǎn)換器接口電路示意圖數(shù)據(jù)線地址線控制線數(shù)據(jù)緩沖3:8地址譯碼電壓輸出12/12/202219第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）8位D/A轉(zhuǎn)換器接口4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）D0~D7是從CPU過(guò)來(lái)的8位數(shù)據(jù)線，也即是需要被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)74LS244三—八譯碼器74LS138VOUT輸出對(duì)應(yīng)的模擬電壓12/12/202220第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）D0~D7是從CPU4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）若用8位數(shù)據(jù)線（D0~D7）來(lái)傳送CPU須分兩次傳送12位被轉(zhuǎn)換數(shù)將D/A轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)分成低4位和高8位，先將低4位數(shù)據(jù)傳給低4位輸入寄存器，再將高8位數(shù)據(jù)傳給8位輸入寄存器，最后將12位輸入寄存器的狀態(tài)傳給12位DAC寄存器，并啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換12/12/202221第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）若用8位數(shù)據(jù)線（D4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）若采用16位或16位以上的CPU時(shí)，可以一次性的將12位數(shù)據(jù)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器將D/A轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)分成高4位和低8位，低8位通過(guò)數(shù)據(jù)線直接傳送，高4位是借助地址譯碼空閑的地址線A8~A11來(lái)實(shí)現(xiàn)12/12/202222第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）若采用16位或164-1-2串行輸入12位D/A轉(zhuǎn)換接口串行輸入式D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、易隔離、能遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)，可以很方便地與CPU連接。串行輸入、12位D/A轉(zhuǎn)換接口電路示意圖數(shù)據(jù)輸入清D/A移位信號(hào)啟動(dòng)信號(hào)電壓輸出12/12/202223第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2串行輸入12位D/A轉(zhuǎn)換接口串行輸入式D/A轉(zhuǎn)換器4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（1）隔離的必要性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝而成，具有類似普通三極管的輸入-輸出特性模擬信號(hào)隔離利用光電耦合器的線性區(qū)，既滿足轉(zhuǎn)換的隔離，又實(shí)現(xiàn)電壓／電流變換數(shù)字信號(hào)隔離利用光電耦合器的開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)隔離。12/12/202224第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（1）隔離的必要性124-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（2）模擬信號(hào)隔離只使用少量的光電耦合器，成本低；但調(diào)試?yán)щy，若光電耦合器挑選不合適，將會(huì)影響轉(zhuǎn)換的精度和線性度。數(shù)字信號(hào)隔離調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響轉(zhuǎn)換的精度和線性度；缺點(diǎn)是使用較多的光電耦合器等元器件，成本高。12/12/202225第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（2）模擬信號(hào)隔離124-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)原則硬件與軟件的合理結(jié)合安全可靠性能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一通用性符合總線標(biāo)準(zhǔn)用戶可任意選擇接口地址：由基址和片址組成用戶可任意選擇輸出方式：電流或電壓輸出12/12/202226第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)原4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（1）D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)步驟確定性能指標(biāo)設(shè)計(jì)電路原理圖和選擇集成電路芯片設(shè)計(jì)和制造電路印刷板焊接和調(diào)試電路板12/12/202227第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（1）D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（2）4路8位D/A轉(zhuǎn)換原理框圖轉(zhuǎn)換電路原理圖見(jiàn)教材D/AV/ID/AV/ID/AV/ID/AV/I8道光電耦合器4道光電耦合器數(shù)據(jù)寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)緩沖器地址選擇及控制電路A0~A9

Iout0Iout1Iout2Iout348IOWAEND0~D712/12/202228第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（2）4路8位D/A第二節(jié)Unit2模擬量輸入接口AnalogInputInterface---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/202229第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第二節(jié)Unit2模擬量輸入接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---本節(jié)主要內(nèi)容A/D轉(zhuǎn)換原理及器件A/D轉(zhuǎn)換器接口與隔離技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12/12/202230第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容A/D轉(zhuǎn)換原理及器件12/11/202230第三4-2模擬量輸入接口模擬量輸入接口（又稱為A/D通道）模擬量輸入接口的組成多路模擬切換開(kāi)關(guān)前置放大器采樣保持器模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）控制電路等A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)類似于D/A轉(zhuǎn)換器12/12/202231第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2模擬量輸入接口模擬量輸入接口（又稱為A/D通道）14-2-1逐位逼近法（1）逐位逼近式A/D的工作原理從SAR輸出的數(shù)碼送至D/A，其輸出電壓Vf與模擬量輸入Vin比較后，再控制SAR的數(shù)字逼近Vin模擬量輸入數(shù)字量輸出寄存器D/A轉(zhuǎn)換器逐位逼近寄存器（SAR）控制時(shí)序和邏輯電路比較器－+Vf（反饋電壓）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖D0~D712/12/202232第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（1）逐位逼近式A/D的工作原理Vi4-2-1逐位逼近法（2）理想的2位A/D轉(zhuǎn)換器示意圖VREF+VREF－1D1D0來(lái)自SAR01001S00S01S02S03S10S11V0VINVfD/A轉(zhuǎn)換的輸出電壓Vf大小取決于正、負(fù)基準(zhǔn)電壓源（VREF+，VREF-）和開(kāi)關(guān)樹(shù)中各位開(kāi)關(guān)Sij的狀態(tài)(來(lái)自于SAR）12/12/202233第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（2）理想的2位A/D轉(zhuǎn)換器示意圖V4-2-1逐位逼近法（3）對(duì)一個(gè)n位的逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換輸出的二進(jìn)制數(shù)字量B與輸入模擬電壓VIN、正基準(zhǔn)電壓VREF+、負(fù)基準(zhǔn)電壓VREF-的關(guān)系為設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器為８位，VREF+=5.00V，VREF-=0V，則VIN為0V、2.5V、5.0V對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別為00H、7FH、0FFH。12/12/202234第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（3）對(duì)一個(gè)n位的逐位逼近式A/D4-2-1逐位逼近式A/D芯片介紹逐位逼近式A/D芯片品種很多，可滿足各種需要8位A/D轉(zhuǎn)換器芯片12位A/D轉(zhuǎn)換器芯片12/12/202235第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近式A/D芯片介紹逐位逼近式A/D芯片品4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（1）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)是一種間接A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。模擬電壓先轉(zhuǎn)換成積分時(shí)間，然后轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，最后將代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼輸出。轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要四五十毫秒。器件少、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、價(jià)格便宜，適用于非快速計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)或精度要求較高的地方。12/12/202236第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（1）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理先對(duì)模擬輸入電壓Vin進(jìn)行固定時(shí)間t1的正向積分，積分器的輸出電壓上升的速率與輸入電壓Vin成正比當(dāng)固定時(shí)間t1到后，計(jì)數(shù)器清零，對(duì)積分器進(jìn)行反向積分，并自動(dòng)按一定的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。積分器的輸出電壓，從正向積分結(jié)束時(shí)的VI開(kāi)始以恒定的斜率下降，當(dāng)反向積分使其積分器輸出為零時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，完成一次A/D轉(zhuǎn)換工作。12/12/202237第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器示意圖控制邏輯計(jì)數(shù)器時(shí)鐘+比較器－+積分器－123積分電容VOVIK數(shù)據(jù)輸出VinVREF

