1、2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術1-計算機控制系統計算機控制系統-2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術22021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術3-計算機控制系統計算機控制系統-2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術42021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術52021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術62021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術7 D/AD/A轉換器的主要組成轉換器的主要組成 基準電壓基準電壓V VREFREF T T型（型（R-2RR-2R）電阻網絡）電阻網絡 位切換開關位切換開關BSBSi i

2、（i i=0=0，1 1，n-1n-1） 運算放大器運算放大器A A 輸出電壓輸出電壓V VOUTOUT與輸入二進制數與輸入二進制數D D0 0 D Dn-1n-1的關系的關系 V VOUT OUT = = V VREFREF（D D0 02 20 0+ D+ D1 12 21 1+ D+ D2 22 22 2+ + D+ + Dn-1n-12 2n-1n-1）/ 2/ 2n n2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術8 T T型網絡組成的型網絡組成的D/AD/A轉換器原理圖轉換器原理圖VREF（基準電壓）（基準電壓）20212n-3 2n-2 2n-10101010110BSn-1

3、BSn-2BSn-3BS1BS02R2R2R2R2R2RRRRRRAVOUT2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術9 D/AD/A轉換器性能指標轉換器性能指標 分辨率分辨率 穩定時間（又稱轉換時間）穩定時間（又稱轉換時間） 絕對精度絕對精度 相對精度相對精度 線性誤差線性誤差2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術10 D/AD/A轉換器的種類轉換器的種類 按數字量輸入方式，有按數字量輸入方式，有 并行輸入和串行輸入并行輸入和串行輸入 按模擬量輸出方式按模擬量輸出方式 電流輸出和電壓輸出電流輸出和電壓輸出 按按D/AD/A轉換的分辯率轉換的分辯率 低分辯率、中分辯率和高分

4、辯率低分辯率、中分辯率和高分辯率2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術11 主要組成部分主要組成部分 8 8位輸入寄存器位輸入寄存器 8 8位位DACDAC寄存器寄存器 采用采用T T型電阻網絡的型電阻網絡的8 8位位D/AD/A轉換器轉換器 輸入控制電路輸入控制電路 分辨率為分辨率為8 8位，電流輸出，穩定時間位，電流輸出，穩定時間1 1微秒微秒(s)(s)，2020腳雙列直插式封裝。腳雙列直插式封裝。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術12 DAC0832DAC0832內部原理框圖內部原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位位DAC轉換

5、器轉換器8位位DAC寄存器寄存器8位位輸入輸入寄存器寄存器LE1LE2當當LE1=1時，時，Q=D當當LE1=0時，鎖存數據時，鎖存數據（MSB）DQDQ（LSB）DI 7DI 0ILECSWR1XFERWR22021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術13 8 8位轉換器芯片位轉換器芯片DAC0832DAC0832引腳主要功能引腳主要功能 DIDI0 0DIDI7 7：數據輸入線數據輸入線 ILEILE、CSCS和和WRWR1 1同時有效時，輸入寄存器的輸同時有效時，輸入寄存器的輸出端出端QQ跟隨輸入端跟隨輸入端D D的電平變化而變化；當的電平變化而變化；當LELE1 1端為低電平端為

6、低電平“0”0”時，原時，原D D端輸入數據被鎖存于端輸入數據被鎖存于QQ端，端，D D端電平的變化不影響端電平的變化不影響QQ端端 當當WRWR2 2 和和XFERXFER同時有效時，同時有效時，DACDAC寄存器寄存器LELE2 2端為高電平端為高電平“1”1”，此時將第一級位輸入寄存，此時將第一級位輸入寄存器器QQ端的狀態鎖存到第二級端的狀態鎖存到第二級8 8位位DACDAC寄存器中，寄存器中，以便進行以便進行D/AD/A轉換。轉換。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術14 與與8 8位位DAC0832DAC0832的的2 2點區別點區別 分 辨 率 為分 辨 率 為 1

7、21 2 位 ， 有位 ， 有 1 21 2 條 數 據 輸 入 線條 數 據 輸 入 線（DIDI0 0DIDI1111），采用），采用2424腳雙列直插式封裝。腳雙列直插式封裝。 可用字節控制信號可用字節控制信號BYTE1/2BYTE1/2控制數據的輸入控制數據的輸入 該信號為高電平時，該信號為高電平時，1212位數據（位數據（DI0DI11DI0DI11）同時存入第一級的兩個輸入寄存器；同時存入第一級的兩個輸入寄存器； 當 該 信 號 為 低 電 平 時 ， 只 將 低當 該 信 號 為 低 電 平 時 ， 只 將 低 4 4 位 數 據位 數 據（DI0DI3DI0DI3）存入低）存入

