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1、第三节 IO接口设计IO接口的编址方式 IO接口独立编址方式 IO接口与存储器统一编址两种编址方式的优缺点v独立编址 优点：地址空间分开，互不影响，译码电路简 单，专门IO指令程序不易混扰，执行时间短。 缺点：访问IO要专用指令，专用IO周期，专用 控制线，使得CPU复杂化v统一编址 优点：访问内存的指令访问IO，数据处理功能 强；存储器与IO共用译码电路。 缺点：IO占用存储器空间；程序较难区分IO与 存储器的访问。二、IO接口与系统的连接图2-13 典型的 I/O接口和外部的连接CPU与外设的接口图 2-15 8255A 与 CPU 和外设的连接图图2-14 Z80PIO2-14 Z80P
2、IO与与CPUCPU和外设的连接和外设的连接8251与CPU和外设的接口 图 2-16 8251A 与 CPU和外设的连接例接口电路与CPU信号类型v数据信号： D0D7v读写控制信号：RD、 WR（或IO 读写）v地址线和片选信号：v时钟、复位、中断控制、联络信号凳（1 1） 地址译码器的扩展地址译码器的扩展三、三、IOIO接口扩展接口扩展例1、Z80 CPU构成的控制系统/Y0 /A7+A6+/A5+/A4+/A3+/A2/Y1 /A7+A6+/A5+/A4+/A3+A2系统地址分配例2 8088构成的系统图 2-19 IBM PC/XT 接口部分地址译码电路138译码器译码地址表vA9
3、A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0v0 0 0 0 0 x x x x x 001Fv0 0 0 0 1 x x x x x 203Fv0 0 0 1 0 x x x x x 405Fv0 0 0 1 1 x x x x x 607Fv0 0 1 0 0 x x x x x 809Fv0 0 1 0 1 x x x x x A0BFv0 0 1 1 0 x x x x x C0FF系统地址分配表表 2-4 TTL 和平MOS 器件输入输出电流（2 2） 负载能力的扩展负载能力的扩展三、三、IOIO接口扩展接口扩展由表2-4 可见,MOS器件的输入电流小。驱动能力也差，一个MO
4、S器件 只能带一个标准74XXX器件（约-1.6mA)或四个74LSXXX器件（- 0.4X4mA),但它可以驱动10个左右的MOS器件,通常,同类器件带8-10个 没问题,若超过了就要加驱动器。总线收发器提高总线负载能力8286收发器和8088的连接用T表示的引脚信号就是用来控制数据传输方向 的。当T=1时，就使A7A0为输入线，当T=0时 ，则使B7B0为输入线，在系统中，T端和CPU 的DT/R端相连，DT/R为数据收发信号。当CPU进 行数据输出时，DT/R为高电平，于是数据流由 A7A0进入，从B7B0送出。当CPU进行数据输 入时，DT/R为低电平，于是数据流由B7B0进 入，而从
5、A7A0送出。/OE是输出允许信号，此信号决定了是否允许数 据通过8286。当/OE=1时，数据在两个方向上都 不能传输。只有/OE时，数据才允许传输。在 8086/8088系统中，/OE端和CPU的 /DEN端相连 。在CPU的存储器访问周期和I/O访问周期中， /DEN为低电平，在中断响应周期，/DEN也为低 电平，正是在这些总线周期中，需要8286开启 ，以允许数据通过，从而完成CPU和其它部件之 间的数据传输。其它常见的总线收发器 244 245 373四、IO接口设计的方法、步骤和举例vIO接口的设计方法和步骤 了解信息交换的要求 考虑软件硬件功能分配 进行IO端口数量统计，数据流向
6、安排和端口地 址分配 IO接口电路的扩展设计 IO接口控制软件设计 软件硬件联调IO接口设计举例 1A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 1 1 0 1 0 0 01 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 0 1 1 1采用8088CPU的某微机系统，有8组8位的数字量和开关量由 外部输入，同时有8组8位的控制和显示数据输出到自问，若 指定8个输入端口地址号为E8EFH，8个输出端口地址号为 F0HF7H，所有输入/输出信息交换均可采用无条件传送方 式。试按此要求为该微机系统设计I/O接口电路。IO接口设计举例1图 2-23 多组数据输入/输出接口电
7、路v8255作为打印机接口v端口A，B，C，控制口分别为：FFF8H,FFFAH,FFFCH,FFFEHA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 * A1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 * B 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * C1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * 控制IO接口设计举例 2IO接口设计举例 2图 2-24 8086和打印机接口原理电路程序五、GAL在接口电路中的作用（一）GAL