（基準(zhǔn)電壓）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖t1VOt2tAVOt1t3tBtt1VI積分輸出t2t3AB雙積分A/D的工作示意圖12/12/202238第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（4）常用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器芯片介紹MC14433廉價(jià)型三位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

其它芯片ICL7106/ICL7107/ICL7126系列,三位半（BCD）精度，具有自校零、自動(dòng)極性、單參考電壓、靜態(tài)七段顯示碼輸出，可直接驅(qū)動(dòng)LED或LCD顯示器等功能12/12/202239第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（4）常用雙積分式A/D轉(zhuǎn)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（1）Σ-Δ型A/D利用取樣頻率為Fs（>>fs）的一系列粗糙量化數(shù)據(jù)，由后續(xù)的數(shù)字抽取器計(jì)算出模擬信號(hào)所對(duì)應(yīng)的低取樣頻率fs的高分辯率數(shù)字信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)主要基于過(guò)程取樣、Σ-Δ調(diào)制和數(shù)字濾波。抗混疊模擬濾波器Σ-Δ調(diào)制器數(shù)字濾波器低位數(shù)據(jù)流（1bit）輸入數(shù)字fs<<Fs模擬信號(hào)Fs高位數(shù)據(jù)流（16bit）模擬Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器的組成框圖12/12/202240第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（1）Σ-Δ型A/D利用取4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（2）Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7715價(jià)格便宜、分辨率高，不受噪聲環(huán)境的影響提供了一個(gè)增益為1、2、32、128倍可編程放大器，一個(gè)數(shù)字濾波器和一套自校準(zhǔn)電路所提供的系統(tǒng)功能要比常用的積分型A/D轉(zhuǎn)換器強(qiáng)，而且避免了必須提供一個(gè)高質(zhì)量積分電容的缺點(diǎn)是工業(yè)和過(guò)程控制應(yīng)用中的理想器件12/12/202241第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（2）Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換芯4-2-1其他A/D方法并行A/D轉(zhuǎn)換器n位則需2n-1個(gè)比較器，成本高，故只應(yīng)用于轉(zhuǎn)換速度要求極高的場(chǎng)合計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單、便宜，但每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器加（或減）1，故要逼近輸入值，需輸入許多個(gè)脈沖，因而轉(zhuǎn)換很慢。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器件12/12/202242第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1其他A/D方法并行A/D轉(zhuǎn)換器12/11/204-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（1）A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方式由它們之間數(shù)據(jù)傳輸方式?jīng)Q定并行接口和串行接口CPU讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式有查詢法定時(shí)法中斷法12/12/202243第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（1）A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（2）PC總線接口工作原理PC由接口地址譯碼電路選中I/O端口地址由PCA0確定AD574的轉(zhuǎn)換位數(shù)（12或8位）定時(shí)方式的A/D接口啟動(dòng)A/D后，延時(shí)大于25微秒后，從AD574中即可讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果查詢方式的A/D接口計(jì)算機(jī)判斷D0位的狀態(tài)，判斷A/D是否結(jié)束12/12/202244第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（2）PC總線接口工作原理124-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（3）PC總線接口AD574與PC總線接口原理圖增益調(diào)節(jié)零位調(diào)節(jié)±5V模擬輸入±10V模擬輸入接口地址譯碼電路CS0

CS1

PC地址總線PCA1~PCA9

AEN

IOWPCA0PCD0

PCD1

PCD2

PCD3

PCD4

PCD5

PCD6

PCD7

PC數(shù)據(jù)總線12/12/202245第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（3）PC總線接口AD574與4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（4）RS-232C接口（或串行接口）通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行接口（RS-232C接口），將模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入計(jì)算機(jī)帶單片機(jī)控制的智能型接口舉例由89C2051啟動(dòng)A/D，轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后將A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果取走，保存在內(nèi)部RAM中；啟動(dòng)下一次的A/D轉(zhuǎn)換。該過(guò)程一直循環(huán)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)可隨時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。缺點(diǎn)是受串行通訊波特率的影響，A/D數(shù)據(jù)的更新速度受到限制。12/12/202246第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（4）RS-232C接口（或串4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（5）打印機(jī)接口（并行接口）借助計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送到計(jì)算機(jī)中AD574就掛在打印機(jī)接口上通過(guò)軟件編程，啟動(dòng)A/D通過(guò)讀取狀態(tài)寄存器（3BDH）判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入計(jì)算機(jī)12/12/202247第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（5）打印機(jī)接口（并行接口）14-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（6）與微處理器間的接口AD1671轉(zhuǎn)換器與MCS-96單片機(jī)間的接口AD1671是高速12位A/D轉(zhuǎn)換器件，它沒(méi)有輸出緩沖器，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，直接從D0~D11引腳上送出，同時(shí)DAV腳提供一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)。為此，必須借助外接的、帶三態(tài)門輸出的數(shù)據(jù)鎖存器74LS574（二片），將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖住，再由80C196CPU通過(guò)控制片選線CS0，從二片74LS574上讀走該12位數(shù)據(jù)。12/12/202248第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（6）與微處理器間的接口12/4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（7）MC14433與MCS-96單片機(jī)之間的接口MC14433的輸出結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輪流輸出BCD碼，且為非總線方式。如果要掛在CPU的數(shù)據(jù)總線中，需加接三態(tài)緩沖器如74LS245等。為了節(jié)省器件，現(xiàn)直接掛在CPU的I/O口上，見(jiàn)圖3-24中的P0口。這樣A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果就可以通過(guò)P0口送入CPU12/12/202249第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（7）MC14433與MCS-4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（8）AD7715與MCS-96單片機(jī)之間的接口由于AD7715為串行接口，故接口電路十分簡(jiǎn)單。80C196的P2.5腳用作時(shí)鐘輸出，P2.6為數(shù)據(jù)輸入，P2.7為數(shù)據(jù)輸出。HSI0是AD7715A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的輸入端，可用高速輸入中斷源產(chǎn)生中斷。12/12/202250第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（8）AD7715與MCS-94-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（9）多通道切換技術(shù)選用多通道A/D器件，如ADC0809、ADC0816若對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，可增加模擬開(kāi)關(guān)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道的A/D轉(zhuǎn)換每個(gè)模擬輸入通道用一片A/D轉(zhuǎn)換器件。缺點(diǎn)是硬件成本成倍上升，體積成倍增加12/12/202251第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（9）多通道切換技術(shù)12/11

