微机原理与接口技术第9章课件.ppt

1、第第9 9章章 其他接口芯片其他接口芯片9.1 DMA9.1 DMA控制器控制器9.2 D/A9.2 D/A和和A/DA/D转换接口技术转换接口技术9.1 DMA9.1 DMA控制器控制器 随着计算机技术的发展，出现了一种无需经过随着计算机技术的发展，出现了一种无需经过CPUCPU，而速度，而速度更快的数据传送方式更快的数据传送方式直接存储器存取方式，简称直接存储器存取方式，简称DMADMA方式，方式，这是一种由专门的硬件电路控制数据在这是一种由专门的硬件电路控制数据在I/OI/O设备与存储器之间直设备与存储器之间直接交换的方式，这种硬件称为接交换的方式，这种硬件称为DMADMA控制器，简称为

2、控制器，简称为DMACDMAC。9.1.1 DMA9.1.1 DMA控制器概述控制器概述DMADMA响应响应DMADMA请求请求DMADMA传输传输DMADMA结束结束CPUCPU对对DMADMA控制器初始化，并向控制器初始化，并向I/OI/O接口发出接口发出操作命令，操作命令，I/OI/O接口提出接口提出DMADMA请求。请求。DMADMA控制器对控制器对DMADMA请求判别优选级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出请求判别优选级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求。当总线请求。当CPUCPU执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此时，总线裁决逻辑输出总线应答，表

3、示时，总线裁决逻辑输出总线应答，表示DMADMA已经响应，通过已经响应，通过DMADMA控制器通知控制器通知I/OI/O接口开始接口开始DMADMA传输。传输。DMADMA控制器获得总线控制权后，控制器获得总线控制权后，CPUCPU即刻挂起或只执行内即刻挂起或只执行内部操作，由部操作，由DMADMA控制器输出读写命令，直接控制控制器输出读写命令，直接控制RAMRAM与与I/OI/O接口进行接口进行DMADMA传输。传输。当完成规定的成批数据传送后，当完成规定的成批数据传送后，DMADMA控制器即控制器即释放总线控制权，并向释放总线控制权，并向I/OI/O接口发出结束信号。接口发出结束信号。一个

4、完整的一个完整的DMADMA传输过程必须经过下面的传输过程必须经过下面的4 4个步骤。个步骤。1.8237A1.8237A的内部结构的内部结构 8237A8237A的内部结构如图的内部结构如图9-19-1所示。它主要有时序和控制逻辑、优先级编码及所示。它主要有时序和控制逻辑、优先级编码及控制逻辑、命令控制逻辑、数据和地址缓冲器组、内部寄存器组控制逻辑、命令控制逻辑、数据和地址缓冲器组、内部寄存器组5 5个部分。个部分。图图9-1 8237A9-1 8237A内部结构图内部结构图9.1.2 8237A9.1.2 8237A的编程结构的编程结构2.8237A2.8237A的内部引脚的内部引脚 DM

5、AC DMAC在系统在系统中既是主控器中既是主控器又是受控器，又是受控器，所以其引脚和所以其引脚和其他的接口芯其他的接口芯片不同，片不同，8237A8237A是一种是一种4040引脚引脚的双列直插式的双列直插式器件，其引脚器件，其引脚排列如图排列如图9-29-2所所示示图图9-2 8237A9-2 8237A引脚结构图引脚结构图9.1.3 8237A9.1.3 8237A的内部寄存器的内部寄存器8237A8237A通道专用寄存器通道专用寄存器 基址寄存器基址寄存器 当前地址寄存器当前地址寄存器 基字节计数器基字节计数器 当前字节计数器当前字节计数器 暂存寄存器暂存寄存器 地址暂存寄存器和字节数

6、暂存寄存器地址暂存寄存器和字节数暂存寄存器 状态寄存器状态寄存器 命令寄存器命令寄存器 工作方式寄存器工作方式寄存器 屏蔽寄存器屏蔽寄存器 请求寄存器请求寄存器 高高/低触发器低触发器 （1 1）基地址寄存器。每个通道各有一个）基地址寄存器。每个通道各有一个1616位的基地址寄存器，用位的基地址寄存器，用于存放对应通道于存放对应通道DMADMA传送时的存储器起始单位地址。基地址寄存器的内传送时的存储器起始单位地址。基地址寄存器的内容是在容是在CPUCPU对对8237A8237A进行初始化编程时由进行初始化编程时由CPUCPU写入的。该寄存器内容预置写入的。该寄存器内容预置后就不再改变，且不能被

