数字信号输入输出接口电路
高速数字信号处理器外部电路设计
高速数字信号处理器外部电路设计在现代技术大量应用数字信号处理器（DSP）的时代，高速数字信号处理器外部电路设计成为了一个非常重要的课题。
如何设计一个高效、稳定、准确的数字信号处理系统，是影响数字信号处理器性能的关键因素之一。
因此本文将探讨高速数字信号处理器外部电路设计的技巧和注意事项。
一、高速数字信号处理器概述高速数字信号处理器是一种专门用于数字信号处理任务的微处理器，通过高效的数字信号处理算法对数据进行处理，可以极大地提高处理速度和精度。
常见的高速数字信号处理器有TI的TMS320系列、ADI的ADSP系列、ARM的CORETEX-M系列等。
二、高速数字信号处理器外部电路设计的要素1.时钟设计在高速数字信号处理器的使用中，时钟电路的设计非常重要。
时钟信号的稳定性、精度和频率对于数字信号处理器的运行速度和稳定性都有着直接的影响。
因此，时钟电路的设计应该尽可能的简单、稳定、可靠。
2.电源设计数字信号处理器的电源设计也非常关键。
由于高速设备对电源质量的要求比较高，因此电源的设计应该尽可能的保证稳定性和精度，减小电源波动和噪声对系统的影响。
3.信号输入输出接口数字信号处理器的输入输出接口是数据传输的核心，信号输入输出的速度和精度对于系统的性能影响非常大。
因此，设计过程中应该尽可能的减小信号传输中的失真和噪声，保证数据的准确和可靠。
4.可编程逻辑接口可编程逻辑电路是数字信号处理器的重要组成部分，它能够实现复杂的数字处理算法和运算功能，提高DSP的运算速度和效率。
因此，可编程逻辑电路的设计也是非常重要的。
三、高速数字信号处理器外部电路设计的技巧和注意事项1.时钟电路尽量使用独立时钟源在高速数字信号处理器的设计中，可靠的时钟源能够保证系统的稳定性和精度。
因此，时钟电路应该尽可能的使用独立时钟源，避免将时钟信号引入其他模块。
2.电源电路的设计建议采用隔离式电源隔离式电源是数字信号处理器的稳定性和精度保证的关键。
《数字输入输出端口》课件
未来数字输入输出端口的应用前景
随着物联网和人工智能的 发展，数字输入输出端口 将在更广泛的领域得到应 用，为我们的生活和工作 带来更多便利和创新。
总结
数字输入输出端口是计算 机和外部设备进行数据交 换的重要接口，它在各个 领域都发挥着重要作用， 我们需要继续关注和研究 其发展。
数字输入输出端口
数字输入输出端口是一种用于输入和输出数字信号的接口，具有定义清晰、 使用方便等特点。
什么是数字输入输出端口？
数字输入输出端口是用于将计算机和外部设备进行数据交换的接口。它可以通过发送和接收特定 的电信号，实现对外部设备的控制和通信。
数字输入输出端口的工作原理
数字信号是以离散的形式表示信息的信号，与模拟信号有着明显的区别。数 字信号在数字输入输出端口中通过特定的编码方式进行生成和读取。
数字输入输出端口的应用
单片机的数字输入 输出端口
单片机是数字电子技术 的重要组成部分，通过 数字输入输出端口实现 对外部设备的控制和通 信。
树莓派的数字输入 输出端口
树莓派是一款功能强大 的微型电脑，数字输入 输出端口是其重要特性 之一，可以应用于智能 家居、机器人等领域。
传感器与数字输入 输出端口
传感器可以将模拟信号 转换为数字信号，并通 过数字输入输出端口与 计算机实现信息的交互 和处理。
数字输入输出端口的编程方法
针对数字输入输出端口的编程，我们常用的编程语言包括C、C++、Python等。通过编写相应的代 码，可以实现对数字输入输出端口的控制和操作。
总结与展望
数字输入输出端口的 发展历程
单片机中的数字输入输出接口设计原理
单片机中的数字输入输出接口设计原理数字输入输出（Digital Input Output，简称DIO）是单片机中常用的一种基本接口类型。
单片机通过数字IO口与外部设备进行数据交互，实现控制和通信功能。
本文将介绍数字输入输出接口的设计原理和基本工作原理。
一、数字输入输出接口概述数字输入和输出接口是单片机与外部设备进行数据交互的重要手段。
数字输入主要用于读取外界的状态信息，数字输出则用于控制外部设备。
数字输入/输出接口通常由两部分组成：引脚配置和控制寄存器。
引脚配置：单片机的每一个引脚都可以配置为输入或输出。
当引脚被配置为输入时，它可以读取外部设备的电平或状态信息。
当引脚被配置为输出时，它可以输出控制信号或数据给外部设备。
控制寄存器：控制寄存器用于配置引脚的相关属性和工作模式。
通过写入特定的数值到控制寄存器，可以设置引脚的工作模式、电平状态和其他属性。
控制寄存器的位定义了不同的功能，每个位代表着一个特定的控制信号。
二、数字输出接口设计原理数字输出接口用于向外部设备发送控制信号或数据。
通过配置引脚为输出模式并设置相应的控制寄存器，可以实现数字输出。
数字输出接口的设计原理主要包括以下几个方面：1. 引脚配置：首先需要选择适当的引脚作为输出口。
引脚应具备输出功能，并且能够满足所需的电流和电压要求。
通常情况下，单片机的引脚可配置为不同的输出模式，如推挽输出、开漏输出等。
2. 输出模式选择：根据实际需求，选择适当的输出模式。
推挽输出模式可以提供高的输出电流能力，适用于直接驱动负载；开漏输出模式则适用于需要外接电阻上拉的情况。
对于需要输出PWM信号的情况，可以选择PWM输出模式。
3. 控制寄存器设置：配置输出引脚的相关属性和参数。
控制寄存器包括输出模式、输出状态选择、输出电平控制等。
通过写入相应的数值到控制寄存器，设置输出引脚的工作模式和电平状态。
4. 输出电平控制：根据需要，设置输出引脚的电平状态。
输出引脚可以输出高电平（1）或低电平（0），控制寄存器中的特定位用于选择输出电平。
如何设计电路的输入输出接口
如何设计电路的输入输出接口随着现代电子产品的不断发展，设计电路的输入输出接口变得越来越重要。
