第4章输入输出通道
河南省高中生物第4章细胞的物质输入和输出重点易错题
河南省高中生物第4章细胞的物质输入和输出重点易错题单选题1、美国科学家阿格雷等发现了细胞膜上专门供水分子进出的通道蛋白。
水通道蛋白位于细胞膜上的蛋白质，在细胞膜上组成“孔道”，可控制水分子进出细胞。
下列相关叙述正确的是（）A．水通道蛋白由氨基酸分子组成，水分子进出细胞均需要水通道蛋白的参与B．同位素标记法可用于研究水通道蛋白从合成到整合到细胞膜的过程C．水通道蛋白有控制物质进出细胞和进行细胞间信息交流的功能D．动物体中不同细胞的细胞膜上的水通道蛋白的种类和数量均相同答案：B分析：细胞膜的组成成分有磷脂、蛋白质和糖类，其中细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，蛋白质或镶在磷脂双分子层表面，或嵌插于磷脂双分子层中，或贯穿于磷脂双分子层中。
A、水分子进出细胞除需要水通道蛋白的协助扩散外，还有自由扩散，A错误；B、通过追踪示踪元素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程，同位素标记法可用于研究水通道蛋白从合成到整合到细胞膜的过程，B正确；C、能进行细胞间信息交流的蛋白质主要是糖蛋白，而非水通道蛋白，C错误；D、蛋白质是生命活动的承担者，不同细胞的功能不同，动物体中不同细胞的细胞膜表面的水通道蛋白的种类和数量不同，D错误。
故选B。
2、下图分别表示载体蛋白和通道蛋白介导的两种物质运输方式，其中通道蛋白介导的运输速率比载体蛋白介导的快1000倍以上。
下列叙述错误的是A．载体蛋白在细胞膜上具有一定的流动性B．两种膜蛋白对运输的物质均具有专一性C．通道蛋白介导的运输速率较快可能是因为消耗的能量较少D．载体蛋白介导的运输速率会受到载体蛋白数量的限制答案：C分析：小分子物质跨膜运输的方式和特点：运输方向高浓度低浓度高浓度低浓度低浓度高浓度A、载体蛋白在细胞膜上具有一定的流动性，A项正确。
B、两种膜蛋白对运输的物质均具有专一性，B项正确。
C、通道蛋白介导的运输方式，属于被动运输，不需要消耗能量，C项错误。
D、载体蛋白介导的运输方式的运输速率会受到载体蛋白数量的限制，D项正确。
第四章 输入输出分析
第四章输入/输出分析华南理工大学自动化学院非线性系统输入/输出关系分析方法¾描述函数法：非线性系统的一种最优线性逼近技术¾常被用于分析有非线性影响的反馈环中振荡的可能性级数展开法采用级数展开以推导出某些非线性系¾级数展开法：采用级数展开以推导出某些非线性系统在频域上的输入/输出表达式(V lt)(Fli)¾目前主要有沃特拉(Volterra)级数展开及福里斯(Fliess)泛函展开两种方法¾输入/输出稳定性分析：研究在什么条件下一个有界输入能够产生个有界输出。
☆输入能够产生一个有界输出☆4.1描述函数法本节主要考虑采用描述函数方法研究非线性系统的最优线性逼近问题也即在最优线性系统随输入函数改优线性逼近问题，也即在最优线性系统随输入函数改变而改变的前提下，尝试用线性系统最优地逼近非线性系统。
先考虑单输入单输出系统。
在输入输出意义下，一0∞C 0∞C 个非线性系统可以看作是空间上到空间上的映射N, 即对给定的输入, 非线性系统的输出为一定义在的连续函],[],[),0[∞∈C u ],0[∞C 数：。
),0[)(∞∈=C u N y N给定参考输入，我们期望用线性系统的输出来),0[0∞∈C u我们假定S3). 输入的平稳性，即平稳性保证了信号在定时间长度内的积分均值不随s增平稳性保证了信号在一定时间长度内的积分均值不随自协方差及互协方差就是通常随机系统理论里的自相关和互相关函数。
(4.5)及(4.6)可以分别用式和互相关函数(45)(46)自协方差是一个正定函数，即对R c c R t t k k ∈∈ ,, , ,,11L L 有k ∑≥−=j i j i u j i t tR c c 1,0)(因此，自协方差矩阵t R 的傅立叶变换)(u =∞−ττωωτd R e S j ∫∞−u n )()((4.7)是一个正定矩阵，称其为能谱密度。
是个正定矩阵，称其为能谱密度。
全国通用2023高中生物第4章细胞的物质输入和输出知识点总结全面整理
全国通用2023高中生物第4章细胞的物质输入和输出知识点总结全面整理单选题1、将新鲜的萝卜块根切成长度、粗细均相等的萝卜条，分别放入四种不同浓度的糖溶液中，一段时间后的结果如下表所示。
