输入输出通道接口技术共104页文档
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信号输入输出通道的接口技术
PL5： MOV A，P1 JNB ACC.6，PL5 ；查DS3 SWAP A INC R0 MOV@R0，A ； 保存十位 PL6： MOV A，P1 JNB ACC.7，PL6 ； 查DS4 XCHD A，@R0 ；保存个位 RET PERR： SETB l0H ； 置1量程错标志 RET
DS1 Q3 Q2 Q1 Q0 输出结果状态
——————————————
1 1 x x 0 千位数为0 1 0 x x 0 千位数为1 1 x 1 x 0 输出结果为正 1 x 0 x 0 输出结果为负 ——————————————————————— 1 0 x x 1 输入信号过量程 1 1 x x 1 输入信号欠量程
11.3 模拟量输入通道的接口技术
ADC芯片型号很多，在精度、速度和价格方面千差万别， 较为常见的ADC主要有逐次逼近型、双积分型和电压频率 变换型三种。 双积分型ADC，一般精度高；对周期变化的干扰信号 积分为零，因此抗干扰性好；价格便宜，但转换速度慢。
逐次逼近型ADC，在转换速度上同双积分型ADC相比要 快得多。精度较高(12位及12位以上的)，价格较高。
LE1 WR2
LE2
3 20 10
AGND VCC DGND
CS WR1
XFER
输入寄存器地址：ILE为1，/CS为0, /WR1为0 DAC寄存器地址： /WR2为0 ， /XFER为0
二、 DAC0832与MCS－51的接口 单片机与DAC0832的接口，可根据需要按单级缓冲器方式、 二级缓冲器方式和直通方式联接。 1、单缓冲器连接方式 DAC0832以单缓冲器方式与8051的接口电路图所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第7章控制系统接口技术输入输出通道ppt课件全
2. DAC1210芯片及接口电路（续）
DAC1210与计算机总线的连接如图7.17所示，由于片内有两级缓冲锁
存器，直接与计算机总线连接。高8位数据输入线DI4～DI11连接数据总线的 D0～D7；低4位数据输入线DI0～DI3连接数据总线的D4～D7。电流型输出接
运放A1，输出负极性电压，经运算放大器A2进行反相，输出正极性电压。
PC 总
接
采样
保持器 多
V/I变换器
通道1
D/A
路
开
线
口
关
采样
保持器
V/I变换器
通道 n
图7.13 共享D/A结构
7.2.2 D/A转换器及其接口 模/数(A/D)和数模(D/A)转换技术是数字测量和 数字控制领域的分支。D/A转换器输入的是数字量， 经转换后输出的是量化的模拟量。有关D/A转换器的 技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性 度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类（ 二进制或BCD码）等。
(MSB)
DI7
13 D Q
DI6
14
DI5 DI4
15 16
8位
DI3 DI2
4 5
输入
DI1 DI0
6 7 寄存器
DQ
(LSB)
ILE 19
1 2 17 18
DQ 8位 DAC 寄存器 DQ
当 当
8
12 8位
11 D/A
VREF IOUT2 IOUT1
寄存器 9
Rfb
3
AGND
Q=D 10 锁存数据
7.3 开关量输入接口技术
在计算机控制系统中，需要处理一些基本 的输入输出信号，即开关量（数字量）信号。 这些信号包括，开关的闭合与断开、继电器或 接触器的吸合与释放、指示灯的亮与灭、阀门 的打开与关闭和电机的启动与停止等。这些信 号都可以用二进制的 “1”和“0”来表示。
输入和输出设备及接口技术概论
R
2R I2
R
2R I1
R 2R
2R 2R I0 D0
开环增益极大,输入端之间电压差约为“0” “1” 因输入阻抗极大,输入电流约为“0”
“0” 从而: 由节点向下看，阻值均为2R 由节点向下、右看，阻值均为R
RF
I
+
Vout
加法器电路
开关控 制电路
每个2R支路的电流均为 上一支路的1/2： I7 = (Vref/2R) I6 = (Vref/2R)/2 I5 = (Vref/2R)/4
32 33 34
35
36
37
38
P0.0 39
GND
~ ~
1 STB
19 BUSY
17 15
DB 7
13 11
TPμP-
9 7
40A/16A
5
3 DB 0
GND
TPμP-40A/16A与8031数据总线接口电路图
TPμP-40A/16A与8031扩展I/O口连接的接口电路图
TPμP-40A/16A与MCS-51单片机接口电路图
S A 输
20
20
CK ERR
B7 BUSY
7 19
DB0 ~DB7 BUSY
STB
ACK 输入
20ns 50ns
NO CARE DATA
0 ~ 50ns
NEXT
>6μs
>0.5μs
时间不定 （不同命令，数据而~异） 20 ~ 30μs
信号时序图
WR 16
P2.7 28
RD 17
8031
P0.7
………… I0 = (Vref/2R)/128
第二章 输入输出通道及接口技术(1)
开环输出电阻Ro
运放开环时，其输出级输出电阻，用Ro表示。
Ro的大小表示了运放的负载驱动能力。
上升速率SR
运放在大幅度信号的作用下，输出电压随时间
滤波器后置的等效输入噪声滤波器前置的等效输入噪声223信号调理通道中的常用放大器智能仪器的信号调理通道中针对被放大信号的特点并结合数据采集电路的现场要求目前使用较多的放大器有通用集成运算放大器仪表放大器程控增益放大器以及隔离放大器1通用集成运算放大器集成运算放大器一般由偏置电路差动输入电路中间放大级输出级输出及过载保护电路组成
