计算机控制系统2014资料资料讲解.ppt

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1、计算机控制系统2014资料3.1概述1.常规外围设备，如键盘、CRT显示器、打印机、磁盘机等2.被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等外设通过什么与CPU的总线相连？为什么外围设备不能像存储器那样直接挂到主机CPU的总线上呢？一个实际的微型计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类外设：输入输出（I／O）接口和输入输出（I／O）通道存储器和外围设备各自不同的性质、特点3.1概述（1）存储器功能单一（保存信息）、品种有限（ROM、RAM）、存取速度与CPU的工作速度基本匹配。因此，存储器可以直接挂到CPU总线上，很方便（2

2、）外围设备种类繁多，有机械式的、机电式的或电子式的；有的作为输入设备、有的作为输出设备；有的既可作为输入设备，又可作为输出设备；工作速度不一，外围设备的工作速度通常比CPU的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往又差别很大；信息类型和传送方式不同，有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。如此复杂的功能，仅靠CPU及其总线是无法承担的，必须增加I／O接口电路和I／O通道才能完成I／O接口和I／O通道是计算机控制系统不可缺少的组成部分3.1概述I／O接口电路I／O信号的种类I／O通道计算机和

3、外部的通信方式3.1概述3.1.1I／O接口电路（1）I／O接口电路也简称接口电路，主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）功能：在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用（2）为什么要设置接口电路?解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能3.1概述3.1.1I／O接口电路解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题主机的CPU是高速处理器件，而外围设备的工作

4、速度比CPU的速度慢得多。为保证CPU的工作效率并适应各种外围设备的速度配合要求，应使CPU和外围设备异步工作，这就要在CPU和外围设备之间进行协调和通信联络，这仅靠CPU和外围设备本身往往是难于解决的，需借助于I／O接口电路I／O接口电路为完成时序配合和通信联络功能，通常都设有数据锁存器、缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。通过接口电路，CPU采用查询或中断控制方式为慢速外围设备提供服务，就可保证CPU和外围设备间异步而协调的工作，既满足了外围设备的要求，又提高了CPU的利用率3.1概述3.1.1I／O接口电路解决CPU

5、和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题CPU是按并行处理设计的高速处理器件速率和电平要求匹配3.1概述3.1.1I／O接口电路解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题不能将各外围设备的数据线、地址线直接挂到CPU的数据总线和地址总线上（a）CPU总线的负载能力的问题（b）外围设备端口的选择问题过多的信号线直接接到CPU总线上，必将超过CPU总线的负载能力采用接口电路可以分担CPU总线的负载，使CPU总线不致于超负荷运行，造成工作不可靠所有外围设备的数据线都直接接到CPU的数据总线上，数据总线上的信号将是混乱的无法区分是送往

6、哪一个外围设备的数据还是来自哪一个外围设备的数据3.1概述3.1.1I／O接口电路接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能一个端口通过软件设置既可作为输入口又可作为输出口，或者作为位控口多数用于串行通信的可编程接口芯片都具有传输错误检测功能，如可进行奇／偶校验、冗余校验等3.1概述3.1.2I／O通道I／O通道也称为过程通道，是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道（1）功能将从被控对象采集的参量变换成计算机所要求的数字量（或开关量）的形式，送人计算机计算机按某一数学公式计算后，又将其结果以数字量形式或转换成模拟

7、量形式输出至被控制对象3.1概述3.1.2I／O通道（2）I／O接口和I／O通道的联系接口和通道紧密相连：都是为实现主机和外围设备（包括被控对象）之间信息交换而设的器件在电路上往往结合在一起了解决微型计算机和外部（包括常规外围设备、被控对象和系统的操作者）的连接问题，以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3.1概述3.1.3I／O信号的种类（1）数据信息数据信息、状态信息和控制信息数字量模拟量开关量脉冲量指由键盘、磁盘机、拨码开关、编码器等输入的信息主机送给打印机、磁盘机、显示器、被控对象等的输出信息二

8、进制码的数据或是以ASCll码表示的数据或字符（通常为8位的）来自现场的温度、压力、流量、速度、位移等物理量也是一类数据信息一般通过传感器将这些物理量转换成电压或电流要经过A／D转换变成数字量，最后送入计算机从计算机送出的数字量要经过D／A转换，变成模拟量，最后控制执行机构模拟量代表的数据