用于实验的萝卜细胞的初始渗透压相等。
下列相关叙述错误的是（）A．萝卜条的长度可以发生小幅度变化，说明细胞壁有一定的伸缩性B．将b、c组中的萝卜条移到清水中，一段时闻后两组萝卜条长度可能相等C．将a，d组中的萝卜条移到清水中，一段时间后两组萝卜条长度可能不等D．b、c组分别经上述处理一段时间后，萝卜细胞的吸水能力相等答案：D分析：当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象；当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水。
A、每一浓度下萝卜条长度均有一定变化，说明细胞由于水分的进出引起细胞壁的伸缩性，A正确；B、将b，c中的萝卜条移到清水中，萝卜条都将可能吸水，故b中萝卜条可能继续增长，c中萝卜条可能恢复或超过原有长度，B正确；C、由表格可知，萝卜条在蔗糖溶液a和d中分别减少了0 .4m，0 .5m，一段时间后两组萝卜条长度可能不等，C正确；D、萝卜条在蔗糖溶液b中吸水，说明萝卜细胞液浓度高于蔗糖溶液b的浓度，而在蔗糖溶液c中萝卜条长度缩短，说明萝卜细胞液浓度小于蔗糖溶液c的浓度，因此萝卜细胞吸水能力不等，D错误。
故选D。
2、细胞可运用不同的方式跨膜转运物质，下列相关叙述错误的是（）A．物质自由扩散进出细胞的速度既与浓度梯度有关，也与分子大小有关B．小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关C．神经细胞膜上运入K+的载体蛋白和运出K+的通道蛋白都具有特异性D．肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸分析：小分子物质物质出入细胞的方式有自由扩散、协助扩散和主动运输。
自由扩散不需要载体和能量；协助扩散需要载体，但不需要能量；主动运输需要载体，也需要能量；自由扩散和协助扩散是由高浓度向低浓度运输，是被动运输。
第4章 控制系统及接口设计(4接口设计)
5
控制系统及接口设计-接口设计
（地址总线驱动）8212 8位并行I/O接口 8212用于数据传输，具有8位并行数据寄 存器和缓冲器，有供产生中断用的服务请 求触发器，输入负载电流小，最大为 0.25mA，三态输出，最大输出电流15mA， 输出高电平为3.65V，能直接与080A， 8085ACPU相连接，寄存器异步清零，+5V 电源，电源和输出电压-0.5-+7V，输入电 压-0.5-+5.5V，工作电流130mA。
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
z80CPU的存储器及I／O口扩展举例
5
控制系统及接口设计-接口设计
二、I/O接口扩展
1.地址译码器的扩展
扩展I/O接口必然要解决I/O接口的端口 （寄存器）的编址和选址问题。每个通用接口 部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器为 I/O端口。
5
控制系统及接口设计-接口设计
z80-接口设计
三、模拟量的采样与处理
模拟量输入通道可完成模拟量的采集并将它转换 成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要 求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同。 目前普遍采用的是公用运算放大器和A/D转换器的结构 形式，其组成方框图如图5-32所示。
5
控制系统及接口设计-接口设计
由于与CPU一起使用的存储器不只一个，这就产生选 片问题。一般采用译码器来选片。图4-14为3-8译码器 74LSl38的引脚配置。该芯片有三个片选端G1、G2A、G2B。 当G1＝1，G2A＝0，G2B＝0时，芯片才被选通，否则输出 均为高电平。A、B、C为三位输入端。输出端的逻辑功能 如表4-6所示。
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
模拟量输入输出通道
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
第四章 输入输出IO端口