6）稳定性的选择
传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称 为稳定性。影响稳定性的因素除了传感器本身的结构外， 主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好 的稳定性，必须使传感器有较强的环境适应能力。在选 择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体 的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减 小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，超过使用 期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能 是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能 轻易更换或标定的场合，所选用的传感器的稳定性要求 更严格，要能够经受住长时间的考验。
因此应根据以上要求，传感器的选用主要从以下 几方面进行。 1）类型的选择
要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何 种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能 确定。因为即使是测量同一物理量，也有多种原理的 传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则 需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑，具 体包括：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求； 测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方式是 有线还是非接触测量；传感器的来源是国产、进口还 是自行研制；价格能否承受等。
输入输出接口和输入输出通道优秀课件
通常波特率在
50~9600波特之间， 高速可达19200波 特。
串行通信多采
用异步通信，收发
双方的时钟误差或
波特率误差允许值
4~5%。
4 ）同步通信
采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通 常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符， 接着字符一个接一个的传输。在没有信息要传送时， 要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
输入输出接口和输入输 出通道
门电路
& 与非门
=1 异或
≥1 或门 1 非
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2.1 概 述
➢ 计算机控制系统的硬件组成：主机、外围设备 ➢ 两类外设： 1）常规外设，如键盘、CRT、打印机、磁盘机 2）被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等 ➢ 无论哪一类外设都要通过Ｉ/O接口和输入/输出通道
通过软件编程指定的。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用的并行接口电路芯片，如Z-80系列的
PIO、Intel系列的8255A等。
（二）串行通信
（1）传输线条数n=1～2；
（2）传输线既可做数据线又可做联络线用；
（3）每个数据都占一个固定的时间长度；
串行通信分为全双工方式和半双工方式、同步方式 和异步方式。
状态信息
围
系 统
控制信息
设 备
三、计算机和外部的通讯方式
1）并行通信
2）串行通信
3）有线网络通信
4）无线通信 （P17）
（一）并行通信
（1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线） 握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是
查询式I/O接口简化流程图
➢ 数据采集的参量分两类：
50~9600波特之间， 高速可达19200波 特。
串行通信多采
用异步通信，收发
双方的时钟误差或
波特率误差允许值
4~5%。
4 ）同步通信
采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通 常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符， 接着字符一个接一个的传输。在没有信息要传送时， 要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
输入输出接口和输入输 出通道
门电路
& 与非门
=1 异或
≥1 或门 1 非
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2.1 概 述
➢ 计算机控制系统的硬件组成：主机、外围设备 ➢ 两类外设： 1）常规外设，如键盘、CRT、打印机、磁盘机 2）被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等 ➢ 无论哪一类外设都要通过Ｉ/O接口和输入/输出通道