一个良好的输入输出接口可以提高设备的稳定性、可靠性和用户体验。
本文将介绍如何设计电路的输入输出接口，以确保电路的正常运作和高效性能。
一、了解输入输出接口的基本概念设计电路的输入输出接口前，首先需要了解输入输出接口的基本概念。
输入接口是电子设备用于接收外部信号或数据的接口，常见的输入接口包括按钮、开关、传感器等。
输出接口则是设备用于向外部发送信号或数据的接口，例如显示器、喇叭、电机等。
了解输入输出接口的基本概念对于设计电路是至关重要的。
二、确定输入输出接口的需求在设计电路的输入输出接口之前，需要明确设备的需求，并确定所需的输入输出接口。
这包括了解设备的功能、运行原理以及所需的信号或数据类型。
根据设备的需求，选择适当的输入输出接口类型，如模拟接口、数字接口、串行接口等。
三、考虑电路输入输出接口的互连方式设计电路的输入输出接口时，需要考虑接口的互连方式。
互连方式可以通过直接连线、插座、连接器等方式实现，具体选择要基于设备类型、接口类型以及使用环境等多方面考虑。
确保互连方式的可靠性和便捷性对于电路的正常运行至关重要。
四、考虑输入输出接口的电气特性输入输出接口的电气特性是设计电路的另一个重要考虑因素。
这包括了解输入输出信号的电压、电流、频率等特性，并确保电路的输入输出接口与设备匹配。
电气特性的考虑需尽可能地降低干扰、提高抗干扰能力、增强信号传输的稳定性。
五、考虑输入输出接口的保护电路设计保护电路的设计是设计电路输入输出接口时必不可少的一部分。
保护电路能够有效地保护电路不受到过压、过流、电磁干扰等外界因素的损害，同时保护外部设备不受电路的干扰。
合理设计保护电路可以提高电路的可靠性和使用寿命。
六、进行输入输出接口的仿真和测试在设计完电路的输入输出接口后，需要进行仿真和测试来验证接口的性能和稳定性。
仿真可以通过软件工具进行，测试则需要使用专业的测试仪器。
第5章 数字信号的输入与输出
第五章数字信号的输入与输出智能仪器的信息输入、输出，可以分为数字量与模拟量。
数字量的输入输出相对较简单，对于模拟量的输入，一般信号都比较微弱，需要放大，A/D转换等。
一、常见的数字信号数字量输入信号：开关、按钮，数字式传感器，方波信号，正弦波信号等。
数字量输出：LED显示、指示灯、液压阀、继电器控制、步进电机控制等。
二、数字量信号的输入特点：1、信号的放大与变换，对于许多数字信号，是信号很弱的周期性信号，如正弦信号，三角波信号。
而输入单片机或微机中的信号一般有一定的电压幅值要求。
如光栅输出的信号就很小的正弦波。
常用的方法，先放大，然后处理。
当电压较高时，也不能直接输入，需要进行分压。
如图所示：2、隔离，对于一些输入信号，由于波动等，很容易对系统产生影响，需要采取隔离输入，常见的是光电隔离。
下图为光耦合器的结构与特性图4-16光耦合器结构与特性a)耦合器结构b)输入特性c)输出特性3、缓冲驱动，为了提高信号的驱动能力，改善信号性能，经常在输入单片机或微机前加一级缓冲，常用的是74HC244等。
4、安全保护，当输入电压变大到一定量时，会对系统造成破坏，因此，对于输入信号变化较大的情况，需要考虑安全保护。
常用稳压二极管等。
5、开关信号输入单片机中的常见方法：按键信号TLP-521-4是4路光耦，光耦前要接限流电阻，不同的光耦由于允许电流不同，限流电阻也不同。
进入单片机前，一般加驱动器74LS244。
三、数字信号的输出1、输出信号的几个问题1）功率匹配问题，单片机或微机的输出信号功率较小，要驱动不同的负载，要求的功率不同，电压不同，所以在在输出驱动时，首先关心输出的电压与功率。
如驱动发光二极管，正向电压为2－2.5V，最大电流为2－20mA，对于AT89C51，I/O口的最大灌电流10mA，因此可以直接驱动发光二极管。
8mA，则：R＝（5－2.2）/0.008=350(Ω)因此R一般选取200Ω－500Ω。
STM8S系列单片机原理与应用(潘永雄)第6-11章章 (5)
第10章 数字信号输入/输出 接口电路
10.1 开关信号的输入/输出方式 10.2 I/O资源及扩展 10.3 STM8S与总线接口设备的连接 10.4 简单显示驱动电路 10.5 LED数码管及其显示驱动电路 10.6 LCD模块显示驱动电路 10.7 键盘电路 10.8 光电耦合器件接口电路 10.9 单片机与继电器接口电路 10.10 电平转换电路
第10章 数字信号输入/输出接口电路
(2) 作输出控制信号线时，必须了解MCU复位期间 和复位后该引脚的电平状态。 STM8S系列MCU芯片在复 位期间和复位后各I/O端口的状态，可参阅第2章有关内 容。
(3) 了解I/O端口输出级电路结构和I/O端口的负载能 力。只有准确了解MCU I/O端口输出级电路结构和负载 能力，才可能设计出原理正确、工作可靠的I/O接口电路。 对于输出口，当输出高电平时，给负载提供的最大驱动 电流就是该输出口高电平的驱动能力。当输出电流大于 最大驱动电流时，上拉P沟MOS管内阻上的压降将增加， VOH会下降。当VOH小于某一个数值时，后级电路会误 认为输入为低电平，产生逻辑错误(即使不产生逻辑错误， 后级输入电路功耗也会增加)。因此，要注意输出高电平 时的负载能力。
第10章 数字信号输入/输出接口电路 图10-1 开关信号输入/输出方式
第10章 数字信号输入/输出接口电路
在矩阵编码方式中，如果行线、列线均定义为输出 状态，就可以输出N × M个开关量。当行、列线中有一 组为输出线，另一组为输入线时，就构成了N × M个输 入检测点，如矩阵键盘电路。
第10章 数字信号输入/输出接口电路
第10章 数字信号输入/输出接口电路