4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（10）多通道切換技術(shù)采用模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多道A/D轉(zhuǎn)換原理圖12/12/202252第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（10）多通道切換技術(shù)采用模擬4-2-2隔離技術(shù)采取隔離技術(shù)的必要性對(duì)于單通道輸入的信號(hào)可以采用與D/A隔離技術(shù)相一致的隔離方法對(duì)于多輸入通道若只要求輸入與計(jì)算機(jī)之間的隔離，同前若要求通道與通道之間隔離每個(gè)通道使用一個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器件選用特殊的切換開(kāi)關(guān)12/12/202253第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2隔離技術(shù)采取隔離技術(shù)的必要性12/11/202

4-2-3A/D轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)PC總線的A/D轉(zhuǎn)換模板微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模板A/D轉(zhuǎn)換模板設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮采樣保持器輸入跟隨或信號(hào)放大處理多路模擬信號(hào)的切換技術(shù)隔離技術(shù)A/D的轉(zhuǎn)換精度參考基準(zhǔn)電壓12/12/202254第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-3A/D轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)PC總線的A/D轉(zhuǎn)換第三節(jié)Unit3開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口SwitchInput&OutputInterface

---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/202255第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第三節(jié)Unit3開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)-本節(jié)主要內(nèi)容開(kāi)關(guān)量的概念及種類開(kāi)關(guān)量輸入接口開(kāi)關(guān)量輸出接口開(kāi)關(guān)量輸入輸出模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12/12/202256第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容開(kāi)關(guān)量的概念及種類12/11/202256第三章4-3-1開(kāi)關(guān)量的概念及種類開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的概念開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷觸點(diǎn)的閉合設(shè)備的安全狀況等等。開(kāi)關(guān)量的輸出可實(shí)現(xiàn)許多邏輯控制功能開(kāi)關(guān)的閉合指示燈的亮滅設(shè)備的停啟等等12/12/202257第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-1開(kāi)關(guān)量的概念及種類開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的概念12/14-3-1開(kāi)關(guān)量的概念及種類開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的種類按類型分有電平式和觸點(diǎn)式兩種電平式為高電平或低電平觸點(diǎn)式為觸點(diǎn)閉合或觸點(diǎn)斷開(kāi)按電源分有有源和無(wú)源兩種有源即直接提供高、低電平無(wú)源即提供物理觸點(diǎn)，或感應(yīng)器件12/12/202258第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-1開(kāi)關(guān)量的概念及種類開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的種類12/14-3-2開(kāi)關(guān)量輸入接口（DI）DI的任務(wù)是把外界被控對(duì)象的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、或數(shù)字信號(hào)送至計(jì)算機(jī)或微處理器開(kāi)關(guān)量信號(hào)S1-S8用來(lái)控制光電耦合器件發(fā)光二極管的亮滅。通過(guò)光電耦合驅(qū)動(dòng)光敏三極管，相應(yīng)地在該三極管的集電極上送出高或低電平。計(jì)算機(jī)通過(guò)有效地址（/CS），和讀命令（/RD），將該8位的開(kāi)關(guān)信號(hào)讀入CPU中。12/12/202259第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-2開(kāi)關(guān)量輸入接口（DI）DI的任務(wù)是把外界被控對(duì)象4-3-2開(kāi)關(guān)量輸入接口（DI）8道開(kāi)關(guān)量輸入接口原理圖輸入緩沖器12/12/202260第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-2開(kāi)關(guān)量輸入接口（DI）8道開(kāi)關(guān)量輸入接口原理圖輸4-3-3開(kāi)關(guān)量輸出接口（DO）DO的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)送出的數(shù)字信號(hào)（或開(kāi)關(guān)信號(hào)）傳送給開(kāi)關(guān)器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。計(jì)算機(jī)通過(guò)選擇地址有效（/CS）和寫有效（/WR），將要輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)寫入U(xiǎn)3（74LS574）數(shù)據(jù)鎖存器中，再經(jīng)光電耦合器U1、U2，驅(qū)動(dòng)繼電器J1~J4或指示燈LED1~LED4動(dòng)作。12/12/202261第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-3開(kāi)關(guān)量輸出接口（DO）DO的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)送出的4-3-3開(kāi)關(guān)量輸出接口（DO）8道開(kāi)關(guān)量輸出接口原理圖數(shù)據(jù)鎖存器12/12/202262第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-3開(kāi)關(guān)量輸出接口（DO）8道開(kāi)關(guān)量輸出接口原理圖數(shù)4-3-4開(kāi)關(guān)量輸入輸出模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量的輸入輸出接口極其普遍。在設(shè)計(jì)上，一般都將開(kāi)關(guān)量的輸入輸出接口做在同一塊模板上，這樣可以節(jié)省硬件成本，充分利用計(jì)算機(jī)的有限資源，方便用戶使用。PC總線的DIO模板微處理器的DIO模板12/12/202263第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-3-4開(kāi)關(guān)量輸入輸出模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中第四節(jié)Unit4人-機(jī)接口Human-MachineInterface

