第5章 计算机接口与数据采集-顾继俊

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1、第5章、计算机接口和数据采集中国石油大学（北京）顾继俊2014课件资料：http://pan.baidu.com/s/1c0AfCEcContents5.1计算机接口5.2数据采集的串行通信接口技术5.3RS-449、RS-422A、RS-423A标准接口25.1计算机接口一、I/O接口（电路）1、I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路2、PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路I/O接口设备电路5.1计算机接口及接口技术二、I/O接口的需求1.

2、工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大;2.它们不能与CPU直接相连,须经过中间电路再与系统相连,这部分电路被称为I/O接口电路.三、接口技术1.处理微机系统与外设间联系的技术；2.注意其软硬结合的特点；3.根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备5.1计算机接口及接口技术四、接口电路的主要功能（1）对输入/出信息进行传输形式的转换。如串、并行数据转换，A/D转换，D/A转换等。（2）根据外设的具体情况，提供一种合适的数据交换“调度策略”，即合理的数据输

3、入/输出方法，如程序查询、中断管理等。（3）为数据传送提供缓冲、锁存、定时和控制等，协调CPU与外设数据处理速度上的差异。（4）提供输入/输出设备状态信息供CPU查询，或CPU送给外设的命令，供外设查询。（5）保证输入/输出电气特性匹配。计算机的输入/输出电平通常是TTL电平，而被控对象所要求输入/输出电平规格较多，故需接口具备电平转换功能。（6）保证输入/输出负载匹配。为了使计算机能够控制大功率的被控对象，接口应具备驱动和功率放大能力。5.1.1数据传送方式1、（CPU）和外设之间输入/输出数据的传送方式通常有三种：

4、•程序控制传送方式；•中断传送方式；•DMA（直接存储器存取）方式；1、程序控制传送方式1）无条件传送方式：CPU直接与外设传送数据而不必预先查询外设的状态。•适用于外设速度比较慢，比较简单的场合，用发光二极管显示、对温度信号采样等。5.1.2无条件输入输出接口无条件传送的输出接口无条件传送的输入接口•优点：无条件传送是最简单的传送方式，它所需的硬件和软件都很少，且硬件接口电路简单。•缺点：这种传送方式必须在场合已知并且确信外设已准备就绪的情况下才能使用，否则就会出错5.1.3查询传送方式•查询传送方式在进行数据传送前

5、，程序首先检测外设状态端口的状态，只有在状态信息满足条件时，才能通过数据端口进行数据传送，否则，程序只能循环等待或转入其它程序段。•查询传送方式输入时的接口电路如图所示。CPU要不断地查询外设，当外设没有准备好时，CPU要等待，致使CPU的利用率不高。当外设较多时，CPU不能及时发现某个外设已准备“就绪”，因而查询传送方式不具备实时性。5.1.4.中断传送方式在中断方式下，当外设准备“就绪”时，主动向CPU发出传送数据请求，CPU可暂时中断当前正在执行的程序，转去执行与外设传送数据有关的程序，数据传送完毕后，又恢

6、复执行原被中断的程序。中断传送方式下的接口电路一般如图所示。两种不同的数据传送路径总线外设CPU存储器：执行程序指令的数据传送路径；：DMA方式的数据传送路径5.1.4.DMA方式在外设和内存之间、内存与内存之间、外设与外设之间开辟直接的数据通道，内存和外设之间的数据传送在DMA控制器（简称DMAC）的管理下直接进行，而不经过CPU，整个传送过程由硬件来完成而不需要软件介入。1．DMA传送的基本原理①地址寄存器：用于存取下一个要访问的内存单元的地址，地址寄存器的内容加1或减1操作，取决于DMAC的设计②字节计数器：

7、用于存放尚未传送完毕字节的数量，字节计数器在DMA过程中自动作减1操作③控制寄存器：用于对DMAC操作的控制④状态寄存器：反映DMAC当前所处的状态，例如，数据块传输是否结束等状态信息2、DMA的传送形式输出内存外设内存内存外设外设输入DMACDMACDMACDMA传送的三种形式Contents5.1计算机接口5.2数据采集的串行通信接口技术5.3RS-449、RS-422A、RS-423A标准接口145.2数据采集的串行通信接口技术5.2.1CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信，即数据

8、的各位同时传送；串行通信，即数据一位一位顺序传送；发送计算机2计算机2计算机1计算机1接收…或外设或外设GNDGNDGNDGND(a)(b)(a)并行通信；(b)串行通信5.2.2.数据传输速率数据传输速率也称比特率（BitRate波特率）每秒传输的二进制位数bps字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