计算机 第二章 输入输出接口技术和输入输出通道
计算机控制系统4第三章 (2)
②量程 它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
③转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确
度。A/D转换器的转换精度取决于量化误差q、微分线性 度误差DNLE和积分线性度误差INLE 。 积分线性度误差INLE: 在满量程输入范围内，偏离理想转
A/D转换器
PUSH DS
STI MOV AX,DATA
MOV AX,250AH
INT 21H MOV DX,220H
MOV DS,AX
MOV DX,220H IN AL,DX;读数 MOV ADTEMP,AL
MOV AL,21H;发EOI 命令 OUT 20H,AL POP DS;恢复现场 POP DX POP AX IRET
A B C G2A VCC y0 y1 y2
G2B y3 G1 Y7 y4 y5
* 1 * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
地
y6
设计时，根据具体接口芯片的要求，AO、 A1用作端口地址。
A/D转换器
例 ： AD574与ISA总线前62根信号线（即PC/XT总线）的接口
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
74LS138 16芯译码器
• A.B.C为选择端 G1、G2A、G2B为允许端 G2=G2A+G2B
G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
21节数字量输入输出通道-文档资料
地址译码器
开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1
D6 D7
74LS273
Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够
计算机控制输入输出接口与过程通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器. 达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。
采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？
R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道
开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器
输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口
(完整版)计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(.04.26修改版SK)
be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
微型计算机控制技术答案(赖寿宏)知识讲解
微型计算机控制技术答案(赖寿宏)第二章输入输出接口技术和输入输出通道1.何谓I/O接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。
2.一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。
已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200μs，若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终端？答：1000ms/(200us*10)=500, 能可靠的管理全部50个终端3.在本章第二节，查询式I/O方式应用举例中，假设X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行查询指令等）为80μs，试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲/s计算）答：27024.某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。
由一个CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务时间分别是：C1=5ms S1=300μsC2=8ms S2=1.3msC3=1ms S3=400μs问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。
可采用中断嵌套的方式解决。
6. 计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点》答：见教材7. 某8086 最大模式系统中，需扩展8255A 、8253和DAC0832芯片各一片。
采用74LS138 译码器，若已指定给各芯片的地址范围是：8255A E0H、E2H、E4H、E6H、8253 E1H 、E3H、E5H、E7H、DAC0832 F0H试设计接口扩展的译码电路（除74LS138 外, 可增加必要的其他逻辑电路芯片。
8某8088最大模式系统中，需扩展8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是90~93H 、94~97H 、98~9BH 、9C~9FH, 采用74LS 译码器，试设计接口地址译码电路。
第2章 基本接口技术(060424)
2.1 输入/输出通道的一般结构 输入/
在微型计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制， 在微型计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将 对象的各种测量参数，按要求的方式送入微型计算机。 对象的各种测量参数，按要求的方式送入微型计算机。计算机经过 计算﹑处理后，将结果以数字量的形输出， 计算﹑处理后，将结果以数字量的形输出，也要把该输出变换为适 合一对生产过程进行控制的量。所以，计算机和生产过程之间，必 合一对生产过程进行控制的量。所以，计算机和生产过程之间， 须设置信息的传递和变换装置。这个装置就称之为过程输入﹑ 须设置信息的传递和变换装置。这个装置就称之为过程输入﹑输出 通道，它们在微型机和生产过程之间起了纽带和桥梁作用。 通道，它们在微型机和生产过程之间起了纽带和桥梁作用。
2.2 常用的输入/输出接口 常用的输入/
工作方式不同时， 工作方式不同时，各引脚的信号也不同
方式0 方式0的功能 在这种方式下，端口A和端口B 在这种方式下，端口A和端口B 可以通过方式选择字规定输入口 或者输出口，，端口C分为2 ，，端口 或者输出口，，端口C分为2个4位 端口这两个4 端口这两个4位端口也可由方式控 制字规定作为输入口或者输出口。 制字规定作为输入口或者输出口。 这种方式下任何一个端口可作为 输入口，也可作为输出口， 输入口，也可作为输出口，各端 口之间没有规定必然的关系。 口之间没有规定必然的关系。 方式1 方式1的功能 在方式1下端口A 在方式1下端口A和B进行输 入输出时，要利用端口C 入输出时，要利用端口C提供 的选通信号和应答信号， 的选通信号和应答信号，这 些信号与端口C 些信号与端口C中的数位之间 有着固定的对应关系。方式1 有着固定的对应关系。方式1 时输入输出端口对应的控制 信号如下图。 信号如下图。
计算机控制技术课后习题详解答案
第一章计算机控制系统概述习题参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。
(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
图微机控制系统组成框图(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
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软件查询方式
雏菊链法
1) 软件查询方式
专用硬件方式
2) 雏菊链法 3) 专用硬件方式
3、DMA控制方式
DMA控制方式：是一种成块传送数据的方式。
8237A的数据 传送速率可 达1.6M字节/s； 8257A的数据 传送速率可 达1．25M字 节/s。
§2.3 I/O接口设计
§2.3.1 I／0接口的编址方式
1. 地址译码器的扩展
► 使用译码器的目的 ► 译码器 常用的译码器有：四中选一、八中选一、十六中选一。
74LSl38扩展地址译码器
例：采用74LSl38作地址译码器设计的微机主机板接口子系 统地址译码电路。
输出
/Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y67
2. 负载能力的扩展
1) 应用总线收发器提高总线驱动能力 总线收发器—— Intel8286
2、I／O信号的种类
通常有三类信息：
数字量
数据信息
模拟量
开关量
状态信息
控制信息
CPU
数据 状态 控制
外部 设备
3、计算机和外部的通信方式
并行通信： 把一个字符的各数位用几条线同时进行传输
串行通信： 数据按位进行传送的
串行通信
全双工方式
半双工方式
同步通信 异步通信
全双工方式: 数据信息能沿相反两个方向传送。
I／0接口与存储器独立编址方式
I／0接口与存储器统一编址方式
1. I／0接口与存 储器独立编址方式
译 码 器
...