由于74HC595对串行移位脉冲SCLK边沿要求较高，因 此当连线不太长时，将STM8S系列MCU引脚编程为快速推 挽输出方式后，可将MCU芯片I/O引脚与74HC595直接相连， 如图10-2(a)所示。如果连线较长或MCU芯片I/O引脚驱动能 力不足(如MCS-51兼容芯片的P1～P3口引脚)时，可在 74HC595芯片串行移位脉冲输入引脚前插入具有施密特触发 特性的反相器(如CD40106、74HC14等)，使串行移位脉冲 SCLK及并行送数脉冲PCLK边沿变陡，如图10-2(b)所示。 在理论上加两个反相器，如图10-2(c)所示，可使SCLK、 PCLK保持上升沿有效，但会使系统功耗增加，因此不推荐 使用图10-2(c)所示的长线驱动方式。
计算机控制系统数字量输入输出接口与过程通道
2.4模拟量输入接口与过程通道
2.4.1 模拟量输入通道的组成
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路主要通过非电量的转换、信号 的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离 等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准 的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以 及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中 重要的组成部分。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥 （2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
2.5.4 V/I变换
1.集成V/I转换器ZF2B20
2.集成V/I转换器AD694
2.5.5 模拟量输出通道模板举例
图2-47 PCL-726板卡组成框图
2. D/A 转换程序流程 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）： （1）选择通道地址n=1（n=1～6）。 （2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。 （3）臵 D/A高4位数据(D3～DO 有效 )。 （4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。 （5）臵 D/A低8位数据并启动转换。 3. 程序设计举例 PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位， 000H～0FFFH分别对应输出0%～100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH， 设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下： C语言参考程序段如下： outportb ( 0x220 , 0x07 ) // D/A 通道l 输出50% outportb ( 0x221 , 0xff ) 汇编语言参考程序如下：（基地址为220H ）： MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
数字信号输入输出接口电路
2019/2/16
单片机原理与应用
2. 编码输入/输出方式
在这种方式中，将若干条用途相同（均为输入或输 出）的I/O引脚组合在一起，按二进制编码后输入或输出。 例如，对于n条输出引脚，经过译码后，可以控制2n个设 备；对于2n个不同时有效的输入量，经过编码器与CPU连 接时，也只需要n个引脚，如图7-1(b)所示。
8255 I/O口有三种工作方式： 方式0，基本输入/输出方式。特点是对输出信号锁存功 能；对输入信号没有锁存功能。 方式1，选通输入/输出方式。特点是使用C口部分引脚 作为 A 、 B 通信联络信号，对输入、输出数据均具有锁存 功能。 方式2，双向传输方式。只有A口可以工作于方式2， 使用C口部分引脚作为双向传输联络信号，对输入、输出 数据均具有锁存功能。
表7-2 8255工作方式控制字各含义
1 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
工作 方式 控制 字特 征
A口 工作方式控制 00（方式0） 01（方式1） 1x（方式2）
A口 输入/输出 控制 0（输出） 1（输入）
C口高4位 输入/输出 控制 0（输出） 1（输入）
B口 工作方式 控制 0（方式0 ） 1（方式1 ）
2019/2/16 单片机原理与应用
P A N
第7章 数字信号输入输出接口电路
7.1 开关信号输入/输出方式
开关信号包括脉冲信号、电平信号。在单片机控制系 统中，常采用如下几种方式现实开关信号的输入和输出。
2019/2/16
单片机原理与Βιβλιοθήκη 用P A N第7章 数字信号输入输出接口电路
1. 直接解码输入/输出方式
单片机数字输入输出与IO口编程实践指南
单片机数字输入输出与IO口编程实践指南引言：单片机是一种集成电路芯片，具有微处理器、内存和输入输出设备等功能模块。
在现代电子设备和嵌入式系统中，单片机广泛应用于各种领域。
在单片机编程中，数字输入输出（Digital Input Output，简称DIO）和IO口编程是基础而重要的部分。
本文将介绍单片机数字输入输出基础知识和IO口编程的实践指南。
一、数字输入输出的基本概念1.1 数字输入输出（DIO）的定义数字输入输出（DIO）是单片机进行与外部世界的交互的方式。
通过DIO，单片机可以从外部接收数据（输入）和向外部发送数据（输出）。
