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1、第1章 数制和码制 第6章 终端、总线与接口 6.1 外部信息与2进制码的转换 6.2 数模与模数转换 6.3 总线 6.4 计算机的接口 6.5 计算机数据的远地传送 1.部分输入设备的转换原理 （1）直接二进制码输入 （2）键盘输入 （3）扫描输入 （4）模拟量输入 6.1 外部信息与二进制代码间的转换 2.部分输出设备的转换原理 （1）打印输出 （2）视频输出 （3）模拟量输出 1.部分输入设备的转换原理 （1）直接二进制码输入 某些输入媒体本身携带的就是二进制信息， 如纸带读入机、磁盘驱动器、光盘驱动器 将输入的文字、数字和符号进行编码 （2）键盘输入 【键盘编码器举例】某键盘有8个按
2、键，分 别表示A、B、C、D、6、7、8、9，设计 编码器电路将他们转换为ASCII码。 按键 输入 C7C6C5C4C3C2C1C0 A10000011 B10000101 C10000110 D10001001 601101101 701101110 801110000 901110011 编码器真值表 C7=A+B+C+D C6=6+7+8+9 上述电路存在的问题：（1）按键是机械开关，使编码器输入 出现瞬间抖动；（2）各个门响应时间有差别，瞬间编码错误 ；（3）键盘输入和计算机读入时间不一致。 键盘编码器电路 后续处理电路：延迟脉冲电路和锁存器 C0 C7 K0 K7 READY RE
3、SET来自接口延迟与脉冲 形成 P1 P2 延迟 图形信息和其它依据形状描述的信息的输入方法 （3）扫描输入 （4）模拟量输入 模拟输入信号：声音、图像灰度、工业测量信号等 模/数转换（A/D） 打印机的分类 【例】字母数字打印机：点阵式、铅字式。 P234页图6.5 译码电路 点阵式：ASCII点阵码 铅字式：ASCII位置码 2.部分输出设备的转换原理 （1）打印输出 包括：阴极射线管CRT、液晶LCD显示器和发 光二级管大屏幕显示等。 扫描显示原理：自左至右，自上而下逐行扫描 显示一幅图像和文字，扫描频率60帧。 7段数码管显示 （2）视频输出 二-十进 制编码 显示译 码器 显示 器件
4、 七段共阴LED显示器件 a b c d f g a b c d e f g 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1e a b c d f e g ？ 思考：七段共阳LED如何显示0？ 显示 译码器 A0 A1 A2 A3 a b c d e f g A3A2A1A0 a b c d e f g 字形 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0
5、0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 3 4 5 9 a e b c f g d 显示译码电路（共阳） （3）模拟量输出 模拟输出信号：声音、图像、工业控制信号等 数/模转换（D/A） 6.2 数模与模数转换 1.数模转换的基本原理 2.常用的D/A转换方案 3.D/A转换的主要技术指标 4.模数转换的基本原理 5.几种常用A/D的转换方案 1.数模转换的基本原理 DI vO #/ 7 6 5 4 3 2 1 000 001 010 011 100 101 110 111 VO/V DI （1）开关树译码方案：产生2n个标准电压，根 据输入的n位码，将对应的电压切
6、换到输出。 2.常用的D/A转换方案 VREF B0B1B2 v0 B2B1B0= 1 0 1 （2）权电流方案 I0 2I0 4I0 8I0 B0 B1 B2 B3 vOA 求和 放大器 Ii 运算放大器的理想特性: 输入电流 为0；正负端输入电压相等。 权电流的一种实现电路 I/2 I/4 I/8 I/16 B3 B2 B1 B0 vOA I/2 I/4 I/8 I/16 RI 2R R 2R R 2R R 2R Rf 2R VREF 方法一：对于4位原码输入，最左边是符 合位，则11110111对应-7V+7V，可采 用正负两个基准电源。 （3）双极性DAC 方法二：将输入带符号的4位原
7、码换成偏 移码。 数N二进制原码2的补码偏移码DAC输出 -8- - - - 1 0 0 00 0 0 08S -71 1 1 1 1 0 0 10 0 0 17S -61 1 1 0 1 0 1 00 0 1 06S -51 1 0 1 1 0 1 10 0 1 15S -41 1 0 01 1 0 00 1 0 04S -31 0 1 1 1 1 0 10 1 0 13S -21 0 1 0 1 1 1 00 1 1 02S -11 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1S 00 0 0 00 0 0 01 0 0 00S 10 0 0 10 0 0 11 0 0 1-1S 20
8、0 1 00 0 1 01 0 1 0-2S 30 0 1 10 0 1 11 0 1 1-3S 40 1 0 00 1 0 01 1 0 0-4S 50 1 0 10 1 0 11 1 0 1-5S 60 1 1 00 1 1 01 1 1 0-6S 70 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 -7S 偏 移 码 编 码 表 双极性DAC 将0 -15V加以补偿，在求和放大器的输入端加 上一个与各权电流方向相反的偏移电流Ioff，使输 入码为1000时，输出电压0。 vO #/ IOFF 偏 移 码 单极性 DAC 输入为正数的偏移码时，输出为负电压；输 入为负数的偏移码时，输出为正电