8、的主要性能和优点1、采用电擦除工艺、门阵列可重编程，改写GAL方便、快速，使用 GAL器件进行逻辑电路设计，使系统设计灵活、方便，按逻辑代数式 设计电路和修改电路都方便，可使电路结构做到更加合理、紧凑、可 靠性高。 2、采用高性能的EEPROM工艺，具有高速（1214ms）和低功耗（和 CMOS电路相当）性能，可减轻电源负荷，降低温升，提高可靠性。 3、具有加密单元，可防止他人未经允许而抄袭电路设计，从而提高 整个系统的保密性。 4、系统体积缩小，可靠性提高，据统计，一个GAL器件在功能上可替 代4-12个中小规模集成器件，从而可使系统体积缩小，简化印刷电路 板设计，提高系统可靠性。 5、可定
9、入电子标签，便于文档管理和复制电路。 6、大量使用GAL可降低系统制造和维护管理成本。（二）GAL16V8基本结构和原理图 2-26 GAL16V8L 逻辑电路图图 2-25 GAL16V8L 引脚配置图（三）GAL开发工具和开发软件v软件：ABLE；FMv硬件：通用编程器（四）GAL应用举例五、GAL在接口电路中的作用表2-6 GAL16V8的工作模式图 2-28 GAL16V8结构控制字表2-7 输出极性表第四节 I/O通道一、模拟量输入通道图2-35 模拟量输入通道方框图模拟量输入通道v信号预处理装置v采样单元（多路转换开关）v采样保持v数据放大器vA/D转换器信号预处理装置信号预处理装
10、置一般包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的 转换电路等。标度变换器是把经由各种传感器所得到解决的不同种类和不同 电平的被测模拟信号变换成统一的标准信号。通常传感器是压敏元件、热敏 元件、气敏元件等等。检测元件一般输出直流电流（或电压），也有通过改 变电阻、电容值等，再经由变送器进行变换的，如压力变送器、温度变送器 、流量变送器，由它们送出统一规格的直流电流（0-10mA或4-20mA）或电压 （0-5V等）信号，标度变换器包含在变送器中，电路并不复杂，通常为电阻 网络或电桥。在生产现场，由于各种干扰源的存在，所采集的模拟信号中可能夹杂着一 无所有信号。如通常生产过程被测参量（如温度
11、、流量等）的信号频率低（1HZ 以下），却夹杂上许多高于1HZ的干扰信号成分（如50HZ的电源干扰）。为此必 须进行信号滤波，采用有源滤波器或无源滤波器，消除干扰信号。具体的抗干 扰措施参阅本章第七节。另外，有些转换后电信号与被测参量呈现非线性。如采用热敏元件测量温 度，由于热敏元件存在非线性，所得到解决的温度-电压曲线就存在非线性特性 ，即所测电压值在某一段不能反映温度的线性变化。因此，要作适当处理，使 之接近线性化。数据放大A/D转换器采样单元(多路转换器)图 2-37 CD4051 引脚图采样保持采样保持芯片（LF198）二、采样与量化采样过程量化过程三、模拟量输出通道v一个输出通道设置
12、一个D/A转换器v多个输出通道共用一个D/A转换器四、模拟量输入输出工作过程五、数字量输入输出通道v数字量输入通道a)电平转换及滤波电路 b)继电器隔离及电平转换电路c)消除开关二次反跳触发器电路 d)光电隔离及电平转换电路v数字量输出通道a)TTL 电平输出（PC900为高速光电隔离电路） b)晶体管开关输出 c)继电器输出MC1413第五节 D/A转换器并行D/A转换器的工作原理AD转换器原理图T型电阻网络3.常用D/A转换器及其与CPU的连接v8位DA转换器DAC 0832v引脚说明vDAC0832的输出方式DAC0832与CPU的连接作业：8，9 补充作业：画出带有光电隔离的 典型开关
13、量输入电路和 开关量输出电路控制电 机启停。 12位D/A转换器DAC1210主要性能及特点引脚及说明输出方式与CPU的连接的双极性输出与8088CPU的连接程序8、13、1 引脚介绍DAC7614为16引脚DIP和SOIC封装，引脚如图8-118所示：引脚介绍如下： VDD：正电源，+5V GND： 地 VoutA,VoutB,VoutC,VoutD:DACA,DACB,DACC,DA CD电压输出； VREFL：低参考输入电压，设置最小的输出电压 VREFH：高参考输入电压，设置最大的输出电压 SDI：串行数据输入 CLK：时钟 /CS：片选信号 NIC：未用 /LOADDAC：低电平时加
14、载选通的寄存器，高电平时 锁存寄存器的数据/RESET：异步复位，设置DAC寄存器初始值为000HRESETSEL：选择复位后DAC寄存器的初始值，高电平时为800H，低电平时为000H四、D/A转换器电流输出方式五、D/A转换器选择和使用v分辨率v稳定时间v输入编码v线性误差v输出方式和极性v温度范围v使用调整图 2-71 AD574A引脚图和将 展开成泰勒级数.。对式（39）。（310），若只取其前两项作为 近似式代入式（38），则有即：所以，当已知连续传递函数D（s）时，则可计算D（z）例34 已知某连续控制器传递函数D（s）=,使用双线形变换求出相 应的数字控制器的脉冲传递函数D（z），其中T=1s 解:有式（312）图 3-3 采样周期T的经验数据图7-5 多总线连接方式图7-29 uPi发送数据至uPj信息传送过程图8-19 个电路的接地电阻耦合图 8-27 奇偶校验电路原理图