8、低4 4位輸入寄存器。位輸入寄存器。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術15 DAC1210DAC1210原理框圖原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位位D/A轉轉換換器器8位位輸入輸入寄存器寄存器LE1LE2（MSB）DQDQ（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2LE312位位DAC寄寄存存器器4位位輸入輸入寄存器寄存器DI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2DI 1DI 0DI 11DI 10DI 9DI 82021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術16 AD7543AD7543是分辨率為是分辨率為1212位的位的CM

9、OSCMOS單片串單片串行輸入行輸入D/AD/A轉換電路，其數字量輸入端僅有轉換電路，其數字量輸入端僅有一條引線，一條引線，1212位數字量由高位到低位逐次一位數字量由高位到低位逐次一位位輸入位位輸入 AD7543AD7543的組成的組成 一個一個1212位串行輸入并行輸出移位寄存器位串行輸入并行輸出移位寄存器 1212位輸入寄存器位輸入寄存器 1212位位D/AD/A轉換電路轉換電路2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術17 AD7543AD7543原理框圖原理框圖VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCCSRI12位位D/A轉換轉換器器12位位DAC寄存寄存器器1

10、2位位串行串行輸入輸入移位寄移位寄存器存器STB4STB3STB2STB1LD1LD2CLR2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術18 CPUCPU與與D/AD/A轉換器間設置接口電路的功能轉換器間設置接口電路的功能 數據傳送數據傳送 地址選擇地址選擇 讀寫控制讀寫控制 外加寄存器（如果外加寄存器（如果D/AD/A芯片內部無輸入寄芯片內部無輸入寄存器）存器） 數據緩沖數據緩沖2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術19 8 8位位D/AD/A轉換器接口電路示意圖轉換器接口電路示意圖數數據據線線地地址址線線控制線控制線數據緩沖數據緩沖3:8地址譯碼地址譯碼電壓輸出電壓輸出2

11、021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術20 D D0 0DD7 7是從是從CPUCPU過來的過來的8 8位數據線，也即是位數據線，也即是需要被轉換的數據需要被轉換的數據 數據線驅動數據線驅動74LS24474LS244 三三八譯碼器八譯碼器74LS13874LS138 V VOUTOUT輸出對應的模擬電壓輸出對應的模擬電壓2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術21 若用若用8 8位數據線（位數據線（D D0 0DD7 7）來傳送）來傳送 CPUCPU須分兩次傳送須分兩次傳送1212位被轉換數位被轉換數 將將D/AD/A轉換的轉換的1212位數據分成低位數據分成低4 4位和

12、高位和高8 8位，先將低位，先將低4 4位數據傳給低位數據傳給低4 4位輸入寄存位輸入寄存器，再將高器，再將高8 8位數據傳給位數據傳給8 8位輸入寄存器，位輸入寄存器，最后將最后將1212位輸入寄存器的狀態傳給位輸入寄存器的狀態傳給1212位位DACDAC寄存器，并啟動寄存器，并啟動D/AD/A轉換轉換2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術22 若采用若采用1616位或位或1616位以上的位以上的CPUCPU時，時，可以一次性的將可以一次性的將1212位數據傳送給位數據傳送給D/AD/A轉換器轉換器 將將D/AD/A轉換的轉換的1212位數據分成高位數據分成高4 4位和低位和低8

13、 8位，低位，低8 8位通過數據線直接傳送，高位通過數據線直接傳送，高4 4位位是借助地址譯碼空閑的地址線是借助地址譯碼空閑的地址線A A8 8AA1111來來實現實現2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術23 串行輸入式串行輸入式D/AD/A轉換器具有接線少、易隔離、轉換器具有接線少、易隔離、能遠傳等優點，可以很方便地與能遠傳等優點，可以很方便地與CPUCPU連接連接。串行輸入、串行輸入、12位位D/A轉換接口電路示意圖轉換接口電路示意圖數據輸入數據輸入清清D/A移位信號移位信號啟動信號啟動信號電壓輸出電壓輸出2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術24 隔離的必要性隔

14、離的必要性 光電耦合器光電耦合器 由發光二極管和光敏三極管封裝而成，具有類似由發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普通三極管的輸入- -輸出特性輸出特性 模擬信號隔離模擬信號隔離 利用光電耦合器的線性區，既滿足轉換的隔離，利用光電耦合器的線性區，既滿足轉換的隔離，又實現電壓電流變換又實現電壓電流變換 數字信號隔離數字信號隔離 利用光電耦合器的開關特性，實現數字信號隔離。利用光電耦合器的開關特性，實現數字信號隔離。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術25 模擬信號隔離模擬信號隔離 只使用少量的光電耦合器，成本低；只使用少量的光電耦合器，成本低； 但調試困難，若光