1.2 二进制表示在单片机中，数字信号被表示为二进制数值。
通常，0表示低电平（或逻辑低），1表示高电平（或逻辑高）。
1.3 IO口的分类单片机的IO口可分为输入口和输出口。
输入口用于接收外部信号，输出口用于向外部发送信号。
1.4 IO口的引脚编号单片机上的每个IO口都有一个引脚编号，通过这个编号可以确定特定的IO口。
二、数字输入输出的实现方式2.1 接口标准单片机的数字输入输出通常与外部设备通过特定的接口标准连接，如GPIO、UART、SPI、I2C等。
2.2 GPIO（通用输入输出）接口通用输入输出（GPIO）接口是最常见和基础的IO接口。
它提供了通用的数字输入输出能力，并且可以配置为输入口或输出口。
2.3 IO口的配置在单片机的程序中，需要对IO口进行相应的配置，包括输入模式、输出模式、输入电平触发方式、输出电平和驱动能力等。
三、IO口编程实践指南3.1 IO口初始化在进行IO口编程之前，首先需要进行IO口的初始化。
初始化包括设置IO口为输入还是输出、设置输入口的电平触发方式、设置输出口的初始电平等。
3.2 数字输入实践数字输入是指单片机通过IO口接收来自外部的数字信号。
为了正确读取到外部信号，需要配置IO口为输入模式，并设置电平触发方式。
3.3 数字输出实践数字输出是指单片机通过IO口向外部发送数字信号。
slic接口电路工作原理
slic接口电路工作原理Slic接口电路工作原理1. 什么是Slic接口电路•Slic接口电路（Subscriber Line Interface Circuit）是一种通信电路，用于连接计算机和电话网络之间的通信。
•它在计算机和电话交换机之间传输数字和模拟信号，使得双方可以进行通话和数据传输。
2. Slic接口电路的组成部分Slic接口电路主要由以下几个组成部分构成： - 输入电路：负责将模拟信号转换为数字信号，以便计算机进行处理。
- 输出电路：将计算机生成的数字信号转换为模拟信号，以便电话交换机进行处理。
- 控制电路：负责控制信号的传输和处理，包括通话状态的切换、拨号等功能。
3. Slic接口电路的工作原理Slic接口电路的工作原理可以简要概括为以下几个步骤： 1. 拨号：当用户拨号时，电话交换机会通过Slic接口电路向计算机发送拨号信号。
2. 输入转换：Slic接口电路的输入电路会将拨号信号从模拟信号转换为数字信号，并传输给计算机进行处理。
3. 计算机处理：计算机接收到数字信号后，会进行相应的处理，包括识别拨号号码、产生通话信号等。
4. 输出转换：Slic接口电路的输出电路会将计算机生成的数字信号转换为模拟信号，并传输给电话交换机进行处理。
5. 通话状态切换：当连接建立后，Slic接口电路会维持通话状态，确保双方可以进行正常通话。
6. 通话结束：当通话结束时，双方挂断电话，Slic接口电路会相应地进行处理。
4. Slic接口电路的应用领域Slic接口电路广泛应用于电话通信系统中，包括有线电话网络和移动电话网络等。
它是电话交换机与计算机之间进行数据交互和通话的关键部分，使得电话系统能够实现更多功能和服务。
5. 总结Slic接口电路是一种连接计算机和电话交换机的通信电路，通过输入、输出和控制电路的协作，实现数字信号和模拟信号的转换和传输。
它在电话通信系统中起着重要的作用，使得双方能够进行通话和数据交互。
单片机数字输入输出
单片机数字输入输出单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、输入输出接口（I/O）和定时器/计数器等功能于一体的集成电路。
它通常被广泛应用于各种电子设备中，如家电、汽车电子、通讯设备等。
其中，数字输入输出（Digital Input/Output）是单片机的基本功能之一。
本文将介绍单片机数字输入输出的原理和实际应用。
一、单片机数字输入输出原理单片机的数字输入输出是通过引脚（Pin）来实现的。
单片机的引脚既可用作输入，也可用作输出。
当引脚用作输入时，它可以接收外部信号，如开关的状态、传感器的测量数据等。
当引脚用作输出时，它可以输出高电平（通常为5V）或低电平（通常为0V），从而控制外部器件的工作状态。
单片机的数字输入输出通常通过寄存器来进行配置和操作。
寄存器是单片机内部的一块存储空间，用于存储各种配置和控制信息。
通过向相应的寄存器写入特定的值，可以配置引脚为输入或输出，并设置引脚的工作模式、电平状态等。
二、单片机数字输入输出的应用1. 按键输入在很多电子设备中，都需要通过按键来进行操作。
单片机的数字输入功能可以用于检测按键的状态。
通过读取引脚的电平状态，可以判断按键是否被按下。
根据不同的按键组合或按下时间，可以实现不同的功能，如调节音量、切换频道等。
2. 传感器接口很多电子设备需要与传感器进行数据交互，以获取环境信息或测量参数。
单片机的数字输入功能可以用于接收传感器的输出信号。
传感器通常将测量值转换为电压信号，并与单片机的引脚相连。
单片机读取引脚的电平状态，可以获取传感器测量的数值，并进行相应的处理和判断。
3. 继电器控制继电器是一种常用的电器开关，常用于控制高电压或高电流的设备。
单片机的数字输出功能可以用于驱动继电器的控制。
通过向输出引脚写入高电平或低电平信号，可以实现开关继电器的动作，从而控制外部设备的通断。
4. LED显示LED是一种常见的输出设备，可用于显示各种信息，如数字、字母、图标等。
第五讲(1)数字量输入输出-基本输入输出
CPU系统
/IOR
A1 A0 0 1
/AEN
/Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /G2B /Y5 /G2A /Y6 G1 /Y7 A B C
A0 1 /CS 40H 41H 42H 43H