7、读出。后就不再改变，且不能被读出。（2 2）当前地址寄存器。每个通道各有一个）当前地址寄存器。每个通道各有一个1616位的当前地址寄存器，位的当前地址寄存器，用以存放该通道数据传送的个数。在初始化编程时，用以存放该通道数据传送的个数。在初始化编程时，CPUCPU向基地址寄存向基地址寄存器写入的内容，同时也被写入当前地址寄存器中。每次器写入的内容，同时也被写入当前地址寄存器中。每次DMADMA传送后当前传送后当前地址寄存器值自动加地址寄存器值自动加1 1或减或减1 1（由方式寄存器（由方式寄存器D5D5位决定），以指向相邻位决定），以指向相邻的下一个存储单位。该寄存器可被的下一个存储单位。该寄存

8、器可被CPUCPU随时读出。若通道选择为自动预随时读出。若通道选择为自动预置操作（由方式寄存器置操作（由方式寄存器D4D4位决定），则在成批数据传送结束产生位决定），则在成批数据传送结束产生EOPEOP时，时，基地址寄存器内容自动复制到当前地址寄存器中。基地址寄存器内容自动复制到当前地址寄存器中。（3 3）基字节寄存器。每个通道各有一个）基字节寄存器。每个通道各有一个1616位的基字节寄存器，用位的基字节寄存器，用于存放对应通道要传送的数据量（字节数）。基字节寄存器的内容是于存放对应通道要传送的数据量（字节数）。基字节寄存器的内容是在初始化编程时由在初始化编程时由CPUCPU写入的，编程写入的

9、字节数要比实际要传送的字写入的，编程写入的字节数要比实际要传送的字节数少节数少1 1，例如，若编程时初始值为，例如，若编程时初始值为8 8则将传送则将传送9 9个字节。该寄存器的内个字节。该寄存器的内容预置后也将不再改变，且不能被读出。容预置后也将不再改变，且不能被读出。（4 4）当前字节寄存器。每个通道各有一个）当前字节寄存器。每个通道各有一个1616位的当前字节寄存器，位的当前字节寄存器，用于存放对应通道用于存放对应通道DMADMA传送时剩余的、待传送的字节数。初始化编程时，传送时剩余的、待传送的字节数。初始化编程时，CPUCPU向基字节寄存器和当前字节寄存器同时写入相同的初始值。每次向基

10、字节寄存器和当前字节寄存器同时写入相同的初始值。每次DMADMA方式传送一个字节后，当前字节寄存器自动减方式传送一个字节后，当前字节寄存器自动减1 1，当其内容最后一，当其内容最后一次从次从0FFFFH0FFFFH减到减到0 0时，将产生终止寄存的脉冲输出。该寄存器可被时，将产生终止寄存的脉冲输出。该寄存器可被CPUCPU随时读出。若通道选择为自动预置操作，则在传送结束产生随时读出。若通道选择为自动预置操作，则在传送结束产生EOPEOP时，基时，基字节寄存器内容自动复制到当前字节寄存器中。字节寄存器内容自动复制到当前字节寄存器中。（5 5）暂存寄存器。暂存寄存器为）暂存寄存器。暂存寄存器为8

11、8位，仅用于存储器到存储器的传位，仅用于存储器到存储器的传送方式下，暂存从源单元读出的数据，又将它写入到目的单元。在传送方式下，暂存从源单元读出的数据，又将它写入到目的单元。在传送完成时，它暂存传送的最后一个字节。它可由送完成时，它暂存传送的最后一个字节。它可由CPUCPU读取。在芯片复位读取。在芯片复位时被复位。时被复位。（6 6）地址暂存器和计数暂存器。这是两个）地址暂存器和计数暂存器。这是两个1616位的暂存当前地址的地址暂存位的暂存当前地址的地址暂存器和暂存当前字节寄存器值的字节计数暂存器。它们不能被器和暂存当前字节寄存器值的字节计数暂存器。它们不能被CPUCPU读取，仅供芯片读取，仅