15、電耦合器挑選不合適，但調試困難，若光電耦合器挑選不合適，將會影響轉換的精度和線性度。將會影響轉換的精度和線性度。 數字信號隔離數字信號隔離 調試簡單，不影響轉換的精度和線性度；調試簡單，不影響轉換的精度和線性度； 缺點是使用較多的光電耦合器等元器件，缺點是使用較多的光電耦合器等元器件，成本高。成本高。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術26 D/AD/A轉換模板的設計原則轉換模板的設計原則 硬件與軟件的合理結合硬件與軟件的合理結合 安全可靠安全可靠 性能與經濟的統一性能與經濟的統一 通用性通用性 符合總線標準符合總線標準 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接口

16、地址：由基址和片址組成 用戶可任意選擇輸出方式：電流或電壓輸出用戶可任意選擇輸出方式：電流或電壓輸出2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術27 D/AD/A轉換模板的設計步驟轉換模板的設計步驟 確定性能指標確定性能指標 設計電路原理圖和選擇集成電路芯片設計電路原理圖和選擇集成電路芯片 設計和制造電路印刷板設計和制造電路印刷板 焊接和調試電路板焊接和調試電路板2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術28 4 4路路8 8位位D/AD/A轉換原理框圖轉換原理框圖 轉換電路原理圖見教材轉換電路原理圖見教材D/AV/ID/AV/ID/AV/ID/AV/I8道道光電光電耦合器耦合器

17、4道道光電光電耦合器耦合器數數 據據寄存器寄存器控控 制制寄存器寄存器數數 據據緩沖器緩沖器地址選地址選擇及控擇及控制電路制電路A0A9 Iout0Iout1Iout2Iout348IOWAEND0D72021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術29-計算機控制系統計算機控制系統-2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術302021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術31 模擬量輸入接口（又稱為模擬量輸入接口（又稱為A/DA/D通道）通道） 模擬量輸入接口的組成模擬量輸入接口的組成 多路模擬切換開關多路模擬切換開關 前置放大器前置放大器 采樣保持器采樣保持器 控制電路等控

18、制電路等 A/DA/D轉換器的性能指標類似于轉換器的性能指標類似于D/AD/A轉換器轉換器2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術32 逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D的工作原理的工作原理 從從SARSAR輸出的數碼送至輸出的數碼送至D/AD/A，其輸出電壓，其輸出電壓VfVf與模擬與模擬量輸入量輸入Vin Vin 比較后，再控制比較后，再控制SARSAR的數字逼近的數字逼近Vin模擬量輸入模擬量輸入數字量數字量輸出輸出寄存器寄存器控制時序控制時序和邏輯電路和邏輯電路比較器比較器+Vf（反饋電壓）（反饋電壓） 逐位逼近式逐位逼近式A/D轉換器原理框圖轉換器原理框圖 D0D72021-

19、11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術33 理想的理想的2 2位位A/DA/D轉換器示意圖轉換器示意圖VREF+VREF1D1D0來自來自SAR01001S00S01S02S03S10S11V0VINVfD/A轉換的輸出電轉換的輸出電壓壓Vf大小取決于正、大小取決于正、負基準電壓源負基準電壓源（VREF+，VREF-）和開關樹中各位開和開關樹中各位開關關Sij的狀態的狀態(來自來自于于SAR）2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術34 對一個對一個n n位的逐位逼近式位的逐位逼近式A/D A/D 轉換輸出的二進轉換輸出的二進制數字量制數字量B B與輸入模擬電壓與輸入模擬電壓V V

20、ININ、正基準電壓、正基準電壓V VREFREF+ +、負基準電壓、負基準電壓V VREFREF- -的關系為的關系為 設設A/DA/D轉換器為位，轉換器為位，V VREFREF+ = 5.00V+ = 5.00V，V VREFREF- = 0V- = 0V，則，則V VININ為為0V0V、2.5V2.5V、5.0V5.0V對應對應的數字量分別為的數字量分別為00H00H、7FH7FH、0FFH0FFH。nREFREFREFINVVVVB22021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術35 逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D芯片品種很多，可滿足芯片品種很多，可滿足各種需要各種需要8 8位