//包含头文件 //代码的主程序 //设置PA[0..5]为输出端口 //关闭所有的等 //无限循环 //东西方向亮绿灯 //南北方向亮红灯 //延时50秒 //关闭东西方向绿灯 // //东西方向亮黄灯 //延时5秒 //关闭东西方向黄灯 //关闭南北方向红灯 //东西方向亮红灯 //南北方向亮绿灯 //延时50秒 //关闭南北方向绿灯 //南北方向亮黄灯 //延时5秒 //关闭南北方向黄灯 //关闭东西图4-1 人类活动的基本输入输出
肢体动作
• 对于单片机而言，了解周围环境的情况、 感知外界事物的变化同样需要像人类的各 种感官这样的输入部件（即输入端口I）； 同时，单片机也要对它所感知的事物及变 化做出相对应的处理，也就必须具备输出 部件（即输出端口O）。因此，输入输出 输入输出 I/O端口就是单片机感知外部世界和对外部 端口就是单片机感知外部世界和对外部 世界做出反应的部件， 世界做出反应的部件，通过输入端口获取 外部事物的变化情况， 外部事物的变化情况，并通过输出端口对 外部世界做出回应。 外部世界做出回应
4.2.2 拨码开关的检测
#include <iom16v.h> Main(void) { DDRA = 0xff; DDRC = 0x00; PORTC = 0xff; while(1) { PORTA = PINC; } }
//包含头文件 //代码的主程序 //设置PA端口为输出端口 //设置PC端口为输入端口 //启用PC口内部上拉电阻 //无限循环 //PA口输出PC口的检测值
4.4.1 “交通灯”模型硬件电路及源代码分析 交通灯” 交通灯
#include <iom16v.h> Main(void) { DDRA = 0x3f; PORTA = 0x3f while(1) { PORTA &= ~(1<<0); PORTA &= ~(1<<5); DelayS(50); PORTA |= (1<<0); PORTA &= ~(1<<1); DelayS(5); PORTA |= (1<<1); PORTA |= (1<<5); PORTA &= ~(1<<2); PORTA &= ~(1<<3); DelayS(50); PORTA |= (1<<3); PORTA &= ~(1<<4); DelayS(5); PORTA |= (1<<4); PORTA |= (1<<2); } }
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缺点：CPU内部需要有一些线路来控制；每次执 行“中断处理程序”，都要保护断点、恢复断点， 浪费了很多不必要的CPU时间。
应用：一般较适合于过程通道传送少量数据的场合。
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
3 直接存储器存取(DMA)方式
优点：无需专门的I/O指令，简化了指令系统的设 计，并能省去相应的I/O操作的对外引线，而且 CPU可直接对I/O数据进行算术和逻辑运算，指令 丰富。
不足：I/O端口地址占用了一部分存储器空间；另 外访问内存的指令长度一般比专用的I/O指令长， 因而取指周期较长，又多占了指令字节。
应用：采用这种方式的CPU主要有Intel 8031和 Intel 80196系列单片机等。
1 程序查询方式
特点：传送前必须查询I/O通道的状态，准备就绪则 传送，反之则等待。 优点：能保证主机与输入输出通道之间协调工作， 硬件线路简单，程序容易实现 。
缺点：需要重复查询输入输出通道是否“准备就绪”， 从而浪费了CPU的时间。
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
2 中断控制方式
特点：CPU与I/0通道处于异步工作方式。当 CPU与 I/O通道需要传送数据时，过程通道做好 准备后，主动向CPU请求中断,CPU响应这一请求， 并暂停正在运行的程序。
考虑到放大器反相端为虚地，故：
I Rfb I OUT
选取 Rfb = R ，可以得到：
VOUT
IRF Rf
(D3
23
D2
22
D1
21
D0
20
)
VREF 24
对于n位 D/A 转换器，它的输出电压VOUT与输入二进制数
⑵工作时序；
⑶带负载能力。
4.2 模拟量输出通道
引言
模拟量输出通道的任务--把计算机处理后的数字 量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相
应的执行器，从而达到控制的目的;