12、供芯片内部使用。内部使用。（7 7）状态寄存器。状态寄存器用来存放各通道的工作状态和请求标志，如）状态寄存器。状态寄存器用来存放各通道的工作状态和请求标志，如图图9-39-3所示。低所示。低4 4位对应表示各通道的终止计数状态。当某通道终止计数或外部位对应表示各通道的终止计数状态。当某通道终止计数或外部信号有效时，则对应位置信号有效时，则对应位置1 1。高。高4 4位对应表示各通道的请求信号位对应表示各通道的请求信号DREQDREQ输入是否有输入是否有效。这些状态位在复位或被读出后，均被清效。这些状态位在复位或被读出后，均被清0 0。图图9-3 9-3 状态寄存器格式状态寄存器格式 （8 8）

13、命令寄存器。）命令寄存器。8237A8237A的命令寄存器存放编程命令字，由它来控制的命令寄存器存放编程命令字，由它来控制8237A8237A的操作。编程时，由的操作。编程时，由CPUCPU对它写入命令字，而由复位信号（对它写入命令字，而由复位信号（RESETRESET）和）和软件清除命令清除它。命令寄存器各位的功能如图软件清除命令清除它。命令寄存器各位的功能如图9-49-4所示。所示。图图9-4 9-4 命令寄存器各位的功能命令寄存器各位的功能（9 9）方式寄存器。方式寄存器各位的作用如图）方式寄存器。方式寄存器各位的作用如图9-59-5所示。所示。图图9-5 9-5 方式寄存器格式方式寄存

14、器格式 （1010）屏蔽寄存器。各通道的屏蔽标志位可以用命令进行置位或复位，其）屏蔽寄存器。各通道的屏蔽标志位可以用命令进行置位或复位，其命令控制字有两种形式：命令控制字有两种形式：单个通道屏蔽字。这种屏蔽字的格式如图单个通道屏蔽字。这种屏蔽字的格式如图9-79-7所示。利用这个屏蔽字，每所示。利用这个屏蔽字，每次只能选择一个通道。其中次只能选择一个通道。其中D0D1D0D1的编码指示所选的通道，的编码指示所选的通道，D2=1D2=1表示屏蔽位置位，表示屏蔽位置位，D2=0D2=0表示屏蔽位复位，即允许表示屏蔽位复位，即允许DREQDREQ请求。请求。四通道屏蔽字。可以利用这个屏蔽字同时对四通

15、道屏蔽字。可以利用这个屏蔽字同时对8237A8237A的的4 4个通道的屏蔽字进行个通道的屏蔽字进行操作。其格式如图操作。其格式如图9-89-8所示。所示。图图 9-7 9-7 单个通道屏蔽字格式单个通道屏蔽字格式图图9-8 9-8 四通道屏蔽字格式四通道屏蔽字格式 （1111）请求寄存器。该寄存器用于在软件控制下产生一个）请求寄存器。该寄存器用于在软件控制下产生一个DMADMA请求，即将请求，即将某通道的请求标志置某通道的请求标志置1 1，就如同外部的，就如同外部的DREQDREQ请求一样。请求寄存器的格式如图请求一样。请求寄存器的格式如图9-99-9所示。所示。图图9-9 9-9 请求寄存

16、器格式请求寄存器格式 （1212）高）高/低触发器。低触发器。8237A8237A的数据线是的数据线是8 8位，但其内部有位，但其内部有1616位寄存器。位寄存器。高高/低位寄存器指明目前数据线上传送的是低低位寄存器指明目前数据线上传送的是低8 8位还是高位还是高8 8位数据。位数据。0 0表示表示低低8 8位，位，1 1表示高表示高8 8位。位。8237A8237A初始化编程分为以下几个步骤。初始化编程分为以下几个步骤。（1 1）发主清除命令：向）发主清除命令：向DMADMA0DH0DH端口执行一次写操作，就可以复位内部寄存器。端口执行一次写操作，就可以复位内部寄存器。（2 2）写地址寄存器