21、位A/DA/D轉換器芯片轉換器芯片1212位位A/DA/D轉換器芯片轉換器芯片2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術36 雙積分式雙積分式A/DA/D轉換器特點轉換器特點 是一種間接是一種間接A/DA/D轉換技術。轉換技術。 模擬電壓先轉換成積分時間，然后轉換成計數脈模擬電壓先轉換成積分時間，然后轉換成計數脈沖數，最后將代表模擬輸入電壓大小的脈沖數轉沖數，最后將代表模擬輸入電壓大小的脈沖數轉換成換成BCDBCD碼輸出。碼輸出。 轉換時間較長，一般需要四五十毫秒。轉換時間較長，一般需要四五十毫秒。 器件少、使用方便、抗干擾能力強、數據穩器件少、使用方便、抗干擾能力強、數據穩定、價格便

22、宜，適用于非快速計算機過程控定、價格便宜，適用于非快速計算機過程控制系統或精度要求較高的地方。制系統或精度要求較高的地方。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術37 雙積分式雙積分式A/DA/D轉換器的工作原理轉換器的工作原理 先對模擬輸入電壓先對模擬輸入電壓V Vinin進行固定時間進行固定時間t t1 1的正向積分，的正向積分，積分器的輸出電壓上升的速率與輸入電壓積分器的輸出電壓上升的速率與輸入電壓V Vinin成正比成正比 當固定時間當固定時間t t1 1到后，計數器清零，對積分器進行反到后，計數器清零，對積分器進行反向積分，并自動按一定的頻率進行計數。積分器的向積分，并自動

23、按一定的頻率進行計數。積分器的輸出電壓，從正向積分結束時的輸出電壓，從正向積分結束時的V VI I開始以恒定的斜開始以恒定的斜率下降，當反向積分使其積分器輸出為零時，關閉率下降，當反向積分使其積分器輸出為零時，關閉計數器計數，完成一次計數器計數，完成一次A/DA/D轉換工作。轉換工作。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術38 雙積分式雙積分式A/DA/D轉換器示意圖轉換器示意圖控制邏輯控制邏輯計數器計數器時鐘時鐘+比較器比較器+積分器積分器123積分電容積分電容VOVIK數據輸出數據輸出VinVREF （基準電壓）（基準電壓）雙積分式雙積分式A/D轉換的原理框圖轉換的原理框圖t1

24、VO t2tAVO t1t3tBtt1VI積分輸出積分輸出 t2t3AB雙積分雙積分A/D的工作示意圖的工作示意圖2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術39 常用雙積分式常用雙積分式A/DA/D轉換器芯片介紹轉換器芯片介紹 MC14433MC14433 廉價型三位半雙積分式廉價型三位半雙積分式A/D轉換器轉換器 其它芯片其它芯片 ICL7106/ICL7107/ICL7126系列系列,三位半（三位半（BCD）精度，具有自校零、自動極性、單參考電壓、靜精度，具有自校零、自動極性、單參考電壓、靜態七段顯示碼輸出，可直接驅動態七段顯示碼輸出，可直接驅動LED或或LCD顯示顯示器等功能器等

25、功能 2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術40 -型型A/DA/D利用取樣頻率為利用取樣頻率為F Fs s（f fs s）的一系）的一系列粗糙量化數據，由后續的數字抽取器計算出列粗糙量化數據，由后續的數字抽取器計算出模擬信號所對應的低取樣頻率模擬信號所對應的低取樣頻率f fs s的高分辯率數的高分辯率數字信號。其實現主要基于過程取樣、字信號。其實現主要基于過程取樣、-調制調制和數字濾波。和數字濾波。抗混疊抗混疊模擬濾波器模擬濾波器-調制器調制器數字數字濾波器濾波器低位數據流低位數據流（1bit1bit）輸入輸入數字數字f fs s F Fs s模擬信號模擬信號F Fs s高位數據

26、流高位數據流（16bit16bit）模擬模擬 - -型型A/DA/D轉換器的組成框圖轉換器的組成框圖2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術41 -型型A/DA/D轉換芯片轉換芯片AD7715AD7715 價格便宜、分辨率高，不受噪聲環境的影響價格便宜、分辨率高，不受噪聲環境的影響 提供了一個增益為提供了一個增益為1 1、2 2、3232、128128倍可編程放倍可編程放大器，一個數字濾波器和一套自校準電路大器，一個數字濾波器和一套自校準電路 所提供的系統功能要比常用的積分型所提供的系統功能要比常用的積分型A/DA/D轉換器轉換器強，而且避免了必須提供一個高質量積分電容的強，而且避免