通过软件编程指定的。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用的并行接口电路芯片，如Z-80系列的
PIO、Intel系列的8255A等。
（二）串行通信
（1）传输线条数n=1～2；
（2）传输线既可做数据线又可做联络线用；
（3）每个数据都占一个固定的时间长度；
串行通信分为全双工方式和半双工方式、同步方式 和异步方式。
状态信息
围
系 统
控制信息
设 备
三、计算机和外部的通讯方式
1）并行通信
2）串行通信
3）有线网络通信
4）无线通信 （P17）
（一）并行通信
（1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线） 握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是
查询式I/O接口简化流程图
➢ 数据采集的参量分两类：
第2章_输入通道接口技术
January 18, 2019
第2章 法
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
在工业控制和工业测量中，经AD转换器采样得 到的数据，必须经过计算机的加工处理后才能得到 相应的准确结果。这个加工处理的过程可以包括数 字滤波、标度变换等步骤。 1、数字滤波 2、标度变换 —— 克服现场干扰 —— 获得直观数据
第2章 输入通道接口技术
2
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
2.1 信号测量与传感器技术
传感器是计算机控制系统的“感触器官”；
传感器能将需要测量的各种参数转换为电信号， 电信号经调理、A/D转换后变为数字信号，然后送给 计算机进行处理。 传感器有很多种类：温度传感器，压力传感器， 流量传感器，等等。
January 18, 2019
第2章 输入通道接口技术
22
1、数字滤波
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
数字滤波——为了减小甚至消除叠加在采样数据中的随 机信号值的影响，利用程序对多次采样信号所得到的数据进 行加工处理，以保证采样数据的准确性及精度。 数字滤波，可以简化硬件设计，参数调整方便，多通道 共用。 常用的数字滤波算法 （1）程序判断滤波 （2）中值滤波 （3）算术平均值滤波 （4）加权平均值滤波 （5）滑动平均值滤波 （6）低通滤波 （7）复合数字滤波
January 18, 2019
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
;AX清零 ;启动AD转换 ;通道IN0地址入栈 ;取EOC的地址 ;读入EOC值 ;比较 ;为零则返回 ;为1，取通道IN0地址 ;读取AD转换结果 ;存入数据区 ;指向下一存储单元 ;指向下一通道 ;循环程序，取下一通道采样数据
(接下页)
第七章输入与输出接口技术PPT课件
第一节 接口技术的基本概念
一、接口的概念与功能
连接系统总线与外部设备的逻辑部件（或称电路）。
▪
各类设备都是通过接口电路接到系统总线上。
▪ 分类：数字接口与模拟接口 串行接口与并行接口
高速与低速接口
▪ 接口应具备的功能：
1.数据的锁存和缓冲功能 2.地址设置功能
3.信号转换功能 4.对外设的控制和监测功能
A
Y0BBiblioteka Y1CY2Y3
G2A Y4
G2B Y5
G1
Y6
Y7
340H 341H 342H 343H 344H 345H 346H 347H
表5-3 3-8译码器 74LS138 真值表
G1 G2A G2B C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
10 10 10 10 10 10 10 10
第七章 输入与输出接口技术
第四节 可编程并行输入输出接口芯片8255A 一、8255A的结构 二、 8255A的引脚 三、8255A的控制字与状态字 四、 8255A的工作方式与操作时序 五、学习接口电路的要点
第五节 可编程定时/计数器芯片8253 一、8253的结构及引脚 二、8253的控制字与状态字 三、 8253的工作方式与操作时序 四、8253 的应用举例
5.中断或DMA 6. 管理功能可编程功能
微机接口系统示意图
系统总线
二、CPU 与I/O设备之间的接口信息
1. 数据信息：计算机中的数据大致分为三种基本类型。 a. 数字量：由键盘、扫描仪等输入的信息，或者 CPU送到显示器、打印机的信息。 b. 模拟量：工业现场的温度、压力、等各种信息。 c. 开关量：开关的开与关，阀门的开与关等，只有 两个状态的量。
第6章基本输入输出接口技术-PPT精选
I/O端口
– 8086～Core2微机采用I/O映射的编址方法。 – I/O端口的地址64K 个8位口地址（0000H-
FFFFH）。
7
2019/9/19
返回
五、I/O组织
1. 基于8088的8位I/O组织
I/O
2.基于8086和80286 16位I/O组织
组
织
3.基于80386和80486 32位I/O组织
效率高。
20
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返回
DMA方式与其它方式比较
MOV AL，[XX] OUT DX，AL
内存/外设
CPU
外设/内存
MOV [XX]，AL IN AL，DX
内存/外设
无需CPU指令
DMA控制器
21
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外设/内存
返回
