输入输出通道接口技术
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计算机控制系统的接口技术
计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。
1）方式0：基本输入/输出方式。
2）方式1：选通输入/输出方式。
3）方式2：双向选通输入/输出方式。
（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。
应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。
单片机中的输入输出接口技术讲解
单片机中的输入输出接口技术讲解单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）作为一种集成了微处理器核心、内存、输入输出接口和外部设备接口的集成电路，广泛应用于各种嵌入式系统中。
其中，输入输出接口技术是单片机的核心组成部分之一，它能够实现单片机与外部设备的高效通信和数据交换。
本文将就单片机中的输入输出接口技术进行详细讲解。
一、基本概念输入输出接口（Input/Output Interface，简称I/O Interface）是单片机与外设之间传输数据、信号的桥梁。
它负责转换单片机内部的电信号与外部设备的电信号之间的逻辑和电平转换。
在单片机应用中，常见的外部设备包括按键、LED灯、LCD显示屏、步进电机等。
二、数字输入输出接口1. 数字输入接口数字输入接口主要通过端口的工作方式与外设通信，常见的数字输入接口有通用并行接口（General Purpose Parallel Interface，简称GPIO）和外部中断（External Interrupt）。
GPIO是单片机中最常见的通用输入输出接口，它具有多种工作模式，可以通过软件控制单片机与外设之间的数据传输。
GPIO的主要功能是将单片机的高低电平与外部设备的高低电平进行转换。
通过控制GPIO的输入输出状态，可以实现与外设之间的数据交换和通信。
外部中断是一种特殊的输入接口，它能够实现对外部事件的高效响应。
当外部事件触发时，单片机会立即跳转到相应的中断服务程序进行处理。
外部中断常用于读取按键输入、检测传感器状态等场合。
2. 数字输出接口数字输出接口是单片机将数据传输出给外部设备的接口。
常见的数字输出接口有通用并行接口（GPIO）、定时器（Timer）和比较器（Comparator）。
GPIO作为通用输入输出接口，在数字输出方面同样起到重要作用。
通过控制GPIO的输出状态，单片机可以向外设发送数据、控制外设的开关状态等。
定时器是一种重要的数字输出接口。
第七章 输入输出接口技术
天津工业大学
方式1下A,B口均为输入时的信号定义 （p312）
8 PORT A PORT B 8
INTE A INTE PC4
STB A IBF A
B
PC2
STB B IBF B
PC5
PC1
PC3
INTRA
PC0
INTRB
PC6,7
I/O 2
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M ODE 1:
STR OBE D I NPU T
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• 方式0 • 方式1 • 方式2 三种工作方式，均可以由编程来确定，即 由编程送入的控制字来选择。
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• 方式 0：基本输入/输出方式，此方式适用于无 条件传送数据。如读出一组开关状态，或控制 指示灯等。 • CPU可以随时读入开关状态，或把一组数据送 到指示灯显示。不需要选通、状态和中断等信 号。在此工作状态下，每一个端口都可以设置 为输入或输出。
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（3）数据端口
• 有三个8位数据端口，为A口,B口,C口。 • 在内部可以分为两组。
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8255A的PC口的功能 ① 可独立使用（方式0）与外设连接 ② 可以拆成两部分 A组 高四位 B组 低四位 联络信号 握手信号
③ 可以工作于位控工作方式，单独使用某一根 I/O线 对外设进行控制，例如灯的亮灭，电机 的启停等 ④ 可以对8255做中断控制 ⑤ 可以做8255的状态字
PC2-0
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MODE 2 WR OBF
OU T
B1-DIRECTIONAL
BUS
INTR ACK STB
IN
IBF PA7-PA0 RD
CP U DA TA BUS DA TA FRO M PE RIP HER AL TO 825 5 DA TA FRO M 82 55 TO PER IPH ERA L
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术
8 7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1 Q0
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
微机原理与接口技术输入输出接口技术
Annual Work Summary Report
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