27、了必須提供一個高質量積分電容的缺點缺點 是工業和過程控制應用中的理想器件是工業和過程控制應用中的理想器件2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術42 并行并行A/DA/D轉換器轉換器 n n位則需位則需2 2n n-1-1個比較器，成本高，故只應個比較器，成本高，故只應用于轉換速度要求極高的場合用于轉換速度要求極高的場合 計數器式計數器式A/DA/D轉換器轉換器 簡單、便宜，但每輸入一個時鐘脈沖，計簡單、便宜，但每輸入一個時鐘脈沖，計數器加（或減）數器加（或減）1 1，故要逼近輸入值，需，故要逼近輸入值，需輸入許多個脈沖，因而轉換很慢。輸入許多個脈沖，因而轉換很慢。 電壓電壓/ /頻

28、率轉換器件頻率轉換器件2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術43 A/DA/D轉換器與轉換器與CPUCPU的接口方式由它們之間數的接口方式由它們之間數據傳輸方式決定據傳輸方式決定 并行接口和串行接口并行接口和串行接口 CPUCPU讀取讀取A/DA/D轉換結果的方式有轉換結果的方式有 查詢法查詢法 定時法定時法 中斷法中斷法2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術44 PCPC總線接口工作原理總線接口工作原理 PCPC由接口地址譯碼電路選中由接口地址譯碼電路選中I/OI/O端口地址端口地址 由由PCA0PCA0確定確定AD574AD574的轉換位數（的轉換位數（1212或或

29、8 8位）位） 定時方式的定時方式的A/DA/D接口接口 啟動啟動A/DA/D后，延時大于后，延時大于2525微秒后，從微秒后，從AD574AD574中即可讀出中即可讀出A/DA/D轉換結果轉換結果 查詢方式的查詢方式的A/DA/D接口接口 計算機判斷計算機判斷D0D0位的狀態，判斷位的狀態，判斷A/DA/D是否結束是否結束2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術45 PCPC總線接口總線接口AD574與與PC總線接口原理圖總線接口原理圖 增益調節增益調節 零位調節零位調節 5V模擬輸入模擬輸入 10V模擬輸入模擬輸入 接口地址接口地址譯碼電路譯碼電路CSCS0 0 CS1CS1 P

30、CPC地址總線地址總線PCA1PCA1PCA9PCA9 AENAEN IOWIOWPCA0PCA0PCD0PCD0 PCD1PCD1 PCD2PCD2 PCD3PCD3 PCD4PCD4 PCD5PCD5 PCD6PCD6 PCD7PCD7 PCPC數數據據總總線線2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術46 RS-232CRS-232C接口（或串行接口）接口（或串行接口） 通過計算機的串行接口（通過計算機的串行接口（RS-232CRS-232C接口），將接口），將模擬信號的模擬信號的A/DA/D轉換結果送入計算機轉換結果送入計算機 帶單片機控制的智能型接口舉例帶單片機控制的智能型接

31、口舉例 由由89C205189C2051啟動啟動A/DA/D，轉換結束后自動向單片，轉換結束后自動向單片機請求中斷，單片機響應中斷后將機請求中斷，單片機響應中斷后將A/DA/D的轉換結的轉換結果取走，保存在內部果取走，保存在內部RAMRAM中；啟動下一次的中；啟動下一次的A/DA/D轉換。該過程一直循環進行。計算機可隨時讀取轉換。該過程一直循環進行。計算機可隨時讀取A/DA/D轉換結果。轉換結果。 缺點是受串行通訊波特率的影響，缺點是受串行通訊波特率的影響，A/DA/D數據的更數據的更新速度受到限制。新速度受到限制。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術47 打印機接口（并行接口）

32、打印機接口（并行接口） 借助計算機的打印機接口，將借助計算機的打印機接口，將A/DA/D轉換結果送到轉換結果送到計算機中計算機中 AD574AD574就掛在打印機接口上就掛在打印機接口上 通過軟件編程，啟動通過軟件編程，啟動A/DA/D 通過讀取狀態寄存器（通過讀取狀態寄存器（3BDH3BDH）判斷）判斷A/DA/D轉換是轉換是否結束否結束 將將A/DA/D轉換結果讀入計算機轉換結果讀入計算機2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術48 與微處理器間的接口與微處理器間的接口 AD1671AD1671轉換器與轉換器與MCS-96MCS-96單片機間的接口單片機間的接口 AD1671AD