四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理 等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管 理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。 这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
2 5 6 9 12 15 16 19
C
11 1
CLK CLR
74LS273
2
U2
3 4 7 8 13 14 17 18
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1 11
OE LE
74LS373
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
2 5 6 9 12 15 16 19
11
A0
12
7 4LS04
– 8086～Core2微机采用I/O映射的编址方法。 – I/O端口的地址64K 个8位口地址（0000H-
FFFFH）。
7
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返回
五、I/O组织
1. 基于8088的8位I/O组织
I/O
2.基于8086和80286 16位I/O组织
组
织
3.基于80386和80486 32位I/O组织
效率高。
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DMA方式与其它方式比较
MOV AL，[XX] OUT DX，AL
内存/外设
CPU
外设/内存
MOV [XX]，AL IN AL，DX
内存/外设
无需CPU指令
DMA控制器
21
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外设/内存
返回
四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理 等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管 理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。 这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
2 5 6 9 12 15 16 19
C
11 1
CLK CLR
74LS273
2
U2
3 4 7 8 13 14 17 18
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1 11
OE LE
74LS373
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
2 5 6 9 12 15 16 19
11
A0
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7 4LS04
第三章-输入输出通道和接口技术
光电耦合：输入和输出的信号耦合通过发光管LED和光电管D 之间的光传输实现，其优点是体积小、频带寛、成本低。(B-B 公司ISO100)
（3）可编程增益放大器（PGA）
放大倍数可通过编程进行控制，通过程序可调节放大的倍 数，使A/D转换的输入信号均一化，提高测量的精度。（B-B公 司PGA102、PGA202/203）
CD4051由电平转换、译码、多路开关组成。 电平转换： CMOS到TTL的转换 3-8译码器：通过对分时控制端A、B、C的状态进行译码来
选择某一路的接通。
18
（三）采样/保持 由传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入
到计算机中，需要进行A/D转换。 由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信
1、采样/保持器的基本的组成电路 5-20所示为采样/保持器的基本组成电路。
采样/保持器由两个缓冲器A1、A2和采样开关S，保持电 容CH组成。
（1）采样：S闭合，通过A1向CH快速充电，VOUT跟随VIN 变化。
（2）保持：S断开，当A2的输入阻抗很高时，VOUT = VIN 不变。采样/保持器一旦进入保持阶段，便可启动A/D转换器进 行转换。
14
2、信号的变换
在微机控制系统中，许多传感器的输出均为电压信号， 而有些电动组合仪表的信号为4~200mA的电流，许多执行 器，如电机、控制阀门的输入信号也采用4~200mA的电流， 因此经常需要V/I和I/V间的变换。
目前常用的电压/电流变换电路有两种，一种是采用 分立元件、运算放大器和阻容元件组成的电路；另一种是 近年来发展起来的专用集成电路。
（2）按结构 有单一的A/D转换器，内含多路开关的A/D转换器、 多功能A/D转换器（含多路开关、放大器和采样保持器）。
（3）可编程增益放大器（PGA）
放大倍数可通过编程进行控制，通过程序可调节放大的倍 数，使A/D转换的输入信号均一化，提高测量的精度。（B-B公 司PGA102、PGA202/203）
CD4051由电平转换、译码、多路开关组成。 电平转换： CMOS到TTL的转换 3-8译码器：通过对分时控制端A、B、C的状态进行译码来
选择某一路的接通。
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（三）采样/保持 由传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入