模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--
PC
一般是由接接口电路、D数/A/模转换器V/(I 简称D/通A或道1 DAC)和口电压/电流变换器等;
应用：典型的微处理器Z80和80X86，分别有存储 器访问和I/O访问的指令及相应的控制信号。
4.1.3 CPU对过程通道的控制方式
问题的产生：计算机的外围设备及过程通道种类 繁多，它们的传送速率又不相同，因此输入输出将 产生复杂的定时问题，也就是CPU采用什么控制方 式向过程通道输入和输出数据。
4.1.2 过程通道的编址方式
1 过程通道与存储器统一编址方式
特点：又称存储器映像方式，它从存储器空间划出 一部分地址空间给过程通道，把过程通道的端口当 作存储单元一样进行访问，对I/O端口进行输入输 出操作跟对存储单元进行读写操作方式相同，只是 地址不同。
4.1.2 过程通道的编址方式
1 过程通道与存储器统一编址方式
I1
I2 2
21
VREF 24 R
由于开关 BS3 BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、 D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到 通式：
IOUT D3 I3 D2 I2 D1 I1 D0 I0
I OUT
(D3
23
D2
22
D1 21
D0
20 ) VREF 24 R
总 模拟量输电出通道构成特点：一路输出对应一个
线
D/A转换路器；兼有信号保持作用，即把主机在上 一时刻对执行机构的D控/A制作用维V持/I 到下一个通输道n出
时刻 。
4.2 模拟量输出通道
4.2.1 D/A转换器
D/A转换器是一种把数字量转换成模拟量的电子器件。
1 D/DA3 转换器D2的数工字量作输D入原1 理 D0
VREF
B
VREF 2Rn
R fb R
R
R
R--2R电 阻 网 络
链接动画
图 3-2 D/A 转 换 器 原 理 框 图
假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、 BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有：
I3
VREF 2R
23
VREF 24 R
I2
I3 2
22
VRE F 24 R
IRfb Rfb
⑴原理框图：
IOUT -
VOUT
位切⑵换 转1换过0程：1 虚地0 、电1 流分0 配1、电0流流向；+
A 运算放大器
开关
⑶转换B公S3式： BS2
BS1
BS0
Vout
(
I3
D2nR1
2n1
I2
2RDn2
2n22RL
I1
I0
D21R
21
2DR0
20
)
VREF 2n
R fb R
基准 电压
4.1.4 过程通道接口设计应考虑的问题
1 接口电路的基本任务
过程通道与CPU的桥梁 ⑴ 控制信息的传递路径； ⑵ 控制信息传送的顺序；
2：指系统的许多相关部件或功能块在同一门控 信号作用下完成要求的操作。
异步触发：指各相关部件或功能块不需在同一信号控制 下完成自己的操作，但一般需要按一定的顺序进行。
4.1.2 过程通道的编址方式
2 过程通道与存储器独立编址方式
特点：将过程通道的端口地址单独编址，有自己独 立的过程通道地址空间，而不是占用存储器地址空 间。在过程通道地址空间中，每一个过程通道的端 口有一个唯一对应的过程通道的端口地址。 控制：要求有专用的I/O指令(IN及OUT指令)用于 CPU与过程通道端口之间的数据传输。地址总线配 合存储器操作信号实现存储器的访问控制，而地址 总线与I/O操作信号配合则可访问过程通道。
特点：完全由硬件完成输入输出操作，I/O通道和 存储器之间不通过CPU而直接进行数据交换。
优点：速度快，数据传送速度只受存储器存取时 间的限制。 缺点：需要一个专用的芯片——DMA控制器来加 以控制、管理，硬件连接也稍显复杂一些。
所谓“可编程接口”就是 指其功能可由程序指令(接口 芯片功能设定的初始化程序) 设定接口芯片的功能。
第四章 过程输入、输出通道
本章主要内容
1、过程输入输出通道的控制方式 2、模拟量输出通道 3、模拟量输入通道 4、数字量输入输出通道 5、量化误差与字长选择 6、数据预处理
4.1 过程输入输出通道的控制方式
4.1.1 通道与CPU交换的信息类型
(1)数据信息 (2)状态信息 (3)控制信息