第二章模拟量输入输出通道的接口技术
多阶采样：
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
单片机原理与接口技术第8章输入通道和输出通道
输入通道的特点如下：
1)输入通道的类型取决于从传感器送入信号的类 型，由于不同的信号需要不同的转换电路，这也 就决定了输入通道的类型。
2)输入通道的主要技术指标是信号的转换精度和 速度，它们是选择转换器件的依据。
3)输入通道往往是模拟电路和数字电路的混合电 路，对于传感器输出的微弱信号必须加以放大。
5） ：DAC寄存器的写信号，低电平有效。
6） ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。 和 两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数 据锁存方式；当 =0和 =0时，为DAC寄存器直通方 式；当 =1和 =0时，为DAC寄存器锁存方式。
7）OE：输出允许信号。当OE端输入高电平信号时，三态输出 锁存器将A-D 转换结果输出。
8）D0～D7：数字量输出端。D0为最低有效位（LSB），D7 为最高有效位（MSB）。D0～D7的内部电路为三态缓冲输出 形式 ，可以和单片机的数据线直接相连。
9）VREF (+) , VREF (－)：正负基准电压输入端。作为逐次逼 近的基准。基准电压的中心值即1/2 （VREF(+)+VREF(－)）应 接近1/2VCC，其典型值VREF(+)=+5V，VREF (－) =0V。
5）START：A-D 转换信号输入端。有效信号为一正脉冲。在 脉冲上升沿，A-D 转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开 始A-D 转换。
6）EOC：A-D 转换结束信号。在START信号上升沿之后0～ （2μs+8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。这一点在启 动A-D 转换后查询EOC信号时须加注意。当A-D 转换结束后， EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为A-D 转换结束的查询 信号或中断请求信号。
第7章 输入输出接口技术
DMA控制器来管理，CPU可去干其他工作（但不能访
问系统总线）。
CPU
HOLD HLDA
DRQ DMA控制器 AEN IOW DACK
MEMR
AEN IOW
MEMR IOR
存储器
输出设备
图7-7 DMA传送原理示意图
通常，DMA控制器应该具备以下功能：
能向CPU发出要求控制总线的DMA请求信号DRQ；
7.1.3 I/O端口的编址方式
接口中的寄存器又叫做I/O端口，每一个端口有一个编 号，叫做端口号，又叫端口地址。数据寄存器就是数据端 口，用于对来自CPU和外设的数据起缓冲作用。状态寄存器 就是状态端口，用来存放外部设备或者接口部件本身的状 态。CPU通过对状态端口的访问和测试，可以知道外部设备 或接口本身的当前状态。控制寄存器就是控制端口，用来 存放CPU发出的控制信息，以控制接口和外部设备的动作。 也可以说，CPU与外部设备之间传送信息都是通过数据总线 写入端口或从端口中读出的，所以，CPU对外部设备的寻址， 实质上是对I/O端口的寻址。
（如标志位、其它寄存器等）和断点。在中断结束
返回时，再恢复现场和断点，继续执行原来的程序。
7.2.4 DMA控制方式 DMA（Direct Memory Access）传送方式又称为直 接存储器存取方式，实际上就是在存储器与外设间开辟 一条高速数据通道，使外设与内存之间直接交换数据。 这一数据通道是通过DMA控制器来实现的。在DMA传
第7章 基本输入/输出 接口技术
本章主要教学内容
输入输出接口技术的概念和功能
CPU与I/O接口之间传递的信息类型及I/O 端口的编址方式 CPU与外部设备之间数据传送方式的原理、 特点及应用
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
这种I/O控制方式是优是劣，不能一概而论，要看具体应用场合。如果I/O处理的实时性要求不那么高， 或者微型计算机的操作任务比较单一，并不很忙。比如在一个系统专门用于控制一个或几个I/O设备的特殊 情况下，CPU除了为外设服务，本身就没有更多的其它工作要做，在这种情况下，程序查询式控制不失为一 种比较理想的控制策略。正因为这样，所以它在实际中还是一种最常用的I/O控制方式。反过来，如果I/O处 理的实时性要求很高，或者CPU的任务很繁忙，则不宜采用这种方式，而最好采用中断驱动式或其它方式来 控制。
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
计算机控制技术 第3章 过程输入输出通道
36
SM331的8个模拟量输入通道共用一 个积分式A／D转换部件，即通过模拟切 换开关，各输入通道按顺序一个接一个 地转换。 某一通道从开始转换模拟量输入值 起，一直持续到再次开始转换的时间称 模入模块的循环时间，它是模块中所有 活动的模拟量输入通道的转换时间的总 和。
37
实际上，循环时间是对外部模拟量 信号的采样间隔。 对于一个积分时间设定为20ms，8个 输入通道都接有外部信号且都需断线监 视的SM331模块，其循环时间为 (22+10)*8ms=256ms 因此，对于采样时间要求更快一些的 场合，优先选用二输入通道的SM331模 块。