---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/202264第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第四節(jié)Unit4人-機(jī)接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12本節(jié)主要內(nèi)容鍵盤接口顯示器接口打印機(jī)接口其它人-機(jī)接口12/12/202265第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容鍵盤接口12/11/202265第三章計(jì)算機(jī)輸4-4人-機(jī)接口人-機(jī)接口是操作人員與計(jì)算機(jī)之間相互交換信息的接口，通過(guò)這些接口，操作人員可以對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，并能實(shí)時(shí)了解到計(jì)算機(jī)控制的有關(guān)內(nèi)容。人機(jī)接口包括鍵盤、打印機(jī)、顯示器等12/12/202266第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4人-機(jī)接口人-機(jī)接口是操作人員與計(jì)算機(jī)之間相互交換4-4-1鍵盤接口（1）鍵盤的工作原理通過(guò)操作人員按鍵，將鍵開(kāi)關(guān)信息經(jīng)過(guò)編碼電路轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可以接收的二進(jìn)制字符編碼信息，然后輸入計(jì)算機(jī)。鍵盤的基本組成元件是一個(gè)個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)式：機(jī)械式鍵盤無(wú)觸點(diǎn)式：電容式鍵盤12/12/202267第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-1鍵盤接口（1）鍵盤的工作原理12/11/2024-4-1鍵盤接口（2）擊打式鍵盤噪聲大，不密封，不宜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用薄膜式鍵盤盤面用無(wú)縫隙的平面材料和硅膠制成。因此能防水防塵，便于清洗，比較適合周邊環(huán)境惡劣、輸入數(shù)據(jù)量不大的工業(yè)環(huán)境中使用。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤與專用鍵盤12/12/202268第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-1鍵盤接口（2）擊打式鍵盤12/11/202264-4-1鍵盤結(jié)構(gòu)與鍵盤處理（1）矩陣式鍵盤將鍵盤上的按鍵開(kāi)關(guān)按行列排列，形成二維矩陣的結(jié)構(gòu)，如8×8，16×8等，這就是矩陣式鍵盤。對(duì)矩陣式鍵盤的處理，可以分為三步來(lái)完成，即鍵掃描、鍵識(shí)別和鍵處理。智能式鍵盤鍵盤的內(nèi)部裝有專門的微處理器如Inter8048等，由這些微處理器來(lái)完成鍵盤開(kāi)關(guān)矩陣的掃描、鍵盤掃描值的讀取和鍵盤掃描值的發(fā)送。12/12/202269第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-1鍵盤結(jié)構(gòu)與鍵盤處理（1）矩陣式鍵盤12/11/4-4-1鍵盤結(jié)構(gòu)與鍵盤處理（2）智能式鍵盤增強(qiáng)型擴(kuò)展鍵盤的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型的101鍵的擴(kuò)展鍵盤被廣泛應(yīng)用鍵盤掃描碼的發(fā)送鍵盤內(nèi)部的單片機(jī)根據(jù)按鍵的位置向主機(jī)接口發(fā)送的僅是該按鍵位置對(duì)應(yīng)的鍵掃描碼不同的鍵盤結(jié)構(gòu)，其按鍵的接通掃描碼和斷開(kāi)掃描碼的格式是不同的12/12/202270第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-1鍵盤結(jié)構(gòu)與鍵盤處理（2）智能式鍵盤12/11/4-4-2顯示器接口常用的顯示方式指示燈LED（發(fā)光二極管，LightEmittingDiode）LCD（液晶顯示,LiquidCrystalDisplay）模擬屏等12/12/202271第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2顯示器接口常用的顯示方式12/11/202274-4-2圖形顯示方式（1）常用的圖形顯示器CRT（CathodeRayTube，陰極射線管）顯示器FPD（平面顯示器，F(xiàn)latPanelDisplay）

12/12/202272第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2圖形顯示方式（1）常用的圖形顯示器12/11/4-4-2圖形顯示方式（2）CRT圖形顯示方式是目前在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用最多，技術(shù)最成熟的圖形顯示技術(shù)由一個(gè)圖形監(jiān)視器和相應(yīng)的控制電路組成，最常用的方式是插入一塊圖形控制卡來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能特點(diǎn)是技術(shù)成熟、支持軟件豐富、價(jià)格低廉，可以滿足大部分工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的一般性需要12/12/202273第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2圖形顯示方式（2）CRT圖形顯示方式12/114-4-2圖形顯示方式（3）CRT顯示技術(shù)具有如下特點(diǎn)屏幕顯示尺寸大圖像分辨率高顯示顏色豐富、逼真顯示和刷新速度快圖像清晰且亮度高允許工作溫度范圍廣（-10℃~+90℃）缺點(diǎn)是體積與功耗較大，易受振動(dòng)和沖擊，容易受輻射線、磁場(chǎng)干擾12/12/202274第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2圖形顯示方式（3）CRT顯示技術(shù)具有如下特點(diǎn)14-4-2圖形顯示方式（4）高性能的平面顯示一體機(jī)型利用新型薄膜晶體管TFT技術(shù)，其特點(diǎn)體積小巧，耗電省可靠性高，壽命長(zhǎng)不易受振動(dòng)、沖擊和射線的干擾操作溫度范圍（0℃~+45℃），相對(duì)濕度范圍20%~90%顏色為256種基色，可擴(kuò)展12/12/202275第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2圖形顯示方式（4）高性能的平面顯示一體機(jī)型124-4-2圖形顯示方式（5）其他圖形顯示方式等離子顯示器（Plasma）有機(jī)發(fā)光二極管（OLED，OrganicLightEmittingDiode）電致發(fā)光顯示器(EL，Electroluminescent)等

12/12/202276第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2圖形顯示方式（5）其他圖形顯示方式12/11/4-4-2字符型顯示方式LED顯示器多個(gè)LED顯示器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字或字符的組合

