天大嵌入式系统课件-5-系统接口

最低有效位LSB为 为 最低有效位
U 0 LSB
R1U R = n 2 R
D/A转换器是提供电流的器件，所以在D/A的输出加运算放大 转换器是提供电流的器件，所以在 转换器是提供电流的器件 的输出加运算放大 器才能转换成模拟电压信号。 器才能转换成模拟电压信号。 D/A的输出电压不仅与二进制码 的输出电压不仅与二进制码 有关，而且与运算放大器的反馈电阻R 基准电压U 有关， 有关，而且与运算放大器的反馈电阻 1 ，基准电压 R有关， 当调整D/A满刻度及输出范围时，需要调整这两个参数。 满刻度及输出范围时， 当调整 满刻度及输出范围时 需要调整这两个参数。
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5.4.1 D/A 转换器基本原理
转换的基本原理是：按权展开， D/A 转换的基本原理是：按权展开，然后相加
数字量 → 按权相加 → 模拟量
1101B ＝ 1×23＋1×22＋0×21＋1×20 ＝ 13
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n位D/A转换器（T型电阻网络） 位 转换器（ 型电阻网络 型电阻网络） 转换器
使用专用芯片可减少CPU的管理开销、简化编程 的管理开销、 使用专用芯片可减少 的管理开销
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5.2 打印机接口
PC标准 PC标准 CENTRONNIC 并行打印总线
36条信号线，也可简化到25线 36条信号线，也可简化到25线 条信号线 25 主要信号线为： 主要信号线为：
D0– D0–D7 数据线 /STB 数据选通 BUSY 打印机忙 /ACK 打印完成
光信号完成了数字传递，实现了电气隔离。 光信号完成了数字传递，实现了电气隔离。
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5.3.2 光电隔离器件的应用
1）用于输入数字信号
2）用于输出数字信号
的输出不用高电平直接驱动发光二极管？ 为什么 MCU 的输出不用高电平直接驱动发光二极管？
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3）控制电磁继电器
嵌入式应用中，需要将计算机的输出传递到模拟 嵌入式应用中， 设备时,必须将数字信号转化为相应的模拟信号, 设备时,必须将数字信号转化为相应的模拟信号, 转换器件称为数模转换器(D/A) (D/A)。 转换器件称为数模转换器(D/A)。 器件是数字与模拟混合集成电路， D/A 器件是数字与模拟混合集成电路，它既拥有 一般数字电路接口，又拥有模拟量输出接口。 一般数字电路接口，又拥有模拟量输出接口。输 出模拟量的大小是由输入的数字数值决定的。 出模拟量的大小是由输入的数字数值决定的。
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5.4 数模转换 数模转换D/A接口 接口
数字信号与模拟信号： 数字信号与模拟信号：
数字信号在时间和幅度上都是离散的， 数字信号在时间和幅度上都是离散的，两者缺一 不可。数字信号也称为离散信号。 不可。数字信号也称为离散信号。 模拟信号在时间和幅度上都是连续的， 模拟信号在时间和幅度上都是连续的，两者缺一 不可。模拟信号也称为连续信号。 不可。模拟信号也称为连续信号。
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5.4.2 D/A 转换器的应用
数据转换及保持的作用
D D/A T V0(kT) V0(t) V0(kT) H V0(t)
t 0
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t 0 T 2T 3T
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T 2T 3T
D/A转换器的分类 转换器的分类
并行转换：并行数据输入 并行转换：并行数据输入—>REG—>电阻网 电阻网 串行转换：串行数据输入—>移位 移位REG—>电阻网 串行转换：串行数据输入 移位 电阻网 并行D/A用于近距离；串行用于远程 用于近距离； 并行 用于近距离 串行用于远程D/A，且其 ，且其REG一 一 般有二级。 般有二级。
串行接口打印机：使用RS-232C标准 串行接口打印机：使用RS-232C标准 RS USB接口打印机 接口打印机： USB接口打印机：使用 USB 设备标准协议
目前打印机连接的主流方式
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5.3 光电隔离 接口 光电隔离I/O接口
嵌入式应用中， 嵌入式应用中，通常需要一些数字量信息的输入 和输出。 和输出。如： 关状态的输入、运行脉冲输入、 开/关状态的输入、运行脉冲输入、… 继电器控制输出、指示灯开关控制、 继电器控制输出、指示灯开关控制、… 一般地，为使数字信号有效传递， 一般地，为使数字信号有效传递，通常要求系统 中各个设备有统一的地线，具备一致的地电位。 中各个设备有统一的地线，具备一致的地电位。 即要求不同设备“共地” 即要求不同设备“共地” 这些需求数字信息的现场设备通常是强电（ 这些需求数字信息的现场设备通常是强电（高电 大电流）设备， 压、大电流）设备，在与弱电的嵌入式控制器共 地过程中， 地过程中，通过公共地线对嵌入式控制器产生了 严重干扰。 严重干扰。 为避免这种干扰，引入光电隔离器件将现场设备 为避免这种干扰， 与嵌入式控制器的电路联系彻底分割。 与嵌入式控制器的电路联系彻底分割。