A1 A0 /CS 端口1 00 端口2 01 端口3 10 端口4 11 8253
第五章 数字量输入输出
本章内容 简单I/O接口 并行输入输出接口 中断控制系统 计数定时接口 串行输入输出接口 直接存储器存取DMA 系统总线及接口
简单I/O接口
什么是I/O接口（电路）？ 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 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
例:一个输出设备的简单接口电路
IO总线 D7 数据线 输出 例:LED指示灯 ~ 锁存器 设备 D0 288H A15 地址线 地址 OUT指令时序 ~ T1 T2 T3 Tw T4 译码 A0 0 与 0 CLK 0 IOW 非
A15~A0 D7~D0
0000 0010 1000 1000
执行： MOV AL, 81H MOV DX, 288H OUT DX, AL
端口的基本特性： 是构成I/O接口的基本单元 有自己的端口地址（端口号） 可供外部设备或CPU读/写 有宽度 端口内容是外部设备的信息反映
I/O接口的基本功能
信号形式变换 电平转换和放大 锁存及缓冲 I/O定向 并－串转换
I/O端口按功能分为三种类型
AB
C P U
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
MOV DX, 288H IN AL, DX
输入输出接口电路
输入输出接口技术第一节接口技术的基本概念一、接口的概念和功能二、接口电路的典型结构三、接口功能第二节I/O端口的编址和译码一、I/O端口的编址方式二、输入/输出指令三、I/O端口的译码第三节CPU与外设间的数据传送方式一、无条件传送方式二、条件传送方式三、中断传送方式四、DMA传送方式一、接口的概念和功能1 接口：指CPU与存储器和外设之间通过总线进行连接的电路部分，是CPU与外界进行信息交换的中转站。
为什么要在CPU与外设之间设置接口电路？其一，CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致；其二，两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低； 其三，若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率；其四，若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。
因此，有必要设置接口电路，以便协调CPU与外设两者的工作，提高CPU的效率，并有利于外设按自身的规律发展。
2 接口技术：是研究CPU如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术，是软件、硬件结合的体现，是微机应用的关键。
微机接口技术综合性很强，所涉及的知识面很宽，包括微机原理、汇编语言（或高级语言）程序设计、电子技术、自控原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。
3.接口技术在微机应用中的作用微机应用系统的研究和微机化产品的开发，从硬件角度来讲，就是接口电路的研究和开发，接口技术已成为直接影响微机系统的功能和微机推广应用的关键。
微机的应用是随着外部设备的不断更新和接口技术的发展而深入到各个领域的。
1从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。
2各I/O端口由端口地址区分。
3按存放信息的不同，I/O端口可分为三种类型数据端口：用于存放CPU与外设间传送的数据信息状态端口：用于暂存外设的状态信息控制端口：用于存放CPU对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。
第9章_输入输出方法及常用的接口电路
DB
CPU
CB
MEMR MEMW 控制逻辑
可以对端口进行算术运算，逻辑运算以及移位操作等。 可以对端口进行算术运算，逻辑运算以及移位操作等。 I/O端口空间不受限制 I/O端口空间不受限制 缺点：是I/O端口占用了内存空间，减少了内存容量 缺点： I/O端口占用了内存空间， 端口占用了内存空间
二、专门的I/O编址方式 专门的 编址方式
9.1.4 I/O端口的编址方式 端口的编址方式
端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地 端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地 CPU 由于有的寄存器寄存的二进制信息专门用来被CPU 址。由于有的寄存器寄存的二进制信息专门用来被CPU 读取，有的寄存器用于专门接收CPU发出来的数据， CPU发出来的数据 读取，有的寄存器用于专门接收CPU发出来的数据，因 CPU访问的寄存器的地址分为输入端口和输出端 此，被CPU访问的寄存器的地址分为输入端口和输出端 故称为I/O I/O端口 口，故称为I/O端口 CPU同外设之间的信息传送实质上是对这些寄存器 CPU同外设之间的信息传送实质上是对这些寄存器 进行“ 操作。 进行“读”或“写”操作。
微型计算机课件 第9章 输入输出方法及常用的接口电路
(3) 数据缓冲电路：接口电路输入/输出的数据、控制及状 态信息都是通过此缓冲电路传送的，它和系统的数据总线相连， 能起隔离、缓冲作用。
并不是所有接口都具备上述全部功能的。接口需要哪些功 能取决于I/O设备的特点，有的还需要专用的I/O接口电路。