具有體積小、可靠性高、亮度清晰等優(yōu)點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用

液晶顯示器（LCD）一種極低功耗的顯示器，在袖珍式儀表或低功耗系統(tǒng)中應(yīng)用較廣

12/12/202277第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-2字符型顯示方式LED顯示器12/11/20224-4-3打印機(jī)接口（1）打印機(jī)的種類從它與計(jì)算機(jī)的連接方式來(lái)分，有并行接口打印機(jī)和串行接口打印機(jī)從它的打印原理來(lái)分，有點(diǎn)陣式、噴墨式、激光式、熱敏式、墨點(diǎn)式、液晶快門式和磁式打印機(jī)等從打印的色彩分，有單色、雙色、彩色打印機(jī)12/12/202278第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-3打印機(jī)接口（1）打印機(jī)的種類12/11/2024-4-3打印機(jī)接口（2）打印機(jī)的基本工作原理點(diǎn)陣式打印機(jī)的工作原理與顯示器有相似之處，也是由5×7或16×16的點(diǎn)陣組成字符垂直排列著數(shù)根鋼針同時(shí)向右掃描，掃描一次即出現(xiàn)一行字符打印字符信息與時(shí)序電路控制打印機(jī)的打字頭由左向右移動(dòng)打印機(jī)與計(jì)算機(jī)聯(lián)系信號(hào)為數(shù)據(jù)信息、選通信號(hào)、回答信號(hào)及忙狀態(tài)等12/12/202279第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-3打印機(jī)接口（2）打印機(jī)的基本工作原理12/114-4-3打印機(jī)接口（3）打印機(jī)的接口信號(hào)與基本控制命令大多數(shù)種類的打印機(jī)都是并行接口，雖然還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但都按照Centronics標(biāo)準(zhǔn)。見(jiàn)表3-4列出的Centronics標(biāo)準(zhǔn)中主要引腳信號(hào)的名稱和功能。表3-5列出了大多數(shù)種類打印機(jī)的基本控制命令12/12/202280第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-3打印機(jī)接口（3）打印機(jī)的接口信號(hào)與基本控制命令4-4-4其它人-機(jī)接口（1）輸入接口技術(shù)鍵盤輸入、光筆輸入、光學(xué)字符掃描輸入、條形碼輸入、聲音識(shí)別輸入和圖像數(shù)字化輸入方式，以及各種觸摸屏方式和鼠標(biāo)點(diǎn)入方式等鼠標(biāo)（軌跡球）機(jī)械式、光電式已廣泛使用在過(guò)程檢測(cè)報(bào)警、動(dòng)態(tài)流程監(jiān)測(cè)、畫面顯示、故障追蹤等方面12/12/202281第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-4其它人-機(jī)接口（1）輸入接口技術(shù)12/11/24-4-4其它人-機(jī)接口（2）觸摸屏監(jiān)視器與觸摸屏一體式和分離式兩種類型系統(tǒng)組成觸摸檢測(cè)裝置觸摸屏控制卡有自己的CPU及固化的監(jiān)控程序，將觸摸檢測(cè)裝置送來(lái)的位置信息轉(zhuǎn)換成相關(guān)的坐標(biāo)信息并傳送給計(jì)算機(jī)，接收和執(zhí)行計(jì)算機(jī)的指令。12/12/202282第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-4其它人-機(jī)接口（2）觸摸屏12/11/20224-4-4其它人-機(jī)接口（3）從工作原理來(lái)分，觸摸屏有五類產(chǎn)品電阻式觸摸屏電容式觸摸屏紅外線式觸摸屏表面聲波式觸摸屏遙控力感式觸摸屏觸摸屏技術(shù)發(fā)展較快，已滲透到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域12/12/202283第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-4其它人-機(jī)接口（3）從工作原理來(lái)分，觸摸屏有五4-4-4其它人-機(jī)接口（4）觸摸屏使用方便，并有如下一些特點(diǎn)人機(jī)界面友好簡(jiǎn)化信息輸入設(shè)備便于系統(tǒng)維護(hù)和改造在可靠性方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)還難以做到像標(biāo)準(zhǔn)鍵盤那樣的定位輸入12/12/202284第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-4-4其它人-機(jī)接口（4）觸摸屏使用方便，并有如下一本章小結(jié)模擬量輸出接口模擬量輸入接口開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口人-機(jī)交互接口12/12/202285第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本章小結(jié)模擬量輸出接口12/11/202285第三章計(jì)算機(jī)第三章結(jié)束

TheEnd

12/12/202286第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第三章結(jié)束

TheEnd第四章

計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)

Input&OutputInterfaceofComputerDepartmentofControlScience&Engineering,ZhejiangUniversity---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/202287第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第四章

計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)

Input&Out本章主要內(nèi)容模擬量輸出接口模擬量輸入接口開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口人-機(jī)交互接口12/12/202288第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本章主要內(nèi)容模擬量輸出接口12/11/20222第三章計(jì)算第一節(jié)Unit1模擬量輸出接口AnalogOutputInterface

---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/202289第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第一節(jié)Unit1模擬量輸出接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---本節(jié)主要內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件D/A轉(zhuǎn)換器接口與隔離技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12/12/202290第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件12/11/20224第三4-1模擬量輸出接口模擬量輸出接口的功能模擬量輸出接口的組成接口電路控制電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）電壓/電流（V/I）變換器等12/12/202291第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1模擬量輸出接口模擬量輸出接口的功能12/11/2024-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（1）D/A轉(zhuǎn)換器工作原理輸入的數(shù)字量是二進(jìn)制代碼按數(shù)位的組合，如任一個(gè)8位數(shù)DATA=D020+D121+D222+D323+D424+D525+D626+D727

其中，Di=0或1，20，21，…，27分別為對(duì)應(yīng)數(shù)位的權(quán)碼。D/A轉(zhuǎn)換要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須先把每一位代碼按其“權(quán)”的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將各模擬分量相加，其總和就是與數(shù)字量相應(yīng)的模擬量。12/12/202292第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（1）D/A轉(zhuǎn)換器工作原理4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（2）D/A轉(zhuǎn)換器的主要組成基準(zhǔn)電壓VREFT型（R-2R）電阻網(wǎng)絡(luò)位切換開(kāi)關(guān)BSi（i=0，1，…，n-1）運(yùn)算放大器A輸出電壓VOUT與輸入二進(jìn)制數(shù)D0~Dn-1的關(guān)系

VOUT=－VREF（D020+D121+D222+…+Dn-12n-1）/2n12/12/202293第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（2）D/A轉(zhuǎn)換器的主要組4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（3）T型網(wǎng)絡(luò)組成的D/A轉(zhuǎn)換器原理圖VREF（基準(zhǔn)電壓）20212n-3