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为输入的二进制数字量， 当n=4时，设D3、D2、D1、D0为输入的二进制数字量，其转换原理为： 时 、 、 、 为输入的二进制数字量
1 UR 1 UR I0 = D3 + D2 + D1 2 R 4 R UR = ( D 3 2 1 + D 2 2 2 + D 1 2 3 R UR = ( D 3 2 3 + D 2 2 2 + D1 21 + 16 R R 1U R U 0 = I 0 R1 = (D3 23 + 16 R
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5.4.3 D/A转换芯片的连接 转换芯片的连接
为例： 以DAC0832为例： 为例 单片双缓冲数据输入单路D/A转换器 单片双缓冲数据输入单路 转换器
1. 数据输入
当无需二级缓冲时， 当无需二级缓冲时，可 将WR1、WR2 同接 、 CPU 写信号；/CS、 写信号； 、 /XFER 同接地址译码； 同接地址译码； ILE 恒高电平即可。 恒高电平即可。 数据写入芯片后， 数据写入芯片后，芯片 立即进行转化， 立即进行转化，并在模 拟端输出结果。 拟端输出结果。
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2. 输出驱动
输出电压： 输出电压：
uout = K*Iout1 ，K与R1、R3及Rfb内阻相关。 内阻相关。 与 、 及 内阻相关 R1可调节放大倍数，即可调 可调节放大倍数， 的量程。 可调节放大倍数 即可调uout的量程。 的量程 R2为调零电阻，即可调 为调零电阻， 的零点。 为调零电阻 即可调uout的零点。 的零点 当调零电阻接负电压时，运放工作更稳定，线性更好。 当调零电阻接负电压时，运放工作更稳定，线性更好。 C1/C2：输出滤波电容（0.1/10u） ：输出滤波电容（ ）
UR
IR 2
A1
IR 2
R
IR 4
A2
IR 4
R
IR 8
A3
IR 2n 1ຫໍສະໝຸດ An- 1IR 2
n 1
R
IR 2
n
An
IR 2
n
2R S1
1 0
2R S2
1 0
2R S3
1 0
2R Sn-1
1 0
2R Sn
1 0
2R
R1
∞ Io + N + Uo
d1
(MSB)
d2
d3
dn-1
dn
(LSB)
虚地、等效电阻、电流分配、 虚地、等效电阻、电流分配、电流累加
硬件上可增加去抖电路（电容、触发器等） 硬件上可增加去抖电路（电容、触发器等） 软件上可通过延时方法， 软件上可通过延时方法，在首次发现按键或释 放动作后延时，然后再次检测同一按键。（ 。（延 放动作后延时，然后再次检测同一按键。（延 时一般在20ms，因抖动多发生在动作开始后 时一般在20ms， 20ms 5ms-15ms之间 之间） 5ms-15ms之间）
作为输出，驱动继电器， 作为输出，驱动继电器，形成两级隔离
是单刀双掷型继电器，在驱动线圈的磁场控制下， Kon 是单刀双掷型继电器，在驱动线圈的磁场控制下， 其公共触点可分别接向常开点和常闭点。 其公共触点可分别接向常开点和常闭点。 二极管是继电器的放电回路， Dvcc 二极管是继电器的放电回路，用于在光偶由导通到 截止变化时，将继电器线圈中的感应电压放掉， 截止变化时，将继电器线圈中的感应电压放掉，以保护 光偶输出极不被击穿。 光偶输出极不被击穿。 用来监视输出信号线的状态。 发光二极管 LED 用来监视输出信号线的状态。
1UR 1 UR + D0 8 R 16 R + D0 2 4 ) D0 20 ) D 2 2 2 + D1 21 + D 0 2 0 )
上式中D不是 就是 表示切换开关与参考电压U 上式中 不是0就是 ，0表示切换开关与参考电压 R接通，该位有电流 不是 就是1， 表示切换开关与参考电压 接通， 输入。 输入。 当为n位二进制输入时 位二进制输入时， 当为 位二进制输入时，则：
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5.1.3 专用键盘扫描芯片
为方便键盘及LED显示的管理，也可采用专 显示的管理， 为方便键盘及 显示的管理 用的功能芯片。 用的功能芯片。 如：INTEL 的 8279
通用可编程键盘显示接口芯片 支持64个开关组成的键盘矩阵 支持 个开关组成的键盘矩阵 自动扫描，接收键盘输入并编码 自动扫描， 包含去抖动等功能 在有键输入时向单片机请求中断 位或16位 对8 位或 位LED自动扫描显示 自动扫描显示
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5.3.1 光电隔离器件
光电隔离器件种类繁多， 光电隔离器件种类繁多，但其基本原理相同 521- 光电偶合器为例： 以 521-1 光电偶合器为例：