17、：将传送数据块的首地址（末地址）按照先低位后高位的顺）写地址寄存器：将传送数据块的首地址（末地址）按照先低位后高位的顺序写入基地址寄存器和当前地址寄存器。序写入基地址寄存器和当前地址寄存器。（3 3）写字节计数器：将传送数据块的字节数）写字节计数器：将传送数据块的字节数N N（写入的值为（写入的值为N N1 1）按照先低位）按照先低位后高位的顺序写入基字节计数器和当前字节计数器。后高位的顺序写入基字节计数器和当前字节计数器。（4 4）写工作方式寄存器：设置工作方式和操作类型。）写工作方式寄存器：设置工作方式和操作类型。（5 5）写屏蔽寄存器：开放指定）写屏蔽寄存器：开放指定DMADMA通道的请

18、求。通道的请求。（6 6）写控制寄存器：设置）写控制寄存器：设置DREQDREQ和和DACKDACK的有效极性，启动的有效极性，启动8237A8237A工作。工作。（7 7）写请求寄存器：只有用软件请求）写请求寄存器：只有用软件请求DMADMA传送（存储器与存储器之间的数据块传送（存储器与存储器之间的数据块传送）时，才需要写该寄存器。传送）时，才需要写该寄存器。9.1.4 8237A9.1.4 8237A的编程及应用举例的编程及应用举例 【例【例9-19-1】编写外设到内存】编写外设到内存DMADMA传送的初始化程序。利用通道传送的初始化程序。利用通道0 0，由外设输入由外设输入32M32M的

19、一个数据块，传送至内存的一个数据块，传送至内存8000H8000H开始的区域开始的区域(增量传增量传送送)，采用块连续传送的方式，传送完不自动初始化，外设的，采用块连续传送的方式，传送完不自动初始化，外设的DREQDREQ和和DACKDACK都为高电平有效。都为高电平有效。分析：要编程首先要确定端口地址。地址的低分析：要编程首先要确定端口地址。地址的低4 4位用以区分位用以区分82378237的内部寄存器，高的内部寄存器，高4 4位地址位地址A7A4A7A4经译码后，连至选片端，假定选中时经译码后，连至选片端，假定选中时高高4 4位为位为5 5。初始化程序如下：初始化程序如下：START:ST

20、ART:OUTOUT5DH,AL5DH,AL；输出主清除命令；输出主清除命令MOVMOVAL,00HAL,00H；目标数据区起始地址低位字节；目标数据区起始地址低位字节OUTOUT50H,AL50H,AL；输出基地址和现行地址的低；输出基地址和现行地址的低8 8位位MOVMOVAL,80HAL,80H；目标数据区起始地址高位字节；目标数据区起始地址高位字节OUTOUT50H,AL50H,AL；输出基地址和现行地址的高；输出基地址和现行地址的高8 8位位MOV MOV AL,00HAL,00HOUTOUT51H,AL51H,ALMOVMOVAL,80HAL,80HOUTOUT51H,AL51H,

21、AL；给基字节和现行字节数赋值；给基字节和现行字节数赋值MOV MOV AL,84HAL,84HOUTOUT5BH,AL5BH,AL；输出模式字；输出模式字MOVMOVAL,00HAL,00H；允许通道；允许通道0 0请求请求OUTOUT5AH,AL5AH,AL；输出屏蔽字；输出屏蔽字MOV MOV AL,0A0HAL,0A0HOUT OUT 58H,AL58H,AL；输出命令字；输出命令字END STARTEND START9.2 D/A9.2 D/A和和A/DA/D转换接口技术转换接口技术 当用计算机来构成数据采集过程或过程控制等系统时，所要采集的外部当用计算机来构成数据采集过程或过程控制

22、等系统时，所要采集的外部信号或被控制对象的参数，往往是温度、压力、流量、声音和位移等连续变信号或被控制对象的参数，往往是温度、压力、流量、声音和位移等连续变化的模拟量。但是，计算机只能处理不连续的数字量，即离散的有限值。因化的模拟量。但是，计算机只能处理不连续的数字量，即离散的有限值。因此，必须用模数转换器即此，必须用模数转换器即A/DA/D转换器（转换器（Analog Analog 投投Digital ConverterDigital Converter，ADCADC），），将模拟信号变成数字量后，才能送入计算机进行处理。计算机处理后的结果，将模拟信号变成数字量后，才能送入计算机进行处理。计