I/O接口电路按不同方式分类主要有以下几种： (1) 按数据传送方式分类，可分为并行接口和串行接口； (2) 按功能选择的灵活性分类，可分为可编程接口和不可 编程接口； (3) 按通用性分类，可分为通用接口和专用接口； (4) 按数据控制方式分类，可分为程序型接口和 DMA(Direct Memory Access)型接口。程序型接口一般都可采 用程序中断的方式实现主机与I/O设备间的信息交换。DMA型 接口用于连接高速的I/O设备如磁盘、光盘等大信息量的传输。
9.1.3 I/O接口的其他功能 1．对信号的形式和数据格式进行交换与匹配 CPU只能处理数字信号，信号的电平一般在0～5 V之间，
而且提供的功率很小。而外部设备的信号形式是多种多样的， 有数字量、模拟量(电压、电流、频率、相位)、开关量等。所 以，在输入输出时，必须将信号转变为适合对方需要的形式。 如将电压信号变为电流信号，弱电信号变为强电信号，数字信 号变为模拟信号，并行数据变为串行数据。
2．提供信息相互交换的应答联络信号 计算机执行指令时所完成的各种操作都是在规定的时钟信 号下完成的，并有一定的时序。而外部设备也有自己的定时与 逻辑控制，通常与CPU的时序是不相同的。外设接口就需将外 设的工作状态(如“忙”、“就绪”、“中断请求”)等信号及 时通知CPU，CPU根据外设的工作状态经接口发出各种控制信 号、命令及传递数据，接口不仅控制CPU送给外设的信息，也 能缓存外设送给CPU的信息，以实现CPU与外设间信息符合时 序的要求，并协调地工作。
输入-输出接口概述
计算机通过外围设备同外部世界通信或交换数据称为“输入/输 出”。由于输入/输出设备与CPU速度各不相同。如何把工作速度不同 的外围设备与高速的CPU连接起来，就是计算机输入/输出接口所要研 究的问题。
所谓接口就是指两台计算机之间、计算机与外围设备之间、计算 机内各部件之间起连接作用的逻辑电路，是CPU与外界进行信息交换 的中转站，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，对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。
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5.地址译码电路 它由译码器或能实现译码功能的其他芯片构成。它的作用
是进行设备选择，是接口中不可缺少的部分。这部分电路不包 含在集成接口芯片中，要由用户自行设计。
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基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完 成。
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1.2 接口的基本功能
数据缓冲 和锁存功能
寻址功能
接收和执行 CPU命令的功能
信号转换功能
数据转换
计算机的应用
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中断管理 可编程功能 联络功能
错误检测功能 ……
1.3 接口电路中的信息
输入/输出接口技术是信息传送的控制技术，是一种采用软、硬 件结合的方法，实现CPU与外设之间协调与匹配，实现二者之间高效、 可靠的信息传递的一门技术。
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1.1 设置接口电路的目的
一般的输入/输出设备都是机械的或机电相结合的产物，它 们与CPU进行数据交换时存在以下问题：
（1）端口间接速度不匹配 （2）端口时序不匹配 （3）信息格式不匹配 （4）信息类型不匹配
开关量：只具有两个状态，如开关的断开和闭合，机器的运转与 停止，阀门的打开与关闭等。这些开关量通常要经过相应的电平转换 才能与计算机连接，只用一位二进数即可表示。
数字电路数字量输入输出课件
形状
7段码 .gfedcba
符号
形状
7段码 .gfedcba
’0’
00111111
’8’
01111111
’1’
00000110
’9’
01100111
’2’
01011011
’A’
01110111
’3’
01001111
’B’
01111100
’4’
01100110
’C’
00111001
’5’
01101101
5.2.3 总线信号与接口的连接
数据信号的连接 地址信号的连接：译码信号 控制信号的连接
例1、简单的输入接口举例
常用芯片：74LS244 应用例子：开关接口
&
≥1
≥1
+5V
例2、 简单的输出接口举例
输出端口应具备锁存器功能. 常用芯片：74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器) 应用例子：发光二极管接口
a b c d e f g DP
7406
反相器
74LS273
Rx8
≥1
74LS138
D0～D7
IOW#
IOR#
Y0
Y1
F0H = 0000 0000 1111 0000 F1H = 0000 0000 1111 0001
&
≥1
A7～A4
A15～A8
A3
A2
A1
A0
D0
D1
D2
查询方式传送
适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态—— “你准备好没有？” 对外设的要求：应提供设备状态信息 对接口的要求：需要提供状态端口 优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢
《计算机控制技术》第二章数字量
简称DO通道。 路和输出驱动电路等组成。