去 存 储
/MRDC
器
/MWTC
Inel AB 8086 /IORC +8288 /IOWC
去
I/O
译
码 器
...
接 口
独立编址方式的优点：
► 可寻址256个端口，执行I／O指令时间短，译码电路简单 ► 程序清晰易读 ► 硬件设计简单
74LS245：
使能端/G
方向控制 端DIR
L
L
L
H
H
操作
B 数据至A总线 A数据至B总线
隔开
§2.3.3 I／O接口设计的方法、步骤及设计举例
1. I／O接口设计的方法、步骤
★ I／O接口设计步骤 ► 了解常用外围设备或被控设备与CPU之间信息交换的要求； ► 考虑硬件和软件的功能分配； ► 进行I／O端口的数量统计、数据流向安排和端口地址号分配； ► I／O接口硬件电路的扩展设计； ► I／O接口控制软件设计； ► 进行接口硬件和软件联调。
储 器
8086
+8288 /IORC 不
去
/IOWC 用
接 口
统一编址方式的优点：
► 数据处理能力强 ► 输入输出部分可以和存储器部分共用译码和控制电路 ► CPU不需区分访内操作及访问输入输出操作的控制信号， 可以相应减少引脚 ► I／O端口数目不受限制
统一编址方式的缺点：
► 每个I／O操作需全字长地址译码，整个指令执行时间较长 ► 程序中较难区分I／O操作 ► I／O端口占用了存储空间地址
8286
－ A0 － A1 － A2 － A3 － A4 － A5 － A6 － A7 － /OE
B0 － B1 － B2 － B3 － B4 － B5 － B6 － B7 － T－
2)应用接口芯片
常用的： 74LS244单向三态门 74LS373(74LS273)三态输出锁存器 74LS245三态输出八总线收发器
★ I／O接口扩展的方案选择: ► 购置多功能I／O接口板 ► 自行设计I／O接口电路
►采用通用的大规模集成电路接口芯片扩展I／O接口 电路
►采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩 展I／O接口
2.I／O接口设计举例一 设计要求： 设计8088CPU微机系统I／O接口电路，有8
I／O通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对 象之间信息传送和变换的连接通道。
信号的输入通路。
信号的输出通路。
输入和输出通路的主要功能 ——— 实现模拟量与数字量之间的信号 变换。
本章学习目的: 解决微型计算机和外部的 连接问题，使计算机和外部构成一个整体， 能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设 计一个微机控制系统必须解决的基本问题。
独立编址方式的缺点：
► 专门I／O指令的功能有限，不如访问内存指令丰富； ► 增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。
2．I／0接口与存储器统一编址方式 又称存储器映像方式: 把所有的I／0端口作为存储单元，每个外围设备的端口都给来自相应的一个或几个16位地址号。
译
I/O
…
码
AB
器
去
/MRDC
存
Inel /MWTC
§2.3.2 I／O接口与系统的连接
通过I／O接口芯片与CPU和外围设备的连接
(a)
通过I／O接口芯片与CPU和外围设备的连接
(b)
接口芯片和CPU之间必须连接的信号有下列4类：
数据信号D0~D7
读／写控制信号
片选信号和地址线
时钟、复位、中断控制、联络信号
§2.3.3 I／O接口扩展
查询式输出接口电路
§2.2 2．中断控制I/O方式
1. 中断控制I/O时应解决的问题
外部中断：是通过I／O接口硬件向CPU发出中断请求信号， 从而引起一个中断处理过程。
多重中断处理时必须解决的四个问题： ► 保存现场和恢复现场。 ► 正确判断中断源。 ► 实时响应。 ► 按优先权顺序处理。
2. 中断优先级问题的解决
数据
发送
应答
A
数据
接收
应答
接收 B 发送
半双工方式: 数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但 同一时刻只能沿一个方向传送。
发送
A
K1
接收
接收
K2
B
发送
同步通信：
在一组字符前后加同步字符，标志一组数据 块的开始与结束，接收装置接收到同步字符 而开始接收数据，直到接收后同步字符，一 帧数据接收结束。
第二章 输入输出接口技术和输入输出通道
§2.1 概述
输入输出接口技术 —— 研究微处理器和外部设备之间信息交 换的技术。
输入输出接口 —— 简称“接口” 1、接口、通道及其功能
1)I／O接口电路 I／O接口电路：主机和外围设备之间交换信息的连接部件。
使主机和外设能够协调工作，有效地完成信 息交换。
2)I／O通道
SYN SYN
...
SYN
控制字符
数据字符
控制字符
异步通信：要传送的字符代码前加一起始位，以示该字 符代码开始，在字符代码后面加一停止位， 以示该字符代码结束。
§2.2 输人／输出的控制方式
§2.2 1．程序控制方式
1. 无条件传送方式
2. 查询传送方式（条件传送方式） 查询式输入的接口电路