23、算机处理后的结果，也要经过数模转换器即也要经过数模转换器即D/AD/A转换器（转换器（Digital to Analog ConverterDigital to Analog Converter，DACDAC），），转换成模拟量后，在示波器上显示结果波形和在记录仪上描记下来，或者驱转换成模拟量后，在示波器上显示结果波形和在记录仪上描记下来，或者驱动执行部件，达到控制的目的。动执行部件，达到控制的目的。1.D/A1.D/A转换器的工作原理转换器的工作原理 D/AD/A转换器的作用是将计算机输出的二进制代码转换成模拟量，它转换器的作用是将计算机输出的二进制代码转换成模拟量，它实际上是一种解码器，把

24、输入的每一位二进制数码按照权来转换为对应实际上是一种解码器，把输入的每一位二进制数码按照权来转换为对应的模拟量，再把各模拟量相加。的模拟量，再把各模拟量相加。图图9-10 D/A9-10 D/A转换器组成结构图转换器组成结构图9.2.1 D/A9.2.1 D/A转换器转换器 D/A D/A转换器基本原理：数字量由一位一位的数构成，每个转换器基本原理：数字量由一位一位的数构成，每个数位都代表一定的权。比如数位都代表一定的权。比如1101B1101B，最高位的权是，最高位的权是23=823=8，所以，所以此位上的此位上的1 1表示数值表示数值1 18=88=8，最低的权是，最低的权是20=120=

25、1，此位上的，此位上的1 1表示表示数值数值1 1，其他位的情况类似，所以二进制，其他位的情况类似，所以二进制1101B1101B就是十进制就是十进制1313。2.D/A2.D/A转换器的性能指标转换器的性能指标（1 1）分辨率。）分辨率。（2 2）精度。）精度。（3 3）建立时间。）建立时间。（4 4）输出电平。）输出电平。（5 5）线性误差。）线性误差。（6 6）温度系数。）温度系数。3.3.典型的典型的D/AD/A转换芯片转换芯片1 1）DAC0832DAC0832的结构的结构DAC0832DAC0832是是NSNS公司公司（national national semiconductor

26、 semiconductor corporationcorporation）生产的内）生产的内部带有数据输入寄存器和部带有数据输入寄存器和R-2RTR-2RT型电阻解码网络的型电阻解码网络的8 8位位D/AD/A转换器，其逻辑结转换器，其逻辑结构框图如图构框图如图9-129-12所示。所示。DAC0832DAC0832内部有两个数据内部有两个数据缓冲寄存器：缓冲寄存器：8 8位输入寄位输入寄存器和存器和8 8位位DACDAC寄存器。寄存器。图图9-12 DAC08329-12 DAC0832的逻辑结构图的逻辑结构图2 2）DAC0832DAC0832的工作方式的工作方式 改变改变DAC0832

27、DAC0832的有关控制信号的电平，可使的有关控制信号的电平，可使DAC0832DAC0832处于处于3 3种不同的工作方式。种不同的工作方式。（1 1）直通方式。）直通方式。（2 2）单缓冲方式。）单缓冲方式。（3 3）双缓冲方式。）双缓冲方式。1.A/D1.A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 A/DA/D转换器用于将模拟量转换成相应的数字量，转换过程通过采转换器用于将模拟量转换成相应的数字量，转换过程通过采样、保持、量化和编码样、保持、量化和编码4 4个步骤。当外部的模拟量要输入计算机进行个步骤。当外部的模拟量要输入计算机进行处理时，必须将输入模拟量通过处理时，必须将输入模拟量通过A/

28、DA/D转换接口送入计算机。转换接口送入计算机。A/DA/D转换器与转换器与D/AD/A转换器完成的任务正好相反，它实际上是一种转换器完成的任务正好相反，它实际上是一种将模拟信号变换为数字信号的编码器。类同于将模拟信号变换为数字信号的编码器。类同于D/AD/A转换器，若参考量转换器，若参考量为为R R，则输出数字量，则输出数字量D D和输入模拟量和输入模拟量A A之间的关系为：之间的关系为：DA/R DA/R 9.2.2 A/D9.2.2 A/D转换器转换器2.A/D2.A/D转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标转换时间。转换时间。分辨率。分辨率。精度。精度。温度系数和增益系数。温度系数和