9、压。 （4）权电容译码方案 B3 B2 B1 B0 VREF C3 C2 C1 C0 Sr C0/ vO VREF C3C2C1 C0 C0/ vO 权电容方案优点： 输出电压与电容绝对值无关，只与电 容比有关； 输出电压精度与基准电压有关，与开 关导通内阻和电压源内阻无关； 速度适中。 现代集成D/A转换多采用该方案 （1）分辨力（Resolution） 3.D/A转换的主要技术指标 分辨率：分辨力s与最大输出电压Vm比值 （2）精确度（Accuracy） D/A转换的误差：3种 相邻两组二进制代码对应的输出电压之 差s，也即输入二进制码最低有效位对应 的输出电压(LSB)。 实际输出值与理
10、论值差值的最大值。 平移误差增益误差非线性误差 D/A转换的3种误差 （3）转换速度 输出电流/电压的建立时间：从输入数据加到 D/A到输出电流/电压到达稳态值所需的时间。 （1）模数转换的过程 4.模数转换的基本原理 采 样 保 持 量 化 编 码 采样：按照数字信号的节拍，对模拟 信号取样，需满足采样定理。 S(t) v(t)v*(t) 保持 运放跟 随器 运放跟 随器 C S(t) 信号 v v* v t 原始信号v t 采样信号 v t 保持信号 量化、编码 u量化原则：舍零取整、四舍五入 按量化原则对采样保持后的阶梯信号进行 取整处理；接着对取整后的信号进行编码 v t 量化信号 编
11、码：010 101 模数转换的框图 /# vIA DO 模数转换的量化误差 舍零取整 S 四舍五入 S/2 （2）A/D转换的技术指标 分辨力 输出二进制码最低有效位对应的输入电 压，等于量化阶梯S。 精度 用转换误差来衡量：包括零点、增益、 非线性误差以及量化误差。 u分辨率：S/Vm 1/2n 转换速度 用转换时间来表示：从输入模拟电压加 到输入端到获得稳定输出所需的时间。 （1）并行比较型 （2）逐次逼近型 （3）双积分型 5.几种常见的A/D转换方案 - + + - + + - + + - + + - + + - + + - + + vIA VR R R R R R R R R B2
12、B1 B0 A G F E C D B 编 码 器 7S 6S 5S 4S 3S 2S 1S 比较器 （1）并行比 较型A/D 比较器输出 8S vIA7S 7S vIA6S 6S vIA5S 5S vIA4S 4S vIA3S 3S vIA2S 2S vIA1S 1S vIA0 A B C D E F G B2B0B1 编码器输出 输入电压 vIA 1 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 000 0 0 0000 0 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
13、11 1 1 1 1 1 1 1 0 00 并行比较型A/D的转换编码 优缺点：速度高，但所需器件多 【例】将08V之间的电压信号通过逐次 逼近转换成3位二进制码。 （2）逐次逼近型A/D vIA t 111 110 101 100 011 11 010 001 000 10 01 00 1 0 逐次逼近的特点： u对一未知电压vIA，逐次逼近就意味着逐次缩小 搜索范围：先确定它在哪个Vm/2内；再确定它在 哪个Vm/4内 u确定输出数码，缩小搜索范围的方法是比较： 第一次应与100对应的电压Vm/2比较，第二次与 010或110对应的电压比较 u除第一次比较确定是与Vm/2比较外，以后每次
14、需要与什么电压比较，由前一次比较结果决定。 逐次逼近ADC框图 vIA DO 数 据 寄 存 器 控制电路 #/ vIA Vm 【例】vIA=4.32V 电荷再分配式逐次逼近型ADC vIA VREF 控 制 电 路 移 位 寄 存 器 输 出 u电荷再分配式逐次逼近型ADC工作原理 取样期 Sg接地，S1S5通过Sr接到vIA 保持期 Sg断开，S1S5接地 逐次比较期 Step1： S1通过Sr接到VREF到，确 定B3位； Step2： S2通过Sr接到VREF； S1由 B3决定其接法，确定B2位； Step3：，确定B1位。 C1 C2C4C5C3 VREF 至比较器 C1C2 C4
15、C5C3 VREF 至比较器 转换精度高，只与电容比有关； 成本较低； 速度较快。 集成AD采用较多的方案之一。 u电荷再分配式逐次逼近型ADC的特点 积分运放电路 （3）双积分A/D转换方案 将被转换的电压转换成与其幅度成正比 的时间，然后对时间进行测量，将测量 的数据作为A/D的转换结果。 如何建立电压与时间的对应关系？ 积分运放电路 VREFVO VO1 VO2 t1 t2 双积分A/D转换电路 vIA -VREF vA 双积分A/D转换原理 u取样期（定时积分）： S1接vIA u转换期（定速积分）： S1接-VREF vIA O t vA O -VREF vB O O t vC O N vD t t t n2n 1 v1 v2 v1 v2 双积分A/D转换电路的特点 u转换时间长; u抗干扰能力强、精度高； 抗零点漂移和对称性干扰 u成本低。 1.总线（BUS）的提出 2.外设和总线的连接 3.外部设备的地址模式 4.总线结构 5.数据在总线上的传送方式 6.标准总线 6.3 总 线 1.总线(BUS)的提出 目的：解决计算机内部各部件以及计算机与 各个终端之间的数据交换。 总线：将计算机的所有终端或各逻辑部件都 通过一定方式挂在总线上，每次只允许一对