激励电压 激励电压 全桥和半桥设置 全桥和半桥设置 隔离，放大， 噪声滤波 隔离，放大，噪声滤波 隔离，放大， 隔离，放大，
Demo
泛华测控 / Pansino
22
温度传感器的信号调理
绝大多数传感器均有相应的变送器，但温 度传感器的调理电路往往需自己制作，当然也 有现成的产品，但价格较高。常见的温度调理 电路采用桥式电路原理进行测量。
18
液位传感器
磁致伸缩液位传感器：
测量范围： 测量范围：0.2~5m 基本测量精度： 基本测量精度：0.05%
19
压力型液位变送器
JYB-K*-**型液位变送器 型液位变送器 量 程 ： 0-0.5m,4m,100m 精度： 级 ± 精度：A级≤±0.25％ ％ B级≤±0.5％ 级 ± ％
20
27
A/D转换器
A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数 字量的器件或装置，它是一个模拟系统和计算 机之间的接口，它在数据采集和控制系统中， 得到了广泛的应用。
28
3.1.1 模拟量输入通道
变送器输出的信号为0～ 变送器输出的信号为 ～10mA或4 ～ 20mA 或 的统一信号，需要经过I/V变换变成电压信号 变换变成 电压信号后 的统一信号 ， 需要经过 变换 变成 电压信号 后 才能处理。 对于电动单元组合仪表， 才能处理 。 对于电动单元组合仪表 ， DDZ—Ⅱ Ⅱ 号标准为0～ 型的输出信 号标准为 ～10mA，而DDZ—III型 ， 型 输出信号标准为4～ 输出信号标准为 ～20mA。 。
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检测与控制技术
第四章 输入输出通道接口技术
◆课时授课计划
◆提
纲
精
品
◆课 程 内 容
课
程
医学课件ppt
1
第四章 输入输出通道接口技术
课题：
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
4.2 模拟量输入通道
4.3 模拟量输出通道
4.4 开关量输入／输出通道
4.5 电机、步进电机接口技术
4.6 数据采集系统举例
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。
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
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7
第四章 输入输出通道接口技术
TTL 信号 电平信号
开 关 非 TTL
信号
TTL 电平
放大
整形
防抖
整形
医学课件ppt
单片机 单片机 单片机 单片机
10
第四章 输入输出通道接口技术
③ 以电流为输出信号的传感器或传感仪表则应通过I/V转换，将电
流信号转换成电压信号。
④ 频率信号，能满足TTL电平要求的直接输入I/O口；不满足则应通
4.3.3 模拟量输出通道设计
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
4.5.1 电动机控制接口
课
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
4.1.6 数据采集中的误差分析
4.2 模拟量输入通道
课
4.2.1 模拟量输入通道的一般结构
程 4.2.2 模拟量输入通道中的常用器件及电路
提 4.2.3 模拟量输入通道设计
纲
医学课件ppt
4
第四章 输入输出通道接口技术
4.3 模拟量输出通道
4.3.1 模拟量输出通道的一般结构
4.3.2 模拟量输出通道常用器件及电路
医学课件ppt
8
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。 1.输入通道的一般结构 （1）输入通道的内容
输入通道是将被测对象信号传送到单片机数据总线上的数据通
路。结构型式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大
小等。根据传感器输出信号的大小、类型，输入通道的结构类型如
容
1
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6
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
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：
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
（3）采样频率
（4）数据处理的要求
3.数据采集系统的发展
课 程 内 容
① 新型快速、高分辨率的数据转换器件的发展； ② 数据采集与信号处理紧密结合； ③ 智能传感器的发展； ④ 分布式数据采集系统，适合不同环境的要求。
3
小信号模拟电 压 mV、μV
大信号电流 0~10m A 4~20m A
小信号电流 mA、 μ A
输入通道结构类型表
输入通道结构
A //F
I/V
A /D
I/V
V /F
I/V
放大
A /D
I/V
放大
V /F
单片机 单片机
单片机 单片机
单片机 单片机 单片机 单片机
频率 小信号
现由模拟量到数字量再到模拟量的转换，从而完成系统所要求的测
控目标。
“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。
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
纲 思考题与习题：P167 2. 4. 7. 10. 11. 12.
