讲义第二章输入输出接口与过程通道

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1、第二章输入输出接口与过程通道接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，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交换信息的技术。外部设备的各种信息通过输入接口送到计算机进行处理，计算机的各种信息通过输出接口送到外部设备进行控制。尤其在工业过程的计算机控制系统中，输入输出接口无时无刻都在起着重要的作用，因为信息的交换是时刻发生的。过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道（AI），模拟量输出通道（AO），数字量（开关量）输入通道（DI），数字量（开关量）输出通道（DO）。在计算机控制系统中，工控机必须经过过程通道和生

2、产过程相连，而过程通道中又包含有输入输出接口，因此输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。本章对工业控制机的输入输出接口和过程通道进行设计和分析。【补充知识】采用输入输出（I/O）接口的必要性：键盘，鼠标，磁盘，扫描仪，U盘等是大家熟悉的输入设备，而磁盘，CRT，打印机，绘图仪等则是最常见的输出设备。所有这些设备可以统称为计算机的外围设备，简称外设（Peripherals），或I/O设备。为了让这些设备能够按照计算机的要求有次序的输入或接收数据，CPU必须能够控制这些输入输出设备的启动和停止，以及了解它们的当前工作状态，并据此送出相应的控制命令。通常，我们把

3、计算机与外设之间的这种交换数据，状态，和控制命令的过程统称为通信（Communication）。CPU与外设交换信息的过程，和它与存储器的交换数据一样，也是在控制信号的作用下，通过数据总线来完成的。但后者要简单的多。因为存储器芯片的存取速度与CPU是在同一数量级的，而且存储器本身具有数据缓冲的能力。因此，CPU可以通过数据总线方便，迅速的与存储器进行数据交换。而外设则不同，因为外部设备的种类繁多，要求也各不相同，容易带来以下许多问题，因此大多不能直接通过数据总线直接连接。1速度不匹配。2信号电平不匹配。CPU往往采用TTL电平页：1TTL:Transister-Trans

4、isterLogic,晶体管－晶体管逻辑，TTL电路的电源供电允许在正负5V加减10％的范围内。与此对应的是CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体)电路，其电源供电允许在正负5V到15V的范围内。。而外设则是复杂的机电设备，不能用TTL电平来驱动，有各自专用的电源和信号电平。3信号格式不匹配。有模拟量，数字量，电流量，电压量，串行，并行多种形式。4时序不匹配。许多外设有自己的定时与控制逻辑。因此，I/O设备常常不能直接与CPU的系统总线相连，而必须设置专门的接口（Interface）

5、电路来解决上述的问题。接口电路的基本功能除了解决上述4个矛盾之外，还应该能提供地址译码电路。CPU要与多个外设打交道，一个外设接口常包含若干个端口，而同一时刻CPU只能与某一个端口交换信息，只有被CPU选中的设备才能接收和发送数据，这就需要有外设地址译码电路。【补充知识】戴梅萼，微型机算计技术及应用，清华大学出版社，P1361串行接口和串行通信，并行接口和并行通信12许多外部设备和计算机是按照串行方式来进行通信的，就是说，数据是一位接一位进行传输的，在传输过程中，每一位数据都占据了一固定的时间长度。这种情况就需要用串行接口把这个外部设备连接到总线上。并行通信就是把一个字符

6、的各数位用几条线同时进行传输。可编程串行通信接口8251A，可编程并行通信接口8255A2全双工方式，半双工方式如果一个数据通信系统中，对数据的两个传输方向采用不同的通路，这样的系统就可以工作在全双工方式，可以同时进行发送和接受。在半双工方式中，输入过程和输出过程使用同一个通路。例如，计算机用串行接口连接显示终端，而终端带有键盘。一方面键盘上输入的字符送到主机内存；另一方面，主机内存的信息可以送到屏幕显示。前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的，即工作于全双工方式。从键盘打入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来，而不是回送的方法。对于打印机这种单

7、方向传输的外部设备，只用半双工即可。3同步通信方式，异步通信方式同步通信时，将许多字符组成一个信息组，字符可以一个接一个的传输。在每组信息的开始要加上同步字符，没有信息要传输时，填上控字符，不允许有间隙。异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，每个字符的前后都要用一些数位作为分隔符。在传输率相同时，同步方式的信息有效率要比异步方式高。但同步方式下要求信息传输的双方有同一个时钟进行协调，必须传输时钟信号。而异步方式，接受方与发送方的时钟频率不必完全一样。2.1总线技术2.1.1总线的定义、层次结构及种类所谓总线，就是计算机各