到计算机中，需要进行A/D转换。 由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信
1、采样/保持器的基本的组成电路 5-20所示为采样/保持器的基本组成电路。
采样/保持器由两个缓冲器A1、A2和采样开关S，保持电 容CH组成。
（1）采样：S闭合，通过A1向CH快速充电，VOUT跟随VIN 变化。
（2）保持：S断开，当A2的输入阻抗很高时，VOUT = VIN 不变。采样/保持器一旦进入保持阶段，便可启动A/D转换器进 行转换。
14
2、信号的变换
在微机控制系统中，许多传感器的输出均为电压信号， 而有些电动组合仪表的信号为4~200mA的电流，许多执行 器，如电机、控制阀门的输入信号也采用4~200mA的电流， 因此经常需要V/I和I/V间的变换。
目前常用的电压/电流变换电路有两种，一种是采用 分立元件、运算放大器和阻容元件组成的电路；另一种是 近年来发展起来的专用集成电路。
（2）按结构 有单一的A/D转换器，内含多路开关的A/D转换器、 多功能A/D转换器（含多路开关、放大器和采样保持器）。
第3章输入输出通道接口技术
D/A转换
隔离
放大 转换
执行器
CPU
D/A转换
隔离
放大 转换
执行器
2、多通道共享D/A转换形式
保持器
CPU
I/O 接口 电路
D/A转换
反多路 开关 保持器
3.3 模拟量输入通道接口技术
在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，常 需将检测到的连续变化的模拟量(如温度、压力、流量、速 度、液位和成分等)通过模拟量输入通道转换成单片机可以 接收的数字量信号，输入到单片机中进行处理。A/D转换器 是模拟量输入通道的主要组成部分，完成模拟量到数字量的 转换。 A/D转换接口设计主要是根据用户提出的数据采集精度 及速度等要求，按一定的技术准则和经济原因合理的选择通 道结构和A/D转换器芯片，并适当配置多路模拟开关、前置 放大器、采样保持器、接口和控制电路等，实现模拟量到数 字量的线性转换，对被测信号进行采集和处理。
就可以很简单地实现与单片机间的电气隔离；其二，在转换
精度要求日益提高的前提下，使用串行ADC的性价比较高， 且芯片小，引脚少，便于线路板制作。
ADC0832
ADC0832由NS公司研制的8位逐次逼近型串行A/D转换 器，其主要特点如下： 1) 8位分辨率； 2) 双通道A/D转换；
3) 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
信息 来源
输出驱动
输出信息 种类
通道类型
计 算数 机字 输量 出 的
阀门的开、关，触点的通、 开关量 断，电机的启、停等 数字量 电压或 电流
数字量 输出通道
数字量（数字设备） 执行器（电动、气动、液 压执行器械）
模拟量 输出通道
3.2.1 模拟量输入通道的结构
输入通道的一般结构： 1、并行转换结构
隔离
放大 转换
执行器
CPU
D/A转换
隔离
放大 转换
执行器
2、多通道共享D/A转换形式
保持器
CPU
I/O 接口 电路
D/A转换
反多路 开关 保持器
3.3 模拟量输入通道接口技术
在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，常 需将检测到的连续变化的模拟量(如温度、压力、流量、速 度、液位和成分等)通过模拟量输入通道转换成单片机可以 接收的数字量信号，输入到单片机中进行处理。A/D转换器 是模拟量输入通道的主要组成部分，完成模拟量到数字量的 转换。 A/D转换接口设计主要是根据用户提出的数据采集精度 及速度等要求，按一定的技术准则和经济原因合理的选择通 道结构和A/D转换器芯片，并适当配置多路模拟开关、前置 放大器、采样保持器、接口和控制电路等，实现模拟量到数 字量的线性转换，对被测信号进行采集和处理。
就可以很简单地实现与单片机间的电气隔离；其二，在转换
精度要求日益提高的前提下，使用串行ADC的性价比较高， 且芯片小，引脚少，便于线路板制作。
ADC0832
ADC0832由NS公司研制的8位逐次逼近型串行A/D转换 器，其主要特点如下： 1) 8位分辨率； 2) 双通道A/D转换；
3) 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
信息 来源
输出驱动
输出信息 种类
通道类型
计 算数 机字 输量 出 的
阀门的开、关，触点的通、 开关量 断，电机的启、停等 数字量 电压或 电流
数字量 输出通道
数字量（数字设备） 执行器（电动、气动、液 压执行器械）
模拟量 输出通道
3.2.1 模拟量输入通道的结构
输入通道的一般结构： 1、并行转换结构
第6章基本输入输出接口技术-PPT精选
效率高。
20
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返回
DMA方式与其它方式比较
MOV AL，[XX] OUT DX，AL
内存/外设
CPU
外设/内存
MOV [XX]，AL IN AL，DX
内存/外设
无需CPU指令
DMA控制器
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外设/内存
返回
四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理 等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管 理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。 这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