33、1671是高速是高速1212位位A/DA/D轉換器件，它沒有輸轉換器件，它沒有輸出緩沖器，出緩沖器，A/DA/D轉換的結果，直接從轉換的結果，直接從D0D11D0D11引引腳上送出，同時腳上送出，同時DAVDAV腳提供一個數據鎖存信號。腳提供一個數據鎖存信號。 為此，必須借助外接的、帶三態門輸出的數據鎖為此，必須借助外接的、帶三態門輸出的數據鎖存器存器74LS57474LS574（二片），將（二片），將A/DA/D轉換結果鎖住，轉換結果鎖住，再由再由80C196CPU80C196CPU通過控制片選線通過控制片選線CS0CS0，從二，從二片片74LS57474LS574上讀走該上讀走該1212位

34、數據。位數據。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術49 MC14433MC14433與與MCS-96MCS-96單片機之間的接口單片機之間的接口 MC14433MC14433的輸出結果是動態分時輪流輸的輸出結果是動態分時輪流輸出出BCDBCD碼，且為非總線方式。如果要掛碼，且為非總線方式。如果要掛在在CPUCPU的數據總線中，需加接三態緩沖的數據總線中，需加接三態緩沖器如器如74LS24574LS245等。為了節省器件，現直等。為了節省器件，現直接掛在接掛在CPUCPU的的I/OI/O口上，見圖口上，見圖3-243-24中的中的P0P0口。這樣口。這樣A/DA/D轉換結果就可以通

35、過轉換結果就可以通過P0P0口送入口送入CPUCPU2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術50 AD7715AD7715與與MCS-96MCS-96單片機之間的接口單片機之間的接口 由于由于AD7715AD7715為串行接口，故接口電路十為串行接口，故接口電路十分簡單。分簡單。80C19680C196的的P2.5P2.5腳用作時鐘輸腳用作時鐘輸出，出，P2.6P2.6為數據輸入，為數據輸入，P2.7P2.7為數據輸出。為數據輸出。HSI0HSI0是是AD7715A/DAD7715A/D轉換結束信號的輸轉換結束信號的輸入端，可用高速輸入中斷源產生中斷。入端，可用高速輸入中斷源產生中斷

36、。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術51 多通道切換技術多通道切換技術 選用多通道選用多通道A/DA/D器件，如器件，如ADC0809ADC0809、ADC0816ADC0816 若對轉換精度要求較高，可增加模擬開關若對轉換精度要求較高，可增加模擬開關的辦法來實現多通道的的辦法來實現多通道的A/DA/D轉換轉換 每個模擬輸入通道用一片每個模擬輸入通道用一片A/DA/D轉換器件。轉換器件。缺點是硬件成本成倍上升，體積成倍增加缺點是硬件成本成倍上升，體積成倍增加2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術52 多通道切換技術多通道切換技術采用模擬開關實現多道采用模擬開關實現多

37、道A/D轉換原理圖轉換原理圖2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術53 采取隔離技術的必要性采取隔離技術的必要性 對于單通道輸入的信號對于單通道輸入的信號 可以采用與可以采用與D/AD/A隔離技術相一致的隔離方法隔離技術相一致的隔離方法 對于多輸入通道對于多輸入通道 若只要求輸入與計算機之間的隔離，同前若只要求輸入與計算機之間的隔離，同前 若要求通道與通道之間隔離若要求通道與通道之間隔離 每個通道使用一個獨立的每個通道使用一個獨立的A/DA/D轉換器件轉換器件 選用特殊的切換開關選用特殊的切換開關2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術54 PCPC總線的總線的A/DA/

38、D轉換模板轉換模板 微處理器的微處理器的A/DA/D轉換模板轉換模板 A/DA/D轉換模板設計中應考慮轉換模板設計中應考慮 采樣保持器采樣保持器 輸入跟隨或信號放大處理輸入跟隨或信號放大處理 多路模擬信號的切換技術多路模擬信號的切換技術 隔離技術隔離技術 A/DA/D的轉換精度的轉換精度 參考基準電壓參考基準電壓2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術55-計算機控制系統計算機控制系統-2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術562021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術57 開關量（數字量）的概念開關量（數字量）的概念 開關的開斷開關的開斷 觸點的閉合觸點的閉合

39、設備的安全狀況等等。設備的安全狀況等等。 開關量的輸出可實現許多邏輯控制功能開關量的輸出可實現許多邏輯控制功能 開關的閉合開關的閉合 指示燈的亮滅指示燈的亮滅 設備的停啟等等設備的停啟等等2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術58 開關量（數字量）的種類開關量（數字量）的種類 按類型分有電平式和觸點式兩種按類型分有電平式和觸點式兩種 電平式為高電平或低電平電平式為高電平或低電平 觸點式為觸點閉合或觸點斷開觸點式為觸點閉合或觸點斷開 按電源分有有源和無源兩種按電源分有有源和無源兩種 有源即直接提供高、低電平有源即直接提供高、低電平 無源即提供物理觸點，或感應器件無源即提供物理觸點，或