2n-2

2n-10101010110BSn-1BSn-2BSn-3BS1BS02R2R2R2R2R2RRRRRRAVOUT12/12/202294第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（3）T型網(wǎng)絡(luò)組成的D/A4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（4）D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)分辨率穩(wěn)定時(shí)間（又稱轉(zhuǎn)換時(shí)間）絕對(duì)精度相對(duì)精度線性誤差12/12/202295第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件（4）D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器芯片介紹D/A轉(zhuǎn)換器的種類按數(shù)字量輸入方式，有并行輸入和串行輸入按模擬量輸出方式電流輸出和電壓輸出按D/A轉(zhuǎn)換的分辯率低分辯率、中分辯率和高分辯率12/12/202296第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1D/A轉(zhuǎn)換器芯片介紹D/A轉(zhuǎn)換器的種類12/114-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（1）主要組成部分8位輸入寄存器8位DAC寄存器采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入控制電路分辨率為8位，電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間1微秒(μs)，20腳雙列直插式封裝。12/12/202297第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（1）主要組成部分14-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（2）DAC0832內(nèi)部原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位DAC轉(zhuǎn)換器8位DAC寄存器8位輸入寄存器LE1LE2當(dāng)LE1=1時(shí)，Q=D當(dāng)LE1=0時(shí)，鎖存數(shù)據(jù)（MSB）DQDQ（LSB）DI7DI0ILECSWR1XFERWR212/12/202298第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（2）DAC08324-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（3）8位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832引腳主要功能DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線ILE、CS和WR1同時(shí)有效時(shí)，輸入寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D的電平變化而變化；當(dāng)LE1端為低電平“0”時(shí)，原D端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于Q端，D端電平的變化不影響Q端當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，DAC寄存器LE2端為高電平“1”，此時(shí)將第一級(jí)８位輸入寄存器Q端的狀態(tài)鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器中，以便進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。12/12/202299第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-18位轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832（3）8位轉(zhuǎn)換器芯片4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（1）與8位DAC0832的2點(diǎn)區(qū)別分辨率為12位，有12條數(shù)據(jù)輸入線（DI0~DI11），采用24腳雙列直插式封裝?？捎米止?jié)控制信號(hào)BYTE1/2控制數(shù)據(jù)的輸入該信號(hào)為高電平時(shí)，12位數(shù)據(jù)（DI0~DI11）同時(shí)存入第一級(jí)的兩個(gè)輸入寄存器；當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，只將低4位數(shù)據(jù)（DI0~DI3）存入低4位輸入寄存器。12/12/2022100第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（1）與8位DAC4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（2）DAC1210原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入寄存器LE1LE2（MSB）DQDQ（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2LE312位DAC寄存器4位輸入寄存器DI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0DI11DI10DI9DI812/12/2022101第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-112位轉(zhuǎn)換器芯片DAC1210（2）DAC1214-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（1）AD7543是分辨率為12位的CMOS單片串行輸入D/A轉(zhuǎn)換電路，其數(shù)字量輸入端僅有一條引線，12位數(shù)字量由高位到低位逐次一位位輸入AD7543的組成一個(gè)12位串行輸入并行輸出移位寄存器12位輸入寄存器12位D/A轉(zhuǎn)換電路12/12/2022102第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（1）AD75434-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（2）AD7543原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCCSRI12位D/A轉(zhuǎn)換器12位DAC寄存器12位串行輸入移位寄存器STB4STB3STB2STB1LD1LD2CLR12/12/2022103第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-1串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD7543（2）AD75434-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口CPU與D/A轉(zhuǎn)換器間設(shè)置接口電路的功能數(shù)據(jù)傳送地址選擇讀寫控制外加寄存器（如果D/A芯片內(nèi)部無(wú)輸入寄存器）數(shù)據(jù)緩沖12/12/2022104第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口CPU與D/A轉(zhuǎn)換器間設(shè)置接口4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）8位D/A轉(zhuǎn)換器接口電路示意圖數(shù)據(jù)線地址線控制線數(shù)據(jù)緩沖3:8地址譯碼電壓輸出12/12/2022105第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）8位D/A轉(zhuǎn)換器接口4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）D0~D7是從CPU過(guò)來(lái)的8位數(shù)據(jù)線，也即是需要被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)74LS244三—八譯碼器74LS138VOUT輸出對(duì)應(yīng)的模擬電壓12/12/2022106第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-28位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）D0~D7是從CPU4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）若用8位數(shù)據(jù)線（D0~D7）來(lái)傳送CPU須分兩次傳送12位被轉(zhuǎn)換數(shù)將D/A轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)分成低4位和高8位，先將低4位數(shù)據(jù)傳給低4位輸入寄存器，再將高8位數(shù)據(jù)傳給8位輸入寄存器，最后將12位輸入寄存器的狀態(tài)傳給12位DAC寄存器，并啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換12/12/2022107第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（1）若用8位數(shù)據(jù)線（D4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）若采用16位或16位以上的CPU時(shí)，可以一次性的將12位數(shù)據(jù)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器將D/A轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)分成高4位和低8位，低8位通過(guò)數(shù)據(jù)線直接傳送，高4位是借助地址譯碼空閑的地址線A8~A11來(lái)實(shí)現(xiàn)12/12/2022108第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-212位D/A轉(zhuǎn)換器接口（2）若采用16位或164-1-2串行輸入12位D/A轉(zhuǎn)換接口串行輸入式D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、易隔離、能遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)，可以很方便地與CPU連接。串行輸入、12位D/A轉(zhuǎn)換接口電路示意圖數(shù)據(jù)輸入清D/A移位信號(hào)啟動(dòng)信號(hào)電壓輸出12/12/2022109第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2串行輸入12位D/A轉(zhuǎn)換接口串行輸入式D/A轉(zhuǎn)換器4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（1）隔離的必要性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝而成，具有類似普通三極管的輸入-輸出特性模擬信號(hào)隔離利用光電耦合器的線性區(qū)，既滿足轉(zhuǎn)換的隔離，又實(shí)現(xiàn)電壓／電流變換數(shù)字信號(hào)隔離利用光電耦合器的開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)隔離。12/12/2022110第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（1）隔離的必要性124-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（2）模擬信號(hào)隔離只使用少量的光電耦合器，成本低；但調(diào)試?yán)щy，若光電耦合器挑選不合適，將會(huì)影響轉(zhuǎn)換的精度和線性度。數(shù)字信號(hào)隔離調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響轉(zhuǎn)換的精度和線性度；缺點(diǎn)是使用較多的光電耦合器等元器件，成本高。12/12/2022111第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-2D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（2）模擬信號(hào)隔離124-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)原則硬件與軟件的合理結(jié)合安全可靠性能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一通用性符合總線標(biāo)準(zhǔn)用戶可任意選擇接口地址：由基址和片址組成用戶可任意選擇輸出方式：電流或電壓輸出12/12/2022112第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)原4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（1）D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)步驟確定性能指標(biāo)設(shè)計(jì)電路原理圖和選擇集成電路芯片設(shè)計(jì)和制造電路印刷板焊接和調(diào)試電路板12/12/2022113第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（1）D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（2）4路8位D/A轉(zhuǎn)換原理框圖轉(zhuǎn)換電路原理圖見(jiàn)教材D/AV/ID/AV/ID/AV/ID/AV/I8道光電耦合器4道光電耦合器數(shù)據(jù)寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)緩沖器地址選擇及控制電路A0~A9