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2019/9/9
返回
6.3
15 17
2A3 2A4
I/O接口的读写技术119
1G 2G
74LS240
B
2Y3 2Y4
5 3
15 17
1 19
1
一、简1 单输入输出接口2
3
输入采用缓冲器,输出采用锁存器。
D
1.常用缓冲器：
A
U1
U2
2 4 6 8
1A1 1A2 1A3 1A4
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
7 4LS32
U1 A
3
A7 1
U2 A
1
2
2
A9
3
A8
4
7 4LS04
C
A2 1 A1 2 A0 13
U3 A
A6
5
A5
6
A4
11
12 12
U5
2 3 4 5 6 7 8 9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
20
2019/9/9
返回
DMA方式与其它方式比较
MOV AL，[XX] OUT DX，AL
内存/外设
CPU
外设/内存
MOV [XX]，AL IN AL，DX
内存/外设
无需CPU指令
DMA控制器
21
2019/9/9
外设/内存
返回
四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理 等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管 理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。 这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
22
2019/9/9
返回
6.3
15 17
2A3 2A4
I/O接口的读写技术119
1G 2G
74LS240
B
2Y3 2Y4
5 3
15 17
1 19
1
一、简1 单输入输出接口2
3
输入采用缓冲器,输出采用锁存器。
D
1.常用缓冲器：
A
U1
U2
2 4 6 8
1A1 1A2 1A3 1A4
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
7 4LS32
U1 A
3
A7 1
U2 A
1
2
2
A9
3
A8
4
7 4LS04
C
A2 1 A1 2 A0 13
U3 A
A6
5
A5
6
A4
11
12 12
U5
2 3 4 5 6 7 8 9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
第6章基本输入输出接口技术-PPT精选
01F0-01FF 标准 IDE/ESDI 硬盘控制器
14
2019/10/26
返回
I/O指令时序
ABus ADS IORC DBus
P8 或 DX 指示的地址
(a) IN指令操作时序 IN AL,P8 或IN AL,DX
P8为8位端口地址
ABus ADS IOWC
DBus
P8 或 DX 指示的地址
18 16 14 12
2 4 6 8
1A1 1A2 1A3 1A4
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
18 16 14 12
C
1Ai
11 13 15
2A1 2A2 1G 2A3
1Yi
2Y1 2Y2 2Y3
9 7 5
17
2A4
2Y4
3
2Ai
2Yi
1 19
1G 2G 2G
1Ai
1Yi
11 13 15
2A1 2A2 1G 2A3
7 4LS32
U1 A
3
A7 1
U2 A
1
2
2
A9
3
A8
4
7 4LS04
C
A2 1 A1 2 A0 13
U3 A
A6
5
A5
6
A4
11
12 12
U5
2 3 4 5 6 7 8 9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
18 17 16 15 14 13 12 11
0089-008B DMA 控制器 1
03F2-03F5
软磁盘控制器
00A0-00A1 中断控制器（从中断控制器) 03F6
第6章基本输入输出接口技术-PPT精选
01F0-01FF 标准 IDE/ESDI 硬盘控制器
14
2019/12/21
返回
I/O指令时序
ABus ADS IORC DBus
P8 或 DX 指示的地址
(a) IN指令操作时序 IN AL,P8 或IN AL,DX
P8为8位端口地址
ABus ADS IOWC
DBus
P8 或 DX 指示的地址
第6章 基本输入输出接口技术
【本章提要】
本章首先概述I/O的基本知识，然后讨论输入/输出控制方式，I/O接口的 读写技术， 并行通信与串行通信，最后重点讨论常用可编程典型I/O接 口芯片及其接口技术。
【学习目标】
了解I/O接口信息、I/O编址方法、I/O组织、I/O控制方式、并行通信及 串行通信等输入输出基础知识。
组
织
3.基于80386和80486 32位I/O组织
4.基于Pentium~Pentium4的64位I/O组织
8
2019/12/21
返回
8位I/O组织-基于8088
D7~D0
系 统 IO R C
总 IO W C 线
D7~D0 RD 64K 个 I/O
WR A15~A0
A15~A0
9
2019/12/21
0089-008B DMA 控制器 1
03F2-03F5
软磁盘控制器
00A0-00A1 中断控制器（从中断控制器) 03F6
第一个硬盘控制器
00C0-0DF DMA 控制器 2
03F8-03FF
串行通信口 1（COM1）