40、感應器件2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術59 DIDI的任務是把外界被控對象的開關狀態信號、的任務是把外界被控對象的開關狀態信號、或數字信號送至計算機或微處理器或數字信號送至計算機或微處理器 開關量信號開關量信號S1-S8S1-S8用來控制光電耦合器件發光用來控制光電耦合器件發光二極管的亮滅。二極管的亮滅。 通過光電耦合驅動光敏三極管，相應地在該三通過光電耦合驅動光敏三極管，相應地在該三極管的集電極上送出高或低電平。極管的集電極上送出高或低電平。 計算機通過有效地址（計算機通過有效地址（/CS/CS），和讀命令），和讀命令（/RD/RD），將該），將該8 8位的開關信號讀入位

41、的開關信號讀入CPUCPU中。中。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術60 8 8道開關量輸入接口原理圖道開關量輸入接口原理圖輸入緩沖器輸入緩沖器2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術61 DODO的任務是把計算機送出的數字信號（或開的任務是把計算機送出的數字信號（或開關信號）傳送給開關器件，如指示燈、繼電器，關信號）傳送給開關器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。 計算機通過選擇地址有效（計算機通過選擇地址有效（/CS/CS）和寫有效）和寫有效（/WR/WR），將要輸出的開關量信號寫入），將要輸出的開關量信號寫入U3

42、U3（74LS57474LS574）數據鎖存器中，再經光電耦合）數據鎖存器中，再經光電耦合器器U1U1、U2U2，驅動繼電器，驅動繼電器J1J4J1J4或指示燈或指示燈LED1LED4LED1LED4動作。動作。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術62 8 8道開關量輸出接口原理圖道開關量輸出接口原理圖數據鎖存器數據鎖存器2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術63 在計算機控制系統中，開關量的輸入輸在計算機控制系統中，開關量的輸入輸出接口極其普遍。在設計上，一般都將出接口極其普遍。在設計上，一般都將開關量的輸入輸出接口做在同一塊模板開關量的輸入輸出接口做在同一塊模板上

43、，這樣可以節省硬件成本，充分利用上，這樣可以節省硬件成本，充分利用計算機的有限資源，方便用戶使用計算機的有限資源，方便用戶使用。 PCPC總線的總線的DIODIO模板模板 微處理器的微處理器的DIODIO模板模板2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術64-計算機控制系統計算機控制系統-2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術652021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術66 人人- -機接口是操作人員與計算機之間相互機接口是操作人員與計算機之間相互交換信息的接口，通過這些接口，操作交換信息的接口，通過這些接口，操作人員可以對計算機進行操作，并能實時人員可以對計算機

44、進行操作，并能實時了解到計算機控制的有關內容。了解到計算機控制的有關內容。 人機接口包括鍵盤、打印機、顯示器等人機接口包括鍵盤、打印機、顯示器等2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術67 鍵盤的工作原理鍵盤的工作原理 通過操作人員按鍵，將鍵開關信息經過編碼通過操作人員按鍵，將鍵開關信息經過編碼電路轉換成系統可以接收的二進制字符編碼電路轉換成系統可以接收的二進制字符編碼信息，然后輸入計算機。信息，然后輸入計算機。 鍵盤的基本組成元件是一個個按鍵開關鍵盤的基本組成元件是一個個按鍵開關 觸點式：機械式鍵盤觸點式：機械式鍵盤 無觸點式：電容式鍵盤無觸點式：電容式鍵盤2021-11-27第三

45、章 計算機輸入輸出接口技術68 擊打式鍵盤擊打式鍵盤 噪聲大，不密封，不宜工業現場使用噪聲大，不密封，不宜工業現場使用 薄膜式鍵盤薄膜式鍵盤 盤面用無縫隙的平面材料和硅膠制成。因此盤面用無縫隙的平面材料和硅膠制成。因此能防水防塵，便于清洗，比較適合周邊環境能防水防塵，便于清洗，比較適合周邊環境惡劣、輸入數據量不大的工業環境中使用。惡劣、輸入數據量不大的工業環境中使用。 標準鍵盤與專用鍵盤標準鍵盤與專用鍵盤2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術69 矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤 將鍵盤上的按鍵開關按行列排列，形成二維矩陣的將鍵盤上的按鍵開關按行列排列，形成二維矩陣的結構，如結構，如8 88