29、增益系数。12345对电源电压变化的抑制比。对电源电压变化的抑制比。3.3.实现实现A/DA/D转换的方法转换的方法 1 1）计数式）计数式A/DA/D转换器转换器 计数式计数式A/DA/D转换器转换原理最简单直观，它由转换器转换原理最简单直观，它由D/AD/A转换器、计数器转换器、计数器和比较器组成，如图和比较器组成，如图9-139-13所示。所示。图图9-13 9-13 计数式计数式A/DA/D转换器转换器2 2）逐位逼近法）逐位逼近法A/DA/D转换器转换器 逐位逼近法逐位逼近法A/DA/D转换器既照顾了转换速度，又具有一定的精度，是目前转换器既照顾了转换速度，又具有一定的精度，是目前应

30、用最多的一种，它由一个比较器、应用最多的一种，它由一个比较器、D/AD/A转换器、寄存器以及控制电路组成，转换器、寄存器以及控制电路组成，如图如图9-149-14所示。所示。图图9-14 9-14 逐位逼近法逐位逼近法A/DA/D转换器转换器4.4.典型的典型的A/DA/D芯片芯片ADC0809ADC08091 1）ADC0809ADC0809的内部结构及其引脚的内部结构及其引脚ADC0809ADC0809是是CMOSCMOS单片型单片型8 8位逐次逼位逐次逼近法近法A/DA/D转换器，如图转换器，如图9-169-16所示，所示，它由它由8 8位的逐位逼近法位的逐位逼近法A/DA/D转换器、转

31、换器、8 8路模拟开关、地址锁存与译码逻路模拟开关、地址锁存与译码逻辑等组成。芯片内有辑等组成。芯片内有8 8路模拟开关，路模拟开关，可选择可选择8 8个模拟量输入，而且有三个模拟量输入，而且有三态输出，既可与各种微处理器相态输出，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入连，也可单独工作。输入/输出与输出与TTLTTL兼容。兼容。图图9-16 ADC08099-16 ADC0809结构框图结构框图ADC0809ADC0809芯片共有芯片共有2828个引脚，采用双列直插式封装，如图个引脚，采用双列直插式封装，如图9-179-17所示。所示。图图9-17 ADC08099-17 ADC0809引

32、脚引脚2 2）ADC0809ADC0809的工作过程的工作过程 ADC0809ADC0809的工作过程：首先输入的工作过程：首先输入3 3位地址，并使位地址，并使ALE=1ALE=1，将地址，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通存入地址锁存器中。此地址经译码选通8 8路模拟输入之一到比较器。路模拟输入之一到比较器。STARTSTART上升沿将逐位逼近寄存器复位。下降沿启动上升沿将逐位逼近寄存器复位。下降沿启动A/DA/D转换，之后转换，之后EOCEOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/DA/D转换完成，转换完成，EOCEOC变变为高电平，指示为高电

33、平，指示A/DA/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用于中断请求。当可用于中断请求。当OEOE输入高电平时，输出三态门打开，转换结输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。果的数字量输出到数据总线上。本章小结本章小结 本章首先介绍了本章首先介绍了DMADMA控制器，然后阐述了控制器，然后阐述了DMADMA控制器控制器8237A8237A的结构以及编程应用，最后介绍了的结构以及编程应用，最后介绍了D/AD/A转换器和转换器和A/DA/D转换器的转换器的原理。原理。在学习过程中，要了解在学习过程中，要了解DMADMA技术，掌握技术，掌握DMADMA控制器控制器8237A8237A的的基本结构及工作原理；熟悉基本结构及工作原理；熟悉D/AD/A转换器系列芯片；掌握转换器系列芯片；掌握A/DA/D转转换的工作原理及技术指标，熟悉换的工作原理及技术指标，熟悉A/DA/D转换器系列芯片。转换器系列芯片。