00F0-00FF 数值协处理器
0170-0177H 标准 IDE/ESDI 硬盘控制器 没有指明的端口，用户可以使用。
第6章基本输入输出接口技术-PPT精选
从8086～Core2 I/O地址采用A15～A0共16 条地址线，且与存储器分开编址。 2. 系统板保留的1K个I/O端口 （详见书P.238表6.1）
000H-03FFH，共1K个8位端口 3. 查看当前系统I/O地址分配
13
2019/10/31
返回
系统板保留的1K地址
I/O 地址
I/O 设备端口
3
2019/10/31
返回
二、I/O接口的功能
1. 内部地址译码 2.提供联络信号 3.信号特性匹配（如电平转换） 4.信息格式的转换（如正负逻辑的转换，串并
格式，模数转换） 5.数据缓冲与锁存 6.对外设进行中断管理 7.提供时序控制
4
2019/10/31
返回
三、CPU与I/O设备间的接口信息
2019/10/31
返回
32位I/O组织-基于80386~80486
D31~D0
IORC 系 统 总 线
IOWC W
A15~A2 BE3 BE2 BE1 BE0
RD D31~D24 16K个I/O
WRA13~A0 CS
RD D23~D16 16K个I/O
WRA13~A0 CS
OE D15~D8 16K个I/O
(b) OUT 指令操作时序
OUT P8,AL或OUT DX，AL P8为8位端口地址
15
2019/10/31
返回
6.2 输入输出控制方式
直接程序控制方式 中断控制方式 DMA控制方式 I/O处理机控制方式
16
2019/10/31
一、直接程序控制方式
含义：直接在程序控制下进行微处理器与外 设之间的数据传送。
0061
系统扬声器
000H-03FFH，共1K个8位端口 3. 查看当前系统I/O地址分配
13
2019/10/31
返回
系统板保留的1K地址
I/O 地址
I/O 设备端口
3
2019/10/31
返回
二、I/O接口的功能
1. 内部地址译码 2.提供联络信号 3.信号特性匹配（如电平转换） 4.信息格式的转换（如正负逻辑的转换，串并
格式，模数转换） 5.数据缓冲与锁存 6.对外设进行中断管理 7.提供时序控制
4
2019/10/31
返回
三、CPU与I/O设备间的接口信息
2019/10/31
返回
32位I/O组织-基于80386~80486
D31~D0
IORC 系 统 总 线
IOWC W
A15~A2 BE3 BE2 BE1 BE0
RD D31~D24 16K个I/O
WRA13~A0 CS
RD D23~D16 16K个I/O
WRA13~A0 CS
OE D15~D8 16K个I/O
(b) OUT 指令操作时序
OUT P8,AL或OUT DX，AL P8为8位端口地址
15
2019/10/31
返回
6.2 输入输出控制方式
直接程序控制方式 中断控制方式 DMA控制方式 I/O处理机控制方式
16
2019/10/31
一、直接程序控制方式
含义：直接在程序控制下进行微处理器与外 设之间的数据传送。
0061
系统扬声器
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信号 输入
主机箱
数据
通
采集
用
CRT 打印机
微机测控系统的任务就是对生产 信号 与控
计
键盘
现场的过程参数进行检测、记录、存 输出 制通
算
磁盘
储、处理、打印、显示及报警。
道
机
驱动器
1.数据采集系统的基本功能 数据采集系统的功能：
计算机数据采集系统
① 时钟功能。即确定数据采样周期，同时也能为系统提供时间
基淮。
采样前后信号波形的变化
第四章 输入输出通道接口技术
（3）采样定理 如果x（t）是有限带宽信号，其最高频率为fmax， 要采样频率fS≥2fmax，那么，一定可以由采样信号x*（t）无失真
地恢复出连续信号x（t）。
（4）采样定理的应用
由于所有的信号并非都是“有限带宽”，所以在实际应用中， 往
往所取的实际采样频率fS比两倍fmax大，一般而言，fS至少取4 fmax。 常用被测对象采样周期的经验值如表所示。
M CS-51 频 率 量 光电隔离
数字控 数字量输出控制 制装置
V /F
直流驱动功放
制系统
程
隔离电源 DC— DC
功率控制电源
内 过零切换
容
8
输出通道结构图
第四章 输入输出通道接口技术
4.1.3 采样定理
1.信号的采样 把连续变化量变成离散量的过程。
2.采样信号 把以一定时间间隔T逐点采集连续的模拟信号，并保持一
容
9
第四章 输入输出通道接口技术
xt
t
t
t
t
调制器
0
-3T -2T -1T 1T 2T 3T xt
x t
采样器原理图
连续时间函数x（t）经过等间隔理想采样后离散信号的数学表达式
课 程
xtxtTtT t ——等间隔的脉冲序列
由于 Tt tNt f ——称为采样频率
内
数字信号的形式主要有开关量、二进制数字量和频率量，它们可直接用于开关
容
量、数字量控制系统及频率调制系统。
7
模拟量控制系统，则应通过数/模转换（D/A）将其变换成模拟量信号。
第四章 输入输出通道接口技术
开关量 光电隔离
开关量 功率开关驱动 控制装置
数字量 光电隔离
直 流装伺置
D /A
直流驱动功放 服装置
4.4 开关量输入/输出通道
4.4.1 开关量I/O通道的一般结构
4.4.2 开关量输入信号的调理
4.4.3 开关量输出驱动电路
4.4.4 开关量I/O通道设计
4.5 电机、步进电机接口技术
课
4.5.1 电动机控制接口 4.5.2 步进电机控制接口技术
程 提
4.6 数据采集系统举例
4.6.1 数据采集系统的技术要求 4.6.2 数据采集系统的设计举例
开 关 非 TTL
信号
TTL 电平
输入通道结构类型表
输入通道结构