46、8，16168 8等，這就是矩陣式鍵盤。等，這就是矩陣式鍵盤。 對矩陣式鍵盤的處理，可以分為三步來完成，即鍵對矩陣式鍵盤的處理，可以分為三步來完成，即鍵掃描、鍵識別和鍵處理。掃描、鍵識別和鍵處理。 智能式鍵盤智能式鍵盤 鍵盤的內部裝有專門的微處理器如鍵盤的內部裝有專門的微處理器如Inter8048Inter8048等，等，由這些微處理器來完成鍵盤開關矩陣的掃描、鍵盤由這些微處理器來完成鍵盤開關矩陣的掃描、鍵盤掃描值的讀取和鍵盤掃描值的發送。掃描值的讀取和鍵盤掃描值的發送。2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術70 智能式鍵盤智能式鍵盤 增強型擴展鍵盤的結構增強型擴展鍵盤的結構 增強

47、型的增強型的101101鍵的擴展鍵盤被廣泛應用鍵的擴展鍵盤被廣泛應用 鍵盤掃描碼的發送鍵盤掃描碼的發送 鍵盤內部的單片機根據按鍵的位置向主機接口發鍵盤內部的單片機根據按鍵的位置向主機接口發送的僅是該按鍵位置對應的鍵掃描碼送的僅是該按鍵位置對應的鍵掃描碼 不同的鍵盤結構，其按鍵的接通掃描碼和斷開掃不同的鍵盤結構，其按鍵的接通掃描碼和斷開掃描碼的格式是不同的描碼的格式是不同的2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術71 常用的顯示方式常用的顯示方式 指示燈指示燈 LEDLED（發光二極管，（發光二極管，Light Emitting Diode） LCDLCD（液晶顯示（液晶顯示,Liqu

48、id Crystal Display） 模擬屏等模擬屏等2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術72 常用的圖形顯示器常用的圖形顯示器 CRT（Cathode Ray Tube，陰極射線管）顯，陰極射線管）顯示器示器 FPD（平面顯示器，（平面顯示器，Flat Panel Display） 2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術73 CRT圖形顯示方式圖形顯示方式 是目前在工業控制計算機系統應用最多，是目前在工業控制計算機系統應用最多，技術最成熟的圖形顯示技術技術最成熟的圖形顯示技術 由一個圖形監視器和相應的控制電路組成，由一個圖形監視器和相應的控制電路組成，最常用的方式

49、是插入一塊圖形控制卡來實最常用的方式是插入一塊圖形控制卡來實現圖形顯示功能現圖形顯示功能 特點是技術成熟、支持軟件豐富、價格低特點是技術成熟、支持軟件豐富、價格低廉，可以滿足大部分工業控制現場的一般廉，可以滿足大部分工業控制現場的一般性需要性需要2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術74 CRTCRT顯示技術具有如下特點顯示技術具有如下特點 屏幕顯示尺寸大屏幕顯示尺寸大 圖像分辨率高圖像分辨率高 顯示顏色豐富、逼真顯示顏色豐富、逼真 顯示和刷新速度快顯示和刷新速度快 圖像清晰且亮度高圖像清晰且亮度高 允許工作溫度范圍廣（允許工作溫度范圍廣（-10-10 +90 +90） 缺點是體積

50、與功耗較大，易受振動和沖擊，容易受缺點是體積與功耗較大，易受振動和沖擊，容易受輻射線、磁場干擾輻射線、磁場干擾2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術75 高性能的平面顯示一體機型高性能的平面顯示一體機型 利用新型薄膜晶體管利用新型薄膜晶體管TFT TFT 技術，其特點技術，其特點 體積小巧，耗電省體積小巧，耗電省 可靠性高，壽命長可靠性高，壽命長 不易受振動、沖擊和射線的干擾不易受振動、沖擊和射線的干擾 操作溫度范圍（操作溫度范圍（0 0 +45 +45），相對濕度范圍），相對濕度范圍20% 90%20% 90% 顏色為顏色為256256種基色，可擴展種基色，可擴展2021-11-

51、27第三章 計算機輸入輸出接口技術76 其他圖形顯示方式其他圖形顯示方式 等離子顯示器等離子顯示器 （Plasma） 有機發光二極管（有機發光二極管（OLED，Organic Light Emitting Diode） 電致發光顯示器電致發光顯示器(EL，Electroluminescent)等等 2021-11-27第三章 計算機輸入輸出接口技術77 LED顯示器顯示器 多個多個LED顯示器可以實現多個數字或字符的組合顯示器可以實現多個數字或字符的組合 具有體積小、可靠性高、亮度清晰等優點，并且具有體積小、可靠性高、亮度清晰等優點，并且廣泛應用廣泛應用 液晶顯示器（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一種極低功耗的顯示器，在袖珍式儀表或低功