1 .普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一 个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 4-6所示。
+5V
330
Di 7406
3.3K
LED 三极管
图4-6 小功率三极管输出电路
• 2. 达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。
+24V
负荷线圈
Di
1B
7406
1C 达林顿复合管
GND
链接动画
图 4-8 达林顿阵列驱动电路
• 4.3.2 继电器驱动电路
电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触 点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继 电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。 继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、 大电流设备。
① 小功率输入调理电路
5V R1 R2
C
S
S
R1
+5V
R2
（a） 采用RC滤波电路
（b）采用RS触发器
图7—2 小功率输入调理电路
从开关、继电器等接点输入信号。将接点的接通和断开 动作，转换成TTL电平信号与计算机相连。为了清除由于接 点的机械抖动而产生的振荡信号，通常采用RC滤波电路或 RS触发电路。
图4-7给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与
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1 5 ED15 1 ED14 2 ED13 3 ED12 4 ED11 5 ED10 6 ED9 7 ED8
9
U2
VCC
14 11
12 10 13
SDI QA
S R C LK
QB QC
7 4HC5 9 5QD
RCLK QE
QF
SCLR QG
QH
OE
SDO
1 5 ED7 1 ED6 2 ED5 3 ED4 4 ED3 5 ED2 6 ED1 7 ED0
当仅需要扩展少量的I/O引脚时，可使用锁存器、触发器或三态 门电路实现。
2020/3/13
单片机原理与应用
P AN
第7章 数字信号输入输出接口电路
1. 输出口
MCS-51写外部RAM时，用WR 作写选通信号。在时序 上，数据输出有效到WR 有效时间TQVWX最小值为零，而 WR 无效到数据输出无效（即数据保持）时间TWHQX也不超 过1个机器周期。而利用触发器扩展输出口时，触发器送 数时钟信号由外部RAM写选通信号 W和R 高位地址译码信 号经过“与门”或“或非门”产生，这样送数时钟信号就 存在一定的延迟，因而只能利W用R 的前沿将数据锁存到 触发器中，常使用74LS273（八上升沿触发器，带公共清 零端）、74LS174（六上升沿触发器）、74LS374（八上 升沿触发器，三态输出）、74LS377（八上升沿触发器， 带使能端）来扩展MCS-51的输出口，如图7-2所示。
9
7 4HC5 9 5
图7-5通过“串入并出”芯片扩展输出引脚
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第7章 数字信号输入输出接口电路
7.2.3 用8255可编程I/O芯片扩展MCS-51并行I/O口
Intel公司8255芯片是一块通用的可编程并行接口（PPI） 芯片，除地址线A1、A0外，可直接与Intel公司8位微处理 器，如MCS-51芯片相应总线直接相连，是MCS-51单片机 应用系统中较常见的并行I/O扩展芯片之一。
2020/3/13
单片机原理与应用
2. 编码输入/输出方式
在这种方式中，将若干条用途相同（均为输入或输 出）的I/O引脚组合在一起，按二进制编码后输入或输出。 例如，对于n条输出引脚，经过译码后，可以控制2n个设 备；对于2n个不同时有效的输入量，经过编码器与CPU连 接时，也只需要n个引脚，如图7-1(b)所示。
可见8255三个I/O口的地位不完全相同，其中A口有三 种工作方式，B口有两种工作方式；而C口较特殊，被分 成A (PC7～PC4)、B(PC3～PC0)两组，只有当A、B口工 作在方式0时，C口才可作为输入/输出引脚使用（PC7～ PC4、PC3～PC0处于输入还是输出状态，分别由工作方式 控制字的b3、b0位决定），而当A、B口工作在方式1或2 时，C口部分引脚作为A、B口通信联络信号（这时未用的 C口引脚仍可作为输入/输出引脚使用，由控制寄存器的b3、 b0位选择），具体情况如表7-3所示。
控制
0（输出） 1（输入）
C口低4位 输入/输出
控制：
0（输出） 1（输入）
与A口工作方式有关的控制位
A组(PC7～ PC4)输入/ 输出控制
与B口工作方式有关的控制 位
B组(PC3～ PC0)输入/ 输出控制
2020/3/13
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第7章 数字信号输入输出接口电路
8255 I/O口有三种工作方式： 方式0，基本输入/输出方式。特点是对输出信号锁存功 能；对输入信号没有锁存功能。
18 19 20 21 22 23 24 25
6
CS
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
输出口 PC5
PC6
PC7
单片机原理与应用
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第7章 数字信号输入输出接口电路