A /D V /F
放大
A /D
放大
V /F
I/V
A /D
I/V
V /F
I/V
放大
A /D
I/V
放大
V /F
放大
整形
防抖
整形
单片机 单片机 单片机 单片机 单片机 单片机 单片机 单片机
单片机 单片机 单片机
单片机
第四章 输入输出通道接口技术
② 将现场检测传感器送来的模拟电信号按一定的次序巡回地采
课
样、进行A／D转换并存储数据，即完成数据的采集。 ③ 对数字量按预定算法进行处理。
程
④ 显示和打印输出。
内
⑤ 当过程参数越限时进行报警。
容
2
第四章 输入输出通道接口技术
2.设计数据采集系统所涉及的主要问题
（1）分辨率和精度
（2）模拟量输入通道的数量
放
课
① 单通道数据采集系统。如图所示。
感 器
程
模拟信号经放大器放大，通过采
内 样/保持器（S/H）送入A/D转换器。
容
大
S/H
A/D
CPU
器
单通道数据采集系统结构
6
第四章 输入输出通道接口技术
② 多通道典型数据采集系统
传感器
利用多路开关（MUX）让 多个被测对象共用同一个采集 通道，这就是多通道数据采集 系统的实质。
传感器
多路
放
传感器 开关
大
S/H A/D CPU
…
MUX
器
3.输出通道的一般结构
传感器
（1）输出通道的作用
多通道数据采集系统结构
是计算机对采样数据实现某种运算处理后，将处理结果回送给被测对象的数据
通路。
课
（2）输出通道一般结构
程
取决于被测对象和控制任务。输出通道的一般结构如下图所示。 （3）输出数据的形式
R1
外接
组成差动式放大电路，输入信号加在 RG
R1＇
A3
VOUT
课 程
A1、A2的同相输入端，从而具有高抑
制共模干扰的能力和高输入阻抗。功 VIN+ 率放大器A3为后级，它不仅切断共模
A2
R2＇
RS＇
负载
内 干扰的传输，还将双端输入方式变换
测量放大器的原理图
容
成单端输出方式，以满足负载的需要。
15
第四章 输入输出通道接口技术
14
第四章 输入输出通道接口技术
2.信号调节常用器件
（1）测量放大器
① 测量放大器的特点 具有高共模抑制比、高速度、高精度、宽频带、
高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等。
② 测量放大器的工作原理
a.结构：由三个运算放大器构成，其 VIN-
R2
内部基本电路如图所示。
A1
RS
S’
b.工作原理：A1、A2二个同相放大器
个时间t，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号
瞬时值的一组方波序列信号。采样周期为
tK1tK 常量（T）（K=0、1、……）
3.采样定理
（1）采样器
课
采样器相当是调制器，被调制信号为模拟量输入信号，以采样开
程 关的单位脉冲串作为调制频率，以离散脉冲信号输出。采样器原理如 内 下图所示。
计
算信号调节 机电路结构
课
a）多路采集
程
对于多通道数据采集系统的输入通道，必须设置多路选择开关，如图b
内 所示。为避免小信号通过模拟开关造成较大的附加误差，在传感器输出信号
容
过小时，每个通道应设前置放大环节。在多路选择开关之后设置一可编程增 益放大器，利用计算机编程控制增益，以满足各通道对信号增益的要求。
难点：模拟量输入通道的信号调理。
课堂讨论：
模拟信号调理的主要功能是什么？
采样定理与采样周期的确定。
模拟量输入通道中，模/数转换的方式有哪些？
现代教学方法与手段：
课
微型计算机测控技术网络课程
时
PowerPoint
授 课
复习（提问）：
在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通 道中必须采用采样/保持器？为什么？
（3）采样频率
（4）数据处理的要求
3.数据采集系统的发展
课
① 新型快速、高分辨率的数据转换器件的发展；
程
② 数据采集与信号处理紧密结合；
内
③ 智能传感器的发展；
容
④ 分布式数据采集系统，适合不同环境的要求。
3
第四章 输入输出通道接口技术
4.1.2 数据采集系统的一般结构
数据采集系统的硬件主要由输入通道、输出通道组成的。
“测” ，即所谓的数据采集过程。它是通过被测信号的输入
课
通 道，将传感器送来的过程参数，转换成数字量送入微机； “控” ，
程 即所谓的数字信号转换成模拟信号的过程。它是由输出通道将微机
内 运算的结果变成控制参量送到执行机构取得相应的控制效果。
容
1
第四章 输入输出通道接口技术
4.1 数据采集与处理技术基础 4.1.1 数据采集系统概论
容 ② 传感器输出的是小信号模拟电压
4
应将该信号电压放大，以满足A/D、V/F转换所要求的输入电压。
第四章 输入输出通道接口技术
课 程 内 容 5
传感器输出信号 大信号
模拟电压 V
小信号模拟电 压 mV、μ V
大信号电流 0~10m A 4~20m A
小信号电流 mA、μ A
频率 小信号
TTL 信号 电平信号
内
利用频率卷积定理： x * ( t) x ( t)T ( t) x (f) (f)
容 10
所以 x (f) x (f)1 f n f1 s x ff n f1 s x f n f
T
T
T
第四章 输入输出通道接口技术
时
了解微机测控系统中输入/输出通道的作用；
授
了解信号调理的一般方法和信号调理电路中常用的器件和电路 ； 掌握数据采集系统的基本概念；
课
掌握输入/输出通道的一般结构和常用器件的使用方法；
计
学会输入/输出通道的及软、硬件设计方法。
划
第四章 输入输出通道接口技术
重点与难点：
重点：输入/输出通道的设计方法；
计
光电耦合器使用时应注意什么？
划
第四章 输入输出通道接口技术
第4章 输入输出通道接口技术
4.1 数据采集与处理技术基础
4.1.1 数据采集系统概论