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5
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
微机测控系统实质上是在微机最小应用系统的基础上根据现场
被测、被控对象的情况，通过扩展相应的接口并在软件的支持下实
课 目的与要求：
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
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2
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；
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
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
过放大、整形变换成TTL电平信号后再送入。
⑤ 开关信号，若能满足TTL电平要求时，可直接输入到I/O口，否则，
就应进行整形处理。
（2）输入通道的结构
传
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。
课 道中必须采用采样/保持器？为什么？
计
光电耦合器使用时应注意什么？
划
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3
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
4.1.2 数据采集系统的一般结构
4.1.3 采样定理
4.1.4 信号的放大与隔离技术及常用器件
4.1.5 V/I和I/V转换电路
课 表所示。
程 ① 传感器输出信号为大信号模拟电压
内
若直接满足A/D转换输入的要求，则可直接送入A/D转换器。
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。
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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
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◆课时授课计划
◆提
纲
精
品
◆课 程 内 容
课
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第四章 输入输出通道接口技术
课题：
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
4.2 模拟量输入通道
4.3 模拟量输出通道
4.4 开关量输入／输出通道
4.5 电机、步进电机接口技术
4.6 数据采集系统举例
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。
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
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第四章 输入输出通道接口技术
TTL 信号 电平信号
开 关 非 TTL
信号
TTL 电平
放大
整形
防抖
整形
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单片机 单片机 单片机 单片机
10
第四章 输入输出通道接口技术
③ 以电流为输出信号的传感器或传感仪表则应通过I/V转换，将电
流信号转换成电压信号。
④ 频率信号，能满足TTL电平要求的直接输入I/O口；不满足则应通
4.3.3 模拟量输出通道设计
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
4.5.1 电动机控制接口
课
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
4.1.6 数据采集中的误差分析
4.2 模拟量输入通道
课
4.2.1 模拟量输入通道的一般结构
程 4.2.2 模拟量输入通道中的常用器件及电路
提 4.2.3 模拟量输入通道设计
纲
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4
第四章 输入输出通道接口技术
4.3 模拟量输出通道
4.3.1 模拟量输出通道的一般结构
4.3.2 模拟量输出通道常用器件及电路
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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。 1.输入通道的一般结构 （1）输入通道的内容
输入通道是将被测对象信号传送到单片机数据总线上的数据通
路。结构型式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大
小等。根据传感器输出信号的大小、类型，输入通道的结构类型如
容
1
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6
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
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：
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
（3）采样频率
（4）数据处理的要求
3.数据采集系统的发展
课 程 内 容
① 新型快速、高分辨率的数据转换器件的发展； ② 数据采集与信号处理紧密结合； ③ 智能传感器的发展； ④ 分布式数据采集系统，适合不同环境的要求。
3
小信号模拟电 压 mV、μV
大信号电流 0~10m A 4~20m A
小信号电流 mA、 μ A
输入通道结构类型表
输入通道结构
A //F
I/V
A /D
I/V
V /F
I/V
放大
A /D
I/V
放大
V /F
单片机 单片机
单片机 单片机
单片机 单片机 单片机 单片机
频率 小信号
现由模拟量到数字量再到模拟量的转换，从而完成系统所要求的测
控目标。
“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。
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
纲 思考题与习题：P167 2. 4. 7. 10. 11. 12.
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5
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
微机测控系统实质上是在微机最小应用系统的基础上根据现场
被测、被控对象的情况，通过扩展相应的接口并在软件的支持下实
课 目的与要求：
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
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2
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；
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
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
过放大、整形变换成TTL电平信号后再送入。
⑤ 开关信号，若能满足TTL电平要求时，可直接输入到I/O口，否则，
就应进行整形处理。
（2）输入通道的结构
传
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。
课 道中必须采用采样/保持器？为什么？
计
光电耦合器使用时应注意什么？
划
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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
4.1.2 数据采集系统的一般结构
4.1.3 采样定理
4.1.4 信号的放大与隔离技术及常用器件
4.1.5 V/I和I/V转换电路
课 表所示。
程 ① 传感器输出信号为大信号模拟电压
内
若直接满足A/D转换输入的要求，则可直接送入A/D转换器。
容 ② 传感器输出的是小信号模拟电压
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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。
医学课件ppt
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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