Iout0Iout1Iout2Iout348IOWAEND0~D712/12/2022114第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-1-3D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例（2）4路8位D/A第二節(jié)Unit2模擬量輸入接口AnalogInputInterface---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---12/12/2022115第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)第二節(jié)Unit2模擬量輸入接口---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)---本節(jié)主要內(nèi)容A/D轉(zhuǎn)換原理及器件A/D轉(zhuǎn)換器接口與隔離技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12/12/2022116第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容A/D轉(zhuǎn)換原理及器件12/11/202230第三4-2模擬量輸入接口模擬量輸入接口（又稱為A/D通道）模擬量輸入接口的組成多路模擬切換開(kāi)關(guān)前置放大器采樣保持器模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）控制電路等A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)類似于D/A轉(zhuǎn)換器12/12/2022117第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2模擬量輸入接口模擬量輸入接口（又稱為A/D通道）14-2-1逐位逼近法（1）逐位逼近式A/D的工作原理從SAR輸出的數(shù)碼送至D/A，其輸出電壓Vf與模擬量輸入Vin比較后，再控制SAR的數(shù)字逼近Vin模擬量輸入數(shù)字量輸出寄存器D/A轉(zhuǎn)換器逐位逼近寄存器（SAR）控制時(shí)序和邏輯電路比較器－+Vf（反饋電壓）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖D0~D712/12/2022118第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（1）逐位逼近式A/D的工作原理Vi4-2-1逐位逼近法（2）理想的2位A/D轉(zhuǎn)換器示意圖VREF+VREF－1D1D0來(lái)自SAR01001S00S01S02S03S10S11V0VINVfD/A轉(zhuǎn)換的輸出電壓Vf大小取決于正、負(fù)基準(zhǔn)電壓源（VREF+，VREF-）和開(kāi)關(guān)樹(shù)中各位開(kāi)關(guān)Sij的狀態(tài)(來(lái)自于SAR）12/12/2022119第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（2）理想的2位A/D轉(zhuǎn)換器示意圖V4-2-1逐位逼近法（3）對(duì)一個(gè)n位的逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換輸出的二進(jìn)制數(shù)字量B與輸入模擬電壓VIN、正基準(zhǔn)電壓VREF+、負(fù)基準(zhǔn)電壓VREF-的關(guān)系為設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器為８位，VREF+=5.00V，VREF-=0V，則VIN為0V、2.5V、5.0V對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別為00H、7FH、0FFH。12/12/2022120第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近法（3）對(duì)一個(gè)n位的逐位逼近式A/D4-2-1逐位逼近式A/D芯片介紹逐位逼近式A/D芯片品種很多，可滿足各種需要8位A/D轉(zhuǎn)換器芯片12位A/D轉(zhuǎn)換器芯片12/12/2022121第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1逐位逼近式A/D芯片介紹逐位逼近式A/D芯片品4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（1）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)是一種間接A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。模擬電壓先轉(zhuǎn)換成積分時(shí)間，然后轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，最后將代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼輸出。轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要四五十毫秒。器件少、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、價(jià)格便宜，適用于非快速計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)或精度要求較高的地方。12/12/2022122第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（1）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理先對(duì)模擬輸入電壓Vin進(jìn)行固定時(shí)間t1的正向積分，積分器的輸出電壓上升的速率與輸入電壓Vin成正比當(dāng)固定時(shí)間t1到后，計(jì)數(shù)器清零，對(duì)積分器進(jìn)行反向積分，并自動(dòng)按一定的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。積分器的輸出電壓，從正向積分結(jié)束時(shí)的VI開(kāi)始以恒定的斜率下降，當(dāng)反向積分使其積分器輸出為零時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，完成一次A/D轉(zhuǎn)換工作。12/12/2022123第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器示意圖控制邏輯計(jì)數(shù)器時(shí)鐘+比較器－+積分器－123積分電容VOVIK數(shù)據(jù)輸出VinVREF

（基準(zhǔn)電壓）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖t1VOt2tAVOt1t3tBtt1VI積分輸出t2t3AB雙積分A/D的工作示意圖12/12/2022124第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（4）常用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器芯片介紹MC14433廉價(jià)型三位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