3. 8255芯片与MCS-51接口应用举例
MCS-51CPU 与8255接口芯片按如下方式连接： 8255芯片数据总线与CPU数据总线直接相连。 读控制信号（ RD）、写控制信号（WR ）分别与CPU读写控制信号 相连。
8255芯片地址线A1、A0可直接与CPU高8位地址，如A9（即P2.1 引脚）、A8（即P2.0引脚）相连；当然如果已使用了D型锁存器（ 如74LS373）锁存了MCS-51芯片P0口低8位地址信号A7～A0，则 8255芯片地址线A1、A0也可以与CPU地址线A1、A0相连。
2020/3/13
单片机原理与应用
U1 P1. 0 P1. 1 1 P1. 2 5
8 XC5X
23
U4 A 69
U4 C CD4 01 0 6
U3
串行数据输出 14 4 移位脉冲 11
U4 B
8
12
SDI QA
S R C LK
QB QC
QD
RCLK QE
U4 D
10
QF SCLR QG
13
OE
QH SDO
3
4
7
8
数据输入
13
14
17
18
11
2 .2 K VCC
3
4
7
8
数据输入
13
14
17
18
OC CLK
1 1 STB
7 4LS3 74
1G 1A 2G 2A 3G 3A 4G 4A
1 2 4 5 10 9 13 12
数据输入
图7-4是一个实用的输入/输出口扩展电路，其中74LS273构成8 位输出口，74LS373构成8位输入口。
(3)了解I/O端口输出级电路结构和I/O端口的负载能力。 只有了解了CPU I/O端口输出级电路结构和负载能力，才 可能设计出原理正确、工作可靠的I/O接口电路。
(4)了解I/O端口输出电平范围 。 (5)了解I/O端口耐压。
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第7章 数字信号输入输出接口电路
7.2.1 通过锁存器、触发器扩展I/O口
7
D3 9
D4 1 2
D5 1 5
D6 1 6
D7 1 9
1
U3
D0 3
1Y
D1 6
2Y
D2 8
3Y
D3 1 1
4Y
U1
1Q 1D 2Q 2D 3Q 3D 4Q 4D 5Q 5D 6Q 6D 7Q 7D 8Q 8D OE LE
7 4LS3 73 U?
1Q 1D 2Q 2D 3Q 3D 4Q 4D 5Q 5D 6Q 6D 7Q 7D 8Q 8D
INTRA
STBA
IBFA
OBFB
ACK B
INTRA
INTRA
STB A
IBFA
ACK A OBF A
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INTRA
ACK A
OBF A
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第7章 数字信号输入输出接口电路
(a) A口工作在选通输入方式下信号连接方式及时序
(b) A口工作在选通输出方式下信号连接方式及时序
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7.2 I/O资源及扩展
通过单片机实现数字信号的输入处理和输出控制时， 必须了解以下问题：
(1) 准确理解CPU中各引脚的功能，确定可利用的I/O资 源，并做出相对合理的使用规划。
(2) 作输出控制信号时，必须了解CPU复位期间和复位 后该引脚的状态。 MCS-51系列CPU在复位期间和复位后 各I/O端口的状态可参阅第2章有关内容。
3. 矩阵输入/输出方式
将CPU I/O引脚分成两组，用N条引脚构成行线，M 条引脚构成列线，行、列的交叉点就构成了所需的N×M 个检测点。显然，所需的I/O引脚数目为N+M,而检测点总 数达到了N×M个，如图7-1（C）所示。可见，I/O引脚的 利用率较高，硬件开销少，因此得到了广泛应用。
在矩阵编码方式中，如果 行线、列线均定义为输出状态， 就可以输出N×M个开关量；当 行、列线中有一组为输出线，另 一组为输入线时就构成了N×M 个输入检测点，如矩阵键盘电路。
4 3 2 1 40 39 38 37
RES 9
10 11
12
13 VCC 14
15
2 .0 K
31
19
18
R ESET
P3. 0 /RXD P3. 1 /TXD
INT0 /P3 .2
INT1 /P3 .3
T0/P3. 4 T1/P3. 5
P2. 0 P2. 1 P2. 2 P2. 3 P2. 4 P2. 5 P2. 6 P2. 7
片选信号CS 可直接与CPU高位地址线相连（即采用线选法，如图
7-8所示）或由高位地址译码后产生，如例7.1所示。
2020/3/13
单片机原理与应用
U1
R?
1 2 3 4 5 6 7 8
P1. 0 /T2 P1. 1 /T2EX P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1. 6 P1. 7
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单片机原理与应用
图7-2 使用74LS273扩展输出口
2. 输入口
对输入口来说，一般无须锁存，原则上三态门电路、具有三态 输出的总线缓冲器、驱动器、D型触发器（如74LS374）以及电平触 发的锁存器（如74LS373）等均可以作为输入口扩展芯片，如图7-3 所示。
A1 1 1 A1 2 2 A1 3 3
表7-2 8255工作方式控制字各含义
1
b6 b5
b4
b3
b2
b1
b0
工作 方式 控制 字特 征
A口 工作方式控制
00（方式0） 01（方式1） 1x（方式2）
A口 输入/输出
控制
0（输出） 1（输入）
C口高4位 输入/输出
控制
0（输出） 1（输入）