其它芯片ICL7106/ICL7107/ICL7126系列,三位半（BCD）精度，具有自校零、自動(dòng)極性、單參考電壓、靜態(tài)七段顯示碼輸出，可直接驅(qū)動(dòng)LED或LCD顯示器等功能12/12/2022125第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（4）常用雙積分式A/D轉(zhuǎn)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（1）Σ-Δ型A/D利用取樣頻率為Fs（>>fs）的一系列粗糙量化數(shù)據(jù)，由后續(xù)的數(shù)字抽取器計(jì)算出模擬信號(hào)所對(duì)應(yīng)的低取樣頻率fs的高分辯率數(shù)字信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)主要基于過(guò)程取樣、Σ-Δ調(diào)制和數(shù)字濾波?？够殳B模擬濾波器Σ-Δ調(diào)制器數(shù)字濾波器低位數(shù)據(jù)流（1bit）輸入數(shù)字fs<<Fs模擬信號(hào)Fs高位數(shù)據(jù)流（16bit）模擬Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器的組成框圖12/12/2022126第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（1）Σ-Δ型A/D利用取4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（2）Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7715價(jià)格便宜、分辨率高，不受噪聲環(huán)境的影響提供了一個(gè)增益為1、2、32、128倍可編程放大器，一個(gè)數(shù)字濾波器和一套自校準(zhǔn)電路所提供的系統(tǒng)功能要比常用的積分型A/D轉(zhuǎn)換器強(qiáng)，而且避免了必須提供一個(gè)高質(zhì)量積分電容的缺點(diǎn)是工業(yè)和過(guò)程控制應(yīng)用中的理想器件12/12/2022127第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器（2）Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換芯4-2-1其他A/D方法并行A/D轉(zhuǎn)換器n位則需2n-1個(gè)比較器，成本高，故只應(yīng)用于轉(zhuǎn)換速度要求極高的場(chǎng)合計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單、便宜，但每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器加（或減）1，故要逼近輸入值，需輸入許多個(gè)脈沖，因而轉(zhuǎn)換很慢。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器件12/12/2022128第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-1其他A/D方法并行A/D轉(zhuǎn)換器12/11/204-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（1）A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方式由它們之間數(shù)據(jù)傳輸方式?jīng)Q定并行接口和串行接口CPU讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式有查詢法定時(shí)法中斷法12/12/2022129第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（1）A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（2）PC總線接口工作原理PC由接口地址譯碼電路選中I/O端口地址由PCA0確定AD574的轉(zhuǎn)換位數(shù)（12或8位）定時(shí)方式的A/D接口啟動(dòng)A/D后，延時(shí)大于25微秒后，從AD574中即可讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果查詢方式的A/D接口計(jì)算機(jī)判斷D0位的狀態(tài)，判斷A/D是否結(jié)束12/12/2022130第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（2）PC總線接口工作原理124-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（3）PC總線接口AD574與PC總線接口原理圖增益調(diào)節(jié)零位調(diào)節(jié)±5V模擬輸入±10V模擬輸入接口地址譯碼電路CS0

CS1

PC地址總線PCA1~PCA9

AEN

IOWPCA0PCD0

PCD1

PCD2

PCD3

PCD4

PCD5

PCD6

PCD7

PC數(shù)據(jù)總線12/12/2022131第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（3）PC總線接口AD574與4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（4）RS-232C接口（或串行接口）通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行接口（RS-232C接口），將模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入計(jì)算機(jī)帶單片機(jī)控制的智能型接口舉例由89C2051啟動(dòng)A/D，轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后將A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果取走，保存在內(nèi)部RAM中；啟動(dòng)下一次的A/D轉(zhuǎn)換。該過(guò)程一直循環(huán)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)可隨時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。缺點(diǎn)是受串行通訊波特率的影響，A/D數(shù)據(jù)的更新速度受到限制。12/12/2022132第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（4）RS-232C接口（或串4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（5）打印機(jī)接口（并行接口）借助計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送到計(jì)算機(jī)中AD574就掛在打印機(jī)接口上通過(guò)軟件編程，啟動(dòng)A/D通過(guò)讀取狀態(tài)寄存器（3BDH）判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入計(jì)算機(jī)12/12/2022133第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（5）打印機(jī)接口（并行接口）14-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（6）與微處理器間的接口AD1671轉(zhuǎn)換器與MCS-96單片機(jī)間的接口AD1671是高速12位A/D轉(zhuǎn)換器件，它沒(méi)有輸出緩沖器，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，直接從D0~D11引腳上送出，同時(shí)DAV腳提供一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)。為此，必須借助外接的、帶三態(tài)門輸出的數(shù)據(jù)鎖存器74LS574（二片），將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖住，再由80C196CPU通過(guò)控制片選線CS0，從二片74LS574上讀走該12位數(shù)據(jù)。12/12/2022134第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（6）與微處理器間的接口12/4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（7）MC14433與MCS-96單片機(jī)之間的接口MC14433的輸出結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輪流輸出BCD碼，且為非總線方式。如果要掛在CPU的數(shù)據(jù)總線中，需加接三態(tài)緩沖器如74LS245等。為了節(jié)省器件，現(xiàn)直接掛在CPU的I/O口上，見(jiàn)圖3-24中的P0口。這樣A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果就可以通過(guò)P0口送入CPU12/12/2022135第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（7）MC14433與MCS-4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（8）AD7715與MCS-96單片機(jī)之間的接口由于AD7715為串行接口，故接口電路十分簡(jiǎn)單。80C196的P2.5腳用作時(shí)鐘輸出，P2.6為數(shù)據(jù)輸入，P2.7為數(shù)據(jù)輸出。HSI0是AD7715A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的輸入端，可用高速輸入中斷源產(chǎn)生中斷。12/12/2022136第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（8）AD7715與MCS-94-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（9）多通道切換技術(shù)選用多通道A/D器件，如ADC0809、ADC0816若對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，可增加模擬開(kāi)關(guān)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道的A/D轉(zhuǎn)換每個(gè)模擬輸入通道用一片A/D轉(zhuǎn)換器件。缺點(diǎn)是硬件成本成倍上升，體積成倍增加12/12/2022137第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（9）多通道切換技術(shù)12/11

4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（10）多通道切換技術(shù)采用模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多道A/D轉(zhuǎn)換原理圖12/12/2022138第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2A/D轉(zhuǎn)換器接口（10）多通道切換技術(shù)采用模擬4-2-2隔離技術(shù)采取隔離技術(shù)的必要性對(duì)于單通道輸入的信號(hào)可以采用與D/A隔離技術(shù)相一致的隔離方法對(duì)于多輸入通道若只要求輸入與計(jì)算機(jī)之間的隔離，同前若要求通道與通道之間隔離每個(gè)通道使用一個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器件選用特殊的切換開(kāi)關(guān)12/12/2022139第三章計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)4-2-2隔離技術(shù)采取隔離技術(shù)的必要性12/11/202

4-2-3A/D轉(zhuǎn)換模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)PC總線的A/D轉(zhuǎn)換模板微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模板A/D轉(zhuǎn)換模板設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮采樣保持器輸入跟隨或信號(hào)放大處理多路模擬信號(hào)的切換技術(shù)隔離技術(shù)A/D的轉(zhuǎn)換精度參考